JP2008533874A - Ｏｆｄｍシステムにおけるフレーム同期化 - Google Patents

Abstract

時間領域における遅延相関を通して、時間領域多重（ＴＤＭ）シンボルを処理するシステムおよび方法を提供する。１つの実施形態において、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ブロードキャストにおける同期化情報を決定する方法を提供する。方法は時間領域相関を使用してＯＦＤＭスーパーフレームの開始を検出することと、時間領域相関を利用してＯＦＤＭ信号の搬送波周波数に対して受信機を同期化させることとを含む。
【選択図】 図１

Description

関連出願への相互参照

本出願は、“ＴＤＭパイロット１プロセッサ”と題する２００５年３月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／６６０，９１５号の利益を主張し、米国仮特許出願第６０／６６０，９１５号の全体は、参照によりここに組み込まれている。

背景

Ｉ．分野
主題技術は、一般に通信システムおよび方法に関し、より詳細には、受信されたパイロットシンボルに対して時間領域処理を適用することにより、ＯＦＤＭシステム中のフレーム同期化情報を決定するシステムおよび方法に関する。

ＩＩ．背景
ワイヤレスシステムを支配してきた１つの技術は、コード分割多元接続（ＣＤＭＡ）デジタルワイヤレス技術である。ＣＤＭＡに加えて、電波インターフェイス仕様は、ワイヤレスプロバイダの産業主導グループにより開発されたＦＬＯ（登録商標）（フォワードリンク専用）技術を規定する。ＦＬＯ送信に対する基本信号単位は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）シンボルであり、このシンボルはＯＦＤＭチップと呼ばれる４６４２の時間領域のベースバンドサンプルからなる。これらのＯＦＤＭチップの中には、４０９６のデータチップがある。データチップはそれぞれの側で周期的に拡張されており、５２９の周期的に拡張されたチップがデータ部分に先行し、および１７がデータ部分に続く。ＯＦＤＭ信号の帯域外エネルギを減少させるために、ＯＦＤＭシンボル中の最初の１７チップおよび最後の１７チップは、ニ乗コサイン包絡線を有する。ＯＦＤＭシンボルの最初の１７チップは、それらに先行するＯＦＤＭシンボルの最後の１７チップとオーバーラップする。結果として、それぞれのＯＦＤＭの継続時間は４６２５のチップ長である。

送信前に、ＦＬＯデータは一般に、スーパーフレーム中に編成される。それぞれのスーパーフレームは、１秒の継続時間を有する。スーパーフレームは一般に、１２００のシンボル（または使用される帯域幅に基づいた可変数のＯＦＤＭシンボル）からなり、それらのシンボルは、４０９６の副搬送波によりＯＦＤＭ変調される。スーパーフレーム中の１２００のＯＦＤＭシンボルの間に、２つのＴＤＭパイロットシンボル（ＴＤＭ１、ＴＤＭ２）；１つのワイドエリアおよび１つのローカル識別チャネル（ＷＩＣおよびＬＩＣ）シンボル；４つの移行パイロットチャネル(ＴＰＣ)シンボルを含む、１４のＯＩＳチャネルシンボル；位置を支援する２、６、１０、または１４の可変数のＰＰＣシンボル；および４つのデータフレームがある。

時分割多重（ＴＤＭ）パイロットシンボル１（ＴＤＭ１）は、それぞれのスーパーフレームの最初のＯＦＤＭシンボルであり、そこでＴＤＭ１は周期的であり、１２８のＯＦＤＭチップ周期を有する。受信機は、フレーム同期化、ならびに初期時間（粗いタイミング）および周波数の捕捉のためにＴＤＭ１を使用する。ＴＤＭ１に続くものとして、ワイドエリアＩＤとローカルＩＤとをそれぞれ搬送する２つのシンボルがある。受信機はこの情報を使用して、対応するＰＮシーケンスを利用する適切な逆スクランブル動作を実行する。時分割多重パイロットシンボル２（ＴＤＭ２）は、ワイドエリアＩＤシンボルとローカルＩＤシンボルとの後に続き、ＴＤＭ２は周期的であり、２０４８のＯＦＤＭチップ周期を有し、２とほんの少しの周期を含む。復調のための正確なタイミングを決定するときに、受信機はＴＤＭ２を使用する。

ＴＤＭ２に続くものとして、１つのワイドエリアＴＰＣ（ＷＴＰＣ）シンボル；５つのワイドエリアＯＩＳシンボル；別のＷＴＰＣ；１つのローカルＴＰＣ（ＬＴＰＣ）シンボル；５つのローカルＯＩＳシンボル；別のＬＴＰＣがあり、４つのデータフレームが上述した最初の１８のＯＦＤＭシンボルに続く。データフレームはワイドエリアデータ部分およびローカルデータ部分に細分される。ワイドエリアデータは、それぞれの端で１つがワイドエリアＴＰＣの前後に追加される。ローカルデータ部分に対しても、この配列を使用する。１つの重要な観点は、新しいスーパーフレームの開始のような観点を決定するためのスーパーフレーム情報の初期処理であり、その初期処理から別のフレーム情報を同期化および決定できる。このような決定は、周波数領域処理により従来実行されており、これはＯＦＤＭ情報を処理するときに増加された複雑さおよび費用をもたらした。

概要

実施形態のいくつかの観点の基本的な理解を提供するために、さまざまな実施形態の単純化した概要を次に提示する。この概要は、広範囲にわたる概観ではない。重要な／クリティカルな要素を識別し、またはここで開示する実施形態の範囲を詳細に描写することを意図していない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な記述に対する前置きとして、単純化した形態中でいくつかの概念を提示することである。

