JP2008535324A - 温度補償されない、簡易な水晶発振器を用いたcdma周波数取得 - Google Patents
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Abstract
【課題】
【解決手段】CDMA符号チャネルが、温度補償されず比較的大きな周波数誤差を備える同調信号を生成する水晶発振器を用いて取得される(例えば、±5ppm)。チャネル取得は最初、オフセットなしで、理想的な温度/周波数誤差曲線を入手可能なデータポイントに合わせることにより得られる開始周波数から試みられる。成功しなかったパイロット取得の後、オフセット周波数は「スパイラル」方式でステップされ、パイロット取得がやり直される。パイロット及び同期チャネルがうまく取得されるものの、システム識別表示が予期しないものであれば、隣接チャネル・イメージが取得されており、オフセット周波数は大きなステップ(例えば15kHz)でバンプされる。パイロット取得は、スパイラル・ステッピングを用いて再試行される。水晶発振器は、パイロット、同期及びページングチャネルのうまくいった取得の度に、周波数取得が成功した際の温度に関する周波数調整テーブル内のデータポイントを保有することによって較正される
【選択図】 図1
【解決手段】CDMA符号チャネルが、温度補償されず比較的大きな周波数誤差を備える同調信号を生成する水晶発振器を用いて取得される(例えば、±5ppm)。チャネル取得は最初、オフセットなしで、理想的な温度/周波数誤差曲線を入手可能なデータポイントに合わせることにより得られる開始周波数から試みられる。成功しなかったパイロット取得の後、オフセット周波数は「スパイラル」方式でステップされ、パイロット取得がやり直される。パイロット及び同期チャネルがうまく取得されるものの、システム識別表示が予期しないものであれば、隣接チャネル・イメージが取得されており、オフセット周波数は大きなステップ(例えば15kHz)でバンプされる。パイロット取得は、スパイラル・ステッピングを用いて再試行される。水晶発振器は、パイロット、同期及びページングチャネルのうまくいった取得の度に、周波数取得が成功した際の温度に関する周波数調整テーブル内のデータポイントを保有することによって較正される
【選択図】 図1
Description
本開示は、一般に無線通信装置、特に開始周波数が比較的精密でない場合の順方向CDMAチャネルの周波数取得方法に関する。
多くの無線ネットワーク及び移動局(無線端末)は、例えば(1)米国電気通信工業会(Telecommunications Industry Association)/米国電子工業会(Electronic Industry Association)によって公布されたIS−95標準、(2)1xEV−DOに関連する技術標準、(3)「第3世代パートナーシップ・プロジェクト(3GPP;3rd Generation Partnership Project)」と名付けられた共同体によって提案されたUMTS標準及び(4)「第3世代パートナーシップ・プロジェクト2(3GPP2)」と名付けられた共同体によって提案された標準(IS−2000標準)などの1またはそれ以上の符号分割多重接続(CDMA)に基づく技術標準をサポートするよう設計されている。上記CDMAセルラシステムでは、基地局から複数の移動局へ送信される信号は、周波数分割多重接続(FDMA)や時分割多重接続(TDMA)のような単なる周波数や時間の割り当てでなく固有の符号によって互いに区別される。1つのセルラシステムにおいて単チャネル上の全ての携帯電話は同じ広帯域搬送周波数を利用する。基地局から移動局までの順方向CDMAチャネル(ダウンリンクチャネルとも呼ばれる)では、基地局は移動局の各々に直接送信するために異なる符合を用いて、セル/セクタ中でユーザデータを複数の移動局へ一斉に送信する。直接拡散CDMAシステムでは、データ信号によって搬送信号を変調し、結果信号を広帯域拡散信号で再度変調することによって、送信される信号はデータを送信するのに必要な最小の帯域幅よりも広い周波数帯域上で拡散される。各移動局は、広帯域無線チャネルの全体を占める様々な符号チャネルの取得処理を経て、特定のセル/セクタに関して適切な広帯域符号化された信号を取得する。
所定の中心周波数に集められた広帯域符号チャネルを取得するために、移動局は広帯域符号化信号をミックス・ダウンまたはダウン・サンプルするための同調信号を生成する発振器を用いる。符号チャネルは、復調器の帯域幅に対して周波数誤差が大き過ぎるとうまく取得されない。例えば、±5ppm(100万分の1)を超えるなどの比較的大きな周波数誤差を持つ同調信号での符号チャネルの取得が困難となり得る。故に、CDMA移動局は一般的に、電圧制御温度補償水晶発振器(VCTCXOs)を用いて例えば±2ppm未満などの比較的小さな周波数誤差を持つ同調信号を生成する。一方、出力周波数に関する温度の影響を補償するための付加的な回路構成を持たない水晶発振器は、VCTCXOよりも製品が安上がりになる。しかしながら、水晶発振器の周波数誤差は、例えば±20ppmなど比較的大きくなり得る。従って、±5ppmを超えるなど比較的大きな周波数誤差を持つ同調信号を用いてCDMA符号チャネルを取得する方法が求められる。
本特許出願は、「CDMA FREQUENCY ACQUISITON USING CRYSTAL OSCILLATOR THAT IS NOT TEMPERATURE COMPENSATED」と題する2005年3月24日にファイルされた仮出願No.60/655,617につき優先権を主張し、譲受人に譲渡され、参照として明確に組み込まれる。
