JP2004532572A

JP2004532572A - 無線通信システムでトレーニング系列を使用する空間的処理およびタイミング推定

Info

Publication number: JP2004532572A
Application number: JP2002584500A
Authority: JP
Inventors: ドガン，ミザット・シイ; ペトラス，ポール; トロット，ミッチェル・デイ
Original assignee: アレイコム・インコーポレーテッド
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: EP1382133B8; KR20030092098A; EP1382133A1; US6650714B2; CN1504022A; CN100375407C; EP1382133B1; US20020150182A1; KR100909659B1; JP4138492B2; DE60232235D1; WO2002087110A1

Abstract

受信したバーストのトレーニング系列を使用して空間処理、タイミング推定、および周波数オフセットを実行する方法と装置を提示する。本発明の一態様によれば、本発明では、一組のダイバーシティ・アンテナで知られているトレーニング系列を持つバーストを受信し、各アンテナで受信したバーストをサンプリングし、少なくとも１つのアンテナからのサンプルの粗タイミング推定を決定し、粗タイミング推定を使用して空間重み付けベクトルを決定する。この実施形態にはさらに、空間重み付けベクトルを各アンテナの受信したバースト・サンプルに適用して単一チャネル信号を形成すること、単一チャネル信号の細かいタイミング推定を決定すること、細かいタイミング推定を使用して第２の空間重み付けベクトルを決定すること、第２の空間重み付けベクトルを各アンテナの受信したバースト・サンプルに適用して第２の単一チャネル信号を形成すること、および第２の単一チャネル信号を逆多重化することも含まれる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムで受信した信号の空間的処理を実行する分野に適用され、特に、空間的処理、タイミング推定、および周波数オフセットを組み合わせることに適用され、トレーニング系列を使用して信号を解決する。
【背景技術】
【０００２】
移動体音声およびデータ無線システムなどの移動式無線通信システムでは、通常複数の基地局が異なる場所に配置され、これを携帯電話や無線Ｗｅｂデバイスなどの移動または固定ユーザ端末から利用する。通常、それぞれの基地局に、ユーザ端末との通信に使用される一組の周波数またはチャネルが割り当てられる。これらのチャネルは、隣接基地局間の干渉を避けるため、隣接基地局のチャネルと異なる。そのため、ユーザ端末は、一方の基地局から受信した送信内容と他方の端末から受信した信号とを容易に区別することができる。さらに、各基地局は割り当てられているチャネル資源の配分と使用に関して独立に動作することができる。
【０００３】
このような無線通信システムは通常同報チャネル（ＢＣＨ）を含む。ＢＣＨは、ネットワーク上に登録されているいないに関係なくすべてのユーザ端末に同報通信で送信され、ユーザ端末にネットワークに関する情報が送られる。ネットワークにアクセスするために、ユーザ端末は通常、ネットワークにアクセスする前にＢＣＨに同調し、着信を待つ。その後、ＢＣＨ内の情報を用いて、ネットワークへのアクセスを要求する。このような要求があると、通常、制御チャネルとアクセス・チャネルを分けて使用しネットワークに関する情報が交換され、最後に、ユーザ端末が特定の基地局のトラフィック・チャネルＴＣＨへの割り当てを受ける。
【０００４】
周波数およびタイミング・オフセットまたは遅延は、ＢＣＨに基づいてユーザ端末により決定することができ、上述の登録および割り当てプロセスのときにより正確に定義される。空間ダイバーシティ多元接続システムでは、基地局では、ユーザ端末への位置および範囲さらに他の空間パラメータを決定することによりシステムの容量を高めることができる。これらの空間的パラメータもまた、ＴＣＨが割り当てられるときにうまく割り振られる。しかし、タイミング、周波数、および空間パラメータのすべては時間の経過によるドリフトおよび変化が生じやすく、最適な性能を得るためには、常時更新しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＴＣＨメッセージを正確に解決し、リターン・トラフィックを送信するための空間パラメータを決定するために、ユーザ端末のメッセージのタイミングまたは遅延、周波数オフセットおよび空間シグネチャがすべて必要である。通常、長くなる可能性のある遅延拡散において長いトレーニング系列を分析することに基づきタイミングまたは支援および周波数オフセットを正確に決定することが好ましい。このため、基地局の処理リソースに対する要求が高まり、アクセス要求に対する応答を生成するために要する時間が長くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
受信したバーストのトレーニング系列を使用して空間処理、タイミング推定、および周波数オフセットを実行する方法と装置を提示する。本発明の一態様によれば、本発明では、一組のダイバーシティ・アンテナで知られているトレーニング系列を持つバーストを受信し、各アンテナで受信したバーストをサンプリングし、少なくとも１つのアンテナからのサンプルの粗タイミング推定を決定し、粗タイミング推定を使用して空間重み付けベクトルを決定する。この実施態様にはさらに、空間重み付けベクトルを各アンテナの受信したバースト・サンプルに適用して単一チャネル信号を形成すること、単一チャネル信号の細かいタイミング推定を決定すること、細かいタイミング推定を使用して第２の空間重み付けベクトルを決定すること、第２の空間重み付けベクトルを各アンテナの受信したバースト・サンプルに適用して第２の単一チャネル信号を形成すること、および第２の単一チャネル信号を逆多重化することも含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、類似の参照は類似の要素を指す付属の図面の図で、例を使って説明するが、これに限定されるわけではない。
【０００８】
基地局の構造
本発明は、無線通信システムに関するものであり、空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）技術を時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）および符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）などの多元接続システムと併用する固定アクセスまたは移動式アクセスの無線ネットワークとすることもできる。多元接続方式は、周波数分割全二重方式（ＦＤＤ）または時分割全二重方式（ＴＤＤ）と組み合わせることができる。図１は、本発明を実現するのに適している無線通信システムまたはネットワークの基地局の例を示している。このシステムまたはネットワークは、図２に示されているような、遠隔端末またはユーザ端末とも呼ばれる多数の加入者局で構成される。基地局をホストＤＳＰ２３１を通じてワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）に接続し、必要なデータ・サービスを提供し、直接の無線システムの外部にある接続を行うことができる。空間ダイバーシティをサポートするために、複数のアンテナ１０３、例えば４本のアンテナを使用しているが、アンテナの本数をこれ以外の数に選ぶこともできる。
【０００９】
各加入者局に対する一組の空間多重化重み付けをそれぞれの変調された信号に適用し、空間多重化信号を出力し、これを４本のアンテナからなるバンクにより送信する。ホストＤＳＰ２３１は、従来の各チャンネルに対し加入者局毎に空間シグネチャを発生して維持し、受信した信号測定を使用して空間多重化および逆多重化重み付けを計算する。このようにして、現在のアクティブな加入者局から送出された信号は、その一部は同じ従来のチャネル上でアクティブであってよいが、分離され、干渉と雑音が抑制される。基地局から加入者局へ通信が行われると、現在のアクティブな加入者局の接続および干渉状況に合わせて手直しされ、最適化された多葉性アンテナ放射パターンが作成される。このような空間指向性ビームを実現する適当なスマート・アンテナ技術については、例えば、１９９８年１０月２７日にＯｔｔｅｒｓｔｅｎｅｔａｌ．に発行された米国特許第５８２８６５８号と１９９７年６月２４日にＲｏｙ，ＩＩＩｅｔａｌ．に発行された米国特許第５６４２３５３号に記載されている。
【００１０】
