JP2002518932A - スペクトル拡散無線通信用のフレーム同期技法及びシステム - Google Patents
スペクトル拡散無線通信用のフレーム同期技法及びシステムInfo
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Abstract
Description
信において受信した信号の処理の一部として同期を実行することに関する。
・インタフェースによる情報の送信を伴う。受信の際に、受信機は適切な復調技
法を実行することにより受信した信号から情報を正確に抽出するように試みる。
しかしながら、受信した信号を復調するためには、送信機と受信機との間でタイ
ミングを同期することが最初に必要となる。無線通信システムの設計に応じて、
異なったレベルの同期が必要とされる。例えば、ほとんどのシステムにおける送
信機と受信機とのクロックの相違により、ビットレベルでのタイミングの差が生
成される。更に、ある無線通信システムでは、情報は「フレーム」とも呼ばれる
ことがあるバーストで送信され、これらバーストは独立して検出され復調される
情報の断片を表している。このようなタイプのシステムでは、フレームの開始位
置を見つけることも望ましく、そのため特定の受信機に関連する情報は分離され
て復調される。同様に、あるシステム(例えば、時分割多元接続あるいはTDM
Aシステム)では、互いに時間多重されたチャネルを生成するためにフレームを
更にタイムスロットに細分化する。これらのシステムでは、受信機を各タイムス
ロットの開始に同期させることがより望ましい。
ル拡散技法を用いてチャネル化する。CDMAシステムでは、送信されるべき情
報データストリームは、最初に独自の拡散コードを用いて符号化あるいは拡散さ
れ、次に長いPNシーケンスあるいは短いスクランブル・シーケンスと組み合わ
される。後者の場合、スクランブル・シーケンスはセル毎に設計され、この結果
、隣接セルは異なったスクランブル・シーケンスあるいはスクランブル・マスク
を使用する。情報データストリーム及びPNシーケンス又はスクランブル・シー
ケンスは、ビット・レートが同じでも異なっていてもよい。独自の拡散コード及
び長いPNシーケンスを有する情報データストリームの多重化は、チップの出力
ストリームをもたらす。このように、CDMAシステムでは、受信機をチップの
境界に同期させることも望ましい。
るために、以下の例を検討する。図1はセルラ・システムにおいて移動体ユーザ
(移動局)に無線波を送信する基地局の使用を表している。CDMAシステムで
は、基地局10は移動局14及び15に単一の(コンポジット)信号として信号
を送信し得る。移動局14へ向けられた信号は、一般に移動局15に向けられた
信号を符号化するのに使用されるショート・コードと直交あるいはほぼ直交する
ショート・コードで符号化される。これらの信号はロング・コードを呼ばれるこ
ともある基地局10に関連する第2のコードで拡散される。そして符号化され拡
散された2つの信号の和が基地局10によって送信される。
・コード及びショート・コードで乗算して移動局14へ向けられた信号を再構成
し、移動局15へ向けられた信号を干渉雑音として抑圧する。同様に、移動局1
5は拡散信号を移動局15に割り当てられたロング・コード及びショート・コー
ドで乗算して移動局15に向けられた信号を再構成し、移動局14へ向けられた
信号を干渉雑音として抑圧する。移動局14及び15に関連した受信機は、上記
で説明した受信信号にある情報の逆拡散及び復号化を実行するために適用可能な
ロング及びショート・コードを突き止めるあるいは知るのに加えて、受信信号に
対する様々なレベルの同期を得る必要がある。
。フレーム同期に対してこれらの技法は、フレーム構造及び移動局にオーバーヘ
ッドあるいは制御情報が運ばれる方法に、かなりの割合で依存している。オーバ
ーヘッド情報は通常、1つ以上の同報制御チャネルでもたらされ、同報制御チャ
ネルは、移動局が素早く追跡でき、とりわけ該基地局との同期フレームを得るの
に使用される情報を含んでいるオーバーヘッド情報を受信する既知のチャネルを
使用して基地局によって送信される。当業者は多くの無線通信システムが同期さ
れない基地局、すなわち、共通のタイミング基準信号を共有しない基地局を有す
ることが解るであろう。従って、フレーム同期は、例えば、起動時(すなわち、
移動局がパワー・オンされたとき)に、移動局がセルからセルへ移動しセル再選
択手順の一部として(例えば、移動局が「最良の」サービスを行っている基地局
を聴取していることを確認するために)隣接セルに関連するチャネルでの測定を
行うときに、実行される必要のある処理である。
延を減少することは受信機の性能を向上させるのに重要である。多くのタイプの
