JP2009542061A - Ｏｆｄｍ通信システムにおける隣接セル測定値を取得するために同期チャネルを使用する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ユーザ端末ＵＥによる時間同期情報の取得とセルサーチの実行とを目的とした、ＯＦＤＭシステムにおける同期チャネルＳＣＨを利用する方法及び装置に関するものである。ＳＣＨの検出を実現すべく、基地のＳＣＨ信号と受信系列との相関演算のみが必要とされ（２０１）、それにより、同期ステップにおいてＦＦＴ処理が不要となる。一般に、ＳＣＨとパイロットシンボルとは、全ての基地局において同一の、一定の電力で送信される。従って、在圏セルＳＣと、ＳＣＨ及びパイロットシンボルとに基づいて、それらの信号間の電力関係が推定され（２０２、２０３、２０４）、他セルに対する時間同期処理の実行に際して、その比率が適用される。すなわち、特定の隣接セルからのパイロット信号の強度を推定するために、当該セルからのＳＣＨと受信系列との相関演算が適用される。

Description

本発明は、セルラ通信ネットワークに関するものである。特に、限定することなく、本発明は、セルラ通信ネットワークにおけるユーザ端末（ＵＥ）による周波数内及び周波数間測定のためのシステムおよび方法を対象としている。

グローバルシステム・フォー・モバイルコミュニケーション（ＧＳＭ）や広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）といった移動体セルラ通信の標準規格の発展過程において、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）のような新しい変調技術の実現が期待されている。既存のセルラ通信システムから新たな大容量の高データレートシステムへスムーズに移行するため、周波数帯域（ＢＷ）を柔軟に利用できる新たなシステムが要求されている。そのような柔軟なセルラシステムとして、３ＧＰＰのロング・ターム・エボリューション（３Ｇ ＬＴＥ）が知られている。当該システムは、３ＧのＷＣＤＭＡ標準の発展と考えられている。３Ｇ ＬＴＥは、おそらく直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を使用し、１．２５ＭＨｚから２０ＭＨｚにわたる帯域で運用されるだろう。

３Ｇ ＬＴＥシステムは周波数再利用を可能にすることを期待されている。周波数再利用において、全てのセルが同一のキャリヤ周波数を使用することができる。ＷＣＤＭＡシステムにおいても周波数の再利用が可能であるが、多元接続ＯＦＤＭ（ＯＦＤＭＡ）においては、データの検出と周波数内及び周波数間測定との両方のために高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が必要なため、周波数内及び周波数間ハンドオーバ（ＨＯ）が課題となる。ＷＣＤＭＡにおいては、無線パスを得るために必要となるパス探索器も、信号強度の測定に使用されることがあり、これにより、レイク検出器はデータ検出器とは別に使用される。一方で、ＯＦＤＭＡにおいては、ＦＦＴが両方の作業に使用される。

上述の課題は、従来手法によって別々に処理されていた。第１の従来手法は、周波数内及び周波数間測定のために間隔を設けるものである。ユーザ端末（ＵＥ）がセルの境界付近にある場合、ＵＥは、隣接（ＮＢ）セルに対してＦＦＴを割り当てるために、受信の中断を要求する。残念ながら、その結果として、データの受信の中断が必要となるため、スループットの低下を招くことになる。第２の従来手法は、基地局間の同期を必要とする。この場合、全てのセルは同一のタイミングで動作し、ＦＦＴを実行する際に、全てのセル（在圏セル（ＳＣ）及びＮＢセル）のパイロット信号が検出されるとともに、信号強度が推定される。残念ながら、この第２の手法は、セル間の同期を必要とする。第３の従来手法は、２つのＦＦＴを使用する。１つはＳＣの検出に使用され、もう１つは隣接（ＮＢ）セルの測定に使用される。第３の手法の不利な点は、２つのＦＦＴを必要とすることであり、その結果、ＵＥにおいてチップ面積コストの増大を招く。従って、ＯＦＤＭＡシステムにおいて周波数内及び周波数間測定を効率的に処理する方法及び装置が必要となる。

