JP2010525707A - チャープ系列のための改良型同期化 - Google Patents

Abstract

通信システム用のユーザ機器内の整合フィルタの出力において、正しいピークを識別するための方法及び装置を提供する。受信した信号と同期信号の複製とが相関され、それによって相関出力信号が生成される。相関出力信号内のピークが検出される。同期信号の特性に基づく複数の所定の位置でピークがテストされ、それによって複数のピーク・テスト信号が生成される。最大の前記ピーク・テスト信号が決定される。

Description

背景
２００６年６月、第３世代パートナシップ・プロジェクト（３ＧＰＰ）の技術レポート２５．８１４ Ｖ７．０．０、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ａｓｐｅｃｔｓ ｆｏｒ Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ（ＵＴＲＡ）（リリース７）、及び、２００７年１１月、３ＧＰＰの技術仕様（ＴＳ）３６．２１１ Ｖ８．１．０、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（リリース８）では、非常に広いレンジの動作チャネル帯域幅及び搬送波周波数を介し、直径の小さな「マイクロ」セルから、１００ｋｍのセル・レンジを有する直径の大きな「マクロ」セルまでを使用して、動作可能である、Ｅｖｏｌｖｅｄ ＵＴＲＡネットワーク（Ｅ−ＵＴＲＡＮ）の物理層について記載されている。３ＧＰＰは、多くの種類のセルラ式無線通信システムを標準化した仕様を公表している。

図１は、典型的なセルラ式無線通信システム１０を示す。無線ネットワーク・コントローラ（ＲＮＣ）１２、１４は、たとえば無線アクセス・ベアラ・セットアップ、ダイバーシティ・ハンドオーバなどを含む、様々な無線ネットワーク機能を制御する。一般に、各ＲＮＣは、移動局（ＭＳ）、或いはリモートの端末又はユーザ機器（ＵＥ）に向かって、及びそれらから、ダウンリンク（ＤＬ）（すなわち、基地局から移動局、又は順方向）チャネル、及びＵＬ（すなわち、移動局から基地局、又は逆方向）チャネルを介して互いに通信する、適切な基地局（ＢＳ）を介して、呼を送る。図１では、ＲＮＣ １２はＢＳ １６、１８、２０に結合され、ＲＮＣ １４はＢＳ ２２、２４、２６に結合されたものと示されている。

ＢＳ、又は３Ｇ用語で言えばノードＢは、それぞれ、１つ又は複数のセルに分割された地理的領域にサービスを提供する。図１では、ＢＳ ２６は、ＢＳ ２６のセルを構成すると言える、５つのアンテナ・セクタＳ１〜Ｓ５を有するものとして示されるが、ＢＳからの信号によってサービスが提供されるセクタ又は他の領域もセルと呼ぶことができる。加えてＢＳは、複数のアンテナを使用してＵＥに信号を伝送することができる。ＢＳは、通常、専用の電話回線、光ファイバ・リンク、マイクロ波リンクなどによって、それらの対応するＲＮＣに結合される。ＲＮＣ １２、１４は、移動交換センタ（図示せず）及び／又はパケット無線サービス・ノード（図示せず）などの１つ又は複数のコア・ネットワーク・ノードを介して、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、インターネットなどの外部ネットワークに接続される。

図１に示された機能の配置構成は、Ｅ−ＵＴＲＡＮ及び他の通信ネットワークにおいて修正可能であることを理解されたい。たとえば、ＲＮＣ １２、１４の機能はノードＢ ２２、２４、２６に移動可能であり、他の機能はネットワーク内の他のノードに移動可能である。

Ｅ−ＵＴＲＡＮで発生する可能性のある異なる無線条件を処理するために、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）又は直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）がダウンリンクで使用される。ＯＦＤＭＡは、Ｅ−ＵＴＲＡＮで発生する可能性のある異なる無線伝播条件に適合可能な、無線アクセス技術（ＲＡＴ）である。具体的に言えば、ＯＦＤＭシステムは、そのＤＬ伝送パラメータを、現在の通信システムの場合のような時間領域内のみならず、周波数領域でも適合可能である。ＯＦＤＭＡ通信システムについては、たとえばＢ．Ｌｉｎｄｏｆｆ等による米国特許出願第１１／２８９，１８４号にも記載されている。

ＯＦＤＭＡ通信システムでは、使用可能なデータ・ストリームは、並行して伝送されるいくつかの狭帯域副搬送波に区分化される。各副搬送波が狭帯域であるため、各搬送波は、各副搬送波の復調を容易にする平坦フェージングのみを体験する。ＯＦＤＭシステムにおけるＤＬの基本的な時間周波数構造は図２に示されており、周波数方向に隣接する複数のＯＦＤＭ副搬送波を示す。特定のユーザ向けの無線リソースは「ブロック」又は「チャンク」と呼ばれ、特定の期間に使用される特定数の特定の副搬送波である。異なる搬送波グループが、異なる時間に、異なるユーザに対して使用され、図２は、４人のユーザＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのためのリソース・ブロックを示す。図２によって示された例示的なＯＦＤＭシステムのダウンリンクでは、ブロックは、１５キロヘルツ（ｋＨｚ）間隔で区切られた１２の副搬送波（図をわかりやすくするためにすべてを示してはいない）を含み、それらがまとまって、およそ１８０ｋＨｚの周波数及び１．０ミリ秒（ｍｓ）の時間を占有する。図２の配置構成は単なる例であり、他の配置構成も使用可能であることを理解されよう。