通信サービス、特に、音声通信は、比較的遅延を許容できない。このため、シス
テムの設計者は、フレーム同期を含むあらゆる所与の信号処理タスクを実行する
のに必要な時間の総計を減少する方法を常に求めている。
あるいはシンボルの数を減少することによって、フレーム同期の速度を向上させ
るデジタル無線信号の同期に関する。本発明の代表的実施形態によれば、同報制
御チャネルは複数のタイムスロットそれぞれに同期ビットあるいはシンボルを含
んでいる。これらのビットあるいはシンボルの連続的性質は、フレームの現在の
位相を特定の基地局によって送信されているものと受信機が判定するのに使用さ
れ得る。
ーケンスにおけるビットあるいはシンボルの総数のサブセットを読み取ることに
よって、移動局が受信したフレームの位相を判定できるようなものである。単な
る説明としての実施形態では、同期シーケンスが16のビットを含むように、各
フレームは16のタイムスロットから構成される。しかしながら、シーケンス内
で連続する4つのビットはいずれもフレームの位相を一意に識別できる。このよ
うに、移動局は、フレーム同期を得るのに、16のビットのシーケンス全体でな
く、4つのタイムスロットの同期ビットを読み取るだけでよく、同期速度がかな
り向上する。
は限定のためでなく説明のために記載したものであり、本発明をより良く理解す
るためのものである。しかしながら、本発明をこれら特定の詳細事項とは異なる
他の実施形態で実現できることは、当業者には明白であろう。他の場合において
は、不必要な詳細事項により本発明の記載が解りにくくならないように、周知の
方法、装置および回路の詳細な記載は省略した。
散コードを用いて行われるTDMA/CDMAのハイブリッド方式を使用するも
のとして記載したが、情報も個々のタイムスロットで運ばれる。しかしながら、
当業者は、ここで開示した概念が、周波数分割多元接続(FDMA)、TDMA
、CDMA又は他のアクセス方式を含むがこれらに限定されない、他の方式で使
用できることがわかるであろう。同様に、代表的実施形態のいくつかは、ある種
の第3世代の無線通信システムのための代表的フレーム及び論理チャネルの構造
に関する例を表しているが、ここで記載された技法はあらゆるシステムで使用さ
れる機器に等しく適用できる。
の通信システムでは送信機のクロックと受信機のクロックとは「ロック」されて
おらず、すなわち、それらは時間において同期されていない。このロック手順の
一部は一般にフレーム同期と呼ばれている。限定のためでなく説明のために、図
2に記載した代表的フレーム及び論理チャネルのフォーマットを検討する。ここ
にはそれぞれがスーパフレームを構成する10msの無線フレームが64ある。
各無線フレームには16のタイムスロットがある。各タイムスロットは対応する
チャネルに従って、情報の様々なタイプ及びフィールドを含んでいる。図2では
、そのような2つのチャネル、BCCH1及びBCCH2が示されている。これ
ら2つのチャネルは、基地局から該基地局がサービスするエリア内の移動局全て
に、例えば、移動局に事前に知られた異なったショート・コードを用いて、送信
される同報制御チャネルである。この図からわかるように、各制御チャネルはタ
イムスロット毎に1つの同期シンボル(ビット)を含んでいる。BCCH2の同
期シンボル(ビット)は以下で説明するようにフレーム同期に使用され得る。B
CCH1も、例えば、チャネル推定を行うために受信機によって使用され得るパ
イロット・シンボルと、例えば、ネットワーク・オペレータ、セクタ等を識別す
る様々なタイプのオーバーヘッド情報を運び得る論理情報チャネルとを運んでい
る。
ェースによって情報を通信するのに使用され得る、送信及び受信部品のいくつか
を示しているブロック図である。ここでは、例えば、単一の基地局内の異なった
送信機によってサポートされる、2つのソース40および50は、スペクトル拡
散技法を用いて同じ周波数スペクトルによって異なった信号を送信する。符号化
され拡散されたユーザ・データの和は、無線周波数搬送波及び送信アンテナを用
いて送信される。例えば、図3では、ユーザ入力データ41は、直交ショート・
コード53によって乗算され、ロング・コード55を用いて拡散される。符号化
され拡散されたユーザ・データの和47は、送信アンテナ42によって送信され
る無線周波数搬送波49を変調するのに使用される。同様に、ユーザ入力データ
51は、直交ショート・コード53で乗算され、ロング・コード55を用いて拡
散される。符号化され拡散されたユーザ・データの和57は、送信アンテナ52
によって送信される無線周波数搬送波59を変調するのに使用される。送信アン
テナ42は信号44を送信し、送信アンテナ52は信号54を送信する。