移動局中の回路構成が、例えば±5ppmなど比較的大きな周波数誤差を持つ水晶発振器を用いてCDMA符号チャネルを取得する。水晶発振器から出力される信号の周波数は温度補償されない。開始周波数は、周波数調整テーブルから入手できるいくらかの温度/周波数誤差のデータポイントに合わせられる理想曲線から得られる。不成功に終わったパイロットチャネルの取得の後、移動局は「スパイラル」方式でもって周波数のオフセットをステップさせる。パイロット取得は、開始周波数+「スパイラル」系列:0,+1,−1,+2,−2,+3,−3,・・・の倍数の大きさを持つオフセット周波数に等しい中心周波数で再試行される。この反復する「スパイラル」探索方法は、パイロットチャネルが取得されるか所定の最大数の反復が生じるまで、徐々に発散するように高い周波数と低い周波数との間の行き来が繰り返される。中心周波数は、フェーズ・ロック・ループ及び周波数回転装置(frequency rotator)の両方を用いて調整される。一実施形態では、フェーズ・ロック・ループを用いて粗調が行われ、周波数回転装置を用いて微調が行われる。プロセッサは、水晶発振器によって出力される信号を調節しながら、フェーズ・ロック・ループによって出力される信号の周波数を調整する。水晶発振器信号は、フェーズ・ロック・ループのための基準クロック信号として用いられる。プロセッサは、取得される符号チャネルの中心周波数の周波数回転装置によって調整される量も制御する。
パイロットチャネル及び同期チャネルをうまく取得できるが、上記回路構成が予期しないシステム識別表示(例えば、SID)を検出する場合、隣接チャネル・イメージがおそらく取得されている。上記システム識別表示が受理可能であるか、決定的でない表示であって、同期チャネルが復調のできない新しいチャネルに移動局を誘導する場合には、おそらく隣接チャネルのイメージが獲得されている。スパイラル方式では、イメージの疑わしいいずれの場合においても、例えば15kHzを超える広いステップで、オフセット周波数は現在の値から「バンプされ」る。パイロット取得は、「バンプされた」オフセット周波数を用いて再試行され、パイロット取得が成功するまでスパイラル・ステッピングが行われる。上記回路構成が、パイロットチャネル及び同期チャネルの成功した取得に引続き、複数の隣接チャネルと思われるイメージを検出すると、上記回路構成はオフセット周波数をスパイラル方式で「バンプして」、パイロット取得が再試行される。パイロットチャネル、同期チャネル及びページングチャネルの3つ全ての取得の後、上記回路構成は周波数取得が成功した温度に関するデータポイントで上記周波数調整テーブルを更新することによって水晶発振器を較正する。従って、水晶発振器は、移動局が使用されるにつれて繰り返し較正される。多少の効率の損失が伴うものの、不揮発性記憶装置なしで実施するために記憶ステップを省いてもよい。
CDMAセルラ方式におけるチャネル取得方法は、温度調整テーブルからもしあればデータポイントを読み出し、理想曲線を上記データポイントに当てはめ、水晶発振器の温度を推定し、チャネル取得のための開始周波数を設定することを含む。上記方法は、開始周波数+最初はゼロに設定されるオフセット周波数でパイロットチャネルの取得を試みる。パイロットチャネルが取得されていないと判断されれば、上記オフセット周波数は第1のオフセットに設定される。パイロットチャネル取得は開始周波数+上記第1のオフセット周波数で試みられる。上記開始周波数+第1のオフセットでパイロットチャネルが取得されていないと判断されれば、上記オフセット周波数はスパイラル方式でステップされる。パイロット取得は、開始周波数+スパイラル系列:0,+1,−1,+2,−2,+3,−3,・・・の倍数のオフセット周波数で引続き再試行される。
パイロットチャネルが取得されていると判断されれば、パイロットチャネルの取得が成功した周波数で同期チャネル取得が試みられる。同期チャネル取得が成功しなければ、同じ中心周波数でパイロットチャネル取得が再び試みられ、上記方法はパイロットチャネル取得ステップに戻る。上記再試行は、短期間の劣悪なチャネル条件の可能性を補償する。同期チャネルが取得されていると判断されれば、所望のシステム識別表示(例えば、SID)が検出されるか否かを判断する。所望のシステム識別表示は、所望のCDMAセルラシステムを示す。システム識別表示が所望のものであれば、同期チャネル取得が成功した周波数でページングチャネル取得が試みられる。パイロットチャネル、同期チャネル及びページングチャネルの成功した取得の上に、ある温度における水晶発振器の実際の周波数誤差が決される。上記周波数調整テーブルは、この温度及び周波数に関して更新される。
他の実施形態及び利点は以下の記述によって詳細に述べられる。この概要は発明を定義する意図ではない。本発明は請求項によって定義される。
同種の数字が同種の要素を示す場合には、添付図面は本発明の実施形態を例示する。
いくつかの実施形態についてこれから詳細に言及され、これらの実施例は添付図面で説明される。
図1は、同調信号の生成に水晶発振器11を用いてCDMA符号チャネルを取得する回路構成10の簡略化されたブロック図である。水晶発振器11は、温度変化によって周波数が変化する水晶発振器クロック信号(XO CLK)12を出力する。一実施形態では、水晶発振器11は、19.2MHzの水晶発振器である。水晶発振器11は、出力周波数上の温度の影響に関する補償のための回路構成を含むVCTCXOに比べて安価に製造される。従って、水晶発振器を含む携帯電話(移動局とも呼ばれる)の製造は、VCTCXOを含む携帯電話の製造にとは対照的に安価である。この例では、水晶発振器11の周波数誤差(Δf/f)は、およそ±9ppmである。GSM移動局は通常、同調信号の生成に水晶発振器のみを用いる。CDMA信号取得のために水晶発振器を用いることは、シングル・チップGSM/CDMAソリューションにおいて同じ発振器で同調信号の生成を可能とするという別の利点を持つ。
図2は、水晶発振器11の温度と周波数誤差との関係のグラフを示す。この実施形態では、水晶発振器11は水晶振動子を含む。実線13は、水晶発振器11と同様にカットされた水晶振動子に関する理想曲線を表す。ベースライン出力周波数はおよそ25℃で測定されている。この例では、水晶発振器11と同様の理想水晶の出力周波数は、およそ−20℃で約+8ppmに増加し、およそ70度で−8ppmに減少する。破線14は水晶発振器11より出力されるXO CLK12の実際の周波数と温度との関係を表す。温度上の実際の周波数誤差は、較正を経て得られるデータポイントを理想曲線にあてはめることにより判断される。上記較正は、一般的に工場で行われる。例えば、データポイント15及び16が25℃及び−40℃でそれぞれ測定され、それから実際の周波数誤差曲線を得るために理想曲線13は量17だけシフトされ、ポイント16に合わせられる。この例では、水晶発振器11は実際のところ、温度変化によって±10ppmの周波数誤差(Δf/f)を示す。水晶発振器11の実際の周波数誤差は、合計では温度変化によって生じる周波数誤差の2倍になるかもしれない。残りの周波数誤差は部品間の製造プロセスのばらつきに基づき変化する。この例では、0℃における実際の周波数誤差は理想曲線が示す周波数誤差に比べておよそ2.5ppm大きい。回路構成10は、継続して符号チャネルが取得される時に実際の周波数誤差が判断されることを可能とし、工場において行われなければならない較正の量を減らす。工場で行われる較正の量を減らすことは、回路構成10を含む移動局の製造コストを減らす。
