JP2002534871A

JP2002534871A - アンテナ・アレイ用の性能モニタ

Info

Publication number: JP2002534871A
Application number: JP2000591828A
Authority: JP
Inventors: ファーザネー，ファーハド
Original assignee: アレイコム・インコーポレーテッド
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2002-10-15
Also published as: WO2000040050A1; US6266528B1

Abstract

(57)【要約】アンテナ・モニタは、長期間に渡って協働アンテナ・アレイ内にある各アンテナの受信信号強度に関する統計データを収集する。空間ダイバーシティを取得するためにアンテナ素子のアレイを使用する基地局に関する携帯電話基地局の適用例では、アクティブな移動加入者がエリア内で動作している場合には必ず、特定時間中に受信信号強度のサンプルが採取される。こうしたサンプルは、定期的に平均され、各アンテナの長期間アキュムレータ内で維持される現在合計に加えられる。その後、累算された合計は、統計上十分な数のサンプルが収集され平均された後に比較される。壊れたアンテナおよび接続不良のアンテナを含む不良アンテナは、比較的低い累算合計値を有するこれらの対応する信号経路によって明らかにされる。収集期間が十分長ければ、アレイ内にあるアンテナの空間ダイバーシティには、アンテナによって有利さが異なるような影響はほとんどない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本発明は、無線通信システムでの個々のアンテナの動作状態を監視するための
デバイスおよび方法に関し、より具体的に言えば、アンテナ・アレイにおける特
定のアンテナの明らかな障害をオンラインで検出することに関する。

【０００２】（発明の背景）かなり以前の無線トランシーバは、使用される波長が長く、複数のアンテナを
アレイするのは非実用的であったため、一般に単一のアンテナで動作していた。
現在では、携帯電話トランシーバで一般に超短波が使用されるため、各アンテナ
はかなり小型化され、アンテナのアレイをかなり有利に使用できるようになった
。また、多重アンテナ・システムで可能な性能改善を利用するために、信号処理
技術が容易に使用できるようになった。これは特に、性能を改善するために、受
信信号の強度の改善および／または送信信号を特定方向へ向けることが必要な携
帯電話基地局に当てはまる。

【０００３】したがって、多重アンテナ・アレイを備えたシステムが提案され、実装されて
いる。場合によっては、同じアンテナ・アレイ内で１つのアンテナの上に他のア
ンテナを配置するという単純な位置の違いによって、受信信号が強くなったり弱
くなったりすることがある。このような空間「ダイバーシティ」が、無線システ
ムの性能および信頼性を改善するために使用されている。外見上接近したグルー
プとみなされるアレイの個々のアンテナ間の受信信号強度の相違は、どのように
反射したマルチパス信号がそれぞれのアンテナに到達するのかに由来するもので
ある。性能を改善するために適応性「空間」処理（adaptive “spatial" proces
sing)を追加する、スマート・アンテナ・システムも提案されている。それぞれ
のアンテナが受信信号の重み付けされた組合せに寄与し、次いでこの組合せを、
性能改善に最適な重み付けを決定する空間処理装置に入力することができる。こ
れにより、複数の「空間」チャネルが、従来型の（周波数、タイムスロット、お
よび／またはコード）チャネルに存在できるようにすることもできる。こうした
多重化を、空間分割多重化接続（spacial division multiple access：ＳＤＭＡ
）と呼ぶ場合もある。従来型チャネルごとに複数の空間チャネルで動作可能な、
スマート・アンテナＳＤＭＡシステムの説明については、たとえば、発明者Ｒｏ
ｙ，ＩＩＩ等による「ＳＰＡＴＩＡＬＤＩＶＩＳＩＯＮＭＵＬＴＩＰＬＥ
ＡＣＣＥＳＳＷＩＲＥＬＥＳＳＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳＹＳＴＥＭ
Ｓ」という名称の、共同所有された米国特許第５５１５３７８号（１９９６年５
月７日発行）および第５６４２３５３号（１９９７年６月２４日発行）、ならび
に発明者Ｂａｒｒａｔｔ等による「ＳＰＥＣＴＲＡＬＬＹＥＦＦＩＣＩＥＮＴ
ＨＩＧＨＣＡＰＡＣＩＴＹＷＩＲＥＬＥＳＳＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯ
ＮＳＹＳＴＥＭＳ」という名称の、共同所有された米国特許第５５９２４９０
号（１９９７年１月７日発行）を参照されたい。従来型チャネルごとに空間チャ
ネルを１つだけ備えたスマート・アンテナ・システムについては、１９９６年１
０月１１日付で出願された、発明者Ｂａｒｒａｔｔ等による「ＭＥＴＨＯＤＡ
ＮＤＡＰＰＡＲＡＴＵＳＦＯＲＤＥＣＩＳＩＯＮＤＩＲＥＣＴＥＤＤ
ＥＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮＵＳＩＮＧＡＮＴＥＮＮＡＡＲＲＡＹＳＡＮＤ
ＳＰＡＴＩＡＬＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ」という名称の、共同所有された米国
特許出願第０８／７２９３９０号を参照されたい。

