JP2006512837A - Ｔｄｄ無線通信の同期追跡を維持するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

ＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法は、ａ．ミッドアンブルを２つの部分に分割し、次に、ミッドアンブルの第１の部分と第２の部分を１つずつ検出するステップと、ｂ．上記の２つの部分とローカル・ミッドアンブルに対応する部分とで自動相関特性動作を行い、次に、２つのピークが取得されるステップと、ｃ．２つのピーク振幅を比較するステップと、ｄ．比較の結果に基づいて、ローカル・タイムを進めるか、遅らせるかを確定するステップとを含む。通常の方法と比較すると、新規な組み合わせサンプリング方法は、ミッドアンブルを使用し、チャネル推定のＳＮＲをほんのわずかながら損なうだけである。この新規な方法を使用することにより、サンプル頻度は、ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムのチップ・レートの一度だけに低減化することができ、同時に、ダウンリンクの同期を追跡する機能も維持することができる。

Description

本発明は、同期追跡を維持するための方法および装置に関し、詳細には、ＴＤＤ無線通信システムの方法および装置に関する。

ＴＤ−ＳＣＤＭＡは、ＩＴＵで採用された３Ｇ規格である。これは、ＴＤＭＡおよび同期ＣＤＭＡを利用し、高いスペクトル効率および高いサービス柔軟性を可能にする。ＴＤ−ＳＣＤＭＡのＵＥシステムでは、ＵＥがノードＢから受信する信号に同期することが非常に重要である。一般的に、信号の同期は、初期同期と同期追跡の２つの段階に分割することができる。同期の基本はチップ・レベルでの同期である。図１に示しているように、ノードＢのそれぞれのチップは、整形フィルタを使用して、ＩＳＩなしの波形に整形されている。ＲＲＣフィルタの波形関数をｆ（ｔ）で示す。ＵＥシステムでは、最大ＳＩＮＲＮを取得するため、ＵＥは、図１の時間＝０に対応する、チップ波形のピーク部分でサンプリングをする必要がある。ＴＤ−ＳＣＤＭＡの場合、フレーム長が１０ｍｓの各無線フレームには、２つのサブフレームがある。サブフレームのフォーマットを図２に示している。サブフレームには、７つの普通のタイム・スロットと２つの特別なタイム・スロットがある。２つの特別なタイム・スロットには、ＤｗＰＴＳとＵｐＰＴＳとが含まれる。図３には、普通のタイム・スロットの構造を示している。１つのタイム・スロットには２つのデータ部分があり、２つのデータ部分の真ん中に、ミッドアンブル部分がある。ミッドアンブルは、無線のマルチパスを推定するために使用され、ダウンリンクの同期を維持するためにも非常に重要なものである。

ダウンリンク信号の初期同期を取得した後、ＵＥは同期を保持する段階に入る。ＵＥは、ローカル・タイマとノードＢからのダウンリンク信号との間の正確なタイム・オフセット情報を認識していないので、従来、Ｘ倍のサンプリング・レートが使用される。ここで、Ｘは、２以上の整数、すなわち、２、４、さらには８である。ＵＥはＲＲＣフィルタを使用してサンプル・ストリームのフィルタリングを行う。フィルタの出力はＳＹＮＣ−ＤＬの自動相関波形を整形する。最高のピークは、ほとんどの場合、同期ポイントに対応する。この方法を使用すると、同期時間のエラーは[−Ｔ_ｃ／２Ｘ、Ｔ_ｃ／２Ｘ]以内になるはずである。「アーリィ／レイト・ゲート」は、上記理論により、一般的に実施されているように思われる。一般的に使用されている別の同期方法は、「τディザリング・ループ」である。

サンプル倍数Ｘの値が多くなると、Ａ／Ｄコンバータの速度要件も上昇するので、バッファ・サイズの拡張と複雑な計算が必要とされる。その結果、ハードウェア・システムのコストやＡ／Ｄ変換の処理量も上昇する。そのため、一般的には、サンプル倍数は少ない方が良いが、サンプル倍数が少なすぎると、同期の正確さが低下することになる。上記のことから、Ｘは４に設定されることが多い。