図1に戻ると、XO CLK12はクロック調整器18によって調整され、基準クロック(REF CLK)19としてローカル発振器20のために用いられる。ローカル発振器20は、同調信号として用いられるローカル発振(LO)信号21を生成する。この実施形態では、ローカル発振器20はシグマ−デルタ、フラクショナルN・フェーズ・ロック・ループ(PLL)である。他の実施形態では、ローカル発振器20は直接デジタル・シンセサイザ(DDS)である。LO信号21はRF受信器22でアンテナ24から受ける入力RF信号23と混合される。順方向トラヒックチャネルが取得される前に、回路構成10を含む移動局は最初にタイミング情報と符号情報をパイロットチャネル、同期チャネル及びページングチャネルから取得する。当業者にとって、符号分割パイロット、時分割パイロットまたは1xEV−DOに見られるUMTSのような組み合わせのいずれのパイロットであってもよい。同様に、同期情報及びシステムオーバーヘッド情報として、様々な形式での同期情報及びシステムオーバーヘッド(ページング)情報が用いられる。
チャネル取得の処理は、RFキャリアに混合するために十分正確な周波数の同調信号を生成し、解読可能な符号チャネルを作り出す移動局の能力に依存する。ダウンコンバートされた帯域の中心周波数が所望の符号チャネルの正しい中心周波数と±2ppmを超えて異なれば、符号チャネルを取得することは一般的に困難である。それにもかかわらず、水晶発振器の周波数誤差を補償するための適切な方法が用いられれば、±2ppmを超える周波数誤差を備えた水晶発振器であっても、符号チャネルを取得するために十分な正確さを備えた同調信号を生成するために用いられる。他方では、水晶発振器11を用いるものの残りの回路構成10がなく、工場での較正がなされていない移動局は、例えば寒い日における符号チャネルの取得の困難さを有することになるだろう。図2に示すように、0℃では同調信号の周波数は、たぶん理想曲線13が示す周波数よりも2ppm以上速いであろう。LO信号21が正しい中心周波数を持つならば、RF受信器22は取得された符号チャネルよりデジタルI+Qサンプル(同相+直交サンプル)25を出力する。
図3は、例えば±5ppmを超えるなどの比較的大きな周波数誤差を示す水晶発振器を用いてCDMA符号チャネルを取得するための方法を例示するフローチャートである。図3に例示された方法は、図1の回路構成10によって行われ、水晶発振器11に関して実際の周波数誤差曲線14を得るための工場における較正を必要としない。上記方法の最初の4ステップでは、もし入手できるデータポイントがあれば、現在の周波数誤差値を得るために理想曲線が合わせられる。回路構成10は現在の周波数誤差値を用いて、±5ppmより少ない誤差を備えた中心周波数を持つ符号チャネルをもたらす周波数のLO信号21を生成する。後のステップは、例えば±5ppm未満など比較的小さい周波数誤差を備えた中心周波数を持つ符号チャネルを作り出す。
最初のステップ26では、プロセッサ28によって、周波数調整テーブルが不揮発性メモリ27から読み出される。不揮発性メモリ27及びプロセッサ28は、回路構成10のデジタル移動局モデム29に含まれる。他方では、水晶発振器11、クロック調整器18、ローカル発振器20及びRF受信器22は、回路構成10のRFアナログチップ30に含まれる。ステップ26の後、周波数調整テーブルは、図2の理想曲線13上のポイントを含む。ステップ31では、理想曲線13はいくつかの入手可能なデータポイントに合わせられる。この例では、データポイント15のみが入手可能である。従って、ステップ31以降、回路構成10は、図2に示すように、適合された曲線(フィット曲線)(fitted curve)32を参照することになる。ステップ33では、回路構成10は水晶発振器11の温度を近似する温度測定値を獲得する。ステップ34では上記測定温度をフィット曲線32にマッピングすることにより、現在の周波数誤差値が判断される。例えば、0℃の測定温度であれば、現在の周波数誤差値はおよそ+8ppmであると判断される。
ステップ35では、回路構成10は現在の周波数誤差値を用いて得られた開始周波数でパイロット符号チャネルの獲得を試みる。回路構成10が現在の周波数誤差値に基づいて符号チャネルの中心周波数をシフトさせる2つのメカニズムがある。第1のメカニズムはLO信号21を調整し、第2のメカニズムは入力RF信号23がダウンコンバートされた後にRF受信器22から出力される信号の周波数を直接的に調整する。
図4は、3つの隣接する一方向CDMA通信チャネルの周波数間隔を示す。この例では、中心チャネルは広帯域入力RF信号23を表す。広帯域入力RF信号23は、基地局から回路構成10を含む移動局を包含する複数の移動局にデータを送信するために用いられる順方向CDMA通信チャネルである。基地局は、異なる拡散系列符号を用いて符号チャネルを送信することにより、入力RF信号23経由でセルに関して現在の全ての移動局へユーザデータを一斉に送信する。符号チャネルは周波数チャネルに並べられる論理チャネルであり、同じRFキャリアで送信される。IS−95標準では、符号チャネルはパイロットチャネル、同期チャネル、最大7のページングチャネル及び多数のトラヒックチャネルを含む。各々のCDMA通信チャネルは、1.25MHzの周波数スペクトルが割り当てられ、1.2288MHzが無線チャネルとして用いられ、およそ20kHzが無線チャネル間のガード帯域として用いられる。全ての符号チャネルは、同じ周波数スペクトルを共有し、1.2288MHzの広帯域無線チャネルの全体を占める。
