JP2001508983A - スペクトラム拡散通信システムにおける移動局の同期 - Google Patents

スペクトラム拡散通信システムにおける移動局の同期

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Abstract

(57)【要約】 スペクトラム拡散通信システムにおけるパイロットチャネル通信の各フレームは、複数の同期スロットに分割されている。各同期スロットは、パイロット符号を含んでおり、これらの同期スロットの少なくとも一つは、さらにフレーム同期符号を含んでいる。パイロットチャネル通信からフレームとスロット同期情報を取り出すには、整合フィルタあるいは相関検出器を受信したパイロット信号に使用し、ピークを識別し、これらのピークから同期スロット境界を示すタイミング基準を求めることにより、パイロット符号タイミングをまず求める。次に、受信信号に含まれていて見出された同期スロットについて、一組のあらかじめ分かっているフレーム同期符号と、受信信号との相関を調べる。既知のフレーム同期符号のフレーム内のロケーションが分かっているとすると、あるスロットロケーションにおいて相関適合が確認されると、そのロケーションからのフレームの境界(即ち、フレーム同期)も判明する。

Description

【発明の詳細な説明】 スペクトラム拡散通信システムにおける移動局の同期 発明の背景 発明の技術分野 本発明は、スペクトラム拡散通信システムに関し、特にスペクトラム拡散通信 システムにおける基地局に対する移動局のタイミング同期に関する。 関連技術の説明 セルラー電話産業は世界中の商業分野において驚異的な発展を遂げた。大都市 圏における成長は予想を遠く上回るものであり、システムの容量を越えつつある 。この傾向が続くならば、急成長の結果は、最も小さな市場にまで達するであろ う。連続的成長に伴う大きな問題は、携帯無線周波数通信のためのセルラー電話 サービス・プロバイダに割り当でられている電磁波帯域が固定されているなかで 、消費者基盤が拡大を続けている点である。高品質のサービスを維持し、価格の 上昇を回避すると共に、限定された利用帯域の増え続ける容量ニーズに対応する ために革新的な解決策が求められている。 現在、チャネル(通話路)アクセスは周波数分割多元接続(FDMA)と時間 分割多元接続(TDMA)を中心に行われている。周波数分割多元接続システム においては、通信チャネルは、信号の送信電力が集中する単一の無線帯域を有し ている。時間分割多元接続システムでは、通信チャネルは、同じ無線帯域上の時 間間隔の周期的列のタイムスロットからなっている。FDMAならびにTDMA の通信システムによって満足すべき成果が得られてはいるが、消費者の需要の増 大によるチャネルの混雑は日常的に発生している。したがって、これらに代わる 様々なチャネル・アクセス方法が提案され、検討され、実施されている。 スペクトラム拡散は、無線通信における新しいチャネル・アクセス法として商 業的利用に普及しつつある通信技術を含んでいる。 スペクトラム拡散システムは、第二次世界大戦中にはじめて登場したものであ る。初期の利用は主に軍事目的であった(微少なジャミングとレーダー関連)。 しかし、今日ではディジタル・セルラー無線、陸上移動無線、屋内/屋外パーソ ナル通信網などの通信利用におけるスペクトラム拡散通信システムに使うため関 心が高まっている。 スペクトラム拡散は従来のTMDAやFMDAの通信システムと全く異なった 動作のシステムである。例えば、直接拡散符号分割多元接続(DS−CDMA) スペクトラム拡散送信機では、基本シンボルレートにおけるディジタル・シンボ ル・ストリームを送信シンボルレート(あるいはチップレート)に拡散される。 この拡散動作は、ユーザの固有のディジタル符号(拡散もしくは署名系列)を、 冗長度を増加しつつシンボルレートを増加するシンボルストリームに乗算するス テップを含んでいる。このステップでは、通常ディジタル・シンボル・ストリー ムにディジタル符号を掛ける。その結果生成する送信データ系列(チップ)は、 適切な変調法を用いて変調し、出力信号を生成する。この出力信号(トラフィッ ク・チャネルもしくはパイロット・チャネルなどのチャネルと称する)は、通信 媒体によるマルチ・チャネル通信用の他の同様に処理された(即ち、拡散された )出力信号(チャネル)に加えられる。これによって、多数のユーザ(チャネル )の出力信号は、周波数領域と時間領域において重乗されたと言える状態の多数 の信号と一つの送信通信周波数を共有することができる。しかし、適用されたデ ィジタル符号はユーザ固有のものであるので、共有された通信周波数で送信され た各出力信号も、同様に固有のものであり、受信機側において適切な処理技術を 用いれば、個々の出力信号を識別できよう。