JP2010063140A - 遅延ロックループにおける早期−遅延間隔の変化 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパス信号の分解成分を追跡するための装置およびレイク受信機を提供する。
【解決手段】通信ネットワーク上で送信されるマルチパス情報信号の成分を追跡する。成分を、送信機側で情報信号を拡散するために最初に用いられた、局所的に生成された符号シーケンスのレプリカと、整列および同期させる。符号シーケンスのレプリカの早期シフトされたバージョンを用いて、早期逆拡散信号を導出する。レプリカは、可変遅延によって早期シフトされる。また、符号シーケンスのレプリカの遅延シフトされたバージョンを用いて、遅延シフトされた逆拡散信号を導出する。レプリカは、同一の可変遅延によって遅延シフトされる。可変遅延は、任意に、または、選ばれた所定値の中から選択することができる。所定値は、追跡プロセスを最適化するように選択することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、マルチパス信号の分解成分を追跡するための方法に関する。

本発明は、また、マルチパス信号の分解成分を追跡するための装置およびレイク受信機に関する。

本発明は、更に、そのようなレイク受信機を備えた装置に関する。この装置は、携帯電話であってもよい。

本発明は、最終的に、本発明の方法を実行するためのソフトウェアアプリケーションに関する。

本発明は、基地局から移動局へのマルチパス信号の符号遅延を追跡するための符号分割多重アクセス（Code-Division Multiple Access）技術を用いたセルラーネットワーク上での、通信信号の処理に関連することができる。本発明は、また、送信信号のマルチパス成分の到着遅延を分解および追跡するための、移動通信装置内のレイク受信機に適用することができる。

セルラー通信では、さまざまな多重アクセス技術を使用することができる。これらの技術の第１のグループは、狭帯域のチャネル化技術、例えば周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ：Frequency-Division Multiple Access）技術、および時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Time-Division Multiple Access）技術を含む。ＦＤＭＡ通信システムでは、各ユーザに、通話の持続時間において、アップリンク通信（移動局から基地局へ）のために確保された帯域幅の第１の特定の周波数副帯域またはチャネル、および、ダウンリンク通信（基地局から移動局へ）のために確保された帯域幅の第２の周波数副帯域またはチャネル、が割り当てられる。ＴＤＭＡシステムでは、各ユーザに異なる時間スロットが割り当てられ、確保された副帯域全体にアクセスする権利が与えられる。

多重アクセス通信技術の第２のグループは、広帯域のチャネル化技術を含む。そのうち、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：Code-Division Multiple Access）技術は、標準として広く採用されている。ＣＤＭＡでは、各ユーザは、通話の完全な持続期間において、帯域幅全体を使うことができる。

ＣＤＭＡは、拡散スペクトル技術であり、これは、情報信号に含まれる情報が、元の信号の帯域幅よりも遥かに広い帯域幅に拡散されることを意味する。直接シーケンス拡散スペクトル（ＤＳ−ＳＳ：Direct Sequence Spread Spectrum）技術では、データ速度Ｔｂの情報信号を、送信機において、チップ期間と呼ばれるクロック期間Ｔの擬似ランダム２進シーケンス、すなわち符号シーケンスで乗算する（ここで、ＴＢ＞＞Ｔ）。これは、信号の帯域幅を、比率Ｔｂ／Ｔの分だけ増加させる効果を有する。拡散信号は、次に、より広い帯域にて、対応する逆拡散信号よりも相対的に減少した電力スペクトル密度で送信される。符号シーケンスは、情報信号から独立しており、送信機および受信機に周知である。

受信機では、受信した広帯域拡散スペクトル信号が逆拡散され、情報信号が復元される。逆拡散は、拡散信号を、送信機で使用される符号シーケンスの正確なレプリカと相関させることによって、達成される。レプリカは、受信した拡散信号と同期される。符号シーケンスのレプリカは、受信機にて局所的に生成され、受信した拡散信号の１つのチップ内で整列および同期される。

