JP2007531330A - 周波数オフセットのあるパイロット信号をマルチステージ相関器を用いて検出する方法および装置 - Google Patents

Abstract

開示の実施形態は、無線通信システムにおいてパイロット同期動作を実行する方法および装置に関する。このシステムは、受信相関シーケンスの一部分をそれぞれ受信し、部分相関出力をそれぞれ提供する複数のスライディング相関器（１０２、１０６、１１０、１１４）を含むことができる。絶対値ブロック（１１８〜１２４）を設けて、各部分相関出力の絶対値をとることができる。回路（１２６）を設けて、各部分相関出力の絶対値を結合し、相関出力を形成する。

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（ａｄｍｉｓｓｉｏｎｓ ｏｆ ｐｒｉｏｒ ａｒｔ）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。いくつか例を挙げると、時分割多重アクセス（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）や符号分割多重アクセス（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：ＣＤＭＡ）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を用いて通常実施される符号分割多重アクセスは、携帯電話などの通信システムで非常に普及している。

符号分割多重アクセス・システムでは、音声信号またはデータ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。符号化された符号分割多重アクセス・シンボルは、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。

受信した符号分割多重アクセス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装する方法があるが、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）
開示の実施形態は、無線通信システムにおいてパイロット同期動作を実行する方法および装置に関する。このシステムは、受信相関シーケンスの一部分をそれぞれ受信し、部分相関出力をそれぞれ提供する複数のスライディング相関器を含むことができる。絶対値ブロックを設けて、各部分相関出力の絶対値をとることができる。回路を設けて、各部分相関出力の絶対値を結合し、相関出力を形成する。

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例示的な符号分割多重アクセス受信機を示すブロック図である。この符号分割多重アクセス受信機は、全体を参照番号１０で示す。アナログ符号分割多重アクセス信号は、受信された後に、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、伝送パルス成形フィルタに適合した応答を有し、整合フィルタ１４は、アナログ・ディジタル変換器１２の出力をフィルタリングするために使用される。

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提供する。タップ付き遅延線１６の様々なタップは、符号分割多重アクセス受信機１０の動作の同期をとるように調整する。

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（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ：ＵＭＴＳ）／広帯域符号分割多重アクセス（Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：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装する。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。

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）標準では、１次同期チャネル（ＳＣＨ）および共通のパイロット・チャネル（ＣＰＩＣＨ）はともに、２５６チップのシンボル長を有する。１次同期（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ：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次同期チャネルを伝送する。さらに、広帯域符号分割多重アクセス・システムの全てのセルは、同じ１次同期チャネルを伝送する。移動端末が１次同期チャネルを捕捉すると、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次同期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次同期を使用してフレーム同期を行うことはできない。

２次同期チャネルは、ユニバーサル移動通信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次同期チャネルと同様に、２次同期チャネルも、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（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ：ＳＳＣ）を含む。全体で１６個の２次同期コードが存在する。これらの２次同期コードは、複素数値であり、アダマール・シーケンスに基づく。

共通パイロット・チャネルは、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。同期チャネルとは異なり、共通パイロット・チャネルは、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共通パイロット・チャネルと突き合わせて相関をとり、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次同期チャネルを捕捉してスロット同期を行う。ユニバーサル移動通信システム・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、符号分割多重アクセス受信機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次同期チャネルを捕捉して、フレーム同期を行う。

同時に、２次同期チャネルを捕捉することにより、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、そのそれぞれと突き合わせて相関をとり、どのスクランブル・コードが最大のピークを有するか（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、符号分割多重アクセス受信機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。セル・サーチ・ブロック１８の動作については、以下で図２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・コードと突き合わせて相関をとる。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マルチパス信号を表すピークを探索する。

