JP4071829B2 - ビーム形成制御チャネルを有する通信システムおよびシステム制御の方法 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、一般に、ビーム形成された制御チャネル（beamformed control channel）を有する通信システムに関し、さらに詳しくは、適応型アンテナ・アレイを有する通信システムにおけるシステム制御の方法に関する。
従来技術の概要
一般に、セルラ通信システムは、それぞれが基地局コントローラによって管理された多数の隣接「セル」からなる。通常、各基地局コントローラは、各セル内の個別のセクタを管理することを担う多くの基地トランシーバ局（base transceiver station）を制御する。特定のシステム（時分割システムまたは周波数分割システムでもよい）に所属する移動ユニットは、セル間を自由に移動でき、任意の一つの時点で主に一つの基地トランシーバ局とのみ制御された通信を行い、そのため移動ユニットが隣接セクタまたはセル間の公称境界（nominal boundary）を移動する際に、各移動ユニットは隣接セクタ（またはセル）における基地トランシーバ局（および基地局コントローラの場合もある）の間のハンドオフ機構（hand-off mechanism）の対象となる。一般に、公称境界は、受信信号強度の許容レベルとして、あるいは通信のビット誤り率（ＢＥＲ：bit error rate）が許容できなくなる時点としてあらかじめ定められる。
システム管理、特に移動ユニットの制御の観点から、例えば、各制御局コントローラはフル送信パワーにて全方向性の放送制御チャネル（ＢＣＣＨ：broadcast control channel）を連続的に送信し、このＢＣＣＨは移動ユニット用の制御データをサポートする。例えば、ＢＣＣＨは、選択的に識別された移動ユニットに通信のために特定のチャネル周波数（および時には特定のチャネル・タイムスロット）を利用するように指示するチャネル情報で符号化される。さらに、隣接セクタまたはセルをカバーする最寄りのＢＣＣＨは、担当のカバー・エリア（coverage area）における移動ユニットによって一般に監視され、（例えば、担当セルのＢＣＣＨの信号強度が隣接セルのＢＣＣＨの信号強度よりも著しく悪いため）ハンドオフが必要かどうかを判定する。
通常、移動ユニットは、割り当てられた戻り（アップリンク）ＢＣＣＨチャンネル資源であって、一般にＧＳＭ（Global System for Mobile）通信などの時分割多重化（ＴＤＭ）システムにおけるタイムスロット・ゼロである戻り（アップリンク）ＢＣＣＨチャネル資源上の専用ランダム・アクセス制御チャネル（ＲＡＣＨ）を利用して、例えばサービスを要求する。さらに、特定のカバー・エリア内のすべての移動ユニットは、このＲＡＣＨに常にアクセスし、そのため２つの移動ユニットがＲＡＣＨ上で同時に送信することを試みる場合に、競合（contention）が生じることがある。具体的には、基地局コントローラ（あるいは基地トランシーバ局）はこれらの同時送信を解決できず、そのため特定の移動ユニットからの特定の要求を弁別できず、ひいては対処できない。従って、所定の時間内に基地局コントローラ（または基地トランシーバ局）によっていずれかの移動ユニットとのハンドシェイクは開始されず、両方の移動ユニットは棄権（default）し、それぞれ自局のアクセス試みを一時的に中断する。次に、異なる擬似ランダム遅延（pseudo-random delays）の後、各移動ユニットは基地局コントローラ（または基地トランシーバ局）との接続を確立することを再度試み、この擬似ランダム遅延は、個別のＲＡＣＨアクセス試みを時間的に分散することによって移動ユニットを解決するための機構を提供する。理解されるように、ＲＡＣＨ上で各移動ユニットによって送信されるメッセージは、ランダムに生成されたデータ・ワード（例えば、８ビットの長さを有する）の形式をとり、一方基地局コントローラ（または基地トランシーバ局）は、このデータ・ワードを単純に再送信することによって対応する移動局を識別できる。
従来、システムが一定のＢＣＣＨを有するというこの条件では、適応型ビーム形成方法（adaptive beamforming techniques）を利用することができず、そのため制御チャネル間で生じる有害なレベルの干渉を防ぐために慎重なＢＣＣＨ再利用計画の必要性があった。従って、各基地局コントローラと同位置にあるアンテナ素子の適応型アレイからのダウンリンク・ビーム形成は、トラヒック・チャネル（ＴＣＨ）と、ＢＣＣＨ周波数および機能を物理的に区別するシステムにいまのところ制限されている。実際、ビーム形成はいまのところＴＣＨに制限されるので、通信システムの周波数最適化はなされていない。
発明の概要
本発明の第１の態様では、通信ユニットと、アンテナ素子のアレイを有する基地局との間で無線通信を確立する方法が提供され、前記方法は：ａ）前記通信ユニットにおいて、専用ワイド・エリア制御チャネル上でシステム・アクセス要求を送信する段階；ｂ）前記基地局において、前記システム・アクセス要求を受信し、それに応答して、前記通信ユニットへの第１狭ビーム制御チャネル（first narrowbeam control channel）を形成して、前記第１狭ビーム制御チャネル上でシステム制御情報を前記通信ユニットに送信する段階であって、前記システム制御情報は、前記アンテナ素子のアレイから送信され、かつ前記無線通信で用いるための狭ビーム通信資源を識別すべく構成される、段階；およびｃ）前記通信ユニットにおいて、前記システム制御情報を受信し、前記無線通信のために前記狭ビーム通信資源を利用するように前記通信ユニットを構築する段階によって構成される。