これらのアンテナの出力は、このＴＤＤシステムでは時限スイッチであるデュプレクサ・スイッチ１０７に接続される。スイッチ１０７の可能な２つの例として、周波数分割全二重（ＦＤＤ）システムの周波数デュプレクサと時分割全二重（ＴＤＤ）システムの時限スイッチがある。受信時に、アンテナ出力はスイッチ１０７を介して受信機２０５に接続され、ＲＦ受信機（「ＲＸ」）モジュール２０５により搬送周波数からＦＭ中間周波数（「ＩＦ」）にアナログで分離される。その後、この信号はアナログ・デジタル・コンバータ（「ＡＤＣ」）２０９により２値化（サンプリング）される。信号の実部のみサンプリングされる。ベースバンドへの最終ダウンコンバートはデジタルで実行される。デジタル・フィルタを使用して、ダウンコンバートおよびデジタル濾波を実行するが、後者は有限インパルス応答（ＦＩＲ）濾波法を使用する。これは、ブロック２１３として示される。本発明は、手直ししてさまざまなＲＦおよびＩＦ搬送波周波数および帯域に合わせることができる。
【００１１】
本発明の実施形態では、各アンテナのデジタル・フィルタ・デバイス２１３から、受信タイム・スロット毎に１つ合計４つのダウンコンバートされた出力を使用する。ネットワークの要求条件に合わせて特定の数のタイム・スロットを変更することができる。本発明の実施形態では４つのアップリンクと４つのダウンリンクのタイム・スロットを各ＴＤＤフレームに対して使用しているが、望ましい結果は、各フレーム内でアップリンクとダウンリンクに対して３つのタイム・スロットを使用しても得られる。４つの受信タイム・スロットのそれぞれについて、本発明の一態様により、４本のアンテナからの４つのダウンコンバート出力がデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）デバイス２１７に供給され（以下、「タイム・スロット・プロセッサ」と呼ぶ）、さらに較正などの処理が行われる。４つのＭｏｔｏｒｏｌａＤＳＰ５６３０３ＤＳＰを、受信タイム・スロット毎に１つずつタイム・スロット・プロセッサとして使用できる。タイム・スロット・プロセッサ２１７は、受信した信号電力を監視し、周波数オフセットおよび時間的整合を推定する。さらに、アンテナ素子毎にスマート・アンテナの重量を決定する。これらは、空間ダイバーシティ多元接続方式で使用し、特定の遠隔ユーザからの信号を判別し、判別された信号を復調する。
【００１２】
タイム・スロット・プロセッサ２１７の出力は、４つの受信タイム・スロットのそれぞれについて復調されたバースト・データである。このデータは、主機能がシステムのすべての要素を制御し、上位レベルの処理機能とインターフェイスすることであるホストＤＳＰプロセッサ２３１に送信されるが、これはシステムの通信プロトコルで定義されている異なるすべての制御およびサービス通信チャネルでの通信に必要な信号を取り扱う処理である。ホストＤＳＰ２３１はＭｏｔｏｒｏｌａＤＳＰ５６３０３とすることができる。さらに、タイム・スロット・プロセッサは各ユーザ端末について判別された受信重みをホストＤＳＰ２３１に送信する。ホストＤＳＰ２３１は、状態およびタイミング情報を維持し、タイム・スロット・プロセッサ２１７からアップリンク・バースト・データを受信し、タイム・スロット・プロセッサ２１７をプログラムする。さらに、誤り訂正符号を解読し、スクランブルを解き、チェックし、アップリンク信号のバーストを分解し、基地局の他の部分での上位レベルの処理のため送信されるアップリンク信号をフォーマットする。基地局の他の部分に関して、基地局の他の上位処理のためサービス・データおよびトラフィック・データをフォーマットし、基地局の他の部分からダウンリンク・メッセージおよびトラフィック・データを受信し、ダウンリンク・バーストを処理し、２３７に示されているように、ダウンリンク・バーストをフォーマットして、送信コントローラ／変調装置に送信する。ホストＤＳＰはさらに、送信コントローラ／変調装置２３７および２３３に示されているＲＦタイミング・コントローラを含む基地局の他のコンポーネントのプログラミングを管理する。
【００１３】
ＲＦ／タイミング・コントローラ２３３は、ブロック２４５に示されているように、ＲＦシステムとインターフェイスし、さらにＲＦシステムとモデムの両方で使用する多数のタイミング信号も出力する。ＲＦ／コントローラ２３３は、電力監視状態および制御値を読み取って送信し、デュプレクサ１０７を制御し、ホストＤＳＰ２３１からのバースト毎にタイミング・パラメータおよびその他の設定を受信する。
【００１４】
送信コントローラ／変調装置２３７は、ホストＤＳＰ２３１から送信データを一度に４つのシンボルとして受信する。送信コントローラは、このデータを使って、ＲＦ送信機（ＴＸ）モジュール２４５に送信されるアナログＩＦ出力を発生する。特に、ホストＤＳＰ２３１から受信した送信データは、複素変調信号に変換され、ＩＦ周波数にアップコンバートされ、４倍過剰サンプリングされ、ホストＤＳＰ２３１から得られた送信重み付けを乗算され、送信コントローラ／変調装置２３７の一部であるデジタル・アナログ・コンバータ（「ＤＡＣ」）を介してアナログ送信波形に変換される。アナログ波形は、送信モジュール２４５に送信される。
【００１５】
送信モジュール２４５は、それらの信号を送信周波数にアップコンバートし、信号を増幅する。増幅された送信信号出力は、デュプレクサ／時限スイッチ１０７を介してアンテナ１０３に送信される。
【００１６】
ユーザ端末構造
図２は、データまたは音声通信を行う遠隔端末内のコンポーネント配列例を示している。遠隔端末のアンテナ４５は、デュプレクサ４６に接続されており、アンテナ４５を送受信に使用することができる。アンテナは無指向性でも指向性でもよい。最適な性能を得るためには、アンテナを複数の素子で構成し、基地局には上述のように空間処理機能を採用する。他の実施形態では、送信と受信に別々のアンテナを使用して、デュプレクサ４６を使用しなくて済むようにしている。さらに他の実施形態では、時分割ダイバーシティを使用している場合、当業でよく知られているように、デュプレクサの代わりに送信／受信（ＴＲ）スイッチを使用することができる。デュプレクサの出力４７は、受信機４８への入力として使用される。受信機４８は、復調装置５１への入力であるダウンコンバートされた信号４９を出力する。復調され受信された音声信号６７がスピーカ６６に入力される。データ・システムでは、復調された信号は、ＣＰＵによって処理されるか、または他のコンポーネント（図に示されていない）に送信される。
【００１７】
遠隔端末には対応する一連の送信手順があり、送信するデータまたは音声が変調装置５７で変調される。変調装置５７によって出力される、送信される変調された信号５９は、送信機６０によりアップコンバートされ増幅され、送信機出力信号６１を発生する。送信機出力６１は、その後、デュプレクサ４６に入力され、アンテナ４５から送信される。
【００１８】
復調５０の前の受信データと同様に、復調された受信データ５２が遠隔端末の中央処理装置６８（ＣＰＵ）に供給される。遠隔端末ＣＰＵ６８は、Ｍｏｔｏｒｏｌａシリーズ５６３００ＤＳＰなどの標準ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）デバイスを用いることができる。このＤＳＰは、復調装置５１の機能および変調装置５７の機能を実行することもできる。遠隔端末ＣＰＵ６８は、線６３を通じて受信機を、線６２を通じて送信機を、線５２を通じて復調装置を、線５８を通じて変調装置を制御する。さらに、線５４を通じてキーボード５３と、線５５を通じてディスプレイ５６と通信する。音声通信遠隔端末用に、変調装置５７を通してマイク６４およびスピーカ６６を、線６５および６７を通して変調装置５１をそれぞれ接続する。他の実施形態では、マイクおよびスピーカはさらに音声またはデータ通信を行うためＣＰＵと直接通信する。
【００１９】
マイク６４から伝送される遠隔端末の音声信号６５は変調装置５７に入力される。送信されるトラフィックおよび制御データ５８は遠隔端末のＣＰＵ６８により供給される。登録、セッション開始、および終了時に、さらに後で詳述するセッション時に、制御データ５８が基地局に送信される。
【００２０】
他の実施形態では、スピーカ６６およびマイク６４は当業でよく知られているデジタル・インターフェイスで置き換えるか、または補強し、外部データ処理デバイス（例えば、コンピュータ）との間でデータを送受信するようにできる。一実施形態では、遠隔端末のＣＰＵは外部コンピュータとのＰＣＭＣＩＡインターフェイスなどの標準デジタル・インターフェイスに結合され、ディスプレイ、キーボード、マイク、およびスピーカは外部コンピュータの一部である。遠隔端末のＣＰＵ６８は、デジタル・インターフェイスおよび外部コンピュータのコントローラを通じてこれらのコンポーネントと通信する。データ専用通信では、マイクおよびスピーカを省くことができる。音声専用通信では、キーボードおよびディスプレイを省くことができる。
【００２１】
同報チャネル（ＢＣＨ）
一実施形態では、本発明のシステムは、基地局から潜在的なすべてのユーザ端末にバーストとして送信される同報チャネルＢＣＨから各ユーザ端末または遠隔端末に向けて起動される。ＢＣＨバーストは、トラフィック・チャネル・バーストとは異なり、全方向に送信され、ユーザ端末は通常無指向性でよいが、特定のビーム・パターンはネットワークに依存する。ＢＣＨでは十分な基本情報を通信し、後で構成要求ＣＲおよび構成メッセージＣＭを基地局とユーザ端末との間で交換することができるようにする。ＢＣＨは、さらに、一般的な周波数オフセットおよびタイミング更新情報をすべてのユーザ端末に送る。
【００２２】
以下の表１は、ＢＣＨバーストの例の内容をまとめたものである。
【００２３】
【表１】