図3のステップ35で用いられた周波数をシフトさせるための2つのメカニズムに戻ると、第1のメカニズムは水晶発振器11から出力されるXO CLK12の調整によってLO信号21を調整する。プロセッサ28は、デジタルLO周波数制御信号36をクロック調整器18に送る。クロック調整器18は、LO周波数制御信号36によって決まる、XO CKL12に比べて速いかまたは遅い周波数を備えたREF CKL19を出力する。REF CLK19はローカル発振器20のPLLに受け取られる基準クロック信号であるため、REF CKL19の周波数の変化は対応する変化をLO信号21の周波数に引き起こす。RF受信器22は、入力RF信号23をダウンコンバートするためにLO信号21を用い、ダウンコンバートされた入力RF信号23はI+Qコンポーネント25に分割される。LO信号21の周波数変化は、I+Qサンプル25の中心周波数の変化をもたらす。RF受信器22から出力される広帯域のI+Qサンプル25は、符号チャネルを含み、LO周波数制御信号36次第でシフトされているかも、あるいはされていないかもしれない中心周波数を持つ。
符号チャネルの中心周波数をシフトさせる第2のメカニズムは、I+Qサンプル25をRF受信器22から受ける周波数回転装置37を含む。プロセッサ28は、デジタル回転周波数制御信号38を周波数回転装置37に送る。回転周波数制御信号38に基づいて、周波数回転装置37は、RF受信器22から出力される広帯域のI+Qサンプル25の中心周波数をシフトさせる。周波数回転装置37は、位相回転を行うことによってI+Qサンプル25の見かけの周波数をシフトさせる。周波数回転装置37から出力されるI+Qサンプル25は、4位相偏移変調(QPSK)復調器39によって受け取られる。QPSK復調器39によって受け取られるI+Qサンプル25の中心周波数は、回転周波数制御信号38次第でシフトされているかもしれないし、されていないかもしれない。この実施形態では、クロック調整器18及びローカル発振器20が符号チャネルの中心周波数の粗い調整に用いられる一方で、周波数回転装置37が微調に用いられる。ローカル発振器20は、周波数回転装置37に比べて広いダイナミックレンジを備えたPLLを含む。回路構成10の製造コストは、ローカル発振器20の正確さの劣るPLLに比べて一般にアナログチップ30上でより大きなスペースを占め、より高いクロックスピードで動作する正確なPLLに代えて周波数回転装置37で微調を行うことにより低くなる。
図3の周波数取得方法の判断ステップ40では、回路構成10はI+Qサンプル25からパイロット符号チャネルが得られているかどうかを判断する。最初の周波数取得は、開始周波数+ゼロに設定されているオフセット周波数で行われる。パイロットチャネルが取得されているかどうかの判断は、疑似乱数または疑似雑音(PN)系列とI+Qサンプル25との外積の計算を含む。回路構成10は、帰還ループ網、2を法とする加算器及びフリップ・フロップのレジスタで構成されるPN生成器を含む。Nビットレジスタを備えたPN生成器は、長さ2N−1のPN系列を生成できる。正しいオフセットを持つPN系列が、基地局でもともと拡散され送信された信号に伴うPN系列に一致すれば、回路構成10はパイロットチャネルが取得されていることを示す十分に相関性のあるエネルギーを検出する。QPSK復調器39は、上記十分に相関性のあるエネルギーを検出し、復調ステータス信号41において上記相関の程度をプロセッサ28に示す。
さらに、所定のパイロットPNオフセットでI+Qサンプル25とPN系列が相互に相関すれば、QPSK復調器39は上記PN系列でI+Qサンプルを逆拡散し、逆ウォルッシュ関数を適用する。IS−95標準では、符号チャネル上で基地局から送信されるデータは、最初は20msのフレームの中でグループ分けされ、畳み込み符号化され、データ・レートの調整が繰り返され、インタリーブされる。各々の符号チャネルは長さ64の64ウォルッシュ関数の1つによって基地局において直交拡散される。拡散ウォルッシュ関数のビットはチップと呼ばれる。ウォルッシュ関数による拡散は、1.2288Mcps(mega chips per second)の固定チップレートで行われる。ウォルッシュ関数は互いに直交であるため、ウォルッシュ関数によって拡散された符号チャネルも直交である。直交拡散は、基地局によってカバーされるセル内の移動局への全てのチャネルの直交チャネル化をもたらす。従って、各々の移動局への順方向トラヒックチャネルは異なるウォルッシュ関数によって拡散される。隣接セルにおいて同じウォルッシュ関数を用いて拡散されたチャネルからの干渉は、それでもなお存在する。更に、たとえ異なるウォルシュ関数であっても隣接セルにおいて非同期で拡散された符号化チャネルは時間的位置が合わず、故に直交でないため、干渉が存在する。従って、各々の符号チャネルは、パイロットPN系列の直交対によっても拡散される。結果として生じるチャネルの対は、4位相偏移変調(QPSK)波形の対として基地局から移動局へ送信される。これら波形の対は、I+Qサンプル25である。一実施形態では、パイロットPN2値系列は215、即ち32768の長さを持つ。従って、各々の符号チャネルはI+Q信号の対として送信され、夫々32768チップの周期を備える。1.2288Mcpsのチップレートに関しては、32768チップの周期は26.67msの時間に相当する。
IS−95標準では、セルラシステムにおける全ての基地局は異なるパイロットPNオフセットを備えるけれども同じPN系列を用いる。IS−95標準は、32768チップのPN系列上で64チップのオフセット間隔を備える512の固有のタイム・オフセット用いる。PN系列の変調はウォルッシュ関数の変調と同じクロックレートで行われる。PN系列の直交対は同相(Iチャネル)系列及び直交(Qチャネル)系列である。1つのセル(またはセクタ化されたセルの1つのセクタ)で送信される全ての符号チャネルは、パイロットPN系列の同じタイム・オフセットを用いる。従って、各々の基地局はその順方向CDMA通信チャネルを同定するために異なるタイム・オフセットを用いる。特定のパイロットPNオフセットは、CDMAセルラシステム内の隣接しないチャネルによって再利用され得る。
パイロットチャネル、同期チャネル、ページングチャネル及び順方向トラヒックチャネルの各々は異なるウォルッシュ関数を用いて生成される。パイロットチャネルは、各々のCDMA基地局から常に送信されている無変調の直接拡散スペクトル信号である。パイロットチャネルはウォルッシュ・コード0(W0)で拡散されている。上記ウォルッシュ・コード0は、全て0で構成される。各々の移動局は、順方向CDMAチャネルのタイミングを取得するためにパイロットチャネルを監視する。パイロットチャネルは、コヒーレント復調のために移動局に位相リファレンスを与え、移動局のチップクロックへの同期を可能とする。チャネル取得を容易にするため、パイロットチャネルには他の符号チャネルに比べて高いパワーレベルが与えられている。パイロットチャネルは、呼を隣接する基地局に何時ハンドオフするかを判断するために、異なる基地局間の信号強度の比較にも用いられる。