符号同期は、符号取得と、それに続く微細な符号追跡の、２つのステージで行うことができる。取得によって、受信された拡散信号と局所的に生成された符号シーケンスとの間の整列タイミングオフセットが、１つのチップ期間未満に減少される。追跡により、より微細な精度で同期された２つの信号が、整列および維持される。

市街地域および郊外地域などの実際の通信環境においては、無線信号は、送信機と受信機との間の送信パス上にあるさまざまな物体によって反射され、散乱する。従って、上述の拡散信号は、基地局から移動局へ送信される際に、マルチパスに直面する。また、異なるパスをたどる信号の位相相殺により、深刻なフェージングが起こり、受信される信号の出力を低下させる場合がある。しかしながら、ＣＤＭＡは、そのようなフェージング環境における、強固な動作を提供する。実際には、ＣＤＭＡは、マルチパスフェージングの利点を活かし、通信および音声品質を向上させる。この目的のために、レイク受信機が、各移動局に存在し、基地局から送られるもっとも強いマルチパス信号の選択を可能にする。送信遅延が、もっとも強いマルチパス信号に対して推定され、推定された遅延が、レイク受信機の特定の「フィンガ」に割り当てられる。フィンガは、受信した拡散信号と、局所的に生成された符号シーケンスのレプリカとを、フィンガに割り当てられた推定時間遅延に基づいて相関させる処理要素である。フィンガの出力は、次に加重され、一貫して結合されて、強化された信号を生成する。このように、チャネルのマルチパス特性を用いて、ＣＤＭＡにおけるダイバーシティ利点が作り出される。

本発明の目的は、高速で強固な符号シーケンス同期を提供する追跡方法を提供することである。

この目的のために、本発明の方法は、
第１可変遅延分早められた、局所的に生成された符号シーケンスを用いて、分解成分を逆拡散して、早期逆拡散信号を取得し、
第２可変遅延分遅らされた、局所的に生成された符号シーケンスを用いて、分解成分を逆拡散して、遅延逆拡散信号を取得し、
早期逆拡散信号および遅延逆拡散信号から、追跡を制御するための補正信号を導出する。

本発明は、早期および遅延逆拡散信号を導出し、分解成分の追跡および局所的に生成された符号シーケンスとの整列を可能にする。取得した早期および遅延逆拡散信号との比較アルゴリズムの実行は、分解成分と生成された符号シーケンスが時間通りであるかどうかの決定を可能にする周知のプロセスであり、時間通りでない場合は、このようなプロセスは、２つの信号を同期させる補正項を提供する。早期逆拡散信号は、分解成分と、予め早められた符号シーケンスとを相関させることにより、取得される。符号シーケンスは、第１可変遅延分、早期シフトされる。関連する遅延逆拡散信号は、分解成分と、予め遅延された符号シーケンスとを相関させることにより、取得される。この遅延逆拡散信号を導出するために、符号シーケンスは、第２可変遅延分、遅延シフトされる。本発明者は、第１および第２遅延を変化させることによって、分解成分の追跡を向上できることを認識した。本発明の利点は、分解成分の追跡および符号シーケンスとの同期における性能の向上である。

本発明の実施形態においては、第１および第２遅延は、実質的に同等である。

本発明の他の実施形態においては、可変遅延を、複数の所定値からランダムに選択する。このような実施形態においては、第１および第２可変遅延のための複数の所定値は、これらの所定値が、受信したマルチパス信号のさまざまな品質レベルにおいて、効率的な追跡結果を提供するように決定される。これらの所定値は、次に、符号シーケンスと分解成分の同期に使用される。

本発明の他の実施形態においては、第１および第２可変遅延は、受信したマルチパス信号の信号品質を表わす。このような実施形態においては、受信した情報マルチパス信号に対して、品質インジケータ、例えば信号強度インジケータが決定され、早期および遅延逆拡散信号を決定するために用いられる可変遅延の値は、信号品質レベルの変化の下で最適な性能を提供するために、それぞれ適応して調整される。