本発明は、同期チャネル（ＳＣＨ）を利用する装置及び方法より成る。ＳＣＨは、所定の相関特性に基づいて周期的に送信される既知の時間信号である。ＳＣＨは、ＵＥにおいて、時間同期情報を取得するために用いられる。ＳＣＨ検出を実行するために、既知のＳＣＨ信号と受信系列との間の相関演算のみが必要とされる。これにより、同期ステップにおいてＦＦＴは含まれない。一般的に、ＳＣＨと同様、パイロットＯＦＤＭシンボルは、全ての基地局で一定の電力で送信される。これにより、ＮＢセル用のパイロット信号強度を推定すべく、ＳＣ用のＳＣＨとパイロットシンボルとに基づいて、これらの信号間の電力関係が推定され、その比率が他セルへの時間同期の実行（すなわち、受信系列と特定のＮＢセルからのＳＣＨとの相関演算）の際に適用される。最新の３ＧＰＰ仕様によると、ＳＣＨは３ミリ秒ごとに送信される。従って、この技術を用いることにより、ＮＢセル用の信号強度の推定にＦＦＴは必要とされず、それにより、従来手法による上述の不都合を克服できる。本発明の別の利点は、（ノードＢとしても知られる）基地局送信機が、ＨＯ測定の実行のために、全てのリソースブロックにおいて全てのパイロット信号を送信する必要がないということであり、ほとんど空のセルにおいても同様である。従って、本発明は、パイロットのオーバーヘッドを低減し、セルラ通信システムにおける容量を増加させることができる。

ダウンリンクＯＦＤＭシステムにおける時間及び周波数の構成を示す図である。 本発明に係る方法を示すフローチャートである。 本発明に係る方法を実行する装置のブロック図である。

以下では、図面に示す実施例を参照して、本発明について説明する。

図１は、ＯＦＤＭシステムのダウンリンク（ＤＬ）の一部に用いられる時間及び周波数の構成を示す図である。スーパーフレーム１０１は、一般的には１０ｍｓの時間長で一定の帯域幅を有し、多数のサブフレーム１０２から構成される。図１に示すように、同期チャネル（ＳＣＨ）１０３は等間隔に送信され、一般的に５ｍｓごとの１つのＯＦＤＭシンボルに対応する。ＳＣＨは、移動端末、セルラ電話、及びそれらに相当するものといったＵＥによって、セルからの時間及び周波数同期情報を取得するために使用され、それ故にセルサーチ処理において使用される。典型的なＳＣＨは、（ａ）２つの異なる信号、すなわち、全てのセルで同一であって、時間同期のために用いられる第１の信号、及び異なるセルで異なる信号であって、セルＩＤの検出のために用いられる第２の信号、又は（ｂ）自己相関演算によりタイミングが検出される一方で、既知のセルＩＤ系列との相互相関演算によりセルＩＤが検出されるように構成された１つの信号、により構成される。本発明は、上記のＳＣＨの構成のどちらに対しても適用することができる。ＵＥがセルを検出するために、ＳＣＨ信号１０３は一般的に全てのセルから一様に高い電力で送信される。図１にも示すように、各ＯＦＤＭシンボルにおけるいくつかのサブキャリヤ１０４は、既知のパイロット信号である。これらのパイロット信号は、周波数領域における無線チャネルの推定、及びチャネルの等化のために用いられる。セルラシステムにおいて、パイロット信号１０５は、例えば十分な数のパイロット信号の電力を合計することによって、信号強度を示す指標としてもしばしば用いられる。信号強度は、（１）ＵＥが接続中又は滞在中のセルである在圏セル（ＳＣ）、及び（２）ＵＥがセルサーチにおいて検出したセルである隣接（ＮＢ）セル、の両方に対して推定される。推定された信号強度は、ＵＥが移動中において適切なＨＯ候補を見つけるために用いられる。十分な信号強度測定を可能とすべく、パイロット信号１０５は大電力かつ等電力で送信される。

ＳＣＨ電力は、相関ピーク周辺におけるサイクリックプレフィックス長にわたって合計された相関演算結果の大きさとして定義される。数学的には、次式により記述される。

ここで、Ｄ_ｉは時刻ｉにおける相関演算結果の２乗振幅であり、ｉ_０は最大のＤ_ｉ（相関ピーク）を与える時刻、τ_ＣＰはサイクリックプレフィックスの長さ（サンプル数）である。

パイロット信号電力は、１つのＯＦＤＭシンボル又は１つのリソースブロック（ＯＦＤＭシンボルのグループ）において十分な数のパイロットにおけるチャネル推定値の２乗振幅の合計値であって、すなわち、次式となる。