受信器同期化及び他の目的のために、パイロットと呼ばれることのある基準シンボル又は信号を、既知の周波数及び時間インスタントに各基地局から伝送することができる。こうした基準信号については、たとえば、３ＧＰＰ ＴＲ ２５．８１４のセクション７．１．１．２．２、並びに３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１１のセクション６．１０及び６．１１に記載されている。８つのこうしたパイロット３０２を備えた例示的時間周波数構造が図３に示されており、ＯＦＤＭ時間周波数平面内にパイロット３０２を有する８つの副搬送波を示す。他のＯＦＤＭ副搬送波３０４はデータを移送するが、図をわかりやすくするために、図３では、これらは時間周波数平面内の１つのインスタントのみで示されている。各リソース・ブロックは、通常、異なる副搬送波上に数個のパイロットを含むことを理解されよう。またＢＳは、複数の伝送アンテナを使用してセル／セクタ／領域内に情報を伝送することが可能であり、それらの異なる伝送アンテナは、それぞれの異なるパイロットを送信可能であることも理解されよう。

３ＧＰＰ ＴＲ ２５．８１４のセクション７．１．２．４、並びに３ＧＰＰ ＴＳ ３６．２１１のセクション６．１１及び５．７によれば、Ｅ−ＵＴＲＡＮは、強固であり、多くの異なる無線条件化でＵＥをシステムにアクセスさせることが可能な、同期化信号（ＳｙＳ）及びランダム・アクセス・チャネル（ＲＡＣＨ）などの、初期アクセス・チャネルを有する。Ｅ−ＵＴＲＡＮのＳｙＳは、１次同期化信号（Ｐ−ＳｙＳ）及び２次同期化信号（Ｓ−ＳｙＳ）からなる。Ｅ−ＵＴＲＡＮでは３つのＰ−ＳｙＳが同時に定義され、Ｅ−ＵＴＲＡＮセル全体にわたって配布される。同程度の同期化及びランダム・アクセス・チャネルが、しばしば他のデジタル通信システム内に提供されるが、それらには異なる名前が与えられる場合がある。

ネットワークにアクセスするために、ＵＥは、ＵＥがそれ自体をシステム・タイミングと同期させるために、その受信した信号と、その３つのＰ−ＳｙＳすべてのローカル複製とを相関させることで開始される、セル検索アルゴリズムを実行する。このステップの後、ＵＥはＳ−ＳｙＳの位置を理解し、セル検索アルゴリズムの第２段階へと進み、そこでＵＥは、セルのグループ識別（ＩＤ）を含むＳ−ＳｙＳを復号する。セルのグループＩＤと、３つのＰ−ＳｙＳのうちのいずれが存在するかに関する情報とが合わさって、セルの物理層セルＩＤを確立する。その後ＵＥは、ブロードキャスト・システム情報を読み取るため、及びネットワークとの通信を確立するために必要な、すべての情報を有する。

Ｅ−ＵＴＲＡＮのＰ−ＳｙＳは、一般化チャープ様（ＧＣＬ）系列（generalized chirp-like sequence）の特殊クラスである、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ（ＺＣ）系列に基づいている。長さＮ及び系列インデックスｕを有するＺＣ系列は、以下の式によって定義され、Ｎは奇数である。
Ｚ_ｕ（ｋ）＝ｅｘｐ（−ｊ・π／Ｎ・ｕ・ｋ・（ｋ＋１）），ｋ＝０、１、．．．、Ｎ−１
Ｅ−ＵＴＲＡＮにおける３つの異なるＰ−ＳｙＳ信号は、異なる系列インデックスｕを備える同じ長さＮのＺＣ系列である。

ＺＣ系列は特別な特性を有し、そのうちのいくつかは望ましいが、いくつかは特別な注意が必要である。肯定的な側面では、ＺＣ系列は、すべてのずれ（lag）にわたって一定量の相互相関である一定振幅（ＣＡ）と、ゼロに等しくないずれの場合のゼロ自己相関（ＺＡＣ）とを有する、ＣＡＺＡＣ系列のクラスに属する。これらの特性により、同期化の応用例にとってＺＣ系列が非常に魅力的なものとなっている。否定的な側面では、周波数オフセットの存在下で、自己相関信号において正確な同期化を妨げる複数のピークを生成することから、ＺＣ系列の自己相関動作を考慮する必要がある。

自己相関信号における複数のピークにより、ＵＥにとって、どのピークが正しいかを決定すること、及び適切な同期化を達成することが、困難となる可能性がある。正しい自己相関ピークを識別するために特別な受信器構成要素又は機能が実装される場合、いくつかの欠点が生じる。受信器はより複雑になり、こうした処理に必要な半導体チップの領域、並びにこうした処理によって消費される電気エネルギー量が増加する。エネルギー消費が多くなるほど、携帯電話、ページャなどの、バッテリ駆動式ＵＥの寿命は短くなる。