直交周波数分割多重(ＯＦＤＭ)システムにおいてタイミングおよびフレーム同期化を決定するシステムおよび方法を提供する。１つの実施形態において、時間領域処理は受信された時分割多重パイロット１シンボル（ＴＤＭ１）に対して適用され、この場合、ＴＤＭ１は遅延相関器構成部品に加えられる。遅延相関器からの出力は時間領域中でうまく規定されたランプ波を発生させ、ランプ波の端と予め定められたしきい値とを比較することにより、このランプ波を検出することができる。１つの例において、ＴＤＭ１検出ブロックは、遅延および相関構成部品または回路を提供し、構成部品は、受信されたサンプルシーケンスと１２８サンプルだけ遅延されたシーケンスとを相関させる。ＴＤＭ１は周期的であり、それぞれの周期は１２８サンプルであるので、そして他のＯＦＤＭシンボルはこの特性を共有していないので、検出器からの出力は、ＴＤＭ１が存在しないときよりもＴＤＭ１が存在するときに著しく大きな振幅を有するであろう。さらに、相関器出力の位相は受信信号の搬送波周波数と受信機局部発振器周波数との間の周波数オフセットに比例する。

相関器出力の振幅に基づいて、検出器がＴＤＭ１の存在を決定するとき、自動周波数制御（ＡＦＣ）回路は、相関動作の間に相関器の位相を使用して初期周波数の捕捉を開始する。ほぼ同一時間に、ＴＤＭ１の終端（検出器出力の立ち下り端）を観測する間、検出器は検出の信頼性をチェックし続ける。出力が予め定められたしきい値を超えるとき、相関器出力の複数の観測に基づいて、データおよび別のタイミング捕捉を行うことができる。１つの実施形態において、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ブロードキャストにおける同期化情報を決定する方法を提供する。方法は、時間領域相関を使用してＯＦＤＭスーパーフレームのサンプルのフレーム同期化を実行することと、時間領域相関サンプルを利用してＯＦＤＭスーパーフレームの周波数成分に対して受信機を同期化させることとを含む。相関器出力の位相により、ＴＤＭ１検出プロセスの終わりに、自動周波数ループが更新され、相関器出力の位相は、搬送波周波数と受信機局部発振器との間の周波数オフセットに比例する。

前述および関連目標の達成に対して、以下の記述および添付図面に関連して、ある実例となる実施形態をここに記述する。これらの観点は、実施形態を実行してもよいさまざまな方法であることを示し、実施形態のすべてをカバーするように意図されている。

詳細な説明

遅延サンプルとの時間領域における相関を通して、時間領域多重パイロット１（ＴＤＭ１）シンボルを処理するシステムおよび方法を提供する。１つの実施形態において、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ブロードキャストにおける同期情報を決定する方法を提供する。方法は時間領域相関を使用してＯＦＤＭスーパーフレームの開始を検出することと、時間相関動作を利用して送信機周波数とローカル受信機周波数との間の初期周波数オフセットを訂正することとを含む。１つの例において、フォワードリンク専用システム中でサンプルを使用することができる。

本出願中で使用されるような、用語“構成部品”、“ネットワーク”、“システム”、およびこれらに類似するものは、コンピュータ関連エンティティ、ハードウェア、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせ、ソフトウェア、または実行中のソフトウェアを言及するように意図されている。例えば、構成部品はプロセッサ上で実行するプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行ファイル、実行のスレッド、プログラム、および／またはコンピュータであってもよいが、それだけに限られない。実例として、通信デバイス上で実行するアプリケーションとデバイスの両方を構成部品とすることができる。１つ以上の構成部品が１つのプロセスおよび／または実行のスレッド内に存在してもよく、構成部品が１つのコンピュータ上にローカライズされてもよく、および／または２つ以上のコンピュータ間に分散されてもよい。また、これらの構成部品は、記憶されたさまざまなデータ構造を有するさまざまなコンピュータ読み取り可能媒体から実行することができる。構成部品は、例えば１つ以上のデータパケット（例えば、ローカルシステム中、分散システム中、および／またはインターネットのようなワイヤまたはワイヤレスネットワークに渡る別の構成部品と相互に作用する１つの構成部品からのデータ）を有する信号にしたがうような、ローカルおよび／またはリモートプロセスを通して通信してもよい。

図１は、タイミング同期および周波数オフセットを決定するワイヤレスネットワークシステム１００に対する時間領域相関を図示する。システム１００は１つ以上の送信機１１０を含み、送信機１１０は、ワイヤレスネットワークを通して１つ以上の受信機１２０と通信する。受信機１２０は、実質的に任意のタイプの通信デバイスを含むことができ、例えばセル電話機、コンピュータ、パーソナルアシスタント、ハンドヘルドまたはラップトップデバイスなどである。受信機１２０の一部を使用して、スーパーフレーム１３０を、およびマルチメディアデータのような他のデータをデコードおよび処理する。スーパーフレーム１３０は、一般的に直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ネットワーク中で送信され、このネットワークはマルチメディアデータ転送のためのフォワードリンク専用（ＦＬＯ）プロトコルを使用する。図示したように、時分割多重パイロット１プロセッサが設けられ、スーパーフレームを処理し、タイミングおよび周波数オフセットを決定する。時間領域相関器１５０はスーパーフレーム１３０を受け取り、ＴＤＭ１ＯＦＤＭシンボルに出会うときランプ波出力信号１６０を発生させるが、ここでＴＤＭ１およびＴＤＭパイロット１は同等の用語であることに注意すべきである。ランプ波出力１６０から、しきい値検出器１７０はしきい値を使用して、ランプ波の立ち上がり端または立ち下り端が予め定められたしきい値を超えたときを決定し、望まれる場合、予め定められたしきい値をＴＤＭ１プロセッサ１４０中でプログラムできる。予め定められた時間の間、しきい値を超えている場合、ＴＤＭ１に対する検出を信号で伝え、これを使用して、受信機１２０の動作をスーパーフレーム１３０に同期化させることができる。他の観点は、実数および虚数の位相成分（例えば、Ｉ／Ｑ）を検出すること、ならびに自動周波数制御ブロック（示していない）に送ることを含む。