好適な方法では、本発明は：ａ）複数の基地局で前記システム・アクセス要求を受信する段階；ｂ）各基地局において、前記アクセス要求の信号パラメータ測定を行い、前記複数の基地局について信号パラメータ測定のランク順位を判定する段階；およびｃ）前記ランク順位から、前記通信ユニットを担当する基地局を選択する段階をさらに含んで構成される。
好ましくは、本発明の方法は：前記通信ユニットにおいて：ａ）前記第１狭ビーム制御チャネルの信号パラメータを測定して、信号パラメータ測定値を生成する段階；ｂ）前記信号パラメータ測定値が、前記無線通信をサポートするのに十分とみなされる所定の閾値以上であるかどうかを判定する段階；およびｃ）前記信号パラメータ測定値が前記所定の閾値以下の場合、第２狭ビーム制御チャネル上でシステム・コンフィギュレーション要求を送信し、前記通信ユニットについて前記第１狭ビーム制御チャネルの再配向（re-orientation）を要求する段階をさらに含んで構成される。
また、本発明の請求項の方法は、前記通信ユニットにおいて：ａ）前記第１狭ビーム制御チャネルの信号パラメータを測定して、信号パラメータ測定値を生成する段階；ｂ）前記信号パラメータ測定値が前記無線通信をサポートするのに十分とみなされる所定の閾値以上であるかどうかを判定する段階；およびｃ）前記信号パラメータ測定値が前記所定の閾値以下の場合、第２狭ビーム制御チャネル上でシステム・コンフィギュレーション要求を送信し、前記複数の基地局のうちの異なる一つからの新たな狭ビーム制御チャネルの割り当てを要求する段階を含んでもよい。
基地局は、例えば、通信ユニットの予定位置を中心として狭ビーム放射パターンを変動（oscillate）させることにより、あるいは第１狭ビーム制御チャネルのビーム・パターンの幅を調整することにより、第１狭ビーム制御チャネルのビーム・パターンを周期的に変更できる。ビーム・パターンが変更された場合、本発明では、基地局が第１狭ビーム制御チャネル上でビーム・パターン情報を送信して、第１狭ビーム・チャネルのビーム・パターンがどのように変更されたのかを識別し；通信ユニットにおけるビーム・パターン情報の受信に応答して、通信ユニットはビーム・パターン情報と信号パラメータ測定値との相関を行い、生成された相関測定値および信号パラメータ測定値のうち少なくとも一つを第２狭ビーム制御チャネル上で基地局に送信する。
本発明の第２の態様に従って、通信ユニットと基地局との間で無線通信をサポートする無線通信システムが提供され、前記無線通信システムは専用ワイド・エリア制御チャネルを有する無線通信システムであって：ａ）前記通信ユニットは：ｉ）前記無線通信を確立するため、前記専用ワイド・エリア制御チャネル上でシステム・アクセス要求を生成・送信する手段；およびｉｉ）前記無線通信のために狭ビーム通信資源を利用するように前記通信ユニットを構築するため、システム制御情報を受信する手段によって構成され；ならびにｂ）前記基地局は：ｉ）アンテナ素子のアレイ；ｉｉ）前記アンテナ素子のアレイに応答して、前記システム・アクセス要求を受信・処理する手段；ｉｉｉ）前記システム・アクセス要求に応答して、前記無線通信で用いるための狭ビーム通信資源を識別するシステム制御情報を割り当て・生成する手段；およびｉｖ）前記アンテナ素子のアレイに結合され、第１狭ビーム制御チャネルを形成し、前記通信ユニットに送信する手段によって構成される。
別の態様では、第１通信ユニットと第２通信ユニットとの間で利用される狭ビーム通信資源を修正する方法であって、前記方法は：ａ）前記第１通信ユニットにおいて、前記狭ビーム通信資源を前記第２通信ユニットに送信する段階；ｂ）前記第２通信ユニットにおいて、前記狭ビーム通信資源を受信し、前記通信資源の受信に関する信号パラメータを測定して、制御情報を生成する段階；ｃ）前記第２通信ユニットにおいて、前記制御情報を前記第１通信ユニットに送信する段階；およびｄ）前記第１通信ユニットにおいて、前記制御情報を受信し、前記制御情報に応答して前記狭ビーム通信資源を修正する段階によって構成される。
従って、本発明は、干渉が低減された通信システムを有利に提供する。
本発明の一例としての実施例について、添付の図面を参照して以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の好適な実施例による通信システムのブロック図である。
第２Ａ図および第２Ｂ図は、本発明の好適な実施例による第１図の通信システム用の呼確立アルゴリズム（call establishment algorithm）およびシステム制御サブルーチンをそれぞれ示すフロー図である。
第３図は、第１図の通信システムで用いるための、本発明の好適な実施例による基地局のブロック図である。
第４図は、第３図の基地局で用いられるメモリのブロック図である。
第５図は、第３図の基地局で用いるための、本発明の好適な実施例による移動通信ユニットのブロック図である。
第６図は、狭ビーム放射パターン内の変位（displacement）に対する被測定信号パラメータの変化を示し、また第５図の移動ユニットと第３図の基地局との間の通信をサポートするために本発明の好適な実施例によって判定プロセスがどのようにして呼出されるのかを示すグラフである。
第７図および第８図は、本発明のシグナリング・プロトコル内でフィードバック機構がどのようにして提供されるのかを示す。
好適な実施例の詳細な説明