概要
本発明の諸態様によれば、通信システム用のユーザ機器内の整合フィルタの出力において、正しいピークを識別する方法が提供される。この方法は、受信した直交周波数分割多重信号を同期信号の複製と相関させ、それによって相関出力信号を生成するステップと、相関出力信号内のピークを検出するステップと、同期信号の特性に基づく複数の所定の位置でピークをテストし、それによって複数のピーク・テスト信号を生成するステップと、最大のピーク・テスト信号を決定するステップとを含む。

さらに本発明の諸態様によれば、整合フィルタの出力において正しいピークを識別するために、受信器内に装置が提供される。この装置は、受信した直交周波数分割多重信号を同期信号の複製と相関させ、それによって相関出力信号を生成するように構成された、整合フィルタと、相関出力信号内のピークを検出するように構成されたピーク検出器と、同期信号の特性に基づく複数の所定の位置でピークをテストし、それによって複数のピーク・テスト信号を生成し、最大のピーク・テスト信号を決定するように構成された、プロセッサとを含む。

さらに本発明の諸態様によれば、コンピュータによって実行された場合、通信システム用のユーザ機器内の整合フィルタの出力において正しいピークを識別する方法をコンピュータに実行させるコンピュータ・プログラムで符号化された、コンピュータ読み取り可能媒体が提供される。この方法は、受信した直交周波数分割多重信号を同期信号の複製と相関させ、それによって相関出力信号を生成するステップと、相関出力信号内のピークを検出するステップと、同期信号の特性に基づく複数の所定の位置でピークをテストし、それによって複数のピーク・テスト信号を生成するステップと、最大のピーク・テスト信号を決定するステップとを含む。

図面の簡単な説明
本発明のいくつかの特徴、利点、及び目的は、図面と共に本説明を読むことによって理解されよう。

セルラ式無線通信システムを示す図である。 直交周波数分割多重化を使用する通信システムにおける、副搬送波の時間及び周波数配置構成を示す図である。 パイロット信号を含む副搬送波の時間及び周波数配置構成を示す図である。 同期化系列の要素と副搬送波との間の関係を示す図である。 通信システムにおける受信器の一部を示すブロック図である。 周波数オフセット不在下での、非周期的自己相関関数に対する時間の大きさをプロットした図である。 周波数オフセット存在下での、非周期的自己相関関数に対する時間の大きさをプロットした図である。 非周期的自己相関関数における２次ピークの位置を示す図である。 整合フィルタの出力において適切なピークを識別するための手順を示す流れ図である。 基準信号を有する伝送済み信号を示す図である。 図１０Ａの伝送済み信号に関する異なる時間での受信器の整合フィルタの出力を示す図である。 図１０Ａの伝送済み信号に関する異なる時間での受信器の整合フィルタの出力を示す図である。 図１０Ａの伝送済み信号に関する異なる時間での受信器の整合フィルタの出力を示す図である。 図１０Ａの伝送済み信号に関する異なる時間での受信器の整合フィルタの出力を示す図である。 通信システムにおける受信器の一部を示すブロック図である。 検出確率に対する系列インデックスをプロットした図である。 検出確率に対する系列インデックスをプロットした図である。 検出確率に対する系列インデックスをプロットした図である。

詳細な説明
本発明が、前述のようなＺＣ系列、又はＺＣ系列をＯＦＤＭ信号の副搬送波にマッピングする通信システムに限定されるものでないことを理解されよう。ＺＣ系列と同じ周波数オフセット動作を有する可能性のある他のタイプの系列は、たとえば他のＧＣＬ系列である。加えて、ＩＦＦＴの長さＭ及びＺＣ系列の長さＮが、等しいか又はＭ＞Ｎであるかは、後者の場合、ＩＦＦＴが補間を実行するため、主要な動作は依然として同じであり、問題ではない。さらに、ＺＣ系列が時間領域内又は周波数領域内のどちらでマッピングされるかは、ＺＣ系列がＩＦＦＴによって変換されると、結果として再度ＣＡＺＡＣ系列が生じるため、問題ではない。加えて、本明細書は、説明を節約するためにのみＯＦＤＭシステムに焦点を当てているが、本明細書に記載された原理は他のデジタル通信システムでも実装可能であることを理解されよう。

以下の考察では、Ｐ−ＳｙＳが、周波数領域において長さＮのＺＣ系列をＯＦＤＭＡ信号の副搬送波にマッピングすることによって生成され、その後、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）によって時間領域に変換されることが想定される。周波数領域におけるこうした生成は図４によって示されており、ＺＣ系列の要素及びＯＦＤＭＡ信号の副搬送波を、好適に位置合わせされたそれぞれの水平線上の目盛りとして示している。図４の配置構成は単なる例であること、及び他の配置構成が使用可能であることを理解されよう。

未知の周波数オフセットを処理するために、ＵＥは、Ｐ−ＳｙＳ又は等価の同期信号の時間領域表現と整合する、何らかの種類の相関器を含む受信器を有することが可能であり、すなわち受信器は、Ｐ−ＳｙＳのミラーリング（時間逆転）された複素共役（complex-conjugate）に対応するインパルス応答を有する整合フィルタを含む。未知の周波数オフセットを処理するために、受信器内にいくつかの整合フィルタが実装され、このいくつかの整合フィルタはそれぞれ、異なるそれぞれの想定周波数オフセットを伴う同期信号に整合されたインパルス応答を有する。

