JP2008182721A - 広帯域スペクトラム拡散通信システムにおけるスペクトラム拡散無線信号修復のための方法およびお装置 - Google Patents

広帯域スペクトラム拡散通信システムにおけるスペクトラム拡散無線信号修復のための方法およびお装置 Download PDF

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Abstract

【課題】広帯域スペクトラム拡散無線システムにおけるスペクトラム拡散無線信号修復のための方法とシステムを提供する。
【解決手段】少なくとも1つのベースステーションから発せられた複数の信号からクロック情報が修復される(200)。修復されたクロック情報を用いてデスキングおよびタイミングユニットで複数の信号が整列配置される(202)。最大比率結合器4つのうちの1つに、整列配置された信号がマップされる(204)。各々の最大比率結合器に、マップされた信号を結合する(206)。結合された信号からシンボル情報が修復される(208)。
【選択図】図4

Description

発明者 マークケント
[関連出願の相互参照]
本出願は、その全体として参照することにより本書に組み込まれている、「Method and Apparatus for Spread Spectrum Radio Signal Recovery in Wideband Spread Communication Systems」と題される2001年3月12日に出願された米国仮特許出願番号60/275,192の優先権の利点を請求する。
[背景技術]
1.発明の分野
本発明は、一般的な無線通信システムに関し、特に、スペクトラム拡散無線信号修復のための方法及びシステムに関する。
2.関連技術
効果的な有用性が増加するとともに、低価格電子モジュール、モバイル通信システムがますます広範囲にわたって普及している。 例えば通信ハンドセットのような携帯電話の双方向音声及び双方向データ通信を提供するために、様々な周波数、伝送スキーム、変調技術、及び通信プロトコルが使用される、多くのバリエーションの通信スキームがある。その様々な変調及び伝送スキームは、それぞれ利点と欠点を有している。
次世代の無線通信は、第三世代を表す3Gと呼ばれる。3Gは、提案された様々な規格を通して、無線データ通信および無線音声通信の未決定の改良について言及する。3Gシステムの目的の1つは、伝送スピードを9.5キロビット(Kbits)/秒から2メガビット(Mbits)/秒に高めることにある。また、3Gは、例えば、インターネットやイントラネットアクセス、ビデオ会議、及び双方向アプリケーション共有などの毎日の生活の一部になっているサービスを、モバイルの範囲に追加する。この無線通信の向上は、スペクトラム拡散無線信号修復の改良を必要とする。スペクトラム拡散無線信号修復の1つの態様はマルチパス信号である。マルチパス信号は、アンテナから受信機まで異なる経路をとるために異なる時間で受信機に受信される、同じアンテナからの2つ以上の同一の信号である。
本発明は、広帯域スペクトラム拡散無線システムにおけるスペクトラム拡散無線信号修復のための方法とシステムを提供する。
簡単に説明すると、本システムの一実施形態は、アンテナ、無線周波数サブシステム、ベースバンドサブシステム、及び、少なくとも1つの周辺装置を備える。無線周波数サブシステムは、アンテナに接続され、高周波発振器及び低周波発振器を含む。ベースバンドサブシステムは、無線周波数システムに接続され、高周波発振器及び低周波発振器に接続されるフリーランニングカウンターと、フリーランニングカウンターに接続されるマルチパス信号修復回路を含む。マルチパス信号修復回路は、複数の入力信号からクロック情報を修復するために、複数のシングルパスプロセッサ(single path processors)を含む。周辺装置は、信号を受信し、信号をベースバンドレシーバーに供給するために、ベースバンドサブシステムに接続される。
本発明は、スペクトラム拡散無線信号を修復する方法を提供するものとして見ることもできる。これに関して、このような方法の一実施形態は、少なくとも1つのベースステーションから発せられた複数の信号からクロック情報を修復するステップと、修復されたクロック情報を用いて複数の信号を整列配置するステップと、整列配置された信号の少なくとも2つを結合するステップと、結合された信号から情報を修復するステップとを含むものとして、概して要約されることができる。
