JP2003520548A - W−cdmaを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信機における基地局の搬送周波数を検波するための方法およびデバイス - Google Patents

W−cdmaを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信機における基地局の搬送周波数を検波するための方法およびデバイス

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JP2003520548A JP2001553669A JP2001553669A JP2003520548A JP 2003520548 A JP2003520548 A JP 2003520548A JP 2001553669 A JP2001553669 A JP 2001553669A JP 2001553669 A JP2001553669 A JP 2001553669A JP 2003520548 A JP2003520548 A JP 2003520548A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、W−CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信機における基地局の搬送周波数を検波するための方法およびデバイスに関するものである。はじめに、数多くの信号の符号エレメントを介したメイン同期符号を有する受信信号の非コヒーレントな相関を実行することによって、最も強く受信した基地局のメイン同期通信路の搬送周波数を捜し出す。

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、W−CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信
機を用いて基地局の搬送周波数を検波するための方法およびデバイスに関するも
のである。
【0001】 本発明は、W−CDMA(広帯域符号分割多重接続)を用いたセルラ移動無線
システムのための移動受信機に関するものである。W−CDMAについては、例
えば、P.Jung『デジタル移動無線システムの分析と構想』(B.G. Taeubner出版
、Stuttgart, 1997年)や、論文「W−CDMA 将来の移動マルチメディ
ア通信の電波インターフェース」(IEEE Transactions on vehicular technolog
y、47巻、4号、1998年11月)の中で詳述されている。この方法は非常
に意義のあるものである。なぜなら、第3世代の移動無線技術として、世界的な
標準化を作り出すことが意図されているからである。これについては、論文「U
MTS ユニバーサル移動電気通信システム:第3世代用の標準化の展開」(IE
EE Transactions on vehicular technology、47巻、4号、1998年11月
)に詳述されている。
【0002】 移動無線用のこの新たな稼動方法の問題点は、移動受信機を初めてオン状態に
する場合、この移動受信機は、周辺の基地局に送る周波数およびタイミングに関
する情報を何も有していないという点にある。したがって、信号を最も強く受信
する初期同期の基地局と、この基地局の時間同期とを検波するために、この移動
受信機は、初期同期(初期セル探索)を実行する必要がある。この初期同期は、
W−CDMA移動無線システムにおける移動受信機において、最も困難であり、
また、演算に時間を費やすものである。
【0003】 したがって、本発明の目的は、移動受信機自身が同期することで、基地局の搬
送周波数の時間消費を抑えるための方法およびデバイスを見出すことにある。
【0004】 本発明によれば、本発明の目的は、まず初めに、メイン同期通信路(pSCH
)の搬送周波数と、最も強く受信する基地局の時間同期とを捜すことによって達
成される。なお、その際に、受信信号の同相分と直角分との非コヒーレントな相
関を、数多くの信号の符号エレメント(チップ)を介して実行する。
【0005】 その際、相関出力信号におけるピークの最大値を検波することによって、最も
強く受信する基地局の時間同期が、モジュール(modulo)を時間枠の(スロット
の)長さに得ることが、特に有効である。
【0006】 その際、メイン同期通信路(pSCH)の探索を、初めに、粗周波数段階(gr
ober Frequenzschritt)において実行することが特に有利である。また、相関結
