JP2007525101A - 広帯域符号分割多重アクセスの2次同期チャネルの周波数ロバストな検出を行う方法および装置 - Google Patents

広帯域符号分割多重アクセスの2次同期チャネルの周波数ロバストな検出を行う方法および装置 Download PDF

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Abstract

開示する実施形態は、受信信号の相関を実行する方法および装置に関する。第1の相関器(108)は、受信信号の第1の特徴部の実数部について相関をとって、第1の実数相関信号を生成することができる。第2の相関器(110)は、受信信号の第1の特徴部の虚数部について相関をとって、第1の虚数相関信号生成することができる。第3の相関器(114)は、受信信号の第2の特徴部の実数部について相関をとって、第2の実数相関信号を生成することができる。第4の相関器(116)は、受信信号の第2の特徴部の虚数部について相関をとって、第2の虚数相関信号を生成することができる。論理部(118)は、第1の実数相関信号に対応する信号、第1の虚数相関信号に対応する信号、第2の実数相関信号および第2の虚数相関信号を結合して、周波数調整信号の実数部および周波数調整信号の虚数部を生成することができる。

Description

本発明は、受信した符号分割多重アクセス(CDMA)信号の処理に関する。
本項は、以下の説明および/または特許請求の範囲に記述する本発明の様々な態様に関係すると考えられる様々な態様の技術を読者に紹介することを目的とするものである。ここでの説明は、本発明の様々な態様に対する理解を深めるための背景情報を読者に与えるのに有効であると考えられる。従って、これらの記述は、こうした観点で読まれるべきものであり、従来技術を承認するものとして読まれるべきものではないことを理解されたい。
無線通信デバイスの製造業者らは、無線システムを設計する際に幅広い選択肢の中から伝送技術を選択することができる。いくつか例を挙げると、時分割多重アクセス(TDMA)や符号分割多重アクセスなどの技術がある。直接シーケンス・スペクトラム拡散技術で通常実施されるCDMAは、携帯電話などの通信システムで非常に普及している。
CDMAシステムでは、音声信号内の全ての音声ビットに対してコードまたはシンボルが割り当てられる。これらのシンボルは、一定の周波数スペクトルにわたって符号化され、受信機に伝送される。符号化されたCDMA信号は、受信されると、復号され再アセンブルされて、元の音声信号を表す信号になる。
受信したCDMA信号の処理においては、周波数オフセットが存在する場合に、長いシンボルを検出することが困難となることもある。周波数オフセットが存在する場合にはシンボルを構成するチップ(各チップは拡散コード中の1ビットに等しい)が回転しやすい可能性があるので、これらのチップが、1つのシンボルを構成する間に複素平面で完全に回転する可能性がある。これが起こると、これらのチップは、弱め合うように結合して、極めて小さな相関ピークしか生じない可能性がある。この問題を解決する1つの方法としては、周波数同期ブロックをハードウェアで実現する方法があるが、この解決策は、より大きな周波数オフセットを許容できるようにするためには費用がかかることがあり、望ましくない。さらに費用のかかるハードウェア解決策は存在しないので、受信機は、比較的小さな周波数オフセットが存在する場合に長いシンボルを検出することしかできない。比較的大きな周波数オフセットが存在する場合に長いシンボルを検出する改良された方法および装置があることが望ましい。
(発明の概要)
開示する実施形態は、受信信号の相関を実行する方法および装置に関する。第1の相関器は、受信信号の第1の特徴部の実数部について相関をとって、第1の実数相関信号を生成することができる。第2の相関器は、受信信号の第1の特徴部の虚数部について相関をとって、第1の虚数相関信号生成することができる。第3の相関器は、受信信号の第2の特徴部の実数部について相関をとって、第2の実数相関信号を生成することができる。第4の相関器は、受信信号の第2の特徴部の虚数部について相関をとって、第2の虚数相関信号を生成することができる。論理部は、第1の実数相関信号に対応する信号、第1の虚数相関信号に対応する信号、第2の実数相関信号および第2の虚数相関信号を結合して、周波数調整信号の実数部および周波数調整信号の虚数部を生成することができる。