ここで、Ｐ_ｉ＝｜ｈ_ｉ｜^２、ｈ_ｉはパイロットｉのチャネル推定値である。図１に示されるように、一般的に、含まれるパイロットの数は、１つのＯＦＤＭシンボル１０６における全帯域で送信されるパイロット１０５の数、又は、１つのリソースブロック１０７における全パイロットの合計である。１つのリソースブロックは、１ユーザに割り当てることができるデータの最小量である。それは、周波数で１２サブキャリヤ、時間で７ＯＦＤＭシンボル、すなわち５ｍｓのブロックである。

ＳＣＨ電力とパイロット信号電力との比率は一定であり、すなわち、Ｐ_{ｐｉｌｏｔ}／Ｐ_ＳＣＨ＝γ（比率）である。本発明の１実施形態において、Ｐ_{ｐｉｌｏｔ}／Ｐ_ＳＣＨ＝γは、ＵＥにおいてルックアップテーブルから求められるようにしてもよい。比率γがルックアップテーブルから求められる場合、それらの値はオペレータの要求条件又は送信されるパイロットの数の少なくとも１つに基づいていてもよく、その場合、使用帯域及び送信アンテナ数のような既知のシステムパラメータに基づいて定められる。別の実施形態としては、比率γはＳＣから推定される一方で、ＮＢセルのパイロット信号電力は以下のように推定される。

図２は、本発明のステップを示すフローチャート２００である。これらのステップが実行される際、ＵＥはＳＣに対して接続中（アクティブモード）、又は滞在中（アイドルモード）である。ステップ２０１において、ＵＥはＳＣ用のＳＣＨと受信信号とを相関演算することで、ステップ２０２において、ＳＣ用のＳＣＨのタイミングと電力を検出する。次に、ステップ２０３において、ＵＥは、パイロットシンボル及びデータシンボルを得るために受信信号に対してＦＦＴを実行し、ＳＣ用のパイロットシンボルに基づいて信号強度を算出する。ステップ２０４において、比率γがルックアップテーブルにより又は計算値として、ＵＥにおいて得られる。ステップ２０５において、定期的に（一般的には１０−２０回／秒で）、ＵＥは受信信号とＳＣ用のＳＣＨとを相関演算し、また受信信号と検出されたセットにおける全ＮＢセル用のＳＣＨとを相関演算する。その後、ステップ２０６において、ＳＣ用及びＮＢセル用の電力が計算される。ステップ２０７において、上記の式（３）によってパイロット信号電力が算出される。ステップ２０８において、ＵＥは、ＮＢセル用のパイロット信号電力とＳＣ用のパイロット信号電力とを比較し、ステップ２０９において、ＨＯが必要か否かを検出する。もし必要な場合には、ステップ２１０において、ＨＯ処理が開始され、必要でない場合には、処理がステップ２０５へ戻る。

図３は、上述の新規な方法を実現するための装置のブロック図３００である。当該図面からわかるように、アンテナ３０１において信号が受信され、当該信号はフロントエンド受信機（Ｆｅ ＲＸ）３０２でベースバンド信号へダウンコンバートされる。当該信号は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部３０３とセルサーチ（ＣＳ）部３０４との両方へ送られる。ＣＳ部３０４は、ＳＣ及びＮＢセルのタイミング処理と同様、受信信号とＳＣＨ信号との相関演算により、新たなセルを発見する。当該タイミング情報は、ＦＦＴ部３０３がＦＦＴを実行するサンプルを決定するために用いられる。パイロットが抽出され、チャネル推定（ＣＨ ｅｓｔ）部３０５へ送信されることで、（ベクトルＨによって表現される）チャネルが推定される。また、ＳＣ用のパイロット信号電力がＣＨ ｅｓｔ部３０５で算出され、ＳＣのＳＣＨ電力推定値とともにγ推定部３０６へ送られる。（ルックアップテーブルにより又は推定されることにより）比率γが取得され、比率γは制御部（ＣＵ）３０７においてＮＢセルのＳＣＨ電力推定値に対して適用されることで、ＮＢセル用のパイロット信号電力が算出される。当該パイロット信号電力は、ＳＣ用及びＮＢセル用のパイロット信号電力を比較してＨＯの要否を決定するレイヤ３処理（Ｌ３ ｐｒｏｃ）部３０８へ送られる。

当業者によって理解されるように、本出願において記載された画期的な概念は、広範囲にわたるアプリケーションに対して修正及び変形され得る。従って、本発明の対象である範囲は、上述の特定の実施例による開示の何れにも限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (34)