DS−CDMAスペクトラム拡散受 信機において、受信信号は復調され、そのユーザの適切なディジタル符号を適用 (即ち、乗算もしくはマッチング)して逆拡散し、即ち、必要な信号から符号を 除き、基本シンボル・レートに戻される。しかし、このディジタル符号が他の送 信信号や受信信号に適用された場合には、逆拡散は行われず、それらの信号は元 のチップレートを維持する。このように、逆拡散動作は受信信号を適切なディジ タル符号と比較する相関計算プロセスを含んでいる。 スペクトラム拡散通信システムの基地局と移動局の間で無線周波数通信または 情報転送が行われる前に、移動局は基地局のタイミング基準を見出して自局をそ れに同期させなければならない。例えば、直接拡散符号多元アクセススペクトラ ム拡散通信システムでは、移動局はこのタイミング基準クロックのダウンチップ 境界、シンボル境界、フレーム境界を見出す必要がある。この同期問題の最も一 般的な解決法では、基地局に周期的に(繰り返し周期Tpで)パイロット・チャ ネル上に送信させ、移動局に図1に示すように長さNpチップの認識可能なパイ ムでは、各基地局が一組の使用可能パイロット符号から得た他の局とは異なった 既に既知の符号を使用している。別のタイプのCDMA通信システムでは、各基 地局は同じパイロット符号を使用しているけれども、それぞれ異なった局は、通 信に他と異なった位相を使用することによって識別される。 移動局のスペクトラム拡散受信機では、受信信号は復調され、パイロット符号 に整合させたフィルタに通される。スライディング相関(slideing correlation )のような代替検波法を用いてパイロット符号処理ができると理解してよいこと は言うまでもない。周期的に送信されて来るパイロット符号を受信する時に対応 する時点で整合フィルタの出力はピークとなる。マルチパス伝播の影響により、 1回のパイロット符号通信に対して複数のピークが検出されることもあろう。既 知の方法による受信信号のピークの処理によって、送信基地局に関するタイミン グ基準を、繰り返し周期Tpに等しい曖昧さで見出すことができよう。もし繰り 返し周期がフレーム長に等しければ、このタイミング基準を用いて移動局・基地 局間の通信動作のフレーム同期を行うことができる。 いが、実際には、チップ長Npは、移動局受信機に使用された整合フィルタの複 雑さによって制限される。同時に、他のスペクトラム拡散で送信された信号/チ ャネルとの高い瞬時干渉を起こさないようにパイロット符号信号/チャネル通信 たとしてパイロット符号通信に対する十分な平均電力を得るには、CDMA通信 システムにおいては、図2に示すようにパイロット・チャネルのためにフレーム 長Tfよりも短いパイロット繰り返し周期Tpを利用することが必要であろう。 業者に知られている圧縮モード周波数間ダウンリンク同期をサポートするためで ある。圧縮モード処理によって、ある搬送波周波数上のダウンリンク同期をフレ ーム全長において(わたって)ではなくフレームのごく一部において実施する。 処理の失敗がパイロット符号検出の重要な時間にわたって続くことになる。各フ りに圧縮モード処理を検出ずる複数の機会を与えることができる。少なくとも1 個のパイロット符号を送信ずれば検出が可能なのである。 する受信と同期における欠点が存在する。前記と同様に、受信信号は復調され、 予め既知のパイロット符号に整合させたフィルタ(相関器)に通される。周期的 に送信されて来るパイロット符号の受信時に対応する時点で整合フィルタの出力 はピークとなる。これらのピークを処理することによって、パイロット符号繰り 返し周期Tpに関する送信基地局のタイミング基準は、当業界では既知の方法で 見出すことができよう。しかし、このタイミング基準はフレーム・タイミングに 対しては曖昧であり、このタイミング基準からは、これに対して基地局あるいは 移動局をフレーム同期させるのに十分な情報を得ることができない。曖昧という 界(即ち、その同期)を識別できないということである。したがって、1フレー 同期を判定する手順が求められている。 発明の要約 パイロット・チャネルに関するスペクトラム拡散通信における基地局通信の各 フレームは、複数の同期スロットに細分されている。各同期スロットは、スロッ ト境界に対して予め定めたタイミング・オフセットで送信されるパイロット符号 期符号は1フレーム中の各スロットそれぞれにおいて固有の符号であって、各フ とが望ましい。 ピークを識別することにより、パイロット符号のタイミングを識別する。これら のピークを参照し、それぞれの同期スロットについてのタイミング基準はパイロ ット符号と同期スロット境界との間の既知のタイミング・オフセットを用いて見 出すことができる。このタイミング基準はフレームのタイミングについては曖昧 であるが、同期スロット境界が分かると、同期スロット中のフレーム同期符号 信号との相関を計算する(相関を調べる)。スロット境界に対する各フレーム同 ット境界のポジションが既知であるとすると、相関適合が或るフレーム同期符号 のロケーションで見つかれば、そのロケーションからフレームの境界が(したが って、フレーム同期が)分かる。 