【００２４】
周波数およびタイミング訂正トレーニング・シンボルは、当業でよく知られている多くの方式のうちの１つにより設定することができる。これらはさらに、同期系列と組み合わせたり、交換したり、または取り除いたりすることができる。
【００２５】
同報情報シンボルは、変調され２５６ビット列に符号化された１５ビットの同報メッセージから構成される。シンボルの個数さらに送信されるビットの構造および系列は、さまざまなアプリケーションに応じて変えることができる。同報チャネル情報シンボルは、ユーザ端末から基地局に構成メッセージを要求する場合に必要な情報を提供する。
【００２６】
各同報メッセージは、以下の表２に示されている情報とともに同報バーストにマッピングされる。
【００２７】
【表２】

【００２８】
ＢＳｔｘＰｗｒは、同報メッセージの実効等方放射電力である。この数値は、基地局に用意されている増幅器およびダイバーシティ・アンテナの数を考慮し、基地局により送信される電力を示す。
【００２９】
ＢＣＣは、ユーザ端末側でアップリンク・バースト用にトレーニング・データを選択し、異なる基地局の同報通信を区別するために使用する基地局カラー・コードである。
【００３０】
ＢＳｌｏａｄは、基地局が持つ未使用キャパシティの大きさを示す。
【００３１】
一実施形態では、ネットワークは、空間分割多元接続技術および特にスマート・アンテナ・アレイ信号処理を最大限利用するように設計されている。過密周波数再利用パターンで信頼性の高い空間チャネルを維持できるように、ネットワークでは、アップリンクおよびダウンリンク送信が常に同じ周波数である時分割全二重ＴＤＭＡを使用する。さらに、ＢＣＨを除き多数のユーザ端末が単一アンテナで無指向性の送信および受信を行うため、アップリンク・バーストは、常にダウンリンク・バーストを送る必要が生じる前に受信される。このため、ダウンリンク・バーストに対しより正確に空間的指向性を持たせることができる。アップリンク・トレーニング系列は、すべてのアップリンク・バーストに埋め込まれ、周波数による空間チャネルの逆相関にかかわらず適度に高速な周波数ホッピングを実現できる。
【００３２】
周波数ホッピング系列は、当業者によく知られているさまざまな系列のうちの１つである。一実施形態では、周波数ホッピング方式のパラメータは、最初、ユーザ端末には知られていない。このため、ネットワークの自由度が最大になり、またユーザ端末の自由度も高まる。後述のように、周波数ホッピング・パラメータはＣＭバーストでユーザに送信される。
【００３３】
一実施形態では、ＢＣＨチャネルは無線通信システムのすべての基地局により共有される。７ビットＢＳＣＣを使用することで、最大１２８までの基地局に対応できる。ＢＣＨは、繰り返しフレームを持つ時分割全二重チャンネルの一部である。ＢＣＨを含むチャネルは、アップリンクおよびダウンリンクに使用される単一ＲＦ搬送波周波数である。非常に雑音の大きな環境、または高堅牢性については、ＢＣＨは所定の方式により周波数ホッピングを行うか、またはいくつかの異なる周波数について繰り返すことができる。繰り返しフレームは、以下の表３に示されているように、ＢＳ１などのラベルが付けられている、各基地局用のダウンリンクＢＣＨを含む。次のフレームは、ＣＲ１などのラベルが付けられているアップリンク構成要求ＣＲ、およびＣＭ１などのラベルが付けられているダウンリンク構成メッセージＣＭを含む。各フレームはさらに、以下に空のボックスとして示されている多数の予約済みスロットも含む。これらのスロットは、他の制御メッセージについて同報チャネルもトラフィックに使用するのであればデータ・トラフィックに使用することができるか、またはネットワーク内の他のチャンネル上の干渉を低減するために予約することができる。一実施形態では、他のトラフィック・チャネルはＢＣＨを中心に、またＢＣＨを通して周波数ホッピングを行う。フレームを、各基地局１から１２８について繰り返し、後述のように上位フレームを構築する。最後のＣＭであるＣＭ１２８の後、上位フレームが繰り返され、再び次の上位フレームと基地局１のＢＣＨから始まる。
【００３４】
【表３】

【００３５】
他の実施形態では、ＢＣＨは自チャネル上にあり、ＣＲおよびＣＭは別の制御チャンネル上にある。それとは別に、１つのＢＣＨを一定周波数で用意し、二次ＢＣＨをホッピング周波数とともに別のチャンネル上に用意できる。ホッピング・チャネルについてはＣＭで説明している。
【００３６】
登録
本発明の一実施形態では、セッションは、ユーザが基地局の登録を求めたときに開始する。ユーザ端末は、基地局（ＢＳ）への方向および距離（または範囲）に関して最良の局への相対位置を使わずに、これを行う。したがって、ユーザ端末（ＵＴまたは遠隔端末または加入者局）で構成要求（ＣＲ）バーストを使用して登録を要求した場合、すでに基地局からのタイミング・アドバンス・ディレクティブを使用しているトラフィック・バーストと比較したときに、基地局がユーザ端末から送信を受け取る際のタイミングには大きな不確定性が伴い、また空間パラメータまたは重みは不明である。
【００３７】
登録前に、複数のユーザ端末が同じタイム・スロットでＣＲバーストを送信し、同じ基地局に登録することができる。異なる基地局をアドレス指定先とするＣＲバーストも受信できる。基地局は、空間処理および複数のアンテナを使ってこれらの要求を解決する。複数のアンテナ測定結果（ビーム形成）を組み合わせることにより、基地局は信号間の干渉を最小限に抑え、受信したそれぞれのバーストの信号対雑音比（ＳＮＲ）を最大にする。
【００３８】
ビーム形成はいろいろな方法で実行できる。一実施形態では、トレーニング系列を、最小二乗費用関数とともに使用し、ビーム形成器の重みを決定するこれにより、信号を望ましいものまたは望ましくないものとして分類することができる。トレーニング系列に基づく方法では、ＣＲバーストのタイミングおよび周波数オフセットの推定を使用する。この推定作業は、タイミングおよび周波数の仮説毎に最小二乗費用を決定することにより実行できる。これには、多大な計算資源が要求される。特別な系列設計とタイミング不確定性範囲全体にわたる検索を必要としないビーム形成アルゴリズムにより、完全検索の計算負荷が緩和される。一実施形態では、ＣＲバーストのタイミング精度が非常に悪いので、周期的トレーニング系列がＣＲバースト専用として割り当てられる。
【００３９】
構成要求バースト構造
構成要求（ＣＲ）バーストが、ＢＴ（基地局）との通信または登録を開始するためにＵＴ（ユーザ端末）により送信される。これは、（複数の）ＢＣＨ（同報チャネル）バーストの着信を監視することによりシステムに関する情報を収集した後、送信される。ＣＲバーストは、ユーザ端末から基地局への最初の通信であり、したがって、ユーザ端末には、選択された基地局までの到達範囲に関する情報はない。そのため、タイミング、範囲、および空間処理重み付けは、とりわけ、基地局にはすべて知られていない。
【００４０】
構成要求バーストは、表４に記載されている複数のフィールドから成り立っている。時間は、マイクロ秒単位である。一実施形態では、シンボル期間は２マイクロ秒である。
【００４１】
【表４】