時間領域相関器１５０からの出力は、時間領域中でうまく規定されたランプ波を発生させ、ランプ波の端と予め定められたしきい値とを検出器１７０中で比較することにより、このランプ波を検出することができる。１つの例において、ＴＤＭ１プロセッサ１４０は遅延および相関回路１５０を提供し、その回路は、受信されたサンプルシーケンスと１２８サンプルだけ遅延されたシーケンスとを相関させる。ＴＤＭ１は周期的であり、それぞれの周期は１２８サンプルであるので、そして他のＯＦＤＭシンボルはこの特性を共有していないので、検出器１７０の出力はＴＤＭ１が存在しないときよりもＴＤＭ１が存在するときに著しく大きな振幅を有するであろう。さらに、時間領域相関器１５０出力の位相は、受信信号の搬送波周波数と受信機１２０の局部発振器周波数との間の周波数オフセットに比例する。相関器出力の立ち上がり端の検出後、ＴＤＭ１の終端、すなわち１６０における検出器出力の立ち下り端を観測する間、検出器は検出の信頼性をチェックし続ける。出力が、検出器１７０中に記憶されたまたはプログラムされた、予め定められたしきい値を超えるとき、相関器出力１６０の複数の観測に基づいて、データおよび別のタイミング取得を行うことができる。１つの実施形態において、システム１００はワイヤレスネットワーク中のタイミングデータを決定する。システム１００は、スーパーフレームを分析（１５０参照）して時間領域中の信号振幅を検出する手段、および信号振幅を検出（１７０参照）してスーパーフレーム１３０に対する開始タイミング信号を決定する手段とを含む。相関器出力の位相に比例する値により、ＴＤＭ１ＯＦＤＭシンボルの検出の終わりに、自動周波数ループ（ＡＦＣ）が更新される。

図２は、例示的なスーパーフレーム構造２００を図示する。最初の電源投入時、自動利得制御（ＡＧＣ）が安定した後、ＴＤＭパイロット１シンボル２１０を処理することにより、モデムがフレームと粗いＯＦＤＭシンボルタイミングだけでなく周波数を捕捉する。時間領域において、２１０におけるＴＤＭパイロット１は、長さ１２８のシーケンスの３６周期からなる。ＴＤＭパイロット１の構造は、その検出のために使用される相関器の実現を簡単にする。波形周期は大部分が保存されるので、その構造は厳しいマルチパスチャネルにおける周波数推定にも十分に適している。２２０において、周波数領域中に４０９６の副搬送波を有するものとしてＴＤＭ１を示しており、そのうちで３２の副搬送波中の１つだけが非ゼロであるのに対して、２３０において、ＴＤＭ１は時間領域中で１２８のサンプルに分割され、そして３６回繰り返される。

ＴＤＭパイロット１ ２１０は、それぞれの１秒スーパーフレームの開始をマークするので、フレーム同期化のタスクはＴＤＭパイロット１シンボルの検出と化す。ＴＤＭパイロット１ ２１０の時間領域の周期構造は、その検出のためと、粗いＯＦＤＭシンボルタイミングの推定のために活用される。ＴＤＭ１パイロット１シンボル２１０は、初期周波数推定のためにも使用される。以下で詳細に記述するように、遅延相関構成部品の出力を処理することにより、初期フレーム、時間および周波数の同期化を達成する。初期位相オフセットφおよび周波数オフセットΔｆを有する受信信号は、次式により与えられる。

ここでｘ（ｔ）はＴＤＭパイロット１信号である。ｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ＋Ｔ）であり、ＴはＴＤＭパイロット１の周期であることに注意すべきである。受信信号のサンプルバージョンは次式である。

ここでＴ_sはサンプリング周期であり、ｋは時間インデックスを表わす。ｒ_k＝ｒ（ＫＴ_s）、ｘ_k＝ｘ（ＫＴ_s）、ｎ_k＝ｎ（ＫＴ_s）、およびΔｆ’＝Δｆ／ｆ_s（サンプリング周波数に正規化された周波数誤差）である場合、次式が成立する。

以下の決定統計量が形成される。

ここでＰは、多数のサンプルにおけるＴＤＭパイロット１の周期である。以下で詳細に記述する予め定められたしきい値を相関器出力の振幅が超えるイベントに、その捕捉は基づいている。

図３は、例示的な遅延相関器構成部品３００を図示する。一般に、相関器出力がしきい値Ｔ３１０を超えるときの相関器出力の複数の観測に基づいて、タイミングおよびデータ捕捉を行うことができる。３３０において、累算器３２０に最も新しい項（ｒ_kｒ^* _k-128）を加えること、および累算器３２０から最も古い項（ｒ_k-128ｒ^* _k-256）を引くことにより、１２８サンプルの長さに対してスライディングウィンドウ積分を実現することができる。周期Ｐの周期的な波形の自己相関を取ることは、最新のＰ個の入力サンプルを保持する３４０における長さＰの入力バッファ、３５０における単一の複素乗算器を含むができる。長さＰのシフトレジスタまたはメモリ３６０は、最新のＰ個の積項を保持し、３３０における構成部品は、複素加算器および減算器を提供する。振幅が２乗された項は３１０におけるしきい値比較器に供給されて時間領域中のＴＤＭ１の存在を決定する。ＴＤＭパイロット１が存在するとき、ノイズを持たない単一パスチャネル中の遅延相関器出力の振幅を図４の４００において示す。フレーム同期化および初期ＯＦＤＭシンボルタイミング推定するためにＴＤＭパイロット１の検出に、遅延相関器出力を使用することができる。初期周波数オフセットの推定のために、相関器出力の位相を使用することができる。