果のエネルギーを、それぞれ約1MHz間隔で測定する。続いて、最も高いエネ
ルギーを有するバンドを選択し、このバンドを、それぞれ約100KHz間隔で
測定する。そして再び最も高いエネルギーを有するバンドを選択し、それぞれ約
10KHz間隔で測定する。そして、最も高いエネルギーを有する値を、受信機
搬送周波数用の仮説として選択する。このようにして、メイン同期通信路(pS
CH)の搬送周波数を、非常に速く、簡易に検波できる。
【0007】 その際、信号の2560の符号エレメントにわたって相関されることが、特に
有効である。 さらに、メイン同期通信路の搬送周波数と、最も強く受信した基地局の時間同期
とを検波した後、第2同期通信路に基づいて、この基地局のフレーム同期と、符
号グループとを検波することが、特に有効である。
【0008】 本発明による目的は、W−CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システム
の、移動受信機用の基地局の搬送周波数を検波するためのデバイスによっても達
成できる。なお、このデバイスは、物理的に共通なメイン制御通信路の復調、異
なる経路遅延時間の相関、スクランブル用符号の識別、時間フレーム同期の検波
、および信号遅延時間の推定のためのデバイスを含んだ、少なくとも1つの探索
デバイス(Suchevorrichtung)を備えている。
【0009】 本発明による移動受信機に、そのような2つの探索デバイスを備える場合は、
特に有効である。
【0010】 次に、本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳述する。図1は、相関
を用いてメイン同期符号を探索している図を示している。図2は、本発明による
探索デバイスの概観図を示している。図3は、本発明による周波数収集システム
の簡略化された基本回路図を示している。図4は、図3の広帯域信号処理の簡略
化された図を示している。図5は、スロット同期のための本発明のデバイスを示
す図である。
【0011】 本発明は、UMTSの標準化(第3世代の移動無線)後の移動無線システムに
おいて、初めてオン状態にした移動無線受信機が、周辺の基地局の周波数と時間
同期とについての何の情報も持っていないという問題に関するものである。移動
無線受信機は、この受信機を用いたときに最も強い信号を受信する基地局と、関
連のある時間同期とを検波するために、初期同期(初期セル探索)も実行する必
要がある。
【0012】 UMTSの標準化に関して、全ての基地局から規則的に送信される唯一の周知
の通信路は、一次またはメイン同期通信路(一次同期通信路、pSCH)である
。それゆえ、時間同期も周波数同期もこの通信路を用いて実行されるのである。
【0013】 その際、移動無線受信機が時間操作(Zeitvorgabe)に同期される基地局の搬
送周波数を認識しているときに初めて、時間同期を実行できるということに、注
意しなければならない。
【0014】 したがって、本発明による方法は、まず初めに、一度、最も強く受信する基地
局のメイン同期通信路にしたがって、全周波数バンドを探索するという目的を有
している。この目的のために、本発明によれば、通常、異なる基地局からやって
来る移動無線受信機のメイン同期通信路のエネルギーを、異なる搬送周波数に相
関することによって測定する。この探索をより速くより簡易に実行するために、
異なる解像度(Aufloesung)を用いて探索することを、本発明では提案する。初
めに、粗周波数に同期させる。そのような各同期段階にしたがって、最大のエネ
ルギーを測定できる領域を、前の探索の際よりも細かい解像度を用いて探索する
【0015】 本発明において周波数を同期させる場合の利点は、従来の方法と比べて、最も
強く受信する基地局のメイン同期通信路に正確に同期するために費やす時間を、
大幅に削減することにある。
【0016】 さらに、デバイスに関する請求項と、続いて詳述するハードウェアの実行とに
よって、異なる目的のために、同じハードウェア部品を利用することも可能であ
る。これにより、移動無線受信機の回路構造を簡略化できる。
【0017】 次に、本発明の詳細を全て示し、さらに、W−CDMA(広帯域符号分割多重
アクセス)受信機における信号検出と信号追跡との原理について、初めに詳述す
る。続いて、示した方法の実行について詳述する。
【0018】 信号検出は、本来、3つのプロセスに分かれる。 −初期セル探索 −空きモード中のセル探索 −稼動中(通話中)のセル探索 移動無線受信機をオン状態にした後、移動無線受信機の探索デバイスにおいて