【００４２】
トレーニング・シンボルには２４０マイクロ秒が割り当てられ、ユーザ端末で登録し、システムに関する情報を受信する前に信号を正確に受信し復調することができるようになっている。トレーニング・シンボルについては、以下で詳述する。
【００４３】
８２個の情報シンボルは、例えば、前進型誤信号訂正符号化を使用して構成要求メッセージから構築される。本発明の実施形態では、π／２−ＢＰＳＫ変調を使ってＣＲバーストを変調し、送信される波形のピーク−平均比を下げる。
【００４４】
本発明のＣＲバーストの情報シンボルは、以下の表５に示されているようにマッピングされる。以下に示されている項目はどれも、削除し、後で登録サイクルのときに送信することができるが、システムの必要性に全く基づかなくてもよい。ＣＲは、ＢＳＣＣの関数によりスクランブルされ、近隣基地局に送信されたＣＲからの干渉がいくらかあるとしても、ＢＳＣＣの復調キャプチャ効果から衝突が生じる。一実施形態では、このスクランブル機能は、エンコードされたビット列を取り、それと線形フィードバック・シフト・レジスタの出力との排他的ＯＲを取ることで実行される。
【００４５】
【表５】

【００４６】
ｉｄｅｎｔｉｙは、複数のユーザ端末からの同時メッセージを区別する各ユーザ端末の一意的なランダム・ビットの集合である。ビットがランダムであり、また数も多いため、２つのユーザ端末が同時に同じＩＤコードを選択することはありえない。
【００４７】
ｕｔＣｌａｓｓは、ユーザ端末の能力（最高変調クラス、周波数ホッピング機能など）を識別する。この系列により、ＣＲを送信したユーザ端末の種類が識別される。パームトップ・デジタル・アシスタントは、専用アンテナが固定されているデスクトップ・コンピュータと異なる機能を持つこともできる。ｕｔＣｌａｓｓでは、異なる機能を区別することができる。
【００４８】
ｔｘＰｗｒは、構成要求バーストを送信するためにユーザ端末によって使用される電力を表す。例えば、ユーザ端末電力＝（２ｔＫＰｗｒ−３０）ｄＢｍ。
【００４９】
ＣＲバーストは、例えば、ダウンリンクＢＣＨバーストを受信してからちょうど２２６５マイクロ秒後に制御搬送波で送信される。このようにして、他の手段により初期化されていないユーザ端末は、周波数ホッピング系列パラメータを知らずにＣＲを送信することができる。上述のように、ＣＲバーストは標準アップリンク・タイム・スロットよりも短く、ユーザ端末から基地局までの不明な飛行時間に対応することができ、また通常、アップリンク・タイム・スロット・ウィンドウ内に遅れて到達する。
【００５０】
構成メッセージ・バースト構造
以下の表６は、構成メッセージ・バーストの例の内容をまとめたものである。４９４個の情報シンボルは、変調および符号化を使用して構成メッセージから構築される。
【００５１】
【表６】

【００５２】
構成メッセージＣＭバーストは、対応するアップリンク・タイム・スロットでＣＲを受信すると必ず、例えばダウンリンクＢＣＨバーストを送信してからちょうど５ミリ秒後にＢＣＨ搬送波で送信される。このタイミングを使用すると、ＣＭは要求側ユーザ端末に送られる。ＣＭは、さらに、空間シグネチャ、例えば、アップリンクＣＲのＤＯＡ（到着方向）およびＴＯＡ（到着時刻）などのパラメータの分析結果に基づき空間指向性信号で送信される。ＣＭはＢＣＨ搬送波、ＢＣＨからの固定時間オフセットで送信されるので、他の手段により初期化されていないユーザ端末は、周波数ホッピング系列パラメータを知らずにＣＭを送信することができる。ＣＲに応答するＣＭは、とりわけ、ＡＦＮ（絶対フレーム番号）、大きなタイミング・アドバンス調整ダイナミック・レンジ、粗い電力制御、およびさまざまなアクセス制御パラメータを含む。以下の表７は、ＣＭバーストの内容をまとめたものである。以下に示されている項目はどれも、削除し、後で登録サイクルのときに送信することができるが、システムの必要性に全く基づかなくてもよい。
【００５３】
【表７】

【００５４】
シンボル・セットの意味は以下のとおりである。
ｉｄｅｎｔｉｔｙ：ＣＲ内のユーザ端末により送信されるランダム識別子。
ｐｗｒＣｔｒｌ：未来のパラメータ要求バーストおよびランダム・アクセス・バーストにユーザ端末が適用しなければならない電力オフセット：オフセット＝（２−ｐｗｒＣｔｒｌ−１６）ｄＢ。
ｔｉｍｉｎｇＡｄｊｕｓｔ：未来のランダム・アクセス・バーストにユーザ端末が適用しなければならないタイミング・アドバンス：タイミング・アドバンス＝ｔｉｍｉｎｇＡｄｊｕｓｔ μｓ。
ＡＦＮ：絶対フレーム番号の１０個の最下位ビット。
ｃａｒｒｉｅｒＭａｓｋ：トラフィック・チャネルを含む搬送波のビットマップ。
ｒａｃａｒｒｉｅｒＭａｓｋ：ランダム・アクセス・チャンネルを含む搬送波のビットマップ（最下位ビットは搬送波０）。
ｒａｓｌｏｔＭａｓｋ：ランダム・アクセス・チャンネルを含むスロットのビットマップ（最下位ビットはスロット１）。ランダム・アクセス・チャンネルは、ｒａｃａｒｒｉｅｒＭａｓｋおよびｒａｓｌｏｔＭａｓｋの両方がゼロ以外の場合に発生する。
ｒａＤｅｃ：ランダム・アクセス・チャネルに使用可能なＡＦＮ。
ｈｏｐｐｉｎｇ：１の場合、物理的搬送波と論理的搬送波との関係により、各フレームがホッピングされる。
【００５５】
トラフィック・チャネル・バースト構造
一実施形態では、ユーザ端末は登録またはセッションと呼ばれる基地局との関係を構築する。この登録は、ＢＣＨ（同報チャネル）から着信を待つことから始まり、ハンドオーバー、タイムアウト、または切断で終わる。登録の第１のステップで、ユーザ端末がＣＲ（構成要求）バーストを送信し、ＣＭ（構成メッセージ）バーストを受信する。上述のように、ＣＭは、ホッピング系列計算パラメータなど基本構成パラメータを含む。ユーザ端末は、ＣＭからの情報を使用して、未許可登録ストリームを開く。登録ストリームでは、ＩＤおよび機能を交換し、動作パラメータを設定し、ＲＩＤ（登録識別子）およびＰＩＤ（ページング識別子）を割り当てる。後で、ストリームを作成して、このＲＩＤまたはＰＩＤ、および動作パラメータに接続することができる。登録の具体的内容については、ここで述べない。他の多くの登録シナリオも、本発明の範囲内にあると考えられる。
【００５６】
ＣＭは、ユーザ端末が基地局との間の距離およびＲＦ経路損失を学習し、タイミング・アドバンスを訂正し、電力制御を調整し、周波数ホッピングのパラメータを学習するための十分な情報を備える（例えば、フレーム番号付けとＢＳＣＣ）。ＣＭからのこの情報に基づき、ユーザ端末は、送信するデータがあるときにセッションを開始し、ＲＡ−ｒｒｅｑ（ランダム・アクセス−登録要求）から始めることができる。リソースが利用できる場合、基地局は、ＡＡ−ｒｅｇ−ａｃｋ（アクセス割り当て−登録アクノリッジ）をユーザ端末に送信し、登録プロセスのトラフィック・チャネルを割り当てる。基地局およびユーザ端末は、この確立されたストリーム上の暗号化鍵をはじめとするさまざまなアクセス制御パラメータをやり取りする。最後に、ＲＩＤおよびＰＩＤが割り当てられる。ユーザ端末は、ＲＩＤまたはＰＩＤを使用して、ＴＣＨでデータ・パケットの送受信が行われる安全なストリームを確立することができる。
【００５７】
本発明の空間ダイバーシティ無線通信システムでは、トラフィック・チャネル（ＴＣＨ）での通信を適度に正確なタイミング、周波数、および空間ダイバーシティ・パラメータで開始することができる。より正確なパラメータで始めることにより、複数のフレームを使用してチャネル情報を徐々に決定する際の待ち時間の追加を避けることができる。一実施形態では、ユーザ端末は単一アンテナから無指向性通信を行い、基地局では、空間ダイバーシティ・アンテナを使用して、空間ダイバーシティ・パラメータにより送受信を行う。これにより、同じチャネルで、例えば異なる場所から送信された信号を解決し、基地局が異なる信号を単一の周波数で異なるユーザ端末に送信するようにできる。登録プロセスには、基地局側で十分な信号送受信を行い、ページを送信するための正確な一組のタイミング、周波数、および空間パラメータを作成することができる。しかし、一実施形態では、登録または無線チャネル条件が変更された後ユーザ端末が移動した場合、ページはすべての方向に送信される。さらに、上述のように、アップリンク・ランダム・アクセス・バーストもまた、比較的長いトレーニング系列を持つ。これにより、ユーザ端末が移動するか、またはチャネルが変更された場合に、基地局が以前の空間処理パラメータを精密化することができる。
【００５８】
トラフィック・チャネルでトラフィックを送信するために、ユーザ端末または基地局によりトラフィック・チャネル（ＴＣＨ）バーストが送信される。一実施形態では、タイミングおよび空間パラメータを保持するために送信するデータがない場合ＴＣＨバーストがアイドル・ビットとともに送信される。これは、ＣＲおよびＣＭが交換された後、登録の後、およびデータ・トラフィックに対する割り当てられたチャネル上でストリームが開かれた後に送信される。したがって、タイミングおよび周波数オフセット、さらに空間シグネチャはすでに、十分適切に確立されている。一実施形態では、タイミングは±２シンボル・タイムよりも短いことが知られている。
【００５９】
ＴＣＨバーストは、表８に記載されている複数のフィールドから成り立っている。時間はマイクロ秒単位である。一実施形態では、シンボル期間は２マイクロ秒であり、アップリンクおよびダウンリンク・バーストは以下に示されているように異なる。それとは別に、アップリンクおよびダウンリンク・バーストが同じ構造を持つようにバーストを構造化することができる。このネットワークは、アップリンクおよびダウンリンクを定義することができないようなピアのネットワークでもよい。
【００６０】
【表８】