ンタフェースによって送信されることにより、例えば、様々な長さの異なった経
路に沿って移動する信号44および54の反射などのチャネル効果の影響を受け
る。これら反射の相互作用は、所与の時間の移動局の特定の位置によって影響が
変化するマルチパス・フェージングを発生させ、これら信号の強度はソースと受
信機との距離が増加するにつれて減少する。受信機60には、異なった信号経路
から信号エネルギーを収集するために(当業者には周知である)RAKE受信機
を使用してもよい。受信機60が信号98を受信すると、受信機60はキャリア
信号64を用いて信号を復調し、コンポジット信号67をもたらす。コンポジッ
ト信号67は同期されたロング・コード65を用いて逆拡散され、同期された直
交コード63を用いて復調される。受信機60は、送信されたユーザ・データを
再構成するのに、積分器68及びサンプラ69を使用することができる。
・チャネルで受信した信号の処理に加え、移動局は他の信号処理タスクも有して
いる。例えば、パワー・オンされてアイドル状態のとき、移動局は様々な情報、
例えば、ページング・メッセージのために同報制御チャネルを聴取する。移動局
は周期的に、他の隣接セルによって同報された制御チャネルの品質、並びに聴取
している同報制御チャネルの品質、例えば、信号強度を測定するように指示され
、これによりシステムはアイドル状態の移動局が適切な制御チャネルを聴取して
いるのを保証する。隣接した基地局によって送信された同報制御チャネルの品質
をモニタする処理において、移動局もそれに同期する必要がある。
信機60は様々な同期されていない基地局からの送信フレームの構造に時間的に
同期できる必要がある。1つの技法によれば、移動局は最初にタイムスロット(
あるいは主要な)同期を得、その後にフレーム同期そしてロング・コードの識別
が行われる。タイムスロット同期は、第1の同報制御チャネルBCCH1にある
同期情報を用いて行われ得る。ロング・コードの識別処理は、1つあるいは両方
の同報制御チャネルで情報を復調するのに使用されたコードを判定することによ
って行われ得、このコードはこれらのチャネルで送信している基地局によって使
用される特定のロング・コードを識別するのに使用される。同期処理のこれらの
部分は本発明の中心的部分ではないので、ここではこれ以上言及しない。
る同期シンボルあるいはビットを用いて行われる。より正確には、同期シンボル
あるいはビットは、所定の巡回的パターンに従って各タイムスロットで基地局に
よって送信され、このパターンは基地局が現在聴取しているフレーム境界の位置
を求めるのに移動局によって使用され得る。同期シーケンスは一般に、良好な自
己相関特性を持つように選択されたもの、例えば、最大の長さのシーケンスであ
る。代表的シーケンスの1つは、同期シーケンスとして使用するのに既に提案し
たものであり、本発明を適切に説明するためにここで使用する。すなわち、 1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,0,1, であるが、当業者はあらゆるシーケンスのビット、あるいはそのためにシンボル
が2値のアルファベット(このシーケンスのあらゆるシフトを含む)あるいはM
値のアルファベット(M-ary alphabet)を用いて表現されているかどうかに関わ
らず、あらゆるシーケンスのシンボルを用いて本発明を実施できることがわかる
であろう。しかしながら、このシーケンスに対して、基地局はBCCH2のタイ
ムスロット#1で同期ビットとして「1」、タイムスロット#2で同期ビットと
して「1」、・・・、タイムスロット#6で同期ビットとして「1」を送信する
。
ムスロットにおける順番間のタイム・シフト、及びフレーム同期を達成するため
にフレームの開始を識別する必要がある。これは、移動局によって受信された1
6のシーケンスを基地局によって繰り返される所定の巡回的シーケンスに一致さ
せるためには何回シフトが必要であるのかを判定することによって達成される。
例えば、移動局が特定の移動局によって送信されたBCCH2の連続する16の
タイムスロットで、 1,0,1,0,0,0,1,1,0,1,1,1,1,0,0,0,0 のパターンを同期ビットとして受信して識別したと仮定する。このパターンを右
に7回(あるいは左に9回)シフトすることにより、受信したパターンは所定の
パターンに一致し、これにより移動局にフレーム境界の位置がもたらされる。
を利用することによって、このフレーム同期処理をより高速に行えることを出願
人は認識している。例えば、上記の16のビット・パターン内には、図4に示さ
れるように4ビットの一意なコード・ワードが16ある。ここで、各コード・ワ
ードは所定の巡回的シーケンス内でボックスによって示されており、また、2値