以下では、本発明の1つまたは複数の具体的な実施形態について説明する。これらの実施形態についての説明を簡潔にするため、本明細書では、実際の実施態様の全ての特徴について説明しているわけではない。任意の工学プロジェクトまたは設計プロジェクトなど、いかなる実際の実施態様の開発においても、システム関係の制約およびビジネス関係の制約の順守など、実施態様ごとに様々になり得る開発者の特有の目的を達成するために、当該実施態様に特有の決定が数多くなされる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は、複雑且つ時間がかかることもあるが、本開示の特典を有する当業者にとっては、通常通りの設計、製作および製造の作業となるであろうことを理解されたい。
図1は、本発明の実施形態を利用することができる例示的なCDMA受信機を示すブロック図である。このCDMA受信機は、全体を参照番号10で示す。アナログCDMA信号は、受信された後で、アナログ・ディジタル変換器12によってディジタル信号に変換される。アナログ・ディジタル変換器12のディジタル出力は、整合フィルタ14に送出される。整合フィルタ14は、伝送信号の形状に一致した信号を生成する。
整合フィルタ14の出力は、タップ付き遅延線16に送出され、タップ付き遅延線16は、受信機の様々な構成要素に対して出力を供給する。タップ付き遅延線16の様々なタップは、CDMA受信機10の動作の同期をとるように調整することができる。
タップ付き遅延線16の1つの出力は、セル・サーチ・ブロック18に送出される。セル・サーチ・ブロックは、携帯電話などの移動端末を基地局と同期させるために、ユニバーサル移動通信システム(UMTS)/広帯域符号分割多重アクセス(WCDMA)などの第3世代(3G)の無線通信標準に準拠した受信機に実現することができる。セル・サーチ・ブロック18は、ユーザの電話が最初にオンになったとき、または基地局との同期が失われたとき(例えばトンネルを通過した後など)に、同期を実行することができる。
UMTS/WCDMA標準では、1次同期チャネル(SCH)および共通パイロット・チャネル(CPICH)はともに、256チップの長さを有する。1次SCHチャネルは、疎(sparse)なチャネルであり、各2560チップ・スロットの最初の256チップの間のデータのみを含む。同じデータがフレーム内の全てのスロットで繰り返され、全てのフレームは同じ1次SCHチャネルを搬送する。さらに、WCDMAシステムの全てのセルは、同じ1次SCHチャネルを伝送する。移動端末が1次SCHチャネルを獲得すると、受信機では、チップ、シンボルおよびスロットの同期が得られることになる。しかし、1次SCHは全てのスロットに同じデータを含むので、1フレーム内の全てのスロットが同じであり、従ってそれらを使用してフレーム開始位置を決定することができないことから、1次SCHを使用してフレーム同期を行うことはできない。
SCHチャネル(1次SCHおよび2次SCHの両方)のデータの符号を使用して、ダウンリンク1次共通制御物理チャネル(P−CCPCH)に対して時空間送信ダイバーシチ(STTD)符号化が使用されているか否かを移動端末に対して示す。これらのアルゴリズムは信号の相関の大きさのみを処理するものであるから、SCHチャネルの極性は、セル・サーチ・プロセスに影響を及ぼさない。
1次SCHチャネルで伝送される信号は、1次同期コード(PSC)と呼ばれ、階層ゴレイ・シーケンス(hierarchical Golay sequence)で構成される。このシーケンスが選択されたのは、良好な非周期的自己相関特性を有するからである。このシーケンスのもう1つの望ましい特徴は、複雑さの低い整合フィルタを使用して処理することができることである。整合フィルタの複雑さを軽減することができるのは、このシーケンスが階層の性質を有するからである。