図５は、ＴＤＭパイロット１処理の例示的な実施５００を図示する。samp_data_i/qおよび１２８遅延されたdel_samp_data_i/qが５１０におけるＡＦＣモジュールから入力される。それぞれのサンプリングクロックにおいて、samp_data値とdel_samp_dataとが、５１４においてｒ_jｒ^* _j-128として相関される。相関器（複素乗算器）５１４の出力は、Shift_register FIFO ５２０中に記憶され、それはサイズが１２８×１２であるＳＲＡＭであってもよい。相関器出力５１４はまた、１２８の連続する相関出力の移動ウィンドウ合計である、sum_correlated_data累算器５３０中に記憶された値に対して加えられる５２４。同一のサンプリングクロック間隔で、５２４において、Shift_register FIFO ５２０から読み出された１２８遅延された相関器値は、sum_correlated_data累算器から減算される。Shift_register FIFO ５２０は循環性のバッファであり、読み取りポインタは１２８だけ書き込みポインタの後をたどる。５３４におけるsum_correlated_dataの“切り捨てられた”バージョンの振幅２乗は、サンプリングクロック間隔毎の５４４におけるソフトウェアプログラムされたしきい値と５４０で比較され、その結果はＴＤＭパイロット１状態機械５５０に報告される。図４中の４００で示すＴＤＭパイロット１検出の“フラットゾーン”の間、５５４におけるsum_correlated_data（ＩおよびＱ）の出力は、１２８サンプリングクロック毎に１度、合計累算器に書き込まれる。ＴＤＭ１検出の終わりにおいて、合計累算器値はＡＦＣブロックに書き込まれる。ＡＦＣブロックはｔａｎ^-1（Ｑ／Ｉ）数式を使用して、ＴＸクロックとローカルＲＸクロックとの間の周波数誤差を計算する。

ＡＲＭインターフェイスモジュール５６０により、本ブロック５００とＡＦＣブロックとに影響を及ぼす制御レジスタにソフトウェアが書き込みできるようになる。ＴＤＭ１検出に信頼性があり、ＴＤＭ１の終わりが確認されるとき、ＡＦＣブロックが更新された後に搬送波周波数に対してローカルクロックがほぼ同期化されていると受信機は仮定する。フレーム同期化も高い確率で成し遂げられる。粗いＯＦＤＭシンボルタイミング推定は、ＴＤＭ１間の相関器出力の立ち下がり端の測定に基づいて決定される。決定されたタイミングの精度は、正確なタイミングの数百のチップ内であるべきである。ＡＦＣブロックはタイミングを決定する２つのカウンタを有する。ofdm_symbol_counterは、スーパーフレーム中のＯＦＤＭシンボル数を追跡する。ＴＤＭパイロット１相関器出力の立ち下がり端は、ＯＦＤＭシンボル‘１’としてマークされ、ＴＤＭパイロット１はＯＦＤＭシンボル‘０’として考えられる。相関器出力の立ち下がり端は、ＴＤＭパイロット１ＯＦＤＭシンボル後のシンボル中に発生するということに注意すべきである。ＡＦＣ中の第２のカウンタであるintra_ofdm_counterは、ＯＦＤＭシンボル中のサンプル数を追跡する。intra_ofdm_counterは、相関器出力の立ち下がり端の検出において（２５６−１７）の値で初期化される。この時点で、受信機はＷＩＣシンボルおよびＬＩＣシンボルを復調する準備ができており、次にＴＤＭパイロット２（ＴＤＭ２としても呼ばれる）を処理して微細な時間同期化を捕捉する。

ＡＲＭインターフェイスモジュール５６０は、ＴＤＭパイロット１とＡＦＣブロックとを制御するソフトウェアレジスタを実現する。ＴＤＭパイロット１ＦＳＭは、ＴＤＭパイロット１を検出する役割を果たす状態機械を実現する。受信機は、ローカルおよびワイドエリアネットワークを決定し、その中で、ＴＤＭ１に続くＷＯＩとＬＯＩとのＩＤシンボルで作動している。情報を使用して正しいスクランブリングシーケンスをセットアップし、データシンボルを適切に逆スクランブルする。ＴＤＭ２は周期的であり、それぞれの周期は２０４８チップである。ＴＤＭ１に基づいて決定された粗いタイミング推定にしたがって、微細タイミング決定ブロックはＴＤＭ２の２０４８サンプルのセグメントで動作して、時間領域送信チャネルの推定を発生させる。長さ２０４８のチャネル推定は、ＴＤＭ２の２０４８チップから発生され、粗いタイミング誤差に等しい量だけ循環的にシフトされる。真のチャネルのスパンが１０２４チップより小さい場合、受信機はチャネルの遅延およびプロファイルを一意的に決定できる。初期の正確なタイミング（すなわちＦＦＴウィンドウの位置）をチャネル推定のプロファイルおよび遅延から導出できる。

一般に、ＴＤＭ１シンボルの相関の実施に基づいた初期の捕捉手続きは３つのステージを有する。以下の記述中の以下の例示的なハードコード化された数は、例示的な実施形態の実例のためであることを理解すべきである。これらの実施形態の１つの実現において、これらの数はソフトウェアによりプログラム可能である。第１のステージの間、アルゴリズムは相関曲線の立ち上がり端をサーチする。５４０において、相関器出力の振幅２乗はプログラム可能なしきい値Ｔと比較される。相関器出力が６４入力サンプル（または他の決定された量）の間、しきい値を連続的に超える場合、アルゴリズムは捕捉プロセスの第２ステージに入る。

第２のステージにおいて、相関器出力の振幅２乗が５４０におけるしきい値を超えるたびに、５６４におけるヒットカウントがインクリメントされる。観測された立ち上がり端が誤りであったことをアルゴリズムが決定する場合、アルゴリズムは第１のステージへ戻ることができる。相関器出力が１２８以上の入力サンプルの間、しきい値よりも下のままであること、およびヒットカウントが４００より少ないことにより、このことは示される。