符号分割多重アクセス受信機１０は、複数（Ｎ個）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。ユニバーサル移動通信システムで必要とされるものなどの拡散スペクトラム符号分割多重アクセス・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のシーケンスと突き合わせ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ビット送信するため）が、処理利得は低くなる（短い４チップ・シーケンスと突き合わせ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。各フィンガ回路２２、２４は、受信サンプルとスクランブル・コードとを突き合わせ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。

フィンガ回路２２、２４の出力は、極大比率コンバイナ（Ｍａｘｉｍａｌ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｍｂｉｎｅｒ：ＭＲＣ）３０に送出される。極大比率コンバイナ３０は、各フィンガ（同じ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の位相を整列させ、これらを結合して、符号分割多重アクセス受信機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および極大比率コンバイナ３０の出力は、さらなる処理のために、組込み型プロセッサ（図示せず）に送出する。上述のように、図２は、さらに、セル・サーチ・ブロック１８の動作を説明する図である。

図２は、本発明の一実施形態によるセル・サーチ・ブロックを示す図である。セル・サーチ・ブロック回路は、その全体を参照番号１００で示してある。説明では、セル・サーチ・ブロックは、Ｎ個のサンプルを含む記憶したサンプル・シーケンスと突き合わせて相関をとることを試みているものと仮定する。

シンボル期間が長く、周波数オフセットが大きい場合には、セル・サーチ・ブロック回路１００は、受信符号分割多重アクセス・データ中のパイロット・チャネルを識別することによって、移動符号分割多重アクセス受信機の基地局に対する同期機能を改善する。セル・サーチ・ブロック回路１００は、相関をいくつかのより短い相関に分割し、次いでこれら短い相関の出力をその絶対値を合計することによって非干渉的に結合する、という形で動作する。より大きな周波数オフセット（例えば１０ｋＨｚ）が存在する場合には、１次同期チャネルや２次同期チャネルなどのパイロット・チャネルを、通常の相関を用いて検出することは非常に困難である。しかし、本発明の実施形態を利用すれば、パイロット・チャネルを容易に捕捉する。

相関期間をＮ個の短い期間に分割することにより、チップは相関期間中にそれほど回転しなくなり、これによりチップが弱め合う結合をすることが防止される。従って、絶対値を合計することにより、周波数オフセットが存在する場合には、通常の相関より強い相関ピークが形成される。

サンプル入力は、スライディング相関器１０２によって受信される。受信されたサンプルの一部は、さらに別のスライディング相関器１０６、１１０および１１４に送出される。例として、図２には４つのスライディング相関器が示してある。使用するスライディング相関器ステージの数はこれより多くても少なくてもよいことは、当業者なら理解するであろう。使用するスライディング相関器ステージの数は、予想される周波数オフセットの程度によって決まる。周波数オフセットが大きくなれば、より多くのステージが必要となることもある。

スライディング相関器１０２は、受信したサンプルのＮ／４と、ターゲット・シーケンスの第１の部分に対応する記憶したシーケンス１０４との相関をとろうと試みる。同様に、スライディング相関器１０６は、受信したサンプルのＮ／４と、ターゲット・シーケンスの第２の部分に対応する記憶したシーケンス１０８との相関をとろうと試みる。スライディング相関器１１０および１１４は、それぞれ受信したサンプルのＮ／４と、記憶したシーケンス１１２（ターゲット・シーケンスの第３の部分に対応する）および記憶したシーケンス１１６（ターゲット・シーケンスの第４の部分に対応する）との相関をとろうと試みる。

部分相関出力と呼ばれることもあるスライディング相関器１０２、１０６、１１０および１１４の出力は、それぞれ絶対値ブロック１１８、１２０、１２２および１２４に送出される。絶対値ブロック１１８、１２０、１２２および１２４の出力は、合計回路１２６に送出され、合計回路１２６は、これらを結合して１つの相関出力にする。本発明では、１次同期チャネルや２次同期チャネルなどのパイロット・チャネルの認識を容易にする複数の相関ピークを有する１つの相関出力が得られる。パイロット・チャネルが識別されているときには、受信信号の正しい処理が容易になるように受信機１０のタイミングを改変する。