図面の簡単な説明 本発明の方法と装置をより完全な理解は、添付図面とともに下記の詳細説明を 参照することによって得られるであろう。 図1は、前述したように、直接拡散符号分割多元アクセス(DS−CDMA) 通信システムにおける従来技術のパイロット・チャネル通信フォーマットを示す 図である。 図2は、前述したように、直接拡散符号多元アクセス通信システムにおける別 の従来技術パイロット・チャネル通信フォーマットを示す図である。 図3は、直接拡散符号多元アクセス通信システムにおける本発明のパイロット ・チャネル信号通信フォーマットを示す図である。 図4は、パイロット・チャネル信号通信を図3のフォーマットで処理すること により移動局が基地局タイミング基準を得るプロセスを示す流れ図である。 図5は、図4のプロセスにおいて移動局がフレームタイミング(境界)を見出 すプロセスを示す流れ図である。 図6は、直接拡散符号多元アクセス通信システムにおける別の実施例のパイロ ット・チャネル信号通信フォーマットを示す図である。 図7は、図6の代替フォーマットでパイロット・チャネル信号通信を処理する ことにより移動局が基地局のタイミング基準を得るプロセスを示す流れ図である 。 図8は、スペクトラム拡散通信受信機の簡略ブロック図である。 図面の詳細説明 ここで、図3を参照する。図3は、スペクトラム拡散通信システム(例えば、 直接拡散符号分割多元接続通信システム)における本発明のパイロット・チャネ ル信号通信フォーマットを示す図である。パイロット・チャネル通信のフレーム Tfの各フレームは複数(数はM)の同期スロットs0,s1,...,sM-1に細 分されている。各同期スロットの長さは、パイロット符号繰り返し周含んでいる。 パイロット符号は、各同期スロット内および繰り返しフレームにわたって同じ 通信では、フレーム同期符号は1フレーム内の各スロットごとに固有の符号であ り、各フレームに繰り返し配置される。さらに、複数のフレーム同期符号 境界30に対して既知のタイミング・オフセットt1を有している。)フレーム 2を有し、同期スロットの境界30に対して既知のタイミング・オフセットt3 を有している。さらに、各同期スロットは、フレームの境界34に対して既知の ポジション(position)を有している。 図4は、パイロット・チャネル信号通信フォーマットを有する受信信号を処理 することにより移動局が基地局タイミング基準を得るプロセスを示す流れ図であ る。ステップ10で、移動局は信号を受信する。次に、ステップ12で、移動局 ケーション)を見出す。このプロセスは、当業界で知られた前記の整合フィルタ ミングから、移動局はステップ14において、含まれているフレーム同期符号が見出されると図3に示すように、当然、既知のタイミング・オフセットt2既知のポジションならびにタイミング・オフセットt2および/またはタイミング ・オフセットt3を用いてフレーム・タイミング(即ち、フレーム境界)を見出 す。 図5は、図4のプロセスにおいて移動局がフレームタイミング(境界)を見出 すプロセスを示す流れ図である(ステップ16)。フレーム同期符号ロケーショ ンは、図4のステップ14で既に分かっている。識別されたフレーム同期符号ロ は、ステップ20で、一組の可能性のある、認可されたフレーム同期符号 数学的に下記の式で表現できる: つぎに、ステップ22では、この処理は、スロット境界30とフレーム境界3 ジションを判定する。この動作によれば、i=nのときRiが最大であれば、識別 おけるフレームのn番目の同期スロット内に位置していると推定される。つぎに 、ステップ24で、フレーム境界34からのn番目の同期スロット境界30の内 に ム・タイミング(境界)が見出される。 ステップ20の相関操作は、連続した同期スロットのいくつかの同期符号間隔 にわたって実施されよう。この演算ステップは、下記の式で数学的に表現できよ う。 る受信信号の部分である。 Lはフレーム同期符号間隔の数である。 のフレーム内のポジションを判定する。この動作によれば、1=nのとき、Ri が最大であれば、最初の間隔(j=0)における識別されたロケーションの受信 内にあると推定される。つぎに、ステップ24では、n番目の同期スロットsの ム境界34に関連して見出されると、フレーム・タイミング(境界)が識別され る。 図4と図5で行ったプロセスは、具体例を説明することによって、より完全な 理解が得られよう。そこで、再び図3で説明することにする。ステップ12の動処理で得たピークによって既知のタイミング・オフセットt1から同期スロット 境界30が識別される。これらのスロット境界30が分かり、使用しているパイ ロット・チャネル・フォーマットのタイプの情報が与えられると、含まれている 2から識別される(ステップ14)。