JP2010536310A - 既知データを有する複数の直交チャネルのためのサーチャー−ｗｃｄｍａステップ２サーチ - Google Patents

Abstract

回路とアルゴリズムとが、Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおける同期チャネルの３ステップサーチのうちのステップ２サーチについて開示される。ＣＤＭＡシステムのモバイル端末は、Ｉ信号およびＱ信号を受信するＲＦダウンコンバータを含む。前記Ｉ信号およびＱ信号に応答するサーチャーは、Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期チャネル上の一次同期符号とを相関させる第１の相関器と、Ｉ信号およびＱ信号と、二次同期チャネル上の二次同期符号とを相関させる第２の相関器と、を含む。相関されたＩ信号およびＱ信号は、二次同期符号のおのおのについて加算される。エネルギー計算器と最大エネルギー検出器とは、一次及び二次同期チャネルの両方の相関されたＩ信号およびＱ信号を使用して、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を検出する。
【選択図】 図４Ａ

Description

本発明は、一般にＣＤＭＡ通信システムに関し、そしてより詳細にはステップ２のＷ−ＣＤＭＡサーチングのための改善された方法および装置に関する。

ワイヤレス通信システムは、音声、データ、ビデオなど、様々なタイプの通信を提供する。これらのシステムは、符号分割多元接続(code division multiple access)（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続(time division multiple access)（ＴＤＭＡ）など、異なる変調技術に基づいている。ＣＤＭＡシステムは、増大されたシステム容量を含めて、他のタイプのシステムに優るある種の利点を提供する。

ＣＤＭＡシステムは、（１）「デュアルモード広帯域スペクトル拡散セルラシステムのためのＴＩＡ／ＥＩＡ−９５−Ｂ移動局−基地局互換性規格(TIA/EIA-95-B Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System」（ＩＳ−９５規格）、（２）「第３世代パートナーシッププロジェクト(3rd Generation Partnership Project)」（３ＧＰＰ）と命名されたコンソーシアムによって提案され、そしてドキュメント番号３Ｇ ＴＳ ２５．２１１、３Ｇ ＴＳ ２５．２１２、３Ｇ ＴＳ ２５．２１３、および３Ｇ ＴＳ ２５．２１４を含むドキュメントの組で実施される規格（Ｗ−ＣＤＭＡ規格）、（３）「第３世代パートナーシッププロジェクト２(3rd Generation Partnership Project 2)」（３ＧＰＰ２）と命名されたコンソーシアムによって提案され、そして「ｃｄｍａ２０００スペクトル拡散システムのためのＣ．Ｓ０００２−Ａ物理レイヤ規格(C.S0002-A Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems)」と、「ｃｄｍａ２０００スペクトル拡散システムのためのＣ．Ｓ０００５−Ａ上位レイヤ（レイヤ３）シグナリング規格(C.S0005-A Upper Layer (Layer 3) Signaling Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems)」と、「Ｃ．Ｓ００２４ ｃｄｍａ２０００高レートパケットデータエアインターフェース仕様(C.S0024 cdma2000 High Rate Packet Data Air Interface Specification)」とを含むドキュメントの組で実施される規格（ｃｄｍａ２０００規格）、（４）他のいくつかの規格など、１つまたは複数のＣＤＭＡ規格をサポートするように設計され得る。

疑似ランダムノイズ(Pseudorandom noise)（ＰＮ）シーケンスは、送信されたパイロット信号を含む、送信されたデータを拡散するためのＣＤＭＡシステムにおいて一般に使用される。ＰＮシーケンスの単一の値を送信するために必要とされる時間は、チップ(chip)として知られており、そしてチップが変化するレートは、チップレートとして知られている。ＣＤＭＡレシーバは、一般にＲＡＫＥ（レーク）レシーバを使用する。レークレシーバ(rake receiver)は、一般的に、１つまたは複数の基地局からの直接およびマルチパスのパイロットを見つけるための１つまたは複数のサーチャー(searchers)と、これらの基地局からの情報信号を受信し組み合わせるための２つ以上のマルチパス復調器（フィンガ(fingers)）とから構成される。