1. 等間隔の既知の同期チャネル（ＳＣＨ）とサブキャリヤにおける一部の既知のパイロットシンボルとを送信するＯＦＤＭＡシステムにおいて、在圏セル（ＳＣ）に接続されたユーザ端末（ＵＥ）によって測定を実行するための方法であって、
   前記ＵＥにおいて、受信信号と既知のＳＣＨとの相関演算により、前記ＵＥにおけるＳＣ用の同期位置及びＳＣＨ信号強度を決定するステップと、
   前記ＵＥにおいて、周波数領域における信号強度を取得するために、前記受信信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、かつ、パイロット信号強度を推定するために前記既知のパイロットシンボルを使用するステップと、
   前記ＵＥにおいて、前記受信信号と隣接（ＮＢ）セル用の既知の同期系列との相関演算により、少なくとも１つのＮＢセル用の前記同期位置及び前記ＳＣＨ信号強度を決定するステップと、
   前記ＵＥにおいて、ＮＢセル用の前記ＳＣＨ信号強度と、比率γとに基づいて、少なくとも１つのＮＢセル用の前記パイロット信号強度を決定するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 周波数間測定の実行に用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 周波数内測定の実行に用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記ＵＥにおいて、ＳＣ用の前記パイロット信号強度と前記ＳＣＨ信号強度との前記比率γを決定するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記パイロット信号強度と前記ＳＣＨ信号強度との前記比率γがルックアップテーブルから取得されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記ＳＣＨのタイミングを取得するステップを更に含み、
   当該時間位置は、相関値の２乗振幅が最大値となるように選択され、
   当該電力値は、前記最大値の周辺における相関値の２乗振幅の合計値であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記最大値の周辺におけるサンプル数がサイクリックプレフィックスの長さに一致することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 第３世代ロング・ターム・エボリューション（３Ｇ ＬＴＥ）に準拠したシステムにおいて使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）システムにおいて使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 移動端末、ページャ、スマートフォン、携帯電話、及びコンピュータから成るグループから選択されたＵＥにおいて実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 移動通信システムにおいて測定を実行するために同期チャネル（ＳＣＨ）を使用する方法であって、
    移動通信ネットワークの在圏セル（ＳＣ）に対して、ＵＥを接続又は滞在させるステップと、
    前記ＵＥにおいて、ＳＣ用のＳＣＨのタイミング及びＳＣＨ電力を取得するために、前記ＳＣ用のＳＣＨと受信信号とを相関演算するステップと、
    前記ＵＥにおいて、パイロットシンボルとデータシンボルとを取得するために、前記受信信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行するステップと、
    前記ＵＥにおいて、ＳＣの前記パイロットシンボルに基づいてパイロット電力を算出するステップと、
    比率γ＝Ｐ_{ｐｉｌｏｔ}／Ｐ_ＳＣＨを取得するステップと、
    前記ＵＥにおいて、ＳＣ用のＳＣＨ、及び検出されたセットに含まれる全ての隣接（ＮＢ）セル用のＳＣＨに対して、前記受信信号を定期的に相関演算するステップと、
    前記ＵＥにおいて、ＳＣ用及び複数のＮＢセル用の前記ＳＣＨ電力を算出するステップと、
    前記ＵＥにおいて、
    

    