同期チャネルは、符号化され、インタリーブされ、拡散され、かつ、スペクトル拡散変調された信号である。同期チャネルはウォルッシュ・コード番号32(W32)で拡散される。移動局は、最初の時間同期を得るために同期チャネルを用いる。同期チャネル・メッセージは同期チャネル上で送信され、システム時刻、オフセット・ローカル・タイム、パイロット・ショートPN系列オフセット、サマータイム表示(daylight saving indicator)及びページングチャネルのデータ・レートなどの情報を含む。
ページングチャネルも、符号化され、インタリーブされ、拡散され、かつ、スペクトル拡散変調された信号である。IS−95標準は、ウォルッシュ・コード番号1−7で拡散される7つのページングチャネルを定義する。ページングチャネルは、基地局から移動局へ制御情報及びページを送信する。移動局に呼が生じると、当該移動局は割り当てられたページチャネル上で基地局からページを受け取る。第1のページングチャネルはウォルッシュ・コード1(W1)で拡散されている。移動局は最初にページングチャネルW1を調べる。ページングチャネルW1が適切でなければ、移動局はハッシング関数を用いて正しいページングチャネルをチェックする。
パイロットチャネルがステップ40において取得されれば、回路構成10は判断ステップ42に進む。ステップ42では、回路構成10は同期チャネルが取得されているかどうかを判断する。同期チャネルを取得するために、QPSK復調器39は、ウォルッシュ・コード番号32(W32)の逆を、正しいパイロットPNオフセットで始まるPN系列で逆拡散されているI+Qサンプル25に適用する。QPSK復調器39の出力は符号シンボル44を出力するブロック・デインタリーバ(deinterleaver)43によってデインタリーブされる。例えばビタビ復号器などの畳み込み復号器45は、符号シンボル44を復号し、同期チャネル・メッセージのフレーム46を出力する。回路構成10は、巡回冗長検査(CRC)値及びシンボル誤りの低い発生率の検出に基づいて同期チャネルが取得されているかどうかを判断する。プロセッサ28は、フレームレベルCRC値及びメッセージレベルCRC値のどちらをチェックするかを決定する。プロトコル次第で、所定数の連続フレーム・エラーが、同期チャネルの損失として定義される。
判断ステップ47では、回路構成10は、同期チャネル・メッセージに含まれるシステム識別表示(例えば、システム識別番号(SID))及びネットワーク識別番号(NID)が、移動局が予期するようプログラムされている値に一致するかどうかを判断する。システムは、特定のCDMA通信チャネルを使用するCDMAセルラシステムを構成する全ての基地局を含む。ネットワークは、上記基地局のサブセットになり得る。例えば、ネットワークは、所定の集中基地局制御装置(CBSC;Centralized Base Station Controller)によって制御される全ての基地局として定義されてもよい。IS−683の下では、移動局は、CDMAセルラシステムの優先ローミングリストを定義するシステム識別番号のシステム記録を含む。システム記録は、システムで使用されるチャネルを定義する取得記録を指す。回路構成10が、特定のチャネル上でセルラサービスの取得を試みると、プロセッサ28は当該チャネルと関係のあるシステムのシステム識別表示を見つけることを求められる。この実施形態では、プロセッサ28はSID及びNIDが所望値に一致するかどうかを判断するためにフレーム46を解析する。
SID及びNIDが所望されるものであれば、回路構成10は適切なページングチャネルの取得を試みる。ステップ48では、回路構成10は、ページングチャネルを取得するためにLO信号21の周波数を調整する。パイロットチャネル及び同期チャネルの取得と同様に、ページングチャネルを取得するための正しい周波数にI+Qサンプル25の中心周波数を配置するために、周波数回転装置37及びクロック調整器18に組み合わせられるローカル発振器20の両者が用いられる。ある状況では、ページングチャネルは異なるCDMA通信チャネルに位置する可能性があり、回路構成10は当該チャネルに飛ぶ。
判断ステップ49では、回路構成10はページングチャネルが取得されているかどうかを判断する。プロセッサ28は、制御情報及びページを含むメッセージのCRC値をチェックする。プロセッサ28は、ページングチャネルにおけるシンボル誤りもチェックする。ステップ49においてページングチャネルが取得されれば、周波数取得は完了し、移動局は順方向トラヒックチャネル上で通信を受けることができる。音声通信に関しては、音声出力信号を生成するために、復調され、デインタリーブされ、かつ、畳み込み復号されたフレームからのデータが再び音声コーデック(CODEC)50でデコードされる。ステップ49での成功した周波数取得の後、回路構成10は周波数調整テーブルに対して付加的なデータポイントを加えることにより、水晶発振器10を較正する。
ステップ51では、回路構成10はパイロットチャネル、同期チャネル及びページングチャネルが取得された中心周波数に基づいて水晶発振器11の周波数誤差を判断する。ステップ52では、回路構成10は、周波数取得が完了した直後に水晶発振器11の温度を近似する温度測定値を再び取得する。それからステップ53では、上記測定温度での周波数誤差に関する周波数調整テーブルにデータポイントが加えられる。例えば、測定温度が−40℃であって周波数誤差が+6ppmに相当すれば、図2のデータポイント16が周波数調整テーブルに加えられる。回路構成10が次に周波数取得を行うとき、理想曲線13は2つのデータポイント15及び16に合わせられ、ステップ31以降、回路構成10は図2に示すように、フィット曲線14を参照する。移動局の継続的使用に伴って水晶発振器11の徹底的な較正が行われるので、工場で行われなければならない較正の量が減る。移動局及び水晶発振器11の経年につれて変化する周波数誤差を補償する継続的な較正というさらなる効果もある。