【０００４】したがって、こうしたシステムを使用する場合、保守担当者が、何らかの理由
で１つまたは複数のアンテナが正しく機能していないことを知ることが重要であ
る。こうした理由の１つが、アンテナまたはアンテナ出力の信号経路において何
らかのハードウェア不良がある場合である。たとえば、アレイ内にある４つのア
ンテナのうち３つが動作中の場合、４番目のアンテナに障害があっても、通常は
、その問題を気付かせるようなトランシーバ全体の動作障害を発生させることが
ないため、１つのアンテナの障害が長期間検出されない可能性がある。そうして
いる間に、１つまたは複数のアンテナの損失により、基地局の性能が低下し、そ
の結果、収入が失われ、顧客満足度が低下し、および保守努力が無駄になる可能
性がある。

【０００５】一部のハードウェアに不良が発生するのに加えて、多重アンテナ・システムに
関する設置効率を検出し、定量化することも重要である。アンテナにバランスを
保たせることが望ましい。ただし、たとえばアンテナの１つを「隠す（ｈｉｄｄ
ｅｎ）」、すなわちＲＦの影に入って信号をうまく受信しなくなるような設置状
況になる可能性がある。このような状況では、ハードウェアはすべて正しく動作
できるが、アンテナ・システムは首尾よく配置されていない。これは、携帯電話
システムよりもマイクロセルラー環境（ＰＨＳまたはＤＥＣＴシステムなど）に
多く見られる。

【０００６】したがって本明細書では、アンテナ不良という用語は、アンテナでハードウェ
アに不良があること、または設置効率が悪いために低レベルの信号を発生させる
という意味で理解される。

【０００７】（概要）本発明の一目的は、アレイ・アンテナでの１つまたは複数の特定アンテナの障
害を検出するための方法および装置である。

【０００８】本発明の他の目的は、設置またはアンテナ・バランスの効率を定量化するため
の方法を提供することである。

【０００９】本発明の他の目的は、処理オーバヘッドをほとんど必要としないで、アレイ・
アンテナでの１つまたは複数の特定アンテナに発生する可能性のある障害を監視
する方法を提案することである。

【００１０】本発明の他の目的は、受信機またはトランシーバを保守のためにオフラインに
する必要なしに、アンテナ・アレイ内の特定アンテナの健康状態に関して報告す
ることができるモニタを提供することである。

【００１１】簡単に言うと、本発明のアンテナ・モニタ実施態様では、協働しているアレイ
内にある各アンテナの受信信号強度に関する統計データを長期間に渡って収集す
る。携帯電話基地局の適用例では、アクティブな移動加入者がエリア内で動作し
ている場合には必ず、受信信号強度のサンプルが採取される。こうしたサンプル
は、定期的に平均され、各アンテナのアキュムレータ内で維持される現在合計に
加えられる。その後、累算された合計は、統計上十分な数のサンプルが収集され
平均された後に比較される。壊れたアンテナ、または接続不良のアンテナは、低
い累算合計値を有するこれらの対応する信号経路によって明らかにされる。収集
期間が十分長ければ、アレイ内におけるアンテナの空間ダイバーシティは、他の
アンテナに対して有利さが異なるような影響はほとんどなく、その結果、アレイ
内における他のアンテナに対する空間位置によって低レベルの信号を有するアン
テナではなく、本当に不良のあるアンテナが検出されることになる。

【００１２】本発明の一利点は、壊れたアンテナ、または接続不良のアンテナ、または設置
不良のアンテナを検出するアンテナ・モニタが提供されることである。

【００１３】本発明の他の利点は、どのようなタイプのアンテナおよびどのようなタイプの
受信機を備えた多重アンテナ・システムでも動作可能なアンテナ・モニタが提供
されることである。

【００１４】本発明の他の利点は、連続して動作し、アンテナの保守のために無線システム
の運転を停止する必要のないアンテナ・モニタが提供されることである。

【００１５】本発明の他の利点は、必要な処理オーバヘッドが非常に少ないために、既存シ
ステムで容易に実施できるアンテナ・モニタが提供されることである。

【００１６】本発明は、本発明の詳細な好ましい実施形態を使用して、より完全に理解され
るものであるが、これらは、本発明を任意の特定実施形態に限定するものではな
く、説明のためおよびより良く理解するためにのみ使用されるものである。実施
形態については、添付の図面を使用して説明する。

【００１７】（好ましい実施形態の詳細な説明）参照番号の最初の１桁または２桁は、その参照番号が最初に紹介された図を示
すものである。たとえば、１００から１９９までの参照番号は図１で最初に紹介
され、２００から２９９までは図２で最初に紹介されるという具合である。