図５は、Ｎ個の整合フィルタＭＦ−１、ＭＦ−２、．．．、ＭＦ−Ｎと、最大の検出器Ｍａｘにそれらの出力信号を提供するＮ個のそれぞれのピーク検出器とを有する、ＵＥ受信器の一部を示すブロック図である。Ｎ個の整合フィルタは並行に動作しており、各フィルタは異なるそれぞれの周波数オフセットｆ_ＯＳを想定している。最大検出器Ｍａｘは、本質的に、すべての整合フィルタの出力を比較し、Ｐ−ＳｙＳタイミング及びＵＥ基地局同期化の他の検出で使用するために最高ピークを有するフィルタを選択する。こうした整合フィルタは、タップ付き遅延線、入力系列を予測系列と比較する相関器、及び等価のデバイスなどの、ハードウェア・デバイス内に、又は、ＵＥ内でプログラム可能プロセッサによって実行されるソフトウェア・アルゴリズムとして、実装することができる。たとえば、Ｕｒａｂｅ等への米国特許第７，００３，０２２号は、移動無線通信システム用の整合フィルタ及び受信器について記載している。

ＵＥの受信信号を無線周波数からベースバンドに変換するために使用されるＵＥのローカル発振器（図５には図示せず）の周波数は、基地局の送信信号を生成するために使用される基地局の発振器の周波数と全く同じであり、ドップラ周波数シフトが無視できる場合、ＵＥ受信器の整合フィルタのうちの１つによって生成される出力信号は図６のようになる可能性がある。図６では雑音は想定されず、Ｐ−ＳｙＳ非周期的自己相関関数に対する時間の大きさをプロットしている。図６に示された出力信号が、検出が容易であり、Ｐ−ＳｙＳタイミングの信頼できる決定及び良好なＵＥ基地局同期化を可能にする、単一の先鋭なピークを有することが観察されよう。

図７は、整合フィルタの想定される周波数オフセットが、ＯＦＤＭＡ信号の副搬送波の帯域幅の半分だけ、復調されたベースバンド信号の周波数オフセットと異なる場合、ＵＥ受信器内の整合フィルタによって生成される可能性のある、出力信号を示す。１つの先鋭なピークの代わりに、整合フィルタの出力信号は２つの主要なピークを含み、そのうちの１つは適切なタイミングにあり、他方は９時間単位早い。適切なタイミングのピークを「主」ピークと呼び、変位したピークを「２次」ピークと呼ぶことができる。図６と比較すると、他の著しい相違の中で、主ピーク及び２次ピークの両方の大きさも減少している。

いずれのイベントでも、図７に示されるような自己相関（整合フィルタ）出力信号中でいずれのピークが正しいかをＵＥが決定することは不可能である。異なる想定周波数オフセットを伴う、並行して実行される複数の整合フィルタを備えた図５内の配置構成は、この問題に対処する１つの方法である。複数の整合フィルタのうちの１つが、実際のオフセットに近く、最大出力信号を生じる、想定周波数オフセットを有することが想定される。それでもなお、複数の整合フィルタを有する受信器のさらなる複雑さ及び他の欠点を避けることが望ましい。

発明者等は、周波数オフセットの量が副搬送波の帯域幅とほぼ同程度又はそれよりも少ない場合、図７の主２次自己相関ピークの位置が、その量とは無関係であることを認識している。さらに一般的には、発明者等は、自己相関出力信号内の２次ピークがｎ_０±ｕＬ及びｎ_０±ｕ（Ｌ−１）で発生することを認識しており、ここでＬは、周波数オフセットｆ_ＯＳの大きさ｜ｆ_ＯＳ｜よりも大きい副搬送波帯域幅ｄｆの最小倍数である、正の整数であり、ｕはＺＣ系列インデックスであり、ｎ_０は正しいピーク位置であり、ｆ_ＯＳは（Ｌ−１）ｄｆ≦｜ｆ_ＯＳ｜≦Ｌｄｆのように境界を画される。周波数オフセットの符号が、上式でいずれの符号が使用されるかを決定する。

具体的には、１副搬送波帯域幅（すなわちＬ＝１）未満の周波数オフセットの場合、ｎ_０±ｕで２次ピークが発生し、これは普通であれば周波数オフセットの量とは無関係である。周波数オフセットが正確に１副搬送波帯域幅である（すなわちｆ_ＯＳ＝ｄｆ）場合、ｎ_０の主ピークは消失し、２次ピークのみが、周波数オフセットの符号に応じて、ｎ_０＋ｕ又はｎ_０−ｕに残る。１副搬送波帯域幅よりも大きく、２副搬送波帯域幅よりも小さい、周波数オフセットの場合、２副搬送波帯域幅（すなわちｎ_０±２ｕ）に等しい周波数オフセットにより、２次ピークに追加の２次ピークが発生する。２副搬送波帯域幅に等しい周波数オフセット（すなわちｆ_ＯＳ＝２ｄｆ）の場合、１副搬送波帯域幅（すなわちｎ_０±ｕ）に等しい周波数オフセットにより、２次ピークは消失し、新しい２次ピークのみが残る。