【００６１】
トレーニング・シンボルは、７３個または３４個のシンボルに対応する１４６または６８マイクロ秒が割り当てられており、端末間にドリフトまたは移動があった場合でも信号をより正確に受信し、変調することができる。トレーニング・シンボルについては、以下で詳述する。
【００６２】
３６４または４９４個の情報シンボルが送信データ・バッファから構築される。本実施形態では、ＴＣＨバーストをさまざまな方法で変調し、システムのデータ・キャパシティを増やすことができる。
【００６３】
トレーニング系列
ＴＣＨバーストでは、ＣＲとＣＭの交換および登録が以前に行われているため、タイミングおよび周波数オフセットはすでに十分によく知られている。そのため、トレーニング系列は単純にすることができる。アップリンク・バーストでは、トレーニング系列シンボルは、ＢＳＣＣおよび基地局によりユーザ端末に割り当てられた値に基づいてユーザ端末が選択する。したがって、異なるユーザ端末からのバーストを識別し、違いに区別することができる。それとは別に、コア系列は、ユーザ端末のシリアル番号、製品番号、ＩＤ番号、またはその他の記憶されている番号に基づいて選択することができる。一実施形態では、トレーニング系列は、５シンボル・プレフィックス、６３コア、および５シンボル・サフィックスを持つ。プリフィックスは、コアの最後の５個のシンボルとコアの最初の５個のシンボルで構成される。ダウンリンク・トレーニング系列も同様に構成されるが、全部で３４個のシンボルに対して２４シンボル・コアのみを持つ。トレーニング系列の特定の長さおよびシンボル・セットは、この系列が知られている場合には、本発明にとって重要ではない。トレーニング系列の多くの異なる構成が可能である。同様に、アップリンク系列とダウンリンク系列を区別する必要はない。しかし、簡単にするため、上述の７３シンボルのアップリンク・トレーニング系列の例を使用して本発明を説明する。
【００６４】
使用の際に、通常、ルックアップ・テーブルを使用して特定の系列を生成する。テーブルの中の値は、自己相関、相互相関、周期性、および類似の特性に基づいて選択される。自己相関および相互相関に対する束縛により、これらの系列を遅延されたものをそれらを解決する最小二乗ビーム形成器に一部無相関であるように見せることができる。
【００６５】
ＴＣＨバーストの分解
本出願では、太字のテキストはベクトルを表し、通常のテキストはスカラーを表す。完全なＣＲバースト・トレーニング系列は、６３個のシンボルｘ₁，ｘ₂，．．．ｘ₆₃からなるコア周期系列ｘから構成される。５個のプレフィックス・シンボルが先頭に置かれ、５個のサフィックス・シンボルが後に続く。タイミングは通常、±２シンボルの範囲内にあると知られているので、４シンボル・ビーム形成器分析ウィンドウを使用して、受信したトレーニング系列を分析する。５シンボル・プレフィックスおよびサフィックスにより、６３シンボルのサンプルがイニング系列内に必ず収まる。サフィックスにはコア系列の先頭の５個のシンボルが含まれ、プレフィックスにはコア系列の最後の５個のシンボルが含まれるので、ウィンドウが最大５シンボルだけ前または後にシフトしたとしても、コア系列の６３個のシンボルすべてが６３シンボル・サンプルの範囲内に収まる。
【００６６】
図３は、本発明の一実施形態によるＴＣＨバーストを解決する流れ図を示している。ＴＣＨバーストがアンテナ・アレイ６０２に届き、ビーム形成器分析ウィンドウをカバーする周期に対する複数のアンテナからの測定結果が格納される（６０４）。次に、４シンボルの分析ウィンドウ内で各タイミング仮説に対する最低の最小二乗（ＬＳ）誤差が得られるビーム形成重みを求める。最小二乗誤差の結果を利用して、粗相対タイミング仮説６０６を見つける。このタイミングを見つける作業には、シンボル・タイミングの粗探索の実行とフォローアップ探索６０８の実行が含まれる。
【００６７】
相対タイミングを使用して重みベクトルを求める（６１０）。この重みベクトルを記憶されている測定結果に適用し、各アンテナ・チャネルからの測定結果を単一チャネル６１２に変換する。次に、この単一チャネルを分析して、細かいタイミング６１４と目的の信号の周波数オフセット６１６を決定する。これらの新しい決定により、第２の単一チャネルが作成される（６２０）。この新しい単一チャネルを使用して、ＴＣＨバーストを復調し、読み取る（６２２）。
【００６８】
この処理構造により、目的の信号を受信するのに使用できる正確なビーム形成器重みが求められる。
【００６９】
相対タイミングの粗探索
アレイ６０２の各アンテナでＴＣＨバーストを受信した後、信号が記憶されている（６０４）。システムは、記憶されている測定結果６０６に基づいて相対タイミングの判別に進むことができる。一実施形態では、このプロセスでは、共分散行列の計算とコレスキー分解を使用する。
【００７０】
６３シンボル（コア系列）のビーム形成分析ウィンドウ内にある測定結果については、シンボル・レートの１．５倍のレートで測定結果が収集されると仮定する。この例では、持続時間が４シンボルである探索ウィンドウを使用して、タイミングの不確定性に対応する。次に、変数ｃｏｒｅＳｎａｐＰｏｉｎｔがビーム形成器分析ウィンドウ内にある最初のスナップショットを指しており、ｒ（ｔ）は（基地局時間に関して）ＴＣＨバーストが開始してから時間ｔ秒後に収集されたスナップショット（測定ベクトル）を表すと仮定する。共分散行列Ｒ（太字）を次のようにして推定するが、ただし、Ｔ_BAWはビーム形成分析ウィンドウの時間とする。
【００７１】
【数１】