第１図を参照して、本発明の好適な実施例による通信システム１０のブロック図は、従来六角形パターンで表される複数の隣接セル１２〜２４によって定められる。各セル１２〜２４は、基地局装置２６〜３８を含み、この基地局装置２６〜３８は各セル内の通信カバーを最適化するめに中央に配置され、またこの装置はアンテナ素子の適応型アレイを含む。この説明では、基地局コントローラ，基地トランシーバ局または適切な組み合わせを表すために「基地局装置（base station equipment）」という一般用語が用いられ、移動および固定位置の音声またはデータ通信装置（一般に無線周波数で動作するように構成される）の間で呼をサポートおよび中継できる制御論理を有する通信ユニットを表す。
移動電話および移動データ・ユニット４２〜４４などの通信ユニット４２〜５０は、通信システム１０の地理的領域全体に分散している。移動通信ユニット４２〜４４は、セル１２〜２４間の境界を移動できるが、かなりの期間の間、これらの移動ユニット４２〜４４は、移動ユニットのユーザがオフィス内での会議に出席する場合のように、決められたローカル・エリア内に固定していることがある。移動ユニット４２の移動は、セル１８とセル１２との間の境界を移動するベクトルｖ ₁によって（第１図において）表され、移動ユニット４４は、セル１８の範囲内の別の位置への移動を表す関連ベクトルｖ ₂を有する。
本発明に従って、通信ユニット４２〜５０は、アンテナ素子のアレイから送信されるビーム形成ＢＣＣＨを介して基地局装置２６〜３８によって制御される。さらに、従来技術とは異なり、各セル１２〜３８は、特定の時点で必ずしもＢＣＣＨを有しておらず、そのため特定のＢＣＣＨが特定のセル内の全ての通信ユニット４２〜５０によって受信されるわけでもアクセスされるわけでもなく、また隣接セル間の移動支援ハンドオーバ（mobile assisted handover）のために移動通信ユニット４２〜４４によって利用されるわけではない。従って、本発明は従来の全方向性ＢＣＣＨによって生じる同一チャネル干渉および隣接チャネル干渉を低減し、周波数プラニングおよび厳密なＢＣＣＨ搬送波再利用の必要性を（ある程度）緩和する。
第１図からわかるように、通信ユニット４２〜５０は、狭ビームの指向性チャネルが担当する。例えば、３つの通信ユニット４２〜４６が基地局装置３２との通信に積極的に参加しているところのセル１８を参照して、各通信ユニット４２〜４６は、基地局装置３２から放射される狭ビームＢＣＣＨ５１〜５３が担当する。理解されるように、各狭ビームＢＣＣＨ５１〜５３は同一周波数上にあってもよく、さらに（ＴＤＭＡシステムでは）同一タイムスロット上でもよいが、ただし通信ユニットは基地局装置２８のアンテナ素子の適応型アレイによって解決できるものとする。あるいは、狭ビームＢＣＣＨ５１〜５３は、個別の周波数上や、異なるチャネル資源上でもよい。セル１８は３つの通信ユニットを含むものとして図示されているが、セルはある時点で通信システムに単純に見えない、あるいはサービスを必要としないより多くの通信ユニットを含むことができることはもちろんである。簡略にするため、また第１図および説明を明確にするため、ビーム形成ＴＣＨは図示されていない。ビーム形成ＢＣＣＨの呼確立手順については以下で説明する。
一般に、セル内の基地局装置２６〜３８は、（ハンドオフを管理したり、呼を中継したり、発生するシグナリング競合を解決することなどにより）全体的なシステム制御を維持することを担う少なくとも一つのＯＭＣ（Operations and Maintenance Centre）５４〜５６を介して相互接続される。基地局装置およびＯＭＣの相互接続は、光ファイバ・ケーブルまたは同軸ケーブルによって提供されるメガストリーム（Megastream）またはＥ１リンク５８などの高容量（高帯域幅）リンクで一般に達成される。
本発明の好適な実施例のシステム運用機構は、第２Ａ図および第２Ｂ図のフロー図を参照して、次のように動作する。フロー図の機能ブロックについて、点線で示すブロックは、理解されるように任意のあるいは代替の機能を表す。
パワーアップ時（あるいはカバー・エリア境界を移動時）に、通信ユニット２００は通信システム１０内で専用周波数を有するワイド・エリアＲＡＣＨ上でアクセス／サービスの要求を送信する（２００）。一般に、アクセス／サービスの要求は、基地局で受信されることを保証するのに十分な電力レベルであるが、この電力レベルは、低電力での初期の試みが基地局装置からの応答を開始できない場合（２０４）には、所定の最小レベルから漸次増加できる（２０２）。ＢＣＣＨ上で通信ユニットが何も受信しなければ、通信ユニットは擬似ランダム時間だけ待ってから（２０６）、ワイド・エリアＲＡＣＨ上でアクセス／サービスの要求を（多分、高い電力レベルで）再送信する。従って、アクセス・シーケンスに擬似ランダム時間を挿入することは、競合する通信ユニットによってワイド・エリアＲＡＣＨ上でシステムに対して同時にアクセス／サービスを獲得する試みが解決できる（基地局装置は、解決不可能な競合が発生した場合にタイムアウトするように構成されているので）ことを保証する。
ＲＡＣＨが受信されると、通信システム１０は、要求側通信ユニットの方向で少なくとも一つのＢＣＣＨを放送する。具体的には、ワイド・エリアＲＡＣＨの要求を受信した任意の基地局装置は、（基地局装置のアンテナ素子アレイにおけるワイド・エリアＲＡＣＨの着信の方向に基づいて）通信装置２０８の方向で狭ビームＢＣＣＨを放送し、通信ユニットは、最強のＢＣＣＨを有する基地局を担当局として選択する（２１０）。あるいは、通信システムは、（一般に高レベルＯＭＣ動作を介して）特定のセルの基地局装置（例えば、ワイド・エリアＲＡＣＨの最良信号パラメータ測定を記録した基地局装置（２１４））に、狭ビームＢＣＣＨで応答するように指示する（２１２）。その後、狭ビームＢＣＣＨは、当業者に周知な通常の方法で、制御情報（トラヒック・チャネル割り当てなど）を与えるために用いられる。