判断ステップ40に戻り、この例では回路構成10がパイロットチャネルは取得されていないと判断する。最初に試みられる取得は、開始周波数+オフセット周波数に等しい最初の中心周波数で行われた。開始周波数はフィット曲線32から得られ、オフセット周波数は0に設定されていた。これからステップ54において、オフセット周波数が第1のオフセット値にステップされる。一実施例では、上記第1のオフセット値は1kHzに設定される。ステップ55では、回路構成10はオフセット周波数が所定の許容回数を超えてステップされているかどうかを判断する。例えば、許容されるステップの最大数は20に設定されるかもしれない。その場合、第1の中心周波数及びこれに続くオフセット周波数に関して19ステップにわたって得られる19の中心周波数での試みにもかかわらずパイロットチャネルが取得されていなければ、オフセット周波数は20回ステップされ、最大数に達しているので更なる周波数取得の試みは止まる。その場合、パイロットチャネル取得失敗がステップ56において表示される。
ステップ55において許容されるステップの最大数に達していなければ、第2の中心周波数が設定される。第2の中心周波数は開始周波数+第1のオフセット値に設定されているオフセット周波数である。ステップ35では、第2の中心周波数でパイロットチャネル取得が繰り返される。この例では、ステップ40においてパイロットチャネル取得は再び失敗する。ステップ54では、オフセット周波数は第2のオフセット値にステップされる。第2のオフセット値は第1のオフセット値の逆である。この例では、第1のオフセット値が1kHzに設定されていたので、第2のオフセット値は−1kHzである。それからステップ55、35及び40が繰り返される。パイロットチャネル取得の一連の成功しなかった試みの度に、オフセット周波数は正しい中心周波数の「スパイラル・サーチ」を行うように進められる。従って、周波数取得は、この例では開始周波数+「スパイラル」系列:0,+1,−1,+2,−2,+3,−3,・・・(kHz)に属するオフセット周波数に等しい中心周波数で行われる。オフセット周波数がはるばる−10kHzまで進む場合、当該オフセットでのパイロットチャネル取得が行われる前を除き、パイロットチャネル取得の失敗がステップ56において表示されるだろう。
ステップ40においてパイロットチャネルがうまく取得されてから、この例ではステップ42において同期チャネルが取得されない。ステップ57では、回路構成10は、許容される所定数を超える試みが同期チャネルを取得するためになされているかどうかを判断する。異なるオフセット周波数でのパイロットチャネル取得が何度試みられたかに関わらず、同期チャネルを取得する試みはパイロットチャネルが取得された後にのみなされる。同期チャネルを取得するための最大数の試みがなされた場合、ステップ58において同期チャネル取得の失敗が表示される。ステップ57において同期チャネルを取得するための最大数の試みがなされていないと判断されれば、周波数取得は同期チャネルの取得が最後に試みられたオフセット周波数と同じオフセット周波数を用いるステップ35に戻る。ステップ40におけるパイロットチャネル取得及びステップ42における同期チャネル取得が繰り返される。
この例では、パイロットチャネル取得及び同期チャネル取得がうまく行われた後、回路構成10は同期チャネル・メッセージSIDまたはNID(または両者)のいずれかが移動局に予めプログラムされている値に一致しないことを判断する。回路構成10が予期しないSIDまたはNIDを検出すると、ステップ59において回路構成10はオフセット周波数をバンプする。オフセット周波数は、開始周波数+ステップ54で最後に設定されたオフセット周波数である現在使われている中心周波数にバンプ・オフセットを加えることによりバンプされる。(オフセット周波数がステップ54において最初に設定される前は、0のオフセット周波数が用いられる。)バンプ・オフセットは一般的に15kHzより大きい。この例では、20kHzのバンプ・オフセットが用いられる。
ステップ60では、回路構成10はオフセット周波数が所定の許容される回数を超えてバンプされているかどうかを判断する。例えば、許容されるバンプの最大数は5に設定されるかもしれない。許容されるバンプの最大数は通常、許容されるステップの数よりも少ない。許容されるバンプの最大数に達した場合、正しい周波数同期チャネルが取得されておらず、かつ更なる周波数取得の試みは止まる。その場合、ステップ58において同期チャネルの取得失敗が表示される。ステップ60において、バンプの最大数に達していないと判断されれば、周波数取得は、同期チャネル取得が最後に試みられたオフセット周波数と同じオフセット周波数(バンプ・オフセットと共に)を用いるステップ35に戻る。ステップ40におけるパイロットチャネル取得及びステップ42における同期チャネル取得が繰り返される。
パイロットチャネル及び同期チャネルが取得され、かつ、所望のシステム識別情報(例えばSID及び/またはNIDなど)が検出された後、それでもなお判断ステップ49においてページングチャネルが取得されないかもしれない。ページングチャネルに関する復調処理がパイロットチャネル及び同期チャネルに関する復調処理に比べて厳しいため、ページングチャネルの取得失敗が起こる可能性がある。更に、同じセルラ・オペレータに属するCDMA通信チャネル上で隣接チャネル・イメージが取得されれば、SID及び/またはNIDは所望の値となっているかもしれないが、正しいページングチャネルは存在しないであろう。回路構成10はページングチャネルのフレームレベルCRC値及びメッセージレベルCRC値をチェックすることにより、ページングチャネルが取得されていないことを判断する。ステップ49においてページングチャネルが取得されていなければ、回路構成10はステップ59に戻ってオフセット周波数をバンプする。
