JP2001518750A - パイロットトーンをサーチする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 信号内の、既知の値及び既知の長さを有するパルスシーケンスの検出方法において、信号の順次連続するサンプリング値の位相差の極性に基づいて、送信パルスが１であるのか、又は、０であるのか推定され、その際、パルスの和は、パルスシーケンスの長さに比例するウィンドウ内で特定され、パルスシーケンスは、各パルスの和が、このサーチウィンドウ内で限界値を超過した時点で検出されたものとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、一般的にパイロットトーンをサーチするための方法に関する。こ
のパイロットトーンは、任意の信号内の既知周波数の正弦波振動である。

【０００２】 通信システム、殊に、モービル無線システムでは、パイロットトーンをサーチ
する必要があることが屡々である。例えば、ＧＳＭ／ＤＣＳ１８００／ＰＣＳ１
９００標準により作動するデジタルモービル無線システムでは、オルガニゼーシ
ョンチャネルを介して、無線通信のオルガニゼーションが行われる。固定局を介
して網と接続することができる移動局は、最初のチャネルとして、このオルガニ
ゼーションチャネルを検出及びサーチする必要がある。これには、固定されたパ
ルスシーケンスのサーチが属する。上述のシステムでは、そのために所謂「周波
数補正バースト”ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｂｕｒｓｔｓ（
ＦＣＢ）”」が使用され、その際、１４８個のゼロのパルスシーケンスが用いら
れている。

【０００３】 ここで考察しているシステムでは、伝送のために、所謂ＧＭＳＫ変調方式（Ｇ
ａｕｓｓｉａｎ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）が使用される。
その際、搬送周波数ＦＴ（例えば、９００ＭＨｚ）は、転送すべき信号、つまり
、ここでは、特別な関心のあるＦＣＢ信号でも変調される。得られた周波数は、
ＦＴ＋６７．７１ｋＨｚ、即ち、搬送周波数の上側の６７．７１ｋＨｚである。
１４８個のゼロのＦＣＢパルスシーケンスは、そうすることによって、純粋な正
弦波信号に変えられる（ｕｅｂｅｒｆｕｅｒｔ）。つまり、ベースバンドでは、
隣り合ったサンプリング値の位相差は、理想的な場合（チャネルの歪及びノイズ
のない）、ビットクロック（２７０．８３ｋＨｚ）でサンプリングされることが
基礎となっている際には、９０°である。

【０００４】 従来技術からは、ＦＣＢサーチの種々異なる方法が公知である。例えば、論文
”Ａｎｆａｎｇｓｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓａｔｉｏｎ ｄｅｒ Ｍｏｂｉｌｓｔａ
ｔｉｏｎ ｉｍ Ｄ−Ｎｅｔｚ”，Ｇ．Ｆｒａｎｋ 及びＷ．Ｋｏｃｈ，ＰＫＩ
Ｔｅｃｈ． Ｍｉｔｔ．１（１９９０），４３−４９ページには、ＦＣＢサー
チ用の方法が記載されている。この方法では、ＦＣＢサーチは、周波数シフトと
共に、受信信号の全ての（Ｉ，Ｑ）サンプリング値をｅｘｐ（−ｊｋπ／２）と
乗算することによって開始する。時点ｋでの各サンプリング値Ｚは、複素平面で
Ｚ（ｋ）＝Ｉ（ｋ）＋ｊＱ（ｋ）として表示することができる。即ち、受信され
た信号は、６７．７１ｋＨｚだけ下側にシフトされ、その結果、その中心周波数
は、周波数シフト後０Ｈｚである。続いて、信号は、低域通過フィルタリングさ
れる。信号がＦＣＢ信号の場合、この信号は、フィルタを通過する。つまり、こ
れに対して、他の信号は、その大きな帯域幅のために著しく抑圧される。続いて
、フィルタリングされた信号の値形成が行われ、このことにより、理想的な場合
、ＦＣＢの持続期間によって矩形状のパルスが形成される。それに対して、残り
の時間内では、ランダムなデータビットでの変調に基づいて、ノイズ状の信号が
生じる。矩形状のパルスに対しては、最適なサーチフィルタを提供することがで
きる。それは、ＦＶＢの期間に亘っての平滑的な平均値形成に相応している。フ
ィルタリングされた信号の最大値が、予め決められた限界値を超過した場合、Ｆ
ＣＢはサーチされたものとされる。最大値の位置は、検出されたＦＣＢの終端を
マーキングする。

