JP2007513542A - 無線通信でのアップリンク同期のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）システムにおける複数の無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）からＮｏｄｅ−Ｂへのアップリンク（ＵＬ）伝送のアップリンク同期のための方法およびシステム。Ｎｏｄｅ−Ｂは、ＵＬ同期（ＳＹＮＣ＿ＵＬ）シーケンスを含む、ＷＴＲＵからの伝送信号を受信する。サンプラが、その伝送信号をチップレートより高いサンプリングレートでサンプリングする。そのサンプルをダウンサンプリングし、ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスがより低いレートで検出される。検出されたＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの有効パスの初期位置が判定され、その有効パスの初期位置に基づいて有効パスの最終位置が判定される。この有効パスの最終位置が量子化され、ＵＬ伝送タイミングを調整するために、Ｕｐ−ＰＣＨＰＯＳがＷＴＲＵに伝送される。

Description

本発明は無線通信に関する。より詳細には、本発明は、無線通信でのアップリンク（ＵＬ）同期（uplink (UL) synchronization）のための方法およびシステムである。

ＵＬ同期とは、複数の無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）からのＵＬ伝送がＮｏｄｅ−Ｂに同じタイミングで到達するように、セル内のＷＴＲＵの伝送時間を制御する手順である。一般に、１つのＮｏｄｅ−Ｂがカバーするセル内で、各ＷＴＲＵは、それぞれ異なる伝播遅延をもつ。したがって、同期機構を使用しなければ、複数のＷＴＲＵからのＵＬ伝送は異なるタイミングでＮｏｄｅ−Ｂに到達し、それによりセル内干渉が増大してしまう。ＵＬ伝送が互いに足並みを揃えると、拡散コードが直交することにより、セル内干渉はかなり低減する。

ＷＴＲＵに電源が入ると、ＷＴＲＵはまず、ダウンリンク（ＤＬ）パイロットチャネル（DL pilot channel）（ＤｗＰＣＨ）で伝送されるＤＬ同期（DL synchronization）（ＳＹＮＣ＿ＤＬ）シーケンスを利用して、セルとのＤＬ同期を確立する。ＷＴＲＵは、ＤＬ同期を確立して初めて、ＵＬ同期手順を開始することができる。ＵＬ同期はランダムアクセス手順（random access procedure）の間に達成され、したがってＵＬパイロットチャネル（UL pilot channel）（ＵｐＰＣＨ）および物理ランダムアクセスチャネル（physical random access channel）（ＰＲＡＣＨ）を必要とする。

ＷＴＲＵがＤＬ同期を確立し、Ｎｏｄｅ−Ｂからダウンリンク信号を受け取ることができても、ＷＴＲＵとＮｏｄｅ−Ｂとの間の距離はまだ不確かなままである。これが同期のとれていないＵＬ伝送をもたらす。したがって、ＷＴＲＵからの最初のＵＬ伝送は、トラフィックタイムスロット（traffic time slots）内での干渉を低減するために、特別なタイムスロット、すなわちアップリンクパイロットタイムスロット（uplink pilot time slot）（ＵｐＰＴＳ）に限定される。

呼（call）を開始するために、ＷＴＲＵはまず、ＵｐＰＣＨを介してＵＬ同期（ＳＹＮＣ＿ＵＬ）シーケンスをＮｏｄｅ−Ｂに送信する。利用可能なＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスはＤｗＰＣＨを介して同報通信される。現在の３ＧＰＰ（third generation partnership project、第３世代移動体通信規格化プロジェクト）規格では、８つのＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスがＮｏｄｅ−Ｂで利用可能である。ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの初期伝送では、ＵｐＰＣＨに開ループＵＬ同期制御（open loop UL synchronization control）が使われる。ＷＴＲＵは、受信したプライマリ共通制御物理チャネル（primary common control physical channel）（Ｐ−ＣＣＰＣＨ）および／またはＤｗＰＣＨで測定された経路損失に基づいて伝播遅延Δｔ_ｐを推定する。しかし、この電波遅延の推定は正確でないか、または信頼できるものでない。

探索窓（searching window）でＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを検出した後、Ｎｏｄｅ−ＢはＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスのＵＬ伝送のタイミングを評価し、次の伝送でそのＵＬ伝送タイミングを修正できるように、ＷＴＲＵに調整情報を送ることによって応答する。これは、後続の４つのサブフレーム内で、高速物理アクセスチャネル（fast physical access channel）（ＦＰＡＣＨ）を使って行われる。ＦＰＡＣＨ送信後に、ＵＬ同期は確立される。ＵＬ同期手順はまた、ＵＬが同期をとれなくなったときに、ＵＬ同期を再確立するために利用される。