図5は、3つの仮想の探索の流れ61−63にて周波数取得が試みられる中心周波数を例示する。図6は、「スパイラル・サーチ」を行うための図3のステップ54におけるオフセット周波数のステッピングに関するステップ64−75のフローチャートである。一実施形態では、プロセッサ28上で実行されるソフトウエア・スタックが図6のステッピング方法を行う。ステップ64から73までは、図5の仮想の探索流れ61で行われる。探索流れ61は、第1のI+Qサンプルが第1の中心周波数から抽出されるとステップ64より開始する。第1の中心周波数は、開始周波数+ゼロに設定されているオフセット周波数である。ステップ65において回路構成10が第1のI+Qサンプルは所定のPN系列と相関しないと判断してから、ステップ66において回路構成10はオフセット周波数を第1のオフセットに設定する。ステップ67において、開始周波数+ステップ66において設定される第1のオフセット周波数である第2の中心周波数で第2のI+Qサンプルが抽出される。ステップ68において回路構成10が第2のI+Qサンプルが所定のPN系列と相関しないと判断してから、ステップ69において回路構成10はオフセット周波数を第2のオフセットに設定する。第2のオフセットは第1のオフセットを−1倍したオフセットである。ステップ70において、開始周波数+ステップ69において設定される第2のオフセット周波数である第3の中心周波数で第3のI+Qサンプルが抽出される。ステップ71において第3のI+Qサンプルが所定のPN系列に相関しないと判断され、ステップ72においてオフセット周波数は第3のオフセットに設定される。第3のオフセットは第1のオフセットの2倍である。ステップ73において、開始周波数+ステップ72において設定される第3のオフセット周波数である第4の中心周波数で第4のI+Qサンプルが抽出される。ステップ74において、回路構成10は第4のI+Qサンプルが所定のPN系列に相関すると判断する。ステップ75において、第4のI+Qサンプルから回路構成10はパイロットチャネル、同期チャネル及びページングチャネルを復調する。
図5の探索流れ62は、予期しないSIDまたはNIDを伴う同期チャネルを最終的に取得する、スパイラル・サーチにおけるオフセット周波数のステッピングを例示する。周波数帯域76におけるI+Qサンプルは、正しい中心周波数77から20kHz以上の中心周波数に中心がある。予期しないSIDまたはNICが検出されてから、回路構成10は15kHz以上バンプされている中心周波数を伴うI+Qサンプル78の帯域においてパイロットチャネルを探索する。バンプされたオフセット周波数を伴う帯域78からパイロットチャネルが取得されなければ、パイロットチャネルは中心周波数が上記バンプされた周波数からステップされた帯域79から最終的に取得される。探索流れ62は、オフセット周波数の第1のステップは負の周波数値にもなり得ることも例示する。
探索流れ63は、隣接チャネル・イメージを取得するために正しい中心周波数77から十分離れた中心周波数で始まる。1.2288MHz−広CDMA通信チャネルの正しい中心周波数から20kHz程度離れた中心周波数での周波数取得は、隣接する1.2288MHz−広CDMAチャネルからのイメージ取得をもたらす可能性がある。そのような隣接チャネル取得は、例えば隣接するチャネルの信号強度が取得しようとするチャネルより60dB以上強い場合などに起こり得る。帯域80の中心周波数では、隣接する通信チャネルのパイロットチャネル及び同期チャネルが取得される。異なるCDMAセルラシステムの予期しないSIDが検出されれば、回路構成10はオフセット周波数をバンプする。帯域81のバンプされた中心周波数では、誤ったSIDがなおも検出される。故に、回路構成10は中心周波数を再びバンプし、第2のバンプ・オフセットは第1のバンプ・オフセットの−1倍である。帯域82の第2のバンプされた中心周波数で始まり、パイロットチャネル、同期チャネル及びページングチャネルが取得されるまでオフセット周波数をステッピングすることにより、スパイラル・サーチは行われる。
図7は、図5に示すよりも大きな周波数スケール上で周波数取得が試みられる中心周波数を例示する。中心周波数86で最終的に取得される符号チャネルにおいて、3つの更なる仮想上の探索流れが示される。図7は、周波数取得が試みられる中心周波数の様々な値を明確にし、SFは開始周波数を意味し、OFFSETはオフセットを意味し、かつ、BUMPはバンプ・オフセットを意味する。斜線が付された円(hashed circle)は、隣接チャネル・イメージが取得され、予期しないSIDまたはNIDが検出される中心周波数を示す。
一実施形態では、チャネル取得及びスパイラル・サーチを行うための方法はプロセッサ28などのデジタル処理装置において実行され、図3及び図6において夫々示されるステップに対応する一連の命令を行う。一実施形態では、これらの命令は、不揮発性メモリ27などのデータ記録媒体上の論理構造に存在する。不揮発性メモリ27は、ランダム・アクセス・メモリなどのプロセッサ読み込み可能媒体である。プロセッサ28は、命令を行う前に不揮発性メモリから上記命令を読み出す。あるいは、上記命令は、コンピュータ・プログラム・コード要素の形式で半導体素子または他の適切なデータ記録装置に具体化されてもよい。その場合、上記命令はプロセッサ28のハードウエア部として具体化される。
本発明は、説明目的のためにある特定の実施形態に関して述べられたが、本発明はそれに限定されない。周波数回転装置37などの回路構成10の一部の要素は、デジタル移動局モデムの一部として上述されているが、それらの要素はRFアナログチップ30の要素であってもよい。逆に、上記発明は、RFアナログチップ30の要素がデジタル移動局モデム29に組み込まれても実施可能である。回路構成10は、中心周波数をシフトさせるためにPLL及び周波数回転装置の両方を用いているが、図3及び図6の方法はPLLまたは周波数回転装置のみでも実施可能である。特定のウォルッシュ関数が様々な符号チャネルに割り当てられると上述されている。上述の方法を用いる周波数取得は、特定の符号チャネルに割り当てられる特定の直交符号に関わらず行うことができる。
開示された実施形態の先の説明は、任意の当業者が本発明を行いまたは使用できるようにするために、提供される。これらの実施形態への様々な変形は当業者にとっては容易く明らかとなり、発明の精神または範囲から離れることなくこの中で定義された一般的原理は他の実施形態に適用できる。従って、本発明はここに示される実施形態に制限されることを意味せず、ここに開示される原理及び目新しい点と調和する最も広い範囲に一致する。
Claims (27)
- (a)開始周波数+ゼロに設定されているオフセット周波数である、第1の中心周波数でパイロットチャネルの取得を試みることと;
(b)前記パイロットチャネルが取得されていないことを判断することと;
(c)前記オフセット周波数を第1のオフセットに設定することと;