更に、本発明のレイク受信機は、
局所的に生成された符号シーケンスを、第１可変遅延分早めることにより、早期符号シーケンスを導出するための早期シフト手段と、
早期符号シーケンスを用いて、分解成分を逆拡散し、その結果、早期逆拡散信号を生成するための第１相関手段と、
局所的に生成された符号シーケンスを、第２可変遅延分遅らせることにより、遅延符号シーケンスを導出するための遅延シフト手段と、
遅延符号シーケンスを用いて、分解成分を逆拡散し、その結果、遅延逆拡散信号を生成するための第２相関手段と、
早期および遅延逆拡散信号から、追跡を制御するための補正信号を導出するための調整手段と、を備える。

図１は、通信システムである。 図２は、受信機のブロック図である。 図３は、受信機のブロック図である。 図４は、本発明の受信機のレイクフィンガのブロック図である。 図５は、本発明の遅延生成器である。 図６は、逆拡散成分のエネルギーの図である。

本発明を、添付の図面を参照し、例示の手段によって更に詳細に説明する。

同様または対応する機能を有する図面内の要素は、同様の参照符号により識別される。

図１は、少なくとも１つの第２トランシーバ３００と通信する第１トランシーバ２００を含む、本発明の通信システム１００である。トランシーバ２００は、基地局としてもよく、トランシーバ３００は、ＣＤＭＡセルラー通信システムにおけるハンドセットまたは携帯電話などの移動局としてもよい。トランシーバ２００および３００は、それぞれ、情報信号を送信するための送信機Ｔ２００およびＴ３００と、情報信号を受信するための受信機Ｒ２００およびＲ３００を備える。送信機Ｔ２００は、アンテナ２１０を介して、擬似ランダムノイズ符号シーケンスとの相関により拡散された情報信号Ｓを送信する。信号Ｓはまた、搬送波周波数ｆｃの搬送波信号との相関により、予め変調されている。拡散信号Ｓは、トランシーバ３００のアンテナ３１０により受信される。

送信機Ｔ２００から受信機Ｒ３００へ送信される間、信号Ｓはマルチパス伝播の対象となる。この実施形態においては、信号Ｓは山１１０およびビル１２０に反射され、分散する。拡散信号Ｓは、少なくとも２つのマルチパス信号Ｓ１およびＳ２の重ね合わせである。マルチパス信号Ｓ１およびＳ２は、異なる伝播パスおよび異なる伝播遅延を有する。信号Ｓ１およびＳ２を対象とするパス減衰および位相シフトは、ほぼランダムであり、相互に独立していると推測される。その結果、信号Ｓは、特に信号Ｓ１およびＳ２を含む、ランダムに減衰し位相回転する多数の信号の重ね合わせであると考えられる。

図２は、受信機Ｒ３００のブロック図である。信号Ｓは、基地局２００から送信され、アンテナ３１０により受信され、受信機Ｒ３００の搬送波復調回路３０５に入力される。信号Ｓは、ＲＦ受信機３２０を通過し、その後、スプリッタ３３０により処理され、２つの無線信号Ｉ１およびＱ１に分離される。無線信号Ｉ１は、相関器３４０にて、オシレータ３６０のオシレータ出力ｆｃとともに逆拡散され、その結果、同相に復調されたベースバンド信号Ｉ２となる。無線信号Ｑ１は、相関器３５０にて、位相シフタ３７０にてπ／２にシフトされたオシレータ出力ｆｃと逆拡散され、その結果、直交に復調されたベースバンド信号Ｑ２となる。ベースバンド信号Ｉ２およびＱ２は、次に、チャネル選択度を提供するために、それぞれローパスフィルタ３８０および３９０を通過する。フィルタされた両方の信号ＩおよびＱは、次に、マルチパス成分の分解および信号Ｒへのダイバーシティ結合のために、レイク受信機４００に供給される。