本発明の目的は、新しい組み合わせサンプリング方法を提供して、ＴＤ−ＳＣＤＭＡタイム・スロットのミッドアンブル部分のサンプリングをすることに関する技術的問題を解決することである。この方法では、サンプリング倍数が１の場合でも、システムは、かなりの同期追跡性能を保持することになる。サンプリング倍数が１、すなわち、[−Ｔ_ｃ／２，Ｔ_ｃ／２]内の実際のオフセットの場合、粗い同期が確保される。

本発明の技術的プロジェクトには、以下のステップが含まれる。
ａ．ミッドアンブルを２つの部分に分割し、次に、ミッドアンブルの第１の部分と第２の部分をそれぞれ検出する。
ｂ．上記の２つの部分とローカル・ミッドアンブルに対応する部分とで自動相関動作を行い、２つのピークを取得する。
ｃ．２つのピークを比較する。
ｄ．比較結果に基づいて、ローカル・タイマを進めるか、遅らせるかを決定する。

ミッドアンブルを検出するための前記サンプル・タイム・ポイントは以下のとおりである。
１．３５３≦ｎ≦４９６でｎが偶数の場合、サンプル・タイム・ポイントは（ｎ−Ω）Ｔ_ｃ；
２．３５３≦ｎ≦４９６でｎが奇数の場合、サンプル・タイム・ポイントは（ｎ＋Ω）Ｔ_ｃ；
ここで、Ωの方が小さな値である必要がある。Ωが大きすぎると、図８で示している自動相関ピークは、減少し、チャネルの検出に不利になる。Ω値の選択の原則は、Ωが１／４未満のランダムな値ということである。この方法では、（ｎ＋Ω）Ｔ_ｃと（ｎ−Ω）Ｔ_ｃとの間の時間差は、チップ期間の半分より少なく、ミッドアンブル{ｍ１，ｍ２，ｍ３，．．．ｍ１４４}は、奇数部分{ｍ１，ｍ３，ｍ５，．．．ｍ１４３}と、偶数部分{ｍ２，ｍ４，ｍ６，．．．ｍ１４４}とに分割される。整合フィルタを使用して、ミッドアンブルの奇数部分および偶数部分を検出し、２つのピークを取得し、それから、２つのピーク振幅を比較する。後者が前者より高い場合、ローカル・タイマをΩＴ_ｃだけ進める。反対に、前者が後者より高い場合、タイマを−ΩＴ_ｃだけ進める。さらに前記ミッドアンブルは、ダウンリンクの同期シーケンスである。

以下の部分では、１６番目のミッドアンブルを例示している。他の信号シーケンスを使用しても、結果は同じである。奇数部分および偶数部分には同じ自動相関ピークがあり、そのピークは信号シーケンス全体の自動相関ピークの半分なので、サンプリング・オフセットはτであるとする。通常のサンプリング方法を採用する場合、ミッドアンブルの自動相関のピークは、ｆ（τ）に正比例する。しかし、本発明の組み合わせサンプリング方法を採用する場合、ミッドアンブルの自動相関のピークは[ｆ（τ＋Ω）＋ｆ（τ−Ω）]／２に比例にする。そのため、組み合わせサンプリングにより誘発されるチャネル検出の正規化エラーは以下のようになるはずである。
２ｆ（τ）／[ｆ（τ＋Ω）＋ｆ（τ−Ω）]，−Ｔ_ｃ／２＜τ＜Ｔ_ｃ／２ （１）
以上のように、両者は、後者のピーク振幅が前者のものよりわずかに少ないことを除き、ほとんど同じである。通常の方法と比較すると、新しい組み合わせサンプリング方法は、ミッドアンブルを使用し、チャネル検出のＳＮＲをほんのわずかながら損なうだけである。この新しい方法を使用することにより、サンプル頻度は、チップ・レートの一度だけに低減化することができ、同時に、ＴＤ−ＳＣＤＭＡはダウンリンクの同期を追跡する機能を維持することができる。このように、より低価格のＡ／Ｄコンバータを採用したり、バッファ・サイズも大幅に少なくしたりすることができる。追跡エラーは、ほとんど[−Ｔ_ｃ／１６，Ｔ_ｃ／１６]の内に収まり、これは、通常の方法で、Ｘ＝８を採用した場合のエラーと同じである。

