Rotary lobe access method

【発明の詳細な説明】 回転ローブアクセス方法発明の分野 本発明は、回転ローブアクセス方法に関する。 本発明の主たる考えは、移動電話及びＰＭＲ（私設移動無線）システムといった従来のＦＤＭＡ及びＴＤＭＡ移動無線システムのための、アクセス、ページング及び呼のセットアップ手順の分野にある。 本発明のもう１つの利用分野は、位置決めシステムにある。 本発明は、移動無線システムにおいてダウンリンク及びアップリンクの両方で高速かつ単純な初期獲得、ページング又は呼のセットアップを行なう作業を簡略化するものである。 本発明はＦＤＭＡ及びＴＤＭＡシステム及び、ＦＤＤ（周波数分割２重）又はＴＤＤ（時分割２重）のいずれかで作動する上記各システムのハイブリッドにおいて使用可能である。 本発明は、本出願と同じ出願日をもつか又は近い将来出願予定である、本出願と同じ所有者の以下の名称の特許出願に関係するものである： セルラー通信システムの変換方法及び装置； アンテナシステム； 適応エアーインターフェイス従来技術 移動通信システムでは、アクセス及び通信のための全方向性又は１２０°セクターアンテナが今日最も一般的である。 問題の分野は、高い感度及び／又はレンジを達成することのむずかしさにある。 現在の一つの解決法は、基地局（ＢＳ）において非常に高い電力を使用することである。 しかしながら、これは、妨害レベルを増大させる可能性があり、また一般に低い電力消費も望まれている。 一方、本発明は、狭い回転ローブを用い、同じか又は幾分か遅延した受信ローブ内で移動局からの応答を達成し、結果として以下の利点をもたらすことを提案する：即ち、 提案されている方法は、狭いローブシステムを用いて感度及び／又はレンジ及び容量を増大させる。 該方法は、電力効率がよく、基地局からの高い出力電力を回避する。 移動局は、固定的遅延＋可変的遅延を提供する。 最大ページング感度が、高いアンテナ利得によって得られる。 選択的ページング、すなわち好ましい方向、セクター又はレンジでのページングが容量、例えば最後に報告された方向での第１の伝送を増強する。 こうして、 不必要な放射が節減される。 電力制御によりハードな容量制限を回避でき、従ってソフトな劣化が導入される。 従来の方法のために使用されているような標準的ハードウェアを使用することができる。 現実のページ時間は、データ速度、転送されるべきデータビットの数によって左右される。 ページングチャネルは公称６００ｂ/ｓ、ただし任意（オプション）には（１/ １６，１/８，１/４，１/２，２，４，８）×６００ｂ/ｓを支持する。 データ速度が低くなればなるほど、より高い感度が得られる（原則として、データ速度が２分の１に減少する毎に３ｄＢの利得がもたらされる）。 ページングチャネルは、適応エアーインターフェイスと類似の要領で扱かわれる。 上述の我々の特許出願を参照のこと。 本発明は、感度の増大及び移動局の電力及び複雑性の低減を提供する。 低いデータ速度及び狭いローブのため、ページングチャネルのためのいかなる遅延等化器も必要とされない。 発明の概要 従って、本発明は少なくとも１つの基地局及び多数の移動局を含みかつ基地局と移動局の間の通信のため多数の水平方向ローブを支持するアンテナ手段を有する通信システムにおける回転ローブアクセス方法を提供する。 本発明によると、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号は、水平平面内でローブを回転させるか又は回転するように見せるべく、ローブ形成ユニットによって変調される。 また、異なる垂直方向角度での回転又は掃引も可能である。 本発明の好ましい実施形態によると、該方法は、別々の送信及び受信ローブを用いるものであり、受信ローブは送信ローブの遅延したレプリカである。 本発明の第２の形態においては、基地局送信ローブとの同期化を達成した後、 移動局はスリープモードへと進む。 本発明のもう１つの形態においては、基地局は、方位角を決定することによって移動局の位置を推定し、移動局の応答の時間的遅延のタイミングをとることによって距離を推定する。 また、移動局は、それぞれの基地局までの距離及び方位角を得るため少なくとも２つの基地局を聴取することによって、三角測量を用いその位置を計算する能力をもつ。 図面の簡単な説明 本発明について添付の図面を参照しながら、以下で詳細に説明する。 なお図面中、 図１は、本発明において利用されるような回転ローブの概略図である。 図２は、本発明による３つのレベルをもつスリープモード機能の状態図である。 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は、基地局ＢＳと移動局ＭＳの間の通信のための回転ローブを用いたアクセス方法を提供する。 ダウンリンクは１つの送信ローブ内で行なわれ、アップリンクは、同一の又は幾分か遅延した受信ローブ内で実施される。 移動局は、固定的遅延＋可変的遅延を提供する。 