、初めのセル探索を非コヒーレントに実行する。この措置を、より小さな3つの
プロセスに再び分類する。すなわち、 ―周波数の検波および時間同期 ―符号グループのフレーム同期および識別 ―スクランブル用符号の識別 この第1プロセスについて、以下に詳述する。
【0019】 次に、周波数検波および時間同期について詳述する。
【0020】 移動受信機をオン状態にした後、または、接続を完全に切った後、次に記述す
る初期セル探索手順を実行する必要がある。周波数同期および時間同期の他にも
、この工程は、多数の活動的な基地局と候補基地局とを提供する。周波数もスロ
ットの位置も検波するための仮説検定は、「スロット同期」と称されるものであ
り、非コヒーレントな相関に基づいている。
【0021】 本発明では、備えられた両方の探索デバイスのうちの、1つのみが作動中であ
る、という初期セル探索工程の第1プロセスの間、受信搬送周波数も、最も強く
受信する基地局の時間同期も検波するために、移動受信機はメイン同期通信路p
SCHを用いる。これは、メイン同期通信路pSCHに調整された非コヒーレン
トな相関を用いてなされるものである。スロットの開始を見出すために、メイン
同期符号を有する2560の符号エレメントを介した同相分(I)および直角分
(Q)を用いて、受信信号を相関する。
【0022】 相関出力は、移動受信機の受信範囲(Reichweite)内に、各基地局の、各伝搬
路の信号のピークを含んでいる。図1の下方に、左の2つのピークが基地局iか
ら続き、その信号が移動受信機用の異なる強度を有する2つの経路に伝播し、右
のピークは基地局jから続き、その信号が1つの経路上にのみ達するような、信
号を示す。図1の上方には、受信信号を用いて実行される個々のプロセスを示す
。初めに、相関機10において相関される。なお、この相関の出力信号を図1の
下方に示している。この出力信号から、スロットの持続時間Tslotを検波できる
。これにより、スロット風の蓄積(12で示している)が可能になる。あとは最
大値を検波するだけである。この最大値の検波14後、タイミングモジュールT slot が検波される(bekannt)。最も強いピークのタイミングを検波することに
よって、スロットの長さTslotを最も強く受信する基地局モジュールのタイミン
グが生じる。この方法の信頼性を改善するために、相関の出力信号を、スロット
数以上に蓄積できる。本発明によって、このスロット数は、1〜16に設定でき
る。
【0023】 初期受信搬送周波数fcが移動受信機に検波されなかった後、初期受信周波数
を様々に推定するために、スロット同期と仮説検定とを行う必要がある。受信搬
送周波数と、最も強く受信する基地局のタイミングとを保つために、本発明にお
いて、次に記述するような反復方法を提案する。
【0024】 初期受信搬送周波数fcを起点として、スロット同期は、上述したように、受
信搬送周波数と関連して蓄積される仮説を生じる。それから、上述したスロット
同期は、n反復される。その際、この移動無線システムの全てに開かれた(frei
gegeben)周波数スペクトルを完全に探索するまで、受信搬送周波数を、式 fcn=fc+(1MHz)・n に応じて変える。
【0025】 続くプロセスでは、およそ±200kHzの正確さをもつ受信搬送周波数fc h に関する最も確率の高い候補を見出すために、仮説検定を行う。それから、周
波数探索およびスロット同期を、式 fchn=fch−300kHz+(100kHz)・n、n=1・・・5 に応じてそれぞれ100kHzの周波数変更を用いて実行する。
【0026】 最終的に、すでに±20kHzの正確さで検波され、修正された最も確率の高
い受信搬送周波数fchhに関する仮説検定を行う。この場合、式 fchhn=fchh−30kHz+(10kHz)・n、n=1・・・5 にしたがって行われる。
【0027】 初期セル探索手順のこの第1プロセスを実行した後、受信搬送周波数を、非常
な正確さで検波することができ、時間同期を構築できた。さらに、多数の候補と
なる活動的な基地局を確認した。この場合、多数の活動的な基地局の構成要素に
なる有効な基地局と、初めに多数の候補基地局に配置する他の全ての基地局とを
分割した。したがって、多数の活動的な基地局が1つのエレメントを有し、一方
では、多数の候補基地局が0〜3のエレメントからなることが可能である。
【0028】 次に、初期セル探索の第2および第3プロセスを完了すべき有効な基地局を、
第1探索デバイスからさらに論じる。
【0029】 空きモード中(オン状態であるが、移動無線での通話をしていない)の移動受