(d)前記開始周波数+(c)で設定されたオフセット周波数である、第2の中心周波数でパイロットチャネルの取得を試みることと;
を具備するCDMAセルラシステムにおけるチャネル取得方法。 - (e)前記パイロットチャネルが取得されていることを判断することと;
(f)前記第2の中心周波数で同期チャネルの取得を試みることと;
を更に具備する請求項1の方法。 - 前記パイロットチャネルは、所定の2値疑似雑音系列に相関するI+Qサンプルが復調されてから取得される請求項2の方法。
- (g)前記同期チャネルが取得されていないことを判断することと;
(h)前記第2の周波数で前記パイロットチャネルの取得をやり直すことと;
を更に具備する請求項2の方法。 - (g)システム識別表示を含んだ前記同期チャネルが取得されていないことを判断することと;
(h)前記システム識別表示が前記CDMAセルラシステムを同定しないことを判断することと;
(i)前記オフセット周波数を、前記第1のオフセット+15kHzを超えるバンプ・オフセットに等しい、第2のオフセットに設定することと;
(j)前記開始周波数+(i)で設定されるオフセット周波数である、第3の中心周波数で前記パイロットチャネルの取得をやり直すことと;
を更に具備する請求項2の方法。 - (g)システム識別表示を含んだ前記同期チャネルが取得されていないことを判断することと;
(h)前記システム識別表示が前記CDMAセルラシステムを同定することを判断することと;
(i)前記第2の中心周波数でページングチャネルの取得を試みることと;
を更に具備する請求項2の方法。 - (a)におけるパイロットチャネル取得の試みはある温度を持つ水晶発振器を用いて行われ、前記開始周波数は前記水晶発振器の温度の変化に伴って変化する請求項1の方法。
- (d)における前記第2の中心周波数での前記パイロットチャネルの取得の試みは、周波数回転装置を用いて行われる請求項1の方法。
- 前記CDMAセルラシステムは、IS−95、1xEV−DO、UMTS及びIS−2000で構成されるグループから選択される技術標準をサポートする請求項1の方法。
- (a)開始周波数+ゼロに設定されているオフセット周波数である、第1の中心周波数を持つ第1のI+Qサンプルを抽出することと;
(b)前記第1のI+Qサンプルが所定の2値系列と相関しないことを判断することと;
(c)前記オフセット周波数を第1のオフセットに設定すること;
(d)前記開始周波数+(c)で設定されるオフセット周波数である、第2の中心周波数を持つ第2のI+Qサンプルを抽出することと;
を具備するCDMAセルラシステムにおける周波数取得方法。 - (e)前記第2のI+Qサンプルが前記所定の2値系列と相関すれば、前記第2のI+Qサンプルからパイロットチャネル、同期チャネル及びページングチャネルを復調すること;を更に具備する請求項10の方法。
- 前記所定の2値系列は疑似雑音系列である請求項10の方法。
- 前記所定の2値系列はウォルッシュ関数である請求項10の方法。
- (a)における前記第1のI+Qサンプルの抽出はある温度を持つ水晶発振器を用いて行われ、前記開始周波数は前記水晶発振器の温度の変化に伴って変化する請求項10の方法。
- (d)における第2のI+Qサンプルの抽出は周波数回転装置を用いて行われる請求項10の方法。
- (e)前記第2のI+Qサンプルが前記所定の2値系列と相関しないことを判断することと;
(f)前記オフセット周波数を、前記第1のオフセットの−1倍である第2のオフセットに設定することと;
を更に具備する請求項10の方法。 - (g)前記開始周波数+前記第2のオフセットに設定されたオフセット周波数である、第3の中心周波数を持つ第3のI+Qサンプルを抽出することと;
(h)前記第3のI+Qサンプルが前記所定の2値系列と相関しないことを判断することと;
(i)前記オフセット周波数を、前記第1のオフセットの2倍である第3のオフセットに設定することと;
を更に具備する請求項16の方法。 - (e)同期チャネル・メッセージを含んだ前記第2のI+Qサンプルが前記所定の2値系列と相関することを判断することと;
(f)前記同期チャネル・メッセージが前記CDMAセルラシステムを同定しないことを判断することと;
(g)前記オフセット周波数を、前記第1のオフセット+15キロヘルツを超えるバンプ・オフセットにバンプすることと;
を更に具備する請求項10の方法。 - 開始周波数+オフセット周波数に等しい中心周波数を持つI+Qサンプルを受け、復調ステータス信号を出力する復調器と;
フレームを出力するデコーダと;
前記フレーム及び前記復調ステータス信号を受け、前記オフセット周波数がこれに応じて設定される周波数制御信号を出力するプロセッサと;
を具備する回路。 - 前記復調器は前記I+Qサンプルと疑似乱数系列を相関付け、前記復調ステータス信号は前記I+Qサンプルと前記疑似乱数系列の相関に応じた値を持ち、前記周波数制御信号は前記復調ステータス信号の値に基づく値を持つ請求項19の回路。
- 前記復調器は疑似乱数系列を用いて前記I+Qサンプルを逆拡散する請求項19の回路。
- 前記フレームはCDMAシステム識別番号を含み、前記プロセッサは前記CDMAシステム識別番号が所定の番号に一致しないことを判断し、前記周波数制御信号は前記CDMAシステム識別番号が前記所定の番号に一致しないことの判断に基づく値を持つ請求項19の回路。
- 前記周波数制御信号が前記CDMAシステム識別番号は前記所定の番号に一致しないことの判断に基づく値を持つならば、前記オフセット周波数は15キロヘルツを超える請求項22の回路。
- 前記I+Qサンプルの中心周波数を前記周波数制御信号に応じて調整する周波数回転装置を更に具備する請求項19の回路。
- 開始周波数+オフセット周波数に等しい中心周波数を持つI+Qサンプルを受け、復調ステータス信号を出力する復調器と;
前記復調ステータス信号に基づいて前記オフセット周波数を調整することにより、パイロットチャネルを取得するための手段と;
を具備する回路。 - 前記I+QサンプルはRFキャリアからある温度を持つ水晶発振器を用いて抽出され、前記開始周波数は前記水晶発振器の温度の変化に伴って変化する請求項25の回路。
- 前記手段は、周波数回転装置を含む請求項25の回路。
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