2次SCHチャネルは、UMTSシステムの全てのセルで異なり、その目的は、受信機がフレーム同期を得、現在のセルで使用されているスクランブル・コード・グループを知る助けとなることである。1次SCHチャネルと同様に、2次SCHチャネルも、各スロットの最初の256チップの間にのみ伝送される。1つのフレームの各スロットは、2次同期コード(SSC)を含む。全体で16個のSSCが存在することができる。これらのSSCは、複素数値であり、アダマール・シーケンスに基づく。
CPICHは、現在のセルのスクランブル・コードでスクランブルされた既知のトレーニング・シーケンスを含む連続的なダウンリンク・パイロット信号である。使用されるトレーニング・シーケンスは、定数1+jである。SCHチャネルとは異なり、CPICHは、各フレームの持続時間全体にわたって伝送される連続的な信号である。正しいスクランブル・コード・グループが決定されると、受信機は、所与のコード・グループ内の8個の異なるスクランブル・コードのそれぞれを用いてCPICHに対する相関をとり、現在のセルに対する適切なスクランブル・コードを見つけ出すことができる。
セル・サーチ・ブロック18は、少なくとも2つの機能を実行する。第1に、セル・サーチ・ブロック18は、1次SCHチャネルを獲得してスロット同期を行う。UMTSフレーム(持続時間10ms)は、38400チップからなる。フレームは15個のスロットから構成され、各スロットの長さは2560チップである。セル・サーチ・ブロック18でスロット同期が得られた後は、CDMA受信機10はスロット境界を認識しているが、フレームの開始時についてはまだ認識していない。第2に、セル・サーチ・ブロック18はその後に2次SCHチャネルを獲得して、フレーム同期を行う。
同時に、2次SCHチャネルを獲得することにより、どのダウンリンク・スクランブル・コード・グループが伝送されているかが一意的に決定される。各コード・グループは、8個の可能なスクランブル・コードを含み、このブロックは、そのそれぞれに対して相関をとり、どのスクランブル・コードが最大のピークを有する(従って伝送されている可能性が最も高い)かを決定する。決定がなされると、CDMA受信機10のその他のブロックは、このスクランブル・コードを用いて基地局に同調することができる。セル・サーチ・ブロック18による2次SCHチャネルの識別については、以下で図2および図3を参照してさらに詳細に説明する。
タップ付き遅延線16は、第2の出力をサーチャ・ブロック20に送出する。スクランブル・コード生成器26も、サーチャ・ブロック20に信号を送出する。サーチャ・ブロック20は、受信したサンプルを様々に遅延させたスクランブル・コードに対して相関をとる。当該スクランブル・コードを様々にオフセットした相関出力をモニタすることにより、このブロックは、受信機がデータを受信することができるマルチパス信号を表すピークを探索する。
CDMA受信機10は、1〜Nの複数のフィンガ回路22、24を含むことができる。フィンガ回路22、24は、タップ付き遅延線16、スクランブル・コード生成器26および拡散コード生成器28からの入力を受信することができる。UMTSで必要とされるものなどの拡散スペクトラムCDMAシステムでは、データ・ビットを使用して、様々な長さの拡散コードを変調する。長さ256の拡散コードを1ビットで変調する場合には、データ・レートは低くなる(1ビットの送信に256チップかかるため)が、処理利得は高くなる(長さ256のシーケンスに対して相関をとることによる相関利得のため)。長さ4の拡散コードを1ビットで変調する場合には、データ・レートは高くなる(4チップごとに1ビット送信することができるため)が、処理利得は低くなる(短い4チップ・シーケンスに対して相関をとってもそれほどの相関利得がないため)。
各フィンガ回路22、24は、サーチャ・ブロック20が発見したピークにドロップ(drop)することができる。各フィンガ回路22、24は、受信サンプルと所与の量だけ遅延させたスクランブル・コードに対して相関をとる相関器を含むことができる。フィンガ回路22、24は、データを逆拡散することができる。
フィンガ回路22、24の出力は、極大比率コンバイナ(MRC)30に送出される。MRC30は、各フィンガ(同一のダウンリンク伝送信号の異なるマルチパス状態に対応する)からサンプルを得、これらのサンプルをそのパイロットの分だけ回転させて信号位相を整列させ、これらを結合して、CDMA受信機10によって処理される伝送シンボルの推定値を形成する。