【０００５】 この論文に記載されている方法の欠点は、フィルタリングされた信号の最大値
が瞬時の信号振幅に依存し、そのために、強くフェージング変動してしまう点に
ある。従って、比較的確実なＦＣＢサーチのためには、適合的な振幅制御が不可
避となる。低域通過フィルタリングも、高いＱのものでなければならず、それに
対して、その実施はコスト高である。更に、この方法は、移動局と基地局との周
波数離調に対して非常に感度が高い。実際には、複数の観測区間に亘って最大値
を平均化する必要がある。

【０００６】 別の方法は、論文”Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓａｔｉｏｎ ｅｉｎｅｒ Ｍｏｂｉ
ｌｓｔａｔｉｏｎ ｉｍ ＧＳＭ−Ｓｙｓｔｅｍ ＤＭＣＳ ９００ （Ｄ−Ｎ
ｅｔｚ）”，Ｈ．Ｎｅｕｎｅｒ，Ｈ．Ｂｉｌｉｔｚａ，Ｓ．Ｇａｅｒｔｎｅｒ著
，Ｆｒｅｑｕｅｎｚ ４７（１９９３）３−４，６６−７２ページに記載されて
いる。この方法では、受信信号の各４番目のサンプリング値の位相差が評価され
る。この方法が基づいている観点は、ＦＣＢの期間に対して、そのような位相差
は、理想的な場合ゼロであるということである。上述のように、隣り合った２つ
のサンプリング値の位相差は９０°であるので、４つのサンプリング値間の位相
差は、４×９０＝３６０°又は０°である。各位相差に対して新たに算出された
妥当な領域によって、障害（フェージング）が考慮される。無視し得る程小さな
位相差が十分に多数存在する場合には、ＦＣＢはサーチされたものとされる。

【０００７】 この方法の問題点は、ＦＣＢの位置特定にあり、つまり、各４番目のサンプリ
ング値しか評価されないからである。ここに記載されている方法は、各サンプリ
ング値間の位相差を特定するのに必要となるので、サンプリングにより受信され
た信号の直交成分から、アークタンジェント関数が使用されるサンプリング値の
位相を算出する必要がある。しかし、そのために、殆ど全ての信号プロセッサの
場合、ハードウェアのサポートはなく、その結果、コスト高な級数展開によって
近似して算出され、そのことは、相応の計算時間を必要とする。

【０００８】 従来技術の第３の方法は、ヨーロッパ特許出願公開第０３８７７２０号公報か
ら公知の方法であり、この方法は、Ｆｒａｎｋ及びＫｏｃｈの方法に類似してい
る。この方法は、２つの周波数選択性櫛形フィルタを利用し、その内、一方のフ
ィルタは、周波数６７．７１ｋＨｚのＦＣＢ信号を阻止せずに通過させ、他のフ
ィルタは、ＦＣＢ信号を完全に遮断する。フィルタリングされた両信号から、値
が形成され、それから、平滑された平均値が形成される。続いて、両平均値の商
が形成され、予め決められた限界値と比較される。商が限界値を下回ると、ＦＣ
Ｂがサーチされたものとされる。商の最小値の位置は、ＦＣＢの終端をマーキン
グする。