固定的遅延は、正しいタイムスロット内で移動局が応答するように設定され、一方可変的遅延は、基地局から移動局への距離に左右される。 ダウンリンクにおいては、有用な情報は、時間的遅延のタイミングをとることにより、水平方向位置情報（方位角）、ページング応答情報及び距離情報といったようなＭＳ応答から得られる。 同じ考え方は、アップリンクでも応用でき、この場合、ＭＳアクセス情報は、 回転ローブに確実に当たりかくしてリンク内の通信を可能にするよういくつもの間隔で反復される。 図１では、狭いローブが、３つの移動局ＭＳ１，ＭＳ２及びＭＳ３との通信のため時計まわり方向に回転している状態で表わされている。 回転ローブは、異なる方向での固定ローブ間での切換え又は連続的に掃引されるローブとみなすことができる。 異なるローブは互いに干渉しないことから、同じ周波数を使用することができ、こうして利用可能な周波数スペクトルは大幅に増大する。 ローブは、以下の方法を用いて回転させられる。 すなわち、線形アレイ又はその他の任意の配置つまり等角（非線形）アレイのいずれかに位置づけされたＮ個のアンテナ要素を用いて、アンテナローブが作り出される（例えば我々の上述の特許出願「アンテテシステム」を参照のこと）。 順次適用される一組の固定係数又は連続的に可変的な係数のいずれかを用いることにより、回転ローブが作り出される。 両方のケースにおいて、変動する係数は、ローブを回転させるか又は回転しているように見せる。 回転は時計回り又は反時計回り方向で行なわれる。 また、擬似ランダム順にセクターを通ってホップすることにより、全てのセクターを通って擬似ランダム掃引を行なうことができる。 こうして、近隣の基地局のカバレージエリアとの干渉の危険性を減少させることができる。 回転は、ここで、ローブ形成ユニット（ＬＳＵ）と呼ばれる重みづけデバイスによって実施され、Ｎ個の複素重みづけ係数、Ｎ個の大きさ及びＮ個の位相による重みづけが、Ｎ個のアンテナ要素の各々まで進む（又は各々の該アンテナ要素から逆方向に来る）信号と乗算される。 Ｎ個の複素重みづけ係数は、低いサイドローブレベルという前提条件で計算される。 本発明はまた、垂直方向ローブすなわち、さらなるダイバーシティー又は容量の増加を導入するため、基地局から異なるレンジに到達するための異なる垂直方向角度をもつローブを支持することもできる。 ローブの形成は、結果として以下の特性をもたらす： 狭いローブ内でのＣ/Ｉ（搬送波/妨害波）問題の減少； 広い一斉放送モードに比して狭いローブシステムでのより少ない遅延の広がり； 異なるレンジエリアについての垂直方向ローブに対する支持； カバレージエリアをさまざまなトラヒックパターンに適合させることができるという結果をもたらす、セクター化されたローブ電力制御の導入。 ダウンリンクにおいては、最初のアクセス要求の時点で迅速な移動局の位置決めが得られ、移動局応答は、直接的に方位角を提供し、又移動局までの粗距離を与える。 基地局は３０秒毎又はさらに高い頻度でその座標及び方位角を送ることができる。 移動局は、少なくとも２つの基地局を聴取することにより三角測量を用いてその位置を自律的に決定できる。 これは、世界的位置決定システム（ＧＰ Ｓ）に類似した位置決め機能である。 また、アップリンクは、遅延時間ｔｄが許容された状態で走査される。 このようにしてローブ利得及び高速アップリンク獲得を得ることができる。 バッテリ電力及びスペクトルを節約するため、０．５ms/３０ｓまでのバーストデューティサイクルを伴う高度のスリープモードが導入される。 図２は、本発明によるスリープモード機能の状態図の１例を示す。 移動局は当初スリープモードにあると仮定する。 ８〜１６ビットと短かいものである最初のページング又は肯定応答メッセージＡＣＫ Ｍ ₁を受信した後、移動局は、中間ステートへと進み、適切なメッセージを受信するべくセッションステートである最終ステートに到達するよう１つ又はそれ以上の新しいページングメッセージＡＣＫ Ｍ ₂を期待する。 第１のメッセージＡＣＫ Ｍ ₁は移動局の「群を起こし」、次に続くページングメッセージＡＣＫ Ｍ ₂はページングセッションを完了する。 中間ステートにある移動局が否定応答メッセージＮＡＣＫ Ｍ ₁を受信したか又は最終ステートで否定応答メッセージＮＡＣＫ Ｍ ₂を受信した場合、移動局は次のさらに低いレベルに戻る。 本発明は、最高５レベルまでのスリープモードステートを提案する。 以下のような特長が含まれることになる： 長遅延電力節減スリープモード； ソフトウェアで制御された０．２〜３０秒のスリープ時間； 測定された残りのバッテリ容量に応じたスリープモードファクタ； スリープモードは、適用されたページングチャネルデータ速度により左右される； スリープモードは、少なくとも３つのレベルのウェイクアップを聴取する； 応答が得られるまで順次最高５回まで呼び出す（ページする）。 ダウンリンクページング、アクセス又は呼のセットアップメッセージは、短い間隔のメッセージ時間ｔ _m内で転送される。 