初期設計において、Ωは１／１６に設定されている。Ａ／Ｄコンバータへのトリガ・パルスを制御することによって、１つのタイム・スロットの８６４チップすべてに対するサンプリング・タイム・ポイントは以下のとおりになる。
１．１≦ｎ≦３５２の場合、サンプリング・タイム・ポイントはｎＴ_ｃ
２．３５３≦ｎ≦４９６で、ｎが偶数の場合、サンプリング・タイム・ポイントはｎＴ_ｃ
３．３５３≦ｎ≦４９６で、ｎが奇数の場合、サンプリング・タイム・ポイントはｎＴ_ｃ
４．４９７≦ｎ≦８６４の場合、サンプリング・タイム・ポイントはｎＴ_ｃ

前記ｎは、チップの位置、前記Ωは１／４未満のランダムな値、前記Ｔ_ｃはチップ期間である。この例では、前記ミッドアンブルはミッドアンブルである。ミッドアンブル{ｍ１，ｍ２，ｍ３，．．．ｍ１４４}は、奇数部分{ｍ１，ｍ３，ｍ５，．．．ｍ１４３}と、偶数部分{ｍ２，ｍ４，ｍ６，．．．ｍ１４４}とに分割される。整合フィルタを使用して、ミッドアンブルの奇数部分と偶数部分とを検出し、２つのピークを取得し、次に、２つのピーク振幅を比較する。後者（偶数部分）が前者（奇数部分）より高い場合、ローカル・タイマをＴ_ｃ／１６だけ進め、反対に、前者が後者より高い場合、タイマを−Ｔ_ｃ／１６だけ進める。前記信号シーケンスは、ミッドアンブルとすることも、また、ダウンリンクの同期シーケンスとすることができる。

上記方法によれば、奇数部分（および偶数部分）の自動相関のピークが、ミッドアンブル全体のピークの半分の振幅なので、雑音のある環境では、奇数部分（および偶数部分）のＳＮＲはミッドアンブル全体のＳＮＲより低い３ｄＢである。このために、奇数部分および偶数部分の自動相関ピーク振幅の比較で、エラーが増加する可能性がある。次に、本発明の方法の実現可能性を説明するための１つの例を取り上げることにする。

ある乗り物が毎時１２０ｋｍで走行しており、各サブフレーム時間（５ｍｓ）に０．１６７ｍ移動するものとする。ＵＥとノードＢの間の距離が、移動のために変化するとき、ＵＥはＴ_ｃ／１６だけローカル・ダウンリンク・タイマを進めるか、遅らせるかする必要がある（チップ・レートは１．２８Ｍ、Ｔ_ｃ＝７８１ｎｓ）。期間時間Ｔ_ｃ／１６の間に、無線波は３００，０００ｋｍ／ｓで、１４．５ｍの距離を伝播することができる。このことは、移動のために、ＵＥが本当にローカル・ダウンリンク・タイマを進めるか、遅らせるかする必要がある場合、[１４．６５／０．１６７]＝８７のサブフレームものところで、奇数部分と偶数部分との自動相関ピークの比較をした後、決定をすることができることを意味する。１つのサブフレームには少なくとも２つのダウンリンク・タイム・スロットがあり、そのため、８７のサブフレームでは、決定するために使用可能なミッドアンブルが少なくとも１７４ある。このため、ほとんど、エラーなしの決定が行われる。

上記推論によれば、１７４もの比較結果が入手できる。[１７４（１＋△）／２]＝Ｎ_Ｔを超える結果が正の数の場合、ローカル・タイマはＴ_ｃ／１６進められ、反対の場合、ローカル・タイマはＴ_ｃ／１６遅らされる。ここで、[・]は同じくらいの整数を意味している。Ｎ_Ｔを超える正の数または負の数の比較結果がない場合、ローカル・タイマは調製されないままである。ここで、△は、ローカル・タイマの不必要なゆれを防止するために使用される保護マージンである（次の数学的な解析では、△は０．１に設定されている）。