及び16進表記で別個に示されている。16のビット・シーケンス内のあらゆる
連続した4つの同期ビットを正しく読み取ることにより、移動局がシーケンスの
開始に到達するのにいくつのシフトが必要であるのか、従って、フレーム境界の
位置を正しく識別することができるのが、この図からわかるであろう。このよう
に、フレーム同期を得るために連続した16のタイムスロットを読み取る代わり
に、本発明は特定のシステム設計に対して4分の1まで受信機の信号処理のこの
側面に関する時間を短縮する。
が、本発明はより一般的には、フレーム同期を達成するためにフレームの位相を
一意に識別する同期ビットあるいはシンボルのシーケンスのサブセットを識別し
て読み取ることを特徴とする。更に、上記の代表的実施形態では、フレームの位
相を明白に識別するのにその同期ビットが使用され得るタイムスロットの数を最
小としたものについて本発明が記載されているが、フレーム同期を求めるのに最
小数より多い数の同期シーケンスのサブセットを選択するのが望ましいことは解
るであろう。付加的シンボルあるいはビットを使用することは、正しいフレーム
同期が選択される可能性を高め、同報制御チャネルで誤って復号されたビットの
影響を減少する。
ットを評価することにより、移動局は同期シーケンスの4ビットの一意なサブセ
ット2つを効率的に識別することができ、これはフレーム境界を正しく位置決め
するする確率を2倍にする。同様に、6つの連続したビットは3倍確実にし(図
5に示した場合)、7つのビットは4倍確実にする等となる。これらの場合全て
において、シーケンス内の利用可能なビット全て未満が評価されるので、処理速
度は依然として増大している。
明白に識別する、いくつかの固定的あるいは適応的に決定された利用可能な同期
情報のサブセットを用いて、本発明を変形し適応する形式で使用できることがわ
かるであろう。例えば、L個の利用可能なビットのmビットのある固定的なサブ
セットを使用でき、ここで、m<L、かつmはmビットが正しく復号されたとき
にフレームの位相を一意に識別するのに十分な数である。代替的に、移動局は最
初のmビットの1つが正しく復号されなかたら、使用されるビットの数をm+1
、m+2等に変更してもよい。この本発明の適応的実施形態では、特定の雑音の
多いあるいは干渉レベルの高いチャネルに対しては、mがLと同じあるいは越え
てもよい。
パラメータ、例えば、受信した信号品質に関するパラメータ、に起因するので、
フレーム同期処理で受信機によって評価されるタイムスロット、すなわち、同期
ビットの最小数を変更するのがより望ましい。例えば、あらゆる特定のシンボル
の推測が正しいという尤度に関する情報が利用可能であれば、例えば、受信機が
隣接セルによって送信されたチャネルでの測定を指示されたときなど、受信機が
次にフレーム同期ルーチンを実行する必要があるときに、受信機が評価するタイ
ムスロットの最小数を増加すべきか減少すべきか判定するのに、そのようなメト
リックを使用することができる。
。特許請求の範囲によって定義された本発明の要旨及び範囲から逸脱することな
しに、当業者は変形や変更が可能であろう。
シーケンスの代表的サブセットの例を示す表である。
同期シーケンスの代表的サブセットの別の例を示す表である。
Claims (24)
- 【請求項1】 無線通信システムによって送信される情報に関連するフレー
ム構造体に対して時間的に同期させる方法であって、 前記フレーム内において他の情報ビット間に点在する同期シンボルを第1の数
有するシーケンスを提供するステップと、 前記シーケンス内における任意の位置で開始する前記同期シンボルを第2の数
受信するステップであって、前記同期シンボルの前記第2の数は前記同期シンボ
ルの前記第1の数未満であるステップと、 前記第2の数の前記同期シンボルを用いて前記フレーム構造体の境界を識別す
るステップと、を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記情報を時分割多元接続技法を用いて送信するステップを
更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記情報を符号分割多元接続技法を用いて送信するステップ
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記フレーム構造体が、各フレームに関して複数のタイムス
ロットを含み、各タイムスロットが前記第1の数の同期シンボルの1つを含んで
いることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記同期シンボルそれぞれが1ビットであることを特徴とす