セル・サーチ・ブロック18、サーチャ・ブロック20およびMRC30の出力は、さらに処理するために、組込み型プロセッサ(図示せず)に送出することができる。上述のように、図2は、さらに、受信したWCDMA信号の2次SCHチャネルの相関をとるセル・サーチ・ブロック18の動作を説明する図である。
図2Aおよび図2Bからなる図2は、本発明の1実施形態によるセル・サーチ・ブロックで利用することができる2次SCH相関ブロックを示すブロック図である。図2Aおよび図2Bの何れにおいても、2次SCH相関ブロックは、その全体を参照番号100で示してある。2次SCH相関ブロック100は、1次SCHチャネルについての相関の出力を使用して、2次SCHチャネルについての相関の第2のステージを行う前に適用される周波数調整量を導出することができる。従って、第2のSCH検出アルゴリズムは、通常生じうる周波数オフセットよりはるかに大きな周波数オフセットがある状態で作用する可能性がある。
まず図2Aを参照すると、2次SCH相関ブロック100は、その動作の同期をとるためのクロック信号102を含む。また、例えば初期化時に2次SCH相関ブロック100をリセットするために使用することができるリセット信号104も含まれる。
2次SCHチャネルは、階層シーケンスとして設計される。このチャネルの受信は、最初に階層シーケンスの1つに対して相関をとることによって行われる。次いで、この相関器の出力について、第2の階層シーケンスに対して相関をとる。通常は、第1の相関は、2次SCHチャネルのbシーケンス(UMTS/WCDMA標準において定義される)に関するものであり、第2の相関は、Hzシーケンス(UMTS/WCDMA標準において定義される)に関するものである。
ダウン・サンプル・ブロック106は、(例えばタップ突き遅延線16(図1)から)受信サンプルを受信する。受信サンプルは、実数部(rx_samp_re)および虚数部(rx_samp_im)を含むことができる。ダウン・サンプル・ブロック106の出力の実数部(downsample_re)は、PSC相関器108およびSSC・b相関器114に送出される。ダウン・サンプル・ブロック106の出力の虚数部(download_im)は、PSC相関器110およびSSC・b相関器116に送出される。PSC相関器108の出力(psc_corr_re)およびPSC相関器110の出力(psc_corr_im)は、PSC周波数調整ブロック112に送出される。
PSC周波数調整ブロック112の出力は、実数部(freq_adj_re)および虚数部(freq_adj_im)を含み、乗算器118に送出される。SSC・b相関器114およびSSC・b相関器116の出力も、乗算器118に送出される。
PSC相関器108および110は、1次SCHチャネルのaシーケンス(UMTS/WCDMA標準において定義される)に対して相関をとる。この相関は、SSC・b相関器114および116の動作と同時に行われる。PSC周波数調整ブロック112は、複素数値サンプル(SSC・bシーケンス相関周期ごとに1つ)を計算し、この複素数値サンプルは、乗算器118でSSC・b相関器の出力と乗算され、その後、乗算器118の出力が、SSC・Hz相関器(図2B参照)によってさらに処理するために送出される。この調整因子は、サンプルを回転させて、周波数オフセットによる回転を補正するものである。
図2Bを参照すると、乗算器118の出力の実数部(mult_re)は、SSC・Hz相関器120に送出され、乗算器118の出力の虚数部(mult_im)は、SSC・Hz相関器122に送出される。SSC・Hz相関器120の出力(psc_corr2_re)およびSSC・Hz相関器122の出力(psc_corr2_im)は、非干渉性コンバイナ124に送出される。非干渉性コンバイナ124の出力(combiner_out)は、フレーム・バッファ・アキュムレータ126に送出される。
フレーム・バッファ・アキュムレータ126の出力(accum_out)は、SSCピーク・ロケータ128に送出される。SSCピーク・ロケータ128の出力(ssc_peaks)は、SSCピーク検出器130に送出される。SSCピーク検出器130は、scram_code_groupおよびslot_offsetを出力し、これらの出力がさらなる処理に使用される。