明らかに、移動ユニットとの通信資源（ＢＣＣＨおよび／またはＴＣＨ）が確立された後、移動ユニットからの全てのアップリンク通信は、ダウンリンクに応答してビーム形成して、干渉を制限できる。ただし、ビーム形成されたアップリンクは、基地局装置との通信を維持するために、ダウンリンクに比べて若干大きな放射有効面積（radiation footprint）を有するが、この機構は送信間の移動ユニットの移動を考慮に入れているため、固定局端末ではなく、移動ユニットに対して主に適用される。
従って、進行中の通信（データまたは音声）をサポートしないセルにはＢＣＣＨがなく、そのため全体的なシステム干渉に関与せず、また進行中の通信を有するセルは、各適応型アンテナ素子アレイによって各ＢＣＣＨについて生成されるビーム形成放射パターンの指向性および制限された電力分布に起因する干渉制限されたＢＣＣＨ環境を有する。
狭ビームＢＣＣＨを受信する通信ユニットが無線電話などの移動ユニットである場合、チャネルの放射パターンが移動ユニットの位置に対して最適化される（すなわち、実質的に中心となる）ことを保証するために、狭ビーム（ダウンリンク）ＢＣＣＨのビーム形成重み（beamforming weight）を調整する周期的な必要性がある。本発明は、３つの方法のうちの一つでこれを達成する。移動ユニットは移動中なので、受信信号強度やビット誤り率（ＢＥＲ）など、ＢＣＣＨの被測定信号パラメータは変化する（２１６）。従って、移動ユニットは、このようなパラメータを監視し、かつ、例えば、特定のパラメータの変化レートの増加（あるいは予想外の低い閾値測定値）が、狭ビームＢＣＣＨの放射パターンにおける最適位置から移動ユニットが離れることを表すことを実現するように構成される。従って、パラメータの変化レートが所定の閾値よりも大きい場合（あるいは、被測定信号パラメータが受信信号強度分布の定められた領域の外である場合）（２１８）、移動ユニットはＲＡＣＨ２２０，２２２をアクセスすることを試み、ひいては一般にチャネル堅牢性を改善するために、ＢＣＣＨおよびＴＣＨのダウンリンク重みを再調整するように担当基地局装置に通知する。この点で、一般に移動ユニットは、（おそらく、狭ビームＲＡＣＨの放射パターン内にある他の移動ユニットと競合するだけでよいことにより）、干渉を低減するため、およびアクセス時間を短縮するために狭ビームビームＲＡＣＨを送信する。
補完的な意味で、あるいは代替として、基地局装置は、通信装置（一般に基地局装置）の送信機列（transmitter chain）で用いられるビーム形成係数（beamforming coefficient）を調整することにより、ＢＣＣＨの放射パターンまたは方向を周期的に変更してもよい（２４０）。例えば、点線で表される放射パターンがＢＣＣＨの別の指向性投射を表すところのセル１６における通信ユニット４８に対して図示されるように、ＢＣＣＨの放射パターンが移動通信ユニットの想定位置のいずれかの側に時々オフセットするように、狭ビームＢＣＣＨを移動ユニットの想定位置（移動ユニットからのＲＡＣＨ送信の着信方向によって決定される）を中心にして変動（oscillate）させてもよい。ＢＣＣＨの変動と同時に、指向性オフセットに関する指向性情報を狭ビームＢＣＣＨ上で受信側通信ユニットに送信してもよく（２４２）、この情報は、受信後に、通信ユニットにおいて被測定信号パラメータ２４６と相関してもよい。従って、この相関プロセスは、担当側ＢＣＣＨの変化する方位に対する被測定信号パラメータの変化は通信ユニットの移動を表すので、通信ユニットの位置の移動があったかどうかを判定するための別の機構を提供する。通信ユニットは、狭ビームＢＣＣＨの変動に起因する被測定信号パラメータに対する影響を表す情報、すなわち相関プロセスの結果、を単純に（狭ビームＲＡＣＨ上で）アクセスし送信することにより、基地局装置にフィードバック機構を提供する（２４８）。
上記の変動機構と同様に、狭ビームＢＣＣＨは、第１図のセル２２に図示するように、放射パターンを横方向に脈動（pulse）させて、放射パターンの幅（または「有効領域（footprint）」を瞬間的に調整してもよい。狭ビームＢＣＣＨを受信する通信ユニットが固定であると仮定すると、狭ビームＢＣＣＨの変化は、通信ユニットによって判定される被測定信号パラメータに対して何ら影響がない。しかし、通信ユニットが移動中の場合、相対的に狭いビーム送信の被測定信号パラメータは時間とともに著しく変化し、そのため通信ユニットの新たな位置に対してダウンリンクおよびＢＣＣＨを（重みを再形成することにより）最適化できるためには、基地局装置へのＲＡＣＨ送信が必要であることを通信ユニットに通知する。この場合も、ＢＣＣＨはＢＣＣＨの脈動に関する情報を収容してもよいが、この特定の実施例ではこの重要性は低い。なぜならば、移動ユニットは信号強度またはＢＥＲ条件に対して直接応答できるためである。被測定信号パラメータが著しく低下する場合では、狭ビームＲＡＣＨの有効領域は、基地局装置による受信を確保するために幅を増加して、次に狭ビームＢＣＣＨが移動ユニットの新たに位置に再集中されたときに狭めることができる。
第３の方法（これも上記の他の機構とは独立しても補完的でもよい）では、移動ユニットは、初期ＲＡＣＨ試みにより、基地局装置とすでに通信済みであり、基地局装置は狭ビームＢＣＣＨを利用して応答している。従って、移動ユニットからの以降の送信は、基地狭通信によって監視して、被送信信号の着信方向を判定できる。ゆえに、基地局装置は、移動ユニットの移動を補償するために狭ビーム（ダウンリンク）ＢＣＣＨの重みを再形成できる。