る請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記同期シンボルそれぞれが少なくともM値の数字1つを用
いて表わされていることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 前記複数のタイムスロットは16のタイムスロットであり、
前記第1の数の同期シンボルは、1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,0,1,1,0,1、のビット
・シーケンスあるいはそれをいくつかシフトしたものであることを特徴とする請
求項4に記載の方法。 - 【請求項8】 同期シンボルの前記第2の数は4であることを特徴とする請
求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 同期シンボルの前記第2の数は6であることを特徴とする請
求項7に記載の方法。 - 【請求項10】 前記第2の数の前記同期シンボルの1つ以上が誤って復号
された場合、前記同期シンボルの前記第2の数を増加させるステップを更に備え
ることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項11】 前記境界が正しく判定される所望の可能性及び前記情報が
送信される無線チャネルの品質の1つに基づいて、前記同期シンボルの前記第2
の数を適応的に選択するステップを更に備えることを特徴とする請求項1に記載
の方法。 - 【請求項12】 巡回的に繰り返されるフレーム同期シーケンスに関連する
複数のフレーム同期シンボルを送信源から受信する受信機と、 前記複数のフレーム同期シンボルを評価して前記送信源に対してフレームを同
期させるプロセッサと、を備え、 前記複数のフレーム同期シンボルは、前記繰り返されるフレーム同期シーケン
スのいくつかの数のサブセットであることを特徴とする移動局。 - 【請求項13】 前記送信源は、情報を時分割多元接続技法を用いて送信す
ることを特徴とする請求項12に記載の移動局。 - 【請求項14】 前記送信源は、情報を符号分割多元接続技法を用いて送信
することを特徴とする請求項12に記載の移動局。 - 【請求項15】 前記送信源によって用いられるフレーム構造体が、各フレ
ームに関して複数のタイムスロットを含み、各タイムスロットが前記繰り返され
るシーケンスの前記同期シンボルの1つを含んでいることを特徴とする請求項1
2に記載の移動局。 - 【請求項16】 前記同期シンボルそれぞれが1ビットであることを特徴と
する請求項12に記載の移動局。 - 【請求項17】 前記同期シンボルそれぞれが少なくともM値の数字1つを
用いて表わされていることを特徴とする請求項12に記載の移動局。 - 【請求項18】 前記複数のタイムスロットは16のタイムスロットであり
、前記繰り返されるシーケンスの前記同期シンボルは、1,1,1,0,0,0,0,1,0,1,0,
0,1,1,0,1、のビット・シーケンスあるいはそれをいくつかシフトしたものであ
ることを特徴とする請求項15に記載の移動局。 - 【請求項19】 前記複数の同期シンボルは4つであることを特徴とする請
求項18に記載の移動局。 - 【請求項20】 前記複数の同期シンボルは6つであることを特徴とする請
求項18に記載の移動局。 - 【請求項21】 前記複数の同期シンボルの数が変化し得ることを特徴とす
る請求項12に記載の移動局。 - 【請求項22】 無線通信システムによって送信される情報に関連するフレ
ーム構造体に対して同期させる方法であって、 前記フレーム内において他の情報ビット間に点在する同期シンボルを第1の数
有するシーケンスを提供するステップと、 前記シーケンス内における任意の位置で開始する前記同期シンボルを第2の数
受信するステップと、 前記同期シンボルの前記第2の数を変更するステップと、 前記第2の数の前記同期シンボルを用いて前記フレーム構造体の境界を識別す
るステップと、を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項23】 前記変更するステップが更に、 同期シンボルの前記第2の数を固定の最小数から開始するステップと、 前記固定の最小数の同期ビットの1つが誤って復号された場合、付加的同期シ
ンボルを選択的に評価するステップと、を備えることを特徴とする請求項22に
記載の方法。 - 【請求項24】 前記変更するステップが更に、 前記無線チャネルの品質を測定するステップと、 前記品質に基づいて同期シンボルの前記第2の数を設定するステップと、を備
えることを特徴とする請求項22に記載の方法。
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