信機が存在するとき、移動受信機は、その受信搬送周波数と隣接する受信搬送周
波数とに位置する新たな基地局を常に捜している。これによって、移動受信機は
、多数の候補基地局も多数の活動的な基地局も、継続的に更新するようになって
いる。移動無線受信機の電流消耗を少なくし、このようにして蓄積量を有するこ
とによって可能な待ち時間を増やすために、空きモード中のセル探索を実行する
頻度を設定できる。
【0030】 空きモード中のセル探索は、ほぼ初期セル探索のように行われる。しかし、受
信搬送周波数の変更は、スロット稼動(スロットモード)中にのみ可能である。
したがって、空きモード中のセル探索手順は、次のプロセスによって行われる。 −初期セル探索手順の場合において述べたように、スロットを稼動させること(
スロットモード)によってのみ周波数を探索するという例外を有するスロット同
期 −多数の活動的な基地局を構成する有効な基地局を、上述した空きセル探索の第
1プロセスにおいて識別した場合のみの、フレーム同期と符号グループ識別との
実行 −活動的な基地局のグループからの、基地局のためのスクランブル用符号の識別 移動受信機が使用中であると、移動受信機は現在の搬送周波数において新たな
基地局を常に探索する。セル探索を、空き中のセル探索と同じように行うのであ
る。移動受信機がスロットを稼動させるとき、移動受信機は、他の搬送周波数に
おける新たな基地局もまた探索できる。移動無線システムが稼動している場合、
常に、基地局と移動受信機との間の信号が、異なる経路遅延を有し、連続して変
化するという異なる経路をわたって、基地局から移動受信機へ届くようになって
いなければならない。このように時間変化の多重経路部では、RAKE受信機に
おける見かけ上コヒーレントな復調を軽減するために、通信路インパルス応答を
推定する必要がある。それに応じて、有効な多経路通信路部を常に決定しなけれ
ばならない。したがって、絶えず次の措置を実行する必要がある。 −有効な多重経路部の識別 −関連している経路遅延の推定 −関連している複雑な振幅の推定 次に、本発明による移動無線受信機の搬送周波数の検波に関連する回路(ハー
ドウェア部分)の本発明による構造を示す。
【0031】 図2は、本発明による移動無線受信機の探索デバイスに関する概観図を示して
いる。1つの移動無線受信機が、1つのチップ上にこのような2つの探索デバイ
スを含んでいることが好ましい。探索デバイス30は、RAKE受信機のように
、同一の緩衝器20と連結している。探索デバイスでは、共通の物理的な制御通
信路の復調および捕そく指示器通信路(Emfpangquittungskanal)(AICH)
、タイミング相関、スクランブル用符号識別、スロット同期、フレーム同期、お
よび、経路遅延の推定を行う。また、スロット同期、フレーム同期および遅延推
定を、共通のデータ経路において行う。これについてはさらに以下で詳述する。
【0032】 図3は、搬送周波数を検波するための本発明によるデバイスの簡略図を示して
いる。
【0033】 アンテナ100から発せられる高周波数信号(HF)を、アナログの高周波数
受信機102に送る。なお、この高周波数信号は、アナログの広帯域データ(Br
ose + Brose)へのHF変換もまた実行する。
【0034】 このデータを、信号混合・コンバーターユニット104において、デジタル広
帯域データに変換する。このユニットでは、信号混合およびアナログ・デジタル
変換が行われる。さらに、デジタル広帯域データを、広帯域信号処理106に送
る。なお、この構造と機能については図4に関連して、以下に記述する。さらに
、広帯域信号処理106は、高周波数部102における高周波数変換のために必
須の補助周波数を供給する発振器108を制御する。
【0035】 図4は、広帯域信号処理106の構造について詳しく示している。デジタル広
帯域受信信号が検波ユニット110に送られる。この検波ユニットは、例えば図
5に示すような速度の速い相関機である。この検波ユニット110の検波結果を
推定ユニット112に送る。尚、この推定ユニット112は、発振器108用の
制御信号を供給する発振器制御デバイスを同時に含んでいる。
【0036】 図5に関連する、検波ユニット110として利用できる相関機の構造および機
能については、以下で説明する。
【0037】 初期セル探索の第1および第2プロセスの後、スロット同期、フレーム同期お
よび局所的なセル特有の符号グループ(16の様々なスクランブル用符号を含む
)に関する情報を利用できる。このようにして、共通の物理的なメイン制御通信
路に基づいたスロットカウンタおよびフレームカウンタが始まる。