少なくとも３４の周期の間、またはアルゴリズムが相関曲線の安定した立ち下がり端を観測するまで、アルゴリズムは第２のステージのままである。７６８入力サンプルの間、相関器出力がしきい値より下のままであり、ヒットカウントが４００以上であるとき、アルゴリズムは第２のステージ（安定した立ち下がり端が発見される）を離れる。フラットゾーンが少なくとも４３５２サンプル（３４＊１２８）の間、とどまっていた場合、アルゴリズムはまたフラットゾーンを抜け出す。

相関器出力の累算器合計は、第２のステージの間、１２８サンプル毎に１度更新される。立ち下がり端が第２のステージ中で観測されなかった場合、観測は第３のステージの間継続する。第３のステージにおいて、相関器出力が最低で３２の連続する入力サンプルの間、しきい値より下のままの場合、および相関器出力が第２のステージの間に少なくとも２０００の入力サンプル間、しきい値を超えた場合、ＴＤＭ１検出が宣言される。ＡＦＣループは累算器合計値で更新される。周波数オフセットに比例する累算器合計の位相値を使用して、送信機と受信機との間の周波数誤差を補正する。

初期のＯＦＤＭシンボル時間推定は、図４中で描写する波形の立ち下がり端に基づいている。立ち下がり端の観察中の最終時間の間にしきい値より下に相関器出力が移行する瞬間が、次のＯＦＤＭシンボル（ＴＤＭパイロット２）の２３９番目（２５６−１７）のサンプルとして取られる。５６０におけるヒットカウントが２０００より少ないと判明した場合、またはステージ３における１０２４の入力サンプルのタイムアウト期間中に安定した立ち下がり端が観測されない場合、アルゴリズムはカウントをリセットし、第１のステージに戻って別の立ち上がり端を観測する。相関器の合計累算器はＡＦＣブロックに送られず、合計累算器はリセットされる。

プログラム可能なしきい値Ｔ４４４は、ＡＧＣセッティングに依存することができ、Ｔ＝（１／４）（１２８^＊σ_s ²）²として計算されるように推奨され、ここでσ_s ²は受信信号電力である。ＡＧＣは一定信号にノイズ電力をプラスしたものＭ＝σ_s ²＋σ_n ²を提供するので、しきい値Ｔを計算するために、所定の動作Ｍに対して０ｄＢの信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を使用できる。ＡＤＣ範囲±１に対して、フルスケール電力を２とすることができる。大きなＡＧＣ誤差が（ファーストフェージング中に）予期される場合、しきい値を計算するときにその誤差を考慮すべきである。高いＳＮＲ動作に有利であるネガティブＡＧＣ誤差に対してしきい値を計算すべきであり、さもなければ高いＳＮＲにおける検出性能は低下するかもしれない。

利得感度変化のため、相関器出力がしきい値より大きいとき、ＴＤＭ１の周期構造および広範なループ帯域幅に基づいて周波数誤差検出器により、初期周波数捕捉のためのデータ収集を実行する。立ち上がり端検出が宣言された後、捕捉手続きのフラットゾーン（すなわち第２のステージ）の間に初期周波数捕捉のためのデータ捕捉が生ずる。相関器の合計累算器は１２８の入力サンプルごとに１度更新される。アルゴリズムは３４以上の周期の間、第２のステージにとどまることができるが、相関器の合計累算器に対する更新の数は２８に制限される。チャネルは余分な遅延拡散を有するかもしれないので、ＴＤＭ１シンボルの末端は、一般的には周期的ではない。結果として、フラットゾーンの末端に基づいた周波数推定は、信頼性のあるものではないかもしれない。周波数オフセットは、相関器の合計累算器のアークタンジェントをとることにより計算される。

図６および図７は、パイロット信号を時間領域多重化するための例示的なプロセス６００および７００を図示する。一方、説明を簡単にするため、一連のまたは多数の動作として方法を示し、記述しているが、いくつかの動作は異なる順序で、および／またはここで示し、記述した他の動作と同時に起こってもよいので、ここで記述したプロセスは動作の順序により制限されないことを理解および認識すべきである。例えば、方法は、状態図のように一連の相互関係のある状態または事象として代わりに表わすことができることを、当業者は理解および認識するであろう。さらに、ここで開示した主題的な方法にしたがって方法を実現するために、図示した動作のすべてを必要としなくてもよい。

図６および図７中に描写したプロセス６００および７００は、図５に関して上述した状態機械と関係がある。一般に、状態機械がソフトウェアによりイネーブルされ、corr_mem（シフトレジスタＦＩＦＯ）中のすべてのメモリ位置が‘０’で書き込まれるまで、６１０において状態機械はＩＤＬＥ状態中にある。次の状態、６２０におけるSTART_RIS_EDGE_DETECTは、比較器の立ち上がり端を検出するための開始ポイントである。この状態において、run_countカウンタはリセット状態に保持されている。比較器出力が‘１’である場合、これは合計相関器値がしきい値より大きいことを意味するが、６３０において状態機械はRIS_EDGE_ON状態に移行する。すべてのサンプリングクロック端において、比較器出力が‘１’である場合、run_countカウンタは１だけインクリメントされる。比較器が何らかのサンプリングクロック端上で‘０’である場合、状態機械はRIS_EDGE_ON状態６３０からSTART_RIS_EDGE_DETECT状態６２０に移行し、処理が再度開始する。run_countが６４に到達するとき、これは６４の連続するサンプルに対して相関器出力が‘１’であることを意味するが、６４０において状態機械はSTART_FLAT_REGION状態に移行し、interval_count、hit_count、およびrun_countのカウンタをリセットする。

