JP2001510668A - アンテナパターンを調整する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に、送信器及び受信器が少なくとも２つのアンテナを含むＳＤＭＡシステムにおいてアンテナパターンを調整するための方法及び装置が提供される。基本帯域信号は、アンテナパターンを整形する係数で乗算され、所望のアンテナパターンが形成される。基本帯域アンテナ信号の位相及び強度が測定される。この測定に基づき、アンテナパターンを整形する係数を調整することによりアンテナ信号間の位相及び強度の差が補償される。

Description

【発明の詳細な説明】 アンテナパターンを調整する方法及び装置発明の分野 本発明は、無線システムに係り、より詳細には、空間分割多重アクセス（ＳＤ ＭＡ）無線システムに係る。先行技術の説明 ＳＤＭＡ方法においては、ユーザがそれらの位置に基づいて互いに区別される 。これは、ベースステーションにおける受信アンテナのビームを移動ステーショ ンの位置に基づいて所望の方向に調整することにより達成される。このため、適 応アンテナアレー又はフェーズドアンテナが信号処理と共に使用され、移動ステ ーションの監視を可能にする。 ＳＤＭＡシステムにしばしば使用されるＣＤＭＡ方法では、ユーザの狭帯域デ ータ信号が、このデータ信号より非常に帯域の広い拡散コードで乗算され、比較 的広い帯域にわたって分散される。１ＭＨｚ以上の帯域巾が使用される。データ 信号の乗算は、全使用帯域にわたってその信号を分散させる。同時のユーザは、 同じ周波数帯域を送信のために共用する。ベースステーションと移動ステーショ ンとの間の各接続には個別の拡散コードが使用され、異なるユーザの信号は、各 ユーザの拡散コードに基づいて受信器において互いに区別することができる。 特に、ＳＤＭＡ無線システムのベースステーションでは、多数のアンテナ素子 より成るアンテナアレーを使用して信号受信及び送信が行なわれる。各アンテナ 素子は、通常、１つのトランシーバユニットに接続される。共通の基本帯域ユニ ットで送信及び受信される信号は、アンテナアレーで所望の形態の放射パターン を形成するために互いに整相される。通常のアンテナパターンは、細い主ビーム 及び多数の側部ビームより成る。主ビームの方向及び巾は、各素子の高周波信号 を整相することにより調整できる。実際に、整相は、各アンテナ素子のデジタル 化された基本帯域アンテナ信号に、アンテナパターンを整形する複素係数を乗算 することにより行なわれる。 例えば、各アンテナ信号の位相及び強度が同一であるときに、良好なアンテナ パターンが発生される。しかしながら、電子部品の非理想的状態及び環境がトラ ンシーバユニットに影響するので、このような状態は通常考えられない。これは 、アンテナ信号間の位相及び強度に相対的な差を生じさせ、側部ビームを発生す ると共に主ビームを低下させる。これは、次いで、ベースステーション及び全無 線システムに有害な干渉を引き起こし、そして無線有効到達範囲を狭めることに なる。発明の要旨 従って、本発明の目的は、上記問題を解消することのできる方法及びこの方法 を実施する装置を提供することである。これは、送信器及び受信器が少なくとも ２つのアンテナを含む無線システムにおいてアンテナパターンを調整するための 上記方法において、基本帯域アンテナ信号に、アンテナパターンを整形する係数 を乗算して、所望のアンテナパターンを形成し；基本帯域アンテナ信号の位相及 び強度を測定し；そしてこの測定に基づいて、上記アンテナパターンを整形する 係数を調整することによりアンテナ信号間の位相及び強度の差を補償するという 段階を備えた方法によって達成される。 又、上記目的は、送信器及び受信器が少なくとも２つのアンテナを含み、その 基本帯域アンテナ信号に、アンテナパターンを整形する係数を乗算して、所望の アンテナパターンを形成する無線システムにおいてアンテナパターンを調整する ための方法を実施する装置であって、基本帯域アンテナ信号の位相及び強度を測 定し、そしてこの測定に基づいて、上記アンテナパターンを整形する係数を調整 することによりアンテナ信号間の位相及び強度の差を補償するように調整された 装置によって達成される。 本発明の方法及び装置によって多数の効果が得られる。公知解決策のアナログ 信号ではなくてデジタルの基本帯域信号を処理することは、既知の解決策よりも 正確であり、従って、無線システムに改善されたアンテナパターン及び高い質の 接続の両方を形成する。又、アナログＲＦハードウェアの量を最小にし、従来の 送信器部品と異なる部品は必要とされない。加えて、通常のトラフィック中に、 アンテナパターンを調整することもできる。図面の簡単な説明 以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。 図１は、送信器のアンテナパターンを調整するための装置を示す図である。 図２は、受信器のアンテナパターンを調整するための装置を示す図である。