【００７２】
共分散行列Ｒ（太字）を計算した後、
Ｒ＝ＬＬ^H （Ｒ、Ｌとも太字）
となるような行列Ｌ（太字）を見つけることができる。
Ｌ（太字）は、Ｒ（太字）のコレスキー係数と呼ばれる。
【００７３】
一実施形態では、ビーム形成探索ウィンドウの４シンボルにわたるコア・トレーニング系列の最初のシンボルの位置を探索するのに、２／３シンボルの探索ステップとともに最小二乗プロセッサを使用する。これにより、最初のシンボルの可能な６個の位置、つまり６個の仮説が得られ、したがって６の最小二乗（ＬＳ）誤差計算が実行される。ベクトルｃｏａｒｓｅＳｅａｒｃｈＧｒｉｄ（太字）には、公称タイミング０を中心とする２／３シンボル増分毎の遅延仮説値が含まれる（ここで使用している単位はシンボル周期である）。
ｃｏａｒｓｅＳｅａｒｃｈＧｒｉｄ（太字）＝［−５／３，−１，−１／３，１／３，１，５／３］、これは６個の仮説に対する遅延値を含む。
【００７４】
各遅延仮説ｋ（１＜ｋ＜６）について、以下の計算を実行する。
【００７５】
各仮説について相互相関ベクトルｐ_k（太字）を計算する。
【００７６】
【数２】

【００７７】
ただし、ｒ（ｔ）は受信した信号サンプル、ｄ（ｔ）は目的の信号のサンプルである。目的の信号サンプルは、シンボル・レートの２４倍のレートで過剰サンプリングして利用できると想定している。値τ_kは、ｋ番目の仮説に対して仮定されている遅延、つまり、τ_k＝ｃｏａｒｓｅＳｅａｒｃｈＧｒｉｄ（ｋ）（太字）である。
【００７８】
逆置換：結果ベクトルｐ_k（太字）を適用し、Ｌを上述のコレスキー係数とし、各仮説ｋについて仮ベクトルｘ_k（太字）を解く。
Ｌｘ_k（太字）＝ｐ_k（太字）
【００７９】
次に、各仮説の最小二乗（ＬＳ）当てはめを計算する。
【００８０】
【数３】

【００８１】
図４は、ＬＳ費用関数を縦軸７０２に、６個の仮説に対する時間遅延τの関数を横軸７０４に取ったグラフである。横軸の目盛りは、シンボル・レートの１．５倍のサンプリング・レートによるシンボル時間の２／３を単位とする。選択された最良の粗探索時間遅延推定値７０６が図４のτ＝−１／３シンボルのところに示されている。遅延は、ＴＣＨバーストの到着が予想される、公称時間に関して測定されることに留意されたい。この公称時間は、ｃｏｒｅＳｎａｐＰｏｉｎｔという名前が付けられている。
【００８２】
フォローアップ探索
相対的タイミング６０６の粗い判別を行ってからフォローアップ・タイミング探索６０８を実行することができる。この探索には、さらにもう１つＬＳ誤差計算がある。この計算の結果を粗探索からの最良ＬＳ誤差と比較することができる。
【００８３】
粗探索からのＬＳ誤差ベクトルｆ_k（太字）の終点は否応なく非常に大きなものとなる。こうして、最小値が範囲の一端にあれば、次の最も近い値は６個の推定値のうちの１つになる。
【００８４】
粗探索では、次の８個の次元ベクトルが形成されている。
ｕｐｄａｔｅｄＬＳＶａｌｕｅｓ（太字）＝［ｆ₆，ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃，ｆ₄，ｆ₅，ｆ₆，ｆ₁］
および
ｕｐｄａｔｅｄＣｏａｒｓｅＳｅａｒｃｈＧｒｉｄ（太字）＝［−５／３，−１，−１／３，１／３，１，５／３］
【００８５】
ｆ₃＜ｆ₂＜ｆ₄であるためｆ₃（τ＝−１／３）（現在のリストの）の仮説が粗探索プロシージャによって選択されていると仮定する。フォローアップ探索プロシージャでは、ｆ₂（τ＝−１）およびｆ₃（τ＝−１／３）に対応する遅延の範囲の中点をなすのでＬＳ誤差をτ＝−２／３について計算する。これは、図５にグラフで示されている。
【００８６】
図５は、時間領域を再びシンボル・レートの１．５倍のレートでサンプリングする６個の仮説８０４の関数としてＬＳ費用関数８０２を示している。選択された最良のケースの粗探索時間遅延推定値８０６はτ＝−１／３シンボルである。追加仮説検定の後に、最低の最小二乗誤差に対応する仮説（それらのうち７で）を再び選ぶ。この例では、τ₀＝−２／３はこれを遂行する遅延値８０８である。
【００８７】
ビーム形成重み
フォローアップ探索の後、シンボル周期６０８の１／３に範囲に相対的なタイミング遅延τを決定する場合、以下のようにして重みベクトルｗ₀（太字）を再計算して目的の信号を抽出する。
【００８８】
最良仮説について以下の相互相関ベクトルｐ₀（太字）を使用する。
【００８９】
【数４】

【００９０】
そして、対応する仮ベクトルｘ₀（太字）を使用する。
Ｌｘ₀（太字）＝ｐ_o（太字）
【００９１】
以下の逆置換を解いて重みを計算することができる。
Ｌ^H（太字）ｗ₀（太字）＝Ｐ₀（太字）
【００９２】
すでにｆ（τ₀）と求められている結果のＬＳ誤差により、以下のようになる。
【００９３】
【数５】

【００９４】
ビーム形成オペレーションにより、ｇ（ｔ）という名前が付けられ、以下のように定義される単一チャネル測定が行われる。
ｇ（ｔ）＝ｗ₀ ^H（太字）ｒ（ｔ）（太字）
【００９５】
周波数推定（探索）はまだ実行されていないことに留意されたい。このため、探索は一次元、つまり時間遅延に絞られる。ビーム形成分析ウィンドウの持続時間、受信信号で予想される最高周波数偏差、およびビーム形成器の出力の目標ＳＮＲレベルのおかげで周波数探索を回避できる。ビーム形成器分析ウィンドウが周波数オフセットを無視できるくらい十分短い場合、目的の信号不整合は性能を低下させるほど著しくはない。さらに、ＭＳＥビーム形成器（完全な共分散行列およびステアリング・ベクトルを認識する）を高レベルまで（５ｄＢ超）使用したとしてもＳＮＲを改善できないため、実際のビーム形成器は目的の信号の不完全さを認識しない（周波数オフセットなど）。一実施形態では、ＴＣＨバースト・ペイロードは、０から２０ｄＢの範囲のＳＮＲで動作する。さらに、周波数の単一チャネル推定およびその後の細かなタイミング調整により、少ない計算でこれらのＳＮＲ問題を緩和することができる。
【００９６】
細かいタイミング推定器
粗探索およびフォローアップ探索により、シンボル・レートの３倍の実効レートのタイミング遅延が得られる。タイミングの解決を改善してペイロードの復調を向上させることができる。最悪のタイミング・イベントで複数のシンボル間干渉が予想できる（タイミング誤差の１／６シンボル周期）。細かなタイミング６１４を推定するために、Ｏｅｒｄｅｒ−Ｍｅｙｒブラインド・タイミング推定器を使用できる。この推定器は、送信されたシンボルに関する情報を想定しないという点でブラインドである。したがって、周波数オフセット誤差に対して感受性がない。Ｏｅｒｄｅｒ−Ｍｅｙｒ推定器は次のように使用できる。
【００９７】
まず、補間フィルタを使用してｇ（ｔ）を（シンボル・レートの１．５倍から）シンボル・レートの３倍と補間し、出力ｇ_i（ｔ）を呼び出す。測定プロセスの持続時間は、６３＋５＋１００＝１６８シンボル周期になり、これは、サフィックスと、最初の１００個の情報シンボルを加えたコア系列である。この情報シンボルを使用することで、細かいタイミング推定器の精度を上げることができる。それとは別に、これらのシンボルは、元々、３倍のレートでサンプリングできる。このような場合、粗探索およびフォローアップ探索で１つおきのサンプルのみを使用する。
【００９８】
次に補間された信号に記憶のない非線形性を与え、
ｇ_n（ｔ）＝｜ｇ_i（ｔ）｜
を得る。
【００９９】
絶対値非線形性により、シンボル・レートの倍数の倍音が発生する。多角形の当てはめにより線形性を近似できる。例えば、ｚを複素数とし、ｚ＝ｚ_r＋ｊｚ_iと表すと、｜ｚ｜≒ｍａｘ（｜ｚ_r｜，｜ｚ_i｜）＋０．３４×ｍｉｎ（｜ｚ_r｜，｜ｚ_i｜）である。このシンボル・レートでの複素正弦波のゼロ交差は、３点ＤＦＴを使用して求められ、この位置はシンボル・トランスミッション・インスタントと呼ばれる。最後に、周期的トレーニング系列の最初のシンボルの位置としてフォローアップ探索により識別された位置に最も近いシンボル・トランスミッション・インスタントが見つけられる。Ｏｅｒｄｅｒ−Ｍｅｙｒタイミング推定器を使用して得た閉形式推定値はτ_fineと呼ばれる。
【０１００】
粗周波数推定器
細かなタイミングを得た後（６１４）、分析ウィンドウで目的の信号とともに測定結果を使用して、相互相関関数を計算し、粗周波数推定値６１６を相互相関関数のピークとして判別する。簡単のため、この分析は、１．５倍の過剰サンプリング・レート（細かなタイミング探索に使用する３倍レートの代わりに）で行うが、ただし、他のさまざまなサンプリング・レートを使用することもできる。特に、ｍ番目の周波数仮説については、関数ｆｒｅｑＭａｔｃｈ（ｍ）は以下のように計算される。
【０１０１】
【数６】