【００１８】本発明の実施形態は、アンテナ素子のアレイならびに適応スマート・アンテナ
処理を有する、通信局（たとえば携帯電話基地局）を含む無線通信システムで実
施されることが好ましい。たとえば、図１は、規則的な様式で応答するために、
移動式加入者ユニット１０６、１０８に対してタイム・スロット・コマンドを発
行する、多素子アンテナ・アレイ１０４を備えた基地局１０２を含む通信システ
ム１００を示す図である。一実施形態では、通信システム１００は、日本で普及
している簡易型携帯電話システム（ＰＨＳ／ｐｅｒｓｏｎａｌｈａｎｄｙｐ
ｈｏｎｅ）の通信プロトコルを使用して動作する。移動加入者ユニット１０６、
１０８は移動式でも固定式でもよい。移動式システムまたはＷＬＬシステムはア
ナログでもデジタルでもよく、周波数分割多重化接続（ＦＤＭＡ）技法、符号分
割多重化接続（ＣＤＭＡ）技法、または時分割多重化接続（ＴＤＭＡ）技法を使
用してもよく、後者は通常ＦＤＭＡと組み合わせられる（ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ）
。Ｂａｒｒａｔｔ等は、４つのアンテナ素子を有するＰＨＳＦＤＭＡ／ＴＤＭ
Ａ基地局について、参照により本明細書に組み込まれる前述の１９９６年１０月
１１日付出願の米国特許出願第０８／７２９３９０号に記載している。任意数の
アンテナ素子を有することができる無線ローカル・ループ（ＷＬＬ）システム用
のＰＨＳＦＤＭＡ／ＴＤＭＡ基地局については、参照により本明細書に組み込
まれる１９９８年２月６日付出願のＹｕｎの米国特許出願第０９／０２００４９
号に記載されている。

【００１９】好ましい実施形態では、適応スマート・アンテナ処理を含むシステムについて
記載するが、本発明は、複数のアンテナ素子を使用して受信における空間ダイバ
ーシティを達成する任意の通信受信機に適用可能である。

【００２０】図１は、典型的な双方向通信システム１００、たとえば通信局（たとえば基地
局）１０２を含む携帯電話システムにおけるセルを示す図であり、通信システム
１００は、遠隔から通信局へのアップリンクおよび通信局から遠隔へのダウンリ
ンクを有する。通信局１０２は、受信信号または送信される信号がアンテナの空
間ダイバーシティを利用するように調整された、送信機のセットからなる送信機
１２４、受信機のセットからなる受信機１１２、および信号処理装置１１６にそ
れぞれが関連付けられた、いくつかの離散的アンテナ素子を含むアンテナ・アレ
イ１０４を含む。通信局１０２は、加入者ユニットとの全二重無線通信をサポー
トしている。加入者ユニットの例として２つの遠隔ユニット１０６、１０８が示
されている。好ましい実施形態では、通信局１０２は送信と受信の両方に、アン
テナ素子の単一アレイのみを使用する。このような場合には、送受信（Ｔ／Ｒ）
スイッチ１１０が使用される。周波数領域二重化（ＦＤＤ）を使用するシステム
、すなわちアップリンクとダウンリンクでは周波数が異なるシステムでは、Ｔ／
Ｒスイッチ１１０が周波数送受切換え器である。同じ遠隔ユニットと通信するた
めに、アップリンクとダウンリンクに異なるタイム・スロットが使用される時間
領域二重化（ＴＤＤ）の場合、電気的なスイッチを使用することができる。

【００２１】加入者ユニット（たとえば１０６、１０８）からの、および干渉する同一チャ
ネル・ユーザからの可能性もあるアップリンク信号が、アンテナ・アレイ１０４
の各素子で受信され、「受信位置」にあるＴ／Ｒスイッチ１１０を介して受信機
セット１１２に個々に渡される。アンテナ・アレイ１０４内の各アンテナ素子は
、これに関連付けられた受信機セット１１２の受信機を有する。受信機セット１
１２の各受信機が、無線周波（ＲＦ）信号をその対応するアンテナ素子からベー
スバンドにダウンコンバートし、その結果受信機のセット１１２が、ベースバン
ド受信信号の対応セット１１４を形成する。好ましい実施形態では、受信機セッ
ト１１２内の各受信機は従来型の設計であり、デジタル・ベースバンド・アンテ
ナ信号１１４の１つを生成するための、アナログ式ＲＦ構成要素、アナログ式ダ
ウンコンバート構成要素、アナログ／デジタル変換器、およびデジタル・ダウン
コンバータ構成要素を含み、これらのベースバンド受信アンテナ信号が、特定加
入者からの、たとえば遠隔ユニット１０６または１０８からの受信信号を生成す
るために、受信信号処理装置１１６によって処理される。好ましい実施形態では
、受信信号処理装置１１６が信号復調および空間処理を実行する。空間処理は、
空間ダイバーシティを備えた多重アンテナ素子があるという事実を有利に使用す
る。具体的に言えば、受信信号処理装置１１６が、最大信号対雑音比（ＳＮＲ）
、最大搬送波対干渉比、または何らかの他の基準を達成するように設計された、
複素数値が与えられた受信重みのセットに従って、同相（Ｉ）と直角位相（Ｑ）
の複素アンテナ信号の重み付き合計を決定する。こうした重みは、複素数値が与
えられた受信重みのベクトルと組み合わせることができる。出力１１８は、受信
信号処理装置１１６によって復号された音声および／またはデータであり、電話
のネットワーク・インターフェース・ユニット（ＮＩＵ）に結合される。