その乗り物の速度が毎時１２０ｋｍ未満の場合、ＵＥは、１７４を超える奇数および偶数部分の自動相関ピークを比較してから、決定することができる。この結果、性能は向上することになる。

図５に示すように、△は奇数のサンプリング・ポイントを表し、▽は偶数のサンプリング・ポイントを表す。現在のデータ部分のサンプリング・ポイントには、−Ｔ_ｃ／２＜Ｔ_{ｏｆｆｓｅｔ}＜Ｔ_ｃ／２のオフセットＴ_{ｏｆｆｓｅｔ}があるとすると、その結果、正確に追跡すると、ローカル・タイマを±Ｔ_ｃ／１６だけ、正確な方向へ進めることになる。このように、正確な追跡は、本発明を実施することの重要な前提条件である。

解析で選択されたパラメータはおそらく最良のものではないが（△の値、組み合わせたオフセットΩ、調整ステップＴ_ｃ／１６など）、実際の環境では、それらをより適切に機能するように調整することができる。

図６に示すように、ＴＤＤ無線システムでダウンリンクの同期追跡をするための装置には、順番に接続された以下のものが含まれている。
アナログ信号をデータ信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１
ミッドアンブルを奇数部分と偶数部分とに分割する分配器２
分配器２からの信号を一時的に保存する２つのＦＩＦＯメモリ３
メモリ３のミッドアンブルの奇数部分および偶数部分、ならびにローカル・ミッドアンブルのそれぞれ対応する部分に対して自動相関動作を行うドット・プロダクト４
両方の部分の自動相関ピークを比較する比較決定器５
決定結果により、進めるたり、遅らせたりすることを決定するローカル・タイマ６
前記ローカル・タイマ６の出力信号は、トリガ・メカニズム７を介してＡ／Ｄコンバータ１をトリガする。

図７には、ＴＤＤ無線通信のダウンリンク同期追跡のためのトリガ・メカニズム７を示している。トリガ・メカニズム７には、パルスを表示する第１のカウンタ７１、いくつかのスイッチ、チップ位置を表示する第２のカウンタ７２が含まれる。

前記スイッチは、第１のカウンタ７１パルスの表示および第２のカウンタ７２の位置表示により開閉する。前記第１のカウンタは１６進数である。前記スイッチには、第１のスイッチ７３、第２のスイッチ７４、および第３のスイッチ７５の３つのスイッチが含まれる。パルス表示が１５の場合、チップ位置の表示は３５３〜４９６の偶数で、第１のスイッチ７３が閉じ、パルス表示が１の場合、チップ位置の表示は３５３〜４９６の奇数で、第２のスイッチ７４が閉じ、パルス表示が０の場合、チップ位置の表示は１〜３５２、４９７〜８６４で、第３のスイッチ７５が閉じる。

本発明は上記方法および装置に限定されるわけではない。図６および図７で示した装置は、たとえば、他の方法を使用して前記ミッドアンブルを２つの部分に分割することもできるように、ソフトウェアを採用してその一部を実施することも可能である。そのため、当業者によって知られている、あらゆる技術的な変更も本発明の保護範囲にあたるものとされるべきである。

ＲＲＣ整形フィルタの応答を示す図である。 サブフレームの構造を示す図である。 タイム・スロットの構造を示す図である。 組み合わせたミッドアンブルを使用したチャネル推定のエラーを示す図である。 現在のデータ部分のサンプリング・ポイントのオフセットを示す図である。 ＴＤＤ無線通信システムのダウンリンクの同期追跡に関する装置で実施される、本発明を実行する具体的な形態を示す図である。 図６に示している装置におけるトリガ装置で実施される本発明を実行する具体的な形態を示す図である。

Claims (18)

1. ＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法であって、
   前記方法は、ＵＥシステムの端末で使用され、
   ａ．ミッドアンブルを２つの部分に分割し、次いで、前記ミッドアンブルの第１の部分と第２の部分を１つずつ検出することと、
   ｂ．上記の２つの部分とローカル・ミッドアンブルに対応する部分とで自動相関特性動作を行い、これにより、２つのピークが取得されることと、
   ｃ．前記２つのピークの振幅を比較することと、
   ｄ．比較の結果に基づいて、ローカル・タイムを進めるか、遅らせるかを確認することと、
   を備えることを特徴とする方法。
2. ミッドアンブルを検出する前記サンプル頻度が、ＴＤ−ＳＣＤＭＡシステムのチップ・レートの１回だけであることを特徴とする請求項１に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
3. 同じ長さを有する２つの部分に前記ミッドアンブルが分割されることを特徴とする請求項１に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
4. 前記ミッドアンブルが奇数部分と偶数部分とに分割されることを特徴とする請求項２に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
5. ミッドアンブルを検出するための前記サンプリング・タイム・ポイントが、
   ｎが偶数の場合、（ｎ−Ω）Ｔ_ｃで、
   ｎが奇数の場合、（ｎ＋Ω）Ｔ_ｃであり、ここで、
   ｎはチップの位置、Ωは１未満に設定された値、Ｔ_ｃはチップの倍数であることを特徴とする請求項４に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
6. 偶数部分のピーク振幅が奇数部分のピーク振幅より高い場合、ローカル・タイマを＋Ｔ_ｃ／１６だけ進め、奇数部分のピーク振幅が偶数部分のピーク振幅より高い場合、ローカル・タイマを−Ｔ_ｃ／１６だけ進めることを特徴とする請求項４に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
7. ＵＥとノードＢとの間の距離が移動のために変化する場合、ＵＥは、Ｍ個と同数のサブフレームで奇数部分と偶数部分との自動相関ピークの比較を行い、Ｍ個と同数の比較結果が入手でき、その後に、正の結果が設定値より多い場合には、ローカル・タイマをΩＴ_ｃ進め、反対の場合には、ローカル・タイマをΩＴ_ｃ遅らせる決定ができることを特徴とする請求項４に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
8. 正の結果の数および負の結果の数のいずれも設定値以下である場合、ローカル・タイマが変化させられないままであることを特徴とする請求項７に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
9. 前記設定値が[Ｍ（１＋△）／２]であり、ここで、△が保護マージンであることを特徴とする請求項７に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
10. 前記Ωが１／４未満であることを特徴とする請求項５に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
11. 前記△が０．１であることを特徴とする請求項９に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
12. 前記ミッドアンブルがダウンリンクの同期であることを特徴とする請求項１に記載のＴＤＤ無線通信の同期追跡を維持する方法。
13. ＴＤＤ無線通信のＵＥシステムの端末であって、
    ミッドアンブルを２つの部分に分割する分配器と、
    上記の２つの部分とローカル・ミッドアンブルに対応する部分とで自動相関特性動作を行うドット・プロダクトと、
    ２つのピークの振幅を比較する比較器と、
    前記比較の結果に基づいて進めたり、遅らせたりすることを決定するローカル・タイマと、
    を備え、
    各機器が１つずつ接続されていることを特徴とする端末。
14. 前記分配器が、同じ長さを有する２つの部分にミッドアンブルを分割する、ことを特徴とする請求項１３に記載のＴＤＤ無線通信のＵＥシステムの端末。
15. 前記ミッドアンブルが奇数部分と偶数部分とに分割されることを特徴とする請求項１４に記載のＴＤＤ無線通信のＵＥシステムの端末。
16. 前記比較器が、偶数部分のピーク振幅が奇数部分のピーク振幅より高い場合、ローカル・タイマをΩＴ_ｃだけ進め、奇数部分のピーク振幅が偶数部分のピーク振幅より高い場合、ローカル・タイマをΩＴ_ｃだけ進めるように比較を行い、ここで、前記Ωが１未満の設定値で、Ｔ_ｃがチップの倍数であることを特徴とする請求項１３に記載のＴＤＤ無線通信のＵＥシステムの端末。
17. 前記ミッドアンブルがダウンリンクの同期であることを特徴とする請求項１３に記載のＴＤＤ無線通信のＵＥシステムの端末。
18. 前記Ωが１／４未満であることを特徴とする請求項１３に記載のＴＤＤ無線通信のＵＥシステムの端末。

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