本発明の他のシステム、方法、特徴及び効果は、以下の図面及び詳細な説明を検討した上で、当業者に明らかになるであろう。全てのそのような付加されたシステム、方法、特徴及び効果は、本説明の中に含まれ、本発明の範囲内であり、そして添付の請求項により保護されることを意図する。
本発明の多くの態様は、以下の図面と関連してより理解することができる。図面の中の構成要素は正確な縮尺率である必要はなく、かわりに本発明の原理を明確に説明することを重要視する。さらに、図面において、いくつかの図を通して対応するパーツは、同様の参照数字を付す。
本発明の様々な特徴を要約したが、ここでは図面に描かれている本発明の説明を、詳細に言及する。本発明は、これら図面と関連付けて説明されるが、そこで開示される1つまたは複数の実施形態に限定するものではない。それどころか、添付の請求項によって定義される本発明の範囲の中に含まれる代替、変形及び同等のものは、全て包含されることを意味する。
図1は、単純化された3Gポータブルトランシーバー20を説明するブロック図である。一実施形態において、ポータブルトランシーバー20は、例えば、携帯電話(a mobile cellular-type telephone)などの携帯通信ハンドセット(a portable telecommunication handset)であってもよいが、これに限定されるものではない。ポータブルトランシーバー20は、無線周波数サブシステム24に接続されるアンテナ22を有する。RFサブシステム24は、レシーバー26、レシーバーベースバンドアナログプロセッサ(BAP)28、トランスミッター30、トランスミッターBAP32、高周波発振器(温度制御水晶発振器(TCXO)として実行されるものであってもよい)34、低周波発振器(32KHz水晶発振器(CO)であってもよい)36、及びトランスミッター/レシーバースイッチ38を有する。
アンテナ22は、連結部40を介して、信号をスイッチ38に送信し、スイッチ38から信号を受信する。スイッチ38は、連結部42上のトランスミッター30からの送信信号をアンテナ22に転送するか、あるいはアンテナ22からの受信信号を連結部44を介してレシーバー26に供給するかの制御を行う。レシーバー26は、受信された信号の送信アナログ情報を受信し、復元し、この情報を表す信号を連結部46を介してレシーバーBAP28に供給する。 レシーバーBAP28は、これらアナログ信号をベースバンド周波数でデジタル信号に変換し、バス48を介してベースバンドサブシステム50に転送する。
ベースバンドサブシステム50は、バス62を介して通信する、WCDMAモデム52、マイクロプロセッサ54、メモリ56、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)58、及び周辺インターフェース60を有する。 バス62は、単一のバスで示されているが、ベースバンドシステム50内のサブシステムの間で必要に応じて連結される複数のバスを用いて実行することとしてもよい。WCDMAモデム52、マイクロプロセッサ54、メモリ56、及びDSP58は、ポータブルトランシーバー20のために信号タイミング、処理、及び記憶機能を提供する。メモリ56は、マイクロプロセッサ54とDSP58に共有されるデュアルポートRAMを含んでもよい。
周辺インターフェース60は、様々なアイテムのためにベースバンドシステム50への接続を提供する。これらのアイテムは、これに限定されるものではないが、例えばスピーカー62、ディスプレイ64、キーボード66及びマイクロフォン68などのポータブルトランシーバー20の物理的な部分であるデバイス、および、例えばパーソナルコンピュータ(PC)、テストシステム72及びホストシステム74などのポータブルトランシーバー20の外部に接続されるデバイスを含んでもよい。スピーカー62及びディスプレイ64は、当業者にとって公知であるように、連結部76、78を介してベースバンドシステム50から信号をそれぞれ受信する。同様に、キーボード66及びマイクロフォン68は、連結部80、82を介してベースバンドシステム50に信号をそれぞれ供給する。 PC70、テストシステム72及びホストシステム74の各々は、連結部84、86及び88を介して、ベースバンドサブシステム50から信号を受信し、ベースバンドサブシステム50に信号を送信する。