【０００９】 この方法は、既にＧＳＭ−ハンディ機器（Ｈａｎｄｉｅｓ）のチップセットで
巧く使用されている。商形成により、振幅変動に対する不感性が達成されるので
、Ｆｒａｎｋ及びＫｏｃｈの方法では必要とした振幅調整を行わないで済む。し
かし、そのために、商形成に必要な除算は、同様に未だ比較的多くの計算時間を
必要とする。更に、この方法は、周波数の離調に対して感度が高い。周波数の離
調時には、一方のフィルタは、信号を最早完全には通過させず、他方のフィルタ
は、信号を最早完全には阻止しない。その結果、商の最小値は著しく上昇し、最
善の場合でも、最小周波数離調用に設計された限界値は最早通過されず、従って
、ＦＣＢサーチは完全に不確実となる。

【００１０】 ドイツ連邦共和国特許公開第４３２８５８４号公報からは、電子角度位置セン
サの同期用の回路が公知である。この角度位置センサは、ロータの角度変化と連
続して同期される。ドイツ連邦共和国特許公開第３８０６４２８号公報からは、
直列ビット流内に含まれているビットコンビネーションの検出用の方法が公知で
ある。サーチサイクルを用いて、ビットコンビネーションは、順次連続して比較
ビットコンビネーションのビットと比較される。この比較は、可能な位相位置で
実行される。ヨーロッパ特許出願公開第０２２８７７１号公報からは、加入者ル
ープ用の全２重データ伝送システムが公知である。その際、受信器は、パイロッ
ト位相検出器を有しており、このパイロット位相検出器は、到来したパイロット
トーンの位相を特定する。この位相検出器は、この位相の特定を位置パイロット
位相基準に関して実行する。ヨーロッパ特許出願公開第０４８９８８０号公報か
らは、ダイバーシティコンビネーション方法が公知であり、この方法は、ＨＦ無
線情報処理システムに関している。この方法の範囲内で、得られて、サンプリン
グされて復調された信号内で、パイロットシンボルサンプリングが、情報シンボ
ルサンプリングから分離される。パイロットシンボルサンプリングは、その際、
所定のパイロットサンプリング点で処理されて、チャネル利得の推定値が特定さ
れる。

【００１１】 本発明の課題は、ＦＣＢサーチ用の従来技術の公知方法の欠点、例えば、フェ
ージング障害に対する感度を克服し、更に、簡単に構成でき、計算時間を僅かし
か必要としない方法を提供することである。

【００１２】 本発明によると、この課題は、以下の各ステップ：ａ）信号の順次連続するサ
ンプリング値の位相差が、送信シンボル”１”（ａ）に相応する［０，π）の領
域内にあるか、又は、送信シンボル”０”（ａ）に相応する［−π，０）の領域
内にあるか検出し、ｂ）前述のようにして推定された前記シンボル（ａ）をフィ
ルタリングし、該フィルタリングの際、検出すべきパルスシーケンスの１だけ小
さい長さ（ＬＩ）に等しいサーチウィンドウ長（Ｌ）のサーチウィンドウは、順
次連続して推定されるシンボル（ａ）の上位に形成され、及び、前記サーチウィ
ンドウ内でその都度、前記推定されたシンボル（ａ）のシンボル和（ｑ）が形成
され、ｃ）前記シンボル和（ｑ）を和限界値（Ｓ）と比較し、ｄ）前記シンボル
和（ｑ）が、前記和限界値（Ｓ）よりも大きいか、又は、等しい場合、サーチさ
れたパルスシーケンスがあること、及び、前記サーチされたパルスシーケンスの
時間位置を表示することにより解決される。本発明の方法は、差動シンボル推定
の技術思想を利用する。例えば、Ｎｅｕｎｅｒ，Ｂｉｌｉｔｚａ及びＧａｅｒｔ
ｎｅｒの方法の場合にように、受信信号の順次連続した（Ｉ，Ｑ）サンプリング
値の正確な位相差は、求められない。その代わり、順次連続するサンプリング値
の位相差が区間［０，π）内に位置しているか、又は、区間［−π，０）内に位
置しているか検査するにすぎない。両方の場合は、ＧＭＳＫモジュレータの１（
”＋１”）乃至０（”−１”）の送信シンボルに相応している。１４８個の０か
らなるＦＣＢは、差動符号化後送信側で１４７個の１に変えられ、ＦＣＢの外側
では、ほぼ同じ数量の１及び０が現れ、その際、１の関連の長いブロックがサー
チされる。