図３は、受信機Ｒ３００の他のブロック図である。受信機Ｒ３００は、複合信号Ｓ＊としてレイク受信機４００に更に送信される同相成分Ｉおよび直交成分Ｑを抽出する、搬送波復調回路３０５を備える。レイク受信機４００は、３つのレイクフィンガ４１０、４１２、４１４を備える。各フィンガ４１０〜４１４に、取得と追跡のために、受信した信号Ｓのマルチパス成分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３がそれぞれ割り当てられる。レイクフィンガ４１０〜４１４は、もっとも強いマルチパス成分のみに割り当ててもよい。レイク受信機４００は、また、フィンガ４１０〜４１４によって分解されたマルチパス成分Ｓ１〜Ｓ３を結合して、ダイバーシティを提供するための、最大比率結合手段４１６を含む。結果として生じる信号は、信号Ｒである。

図４は、本発明のレイクフィンガ４１０〜４１４の実施形態を表わす回路ブロック図である。最初に、レイクフィンガ４１０〜４１４は、取得モードを選択する。取得は、取得ユニット４２２にて行われ、符号シーケンスのレプリカＣ１を、フィンガ４１０〜４１４に割り当てられたマルチパス成分Ｓ１〜Ｓ３と同期させる。符号シーケンスＣ１は、送信機側で情報信号Ｓを拡散するために最初に用いられた符号シーケンスのレプリカＣから得られる。符号シーケンスＣは、擬似ランダムノイズ生成器４２６にて生成される。符号シーケンスＣ１は、生成器４２６から受信した符号シーケンスＣを、時間シフタ４２４にて、可変遅延Ｄによって遅延させることにより得られる。本発明においては、遅延Ｄは可変である。成分Ｓ１〜Ｓ３は、相関器４２０にて、信号Ｓ＊と符号シーケンスＣ１を相関させることによって逆拡散される。取得プロセスは、マルチパス成分Ｓ１〜Ｓ３の、チップ半分以内の精度での同期を提供する。

その後、追跡モードにて、レイクフィンガ４１０〜４１４は、符号シーケンスＣ１の、割り当てられたマルチパス成分Ｓ１〜Ｓ３との整列を、補正信号ＣＯＲＲに基づいて維持する。ベースバンド信号ＩおよびＱは、複合入力信号Ｓ＊の形式で、レイクフィンガ４１０〜４１４に供給される。信号Ｓ＊は、次に、早期逆拡散信号Ｅおよび遅延逆拡散信号Ｌのそれぞれを決定するための２つのブランチに分岐される。

早期逆拡散信号Ｅは、受信した拡散信号Ｓ＊を、相関器４３０にて、符号シーケンスＣを用いて最初に逆拡散することによって得られる。前述のように、相関器４３０に送信された符号シーケンスＣは、相関器４２０にて成分Ｓ１〜Ｓ３の逆拡散に実際に使用された符号シーケンスＣ１に関連して、遅延Ｄによって早められる。その結果、信号Ｅは、「早期」逆拡散信号と呼ばれる。早期逆拡散信号Ｅは、次に、相関器４３０の出力信号を、ローパスフィルタ４３４にて処理し、スクエア装置４３８にて複合振幅スクエアリングすることにより決定される。得られた早期逆拡散信号Ｅは、成分Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーのピークの推定発生の前の、分解成分Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーの値を表わす。

対称的に、遅延逆拡散信号Ｌは、受信した拡散信号Ｓ＊を、相関器４３２にて、符号シーケンスＣのバージョンＣ２を用いて最初に逆拡散することによって得られる。符号シーケンスＣ２は、時間シフタ４２８にて、相関器４３２に供給される前に、２Ｄと実質的に同等な可変遅延によって遅延される。このように、相関器４３２に送信された符号シーケンスＣ２は、相関器４２０に送信された符号シーケンスＣ１に関連して、遅延Ｄにより遅延される。早期逆拡散信号Ｅおよび遅延逆拡散信号Ｌの間の時間間隔は、従って、実質的に２Ｄと同等になる。遅延逆拡散信号Ｌは、次に、相関器４３２の結果の出力を、ローパスフィルタ４３６にて処理し、スクエアリング装置４４０にて複合振幅スクエアリングすることにより導出される。遅延逆拡散信号Ｌは、成分Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーのピークの推定発生の後にとられた、逆拡散された分解成分Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーを表わす。