直接シーケンスＣＤＭＡシステムの設計に固有であるのは、レシーバが、そのＰＮシーケンスを基地局のシーケンスに位置合わせする必要があるという要求である。Ｗ−ＣＤＭＡ規格によって定義されるシステムなど、いくつかのシステムは、一次スクランブリング符号として知られている、おのおのについて固有のＰＮ符号を使用して基地局を区別する。Ｗ−ＣＤＭＡ規格は、ダウンリンクをスクランブルするための２つのゴールド符号シーケンス(Gold code sequences)を定義し、１つは、同相成分（Ｉ）についてであり、他の１つは直交成分(quadrature)（Ｑ）についてである。ＩとＱとのＰＮシーケンスは、一緒に、データ変調なしにセル全体を通してブロードキャストされる。このブロードキャストは、共通パイロットチャネル(common pilot channel)（ＣＰＩＣＨ）と呼ばれる。生成されるＰＮシーケンスは、３８，４００チップの長さに切り取られる。３８，４００チップの期間は、無線フレームと呼ばれる。各無線フレームは、スロットと呼ばれる１５個の等しいセクションに分割される。Ｗ−ＣＤＭＡ基地局は、互いに非同期に動作するので、１つの基地局のフレームタイミングの知識は、他の任意の基地局のフレームタイミングの知識にはならない。この知識を得るために、Ｗ−ＣＤＭＡシステムは、同期チャネルとセルサーチング技術とを必要とする。

次に図１を参照すると、チャートは、同期化を実行するためにＷ−ＣＤＭＡシステムにおいて利用される様々な同期チャネルを示している。これらのチャネルは、一次同期符号(Primary Synchronization Code)（ＰＳＣ）を用いて符号化される一次同期チャネル(Primary Synchronization Channel)（一次ＳＣＨ）を含んでいる。ＰＳＣの目的は、スロットタイミングを提供することである。スロット当たり１６個の可能な二次同期符号(Secondary Synchronization Codes)（ＳＳＣ）のうちの１つを用いて符号化される二次同期チャネル(Secondary Synchronization Channel)（二次ＳＣＨ）もまた、存在する。長さ１５のＳＳＣシーケンスは、符号グループとフレームタイミングとを識別する。一次スクランブリング符号を用いてスクランブルされる共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）もまた、存在する。ＣＰＩＣＨは、一次スクランブリング符号を得るために利用される。図１から、一次ＳＣＨと二次ＳＣＨとは、スロット０からスロット１４と番号づけられた１５個のスロットに分割されること、および各スロットが、２５６０チップであることが理解できよう。ＰＳＣとＳＳＣとの両方は、２５６チップの長さである。セル内には、一次共通制御物理チャネル(Primary Common Control Physical Channel)（ＰＣＣＰＣＨ）も存在し、そしてそれは、複数のユーザに対し、同期化及びブロードキャスト情報を搬送するために使用される。一次ＣＣＰＣＨは、各スロットの最初の２５６チップの間には送信されない。その代わりに、一次ＳＣＨと二次ＳＣＨとは、この期間中に送信され、残りは、ブロードキャストメッセージのために使用される。

５１２個の一次符号のおのおのについてオフセット（それらの３８，４００）毎にＷ−ＣＤＭＡ基地局オフセットをサーチすることが可能である。しかしながら、これは、そのようなサーチが必要とする時間が非常に長いために実用的ではない。その代わりに、Ｗ−ＣＤＭＡ規格は、モバイル端末が効率よくサーチできるよう支援するために、基地局が一次ＳＣＨと二次ＳＣＨとを送信することを要求する。結果として、Ｗ−ＣＤＭＡセルサーチは、３つのステップで実行される。

初期の獲得では、３−ステップのＷ−ＣＤＭＡサーチ技術は、低減されたサーチ時間の観点から、各スクランブリング符号についてのＰＮ空間全体をサーチする非実用的な代替案を超えた実質的な性能向上を提供する。検出の確率とサーチ時間とは、ＣＤＭＡシステムの品質を決定する際の重要なメトリクス(metrics)である。低減されたサーチ時間、またはより高い検出確率は、サーチが、より高速に、あるいはより低い頻度で行われることができることを意味する。したがって、加入者ユニットは、より少ないパワーを使用して、より高速に、あるいはより高い信頼性で、最良の使用可能なセルを見つけてアクセスすることができ、その結果、基地局と加入者ユニットとの両方による、多くの場合に低減された送信パワーレベルにおける、よりよい信号の送信と受信とをもたらす。これは、次に、（増大されたユーザ数のサポート、より高い送信レートのサポート、またはそれらの両方のサポートのうちのいずれかの観点から）ＣＤＭＡシステムの容量を増大させる。さらに、加入者ユニットがアイドルモード、加入者ユニットが、音声またはデータをアクティブに送信または受信していないが、システムを定期的に監視している場合の低パワー状態、にあるときに、低減されたサーチ時間はまた有利でもある。低減されたサーチ時間は、加入者ユニットが、低パワー状態でより多くの時間を費やすことを可能にし、それ故にパワー消費を低減させ、そしてスタンバイ時間を増大させる。