【００１３】 以下、本発明の方法について詳細に説明する。時点ｋで受信された信号の各サ
ンプリング値Ｚは、その際、複素表示でＺ（ｋ）＝Ｉ（ｋ）＋ｊＱ（ｋ）と示す
ことができる。その際、Ｉ（ｋ）は、時点ｋでのベースバンドサンプリング値の
位相内成分であり、Ｑ（ｋ）は、時点ｋでのベースバンドサンプリング値の直交
成分である。本発明の差動シンボル推定の場合、時点ｋのサンプリング値及び先
行時点ｋ−１のサンプリング値から、差の値Ｄ（ｋ）は乗算により以下の式によ
り形成される： Ｄ（ｋ）＝Ｑ（ｋ）＊Ｉ（ｋ−１）−Ｉ（ｋ）＊Ｑ（ｋ−１） Ｄ（ｋ）≧０では、１（シンボルａ（ｋ）＝１）となる。そうでない場合には
、０（シンボルａ（ｋ）＝０）となる。即ち、Ｄ（ｋ）の極性は、理想的な場合
、送信シンボルａ（ｋ）を正確に再現している。

【００１４】 フェージング障害は、その際、散発的に誤ったシンボル推定を生じることがあ
る。そのために、推定されたシンボル（１又は０）が整合フィルタを用いてフィ
ルタリングされる。即ち、推定されるシンボルについて、長さＬ＝１４７のサー
チウィンドウが形成される。その際、所定形式で平滑された和形成の際、サーチ
ウィンドウ内の１がカウントされる。式は、以下のように書くことができる： ｑ（ｋ）＝ｑ（ｋ−１）＋ａ（ｋ）−ａ（ｋ−Ｌ） その際、ｑ（ｋ）は、シンボルの和であり、ａ（ｋ）は、上述のように推定され
たシンボルであり、Ｌは、サーチウィンドウの長さである。Ｌは、通常の場合、
１４７である。つまり、Ｄ（ｋ）乃至ａ（ｋ）の算出のために、常に２つのサン
プリング値が使用され、従って、１４７個のサンプリングの際、差の値Ｄ（ｋ）
の１４７個の値しか算出されないからである。ＦＣＢは、上述のように、差動符
号化後送信側で１４７個の１から形成されるが、ＦＣＢは、両側では、それぞれ
８．２５ビット（ガードビット）の安全領域を有している。このガードビットは
、常に値１を有している。必要に応じて、ガードビットの時間中、送信出力は変
えられず、又は、低減される（パワーランプ形成：ｐｏｗｅｒ ｒａｍｐｉｎｇ
）。送信出力がガードビットの送信中でも維持されることが分かっている場合、
この付加的なガードビットを一緒にＦＣＢの検出に利用することができる。この
場合、サーチウィンドウは、Ｌ＝１４８＋１６−１＝１６３の長さを有する。し
かし、ガードビットの間、送信出力が低減される場合、ガードビットの時間中、
ノイズしか受信されない。つまり、ガードビットは、ＦＣＢ検出に利用すること
ができない。その際、長さＬ＝１４７のウィンドウを利用しなければならない。

【００１５】 何れの場合でも、シンボル和ｑ（ｋ）が続いて限界値Ｓと比較され、この限界
値の超過の際には、ＦＣＢがあることが推定される。

【００１６】 シンボル和ｑ（ｋ）（即ち、長さＬのサーチウィンドウ内の１の個数）は、０
とＬとの間の整数値しかとることができない。このような粗量子化（ｇｒｏｂｅ
ｎ Ｑｕａｎｔｉｓｉｅｒｕｎｇ）により、シンボル和は、順次連続する時点で
複数回最大値となる。ＦＣＢの位置特定のためには、従って、常に「平均化最大
値」をサーチすることが重要である。最初に現れる（左側）又は最後に現れる（
右側）最大値をサーチすると、一方では、システムのエラーを生じることがある
。平均の最大値の時間的な発生が検出され、その際、先ず、シンボル和ｑ（ｋ）
が最初に限界値Ｓを超過する時点が決められ、直ぐ次の時点として、シンボルｑ
（ｋ）が最後に限界値Ｓを超過する時点が決められる。その際、「平均の最大値
」は、これら両方の値の間にある。