本発明は、複数のＷＴＲＵからＮｏｄｅ−ＢへのＵＬ無線伝送のＵＬ同期のための方法およびシステムである。Ｎｏｄｅ−Ｂは、ＷＴＲＵからＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを含む伝送信号（transmission）を受け取る。サンプラが、その伝送信号をチップレートより高いサンプリングレートでサンプリングする。このサンプルをダウンサンプリングし、ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスをより低いレートで検出する。検出されたＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの有効パスの最初の位置（first significant path location）を判定し、その有効パスの最初の位置に基づいて、有効パスの最終位置（final significant path location）が判定される。この有効パスの最終位置が量子化され、ＷＴＲＵのＵＬ伝送タイミングを調整するために、ＵＬタイミング情報（UL timing information）（ＵｐＰＣＨｐｏｓ）がＷＴＲＵに送信される。

本発明を、図面を参照しながら説明する。全体を通じて同じ番号は同じ要素を表す。

以下では、用語「無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）」は、ユーザ端末（user equipment）、移動局（mobile station）、固定もしくは移動加入者ユニット（fixed or mobile subscriber unit）、ポケットベル（pager）、あるいは無線環境で動作可能なその他どんなタイプのデバイスも含むが、それだけには限らない。以下で言及する場合、用語「Ｎｏｄｅ−Ｂ」は、基地局（base station）、サイトコントローラ（site controller）、アクセスポイント（access point）、あるいは無線環境内のその他どんなタイプのインターフェースデバイス（interfacing device）も含むが、それだけには限らない。

本発明の特徴は、集積回路（ＩＣ）に組み込むことができ、相互接続された複数の構成要素を備える回路として構成することもできる。

本発明の好ましい実施形態を、現在の３ＧＰＰ規格を参照しながら説明する。しかし、以下に記載する具体的なサンプリングレート、処理レート、あるいは何らかの数値は、本発明の好ましい実施形態の限定ではなく、単に例として示したものに過ぎず、その他のどんなサンプリングレート、処理レート、あるいは数値も、本発明の教示を実施する際に使用できることを理解されたい。

図１は、本発明によるＵＬ同期のための装置１００のブロック図である。装置１００は、受信器１０２、サンプラ１０４、ダウンサンプラ１０６、第１相関器１０８、処理ユニット１１０、第２相関器１１２、および量子化器１１４を含む。

ＷＴＲＵは、ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）を介してメッセージを送信する前に、ＵｐＰＣＨでＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスをＮｏｄｅ−Ｂに送信する。Ｎｏｄｅ−Ｂは、そのＵｐＰＣＨをモニタして、ＷＴＲＵから送信されたＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを検出する。Ｎｏｄｅ−Ｂは、ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを検出すると、ＦＰＡＣＨを介して、検出したＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスへの応答を送信する。この応答は、ＵＬ同期情報であるＵｐＰＣＨｐｏｓ（ＷＴＲＵからのＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンス受信の、Ｎｏｄｅ−Ｂの参照時間に対する時間的乖離）を含む。ＷＴＲＵは、その応答を受信した後、応答メッセージに含まれているＵｐＰＣＨｐｏｓに従ってＵＬ伝送を同期させる。

受信器１０２は、ＷＴＲＵからＵｐＰＣＨを介して伝送信号を受け取り、それをサンプラ１０４に送る。サンプラ１０４は、その伝送信号を、チップレート１／Ｔｃよりかなり高いレートでサンプリングする。現在の３ＧＰＰ規格では、ＵＬ同期はＴｃ／８の解像度で制御される。したがって、サンプラ１０４は、伝送信号をチップレートの８倍、８／Ｔｃでサンプリングすることが好ましい。サンプラ１０４は、サンプル済みデータを、ダウンサンプラ１０６と第２相関器１１２の両方に出力する。

ダウンサンプラ１０６は、サンプル済みデータをより低いレート、好ましくはチップレート１／Ｔｃでダウンサンプリングする。好ましい実施形態によれば、ダウンサンプラ１０６は８サンプルから１つ選択する。ダウンサンプリングされたサンプルは、第１相関器１０８に送られる。