図3は、本発明の1実施形態によるPSC周波数調整ブロックを示すブロック図である。図3に示すPSC周波数調整ブロックは、PSC周波数調整ブロック112(図2)に相当するものであるため、参照番号112で示してある。
PSC周波数調整ブロック112は、PSC相関器108から信号psc_corr_reを受信し、PSC相関器110から信号psc_corr_imを受信する。信号psc_corr_reは、複素乗算ブロック204に送出される。信号psc_corr_imは、符号フリップ・ブロック202に送出され、符号フリップ・ブロック202は、信号psc_corr_imの複素共役を決定する。符号フリップ・ブロック202の出力は、複素乗算ブロック204に送出される。複素乗算ブロック204は、受信した信号に、記憶した第2レイヤのPSCシーケンス206を乗算する。この記憶したシーケンスは、図3に示すように、16個のサンプルを含むことができる。
複素乗算ブロック204の実数出力は、図2Aに示す信号freq_adj_reに対応する。複素乗算ブロック204の出力の虚数部は、その複素共役を求める符号フリップ・ブロック208に送出される。符号フリップ・ブロック208の出力は、図2Aに示す信号freq_adj_imに対応する。
本発明は、様々な変更を加えることができ、また様々な代替形態を有することができるが、例示を目的として具体的な実施形態を図面に示し、本明細書で詳細に説明した。ただし、本発明は、開示した特定の形態に限定されるものではないことを理解されたい。本発明は、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の趣旨および範囲内に含まれる全ての変形形態、均等物および代替物をカバーするものである。
本発明の実施形態を利用することができる例示的なCDMA受信機を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるセル・サーチ・ブロックで利用することができる2次同期チャネル相関ブロックを示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるセル・サーチ・ブロックで利用することができる2次同期チャネル相関ブロックを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による1次同期コード(PSC)周波数調整ブロックを示すブロック図である。

Claims (20)

  1. 受信信号の相関を実行する装置であって、
    前記受信信号の第1の特徴部の実数部について相関をとって、第1の実数相関信号を生成する第1の相関器108と、
    前記受信信号の前記第1の特徴部の虚数部について相関をとって、第1の虚数相関信号を生成する第2の相関器110と、
    前記受信信号の第2の特徴部の実数部について相関をとって、第2の実数相関信号を生成する第3の相関器114と、
    前記受信信号の前記第2の特徴部の虚数部について相関をとって、第2の虚数相関信号を生成する第4の相関器116と、
    前記第1の実数相関信号に対応する信号、前記第1の虚数相関信号に対応する信号、前記第2の実数相関信号および前記第2の虚数相関信号を結合して、周波数調整信号の実数部および前記周波数調整信号の虚数部を生成する論理部118とを含む、前記装置。
  2. 前記第1の実数相関信号および前記第2の実数相関信号を受信し、前記第1の実数相関信号に対応する前記信号および前記第1の虚数相関信号に対応する前記信号を生成する周波数調整ブロック112をさらに含む、請求項1に記載の装置。
  3. 前記周波数調整ブロックが、1次同期コード(PSC)周波数調整ブロックを含む、請求項2に記載の装置。
  4. 前記第1の相関器および前記第2の相関器が、1次同期コード(PSC)相関器を含む、請求項1に記載の装置。
  5. 前記第3の相関器および前記第4の相関器が、2次同期コード(SSC)b相関器を含む、請求項1に記載の装置。
  6. 前記第1の特徴部が、1次SCHチャネルのaシーケンスに対応する、請求項1に記載の装置。
  7. 前記第2の特徴部が、2次SCHチャネルのbシーケンスに対応する、請求項1に記載の装置。