前述のように、一般に、副搬送波帯域幅の整数倍に等しい周波数オフセットの場合、周波数オフセット及びＺＣ系列自体によって完全に決定された位置に、単一のピークのみが存在する。副搬送波帯域幅の（Ｌ−１）倍とＬ倍との間の周波数オフセットの場合、２次相関ピークは、副搬送波帯域幅の（Ｌ−１）倍及びＬ倍の周波数オフセットに存在する相関ピークからなる。前述の説明は、副搬送波帯域幅の整数倍に等しい周波数オフセットの場合にのみ正確であることを理解されよう。他の周波数オフセットの場合、前述の２次ピークに加えて、他のさらに大きく減衰されたピークが発生するが、考察をわかりやすくするために省略されている。さらに前述の説明は、周期的自己相関信号の場合に正確であり、整合フィルタの非周期的自己相関出力信号の場合にとっては妥当な近似であることも理解されよう。

したがって、発明者等は、受信器内の整合フィルタの出力信号における望ましい主ピーク位置と２次ピークとの間の距離はＺＣ系列インデックスｕによって決定されること、及び、２次ピークが主ピークをリードしているか遅れを取っているかは、周波数オフセットの符号によって決定されることを、認識している。自己相関関数の２次ピークは、真の自己相関ピークの位置に対して（Ｌ−１）ｕ倍及びＬｕ倍（モジュロＮの意味で）単位に位置する。

図８は、２次ピークの位置がＺＣ系列インデックスｕによって決定されることを示す。時間インスタントｎ_０での主ピークの場合、副搬送波帯域幅よりも小さい周波数オフセットを想定して、２次ピークは、時間インスタントｎ_０＋ｕ又は時間インスタントｎ_０−ｕのいずれかでのみ発生可能である。相関信号のどちらのピークがピーク検出器によって発見されるかに関係なく、発明者等は、発見されたピーク及び発見されたピークに対して±ｕの位置をテストすることによって、主ピークが常に識別可能であることを認識している。Ｐ−ＳｙＳが（たとえば、ＺＣ系列長さＮよりも大きなＩＦＦＴサイズＭを使用することによって）補間される場合、２次ピークの変位は±ｒｏｕｎｄ（ｕ・Ｍ／Ｎ）であって、ここでｒｏｕｎｄ（）表記は四捨五入機能を示す。系列インデックスｕ＝５、Ｍ＝１２８、Ｎ＝７１の図７の例に見られるように、２次ピークは−ｒｏｕｎｄ（５・１２８／７１）＝−９でローカライズされる。１副搬送波帯域幅よりも大きな周波数オフセットの場合、２次自己相関ピークは、ｎ_０での真のピークに対して（Ｌ−１）ｕ及びＬｕ（モジュロＮの意味で）に現れる。

したがって、本発明に従った受信器は、正しいピークを識別するため及びＰ−ＳｙＳタイミングを見つけるために、Ｐ−ＳｙＳ検出器内の一群の整合フィルタを１つの整合フィルタに置き換えることによって、複雑さを減少させることができる。整合フィルタはＰ−ＳｙＳに整合された相関器とすることが可能であり、好適にプログラミング又は構成された電子プロセッサ、タップ付き遅延線などによって具体化可能な、こうした相関器は、１次同期化デバイスとして使用される。主ピークが検出された場合、いずれのピークが正しいかを識別するために、この（想定される）正しいピーク（ｎ_０）の位置と２次ピーク（たとえばｎ_０±ｕでの）の位置とがまとめてテストされる。１副搬送波帯域幅よりも大きな周波数オフセットが存在可能な場合、ｎ_０±（Ｌ−１）ｕ及びｎ_０±Ｌｕ（モジュロＮの意味で理解される）での追加の仮定が、ｎ_０での仮定を用いてテストされる。

整合フィルタの出力において適切なピークを識別するための手順の流れ図が、図９に示される。この方法は、たとえば信号と格納可能な予測信号のローカル複製とを相関させることによる、Ｐ−ＳｙＳなどの信号の整合フィルタリング（ＭＦ）によって、ステップ９０２で開始される。方法はステップ９０４に進み、整合フィルタリング・ステップによって生成された出力信号内のピークを検出する。ステップ９０６、９０８、９１０では、予測信号の特性に基づいた所定の位置で、検出されたピークがテスト又は検証される。予測信号としてのＺＣ系列の場合について前述したように、所定の位置は一般にｎ_０±（Ｌ−１）ｕ及びｎ_０±Ｌｕであり、予測周波数オフセットが副搬送波帯域幅よりも小さい場合はｎ_０及びｎ_０±ｕである。ステップ９１２では、所定の位置で検証の最大値が決定され、それによって適切なピークが識別される。

周波数オフセットｆ_ＯＳが副搬送波帯域幅ｄｆよりも小さい場合、テストされる３つの位置はｎ_０及びｎ_０±ｕであり、周波数オフセットがｄｆよりも大きい場合、それらの位置はｎ_０、ｎ_０±（Ｌ−１）ｕ、及びｎ_０±Ｌｕであることを理解されよう。周波数オフセットのサイズがわからない場合、受信器はすべてのＬについて、すなわち、ｌ＝１、２、．．．、Ｌについて、（ｎ_０±Ｌｕ）でピークを探さなければならない。