また、本発明では、移動ユニットの移動に伴い、ＲＡＣＨは常に再送信する必要はないことが想定される。具体的には、進行中の通信がなく（すなわち、割り当てられたトラヒック・チャネルがない）、かつ通信ユニットが受信するように構築された通信フォーマットの種類（例えば、通信資源の連続的な存在を必要としない電子メールや他の不連続なサービス（dislocated services））を条件とする場合（２５０）、狭ビームＢＣＣＨの連続的受信から移動を独立させることができる。そのため、通信ユニットは狭ビームＢＣＣＨの有効領域（被測定信号パラメータまたは被測定信号パラメータの変化レートによって決定される）から出ることができ、また（ｉ）多重モード通信装置が異なるフォーマット（例えば、通信資源の連続的な存在を必要とする音声呼出）を受信すべく再構築される場合；あるいは（ｉｉ）通信装置のユーザが通信システムにログオンすることを希望する場合、の（ｉ）または（ｉｉ）のいずれかの場合に、ワイド・エリアＲＡＣＨを利用して通信システムとの接続を再確立してもよい。移動通信ユニットがＲＡＣＨ送信を放棄して、ひいては狭ビームＢＣＣＨ受信を失うことを決めた場合、本発明のシステムは（特定の通信装置に対するＴＣＨアクティビティの欠如に基づいて）狭ビームＢＣＣＨをタイムアウトして、干渉を排除し、システム容量を向上させる（２５２）。
セル間（またはセクタ間）のハンドオーバについて、本発明の好適な実施例は次のように動作する。狭ビームＢＣＣＨの被測定信号パラメータが所定の最低閾値以上である、すなわち、許容レベルである場合、担当側の狭ビームＢＣＣＨは通信をサポートし続けるのに十分であるとみなされる。狭ビームＢＣＣＨの被測定信号パラメータが著しく劣化すると、移動ユニットは担当側基地局装置にその旨通知して、移動ユニットのハンドオフが必要なことを最寄りの隣接セル（一般に、ＯＭＣによって統括される）における他の基地局装置に指示する。他の基地局装置は、狭ビームＢＣＣＨ送信のための適切な時間およびチャネル資源を判定し、この情報を元の基地局装置に通知し、この元の基地局装置は通信ユニットに通知する。次に、通信ユニットは指定された時間に指定された周波数に同調し、少なくとも一つの新たなＢＣＣＨの信号パラメータ測定を行い、（関連アップリンク上で）狭ビームＲＡＣＨでこのＢＣＣＨに応答して、新たな基地局装置を選択するか、あるいは元の基地局装置に結果を指示する。従って、元のＢＣＣＨは、（理解されるように）ＯＭＣ判定に応じて、放棄あるいは維持することができる。候補基地局装置からのテスト信号として送信された新たなＢＣＣＨも狭ビーム信号である。具体的には、候補基地局装置は基地局装置の相対方位（relative orientation）およびグリッド基準（grid reference）に関する情報のデータベースにアクセスできるので、狭ビーム（テスト信号）送信が可能であり、また担当側の基地局装置は、移動ユニットに関する角度情報（すなわち、着信方向情報から実現される）を与える。従って、相対方位，グリッド基準および角度情報を利用することにより、候補基地局装置は、ハンドオフを必要とする移動ユニットの方向で狭ビームＢＣＣＨを形成できる。
さらに、本発明のシステムは狭ビームＢＣＣＨおよびＴＣＨで動作する（ひいては通信ユニットは制御チャネルまたはトラヒック・チャネルに対して連続的なアクセスを必ずしも有していない）が、固定周波数方式における移動ユニットは、好ましくは、周波数走査受信機（frequency scanning receiver）によって、利用可能な場合には周辺周波数と、（ＢＣＣＨまたはＴＣＨのいずれかの）関連信号パラメータとを監視して、移動ユニットの位置が著しく変化したかどうか、ひいてはハンドオーバが必要かどうかを判定するように構成される。このように、認識されない周波数は位置変化を表し、ひいては通信システムとの接続を再確立するためにＲＡＣＨ送信が必要なことを表す。
第３図を参照して、第１図の通信システムで用いられる本発明の好適な実施例による基地局３００のブロック図を示す。基地局３００は、無線周波数（ＲＦ）信号３０４を送受信するためのアンテナ素子のアレイ３０２からなる。アンテナ素子アレイ３０２は、一般に基地局３００内で計算される重み係数によって定められる狭ビーム放射パターンを有する放射パターンを生成する機能を有する。アンテナ素子アレイ３０２は、受信回路３０８または送信回路３１０に信号を選択的に結合するスイッチまたはサーキュレータに結合される。ただし、基地局は、同時送受信が可能な全二重装置でもよいことが理解される。受信回路および送信回路はともに制御プロセッサ３１２によって制御され、この制御プロセッサ３１２は、アクティブ呼について同期およびタイムアウト指示を行うように構成されたシステム・クロック／タイマ３１４に結合される。制御プロセッサ３１２は、制御プロセッサ３１２によって用いられる動作ルーチンやデータを格納するメモリ３１６に結合される。受信回路３０８は、処理された情報をデータ出力３１８に与える。また、制御プロセッサ３１２は、当業者に理解されるように、受信信号の固有値に基づいて受信（入射（incidence））の角度を推定するいわゆる「ＭＵＳＩＣ」アルゴリズムを一般に利用して、アンテナ素子アレイ３０２で受信される信号３０４の着信方向を判定するように構成される。データ入力３２０は、ビーム形成回路網（beamforming network）３２２（制御プロセッサ３１２に応答する）および送信回路３１０を介して、アンテナ素子アレイ３０２から送信される情報を受ける。ビーム形成回路網３２２は重み係数を信号に適用して、理解されるように、アンテナ素子アレイ３０２から放射するダウンリンク・チャネル上で送信するための狭ビーム放射パターンを生成する。