The interval_countカウンタは、サンプリングクロック端ごとにインクリメントされ、経過サンプルの数を追跡し、hit_countカウンタは比較器出力が‘１’（すなわち、比較器出力がしきい値より上である）であるサンプリングクロックの数を追跡し、run_countカウンタは、比較器が‘０’である連続したサンプリングクロックの数を追跡する。START_FLAT_REGION ６４０から、比較器が‘１’である場合、状態機械はFLAT_ABOVE_THRESHOLD ６５０に移行し、または比較器が‘０’である場合FLAT_BELOW_THRESHOLD ６６０に移行する。サンプリングクロック端ごとにおける比較器の値に依存して、状態機械は２つの状態６５０と６６０との間を移動する。FLAT_ABOVE_THRESHOLD状態６５０において、interval_countがsw_ic_flatより大きく（すなわち、十分長くとどまった）、比較器出力が‘０’である場合、状態機械はSTART_FALL_EDGE_DETECT状態に進む。FLAT_BELOW_THRESHOLD状態６６０から、図６中に示す３つの条件のいずれかに基づいて、次の状態もSTART_FALL_EDGE_DETECT ６７０である。

条件（（run_count＞＝sw_rc_false_rise）および（hit_count＜sw_hc_false_rise））は、比較器の出力中の誤った立ち上がり端検出に関係がある。条件（（run_count＞＝sw_rc_fall）および（hit_count＞＝sw_hc_fall））は、安定した立ち下がり端を調べることに関係があり、正しいまたは誤りの検出のいずれかでもあり得る。条件（（interval_count＞＝sw_ic_flat）および（run_count＞0））は、立ち下がり端が検出されない場合に、状態機械がこの状態にとどまらないことを保証する。START_FALL_EDGE_DETECT状態６７０において、interval_countがリセットされる。hit_countがsw_hc_flatよりも小さい場合、相関器出力が十分な時間の間、しきい値よりも上でなかったことを意味するので、状態機械はSTART_RIS_EDGE_DETECT ６２０に進み、プロセスが再度開始する。そうではなく、比較器出力が‘１’である場合、状態機械はFALL_ABOVE_THRESHOLD ６５０に移行する。次に、interval_countがsw_ic_after_fallに等しい場合、これは予想される“立ち下がり”が発生していないことを意味し、状態機械はSTART_RIS_EDGE_DETECT ６２０に移行する。比較器出力が‘０’である場合、状態機械はFALL_BELOW_THRESHOLD ６６０に移行する。次に、interval_countがsw_ic_after_fallを超える場合、またはrun_countがsw_rc_after_fallを超える場合、状態機械は図７の７１０において示すTDM_PILOT1_DET状態に進む（すなわち、ＴＤＭパイロット１がうまく検出された）。

図８は、ここで示した１つ以上の観点にしたがって、ワイヤレス通信環境中で使用されるユーザデバイス８００の説明図である。ユーザデバイス８００は受信機８０２を具備し、受信機８０２は、例えば受信アンテナ（示していない）からの信号を受信し、デバイス上で典型的な動作を実行し（例えば、受信された信号をフィルタし、増幅し、ダウンコンバートするなど）、調整された信号をデジタル化してサンプルを取得する。受信機８０２は非線形受信機であってもよい。復調器８０４は、受信されたパイロットシンボルを復調し、チャネル推定のためにプロセッサ８０６に提供できる。ＦＬＯ信号を処理するためにＦＬＯチャネル構成部品８１０が設けられている。これは、他のプロセスの中でデジタルストリーム処理および／または位置決め計算を含むことができる。プロセッサ８０６は、受信機８０２により受信された情報を解析すること、および／または送信機８１６による送信のために情報を発生させることを専用とするプロセッサ、ユーザデバイス８００の１つ以上の構成部品を制御するプロセッサ、ならびに／あるいは受信機８０２により受信された情報を解析し、送信機８１６による送信のために情報を発生させ、ユーザデバイス８００の１つ以上の構成部品を制御するプロセッサであってもよい。プロセッサの実行を容易にするためにメモリを設けてもよい。デバイス８００は本質的に例示であり、一般的な機能を伝えるように意図されていることに注意すべきである。フォワードリンク専用（ＦＬＯ）機能に関して、ＦＬＯストリームは電話機のようなワイヤレスデバイスに共存することができるが、本質的に通常のデバイス送信および受信動作から独立している。それ故に、ＦＬＯチャネルは送信機８１６を使用しない。

ここで記述したデータ記憶（例えば、メモリ）構成部品は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリのどちらでもよく、あるいは揮発性および不揮発性メモリの両方を含んでもよいことが理解される。実例として、これに限定されないが、不揮発性メモリは、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能ＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、電気的にプログラム可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、またはフラッシュメモリを含むことができる。揮発性メモリは、外部キャッシュメモリとして動作するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。実例として、これに限定されないが、ＲＡＭは多くの形態で利用でき、例えば同期ＲＡＭ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、同期ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、倍データレートＳＤＲＡＭ（ＤＤＲ ＳＤＲＡＭ）、エンハンストＳＤＲＡＭ（ＥＳＤＲＡＭ）、シンクリンクＤＲＡＭ（ＳＬＤＲＡＭ）、およびダイレクトラムバスＲＡＭ（ＤＲＲＡＭ）がある。主題システムおよび方法のメモリ８０８は、これに限定されないが、これらおよび他の任意の適当なタイプのメモリを具備するように意図されている。ユーザデバイス８００は、データを処理するバックグラウンドモニタ８１４、シンボル変調器８１４および変調された信号を送信する送信機８１６をさらに具備する。

図９は、基地局９０２を具備する例示的なシステム９００を図示し、基地局９０２は複数の受信アンテナ９０６を通して１つ以上のユーザデバイス９０４からの信号を受信する受信機９１０、および送信アンテナ９０８を通して１つ以上のユーザデバイス９０４に対して送信する送信機９２４を有する。受信機９１０は受信アンテナ９０６から情報を受信でき、受信した情報を復調する復調器９１２と動作可能に関係付けられている。復調されたシンボルはプロセッサ９１４により解析されて、プロセッサ９１４はプロセッサに類似しており、メモリ９１６に結合され、メモリ９１６はユーザランクに関連した情報、それに関連したルックアップテーブル、および／またはここで示したさまざまな動作および機能を実行することに関連した他の任意の適当な情報を記憶する。プロセッサ９１４はさらにＦＬＯチャネル９１８構成部品に結合され、その構成部品は１つ以上のそれぞれのユーザデバイス９０４に対してＦＬＯ情報を送ることを容易にする。送信機９２４により送信アンテナ９０８を通してユーザデバイス９０４に対して送信するための信号を、変調器９２２は多重化することができる。