本発明は、様々な修正を加えることも、様々な代替形態を有することもできるが、例示を目的として具体的な実施形態を図面に示す、本明細書において詳細に説明した。ただし、本発明は、開示した特定尾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修正形態、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例示的な符号分割多重アクセス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・ブロックを示す図である。

Claims (20)

1. 無線通信システムにおいてパイロット同期動作を実行する装置（１００）であって、
   受信相関シーケンスの一部分をそれぞれ受信し、部分相関出力をそれぞれ提供する複数のスライディング相関器（１０２、１０６、１１０、１１４）と、
   各部分相関出力の絶対値をとる絶対値ブロック（１１８〜１２４）と、
   前記各部分相関出力の絶対値を結合して相関出力を形成する回路（１２６）と、を含む、前記装置（１００）。
2. 前記複数のスライディング相関器（１０２、１０６、１１０、１１４）がそれぞれ、前記受信相関シーケンスの前記一部分と比較するために、記憶された相関シーケンスの一部分（１０４、１０８、１１２、１１６）を受信する、請求項１に記載の装置（１００）。
3. 前記相関出力が相関ピークを含む、請求項１に記載の装置（１００）。
4. 前記相関ピークが１次同期チャネルに対応する、請求項３に記載の装置（１００）。
5. 前記相関ピークが２次同期チャネルに対応する、請求項３に記載の装置（１００）。
6. 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（１００）。
7. 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（１００）。
8. セル・サーチ・ブロックの少なくとも一部分を構成する、請求項１に記載の装置（１００）。
9. 符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）受信機であって、
   符号分割多重アクセス信号を受信して、前記符号分割多重アクセス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）と、
   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）と、
   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）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それぞれ受信し、部分相関出力をそれぞれ提供する複数のスライディング相関器（１０２、１０６、１１０、１１４）、
   各部分相関出力の絶対値をとる絶対値ブロック（１１８〜１２４）、および
   前記各部分相関出力の絶対値を結合して相関出力を形成する回路（１２６）
   から成るセル・サーチ・ブロックと、を含む、前記符号分割多重アクセス受信機。
10. 前記複数のスライディング相関器（１０２、１０６、１１０、１１４）がそれぞれ、前記受信相関シーケンスの前記一部分と比較するために、記憶された相関シーケンスの一部分（１０４、１０８、１１２、１１６）を受信する、請求項９に記載の符号分割多重アクセス受信機。
11. 前記相関出力が相関ピークを含む、請求項９に記載の符号分割多重アクセス受信機。
12. 前記相関ピークが１次同期チャネルに対応する、請求項１１に記載の符号分割多重アクセス受信機。
13. 前記相関ピークが２次同期チャネルに対応する、請求項１１に記載の符号分割多重アクセス受信機。
14. 前記装置が、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９に記載の符号分割多重アクセス受信機。
15. 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）標準に準拠する、請求項９に記載の符号分割多重アクセス受信機。
16. 無線通信システムにおいて相関出力を形成する方法であって、
    相関シーケンスを受信して受信相関シーケンスを生成するステップと、
    前記受信相関シーケンスを、複数の部分相関シーケンスにセグメント化するステップと、
    各部分相関シーケンスと、記憶した相関シーケンスの一部分とを比較するステップと、
    各部分相関シーケンスと前記対応する記憶した相関シーケンスとの比較に基づいて、部分相関出力を生成するステップと、
    各部分相関出力の絶対値を求めるステップと、
    前記各部分相関出力の絶対値を結合して相関出力を形成するステップと、を含む、前記方法。
17. 前記相関出力中の相関ピークを識別するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記相関ピークに基づいて１次同期チャネルを識別するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記相関ピークに基づいて２次同期チャネルを識別するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
20. 上記ステップを上記順序で実行する、請求項１６に記載の方法。

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