第４図は、第３図の基地局において用いられるメモリのブロックを示す。メモリ（第３図のメモリ３１６でもよい）は、基地局（例えば、上記のＭＵＳＩＣアルゴリズムによって解析される）に対する通信ユニット（基地局との通信にアクティブに関与するあるいは基地局に登録されている）の位置の指示を格納する移動位置／ビーム方位レジスタ（mobile location/beam orientation register）４０２と、基地局ＩＤを対応するグリッド基準情報とを関連付ける基地局位置インデクス（base station position index）４０４とを収容する。一般に、グリッド基準はデカルト形式であり、各基地局のアンテナ・アレイ（上記のように狭ビーム・ハンドオフを実行する上で用いられる）の相対方位に関する指示も含む。
第５図は、第３図の基地局３００と用いられる本発明の好適な実施例による移動通信ユニット５００のブロック図である。移動通信ユニット５００は、ＲＦ信号３０４を送受信するためのアンテナ５０２からなる。アンテナ５０２は、重み係数によって定められる狭ビーム放射パターンを生成することができる。アンテナ５０２は、受信回路５０８または送信回路５１０に信号を選択的に結合するスイッチまたはサーキュレータ５０６に結合される。ただし、移動通信ユニット５００は、同時送受信が可能な全二重装置でもよいことが理解される。受信回路５０８および送信回路５１０はともに制御プロセッサ５１２によって制御され、この制御プロセッサ５１２は、被測定信号パラメータの変化レートを計算するために必要とされるような動作ルーチンと、制御プロセッサ５１２によって用いられるデータとを格納するためのメモリ５１６に結合される。受信回路５０８は、処理された情報をデータ出力５１８と、制御プロセッサ５１２に結合された信号パラメータ測定回路５１９とに与える。データ入力５２０は、ビーム形成回路網５２２（制御プロセッサに応答する）と、送信回路５１０とを介して、アンテナ５０２から送信される情報を結合する。ビーム形成回路網５２２は、重み係数を信号に適用して、理解されるように、アンテナ５０２から放射するアップリンク・チャネル資源上で送信するための狭ビーム放射パターンを生成する。
第６図は、狭ビーム放射パターン内の変位（displacement）に対する被測定信号パラメータの変化を表し、また第５図の移動ユニットと第３図の基地局との間の通信をサポートするために本発明の好適な実施例によって判定プロセスがどのようにして呼出されるのかを表すグラフを示す。この図からわかるように、被測定信号パラメータ６０２（受信信号強度またはＢＥＲなど）は、ガウス的な性質を持つ分布６０４を有する。移動通信装置がダウンリンク狭ビーム放射パターンに対して中心に位置する（６０６の横座標上で示される）場合、被測定信号パラメータは最大となる。しかし、移動ユニットが狭ビーム放射パターンの中心から離れると、被測定信号パラメータは指数関数的に低下し、６０８の被測定信号パラメータ閾値（縦軸上に示す）は、現在担当しているＢＣＣＨ上で連続した通信をサポートするのには不充分であるとみなされる。すなわち、閾値６０８は、分布６１０および６１２の許容可能な極値によって示されるように、狭ビーム放射パターンの中心からの変位に相当する。
第７図および第８図は、本発明のシグナリング・プロトコル内でフィードバック機構がどのようにして提供されるのかを示す。具体的には、基地局装置が変動するあるいは狭ビーム放射（ビーム）バターンを変えると、被送信ＢＣＣＨ上の制御メッセージ７００は，ａ）ＢＣＣＨが宛てられた通信ユニットを識別するユニットＩＤ情報７０２；ｂ）どれほど厳密にＢＣＣＨが変化したのかを識別するＢＣＣＨ情報７０４；ｃ）容易に理解されるように、進行中の通信に関するトラヒック・チャネル情報；およびｄ）電力制御のために移動ユニットによってその後用いられる電力制御情報を収容する。このダウンリンク情報に応答して、移動ユニットは、自局のユニットＩＤと、被測定信号パラメータの記録された変動（被受信ＢＣＣＨ情報７０４に対して相関される）を報告する測定情報８０４とを含むシグナリング方式８００で、（一般に狭ビームＲＡＣＨ上で）応答する。このように、測定情報８０４は、意図的なＢＣＣＨ変化または通信ユニットが受ける狭ビームＢＣＣＨの一般品質のいずれかの影響を報告することによって、システム制御を支援する。従って、基地局装置の制御プロセッサは、これらの報告された変動および着信方向情報に基づいて移動ユニットの移動を補正できる。
本発明の好適な機能は狭ビーム制御チャネルの維持についてフィードバック報告構造を構築するが、フィードバック機構を提供する概念は狭ビーム通信資源の他の形式にも同様に適用可能である。特に、本発明の一般概念は、狭ビーム・トラヒック・チャネルについてのフィードバック機構の構築にも適用でき、放射パターンが変化するトラヒック・チャネルに関して特に貴重である。具体的には、例えばこのようなトラヒック・チャネルのフィードバック機構は、ｉ）受信された（ビーム形成された）トラヒック・チャネルの受信品質が十分であるかどうか；ｉｉ）担当側トラヒック・チャネルの品質がハンドオフを必要とするほど劣化したかどうか；あるいはｉｉｉ）担当側トラヒック・チャネルの品質が狭ビーム放射パターンの再同期が必要であることを示す程度に劣化したかどうかを指示するために利用できる。このように、基地局からあるいは通信装置からのトラヒック・チャネルの放射パターンの変動（あるいは、例えば狭ビーム・トラヒック・チャネルの幅の脈動）は、トラヒック・チャネルのビーム形成でその後に用いるための情報を提供するために利用できる。また、フィードバックは、ＢＥＲまたは被受信信号強度情報に関する報告の形式でもよく、また理解されるように、さらに複雑でも（例えば、相関情報を含む）、詳細にしてもよい。もちろん、一方のユニットから他方のユニットに送信されるビーム形成チャネルは受信側ユニットにおいて（測定可能な信号パラメータの点から）解析でき、その後受信側ユニットは被測定信号パラメータについて送信側ユニットにフィードバックを与える。この代替プロセスの一般的な論理フローは、汎用的な意味で第２Ｂ図を見ることで理解でき、従ってこの図はＢＣＣＨ制御アルゴリズムのみを定めるという点で制限的であるとみなすべきではない。