図１０は、例示的なワイヤレス通信システム１０００を示す。簡潔にするために、ワイヤレス通信システム１０００は、１つの基地局および１つの端末装置を描写する。しかしながら、システムは１つより多い基地局および／または１つより多い端末装置を含むことができ、追加的な基地局および／または端末装置は、以下で記述する例示的な基地局および端末装置と実質的に類似または相違してもよいことを理解すべきである。

今図１０を参照すると、ダウンリンク上で、アクセスポイント１００５において、送信（ＴＸ）データプロセッサ１０１０は、トラフィックデータを受け取り、フォーマットし、コード化し、インターリーブし、および変調（またはシンボルマッピング）し、変調シンボル（“データシンボル”）を提供する。シンボル変調器１０１５は、データシンボルとパイロットシンボルとを受け取って処理し、シンボルのストリームを提供する。シンボル変調器１０２０は、データおよびパイロットシンボルを多重化し、送信機ユニット（ＴＭＴＲ）１０２０にそれらを提供する。それぞれの送信シンボルは、データシンボル、パイロットシンボル、またはゼロの信号値であってもよい。パイロットシンボルは、それぞれのシンボル期間中に連続して送られてもよい。パイロットシンボルを、周波数分割多重化（ＦＤＭ）、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）、時分割多重化（ＴＤＭ）、周波数分割多重化（ＦＤＭ）、またはコード分割多重化（ＣＤＭ）することができる。

ＴＭＴＲ１０２０は、シンボルのストリームを受け取り、１つ以上のアナログ信号に変換し、さらにアナログ信号を調整して（例えば、増幅し、フィルタし、および周波数アップコンバートする）、ワイヤレスチャネルに対して送信するのに適したダウンリンク信号を発生させる。ダウンリンク信号は次にアンテナ１０２５を通して端末装置に送信される。端末装置１０３０において、アンテナ１０３５はダウンリンク信号を受信し、受信機ユニット（ＲＣＶＲ）１０４０に対して受信された信号を提供する。受信機ユニット１０４０は、受信された信号を調整し（例えば、フィルタし、増幅し、および周波数ダウンコンバートする）、調整された信号をデジタル化してサンプルを取得する。シンボル復調器１０４５は、受信されたパイロットシンボルを復調し、チャネル推定のためにプロセッサ１０５０に提供する。シンボル復調器１０４５は、プロセッサ１０５０からダウンリンクに対する周波数応答推定をさらに受け取り、受信されたデータシンボルにデータ復調を実行して（送信されたデータシンボルの推定である）データシンボル推定を取得し、受信データプロセッサ１０５５に対してデータシンボル推定を提供し、受信データプロセッサ１０５５は、データシンボル推定を復調し（すなわち、シンボルデマップし）、デインターリーブし、デコードして、送信されたトラフィックデータを復元する。シンボル復調器１０４５および受信データプロセッサ１０５５による処理は、それぞれ、アクセスポイント１００５におけるシンボル変調器１０１５および送信データプロセッサ１０１０による処理と相補関係にある。

プロセッサ１０９０および１０５０は、それぞれアクセスポイント１００５および端末装置１０３０における動作を指示する（例えば、制御し、調整し、管理するなど）。それぞれのプロセッサ１０９０および１０５０は、プログラムコードおよびデータを記憶するメモリユニット（示されていない）と関係付けることができる。プロセッサ１０９０および１０５０はそれぞれ、計算を実行してアップリンクおよびダウンリンクに対する周波数およびインパルス応答推定を導くこともできる。

ここで記述したシステムおよびデバイスを、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせ中で実現してもよい。ハードウェア実施のために、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、マイクロプロセッサ、ここで記述した機能を実行するように設計された他の電子ユニット、またはこれらの組み合わせ内で、チャネル推定のために使用される処理ユニットを実現してもよい。ソフトウェアとともに、ここで記述した機能を実行するモジュール（例えば、手続き、関数など）を通して実施することができる。ソフトウェアコードをメモリユニット中に記憶し、プロセッサ１０９０および１０５０により実行してもよい。

ソフトウェアの実現のために、ここで説明した機能を実行するモジュール（例えば、手続き、関数、など）により、ここで説明した技術を実現してもよい。ソフトウェアコードをメモリユニット中に記憶し、プロセッサにより実行してもよい。メモリユニットをプロセッサ内部またはプロセッサ外部で実現してもよく、どちらのケースにおいても、技術的に知られているさまざまな手段により、メモリユニットは通信可能にプロセッサと結合することができる。

上述したものは例示的な実施形態を含む。もちろん、実施形態を記述する目的のために、構成部品または方法のすべての考えられる組み合わせを記述することは可能ではないが、当業者の１人は多くの更なる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するかもしれない。したがって、これらの実施形態は、すべてのこのような変更、修正およびバリエーションを包含することが意図されており、これらは添付された特許請求の範囲の精神および範囲内にある。その上、用語“含む”が詳細な説明または特許請求の範囲のどちらかで使用される限り、このような用語は、用語“具備する”が請求項中で移行語として使用されるときに解釈されるように用語“具備する”とある意味類似して包括的であることが意図されている。

図１は、ワイヤレス受信機のための時間領域相関器を図示する概略ブロック図である。 図２は、例示的なスーパーフレーム構造を図示する。 図３は、ワイヤレス受信機のための例示的な遅延相関器構成部品を図示する。 図４は、時間領域相関器検出器のための例示的な振幅出力を図示する。 図５は、時間領域多重パイロット処理のための例示的な状態機械を図示する。 図６は、パイロット信号を時間領域多重化するための例示的な処理を図示するフロー図である。 図７は、パイロット信号を時間領域多重化するための例示的な処理を図示するフロー図である。 図８は、ワイヤレスシステムのための例示的なユーザデバイスを図示する図である。 図９は、ワイヤレスシステムのための例示的な基地局を図示する図である。 図１０は、ワイヤレスシステムのための例示的なトランシーバーを図示する図である。