従来の３ステップのセルサーチング技術(cell searching technique)においては、ステップ２は、ＳＳＣ信号だけを使用して実行される。そのようなセルサーチング技術の１つは、その全体がここにおいて参照によって組み込まれており、そして本願の譲受人に譲渡された「ステップ２のＷ−ＣＤＭＡサーチングのための方法および装置(Method and apparatus for step two W-CDMA searching)」という名称のラオ等(Rao, et al.)による米国特許第６，７６８，７６８号の中で説明される。’７６８特許は、第２のサーチングステップを改善するためのいくつかの実施形態を開示している。’７６８特許の一実施形態においては、複数の符号またはＳＳＣが、各符号／スロット境界対に対応する符号／スロットエネルギーを生成するために、複数のオフセットにおいて受信信号と相互に関連づけられる。符号／スロットのエネルギーの固有のサブセットは、符号シーケンスエネルギーを生成するために合計され、これらの符号シーケンスエネルギーの最大値は、見つけられた符号シーケンスとスロット境界とを示す。’７６８特許の別の実施形態においては、相関は、受信信号と共通シーケンスとをサブ相関させること(sub-correlating)と、それらの結果に対して高速アダマール変換(Fast Hadamard Transform)（ＦＨＴ）を実行することとにより実行される。さらに別の実施形態においては、１つのサブ相関器(sub-correlator)は、複数のピークを同時にサーチするために使用されることができる。

次に図２を参照すると、ブロック図は、従来のステップ２サーチアルゴリズムのうちの１つを実行するためのラオ(Rao)’７６８特許のハードウェアを示している。図１は、相関器５１０に入るＩサンプルとＱサンプルとを有するサーチャー４３０を示しており、それらは、１６個のＳＳＣのおのおのと相互に関連づけられる。相関器５１０は、サブ相関器５２０と、ＦＨＴ５３０と、エネルギー計算器５３５と、を含む。サブ相関器５２０は、ＦＨＴ５３０に渡す長さ−１６のサブ相関シーケンスを生成する。相関器５１０の結果は、メモリ５４０に記憶される。複数のフレームについてのエネルギー結果は、累積され、そしてメモリ５４０に記憶されることができる。加算器５５０は、各スロットの仮説についてのあらかじめ決定されたＳＳＣシーケンスに応じてメモリ５４０の中からＳＳＣ／スロットのエネルギー値を読み取る。ＳＳＣ／スロットのエネルギーは、ＳＳＣシーケンスエネルギーを生成するために加算される。ＳＳＣシーケンスエネルギーは、最大エネルギーの検出のために最大エネルギー検出器５６０に対して送付され、この最大エネルギーは、最も可能性の高いスクランブリング符号グループとフレームタイミングとに対応する。加算器５５０と最大エネルギー検出器５６０とは、１つの回路の中で組み合わされることができ、あるいは両方の機能は、ＤＳＰの中で実行されることができる。

別のセルサーチング技術は、その全体がここにおいて組み込まれている「Ｗ−ＣＤＭＡにおけるセルサーチ」、通信における選択エリアについてのＩＥＥＥジャーナル、１８巻、発行８、２０００年８月、１４７０〜１４８２ページ("Cell search in W-CDMA", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol 18, Issue 8, Aug 2000, page 1470-1482)という名称のＹ．−Ｐ．Ｅ ワング、Ｔ．オットソン(Y.-P.E Wang, T. Ottosson)による論文の中で説明される。この技術においては、著者等は、ＳＳＣ相関の位相を補正するためにＰＳＣ相関の位相を使用してコヒーレントな検出法を提案した。そのアイデアは、ランダム位相φ_kが、ＰＳＣ相関を使用して推定できることである。次いで、この推定された位相は、ＳＳＣ相関の位相補正をするために使用できる。

サーチ時間を低減させるように設計されたＷ−ＣＤＭＡサーチャーは、モバイル端末の速度と性能とを改善することになる。しかしながら、さらに、インプリメンテーションの効率もまた、集積回路面積とパワー消費とを低減させるために重要である。上記に説明された３ステップサーチ法のステップ２は、複雑なプロシージャであり、それ故にステップ２のＷ−ＣＤＭＡサーチングを実行することができる効率的なサーチャーについての必要性が当技術分野において存在する。