早期逆拡散信号Ｅおよび遅延逆拡散信号Ｌは、次に、遅延検出器４４２に入力される。遅延検出器４４２は、例えば、デジタル処理ユニットである。遅延検出器４４２は、２つの信号ＥおよびＬを処理し、割り当てられたマルチパス成分Ｓ１〜Ｓ３の追跡の早期−遅延状態を決定する。その結果が、次にループフィルタ４４４に供給され、ここで、適当な補正信号ＣＯＲＲが導出され、擬似ノイズ生成器４２６に送信されて、符号シーケンスＣを生成する。補正信号ＣＯＲＲにより、符号シーケンスＣ、より正確には符号シーケンスＣ１と、割り当て成分Ｓ１〜Ｓ３との同期を維持するための、符号シーケンスＣの位相の監視が可能となる。

上述のように、逆拡散成分Ｓ１〜Ｓ３は、次に、相関器４２０の出力にて、信号Ｓ＊と、適応して整列された符号シーケンスＣ１との相関より得られる。また、異なる遅延を用いて早期逆拡散信号Ｅおよび遅延逆拡散信号Ｌを導出する実施形態の考慮も、本発明の範囲内である。このように、この実施形態においては、相関器４３０に供給された符号シーケンスは、相関器４２０に供給された符号シーケンスのバージョンに関連して、成分Ｓ１〜Ｓ３の実際の逆拡散のために、第１遅延分、時間シフトされ（早められ）、相関器４３２に供給された符号シーケンスは、相関器４２０に供給された符号シーケンスのバージョンに関連して、成分Ｓ１〜Ｓ３の実際の逆拡散のために、第１遅延とは異なる第２遅延分、時間シフトされる（遅延される）。

図５は、可変遅延Ｄを生成するための手段の実施形態である。この実施形態においては、遅延Ｄは、３つの値Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３をとることができる。値Ｄ１〜Ｄ３を実験的に選択して、分解成分Ｓ１〜Ｓ３の追跡を、受信されるマルチパス信号Ｓのさまざまな品質レベルに対し最適化することができる。追跡プロセスを更に最適化するために、１つの所与の値を、他の所定値よりも頻繁に選択することができる。例えば、値Ｄ３を、早期逆拡散信号Ｅおよび遅延逆拡散信号Ｌの１回おきの計算に用い、さもなければ、値Ｄ１およびＤ２を交互に用いる。このために、生成手段は、第１ランダム生成器５００と、第１スイッチ制御５１０とを含む。スイッチ制御５１０は、遅延Ｄの選択された値を、遅延シフタ４２４および４２８に送信する。ランダム生成器５００は、一方に値Ｄ３と、他方に値Ｄ１およびＤ２と、の間のランダム選択を可能にする。生成手段は、また、第２ランダム生成器５２０と、第２スイッチ制御５３０とを含む。ランダム生成器５２０は、値Ｄ１およびＤ２の間のランダム選択を可能にし、選択された値Ｄ１またはＤ２が、スイッチ制御５３０によってスイッチ制御５１０へ送信される。このように、遅延Ｄについて異なる値を交互に使用して、分解成分を追跡し、符合シーケンスＣを分解成分と同期させることができる。他の実施形態では、値Ｄ１〜Ｄ３は、ランダムには選択されず、受信したマルチパス信号Ｓの品質インジケータの測定または計算に基づいて選択される。この品質インジケータは、情報信号Ｓを受信する際に、受信機Ｒ３００つまりトランシーバ３００によってリアルタイムに導出してもよい。品質インジケータの値は、次に、レイク受信機４００に送信され、レイク受信器４００は、ルックアップ表から、供給された品質インジケータの値と関連付けられた遅延Ｄの値を検索する。ルックアップ表は、品質インジケータおよび遅延Ｄの異なる値に対する、レイク受信機の実験およびシミュレーションを通じて作成してもよい。こうして、成分Ｓ１〜Ｓ３の追跡は、最適化される。他の実施形態においては、品質インジケータは、マルチパス信号Ｓに対して計算された信号対雑音比である。