ベースバンドサブシステム50は、連結部90を介してRFサブシステム24に制御信号を供給する。単一の連結部90が示されているが、制御信号は、WCDMAモデム52、マイクロプロセッサ54またはDSP58から生じ、RFサブシステム24内の様々なポイントに供給される。これらのポイントは、レシーバー26、レシーバーBAP28、トランスミッター30、トランスミッターBAP32、TCXO34、及びスイッチ38を含むが、これに限定されるものではない。
WCDMAモデム52は、バス48上でレシーバーBAP28からのデジタル信号を受信し、またバス92上でトランスミッターBAP32にデジタル信号を供給する。トランスミッターBAP32は、レシーバー30への連結部94上に送出するために、このデジタル信号を無線周波数でアナログ信号に変換する。レシーバー30は、連結部40、42及びスイッチ38を介してアンテナ22に供給される送信信号を生成する。スイッチ38の動作は、連結部90を介してベースバンドサブシステム50からの制御信号によって制御される。
TCXO34は、連結部96、98、及び100を介して、レシーバー26、トランスミッター30、及びWCDMAモデム52に、クロックをそれぞれ供給する。そして、CO36は、連結部102上で、WCDMAモデム52への32KHzクロックを供給する。これら2つのクロックは、モバイルタイムリファレンスを生成するために、WCDMAモデム52によって使用される。このモバイルタイムリファレンスは、常に動作し、約32ナノ秒の精度を有する。
ここで図2を参照すると、ポータブルトランシーバー20によって使用されるモバイルタイムリファレンスを生成するフリーランニングカウンター(FRC)104が描かれた、WCDMAモデム52の一部が示されている。FRC104は、ライン100上でTCXOからのクロック信号と、ライン102上でCOからのクロック信号とを供給される。ライン100上のTCXOからのクロック信号は30.72MHzであってもよく、ライン102上のCOからのクロック信号は32KHzであってもよい。FRC104は、TCXO回路106、フェーズロックドループ(PLL)108、カウンター110、ドリフト(drift)評価112、及び訂正回路114を有する。30.72MHzクロックを用いるTCXO回路106は、モバイルタイムリファレンスを生成する。32KHzクロックは、PLL108を用いて性能を向上させるために、30.72MHzクロックに位相固定される。カウンター110は、32KHzクロックのサイクルをカウントする。ドリフト評価112は、訂正回路114によって使用される32KHzクロックの動作特性の変化(ドリフト)の評価を提供する。ドリフトの評価は、当業者に公知であるように、カルマン評価(Kalman estimation)によって供給されるクロックのドリフトとバイアスの両方を含んでいる。FRC104は、ポータブルトランシーバー20がアクティブモードかまたはアイドルモードかどうかによって、30.72MHzまたは32KHzの2つの時間領域でそれぞれ動作する。
アクティブモードでは、ポータブルトランシーバーは、活発に送信し、受信し、処理し、または信号を探している。アイドルモードの間は、ポータブルトランシーバーは、電力を保存するために、大部分の回路の電力供給を下げる。COは、常に連続的に32KHzクロック信号をFRC104に供給するが、TCXOは、アイドルモードの間止められる。
ここで図3を参照すると、WCDMAモデムのブロック図が示されている。ポータブルトランシーバーがアクティブモードのとき、FRC104は、図3に示すように、バス150上で、クロック位相、チップカウンター、及びスロットカウンターを含むモバイルタイムリファレンスを、プライマリシンクサーチャー(primary sync searcher)116、セカンダリーシンクサーチャー(secondary sync searcher)118、ゴールドコードサーチャー(gold code searcher)120、及びシングルパスプロセッサ(SPP)コントローラー122に供給する。10ミリ秒の無線フレームは、15スロット(スロット−カウンター:0−14)に分割される。 各スロットは、2560チップ(チップカウンター:0−2,559)を含む。各チップは、8チック(クロック−位相:0−7)を含む。FRC104は、5.12秒間の中で発生するフレームをカウントすることによってモバイルタイムリファレンスのためのフレームカウンター(0−511)も生成する。またドリフト評価は、ポータブルトランシーバーがアクティブモードのとき、絶えず更新される。