つぎに、式(1)または式(2)を用い るステップ20の相関操作を行って、識別されたフレーム符号ロケーション32 って、既知のタイミング・オフセットt3から対応する特定スロット境界30’ が識別される(ステップ22)。この特定スロット境界30’が分かり、フレー ム内のあるスロットにおけるマッチしたフレーム同期符号のロケーションの情報 が与えられると、フレーム境界34が識別される(ステップ24)。 図6は、直接拡散符号多元接続通信システムにおける別の実施例のパイロット ・チャネル信号通信フォーマットを示す図である。パイロット・チャネル通信の 長さTfの各フレームは複数(数はM)の同期スロットs0,s1,...,sM-1 に細分されている。各同期スロットsの長さは、パイロット符号繰り返し パイロット符号は、各同期スロットおよび各繰り返しフレームにおいて同一であ る。フレーム内の同期スロットsのひとつ、例えば図6の最初のスロットs0スロットの境界30に関連する既知のタイミング・オフセットt1を有している 。 セットt2と同期スロットの境界30に関連する既知のタイミング・オフセット t3を有している。さらに、複数の同期スロットおよび特に指定された同期スロ ットは、フレーム境界34に関連した既知のポジションを有している。 図7は、図6のパイロット・チャネル信号通信フォーマットを有する受信信号 を処理することにより移動局が基地局のタイミング基準を得るプロセスを示す流 れ図である。ステップ40では、移動局は、パイロット・チャネル信号を受信す る。つぎに、ステップ42では、移動局は受信信号を処理してパイロット符号の タイミングを(即ち、同期スロットのロケーションを)識別する。このプロセス は、上述の当業界で知られた手順に従って行われ、タイミング・オフセットt1 間隔は、既知のパイロット符号繰り返し周期Tpから知られる同期スロットs内 で識別された可能性のあるフレーム同期符号ロケーションに対応するが、これら ステップは、下記の式で数学的に表現できよう。 つぎに、ステップ46では、フレーム・タイミング(境界)を見出す。この動 フレーム同期符号のために指定されたフレームにおける同期スロットs(即ち、 図示された実施例における最初のスロットs0)に位置していると推定される。 指定された同期スロットのフレーム境界に対する相対ポジションが分かると、フ レーム・タイミング(境界)が識別される。 図7で行ったプロセスは具体例を説明することによって、より完全に理解され ィルタに受信信号を通す。このフィルタ処理で得たピークによって、既知のタイ ミング・オフセットt1から同期スロット境界30を識別される。これらのスロ ット境界30が分かり、使用しているパイロット・チャネル・フォーマットの情 報(即ち、タイミング・オフセットt2とフレーム符号ポジション)が与えられ ると、s別されたスロットのフレーム同期符号のためのM個の候補ロケーシ ッチさせるステップ44と式(3)の相関操作を行って、含まれているフレーム 同期符号を識別する。フレーム同期符号ロケーション32が分かり、フレーム内 のマッチしたロケーションの情報(例えば、図示した第1の同期におけるタイミ ング・オフセットt3)が与えられると、フレーム境界34が識別される(ステ ップ46)。 図8は、スペクトラム拡散通信受信機50の簡略ブロック図である。 受信アンテナ52は、送信されてきた、変調拡散データ系列の信号エネルギーを 収集し、該エネルギーを無線受信機54に渡す。受信機54は、受信した無線信 号を増幅し、濾波し、ミックスし、ベースバンド信号に変換するのに必要なアナ ログ−ディジタル変換を行う。ベースバンド信号は、通常少なくとも1チップ周 期あたり一度標本化を行い、バッファメモリ(図示せず)に記憶する場合もあり 、記憶しない場合もある。 ベースバンド信号は、複数のトラフィック・チャネル相関器56(RAKE受 信機構成を使用)に渡される。相関器56の動作機能は、逆拡散と呼ばれること もある。理由は、所与の逆拡散系列が受信標本系列に正しく時間的に同期(アラ イン)されているとき、相関器は、複数の拡散データ値をコーヒレントに合成し 、一つの情報値を生成するからである。複数の出力相関データが、一つまたは二 つ以上の検出器58に送られ、検出器は元の情報データ・ストリームを再生する 。使用される検出器の形式は無線チャネルの特性と複雑性の制限に依存する。具 体的には、チャネル推定、コーヒレントRAKE合成、差動検波・合成が必要に 応じて含まれよう。 本発明の趣旨では、ベースバンド信号はパイロット・チャネル処理のために特 に指定されるパイロット符号サーチャー(pilot codes earcher)60に送られ 基地局通信に関するタイミング基準の確定という既知の項目を用いるパイロット を識別する。この情報を、フレーム・タイミング(即ち、フレーム境界)を判定 することにより本発明の特定パイロット・チャネル処理を行う同期符号サーチャ ー62に送る。