Claims (33)

1. 同期情報を決定する方法において、
   時間領域相関を使用してＯＦＤＭスーパーフレームの開始を検出することと、
   前記時間領域相関を利用して前記ＯＦＤＭスーパーフレームの周波数成分に対して受信機を同期化させることとを含む方法。
2. フォワードリンク専用システムにおいてサンプルを使用することをさらに含む請求項１記載の方法。
3. 少なくとも１２８のサンプルに対して、利得増幅器からの入力バッファをサンプリングすることをさらに含む請求項１記載の方法。
4. 相関として動作する、前記入力バッファの出力における複素乗算を実行することをさらに含む請求項３記載の方法。
5. 前記複素乗算からシフトレジスタ機能を実行することをさらに含む請求項４記載の方法。
6. 前記シフトレジスタの出力における複素加算および複素減算を実行することをさらに含む請求項５記載の方法。
7. レジスタ中に前記複素加算および前記複素減算を記憶させることをさらに含む請求項６記載の方法。
8. 前記レジスタから振幅２乗値を決定することをさらに含む請求項７記載の方法。
9. 前記振幅２乗と予め定められたしきい値とを比較して、パイロットワンシンボルの検出を決定することをさらに含む請求項８記載の方法。
10. 前記予め定められたしきい値はプログラム可能である請求項９記載の方法。
11. パイロットシンボルの立ち上がり端を検出することをさらに含む請求項１記載の方法。
12. 前記立ち上がり端を検出後、フラット領域を検出することをさらに含む請求項１１記載の方法。
13. タイマをセットして前記フラット領域に対する時間の長さを検出することをさらに含む請求項１２記載の方法。
14. 前記フラット領域が検出されない場合カウンタをリセットすることと、後続する立ち上がり端を再決定することとをさらに含む請求項１３記載の方法。
15. 前記フラット領域と、しきい値より上および下とを比較することをさらに含む請求項１３記載の方法。
16. 立ち下がり端検出シーケンスを開始することをさらに含む請求項１５記載の方法。
17. 前記立ち下がり端検出シーケンスに基づいてパイロットシンボルを検出することをさらに含む請求項１６記載の方法。
18. 自動周波数制御構成部品に対して供給されるＩおよびＱ相関値を決定することをさらに含む請求項１７記載の方法。
19. ワイヤレスネットワークシステムのための相関器モジュールにおいて、
    スーパーフレームフィールドを処理して時間領域中の信号振幅を検出する時間領域相関器と、
    前記信号振幅を使用して前記スーパーフレームフィールドに対する開始同期信号を導出するしきい値検出器とを具備するモジュール。
20. 少なくとも１つのサンプルデータバッファと遅延サンプルバッファとをさらに具備する請求項１９記載のモジュール。
21. パイロットデータを処理する複素乗算器構成部品をさらに具備する請求項１９記載のモジュール。
22. パイロットデータを処理する少なくとも１つのシフトレジスタＦＩＦＯをさらに具備する請求項１９記載のモジュール。
23. パイロットデータを処理する複素加算器および複素減算構成部品をさらに具備する請求項１９記載のモジュール。
24. 前記信号振幅を決定する振幅構成部品をさらに具備する請求項１９記載のモジュール。
25. 前記信号振幅と予め定められたしきい値とからパイロットの開始を決定する比較器をさらに具備する請求項２４記載のモジュール。
26. 前記予め定められたしきい値をプログラムする構成部品をさらに具備する請求項２５記載のモジュール。
27. パイロット開始時間を決定する少なくとも１つの状態機械をさらに具備する請求項２６記載のモジュール。
28. 前記時間領域相関器または前記しきい値検出器を実行するために、記憶された機械実行可能命令を含む機械読み取り可能媒体を有する請求項１９記載のモジュール。
29. ワイヤレスネットワーク中でタイミングデータを決定するシステムにおいて、
    スーパーフレームを分析して時間領域中の信号振幅を検出する手段と、
    前記信号振幅を検出して前記スーパーフレームに対する開始タイミング信号を決定する手段とを具備するシステム。
30. 記憶された機械実行可能命令を有する機械読み取り可能媒体において、
    ＯＦＤＭパケットを処理して時間領域中の信号振幅を検出することと、
    前記信号振幅を検出して前記ＯＦＤＭパケットに対する開始タイミング信号を決定する手段とを具備する機械読み取り可能媒体。
31. 記憶されたデータ構造を有する機械読み取り可能媒体において、
    ＯＦＤＭブロードキャストパケットからの相関付けられた値を記憶する複数のデータフィールドと、
    前記ＯＦＤＭブロードキャストパケットを分析するためのしきい値を記憶するデータフィールドと、
    前記しきい値と前記ＯＦＤＭブロードキャストパケットとに部分的に基づいて開始シーケンスを決定する比較器フィールドとを具備する機械読み取り可能媒体。
32. ワイヤレス通信装置において、
    受信ＯＦＤＭブロードキャストから時間領域相関器値を決定する構成部品を含むメモリと、
    前記時間領域相関器値とプログラム可能なしきい値とを比較することにより開始時間を決定するプロセッサとを具備するワイヤレス通信装置。
33. ワイヤレス通信環境に対するタイミング情報を決定するための命令を実行するプロセッサにおいて、
    前記命令は、
    ＯＦＤＭブロードキャストパケットを受信することと、
    前記ＯＦＤＭブロードキャストパケットに対する時間領域相関を決定することと、
    前記時間領域相関と少なくとも１つのしきい値とに部分的に基づいて、ワイヤレス受信機のために開始時間同期を決定することとを含むプロセッサ。

Images