アイドルモードに移行するとき、マイクロプロセッサからFRC104へのライン124上のスリープ/アウェイク制御信号は、ロウ(low)状態に移行する。カウンター110は、リセットされ、32KHzクロック信号の立ち上がりエッジのカウントを開始する。スリープ/アウェイク制御信号がロウ状態に移行した後、32KHzクロックの次の立ち上がりエッジで、現在のモバイルタイムリファレンスとTXCO回路106からのドリフト評価とが、訂正回路114に供給される。このときポータブルトランシーバーは、アイドルモードになる。続く各カウントの間、訂正回路114は、カウントとドリフト評価とを用いてモバイルタイムリファレンスを更新する。このようにモバイルタイムリファレンスとドリフト評価は、アイドルモードの間、維持される。
アクティブモードに移行するとき、スリープ/アウェイク制御信号は、ハイ(high)状態に移行する。次の32KHzクロックの立ち上がりエッジで、訂正回路114で維持されたモバイルタイムリファレンスは、TCXO回路106に供給される。FRC104は、開始点として、30.72MHzクロックと更新されたモバイルタイムリファレンスとを用いて、ポータブルトランシーバーのためにモバイルタイムリファレンスの供給を開始する。
アイドル時間は数秒に拡大してもよく、ページング(paging)の検出がないアクティブ時間内は、5ミリ秒の長さであってもよい。アイドルモードの間、モバイルタイムリファレンスを維持することは、ポータブル送信機がアクティブ状態に素早く移行することを可能にし、アクティブ状態をより短い持続時間に変える。これにより、消費電力を低減し、バッテリー寿命を延ばす。モバイルタイムリファレンスを32ナノ秒精度で維持することは、入力されるマルチパス信号の効率的な検出、識別及び監視を改善する。
FRCは、ポータブルトランシーバーシステムのため、およびマルチパス信号を修復(recovery)し、マルチパス信号レシーバーを動作するために要求されるパラメーターを取得するために、タイミングリファレンスを供給する。
WCDMAモデム52は、FRC104、レシーバーイコライザー126、マルチパスモニター128、及びマルチパス無線信号修復回路130を有する。FRC104からのモバイルタイムリファレンスは、例えばコード取得システムなどのマルチパスモニター128、および、例えば当業者に公知であるRAKEレシーバーなどのマルチパス無線信号修復回路130の両方に供給される。レシーバーBAPからのデジタル信号は、レシーバーイコライザー126に供給され、マルチパスモニター128およびマルチパス無線信号修復回路130にバス144上で供給されるより前に、等化(equalize)される。
マルチパスモニター128は、プライマリシンクサーチャー116、セカンダリーシンクサーチャー118、及びゴールドコードサーチャー120を有し、マイクロプロセッサにこれらサーチャーに関する情報を供給する。
一実施形態では、マルチパス無線信号修復回路130は、SPPコントローラー122、12のSPP132、12のファーストインファーストアウト(FIFO)回路134、12の位相コレクター136、デスキングアンドタイミングコントローラー(deskewing and timing controller)(DTC)138と、4つの最大レートコンバイナー(maximal rate combiners)(MRC)140、及び4つの復調ユニット(demodulation units)142を有する。
SPPコントローラー122は、12のマルチパス信号をSPP132にマップアップし、スタートコマンドをバス146上で各SPP132に供給する。各SPPは、ベースステーションに関連する入力されたクロック情報を修復(recover)して追跡(track)し、そのクロック情報をDTC138に供給する。そして各SPPは、1つおよび複数のベースステーションアンテナの両方のために、位相評価を対応する位相コレクター136に供給する。そのDTC138に供給されたクロック情報は、クロック位相、チップカウンター、及びスロットカウンターを有するモバイルタイムリファレンスと同じ形式(form)である。マップされた等化された信号は、各SPP132を通って、対応するFIFO134に到達する。各FIFO134は、512チップのサブ期間(subperiod)を有する。各無線フレームは、38,400チップ、または512チップの75のサブ期間を含む。