パイロット符号サーチャー60と同期符号サーチャー62の動作 は、式(1)、(2)、(3)ならびに図4、5,7の流れ図により定義されて いる。パイロット符号サーチャー60と同期符号サーチャー62が生成したパイ ロット・チャネル・フレームとスロット・タイミング/同期情報は、トラフィッ ク・チャネル相関器56と検出器58に送られ、元の情報データ・ストリームリ ームが再生され、処理される。 本発明の方法と装置の実施例を添付図面に示し、詳細説明で記述したが、本発 明は開示した実施例に限定さず、下記の請求項に記述し、定義した本発明の本旨 から逸脱せずに様々な再構成、変更、代替が可能であることは理解できるであろ 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,ML,MR, NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L S,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,DK,E E,ES,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU ,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL ,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK, SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,UZ,V N,YU,ZW (72)発明者 エスマイルザデー、リアズ 神奈川県川崎市宮前区宮崎286、第2セン チュリー305

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 複数の同期スロットを有する繰り返しフレームと、 前記繰り返しフレームのそれぞれの同期スロット内で繰り返されるパイロット 繰り返しフレームの複数の同期スロットの少なくとも一つにあるフレーム同期 マット。 3. 請求項1に記載のフォーマットであって、複数の同期スロットのうちの二 有の符号であり、それぞれのフレーム内で繰り返される、フォーマット。 レーム同期符号とはオーバーラップしない、フォーマット。 5. 請求項3に記載のフォーマットであって、前記複数のフレーム同期符号は 互いに直交している、フォーマット。 6. タイミング同期確保のためのパイロットチャネルを含む信号を処理する方 法であって、前記信号は、複数の同期スロットに細分されている一つのフレーム 同期スロットのロケーションを見つけ出すため、受信信号とパイロット符号 フレーム同期タイミング情報を得るため、見つけ出した同期スロット内の一つップとを含む、方法。 7. 請求項6に記載の方法であって、第2の相関を調べるステップは前記フレ ロットのロケーションのそれぞれの内の一つのロケーションにマッチさせるステ ップを含む、方法。 8. 請求項6に記載の方法であって、複数の同期スロットのなかの二つ以上に あり、前記第2の相関を調べるステップは、複数のフレーム同期符号を同期スロ ット内の前記ロケーションに整合させるステップを含む、方法。 9. 請求項8に記載の方法であって、前記複数のフレーム同期符号は互いに直 交している、方法。 10.請求項6に記載の方法であって、前記第2の相関を調べるステップは、さ ジションから、前記フレーム同期タイミング情報を識別するステップを含む、方 法。 12.タイミング同期情報を得るためパイロットチャネルを含む符号分割多元接 続信号を処理する装置であって、 ロットとを具備する複数の同期スロットに細分されている一つのフレームを含ん でいる繰り返しフレームを有する信号を受信するための受信機と、 前記信号のパイロットチャネル部分を受信するため前記受信機に接続されたパ イロットチャネルサーチャーとを有し、前記サーチャーは、複数の同期スロット のロケーションを見つけ出すため、受信したパイロットチャネル部分を前記パイ ーム同期タイミング情報を得るため見つけ出した同期スロット内のロケーション る、働きをするようになっている、装置。 13.請求項11に記載の装置であって、前記サーチャーは前記フレーム同期符 号を繰り返しフレーム内の複数の連続している、見出された同期スロットの各ス ロット内のロケーションに整合させる、装置。 号であり、前記第2の相関を調べるステップは、前記複数のフレーム同期符号を 各同期スロット内の前記ロケーションに整合させるステップを含む、装置。 15.請求項14に記載の装置であって、前記複数のフレーム同期符号は相互に 直交している装置。 16.請求項12に記載の装置であって、前記サーチャーは、さらに前記フレー 記フレーム同期タイミング情報を識別する、装置。
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