【０１０２】
ｆｒｅｑＭａｔｃｈ（ｍ）を最大にする周波数候補を周波数推定値ｆ_coarseとして選択する。Ｈｚを単位とする周波数候補（ｆ_m’ｓ）は以下の集合に含まれる。
｛−５００，−３７５，２５０，−１２５，１２５，２５０，３７５，５００｝
【０１０３】
それとは別に、実行できる仮説検定を増減できるので周波数不確定性を考慮できる。
【０１０４】
より正確なビーム形成
周波数およびタイミング推定値τ_fine、ｆ_coarseを使用して、改善された重みベクトルｗ_finalを判別し（６１８）、見つかったコア系列に適用して、目的のバースト□（ｔ）の推定値を求めることができる。
□（ｔ）＝ｗ_final ^Hｒ（ｔ）
【０１０５】
より正確な重みベクトルは、ｄ（ｔ＋τ_fine）ｅｘｐ（ｊ２πｆ_fineｔ）をＬＳ誤差計算の目的の信号として採用することにより求められる。しかし、対応するＬＳ誤差がフォローアップ探索ベースのＬＳ誤差ｆ₀よりも大きい場合、細かなタイミングおよび周波数推定値は除去され、推定値はτ_fine＝τ₀、ｆ_coarse＝０に設定され、ｗ_final＝ｗ₀となる。
【０１０６】
さらに高いコピー後ＳＮＲレベルでＳＮＲの結果を改善するために、ｔ＝τ_fineについて多チャネル測定へのＬＳ当てはめを使用して位置ｆ_coarse＋［−８００，０，８００］の詳細周波数推定値に対し探索を実行できる。このような探索を取り入れて、ＣＲバースト復調器の周波数推定性能を高めることができる。
【０１０７】
そこで、誤差を最小にする最良の推定値を使用して重みベクトルを再計算できる。最後に、空間的重み、適用されたタイミング、および周波数オフセット６２０を使用して、入力信号をコピーすることができる。この入力信号は、すべてのダイバーシティ・アンテナからの値を使用して最初に受信した１．５倍過剰サンプリング信号である。重みベクトルを適用した後、フィルタ・バンクを使用してシンボル・タイミングの整合が適用される。これにより、そのボーレートでボーを揃えたサンプルが得られる。周波数オフセットを、これらのボーに揃えたサンプルで補正する。デコーダは、オンボー・サンプルを取得し、情報シンボルを復号化して、ビットを得る。デコーダのアーキテクチャは、送信機の中でどのような種類のエンコーダを使用しているかによって異なる。
【０１０８】
一般的な事項
上で説明した方法により、受信信号を時間遅延および周波数オフセットに関して修正することできる。これにより、測定結果が同じに保たれ、したがって、各仮説に対する標本共分散行列とそのコレスキー分解を再計算する必要はない。そのため、計算に関して非常にメリットがある。
【０１０９】
二次元探索プロシージャ、つまり、時間と周波数に関する探索について説明したが、一次元探索も使用できる。さらに、上述のアプローチでは、多チャネル測定を探索プロシージャ全体に対して使用している。適切に得られた測定結果全体の部分集合を元の測定結果を分解することにより使用すると、計算量を著しく減らせる可能性がある。
【０１１０】
例えば、ＧＳＭ（ＧｌｏｂａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＭｏｂｉｌｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）設定では、トレーニング系列は十分に短いため、周波数オフセットにより最小二乗プロセスに歪みが生じることはなく、無視しても安全である。
【０１１１】
以上の説明では、説明のため本発明を完全に理解できるように多数の具体的内容を述べている。ただし、当業者であれば、こうした具体的内容がなくても本発明を実践できることは明白であろう。他の場合には、よく知られている構造およびデバイスがブロック図形式で示されている。
【０１１２】
本発明にはさまざまなステップが含まれる。本発明のステップは、図１および２に示されているようなハードウェア・コンポーネントによって実行することも、またマシン実行可能な命令として実現することができ、これらの命令で汎用または専用のプロセッサまたは論理回路をプログラムしてこれらのステップを実行することができる。それとは別に、これらのステップは、ハードウェアとソフトウエアの併用により実行することもできる。これらのステップは、基地局またはユーザ端末のいずれかより実行するものとして説明されている。しかし、基地局により実行されると説明されているステップは、ユーザ端末で実行でき、またその逆も可能である。本発明は、基地局、ユーザ端末、遠隔端末、または加入者局として指定せずに互いに端末が通信するシステムに等しく応用することができる。本発明はさらに、ピアのネットワークにも適用することができる。
【０１１３】
本発明は、本発明に従ってプロセスを実行するようにコンピュータ（またはその他の電子デバイス）をプログラムするために使用できる命令が格納されているマシン読み取り可能媒体を備えるコンピュータ・プログラム製品として実現することができる。マシン読み取り可能媒体としては、フロッピー（登録商標）・ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、および光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気または光カード、フラッシュ・メモリ、または電子命令を格納するのに適しているその他の種類の媒体／機械読み取り可能媒体などがあるが、これらに限定されない。さらに、本発明は、コンピュータ・プログラム製品としてダウンロードすることもでき、その場合、プログラムは通信リンク（例えば、モデムまたはネットワーク接続）を介して搬送波またはその他の伝搬媒体で実現されているデータ信号を使用してリモート・コンピュータから要求側コンピュータに転送される。
【０１１４】
重要なのは、本発明は、携帯電話機のワイヤレス・インターネット・データ・システムを背景に説明してきたが、データ交換が行われるさまざまな種類のワイヤレス・システムに応用できるという点である。このようなシステムとしては、音声システム、ビデオシステム、音楽システム、放送システム、およびその外部接続を行わない他の種類のデータ・システムがある。本発明は、固定された遠隔端末に応用できるだけでなく、移動性の低い端末、移動性の高い端末にも応用できる。これらの方法の多くは、最も基本的な形で説明されているが、ステップをこれらの方法に追加したり削除したり、情報を説明したメッセージに追加したり取り去ったりすることができ、しかも本発明の基本的な範囲を逸脱することはない。当業者であれば、数多くの他の修正および改造を加えられることを理解するであろう。特定の実施形態は、本発明を制限するためではなく、説明するため提示されている。本発明の範囲は、上記の特定の例で決定されず、請求項でのみ決まる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の一実施形態を実装できる基地局の簡略化されたブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態を実装できる遠隔端末のブロック図である。
【図３】本発明のいくつかの態様の実装の流れ図である。
【図４】最小二乗誤差関連のタイミングに関する検索のグラフである。
【図５】最小二乗誤差関連のタイミングに関するフォローアップ検索のグラフである。