メッセージ時間は、以下の式に従って、ローブのドウエル(dwell)時間ｔ _dwに比べ短かいものである。 ｔ _m ＜ｔ _dw ｔ _dw ＝ｔ _sw /Ｎ なお式中、 Ｎ＝セクター又はローブの数 ｔ _sw ＝掃引時間（＝１回転の持続時間） 例：Ｎ＝６４，ｔ _sw ＝４８０ms，ｔ _dw ＝７．５ms，すなわち、ｔ _m ＜７．５ms ，ｔ _m ＜３．５ms（≒ｔ _dw /２）が好ましい。 まず最初に、移動局の最後に報告された方向においていくつかのページング試行が行なわれる。 必要とあらば、このとき、最後に報告された方向のセクターを包含するより広いセクターの中でいくつかのページング試行が行なわれる。 最後に、先行する試行のいずれも成功しなかった場合、完全な水平一回転を走査するページング試行が行なわれる。 これは、移動局がスリープモードにおいてそのセクターの外側に移動した場合にあてはまる可能性がある。 或る一定の選択された方向における電力の減少が、電力及び容量の節減のために提案されている。 これは、カバレージエリアを故意に減少するが、近隣のエリア内の妨害も減少させ、発呼容量のソフトな制限として作用する。 同じ周波数を異なる方向で再使用することが可能である（掃引ローブ）。 かくして、容量は増大する。 アップリンク受信ローブは、送信ローブの遅延したレプリカである。 遅延は、送信ローブに遅れて、ローブ幅のｍ倍又はドウエル時間のｍ倍である。 移動局の応答遅延もそれに応じて調整される。 アップリンクは、次の要領で処理される：すなわち、移動局受信機のデューティサイクルは、電力を節減するべく低くなっている。 移動局は、ローブ同期化タイミング情報を得るのに充分な長い時間、最も近い基地局を聴取する。 各々の移動局には好ましくは、同期化を維持するべく安定クロック（±１０ppm）を生成するための内部周波数発生器が具備されている。 この段階の後、移動局は、回転ローブの長い適正なタイムスロットｔ _dw内でメッセージをいつでも受信できる状態となる。 こうして作り出された最大遅延は、以上で示された例では約０．５秒である１ 回転である。 各々別々の受信ローブをもつ２つの受信機を用いることにより、遅延は、回転時間の２分の１まで減ることになる。 ハンドオフ移動局は当然のことながら、基地局の異なるローブ間を移動することが許されている。 本発明は、別々の基地局の間のハンドオフと類似してそのローブ間の「 ハンドオフ」を提供する。 本発明では、次の２種類のハンドオフ（ＨＯ）方式が提案されている：すなわち、 隣接セクターに入るときの新しい周波数へのＨＯを意味するハードハンドオフ（ＨＨＯ）又はハードセクターハンドオフ。 信号強度、妨害波に対する信号、ビット誤り率（ＢＥＲ）といったような従来の基準が用いられる； 可能な場合、基地局が新しいセクターに切換えられることを意味する、ソフトセクターハンドオフ（ＳＳＨＯ）。 換言すると、これは、基地局周波数が移動する移動局に追従することを意味している。 該方式は、新しいセクターに切替えられるべき周波数がそのセクターで使用されていない場合にのみ有効である。 周波数が利用できない場合には、ＨＨＯが行なわれる。 かくして、本発明は、上述のような利点をもつ回転ローブアクセス方法を提供する。 本発明は、以下の各請求項によってのみ制限されるものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年６月９日（１９９８．６．９） 【補正内容】 請求の範囲 １． 少なくとも１つの基地局と多数の移動局を含み、基地局と移動局の間の通信のためのいくつかの水平ローブを支持するアンテナ手段を有する通信システム内の回転ローブアクセス方法において、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号が、ローブを水平平面内で回転させるか又は回転しているように見せるべく、ローブ形成ユニットによって変調され、移動局は、基地局の送信ローブと内部クロックによって同期化し、同期化を達成した後スリープモードに進み、該スリープモードはいくつかのウェイクアップレベルを有し、ここで移動局は最深のレベルではウェイクアップ呼を予期して聴取し、最高のレベルでは適切なメッセージを予期して聴取することを特徴とする、回転ローブアクセス方法。 ２． 移動局は、基地局の送信ローブが移動局の方向に送信される間隔中のみ基地局を聴取することを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３． スリープモードが少なくとも３つのウェイクアップレベルを有し、ここで移動局は最深のレベルではグループウェイクアップ呼を予期して聴取し、次のレベルでは個々のウェイクアップ呼を予期して聴取し、最高のレベルでは適切なメッセージを聴取することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 ４． スリープモードが、移動局に残っているバッテリーの電力に左右されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 ５． アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号は、異なるローブを作り出すようＮ個の複素重みづけ係数により乗算されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 ６． 