【００１７】 ＦＣＢのサーチの精度は、高々、ＦＣＢ内では１しか推定されず、ＦＣＢ以外
では０しか推定されない場合の精度にすぎない。この場合、整合フィルタにより
、際だった最大値がＦＣＢの終端で供給される。実際には、ＦＣＢ以外のランダ
ムなデータビットでの変調に基づいて、ほぼ同数の１及び０が推定される。従っ
て、ＦＣＢのサーチの精度を高めるために、有利には、隣り合ったサンプリング
値の位相差を、所定角度（−α）だけ後ろ方向にシフトするとよい。その際、角
度αが過度に大きく選定されていない（０＜α≪９０°）場合には、本発明の差
動シンボル推定により、ＦＣＢ内部に更に所望の１が供給される。つまり、過度
に大きく選定されていない角度αの場合：９０°−α≫０が成り立つからである
。ＦＣＢ以外では、しかし、傾向として１よりも０が沢山推定される。角度αを
ほぼ９０°にしてはならない点に当然注意すべきである。つまり、ＦＣＢ内部の
シンボル、つまり、１は、他の障害とのコンビネーションの際に角度シフトする
ことによって０と推定されてしまうからである。αの値を９０°の整数の除数に
相応するように選定するとよい。その結果、ｃｏｓ（ｋα）及びｓｉｎ（ｋα）
を算出する必要がある内部の複素計算時に、同じ計算テーブルを使用することが
できる。種々異なる信号障害を考慮する検査により、αの合理的な値は、α＝９
０°／４＝２２．５°であることが分かる。

【００１８】 それと同時に、この位相シフトにより、周波数の離調に対する、この方法のロ
ーブスト性が向上する。そのような位相シフトがないと、ＦＣＢサーチは、正の
周波数離調時に、負の周波数離調時よりも著しく困難となる。と言うのは、ＦＣ
Ｂ以外では、多数の１が０として推定されるからである。有利な角度αだけ位相
シフトすることにより、意図的に周波数をシフトさせ、従って、ＦＣＢサーチの
「サーチ点」をもっと有利な領域内に移動させることができる。例えば、α＝２
２．５°に選定されると、意図的に周波数を−６７．７１／４＝−１７ｋＨｚだ
けシフトさせることができる。

【００１９】 以下、本発明の方法について唯一のブロック図で図示した実施例を用いて説明
する。

【００２０】 ブロック１では、ミキサで、時点ｋで入力される、検査すべきベースバンド信
号のサンプリング値ｉ（ｋ）が、角度αだけ位相がシフトされる。位相シフトさ
れたサンプリング値Ｉ（ｋ），Ｑ（ｋ）が得られる。この位相シフトは、以下の
ような複素表示形式で示すことができる： Ｉ（ｋ）＋ｊＱ（ｋ）＝［ｉ（ｋ）＋ｊｑ（ｋ）］＊ｅｘｐ（−ｊαｋ） 位相シフトされたサンプリング値Ｉ（ｋ）及びＱ（ｋ）は、ブロック２で、固
有の差動シンボル推定される。その際、時間的に相互に連続するＩ，Ｑサンプリ
ング値の位相差が、送信されたシンボル”１”に相応する間隔［０，π）内にあ
るか、又は、送信されたシンボル”０”に相応する間隔［−π，０）内にあるか
どうか検出される。各時点ｋで、位相差の符号が算出される、このような差動シ
ンボル推定は、複素表示形式で以下のように表示することができる： ａ（ｋ）＝１ 但し、Ｄ（ｋ）＝［Ｑ（ｋ）Ｉ（ｋ−１）−Ｉ（ｋ）Ｑ（ｋ−１
）］≧０ ａ（ｋ）＝０ 但し、Ｄ（ｋ）＝［Ｑ（ｋ）Ｉ（ｋ−１）−Ｉ（ｋ）Ｑ（ｋ−１
）］＜０ 値ａ（ｋ）は、ブロック３で、整合フィルタリングされる。その際、平滑され
た和形成の形式で、シンボル和ｑ（ｋ）は、長さＬのウィンドウ内の値の和から
形成される（詳細に上述したように）。