    により前記パイロット電力を算出するステップと、
    前記ＵＥにおいて、複数のＮＢセル用の前記パイロット電力とＳＣ用の前記パイロット電力とを比較するステップと、
    当該比較に基づいて、ハンドオーバ（ＨＯ）が必要か否かを決定するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
12. 周波数間測定の実行に用いられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 周波数内測定の実行に用いられることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記比率γ＝Ｐ_{ｐｉｌｏｔ}／Ｐ_ＳＣＨが、前記ＵＥにおいて算出されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記比率γ＝Ｐ_{ｐｉｌｏｔ}／Ｐ_ＳＣＨが、前記ＵＥにおいてルックアップテーブルから取得されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
16. 第３世代ロング・ターム・エボリューション（３Ｇ ＬＴＥ）に準拠したシステムにおいて使用されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
17. ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）システムにおいて使用されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
18. 移動端末、ページャ、スマートフォン、携帯電話、及びコンピュータから成るグループから選択されたＵＥにおいて実現されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. 等間隔の既知の同期チャネル（ＳＣＨ）とサブキャリヤにおける一部の既知のパイロットシンボルとを送信するＯＦＤＭＡシステムにおいて、在圏セル（ＳＣ）に接続された際に測定を実行する装置であって、
    受信信号と既知のＳＣＨとの相関演算により、ＵＥにおけるＳＣ用の同期位置とＳＣＨ信号強度とを決定する手段と、
    周波数領域における信号を取得するために、前記受信信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する手段と、
    パイロット信号強度を推定するために、既知のパイロットシンボルを使用する手段と、
    前記パイロット信号強度と前記ＳＣＨ信号強度との比率γを決定する手段と、
    前記受信信号と隣接（ＮＢ）セル用の既知の同期シンボルとの相関演算により、少なくとも１つのＮＢセルの前記同期位置及び前記ＳＣＨ信号強度を決定する手段と、
    ＮＢセル用の前記ＳＣＨ信号強度と、前記比率γとに基づいて、少なくとも１つのＮＢセル用の前記パイロット信号強度を決定する手段と
    を備えることを特徴とする装置。
20. 周波数間測定を実行するために動作可能な装置であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
21. 周波数内測定を実行するために動作可能な装置であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
22. 前記比率γがルックアップテーブルから取得されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
23. 前記ＳＣＨのタイミングを取得する手段を更に備え、
    当該時間位置は、相関値の２乗振幅が最大値となるように選択され、
    当該電力値は、前記最大値の周辺における相関値の２乗振幅の合計値であることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
24. 前記最大値の周辺におけるサンプル数がサイクリックプレフィックスの長さに一致することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
25. 第３世代ロング・ターム・エボリューション（３Ｇ ＬＴＥ）に準拠したシステムにおいて使用されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
26. ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）システムにおいて使用されることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
27. 移動端末、ページャ、スマートフォン、携帯電話、及びコンピュータから成るグループから選択されたＵＥにおいて実現されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
28. 等間隔の既知の同期チャネル（ＳＣＨ）とサブキャリヤにおける一部の既知のパイロットシンボルとを送信するＯＦＤＭＡシステムにおいて、在圏セル（ＳＣ）に接続された際に測定を実行する装置であって、
    アンテナと、
    前記アンテナに接続され、ベースバンド信号をダウンコンバートするフロントエンド受信機と、
    前記フロントエンド受信機に接続された高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部及びセルサーチ（ＣＳ）部と、
    チャネル（ＣＨ）推定部と、
    前記ＣＨ推定部に接続され、比率γを取得するγ推定部と、
    前記γ推定部に接続された制御部と、
    レイヤ３（Ｌ３）処理部と
    を備え、
    前記ＣＳ部は、ＳＣ及びＮＢセルのタイミングと同様に、受信信号をＳＣＨ信号に対して相関演算することにより新たなセルを検出し、
    前記ＦＦＴ部は、何れの位置でＦＦＴを実行するかを決定するためのタイミング情報を受信し、
    パイロット信号を抽出し、前記ＣＨ推定部へ当該信号を送信し、
    前記ＣＨ推定部は、チャネルを推定し、
    ＳＣ用のパイロット電力を更に算出し、
    ＳＣ用の前記パイロット電力とＳＣ用のＳＣＨ電力推定値とを前記γ推定部へ送り、
    前記γ推定部は、前記比率γを取得し、前記制御部におけるＮＢセル用のＳＣＨ電力推定値に対して該比率γを適用し、
    前記制御部は、ＮＢセル用のパイロット電力を算出し、該パイロット電力を前記Ｌ３処理部へ送り、
    前記Ｌ３制御部は、ＳＣ用のパイロット電力と複数のＮＢセル用のパイロット電力とを比較し、ハンドオーバが必要か否かを決定することを特徴とする装置。
29. 周波数間測定を実行するために動作可能な装置であることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
30. 周波数内測定を実行するために動作可能な装置であることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
31. 前記比率γが前記γ推定部によってルックアップテーブルから取得されることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
32. 第３世代ロング・ターム・エボリューション（３Ｇ ＬＴＥ）に準拠したシステムにおいて使用されることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
33. ＷｉＭａｘ（ＩＥＥＥ８０２．１６）システムにおいて使用されることを特徴とする請求項２８に記載の装置。
34. 移動端末、ページャ、スマートフォン、携帯電話、及びコンピュータから成るグループから選択されたＵＥにおいて実現されることを特徴とする請求項２８に記載の装置。

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