第１相関器１０８は、ダウンサンプリングされたサンプルと、複数のＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスそれぞれの相関をとる。現在の３ＧＰＰ規格では、８つのＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスが各Ｎｏｄｅ−Ｂに割り当てられている。したがって、第１相関器１０８は、８つのＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスそれぞれとの相関結果を生成することが好ましいが、必ずしも特定の数のシーケンスが必要なわけではない。

初めに、ＷＴＲＵはＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスのＵＬ伝送タイミングを、測定されたＤｗＰＣＨおよび／またはＰ−ＣＣＰＣＨの伝播遅延に基づいて判定する。この初期遅延測定値は、第１相関器１０８の探索サイズを絞るために使用される。しかし、これはそれほど信頼性が高くはない。したがって、第１相関器１０８は、セルのサイズ全体をカバーする必要がある。例えば半径１１．５ｋｍのセルは、チップレート１．２８Ｍｃｐｓの場合で約４９チップに相当する。Ｎｏｄｅ−Ｂは双方向の伝播遅延を観測するので、最悪の場合、第１相関器１０８用の探索窓のサイズは９８チップ超としなければならない。第１相関器１０８の出力は、遅れ位置（lag positions）と、対応する複素数値の相関結果（corresponding complex valued correlation results）とからなる。この出力を、初期チャネル推定（initial channel estimate）として使用することができる。

相関結果は処理ユニット１１０に出力される。処理ユニット１１０は、何らかのＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスが検出されたかどうか判定する。ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを検出する際、処理ユニット１１０は、各ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの平均信号電力（average signal power）を計算し、それをノイズ閾値と比較する。各ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの平均信号電力がノイズ閾値より高い場合、処理ユニット１１０は、第２相関器１１２にＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスが検出されたことを出力する。各ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの平均信号電力がノイズ閾値より高くない場合、処理ユニット１１０はそれ以上の動作は行わず、受信器がＵｐＰＣＨのモニタを続ける。処理ユニット１１０はまた、検出されたＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの第１有効パスの初期位置（initial first significant path location）（ＩＦＳＰＬ）を判定する。第１有効パス（ＦＳＰ）とは、ノイズ閾値より高い、チャネルインパルス応答（channel impulse response）における（時間的に）最初のパスである。ＩＦＳＰＬはチップレートの解像度（chip rate resolution）で判定される。

現在の３ＧＰＰ規格では、ＵＬ同期に要する最小ステップサイズはＴｃ／８である。したがって、Ｎｏｄｅ−ＢはＵＬタイミング情報（ＵｐＰＣＨｐｏｓ）を、好ましくはＴｃ／８の解像度で判定する必要がある。第２相関器１１２は、チップレートの８倍のレートでサンプリングされたサンプルをサンプラ１０４から受け取り、そのサンプルと、検出されたＩＦＳＰＬ周辺のＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの相関をとる。第２相関器１１２は、セルのサイズ全体ではなく、検出されたＩＦＳＰＬ周辺だけで相関をとるので、第２相関器１１２での相関ははるかに素早く実施される。第２相関器１１２は、第１有効パスの最終位置（ＦＦＳＰＬ）をＴｃ／８の解像度で判定する。

装置１００はさらに、任意選択で、ＦＦＳＰＬを量子化するための量子化器１１４を備えることもできる。現在の３ＧＰＰ規格では、ＵｐＰＣＨｐｏｓは、Ｔｃ／８のステップサイズで、１１ビットで符号化される。量子化器１１４は、ＦＦＳＰＬをＴｃ／８の最も近い倍数に量子化する。この量子化された値は、検出されたＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスのＵｐＰＣＨｐｏｓに変換され、次のＵＬ伝送のＵＬ同期のためにＷＴＲＵに送信される。