【0038】 初期セル探索手順の第1プロセスの間、最も強く受信する基地局をもつスロッ
ト同期に達するために、移動受信機はメイン同期通信路(pSCH)を使用する
。このことは、速度の速い相関によって起こる。メイン同期通信路(pSCH)
用の符号が階層的な相関順序から生じた後、2プロセス相関がスロット同期に用
いられる。
【0039】 図5は、このブロックに関する概観図を示している。相関機の出力は、移動受
信機の受信範囲内に位置する各基地局の各射線のためのピークを備えている。最
も強いピークの位置の検波は、スロットの長さの、最も強い基地局モジュールの
タイミングを与える。r(i)を同相枝路および直角枝路における受信信号とし
て与えると、次の式に基づいて相関値が決まる。
【0040】
【式1】
【0041】 内相枝路(I)と直角枝路(Q)とにおける2重型の受信信号を、初めに、3
2段階の長さのシフトトレジスタに伝送する(einfuehren)。各第2型を、第2
の16段階を含むシーケンスX2と相関する。この算定結果を482段階の長い
シフトレジスタに送る。この段階では、それぞれ32の値のみが第1シーケンス
1を用いて相関される。第2段階の出力信号の絶対値は、決定変数の1つを含
んでいる。また、得られた5120の値を、スロットの設定可能な数n以上集め
る。これは、スロット開始をより確実に推定するためになされるものである。な
ぜなら、異なる基地局が同期通信路を送り、基地局の信号の受信強度を、移動受
信機に時間変化させることができるからである。
【0042】 さらに、演算時間を削減するために、相関間隔を縮小することが可能である。
スロットの数n1の工程後、そして、同期が粗くなった後、見出された最大値前
後の(um)型の数値M用にもなお、他の相関を実行する必要がある。
【0043】 スロット同期のようなセル探索機能、フレーム同期、メイン同期通信路pSC
Hに基づいた遅延推定、および、物理的に共通するメイン制御通信路pCCPC
Hに基づいた遅延推定は、例えば、2つの相補形成(Komplementbildung)と根
引出(Wurzelzieher)とを積み重ねたような、似たような演算手順(arithmetis
che Prozedure)に基づいている。
【0044】 したがって、本発明は、時分割マルチプレックスに使用できる中央演算ユニッ
ト(探索データ経路)の使用を提案する。この時間ユニット探索データ経路を、
決まった状態の機械が動かす。この決まった状態の機械は、入力データのアドレ
ス、用いられた相関値のアドレス、制御、データ経路用の信号および中間結果の
アドレスを供給する。また、上述機械のそれぞれを利用するために、決まった状
態の機械が備えられている。供給RAM(サイクル緩衝器)の実現に合致するよ
うスロット同期を実現するためには、計算ユニット探索データ経路が十分に速く
なければならない。この入力値をサイクル緩衝器において実現する前に、時間ユ
ニットは、特定の入力値を用いる機能低下(Unterfunktion)を終えていなけれ
ばならない。他の場合には、供給RAM(=供給読み書きメモリー)は不必要に
広がる。例えば、スロットデータ(3k×16Bit)の半分からなる供給RA
Mを用いる。供給RAMをサイクル緩衝器として形成した後、入力データを半分
のスロットの時間距離にしたがって実現する。つまり、スロット同期は、時間間
隔内につくる必要があるということである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 相関を用いてメイン同期符号を探索している図である。
【図2】 本発明による探索デバイスの概観図である。
【図3】 本発明による周波数収集システムの簡略化された基本回路図である。
【図4】 図3の広帯域信号処理の簡略化された図である。
【図5】 スロット同期のための本発明のデバイスを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケーラ,ティデヤ ドイツ連邦共和国 80337 ミュンヘン トゥンブリンガーシュトラーセ 54/42 (72)発明者 プレシンガー,イエルク ドイツ連邦共和国 80469 ミュンヘン ヴェスターミュールシュトラーセ 16 (72)発明者 シュミット,ペーター ドイツ連邦共和国 67158 エレルシュタ ット ヴァッハテンブルクシュトラーセ 5 (72)発明者 シュナイダー,ミヒャエル ドイツ連邦共和国 81541 ミュンヘン ザンクト マルティン シュトラーセ 44 アー Fターム(参考) 5K022 DD01 DD42 EE01 EE11 EE36 5K047 BB01 CC01 HH15 5K067 AA21 AA23 BB02 BB21 CC10 DD11 DD41 EE02 EE10 FF02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 W−CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信機における