以上、本発明は、干渉が低減された通信システムを有利に提供する。

Claims (18)

1. 通信ユニットと、アンテナ素子のアレイを有する基地局との間で無線通信を確立する方法であって：
   複数の基地局でシステム・アクセス要求を受信する段階；
   各基地局において、前記アクセス要求の信号パラメータ測定を行い、前記複数の基地局について信号パラメータ測定のランク順位を判定する段階；
   前記ランク順位から、前記通信ユニットを担当する基地局を選択する段階；
   前記通信ユニットにおいて、専用ワイド・エリア制御チャネル上でシステム・アクセス要求を送信する段階；
   前記基地局において、前記システム・アクセス要求を受信し、それに応答して、前記通信ユニットへの第１狭ビーム制御チャネルを形成して、前記第１狭ビーム制御チャネル上でシステム制御情報を前記通信ユニットに送信する段階であって、前記システム制御情報は、前記アンテナ素子のアレイから送信され、かつ前記無線通信で用いるための狭ビーム通信チャネル資源を識別すべく構成される、段階；
   前記通信ユニットにおいて、前記システム制御情報を受信し、前記無線通信のために狭ビーム通信チャネル資源を利用するように前記通信ユニットを構築する段階；
   前記基地局において、新たな狭ビーム制御チャネルの割り当ての要求を受信する段階；
   前記通信ユニットを担当する前記基地局において、前記新たな狭ビーム制御チャネルの割り当ての要求に応答して、前記通信ユニットにおいて狭ビーム制御チャネルを送信する準備をするように前記複数の基地局の他の基地局に命令する段階；
   前記複数の基地局の他の基地局のうち少なくとも一部のそれぞれにおいて、送信の準備をする命令を受信したことに応答して、前記通信ユニットを担当する前記基地局に、前記通信ユニットにおける狭ビーム制御チャネルの以降の送信に関するチャネル割り当て情報を通知する段階；および
   前記通信ユニットを担当する前記基地局において、前記他の基地局のうちの少なくとも一部からのチャネル割り当て情報を受信したことに応答して、前記第１狭ビーム制御チャネル上で前記チャネル割り当て情報を前記通信装置に通知する段階；
   によって構成されることを特徴とする方法。
2. 前記通信ユニットにおいて：
   ａ）前記第１狭ビーム制御チャネルの信号パラメータを測定して、信号パラメータ測定値を生成する段階；
   ｂ）前記信号パラメータ測定値が、前記無線通信をサポートするのに十分とみなされる所定の閾値以上であるかどうかを判定する段階；および
   ｃ）前記信号パラメータ測定値が前記所定の閾値以下の場合、第２狭ビーム制御チャネル上でシステム・コンフィギュレーション要求を送信し、前記通信ユニットについて前記第１狭ビーム制御チャネルの再配向を要求する段階；
   をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記通信ユニットにおいて：
   ａ）前記第１狭ビーム制御チャネルの信号パラメータを測定して、信号パラメータ測定値を生成する段階；
   ｂ）前記信号パラメータ測定値が、前記無線通信をサポートするのに十分とみなされる所定の閾値以上であるかどうかを判定する段階；および
   ｃ）前記信号パラメータ測定値が前記所定の閾値以下の場合、第２狭ビーム制御チャネル上でシステム・コンフィギュレーション要求を送信し、前記複数の基地局のうちの異なる一つからの新たな狭ビーム制御チャネルの割り当てを要求する段階；
   をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記基地局において、前記第１狭ビーム制御チャネルのビーム・パターンを周期的に変更する段階；
   をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項２または３記載の方法。
5. 前記第１狭ビーム制御チャネルのビーム・パターンは、前記通信ユニットの予定位置を中心として変動することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記第１狭ビーム制御チャネルのビーム・パターンの幅は脈動することを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 前記基地局において、前記第１狭ビーム・チャネルのビーム・パターンがどのように変化するかを識別するビーム・パターン情報を前記第１狭ビーム制御チャネル上で送信する段階；および
   前記通信ユニットにおいて、前記ビーム・パターン情報の受信に応答して、前記ビーム・パターン情報を前記信号パラメータ測定値と相関し、生成した相関測定値および前記信号パラメータ測定値の少なくとも一方を、前記第２狭ビーム制御チャネル上で前記基地局に送信する段階；
   をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項４、５または６記載の方法。
8. 前記無線通信が終了すると、前記システム・コンフィギュレーション要求の送信を禁止する段階をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項２ないし７のうちいずれかの請求項に記載の方法。