【００２１】 ブロック４では、シンボル和ｑ（ｋ）が限界値Ｓと比較されて、ＦＣＢがある
かないか判定することができる。理想的な信号の場合、この信号が長さＬ＝１４
７を有している場合、サーチウィンドウ内にあるはずであり、この信号は、完全
にＦＣＢの上に位置しており、１４７個の１の和１４７が得られる。しかし、こ
の限界値Ｓが少し小さく小さく選定されると、個別の誤った推定により、実際に
送信されたＦＣＢが検出されないということに等しくはない。シンボル和ｑ（ｋ
）が限界値Ｓよりも大きい場合（ｑ（ｋ）≧Ｓ）、ＦＣＢが検出されたことが信
号表示される。

【００２２】 パイロットトーンのサーチ用、殊に、モービル無線システムでオルガニゼーシ
ョンチャネルを特徴付けるパルスシーケンスのサーチ用の本発明の方法によると
、従来技術から公知の方法に較べて、一連の利点が提供される。つまり、簡単に
実施することができて、振幅変動、劣悪な信号対雑音比及び周波数離調に対して
感度が低い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のブロック図

───────────────────────────────────────────────────── 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)，ＣＮ，ＪＰ，Ｕ Ｓ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号内の、既知の値（０又は１）及び既知の長さ（ＬＩ）を
   有するパルスシーケンスの検出方法において、 以下の各ステップ： ａ）信号の順次連続するサンプリング値の位相差が、送信シンボル”１”（ａ）
   に相応する［０，π）の領域内にあるか、又は、送信シンボル”０”（ａ）に相
   応する［−π，０）の領域内にあるか検出し、 ｂ）前述のようにして推定された前記シンボル（ａ）をフィルタリングし、該フ
   ィルタリングの際、検出すべきパルスシーケンスの１だけ小さい長さ（ＬＩ）に
   等しいサーチウィンドウ長（Ｌ）のサーチウィンドウは、順次連続して推定され
   るシンボル（ａ）の上位に形成され、及び、前記サーチウィンドウ内でその都度
   、前記推定されたシンボル（ａ）のシンボル和（ｑ）が形成され、 ｃ）前記シンボル和（ｑ）を和限界値（Ｓ）と比較し、 ｄ）前記シンボル和（ｑ）が、前記和限界値（Ｓ）よりも大きいか、又は、等し
   い場合、サーチされたパルスシーケンスがあること、及び、前記サーチされたパ
   ルスシーケンスの時間位置を表示する ことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 ステップａ）の実行の前に、信号の順次連続するサンプリン
   グ値を角度（α）だけ位相シフトする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 位相シフトの角度（α）を、−２２．５°とする請求項２記
   載の方法。
4. 【請求項４】 検出すべきパルスシーケンスを、１４８個の０のシーケンス
   にし、該シーケンスにより、モービル無線システムで、オルガニゼーションチャ
   ネルを特徴付ける請求項１から３迄の何れか１記載の方法。
5. 【請求項５】 サーチされたパルスシーケンスの時間位置として、シンボル
   和（ｑ）が、最初の回で和限界値（Ｓ）を超過する時点と、シンボル和（ｑ）が
   、最後の回で前記和限界値（Ｓ）を超過する時点との間の時点を示す請求項１か
   ら４迄の何れか１記載の方法。