各ローブはドウエル時間ｔ _dwを有し、メッセージ時間ｔ _m内でページング、アクセス又は呼のセットアップメッセージが送信され、メッセージ時間の持続時間はドウェル時間に比べ短かい、すなわちｔ _m ＜ｔ _dw 、好ましくはｔ _m ＜約ｔ _dw /２であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。 ７． 固定された重みづけ係数が、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号に対し順次適用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。 ８． 連続的に可変的な重みづけ係数が、アンテナ手段へ及びアンテナ手段からの信号に対し順次適用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。 ９． ローブが時計まわり又は反時計まわり方向に回転させられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。 １０． 擬似ランダム順でセクターを通してホップすることにより、ローブが１ 回転掃引させられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。 １１． アンテナ手段が少なくとも２つの垂直ローブを支持することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。 １２． アンテナ手段が上部及び下部ローブを支持し、ここで該上部及び下部ローブが各セクター内で連続的に掃引されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３． 別々の送信及び受信ローブを用いることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。 １４． 受信ローブが送信ローブの遅延したレプリカであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。 １５． 基地局は、移動局の応答の時間的遅延のタイミングをとることによって方位角及び距離を決定することで移動局の位置を推定することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。 １６． 移動局は、それぞれの基地局に対する方位角及び距離を得るため、少なくとも２つの基地局を聴取することによって三角測量を用いてその位置を計算することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。 １７． 移動局に向けられたページングがまず最初に、移動局の最後に報告された方向において行なわれることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。 １８． まず、いくつかのページング試行が移動局の最後に報告された方向で行なわれ、必要とあらば次に、最後に報告された方向のセクターを包含するより広いセクター内でいくつかのページング試行が行なわれ、必要とあらば、完全な水平方向一回転を走査するページング試行が行なわれることを特徴とする請求項１ ７に記載の方法。 １９． 基地局の各ローブ内で放射される電力は、基地局のカバレージエリアの形状を制御するべく制御されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。 ２０． 移動局が基地局の異なるローブの間で移動するとき、基地局のローブの間のハンドオフが行なわれることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。 ２１． 基地局の周波数は、その周波数が新しいセクターで使用されていない場合、移動局に追従することを特徴とする請求項２０に記載の方法。 ２２． 基地局は、新しいセクター内で移動局のための新しい周波数に切換わることを特徴とする請求項２０に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，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，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