図２は、本発明によるアップリンク同期のための処理２００の流れ図である。処理２００は、２つの主要なステップを含む。まず、ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスのＩＦＳＰＬを判定し(ステップ２１０)、次いでＩＦＳＰＬ周辺にズームインし、より高い解像度探索（resolution search）を実施してＦＦＳＰＬを求める（ステップ２１２）。処理２００は、ＵＬ伝送信号がＵｐＰＣＨを介して受け取られたとき、開始される（ステップ２０２）。この伝送信号が、サンプラによって、好ましくはチップレートの８倍のレートでサンプリングされる(ステップ２０４)。サンプル済みデータは、好ましくはチップレートにダウンサンプリングされる(ステップ２０６)。このダウンサンプリングされたデータは、ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスと相関をとられ、何らかのＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスが検出されたかどうかが判定される（ステップ２０８）。ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを検出する際、各ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの平均信号電力が計算され、ノイズ閾値と比較される。各ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの平均信号電力がノイズ閾値より高い場合、ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの検出が宣言され、ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの平均信号電力がノイズ閾値より高くない場合、処理はステップ２０２に戻り、ＵｐＰＣＨのモニタを続ける。ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスが検出されると、処理２００は先へ進み、検出されたＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスのＩＦＳＰＬを、好ましくはチップレートで判定する（ステップ２１０）。ＩＦＳＰＬが判定されると、ＦＦＳＰＬが、チップレートの８倍のレートでサンプリングされたサンプル済みデータとＩＦＳＰＬとを使って判定される（ステップ２１２）。ＦＦＳＰＬは量子化され、ＵｐＰＣＨｐｏｓに変換される。Ｎｏｄｅ−Ｂは、次回の伝送でＵＬ伝送タイミングの調整に利用できるように、ＷＴＲＵにＵｐＰＣＨｐｏｓを送信する(ステップ２１４)。

以上、本発明を、好ましい実施形態を参照しながら具体的に図示し説明してきたが、上記で説明した本発明の範囲を逸脱することなく、その形態および細部に様々な変更が加え得ることが、当業者には理解されよう。

本発明によるアップリンク同期のための装置のブロック図である。 本発明によるアップリンク同期のための処理の流れ図である。

Claims (12)

1. 符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線通信システムにおける無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）からＮｏｄｅ−Ｂへのアップリンク（ＵＬ）伝送を同期させる方法であって、
   （ａ）ＵＬ同期（ＳＹＮＣ＿ＵＬ）シーケンスを含む、ＷＴＲＵからの伝送信号を受信するステップと、
   （ｂ）前記伝送信号をあるサンプリングレートでサンプリングするステップと、
   （ｃ）前記サンプルをダウンサンプリングするステップと、
   （ｄ）前記ダウンサンプリングされたサンプルを処理することによって前記伝送信号中の前記ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを検出するステップと、
   （ｅ）前記検出されたＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの有効パスの初期位置を判定するステップと、
   （ｆ）前記検出された有効パスの初期位置を利用して前記サンプリングレートで有効パスの最終位置を判定するステップと、
   （ｇ）前記有効パスの最終位置に基づいて生成されたＵＬ同期調整メッセージを前記ＷＴＲＵに送信するステップと、
   （ｈ）ＵＬ伝送タイミングを前記ＷＴＲＵで調整するステップとを含むことを特徴とする方法。
2. 前記伝送信号は、ステップ（ｂ）でチップレートの８倍のレートでサンプリングされ、ステップ（ｃ）でチップレートで処理されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記有効パスの最終位置は、伝送のために量子化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記有効パスの最終位置は、１１ビットで量子化されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記ＵＬ伝送タイミングは、チップ持続時間の１／８だけ調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの平均信号電力がノイズ閾値より高い場合に、前記ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスは検出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線通信システムにおけるアップリンク（ＵＬ）同期のための装置であって、
   ＵＬ同期（ＳＹＮＣ＿ＵＬ）シーケンスを含む、無線送受信ユニット（ＷＴＲＵ）からの伝送信号を受信する受信器と、
   前記伝送信号から、あるサンプリングレートでサンプルを生成するサンプラと、
   前記サンプルを前記サンプリングレートより低いレートでダウンサンプリングするダウンサンプラと、
   ダウンサンプリングされたサンプルを処理することによって前記伝送信号中のＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを検出し、前記検出されたＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの有効パスの初期位置を判定する第１処理ユニットと、
   前記検出された有効パスの初期位置を利用して前記サンプリングレートで有効パスの最終位置を判定する第２処理ユニットと、
   前記有効パスの最終位置に基づいて生成されたＵＬ同期調整メッセージを前記ＷＴＲＵに送信して前記ＷＴＲＵのＵＬ伝送タイミングを調整するトランスミッタとを含むことを特徴とする装置。
8. 前記サンプラは、前記伝送信号をチップレートの８倍のレートでサンプリングすることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記有効パスの最終位置を量子化する量子化器をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記量子化器は、前記有効パスの最終位置を１１ビットで量子化することを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記ＵＬ伝送タイミングは、チップ持続時間の１／８だけ調整されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
12. 前記第１処理ユニットは、前記ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスの平均信号電力をノイズ閾値と比較することによって、前記ＳＹＮＣ＿ＵＬシーケンスを検出することを特徴とする請求項７に記載の装置。
    

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