9. 前記システム・コンフィギュレーション要求の送信を禁止する前記段階は、狭ビーム通信チャネル資源の連続的な存在を必要としない不連続な送信サービスをサポートするように通信装置が構築されることを条件として、禁止されることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記基地局において、前記無線通信が終了して、最後のシステム・コンフィギュレーション要求を受信してから所定の期間が経過した後に、前記第１狭ビーム・チャネルを開放する段階をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項８または９記載の方法。
11. 前記移動ユニットにおいて：
    前記システム制御情報を受信するため所定の時間待つ段階；
    前記所定の時間の終了時に、前記システム・アクセス要求が送信される電力レベルを増加する前に、擬似ランダムに生成される遅延だけ待ってから、前記システム・アクセス要求を前記ワイド・エリア制御チャネル上で再送信する段階；
    をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法。
12. 前記通信ユニットにおいて、前記チャネル割り当て情報を受信したことに応答して、それぞれの狭ビーム制御チャネル上で他の基地局からの送信を受信するように前記通信ユニットを構築し、これらの送信から信号パラメータを測定して、前記複数の基地局の他の基地局から基地局ハンドオフ候補を判定する段階； をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 前記通信ユニットにおいて、信号パラメータを測定して基地局ハンドオフ候補を判定した後に、第３狭ビーム制御チャネル上で前記基地局ハンドオフ候補に応答して、前記無線通信のハンドオフを開始する段階；
    をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記第３狭ビーム制御チャネルは、前記基地局ハンドオフ候補と関連することを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記システムは、前記複数の基地局に結合され、基地局位置情報および通信ユニット位置情報を格納するメモリをさらに含んで構成され、前記方法は：
    前記基地局において、前記基地局位置情報および前記通信ユニット位置情報にアクセスして、前記無線通信のハンドオフ中に、前記通信ユニットの方向に狭ビーム制御チャネルをビーム形成する段階；
    をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１２、１３または１４記載の方法。
16. 通信ユニットと基地局との間で無線通信をサポートする無線通信システムであって、前記無線通信システムは専用ワイド・エリア制御チャネルを有する無線通信システムであって：
    前記基地局は：
    アンテナ素子のアレイ；
    前記アンテナ素子のアレイに応答して、システム・アクセス要求を受信・処理する手段；
    前記システム・アクセス要求に応答して、前記無線通信で用いるための狭ビーム通信チャネル資源を識別するシステム制御情報を割り当て・生成する手段；および
    前記アンテナ素子のアレイに結合され、第１狭ビーム制御チャネルを形成し、前記通信ユニットに送信する手段；
    前記複数の基地局の各基地局において、前記アクセス要求の信号パラメータ測定を行って、前記複数の基地局について信号パラメータ測定のランク順位を判定する手段；
    前記ランク順位から前記通信装置を担当する基地局を選択する手段；
    基地局において新たな狭ビーム制御チャネルの割り当ての要求を受信する手段；
    前記新たな狭ビーム制御チャネルの割り当ての要求に応答して、前記通信ユニットにおいて狭ビーム制御チャネルを送信する準備をするように前記複数の基地局の他の基地局に命令する手段；
    前記複数の基地局の他の基地局のうち少なくとも一部のそれぞれにおいて、送信の準備をする命令を受信したことに応答して、前記通信ユニットを担当する前記基地局に、前記通信ユニットにおける狭ビーム制御チャネルの以降の送信に関するチャネル割り当て情報を通知する手段；および
    前記通信ユニットを担当する前記基地局において、前記他の基地局のうちの少なくとも一部からのチャネル割り当て情報を受信したことに応答して、前記第１狭ビーム制御チャネル上で前記チャネル割り当て情報を前記通信装置に通知する手段；
    によって構成されることを特徴とする無線通信システム。
17. 前記通信ユニットは：
    前記無線通信を確立するため、前記専用ワイド・エリア制御チャネル上でシステム・アクセス要求を生成・送信する手段；
    前記無線通信のために狭ビーム通信チャネル資源を利用するように前記通信ユニットを構築するため、システム制御情報を受信する手段；
    前記第１狭ビーム制御チャネルの信号パラメータを測定して、信号パラメータ測定値を生成する手段；
    前記信号パラメータ測定値が前記無線通信をサポートするに十分とみなされる所定の閾値以上であるかどうか判定する手段；および
    前記信号パラメータ測定値が前記所定の閾値以下の場合に、第２狭ビーム制御チャネル上でシステム・コンフィギュレーション要求を生成・送信して、前記通信ユニットについて前記第１狭ビーム制御チャネルの再配向を要求する手段；
    をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１６記載の通信システム。
18. 前記基地局は、前記第１狭ビーム制御チャネルのビーム・パターンを周期的に変更する手段をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１６または１７記載の通信システム。

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