図６は、逆拡散された成分Ｓ１〜Ｓ３の実際のエネルギーの図である。破線の曲線は、分解成分Ｓ１〜Ｓ３の推定エネルギーを表わす。図は、遅延Ｄの異なる値Ｄ１およびＤ２に対する早期信号Ｅおよび遅延信号Ｌの値の、２つの可能な計算を示す。遅延Ｄ１を使用する第１測定は、早期逆拡散信号Ｅの値Ｅ１および遅延逆拡散信号Ｌの値Ｌ１を示す。値Ｅ１およびＬ１は、ｔ０におけるエネルギーの推定ピーク前後の時間間隔Ｄ１にて、逆拡散成分のエネルギーを測定することにより得られる。より大きい遅延Ｄ２を使用する第２測定は、早期逆拡散信号Ｅの値Ｅ２および遅延逆拡散信号Ｌの値Ｌ２を示す。値Ｅ２およびＬ２は、ｔ０におけるエネルギーのピークの推定発生前後の時間間隔Ｄ２にて、逆拡散成分のエネルギーを導出することにより得られる。

なお、記述された方法、受信機、装置および構成に関して、本発明の範囲から逸脱することなく、変更または改良を提示することが可能である。例えば、この方法は、いくつかの方法で実施可能であることは明白であり、有線の電子回路、あるいは、コンピュータ読み取り可能媒体に保存された命令のセット等によって実施でき、前記命令を、前記回路の少なくとも一部と置換して、コンピュータまたはデジタルプロセッサの制御下で実行し、置換された前記回路にて実現されていたものと同一の機能を実行することができる。本発明は、このように、提示された例に限定されない。

「備える」という語は、請求項に列記されたもの以外の要素または工程の存在を除外するものではない。

Claims (5)

1. マルチパス信号の分解成分を追跡するための方法であって、
   複数の所定値のセットの中からランダムに選択された第１可変遅延分早められた、局所的に生成された符号シーケンスを用いて、前記分解成分を逆拡散して、早期逆拡散信号を取得し、
   複数の所定値のセットの中からランダムに選択された第２可変遅延分遅らされた、局所的に生成された前記符号シーケンスを用いて、前記分解成分を逆拡散して、遅延逆拡散信号を取得し、
   前記早期逆拡散信号および前記遅延逆拡散信号から、前記追跡を制御するための補正信号を導出する、ことを特徴とする方法。
2. 前記第１および第２可変遅延は、前記マルチパス信号の品質インジケータを表わす、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. レイク受信機を備える装置であって、前記レイク受信機は、
   局所的に生成された符号シーケンスを、複数の所定値の中からランダムに選択された第１可変遅延分早めることにより、早期符号シーケンスを導出するための早期シフト手段と、
   前記早期符号シーケンスを用いて、前記分解成分を逆拡散し、その結果、早期逆拡散信号を生成するための第１相関手段と、
   局所的に生成された前記符号シーケンスを、複数の所定値の中からランダムに選択された第２可変遅延分遅らせることにより、遅延符号シーケンスを導出するための遅延シフト手段と、
   前記遅延符号シーケンスを用いて、前記分解成分を逆拡散し、その結果、遅延逆拡散信号を生成するための第２相関手段と、
   前記早期および遅延逆拡散信号から、前記追跡を制御するための補正信号を導出するための調整手段と、
   を備えることを特徴とする装置。
4. 前記装置は、携帯電話である、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. マルチパス信号の分解成分を追跡するためのソフトウェアアプリケーションであって、
   複数の所定値の中からランダムに選択された第１可変遅延分早められた、局所的に生成された符号シーケンスを用いて、前記分解成分を逆拡散して、早期逆拡散信号を取得し、
   複数の所定値の中からランダムに選択された第２可変遅延分遅らされた、局所的に生成された前記符号シーケンスを用いて、前記分解成分を逆拡散して、遅延逆拡散信号を取得し、
   前記早期逆拡散信号および前記遅延逆拡散信号から、前記追跡を制御するための補正信号を導出するための命令を含む、ことを特徴とするソフトウェアアプリケーション。

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