【００２２】通信局から遠隔へのダウンリンク側では、通信局１０２が、ＮＩＵからの音声
および／またはデータを表すデータ１２０を受信する。信号は送信信号処理装置
１２２によって変調され、その結果が、重み付けされた変調ベースバンド信号の
セットを生成するために複素数値が与えられた重みのセットに従って重み付けさ
れる。各コピーの重みは、複素数値が与えられた送信重みの送信重みベクトルに
従うものである。好ましい実施形態では、こうしたベクトルは、送信先となる特
定の遠隔ユーザについて受信信号処理装置１１６によって導出された受信信号重
みのセットから、送信重み生成器１２６によって計算される。それぞれの重み付
けされた送信ベースバンド信号は、「送信位置」にあるＴ／Ｒスイッチ１１０を
介して、アンテナ・アレイ１０４の対応する各素子に対して独立ＲＦ送信信号を
生成するために、送信機セット１２４のうちの１つに送られる。

【００２３】受信重みと送信重みを決定するための様々な方法が知られている。たとえば、
前述の米国特許第５５１５３７８号および第５５９２４９０号、ならびに前述の
米国特許出願第０８／７２９３９０号、さらにＰａｒｉｓｈ等に共同所有された
米国特許出願第０８／９４８７７２号（１９９７年１０月１０日付出願）を参照
されたい。一般に重みは、アンテナ・アレイがほとんどのエネルギーを特定の加
入者ユニットから受け取るかまたはこれに向かって放射する、たとえば「ビーム
形成」となるように、ならびに／あるいは、最小限のエネルギーを同一チャネル
の干渉者との間で送受信する、たとえば「ヌル・プレーシング」となるように選
択される。たとえば送信重みを決定する方法の１つは、特定の遠隔ユーザについ
て、受信信号処理装置１１６によって生成された受信重みのセット１３０から送
信重みのセット１２８を直接計算する方法である。その計算は送信重み生成器１
２６によってリアルタイムで実行される。このような場合、この計算中に送信重
み生成器１２６は、加入者ユニットとの間の往復双方の空中経路を含むアップリ
ンクとダウンリンクの伝搬信号経路間の利得と位相の相違および受信ＲＦエレク
トロニクス内や送信ＲＦエレクトロニクス内での異なる信号部分の間での変化を
考慮に入れなければならない。この情報は、較正ベクトル１３４の形式で、較正
ベクトル生成器ユニット１３２に格納される。

【００２４】図２では、受信機のセット２００が４つのアンテナ素子２０１〜２０４を有す
るアンテナ・アレイに接続される。図２は、４つのアンテナを使用する受信シス
テムを示しているが、本発明は、いくつのアンテナを有する受信機にも適用可能
であることに留意されたい。図１に示されたような送信機部分およびＴ／Ｒスイ
ッチ部分は、以下の説明を簡潔にするために図２には含まれない。受信機のセッ
ト２００は、図１の通信局１０２に関して記載したセット１１２のフロントエン
ド部分と同じである。４つのアンテナ素子２０１〜２０４はそれぞれ独立して、
対応する受信機２０６〜２０９、対応するアナログ／デジタル変換ステージ２１
２〜２１５、および対応する受信信号強度（ＲＳＳＩ）計算器２１８〜２２１に
関連付けられている。アナログ／デジタル変換ステージ２１２〜２１５は、一般
には、たとえば受信機のセット１１２（図１）に含まれる。さらにここでは、ア
ナログ／デジタル変換後に存在するであろうデジタル・ダウンコーバージョン・
ステージも図示していない。ここで示された構成は、ＰＨＳ無線電話システムで
動作する基地局の一部として使用されるが、アンテナ・アレイを備えた他の多く
の種類のシステムも、本発明から恩恵を受けることができる。アンテナ素子の状
態を決定するために、１つまたは複数のアクティブな移動送信機（加入者ユニッ
ト）が近接して動作していると想定する。しきい値フィルタ２２４は、ＲＳＳＩ
計算器２１８〜２２１によって出力された任意のＲＳＳＩ値が、サンプル・タイ
ミング入力２２６によって決定された時点で、最小入力ＲＳＳＩ値２２８を超え
ているかどうかを判定する。たとえば携帯電話基地局の適用例では、アクティブ
な移動加入者がエリア内で動作している場合には、必ず受信信号強度のサンプル
が採取される。ＲＳＳＩ計算器２１８〜２２１によって出力されたＲＳＳＩ値の
いずれか１つが、この最小値を超えていない場合、４つすべてのＲＳＳＩサンプ
ル測定値が、それぞれ、短期間合計を累算するために、対応する短期間アキュム
レータ（ＳＴＡ）セット２３０〜２３３の対応する１つに渡される。

【００２５】本発明の一形態では、各アンテナによって受信される平均信号強度の測定値を
決定することが目標である。長期間平均が好ましく、ハードウェア制限があるた
めに好ましい実施形態では２ステージ平均が使用されるが、たとえば最初に短期
間平均が取得され、これらが第２のアキュムレータによって累算されて長期間平
均（ＬＴＡ）が取得される。十分なビット数を備えたアキュムレータがあれば、
他の実施形態では直接長期間平均に行くことができる。累算に必要なビット数、
すなわち各アキュムレータ内でのステージまたはステージ・セルのカウント数は
、受信機の設計、その応用例、およびアクティブな移動ユニットが範囲内で動作
する周波数に依存する。もっと少ないかまたはもっと多いアキュムレータおよび
平均ステージも可能であり、こうした変化は、すべて本発明の範囲内である。ま
た、好ましい実施形態ではこの平均が指標として使用されるが、平均を示す他の
測定値を代わりに使用してもよい。