Claims

一組のダイバーシティ・アンテナで知られているトレーニング系列を含むバーストを受信することと、
各アンテナで受信したバーストをサンプリングすることと、
少なくとも１つのアンテナから得たサンプルの粗タイミング推定値を決定することと、
粗タイミング推定値を使用して空間重み付けベクトルを決定することと、
空間重み付けベクトルを各アンテナについて受信したバースト・サンプルに適用し、単一チャネル信号を形成することと、
単一チャネル信号に対し細かいタイミング推定値を決定することと、
細かいタイミング推定値を使用して第２の空間重み付けベクトルを決定することと、
第２の空間重み付けベクトルを各アンテナについて受信したバースト・サンプルに適用し、第２の単一チャネル信号を形成することと、
第２の単一チャネル信号を復調することを含む方法。
さらに、第２の単一チャネル信号について周波数オフセット推定値を決定することを含み、第２の空間重み付けベクトルを決定することが周波数オフセット推定値を使用することを含む請求項１に記載の方法。
周波数オフセットを決定することは、サンプルの一部に基づき複数の候補オフセットに対する相互相関ベクトルを計算することと、相互相関関数のピーク値に対応する候補を選択することを含む請求項２に記載の方法。
さらに、粗タイミング推定値に近い仮説的タイミング推定値を分析することにより粗タイミング推定値を精密化することを含む請求項１に記載の方法。
粗タイミング推定値を決定することが、
トレーニング系列の選択した部分に関してサンプルの一部に対する相互相関ベクトルを計算し、それぞれの相互相関ベクトルが相対タイミング仮説に対応し、それぞれの相互相関ベクトルは分析ウィンドウ内の間隔で発生するサンプルを組み合わせることと、
計算した相互相関ベクトルを使用してそれぞれの仮説について最小二乗当てはめを計算することと、
最低の最小二乗当てはめに対応するサンプルの組み合わせを受信したバーストの粗タイミングとして選択することを含む請求項１に記載の方法。
最小二乗当てはめを計算することが、仮説的受信系列をそれぞれの仮説の知られている系列と比較することを含む請求項５に記載の方法。
仮説的受信系列が相互相関ベクトルとコレスキー係数に基づいて決定される請求項６に記載の方法。
相互相関ベクトルを計算することが、複数のサンプルのうちの均等な間隔で並んでいるサンプルの一部について相互相関ベクトルを計算することを含む請求項５に記載の方法。
細かいタイミング推定値を決定することがさらに、タイミング推定アルゴリズムをサンプルの補間系列に適用することにより選択したサンプルの細かなタイミングを決定することを含む請求項１に記載の方法。
一連の命令を表すデータを格納しているマシン読み取り可能媒体であって、この命令をマシンが実行したときに、マシンが
一組のダイバーシティ・アンテナで知られているトレーニング系列を含むバーストを受信することと、
各アンテナで受信したバーストをサンプリングすることと、
少なくとも１つのアンテナから得たサンプルの粗タイミング推定値を決定することと、
粗タイミング推定値を使用して空間重み付けベクトルを決定することと、
空間重み付けベクトルを各アンテナについて受信したバースト・サンプルに適用し、単一チャネル信号を形成することと、
単一チャネル信号に対し細かいタイミング推定値を決定することと、
細かいタイミング推定値を使用して第２の空間重み付けベクトルを決定することと、
第２の空間重み付けベクトルを各アンテナについて受信したバースト・サンプルに適用し、第２の単一チャネル信号を形成することと、
第２の単一チャネル信号を復調することを含むオペレーションを実行するマシン読み取り可能媒体。
さらに、マシンによって実行されるとマシンが第２の単一チャネル信号について周波数オフセット推定値を決定する他のオペレーションを実行する命令を含み、第２の空間重み付けベクトルを決定することが周波数オフセット推定値を使用することを含む請求項１０に記載の媒体。
周波数オフセットを決定する命令がさらに、マシンによって実行されるとマシンが、さらにサンプルの一部に基づき複数の候補オフセットに対する相互相関ベクトルを計算することと相互相関関数のピーク値に対応する候補を選択することを含むオペレーションを実行する命令を含む請求項１１に記載の媒体。
さらに、マシンによって実行されるとマシンが、粗タイミング推定値に近い仮説的タイミング推定値を分析することにより粗タイミング推定値を精密化することを含むオペレーションを実行する命令を含む請求項１０に記載の媒体。
粗タイミング推定値を決定する命令がさらに、マシンによって実行されるとマシンが、
トレーニング系列の選択した部分に関してサンプルの一部に対する相互相関ベクトルを計算し、それぞれの相互相関ベクトルが相対タイミング仮説に対応し、それぞれの相互相関ベクトルは分析ウィンドウ内の間隔で発生するサンプルを組み合わせることと、
計算した相互相関ベクトルを使用してそれぞれの仮説について最小二乗当てはめを計算することと、
最低の最小二乗当てはめに対応するサンプルの組み合わせを受信したバーストの粗タイミングとして選択することを含むオペレーションを実行する命令を含む請求項１０に記載の媒体。
最小二乗当てはめを計算する命令がさらに、マシンによって実行されるとマシンが、仮説的受信系列をそれぞれの仮説について知られている系列と比較することを含むオペレーションを実行する命令を含む請求項１４に記載の媒体。
仮説的受信系列が相互相関ベクトルをおよびコレスキー係数に基づいて決定される請求項１５に記載の媒体。
相互相関ベクトルを計算する命令がさらに、マシンによって実行されるとマシンが、複数のサンプルのうちの均等な間隔で並んでいるサンプルの一部について相互相関ベクトルを計算することを含むオペレーションを実行する命令を含む請求項１４に記載の媒体。
細かいタイミング推定値を決定する命令がさらに、マシンによって実行されるとマシンが、タイミング推定アルゴリズムをサンプルの補間系列に適用することにより選択したサンプルの細かなタイミングを決定することを含むオペレーションを実行する命令を含む請求項１０に記載の方法。
知られているトレーニング系列を含むバーストを受信する一組のダイバーシティ・アンテナと、
各アンテナで受信したバーストをサンプリングする手段と、
少なくとも１つのアンテナから得たサンプルの粗タイミング推定値を決定する手段と、
粗タイミング推定値を使用して空間重み付けベクトルを決定する手段と、
空間重み付けベクトルを各アンテナについて受信したバースト・サンプルに適用し、単一チャネル信号を形成する手段と、
単一チャネル信号に対し細かいタイミング推定値を決定する手段と、
細かいタイミング推定値を使用して第２の空間重み付けベクトルを決定する手段と、
第２の空間重み付けベクトルを各アンテナについて受信したバースト・サンプルに適用し、第２の単一チャネル信号を形成する手段と、
第２の単一チャネル信号を復調する手段を備える装置。
さらに、第２の単一チャネル信号について周波数オフセット推定値を決定する手段を備え、第２の空間重み付けベクトルを決定する手段が周波数オフセット推定値を使用する手段を備える請求項１９に記載の方法。
バーストがＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、およびＴＤＤ無線通信システムのうちの少なくとも１つに従って構成されている請求項１に記載の方法。
バーストがＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、およびＴＤＤ無線通信システムのうちの少なくとも１つに従って構成されている請求項１に記載の媒体。
装置がＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、およびＴＤＤ無線通信システムのうちの少なくとも１つに備えられている請求項１９に記載の装置。