好ましい実施形態の詳細な説明 本発明による解決策は、方向性アンテナを用いた無線システム、例えば、ＳＤ ＭＡセルラー無線システムに適用できるが、本発明はこれに限定されない。更に 、本発明の好ましい実施形態にはＣＤＭＡ技術が適用される。本発明の解決策は 、無線システムのベースステーションに使用するのに特に適している。 ＳＤＭＡをＣＤＭＡと共に使用することは効果的である。ＳＤＭＡにおいては 、信号がアンテナアレーを使用して送信及び受信され、そしてデジタル信号処理 により、アンテナの方向性パターンが所望のものとなるように処理が行なわれる 。公知の解決策では、アンテナ信号の処理が、しばしば、所望信号の信号／干渉 比を最大にするように行なわれる。又、受信信号は、アンテナアレーの方向性パ ターンが、他の接続により所望信号に生じる干渉を最小にするように処理するこ ともできる。 図１は、本発明によるアンテナアレーにおける送信器グループのブロック図で ある。送信器は、校正コードジェネレータ１０１、送信ユニット１０２、アンテ ナ１０３、検出器１０４、加算器１０５、受信ユニット１０６、接点１０７、比 較器１０８、及びコントローラ１０９を備え、これは、デジタルビーム成形装置 であるのが好ましい。アンテナアレーは、送信器を調整する本発明のフィードバ ック受信構成体１０６−１０９が接続される多数の送信器を備えている。特に、 ＣＤＭＡシステムでは、校正コードジェネレータ１０１は、ＣＤＭＡシステムに おける拡散コードと同様の校正コード及び好ましくはパイロット信号を送信し、 その位相及び振幅は既知である。校正コードは、送信ユニット１０２へ送られ、 このユニットは、例えば、校正コードを乗算して、高周波アンテナ信号１１０を 発生する。アンテナ信号１１０は、アンテナ１０３に転送されると共に、接点１ ０７を経て受信ユニット１０６に転送される。受信ユニット１０６において、ア ンテナ信号は、例えば、基本帯域信号を発生するように乗算され、そしてデジタ ル化される。これは、アンテナアレーのアンテナ１０３の全てのアンテナ信号に 対して行なわれる。デジタル校正コード信号は、更に、検出器１０４へ送られ、 この検出器は、校正コードを検出し、そしてアンテナ信号のコード位相及び強度 データを同時に発生する。強度は、校正コードにより信号振幅又は電力から測定 される。比較器１０８は、異なるアンテナ素子１０３におけるアンテナ信号１１ ０の位相及び強度を比較及び測定し、そしてそれにより得られる差がコントロー ラ１０９へ転送され、このコントローラは、アンテナアレーにおける各送信ユニ ット１０２に指定されたアンテナ信号１１０の位相及び強度を変更する係数を調 整する。このように、アンテナアレーが送信のために使用するアンテナパターン が所望の形態に正確に調整される。又、データ及び制御信号は、それらが先ず整 相されそしてそれらの振幅がコントローラ１０９において測定に基づき調整され た後に、加算器１０５においてそれらと校正コードを加算することにより、送信 ユニット１０２を経て送信される。 図２は、受信器構造のブロック図である。受信器は、特定校正コードの送信器 ２０１−２０３(これは、校正コードジェネレータ２０１、送信ユニット２０２ 及び配電器２０３を含む)、アンテナ２０４、接点２０５、受信ユニット２０６ 、信号処理手段２０７、検出器２０８、比較器２０９、及びコントローラ２１０ を備え、これは、デジタルビーム形成装置であるのが好ましい。構成コード送信 器２０１−２０３は、所定の位相及び強度の校正コードを受信アレーの各アンテ ナ２０４へ送信する。このプロセスにおいて、校正コードは、校正コードジェネ レータ２０１から特定の送信ユニット２０２へ送られ、このユニットは、例えば 、校正コードを乗算して、高周波アンテナ信号２１１を発生する。高周波アンテ ナ信号２１１は、配電器２０３により全ての受信ユニット２０６へ分割される。 アンテナ信号２１１は、次いで、接点２０５を経てアンテナ信号２１２として受 信器へ転送され、この信号は、各受信器の受信ユニット２０６へ送られる。受信 ユニット２０６は、高周波信号２１２を基本帯域信号へ変換して戻し、それをデ ジタル化する。検出器２０８は、デジタル信号から校正コードを指示し、そして この校正コードによりアンテナ信号の位相及び強度データを発生する。各アンテ ナ素子により受信された信号２１２に関する位相及び強度データは、比較器２０ ９へ転送され、この比較器は、信号位相及び強度を比較及び測定し、位相及び強 度データ間の差がコントローラ２１０へ転送され、そしてこのコントローラは、 ア ンテナパターンを整形する複素係数により各アンテナ素子の振幅及び位相を制御 及び調整する。受信した実際のデータは、コントローラ２１０でデジタルビーム 処理される前に、信号処理手段２０７で処理される。この手段２０７は、例えば 、信号の分散を解除する。 本発明による解決策においては、自由に選択された個々のアンテナ信号の位相 及び強度データが、他のアンテナ信号に対して基準値として使用される。