【００２６】本発明の一部の実施形態では、ＲＳＳＩサンプル測定値の大きさを対数スケー
ル、たとえばデシベル（ｄＢスケール）に変換することが好ましい場合がある。
これは、結局ダイナミック・レンジを減らし、線形測定が直接使用された場合に
、測定値が広範囲に渡ることから発生することのあるスプリアスの結果および解
釈をなくすのに役立てることができる。対数スケールでは、次いでＲＳＳＩサン
プルが、以下のように累積および平均される。対数（デシベル）スケールへの変
換はそれほど正確である必要がなく、特にこうした正確さが大変な計算負担を余
儀なくさせる場合には必要がない。線形／対数変換を近似することになる単純計
算変形が好ましい。また、この実施形態ではＲＳＳＩ値が累算されるが、これは
ＲＳＳＩ指示が携帯および他の無線受信機で共通なためであり、こうした測定値
を取得するために追加のハードウェアを設計する必要がない。これは、非常に少
ない処理オーバヘッドを有する監視のためのものである。もちろん、信号強度の
任意の他の指示を代わりに使用することが可能であり、信号強度のこうした他の
指示を使用することは、本発明の範囲内である。

【００２７】ＳＴＡ２３０〜２３３は、少なくとも２^L の８ビット・バイナリＲＳＳＩ値
を累算することができることが好ましく、ここでＬは整数である。好ましい実施
形態ではＬ＝１５である。約２¹⁵のＲＳＳＩ値が累算されると、対応する平均セ
ット２３６〜２３９が、最新の２¹⁵のサンプルを介して各アンテナ素子２０１〜
２０４に関連付けられた平均ＲＳＳＩ値を決定する。これを実行する簡単な方法
は、各ＳＴＡ２３０〜２３３に、現在合計を形成するために、しきい値フィル
タ２２４から２¹⁵のサンプルが累算されるまで、あらゆる新しいＲＳＳＩ値を加
算させ、次いで、２進数を２¹⁵で除算するために、総計の１５桁位置（一般的な
場合の２^LサンプルのＬ位置）を最小桁ビット方向にシフトすることである。

【００２８】その後、４つの並列セット内での各短期間平均ＲＳＳＩ値は、対応する長期間
アキュムレータ（ＬＴＡ）セット２４２〜２４５の対応する１つに転送される。
このようなＬＴＡ２４２〜２４５は、こうした短期間平均ＲＳＳＩ値を少なく
とも２¹⁵格納できることが好ましい。好ましい実施形態では、ＳＴＡ内の値の平
均演算は、累算値の１５ビット位置シフト済みバージョンをＬＴＡに加えること
によって、ＬＴＡへの加算と組み合わせることができるので便利である。制御装
置２４８は、ＳＴＡ２３０〜２３３、平均器２３６〜２３９、ＬＴＡ２４２〜
２４５を調整する。パラメータ入力２５０は、ＳＴＡ２３０〜２３３、平均器
２３６〜２３９、ＬＴＡ２４２〜２４５それぞれの機能をプログラム可能にす
るものである。アンテナ統計値出力２５２は、ＳＴＡ２３０〜２３３、平均器
２３６〜２３９、ＬＴＡ２４２〜２４５内で実行中の個々のデータポイントおよ
び合計を検査可能にし、アンテナの状態に関する決定を実行可能にするものであ
る。

【００２９】ＬＴＡ２４２〜２４５に累算された特定数の短期間平均によって示されるよ
うに、十分な数のＲＳＳＩサンプルが取得および平均された後、ＬＴＡ２４２
〜２４５からのＲＳＳＩ平均が比較的低い場合、１つまたは複数の受信機信号経
路が壊れたかまたは切断されたこと、あるいはそうでなければアンテナ２０１〜
２０４の中に不良アンテナがあることが明白となる。収集期間が十分に長ければ
、アレイ内にあるアンテナの空間ダイバーシティには、アンテナによって有利さ
が異なるような影響はほとんどないことになる。

【００３０】本発明の代替実施形態では、各短期累算期間中に経験された最大のＲＳＳＩサ
ンプル値（２¹⁵サンプル）が、現在平均と共に記録および追跡される。アンテナ
２０１〜２０４の１つに特有の空間ダイバーシティが、このアンテナを短期間の
低ＲＳＳＩ値取得に格下げしてしまう場合もある。このアンテナは壊れても故障
してもいない場合がある。これは、他の信号経路に比べてＲＳＳＩ平均値は低い
が、ＲＳＳＩ最大値は他の信号経路と同じであることからわかる。