ｎ_０及び（ｎ_０±（Ｌ−１）ｕ）及び（ｎ_０±Ｌｕ）でのピークのテスト（ステップ９０６〜９１０）は、いくつかの方法で実行可能である。１つの方法は、テストを受ける各特定のピークが正しく、たとえば識別された各ピークでＳ−ＳｙＳ又は他の信号の検出を開始することによって、それらの想定で動作するものと想定することである。この種の「ブラインド（blind）」検出の結果として、「誤った」ピークでのＳ−ＳｙＳ検出プロセスは失敗するか、又は正しいピークでのＳ−ＳｙＳ検出よりもかなり低い信頼レベルを有することになる可能性が高い。

ピークをテストする他の方法は、現在テストされているピークが正しいものと想定して、それぞれを既知の信号に照らしてテストすることである。たとえば、Ｐ−ＳｙＳ後のある時点で、たとえば基準信号などの既知の信号が発生した場合、受信器はそれぞれのタイミングで、仮定と既知の信号とを相関させる。整合フィルタ出力ピークのこのテスト方法は、図１０に示されている。図１０Ａでは、送信済み信号は、Ｐ−ＳｙＳ及び時間間隔Ｔ_０後の基準信号ＲＳを含む。図１０Ｂは、時間ｎ_０で１次ピーク及び時間ｎ_０−ｕで２次ピークを示す、受信器の整合フィルタの出力を示す。図１０Ｃは、時間ｎ_０−ｕ＋Ｔ_０で先鋭ピークを示す、基準信号ＲＳと相関させるためにフィルタが調節された場合の、受信器の整合フィルタの出力を示す。図１０Ｄは、時間ｎ_０＋Ｔ_０で中間信号を示す、基準信号ＲＳと相関するためにフィルタが調節された場合の、受信器の整合フィルタの出力を示す。図１０Ｅは、時間ｎ_０＋ｕ＋Ｔ_０で中間信号を示す、基準信号ＲＳと相関するためにフィルタが調節された場合の、受信器の整合フィルタの出力を示す。３つのＰ−ＳｙＳ仮定それぞれについて、受信済み信号は（固定時間間隔後に）既知の信号と相関される。正しい位置が、したがってＰ−ＳｙＳの正しい位置も、最強の相関メトリック、すなわち整合フィルタからの最大の出力信号によって決定される。この方法を動作させるためには、Ｐ−ＳｙＳ又は等価の同期信号に対する固定タイミングを備えた既知の信号が存在しなければならない。

どのピークが正しいかを検証するための他の方法は、差動相関器（differential correlator）を使用して各Ｐ−ＳｙＳタイミングをテストすることである。Ｅ−ＵＴＲＡＮ及び他の通信システムでは、あらゆるＯＦＤＭＡシンボルにサイクリックプレフィスクス（cyclic prefix）が付けられる。ＯＦＤＭＡシンボルの長さに等しい時間ずれを有し、サイクリックプレフィスクスの長さに等しい積分時間を有する、差動相関器は、サイクリックプレフィスクスの終わりに最大値が生じる出力信号を生成する。したがって、それぞれのＰ−ＳｙＳタイミング仮定について、差動相関器の出力がテストされ、結果として最高の差動相関器出力信号が生じるタイミング仮定が選択される。差動相関器とは、たとえばＮｅａｓｅ等に対する米国特許第４，９６４，１３８号、及びＭｉｌｌｅｒに対する第４８００５１８号などの、当分野で知られたデバイスであり、多くの差動相関器が使用可能である。

図１１は、前述の整合フィルタＭＦ、ピーク検出器、差動相関器、サンプル・テスタ、及び最大決定デバイスを含む、受信器の一部の例示的配置構成を示すブロック図である。各Ｐ−ＳｙＳタイミング仮定について、サイクリックプレフィスクスに整合された差動相関器の出力が、サンプル・テスタによってテストされる。正しいＰ−ＳｙＳタイミングは、差動相関器出力が最大である位置に対応する。サンプル・テスタは、ピーク検出器によって決定された３つの位置を（差動相関器の出力から）選択する。したがって、サンプル・テスタ、ピーク検出器、及び最大決定デバイスは、差動相関器出力が最大である位置を決定するように動作する。性能を向上させるために、たとえば、サンプル・テスタに含まれる好適なフィルタ又は他の平均器を使用して、いくつかのＯＦＤＭＡシンボルにわたって平均化することによって、差動相関器の出力信号を平滑化することができる。この方法を使用する場合、差動相関器が使用されるため、実際の送信済み信号の完全な知識は必要とされないが、あるＣＰ長さを備えたＯＦＤＭシンボルであることを知る必要があることを理解されよう。送信済み信号の正確な値（すなわち、送信された配置（constellation）ポイント）を知る必要はない。

サイクリックプレフィスクス及びそれに整合する差動相関器を使用する代わりに、時間領域内で反復される他の信号を使用することができる。こうした可能性の１つが前述の基準信号である。Ｅ−ＵＴＲＡＮでは、基準信号は６番目の副搬送波ごとに伝送され、結果として、ＯＦＤＭＡシンボル内でそれ自体を６回反復する信号が生じる。現在では、信号自体が反復し、ずれ及び差動相関器の積分期間も、たとえばＯＦＤＭＡシンボル期間の１／６などの、基本信号期間の長さに等しければ十分であると考えられている。