各SPP132からのクロック情報を使用するDTC138は、リードアドレスおよびリードストローブ信号をバス148から各SPPへ供給し、この時、互いに関連するFIFO134の出力を整列配置・調整(align)する。DTC138の動作は、複雑なPLL動作である。各FIFO134の出力は、対応する位相コレクター136に供給される。各位相コレクター13は、対応するSPP132により供給される位相評価を用いて信号の位相を訂正する。各位相コレクター136の出力は、4つのMRC140のうちの1つにマップにされる。各MRC140は、信号の強度を増加するために、マップされた信号を結合(combine)する。各MRC140からの増強された信号は、対応する復調部142に供給される。復調部142は、その信号から8チャネルまでの情報を修復(recover)する。32の異なるチャネルが、情報修復のために提供される。
上記修復システムの利点のひとつは、修復の効果を改善するために信号が整列配置されるまで、その信号から情報が修復されない点にある。他の利点は、ベースステーションからのどちらかまたは両方のアンテナからの信号が利用され、SPPにマッピングできる点にある。さらに他の利点は、非同期のベースステーションからの信号を整列配置できることにある。
本発明は、多数の非同期トランスミッターからの、または、ダイバーシティ(diversity)送信を用いて同じ場所に配置された複数のアンテナからのマルチパス信号成分を修復する、方法および広帯域スペクトラム拡散レシーバーを提供する。レシーバーは、複数の割り当てられたマルチパス信号、可能であれば複数のアンテナからのマルチパス信号を追跡(track)し、スペクトラム拡散システムのチップ速度で信号成分を整列配置(align)する。次に、レシーバーは、そのチップ速度で位相修正とチャネル修正とを行い、そのチップ速度で各送信アンテナからの信号成分を結合し、並行して複数の拡散コードを除去し、そして並行して直交チャネライゼーションコードを除去する。そして、レシーバーは、マクロダイバーシティ結合を実行し、ダイバーシティ送信された信号を処理し、信号量子化帯域幅をエラー訂正のために必要とされるメモリを最小化する最適な動的レンジに削減する。レシーバーが3Gスペクトラム拡散システムで利用される大量の拡散チャネライゼーションコードを超えて処理することが必要とされるとき、レシーバーは、送信機でのダイバーティ符号化において、複数の受信される信号経路のために必要とされるメモリ要求および処理要求を削減する。
ここで図4を参照すると、同図は、スペクトラム拡散無線信号修復の方法の一実施形態が示されている。最初に、ブロック200に示すように、少なくとも1つのベースステーションから送信された複数の信号からクロック情報が修復される。ブロック202で、複数の信号が、修復されたクロック情報を用いてディスキングアンドタイミング部によって整列配置される。ブロック204で、整列配置された各信号は、4つの最大レートコンバイナーのうちの1つにマップされる。ブロック206に示すように、各最大レートコンバイナーは、そこにマップされた信号を結合する。最後にブロック208で、シンボル情報が、結合された信号から修復される。シンボル情報は、クロック情報を除いた受信信号からの他の情報を含む。
上述した信号修復システムおよび方法は、動的クロック情報を記録し修復し、入力された信号を整列配置するために必要な装置を生成する中心資源に、当該情報を供給する。
本発明の例示の実施形態は示され記述されたが、本発明の範囲から逸脱しない多数の変更、修正または改変が本発明になされてもよいことは、当業者にとって明らかであろう。そのような変更、修正、及び改変の全ては、本発明の範囲内にあると理解されるべきである。
図1は、本発明に係る第三世代ポータブルトランシーバーの一実施形態を説明するブロック図である。 図2は、図1のWCDMAモデムのフリーランニングカウンターのブロック図である。 図3は、マルチパスモニターとマルチパス無線信号修復回路とを含む図1のWCDMAモデムのブロック図である。 図4は、モバイルタイムリファレンスを提供する方法の一実施形態のフロー図である。

Claims (21)