【００３１】本発明の方法の一実施形態の説明においては、図３は、アンテナ・アレイにお
けるアンテナとその接続の動作状態を個別に監視するための方法３００を示す図
である。ここで受信機は、アンテナ・アレイ内の複数の各アンテナにそれぞれ接
続された複数の各受信機に対して、単一の遠隔送信機の受信信号強度指示（ＲＳ
ＳＩ）を作成する。方法３００は、ＲＳＳＩ値がサンプリングされ、ＲＳＳＩ値
がアンテナ・アレイにおける複数の各アンテナにそれぞれ関連付けられるサンプ
リング・ステップ３０２を含む。ステップ３０４は、範囲内で動作するアクティ
ブな遠隔送信機があるかどうかを判定する。ＰＨＳシステム用に確立されたプロ
トコルによれば、信号強度を測定できる予測期間中に、基地局によってタイムス
ロットが割り当てられた遠隔加入者ユニットがレポートインする。ステップ３０
６では、アレイ内の複数アンテナのいずれかが、最小値の信号強度を示している
かどうかを判定する。そうであれば、ステップ３０８で、各受信機から１つ、「
Ｍ」個のＲＳＳＩ値の並列サンプルを収集する。ここでＭはアンテナの数である
。ステップ３１０は、ある数「Ｎ」、たとえば２¹⁵のこうしたサンプルが収集さ
れたかどうかを確認する。ステップ３１２は、Ｎ個のサンプル（Ｎ＝２¹⁵）が累
算されるときに必ず累算されるＲＳＳＩ値の平均を定期的にとる。ステップ３１
４は、これらの値を長期間アキュムレータに追加する。入力２５０（図２）にロ
ードされたパラメータによって決定された何らかの時点で、長期間アキュムレー
タには、アンテナの動作に関する健康状態について何らかの決定をするのに十分
なデータが収集されることになる。ステップ３１６では、このように十分なデー
タが累算されたかどうかが尋ねられる。累算されていなければ、さらにデータが
累算される。累算されていれば、ステップ３１８で、機能していないアンテナが
あるかどうか尋ねられる。これを判定するのに必要なパラメータは、入力２５０
（図２）にロードされたパラメータから再度引き出すことができる。壊れた、機
能しない、あるいはその他の不良のアンテナがあれば、その意味のメッセージが
通知される。そうでない場合は、アンテナがＯＫであることを示すメッセージが
発行される。さらに、他の統計的な分析値を使用して、設置が効率的であるかど
うかを判定することができる。何らかのハードウェアの問題によって不良となっ
たアンテナと、効率の悪い設置によって不良となったアンテナとの区別は、たと
えば長期間データの追跡（履歴の調査）によって決定することができる。構成要
素の一部が壊れたためにアンテナが不良となり、その後、過去のある時点ではそ
うでなかったとしても、設置が不良であれば、アンテナはその設置履歴全体で常
に「不良」と表示されることになる。

【００３２】アンテナが不良であるかどうかまたは壊れているかどうかに関する決定は、一
般に、すべてのアンテナの平均結果を比較することによって実行される。十分な
空間サンプリングが行われた場合、すべてのアンテナからの平均信号レベルも同
様となるはずである。したがってこの方法では、長期間平均値を比較する。いず
れかのアンテナが、任意のアンテナの最高ＬＴＡ値よりも一定ｄＢ数（ＸｄＢ
）以上下回るＬＴＡレベルを有する場合、アンテナが壊れていることが報告され
る。当分野の通常の技術者であれば明らかなように、他の発見法では、任意の１
アンテナによって受信される信号が、可能な他のアンテナに比べて予測された範
囲外であるかどうかを判定する。好ましい実施形態では、壊れたアンテナを示す
ために、Ｘには１０ｄＢの値が使用された。設置問題を示すためには他の値が使
用されることになる。

【００３３】不良アンテナの判定には相対信号強度（ＬＴＡＲＳＳＩ値を比較することに
よって示される）が使用されるが、基地局全体の設置効率の判定およびネットワ
ーク分析にとって、ＬＴＳＲＳＳＩ値によって示されるような、任意のアンテ
ナ要素に関する実際の信号レベルが非常に有用であることに留意されたい。

【００３４】不良アンテナの検出または設置分析に必要な統計データ（累算されるサンプル
数）は、システムが活用される環境の関数である。たとえば、固定位置の携帯電
話システム、たとえば無線ローカル・ループ（ＷＬＬ）システムでは、移動環境
よりも多くの統計データを累算する必要がある。移動環境では、フェーディング
によってアンテナでのパワーを等しくするための平均化が提供されるが、このよ
うなフェーディングは定置環境では発生しない。本明細書で使用される数は移動
環境を想定したものであり、当分野の通常の技術者であれば、これを固定（たと
えばＷＬＬ）環境用に修正することは簡単であろう。あるいは、領域ユーザによ
るバイアスを避けるために、任意の１人のユーザからの最大数サンプルのみが累
算される。

【００３５】記載された受信機信号強度のサンプリングは、遠隔送信機がアンテナ・アレイ
の範囲内で動作するまでは、サンプリングが発生しないことが好ましい。そうで
ないと、バックグラウンドノイズの測定が、スプリアスの結果につながるだけで
ある。好ましい実施形態では、実際に基地局に接続された遠隔ユーザからのサン
プルだけがサンプリングされる。すなわち、基地局に接続されていない他のユー
ザからのサンプルは採取されない。代替実施形態では、他の基地局に接続された
ユーザからのサンプルを含むすべてのサンプルがサンプリングされる。さらに好
ましい実施形態では、最小ＲＳＳＩ値を有する信号だけがサンプリングされ、こ
の最小値はノイズに健全な限界を与えるためにあらかじめ決定される。また、壊
れたアンテナを判定するのに使用される発見法が、少なくともＸｄＢの平均Ｒ
ＳＳＩを有するアンテナを探すものであることが好ましいため、ノイズの下限よ
り少なくともＸｄＢ上のＲＳＳＩ値のみを記録することが望ましい。