    基地局の搬送周波数を検波するための方法において、 数多くの信号の符号エレメント(チップ)を介した、メイン同期符号を有する
    受信信号の同相分(I)と、直角分(Q)との非コヒーレントな相関を実行する
    ことによって、初めに、メイン同期通信路(pSCH)の搬送周波数と基地局の
    時間同期とを捜すことを特徴とするW−CDMAを用いて機能するセルラ移動無
    線システムの移動受信機における基地局の搬送周波数を検波するための方法。
  2. 【請求項2】 相関の出力信号におけるピークの最大値を検波することによって、時間枠(ス
    ロット)の長さを最も強く受信する基地局モジュールの時間同期を得ることを特
    徴とする請求項1に記載のW−CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システ
    ムの移動受信機における基地局の搬送周波数を検波するための方法。
  3. 【請求項3】 メイン同期通信路(pSCH)の探索を、初めに粗い周波数段階において実行
    し、相関結果のエネルギーをそれぞれ約1MHz間隔で測定し、続いて最も高い
    エネルギーを有するバンドを選択し、このバンドを、それぞれ約100kHz間
    隔で測定し、そして再び最も高いエネルギーを有するバンドを選択し、それぞれ
    約10KHz間隔で測定し、そして、最も高いエネルギーを有する値を受信機搬
    送周波数用の仮説として選択することを特徴とする請求項1または2に記載のW
    −CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信機における基地
    局の搬送周波数を検波するための方法。
  4. 【請求項4】 相関が、信号の2560の符号エレメント(チップ)にわたって実行されるこ
    とを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のW−CDMAを用いて機能
    するセルラ移動無線システムの移動受信機における基地局の搬送周波数を検波す
    るための方法。
  5. 【請求項5】 メイン同期通信路(pSCH)の搬送周波数と、最も強く受信した基地局の時
    間同期とを検波した後、第2同期通信路(sSCH)に基づいて、この基地局の
    フレーム同期と、符号グループとを検波す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W−CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システムの移
    動受信機における基地局の搬送周波数を検波するための方法。
  6. 【請求項6】 W−CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信機における
    基地局の搬送周波数を検波するためのデバイスにおいて、 物理的に共通なメイン制御通信路(pCCPCH)の復調、異なる経路遅延時
    間の相関、スクランブル用符号の識別、時間フレーム同期の検波、および信号遅
    延時間の推定のためのデバイスを含んだ、少なくとも1つの探索デバイスを備え
    ていることを特徴とするW−CDMAを用いて機能するセルラ移動無線システム
    の移動受信機における基地局の搬送周波数を検波するためのデバイス。
  7. 【請求項7】 上記2つの探索デバイスを備えることを特徴とする請求項6に記載のW−CD
    MAを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信機における基地局の搬
    送周波数を検波するためのデバイス。
JP2001553669A 2000-01-18 2001-01-15 W−cdmaを用いて機能するセルラ移動無線システムの移動受信機における基地局の搬送周波数を検波するための方法およびデバイス Abandoned JP2003520548A (ja)

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