という のは、アンテナ信号の位相及び強度間の相対的な差のみが重要だからである。ア ンテナ信号の位相及び強度データは、実質的に同時に又は逐次に測定することが できる。多数のアンテナ信号の位相及び強度が同時に測定されるときには、異な る校正コードが各アンテナに適用されるのが好ましい。逐次の測定に関しては、 同じ校正コードが各アンテナに対するアンテナ信号として使用されるのが好まし い。 校正コード信号は、接点１０７及び２０５によりアンテナ信号として接続され 、空気によって伝達されるのではないので、校正コード信号の電力は、著しく低 く維持することができる。又、これは、他のトラフィックと同時に測定を行える ようにし、この場合に、校正コード信号の強度は、トラフィックに使用される実 際のペイロード信号の強度よりも本質的に低く制御及び保持される。本発明の好 ましい実施形態では、校正コード信号の強度が、トラフィックに使用されるペイ ロード信号の強度に対して固定レベルに維持される。パイロット信号を送信する 無線システムにおいては、ＣＤＭＡパイロット信号が校正コード信号として使用 されるのが好ましい。 添付図面の例を参照して本発明を詳細に説明したが、本発明は、これに限定さ れるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の考え方の範囲内で種々の変更 がなされ得ることが明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 エルッキレー エスコ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92122 サン ディエゴ アーランガー ストリート 5927

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アンテナ信号を送信する複数の送信器及びアンテナ信号を受信する複数の 受信器の少なくとも１つに効果的に接続される複数のアンテナのアンテナアレー に対しアンテナパターンを調整する方法において、 （ａ）各アンテナごとに、各アンテナ信号に、アンテナアレーのアンテナパタ ーンを整形する係数を乗算して、所望アンテナパターンの第１の繰り返しを形成 し； （ｂ）上記所望アンテナパターンを形成するのに使用される各アンテナ信号か ら、ある位相及び強度を有する各デジタル化された基本帯域信号を収集及び形成 し、上記各デジタル化された基本帯域信号の位相及び強度を測定し、それにより 、各デジタル化された基本帯域信号の位相及び強度間の差を決定し；そして （ｃ）上記係数を調整することにより上記差を補償して、上記所望アンテナパ ターンのその後の繰り返しを形成する、 という段階を備えたことを特徴とする方法。 ２．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整するため に、上記段階（ａ）は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コ ードに実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記送信器を経て送信するこ とを含む請求項１に記載の方法。 ３．アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整するため に、上記段階（ａ）は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コ ードに実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記受信器へ送信することを 含む請求項１に記載の方法。 ４．上記測定は、１つの上記デジタル化された基本帯域信号の位相及び強度を 基準値として使用して、上記差を決定することを含む請求項１に記載の方法。 ５．上記測定は、少なくとも２つの上記デジタル化された基本帯域信号の位相 及び強度を互いに同時に測定することを含む請求項１に記載の方法。 ６．上記測定は、少なくとも２つの上記デジタル化された基本帯域信号の位相 及び強度を順次に測定することを含む請求項１に記載の方法。 ７．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整するため に、上記段階（ａ）は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コ ードに実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記送信器を経て送信するこ とを含み、 アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整するために、 上記段階（ａ）は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コード に実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記受信器へ送信することを含み 、 上記測定は、少なくとも２つの上記デジタル化された基本帯域信号の位相及び 強度を互いに同時に測定することを含み、そして 各々の上記送信器を経ての各校正コード信号の上記送信、及び各々の上記受信 器への各校正コード信号の上記送信は、各々の上記アンテナごとに各異なる校正 コードを使用して、各校正コード信号を各々与えることを含む請求項１に記載の 方法。 ８．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整するため に、上記段階（ａ）は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コ ードに実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記送信器を経て送信するこ とを含み、 アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整するために、 上記段階（ａ）は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コード に実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記受信器へ送信することを含み 、 上記測定は、少なくとも２つの上記デジタル化された基本帯域信号の位相及び 強度を順次に測定することを含み、そして 各々の上記送信器を経ての各校正コード信号の上記送信、及び各々の上記受信 器への各校正コード信号の上記送信は、各々の上記アンテナごとに同じ校正コー ドを使用して、各校正を行い、全ての各校正コード信号を与えることを含む請求 項１に記載の方法。 ９．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整する間に 、上記校正コード信号より実質的に高い各々の電力で上記アンテナを経てペイロ ードデータを送信するように上記送信器を使用することを更に含む請求項２に記 載の方法。 １０．アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整する間 に、上記校正コード信号より実質的に高い各々の電力で上記アンテナを経てペイ ロードデータを受信するように上記受信器を使用することを更に含む請求項３に 記載の方法。 １１．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整する間 に、上記校正コード信号が固定レベルに維持されるところの各々の電力で上記ア ンテナを経てペイロードデータを送信するように上記送信器を使用することを更 に含む請求項２に記載の方法。 １２．アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整する間 に、上記校正コード信号が固定レベルに維持されるところの各々の電力で上記ア ンテナを経てペイロードデータを受信するように上記受信器を使用することを更 に含む請求項３に記載の方法。 １３．各々の上記校正コード信号は、ＣＤＭＡパイロット信号を含む請求項２ に記載の方法。 １４．各々の上記校正コード信号は、ＣＤＭＡパイロット信号を含む請求項３ に記載の方法。 １５．アンテナ信号を送信する複数の送信器及びアンテナ信号を受信する複数 の受信器の少なくとも１つに効果的に接続される複数のアンテナのアンテナアレ ーに対しアンテナパターンを調整する装置において、 （ａ）各アンテナごとに、各アンテナ信号に、アンテナアレーのアンテナパタ ーンを整形する係数を乗算して、所望アンテナパターンの第１の繰り返しを形成 するように働く乗算手段と； （ｂ）上記所望アンテナパターンを形成するのに使用される各アンテナ信号か ら、ある位相及び強度を有する各デジタル化された基本帯域信号を収集及び形成 する手段、及び上記各デジタル化された基本帯域信号の位相及び強度を測定し、 それにより、各デジタル化された基本帯域信号の位相及び強度間の差を決定する ための測定手段と； （ｃ）上記係数を調整することにより上記差を補償して、上記所望アンテナパ ターンのその後の繰り返しを形成するための補償手段と、 を備えたことを特徴とする装置。 １６．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整するた めに、上記乗算手段は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コ ードに実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記送信器を経て送信するた めの手段を含む請求項１５に記載の装置。 １７．アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整するた めに、上記乗算手段は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コ ードに実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記受信器へ送信するための 手段を含む請求項１５に記載の装置。 １８．上記測定手段は、１つの上記デジタル化された基本帯域信号の位相及び 強度を基準値として使用して上記差を決定するように構成された請求項１５に記 載の装置。 １９．上記測定手段は、少なくとも２つの上記デジタル化された基本帯域信号 の位相及び強度を互いに同時に測定するように構成された請求項１５に記載の装 置。 ２０．上記測定手段は、少なくとも２つの上記デジタル化された基本帯域信号 の位相及び強度を順次に測定するように構成された請求項１５に記載の装置。 ２１．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整するた めに、上記乗算手段は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コ ードに実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記送信器を経て送信するた めの手段を含み、 アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整するために、 上記乗算手段は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コードに 実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記受信器へ送信するための手段を 含み、 上記測定手段は、少なくとも２つの上記デジタル化された基本帯域信号の位相 及び強度を互いに同時に測定するように構成され、そして 上記送信手段は、各々の上記送信器を経て各校正コード信号を送信するように 構成され、そして各々の上記受信器へ各校正コード信号を送信する上記手段は、 各々の上記アンテナごとに各異なる校正コードを使用して、各校正コード信号を 各々与えるように構成される請求項１５に記載の装置。 ２２．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整するた めに、上記乗算手段は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コ ードに実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記送信器を経て送信するた めの手段を含み、 アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整するために、 上記乗算手段は、既知の位相及び既知の強度を有しそしてＣＤＭＡ拡散コードに 実質的に対応する各校正コード信号を各々の上記受信器へ送信するための手段を 含み、 上記測定手段は、少なくとも２つの上記デジタル化された基本帯域信号の位相 及び強度を互いに同時に測定するように構成され、そして 上記送信手段は、各々の上記送信器を経ての各校正コード信号を送信するよう に構成され、そして各々の上記受信器へ各校正コード信号を送信する上記手段は 、各々の上記アンテナごとに同じ校正コードを使用して、各校正を行い、全ての 各校正コード信号を与えるように構成される請求項１５に記載の装置。 ２３．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整する間 に、上記送信器及び送信手段は、上記校正コード信号より実質的に高い各々の電 力で上記アンテナを経てペイロードデータを送信するように各々構成される請求 項１６に記載の装置。 ２４．アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整する間 に、上記受信器及び上記送信手段は、上記校正コード信号より実質的に高い各々 の電力で上記アンテナを経てペイロードデータを受信するように各々構成される 請求項１７に記載の装置。 ２５．アンテナ信号の送信に使用するように上記アンテナアレーを調整する間 に、上記送信器及び送信手段は、上記校正コード信号が固定レベルに維持される ところの各々の電力で上記アンテナを経てペイロードデータを送信するように各 々構成される請求項１６に記載の装置。 ２６．アンテナ信号の受信に使用するように上記アンテナアレーを調整する間 に、上記受信器及び上記アンテナ手段は、上記校正コード信号が固定レベルに維 持されるところの各々の電力で上記アンテナを経てペイロードデータを受信する ように各々構成される請求項１７に記載の装置。 ２７．各々の上記校正コード信号は、ＣＤＭＡパイロット信号を含む請求項１ ６に記載の装置。 ２８．各々の上記校正コード信号は、ＣＤＭＡパイロット信号を含む請求項１ ７に記載の装置。