【００３６】もう一度図２を参照すると、好ましい実施形態での受信機を含む受信機の中に
は、自動利得制御（ＡＧＣ）を使用するものがある。このような場合、ＡＧＣ値
はＲＳＳＩ計算器２１８〜２２１で使用され、こうしたスケーリング情報を必要
とする。

【００３７】この説明で例示された受信機では、ＲＳＳＩ値のサンプリングが、任意のタイ
ム・スロットの間のデータがバーストする中央部付近のサンプル・セットに対し
て行われることが好ましい。範囲内で動作している遠隔送信機には、データのバ
ーストの開始および終了地点にパワー増加部分およびおそらくパワー減少部分が
あるため、バースト中央付近でサンプリングすれば、バーストの増加期間と減少
期間での不正確な読取りを避けることになる。したがって、好ましい実施形態で
は、サンプリング装置は、受信信号からの信号バーストの中央部が発生したこと
を検出し、信号バーストの増加または減少によって影響を受けない、対応する受
信信号レベル測定を出力する。平均ステップ３１２では、約２¹⁵のＲＳＳＩ値を
収集し、各ＲＳＳＩ値をバイナリ値として現在合計に加算した後、現在合計の除
算を実行するためにビット位置をシフトすることによって、平均値にすることが
できる。サンプリングは、取得された各ＲＳＳＩ値の大きさが対数スケールに変
換されるように実行できる。

【００３８】以上、本発明についてＲＳＳＩ値に関して説明してきたが、代替実施形態では
、他の信号強度または信号品質測定値を使用することができる。したがって、信
号品質測定値という用語は、ＲＳＳＩおよび対数ＲＳＳＩを含む任意の信号強度
または信号品質測定値を表すものである。たとえば、代替信号品質生成器につい
ては、参照により本明細書に組み込まれる前述の、Ｙｕｎの米国特許出願第０９
／０２００４９号を参照されたい。受信機内ですでに一般に決定されているＲＳ
ＳＩなどのすでに使用可能な測定値を使用すると、非常に少ない計算オーバヘッ
ドで監視を実行することができる。

【００３９】さらに本発明について、信号品質測定値の平均に関して説明してきたが、他の
統計を使用してもよい。たとえば、最大値が不良であることを示している比較的
低いアンテナに、時間間隔中で最大の値を使用することができる。

【００４０】したがって、本発明について現在の好ましい実施形態に関して説明してきたが
、本開示は限定的なものとして解釈されないことが理解されよう。本発明は、た
とえば空間ダイバーシティのために、単一の受信機またはトランシーバによって
複数のアンテナが使用されるすべての通信システムで有用である。当分野の通常
の技術者であれば、上記の開示内容を読めば、様々な代替例および修正例が明ら
かになろう。したがって、本発明の真の精神および範囲を逸脱しない限り、添付
の特許請求の範囲が、すべての代替例および修正例をカバーするものとして解釈
されることを意図する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンテナ性能モニタを含むことができる、多重アンテナ・トランシー
バを示す、機能構成図である。