  1. 少なくとも一つのベースステーションから発せられる多数の信号からクロック情報を修復し、
    修復されたクロック情報を用いて多数の信号の出力を調整し、
    調整した信号の少なくとも2つを結合し、
    結合された信号からシンボル情報を修復すること、を備える
    広帯域スペクトラム拡散通信システムにおけるスペクトラム拡散無線信号の修復方法。
  2. クロック情報を修復することは、前記信号をシングルパスプロセッサにマップすることを含む請求項1記載の方法。
  3. クロック情報を修復することは、常に利用可能なモバイルタイムリファレンスを用いることを含む請求項1記載の方法。
  4. モバイルタイムリファレンスは、少なくとも32ナノ秒まで正確である請求項3記載の方法。
  5. モバイルタイムリファレンスが高周波温度制御水晶発振器、及び低周波水晶発振器を用いて生成される請求項4記載の方法。
  6. 調整した信号の位相を訂正すること、をさらに備える請求項1記載の方法。
  7. 調整された信号の少なくとも2つを結合することは、4組の調整された信号について、それぞれ、少なくとも2つを結合することが可能である請求項1記載の方法。
  8. 情報を修復することは、結合された信号各々に対して8つのチャネルを生成することを含む請求項1記載の方法。
  9. アンテナと、
    前記アンテナに接続され、高周波発振器及および低周波発振器を含む無線周波数サブシステムと、
    前記無線周波数システムに接続され、前記高周波発振器および前記低周波発振器に接続されるフリーランニングカウンターと、前記フリーランニングカウンターに接続されるマルチパス信号修復回路とを含むベースバンドサブシステムと、
    ベースバンドレシーバから信号を受信し、ベースバンドレシーバに信号を供給するために、前記ベースバンドサブシステムに接続される少なくとも1つの周辺装置と、を備え、
    前記マルチパス信号修復回路は、複数の着信信号からクロック情報を修復するための複数のシングルパスプロセッサを含む、
    無線通信システムのためのポータブルトランシーバーシステム。
  10. 前記マルチパス信号修復回路は、前記フリーランニングカウンターを用いて、着信信号の1つを前記シングルパスプロセッサ各々にマップするシングルパスプロセッサコントローラーを備える、請求項9記載のシステム。
  11. 前記マルチパス信号修復回路は、前記クロック情報を用いて着信信号の出力を調整するために、前記シングルパスプロセッサに接続されるデスキングアンドタイミングコントローラを含む、請求項9記載のシステム。
  12. 前記マルチパス信号修復回路は、出力調整された後に着信信号の位相を訂正するために、各シングルパスプロセッサに接続される位相訂正器を含む、請求項11記載のシステム。
  13. 前記マルチパス信号修復回路は、前記位相訂正器から出力された信号の少なくとも2つを結合するために、前記位相訂正器の全てに接続される、少なくとも1つの最大レート結合器を備える、請求項12記載のシステム。
  14. 前記フリーランニングカウンターは、前記モバイルタイムリファレンスを前記システムに供給し、ウエイクモードおよびスリープモードを有し、ウエイクモードの間は前記モバイルタイムリファレンスを生成するために前記高周波発振器を使用し、スリープモードの間は前記モバイルタイムリファレンスを維持するために低周波発振器を使用する、請求項9記載のシステム。
  15. 前記高周波発振器は、温度制御水晶発振器である請求項14記載のシステム。
  16. 前記温度制御水晶発振器は、30.72MHzクロックを提供する請求項15記載のシステム。
  17. 前記低周波発振器は、水晶発振器である請求項14記載のシステム。
  18. 前記水晶発振器は、32KHzクロックを供給する請求項17記載のシステム。
  19. 前記モバイルタイムリファレンスは、少なくとも32ナノ秒の精度を有する請求項14に記載のシステム。
  20. 前記フリーランニングカウンターは、前記高周波発振器および前記低周波発振器に接続されるフェーズロックドループを含む請求項14記載のシステム。
  21. 前記フリーランニングカウンターは、低周波発振器のためのドリフト評価を含む請求項14記載のシステム。
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