  8. 符号分割多重アクセス受信機の一部分を構成する、請求項1に記載の装置。
  9. ユニバーサル移動通信システム(UMTS)/広帯域符号分割多重アクセス(WCDMA)標準に準拠した受信機の一部分を構成する、請求項1に記載の装置。
  10. 符号分割多重アクセス(CDMA)信号を受信するCDMA受信機であって、
    CDMA信号を受信し、前記CDMA信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル変換器12、
    前記ディジタル信号をフィルタリングして、フィルタリング済みディジタル信号を生成する整合フィルタ14、
    前記フィルタリング済みディジタル信号を受信して、遅延したフィルタリング済みディジタル信号を生成するタップ付き遅延線16、ならびに
    前記遅延したフィルタリング済みディジタル信号の少なくとも一部分を、前記受信信号の第1の特徴部の実数部について相関をとって、第1の実数相関信号を生成する第1の相関器108と、
    前記遅延したフィルタリング済みディジタル信号の少なくとも一部分を、前記受信信号の前記第1の特徴部の虚数部について相関をとって、第1の虚数相関信号生成する第2の相関器110と、
    前記遅延したフィルタリング済みディジタル信号の少なくとも一部分を、前記受信信号の第2の特徴部の実数部について相関をとって、第2の実数相関信号を生成する第3の相関器114と、
    前記遅延したフィルタリング済みディジタル信号の少なくとも一部分を、前記受信信号の前記第2の特徴部の虚数部について相関をとって、第2の虚数相関信号を生成する第4の相関器116と、
    前記第1の実数相関信号に対応する信号、前記第1の虚数相関信号に対応する信号、前記第2の実数相関信号および前記第2の虚数相関信号を結合して、周波数調整信号の実数部および前記周波数調整信号の虚数部を生成する論理部118と
    を含むセル・サーチ・ブロックを含む、前記CDMA受信機。
  11. 前記第1の実数相関信号および前記第2の実数相関信号を受信し、前記第1の実数相関信号に対応する前記信号および前記第1の虚数相関信号に対応する前記信号を生成する周波数調整ブロック112をさらに含む、請求項10に記載のCDMA受信機。
  12. 前記周波数調整ブロックが、1次同期コード(PSC)周波数調整ブロックを含む、請求項11に記載のCDMA受信機。
  13. 前記第1の相関器および前記第2の相関器が、1次同期コード(PSC)相関器を含む、請求項10に記載のCDMA受信機。
  14. 前記第3の相関器および前記第4の相関器が、2次同期コード(SSC)b相関器を含む、請求項10に記載のCDMA受信機。
  15. 受信信号の相関を実行する方法であって、
    前記受信信号の第1の特徴部に対して相関をとって、第1の相関信号を生成するステップ(108、110)と、
    前記受信信号の第2の特徴部に対して相関をとって、第2の相関信号を生成するステップ(114、116)と、
    前記第1の相関信号の周波数調整を実行して、調整済み相関信号を生成するステップ(112)と、
    前記調整済み相関信号を前記第2の相関信号と結合して、相関周波数調整済み信号を生成するステップ(118)とを含む、前記方法。
  16. 前記第1の特徴部が、1次SCHチャネルのaシーケンスに対応する、請求項15に記載の方法。
  17. 前記第2の特徴部が、2次SCHチャネルのbシーケンスに対応する、請求項15に記載の方法。
  18. 前記第1の相関信号の虚数部の複素共役を決定するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
  19. 前記第1の相関信号に1次同期コード(PSC)シーケンスを乗算して、中間調整相関信号を生成するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
  20. 前記中間調整相関信号の虚数部の複素共役を決定して、前記調整相関信号の虚数部を形成するステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
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