【図２】本発明の多重アンテナ受信機システムのアンテナ性能モニタを示す、機能構成
図である。

【図３】アンテナ・アレイ内で作動していない任意の個々のアンテナを識別するのに使
用される統計データを収集するために、図１のアンテナ性能モニタが使用される
、本発明の処理実施形態を示す流れ図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB04 EA04 FA14 FA15 FA16 FA17 FA20 FA29 FA30 FA31 FA32 GA02 HA05 HA06 5K067 AA21 BB04 EE10 HH22 KK02 KK03 LL14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各受信機が出力を生成し、複数の受信機のそれぞれの受信機
がアンテナ・アレイの各アンテナに結合され、各アンテナの接続を含むアンテナ
・アレイにおける複数の各アンテナの動作状態を監視する方法であって、（ａ）前記アレイ内の複数のアンテナのそれぞれに対して、それぞれがアンテ
ナに関連付けられた信号レベルを示す信号レベル測定値をサンプリングするステ
ップと、（ｂ）複数のアンテナのそれぞれに対して、受信信号レベル測定値のいくつか
のサンプルを収集するステップと、（ｃ）複数のアンテナのそれぞれに対して、収集ステップで取得された受信信
号レベル測定値の統計の指示を定期的に判定するステップであって、統計値が高
ければ信号レベルも高いことを示すステップと、（ｄ）特定アンテナに関連付けられた受信信号レベル測定値の比較的低い統計
指示を、前記アレイ内の特定アンテナが不良であることを示すものとして解釈す
るステップとを含む方法。
【請求項２】統計値が平均値である請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記サンプリング・ステップが、遠隔送信機が前記アンテナ
・アレイの受信範囲内で動作するまではサンプリングが発生しないステップであ
る請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記サンプリング・ステップが、受信信号レベル測定値が、
複数の受信機すべてに関する所定のしきい値レベルよりも上になるまではサンプ
リングが発生しないステップである請求項２に記載の方法。
【請求項５】前記サンプリング・ステップが、こうしたステップがタイム
・スロット・バーストの中央部付近で発生するステップである請求項２に記載の
方法。
【請求項６】前記収集ステップが、固定数のサンプル値が第１に収集され
、その後平均されるステップである請求項２に記載の方法。
【請求項７】前記収集ステップが、固定数のサンプル値が第１に収集され
、その後、各アンテナ素子に関連付けられた短期間平均を形成するように平均さ
れ、その後、各アンテナ素子に関連付けられた長期間平均を形成するように短期
間平均が累算されるステップである請求項２に記載の方法。
【請求項８】前記受信信号レベル測定値が、受信信号強度指示（ＲＳＳＩ
）値であり、前記収集ステップが、約２^L のＲＳＳＩ値が収集され、その後関連付けられた
アンテナに関する短期間平均を形成するように平均されるステップであって、こ
こでＬは整数値である請求項７に記載の方法。
【請求項９】前記収集ステップが、約２^L のＲＳＳＩ値が収集され、その
後各ＲＳＳＩ値を数値として現在合計に加算した後、２^L による現在合計の除算
を実行するためにＬビット位置だけシフトすることによって平均されるステップ
であって、ここでＬは整数値である請求項６に記載の方法。
【請求項１０】前記サンプリング・ステップが、受信信号レベル測定値が
、対数スケールに変換された受信信号強度指示（ＲＳＳＩ）値である請求項２に
記載の方法。
【請求項１１】アンテナ・アレイを含む無線受信局のアンテナ・アレイの
、任意の複数の空間的ダイバーシティなアンテナ素子の状態を検出するアンテナ
・モニタであって、受信機のセットがそれぞれアンテナ素子の１つに結合され、
ここから信号を受信し、前記モニタは、（ａ）各アンテナ素子からの信号に対して、受信信号レベル測定値を生成する
手段と、（ｂ）前記複数のアンテナ素子のそれぞれに関連付けられた受信信号レベル測
定値をサンプリングするための、受信信号レベル測定手段に結合されたサンプリ
ング装置と、（ｃ）各アキュムレータが、所定数のサンプルを介して対応する受信信号レベ
ル測定値を収集する複数のアキュムレータと、（ｄ）複数の各アキュムレータにそれぞれ接続され、前記複数の空間的ダイバ
ーシティなアンテナ素子のそれぞれについて取得された平均受信信号レベル測定
値のセットを提供する平均器のセットと、（ｅ）平均器のセットに結合され、前記複数の空間的ダイバーシティなアンテ
ナ素子のうち不良である特定の１つを指示するインタープリタとを含むアンテナ
・モニタ。
【請求項１２】平均器セットのそれぞれが、対応するアキュムレータに接続され、関連付けられたアンテナ素子に関して取
得された受信信号レベル測定値の短期間平均を与える短期間平均器と、短期間平
均値を定期的に受信して累算するために、短期間平均器に結合された長期間アキ
ュムレータとを含み、長期間累算が統計的に長期間に渡って行われる請求項１１
に記載のアンテナ・モニタ。
【請求項１３】アンテナ素子からの信号が、１つまたは複数の遠隔送信機
によって送信される信号を含み、各送信信号が信号バーストを含むものであってサンプリング装置が、信号バーストの中央部を判定し、信号バーストの増加ま
たは減少によって影響を受けない、対応する受信信号レベル測定値を出力する請
求項１１に記載のアンテナ・モニタ。
【請求項１４】アンテナ・アレイ内にある複数のアンテナと、それぞれ複
数のアンテナ・アレイ内にある各アンテナに結合された複数の受信機とを含む通
信局であって、各受信機が出力を生成し、通信局が、複数の受信機内の各受信機
に関して信号品質測定値を生成する手段をさらに含み、信号品質測定値が、受信
機が結合されたアンテナで受信した信号を示すようになっている通信局内で、各
アンテナが接続されているアンテナ・アレイ内にある複数のアンテナのそれぞれ
の動作状態を監視する方法において、（ａ）複数の受信機のそれぞれに対して、信号品質測定値生成手段によって生
成された受信信号レベル測定値のいくつかのサンプルを収集するステップと、（ｂ）前記複数の受信機のそれぞれに対して、収集ステップで取得された受信
信号レベル測定値の平均の指示を定期的に判定するステップと、（ｃ）特定受信機に関連付けられた受信信号レベル測定値の比較的低い平均指
示を、特定受信機に関連付けられた前記アレイ内の特定アンテナが不良であるこ
とを示すものとして解釈するステップとを含む方法。
【請求項１５】前記通信局が、遠隔送信機がアンテナ・アレイの受信範囲
内で動作しているときを示す手段を含み、前記収集ステップが、遠隔送信機が前記アンテナ・アレイの受信範囲内で動作
しているときに発生するサンプルだけを収集する請求項１４に記載の方法。