図５に示された受信器構造と比較すると、図９及び図１１に関して前述した配置構成は、１つの整合フィルタ及びいくつかの検証回路のみを有する。前述のように、こうした検証回路は、非常に限られた時間スパンのみにわたって動作する相関器、又は差動相関器とすることができる。いずれの場合も、検証回路は複雑でない動作のみを必要とするため、受信器の同期化機能に必要なチップ領域、並びにこうした同期回路のエネルギー消費を減少させる。

図１２、１３、及び１４は、前述の検出方法の性能と従来の単一整合フィルタの性能とを比較する、Ｐ−ＳｙＳ検出確率に対するＺＣ系列インデックスをプロットした図である。図では、周波数オフセットは、それぞれ、−８ｄＢ、−４ｄＢ、及び０ｄＢのＳＮＲレベルについて、副搬送波帯域幅のプラス又はマイナス・レンジ内で均一にランダムに分散されている。ＳＮＲレンジ全体にわたって、明白な性能利得が観察できる。

前述の手順は、たとえば、送信器と受信器との間の通信チャネルの経時的変動性に応答するために、必要に応じて反復的に実施されることを理解されよう。理解しやすいように、本発明の多くの態様は、たとえばプログラム可能コンピュータ・システムの好適に構成された諸要素によって実行可能な一連の動作に関して説明される。好適に構成された特殊回路（たとえば、特殊機能又は特定用途向け集積回路を実行するために相互接続された離散的論理ゲート）によって、１つ又は複数のプロセッサによって実行されるプログラム命令によって、或いはそれら両方の組み合わせによって、様々な動作が実行可能であることも理解されよう。

さらに本発明は、コンピュータ・ベース・システム、プロセッサ包含システムなどの、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、或いはそれらに関連して使用するための、適切な命令セットが内部に格納された、任意の形のコンピュータ読み取り可能記憶媒体内で、或いは、媒体から命令をフェッチしてその命令を実行できる他のシステム内で、完全に具体化されるものとみなすことも可能である。本明細書で使用される場合、「コンピュータ読み取り可能媒体」とは、命令実行システム、装置、又はデバイスによって、又はそれらに関連して使用するためのプログラムを、包含、格納、通信、伝搬、又は移送可能な、任意の手段とすることができる。コンピュータ読み取り可能媒体は、たとえば、電子、磁気、光、電磁、赤外線、又は半導体のシステム、装置、デバイス、又は伝搬媒体とすることが可能であるが、これらに限定されるものではない。コンピュータ読み取り可能媒体のより特定の例（限定的リスト）には、１つ又は複数の配線を有する電気接続、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去及びプログラム可能読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュ・メモリ）、及び光ファイバが含まれる。

したがって本発明は多くの異なる形で具体化可能であるが、そのすべてが上記では説明されておらず、こうした形のすべてが本発明の範囲内であるものと企図される。本発明の様々な態様のそれぞれについて、こうした任意の形は、説明された動作を実行する「ように構成された論理」、或いは別の方法では、説明された動作を実行する「論理」と呼ぶことができる。

本明細書で使用される場合、「備える」及び「備えている」という用語は、言明された機能、整数、ステップ、又は構成要素の存在を指定するものであり、１つ又は複数の他の機能、整数、ステップ、構成要素、又はそれらのグループの存在又は追加を除外するものではないことが強調される。

前述の特定の諸実施形態は、単なる例示的なものであり、いかなる場合も限定的であるとみなすべきではない。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって画定され、特許請求の範囲内にあるすべての変形形態及び等価形態は、その中に包含されるものと意図される。

Claims (22)

1. 通信システム用のユーザ機器内の整合フィルタの出力において、正しいピークを識別する方法であって、
   受信した直交周波数分割多重信号を同期信号の複製と相関させ、それによって相関出力信号を生成するステップと、
   前記相関出力信号内のピークを検出するステップと、
   前記同期信号の特性に基づく複数の所定の位置で前記ピークをテストし、それによって複数のピーク・テスト信号を生成するステップと、
   最大の前記ピーク・テスト信号を決定するステップと、
   を備える方法。
2. 前記同期信号がＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列であり、前記所定の位置が、ｎ_０、ｎ_０±ｕｌモジュロＮ、及びｎ_０±ｕ（ｌ−１）モジュロＮであって、ｎ_０は正しいピークの位置を示し、ｕはＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列のインデックスであり、Ｌは、受信済み信号に関して前記ユーザ機器の周波数オフセットｆ_ＯＳの大きさ｜ｆ_ＯＳ｜よりも大きい副搬送波帯域幅ｄｆの最小倍数である正の整数であり、ｌ＝１、２、．．．、Ｌであり、（Ｌ−１）ｄｆ≦｜ｆ_ＯＳ｜≦Ｌｄｆである、請求項１に記載の方法。
3. 前記同期信号がＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列であり、前記所定の位置がｎ_０及びｎ_０±ｕであって、ｎ_０は正しいピークの位置を示し、ｕはＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列のインデックスであり、受信済み信号に関して前記ユーザ機器の周波数オフセットの大きさが副搬送波の帯域幅よりも小さいか又は等しい、請求項１に記載の方法。
4. ピークをテストするステップが、前記複数の所定の位置それぞれで想定される同期化タイミングに基づいて第２の受信済み信号を復号するステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記テストするステップが、前記受信済み信号を、前記同期信号に対する既知の位置を有する予測信号と相関させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記受信済み信号を前記予測信号と相関させるステップが、前記所定の位置付近で実行される、請求項５に記載の方法。
7. 前記ピークをテストするステップが、前記受信済み信号を差動的に相関させ、それによって差動相関出力信号を生成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記ピークをテストするステップが、前記差動相関出力信号を平滑化するステップを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記受信済み信号が、サイクリックプレフィスクス、基準信号、又は時間領域反復信号と、差動的に相関される、請求項７に記載の方法。
10. 整合フィルタの出力において正しいピークを識別するための受信器内の装置であって、
    受信した直交周波数分割多重信号を同期信号の複製と相関させ、それによって相関出力信号を生成するように構成された、整合フィルタと、
    前記相関出力信号内のピークを検出するように構成されたピーク検出器と、
    前記同期信号の特性に基づく複数の所定の位置で前記ピークをテストし、それによって複数のピーク・テスト信号を生成し、最大の前記ピーク・テスト信号を決定するように構成された、プロセッサと、
    を備える受信器内の装置。
11. 前記同期信号がＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列であり、前記所定の位置が、ｎ_０、ｎ_０±ｕｌモジュロＮ、及びｎ_０±ｕ（ｌ−１）モジュロＮであって、ｎ_０は正しいピークの位置を示し、ｕはＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列のインデックスであり、Ｌは、受信済み信号に関して前記受信器の周波数オフセットｆ_ＯＳの大きさ｜ｆ_ＯＳ｜よりも大きい副搬送波帯域幅ｄｆの最小倍数である正の整数であり、ｌ＝１、２、．．．、Ｌであり、（Ｌ−１）ｄｆ≦｜ｆ_ＯＳ｜≦Ｌｄｆである、請求項１０に記載の装置。
12. 前記プロセッサが、前記複数の所定の位置それぞれで想定される同期化タイミングに基づいて第２の受信済み信号を復号することによって、前記ピークをテストするように構成された、請求項１０に記載の装置。
13. 前記プロセッサが、前記受信済み信号を、前記同期信号に対する既知の位置を有する予測信号と相関させることによって、前記ピークをテストするように構成された、請求項１０に記載の装置。
14. 前記プロセッサが、前記受信済み信号を前記所定の位置付近で前記予測信号と相関させるように構成された、請求項１３に記載の装置。
15. 前記プロセッサが、前記受信済み信号を差動的に相関し、それによって差動相関出力信号を生成することによって、前記ピークをテストするように構成された、請求項１０に記載の装置。
16. さらに前記プロセッサが、前記差動相関出力信号を平滑化することによって、前記ピークをテストするように構成された、請求項１５に記載の装置。
17. 前記受信済み信号が、サイクリックプレフィスクス、基準信号、又は時間領域反復信号と、差動的に相関される、請求項１５に記載の装置。
18. コンピュータによって実行された場合、通信システム用のユーザ機器内の整合フィルタの出力において正しいピークを識別する方法をコンピュータに実行させるコンピュータ・プログラムで符号化された、コンピュータ読み取り可能媒体であって、前記方法が、
    受信した直交周波数分割多重信号を同期信号の複製と相関し、それによって相関出力信号を生成するステップと、
    前記相関出力信号内のピークを検出するステップと、
    前記同期信号の特性に基づく複数の所定の位置で前記ピークをテストし、それによって複数のピーク・テスト信号を生成するステップと、
    最大の前記ピーク・テスト信号を決定するステップと、
    を備える、コンピュータ読み取り可能媒体。
19. 前記同期信号がＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列であり、前記所定の位置が、ｎ_０、ｎ_０±ｕｌモジュロＮ、及びｎ_０±ｕ（ｌ−１）モジュロＮであって、ｎ_０は正しいピークの位置を示し、ｕはＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列のインデックスであり、Ｌは、受信済み信号に関して前記ユーザ機器の周波数オフセットｆ_ＯＳの大きさ｜ｆ_ＯＳ｜よりも大きい副搬送波帯域幅ｄｆの最小倍数である正の整数であり、ｌ＝１、２、．．．、Ｌであり、（Ｌ−１）ｄｆ≦｜ｆ_ＯＳ｜≦Ｌｄｆである、請求項１８に記載の媒体。
20. ピークをテストするステップが、前記複数の所定の位置それぞれで想定される同期化タイミングに基づいて第２の受信済み信号を復号するステップを含む、請求項１８に記載の媒体。
21. 前記テストするステップが、前記受信済み信号を、前記同期信号に対する既知の位置を有する予測信号と相関させるステップを含む、請求項１８に記載の媒体。
22. 前記ピークをテストするステップが、前記受信済み信号を差動的に相関させ、それによって差動相関出力信号を生成するステップを含む、請求項１８に記載の媒体。

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