本発明の例示の実施形態は、ステップ２のＷ−ＣＤＭＡサーチングのためのシステムおよび方法を対象としている。

したがって、本発明の一実施形態は、二次同期符号をサーチする方法を含むことができ、該方法は、一次同期チャネルと二次同期チャネルとの両方を相関させることと、正しい二次同期符号について、一次同期チャネルと二次同期チャネルとの関数である第１の推定値を得ることと、正しくない二次同期符号について、一次同期チャネルの関数である第２の推定値を得ることと、を備える。

別の実施形態は、少なくとも一次同期チャネルおよび二次同期チャネルを含むＣＤＭＡシステムにおける同期チャネルのサーチを実行し、Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号および二次同期符号との相関を実行する相関器と、該相関器の出力に応答するエネルギー計算器と、該エネルギー計算器に応答し、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を検出する最大エネルギー検出器と、を備える回路を含むことができる。

別の実施形態は、ＣＤＭＡシステムにおけるモバイル端末を含むことができ、該モバイル端末は、Ｉ信号およびＱ信号を受信するＲＦダウンコンバータと；該Ｉ信号及び該Ｑ信号に応答するサーチャーとを備え、該サーチャーは、Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号とを相関させる第１の相関器と、Ｉ信号およびＱ信号と、二次同期符号とを相関させる第２の相関器と、二次同期符号のおのおのについて、第１の相関器と第２の相関器とからのＩ信号およびＱ信号の相関された信号を加算する第１の加算器と、第１の加算器の出力に応答するエネルギー計算器と、エネルギー計算器に応答し、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を検出する最大エネルギー検出器と、を含む。

別の実施形態は、少なくとも一次同期チャネルおよび二次同期チャネルを含むＷＣＤＭＡシステムにおける同期チャネルのサーチを実行する回路を含むことができ、該回路は、
Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号および二次同期符号との相関を実行する相関器手段と、前記相関器手段の出力に応答してエネルギー計算を実行する手段と、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を決定するために最大エネルギーを検出する手段と、を備える。

別の実施形態は、少なくとも一次同期チャネルおよび二次同期チャネルを含むＷＣＤＭＡシステムにおける同期チャネルのサーチを実行するための回路を含むことができ、該回路は、一次同期符号入力と二次同期符号入力とを加算する手段と、Ｉ信号およびＱ信号と、加算された一次同期符号入力と二次同期符号入力との相関を実行する相関器手段と、前記相関器手段の出力に応答して、エネルギー計算を実行する手段と、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を決定するために最大エネルギーを検出する手段と、を備える。

図１は、Ｗ−ＣＤＭＡシステムにおける様々な同期チャネルを示すチャートである。 図２は、従来のステップ２サーチアルゴリズムを実行するためのハードウェアのブロック図である。 図３は、新規のステップ２サーチアルゴリズムを実行するためのワイヤレスデバイスのブロック図である。 図４Ａは、新規のステップ２サーチアルゴリズムを実行するための一般化されたアルゴリズムのブロック図である。 図４Ｂは、新規のステップ２サーチアルゴリズムを実行するための代替アルゴリズムのブロック図である。 図５は、新規のステップ２サーチアルゴリズムを実行するためのハードウェアのブロック図である。 図６は、周波数エラーのないＡＷＧＮ（「加法性ホワイトガウスノイズ」）の下での様々なアルゴリズムのパフォーマンスを示すグラフである。 図７は、−３．６ｋＨｚの周波数エラーを有するＡＷＧＮの下での様々なアルゴリズムのパフォーマンスを示すグラフである。 図８は、単一パス高速フェーディングシナリオにおける様々なアルゴリズムのパフォーマンスを示すグラフである。 図９は、ＡＷＧＮの下での従来のアルゴリズムとは異なる累積長さ（３、２、１フレーム）を有する新規のアルゴリズムのパフォーマンスを示すグラフである。 図１０は、周波数エラーと可変な累積長さとを有する、ＡＷＧＮの下での様々なアルゴリズムのパフォーマンスを示すグラフである。 図１１は、単一パス、高速フェーディング、及び可変累積長さにおける様々なアルゴリズムのパフォーマンスを示すグラフである。

添付図面は、本発明の実施形態の説明において助けをするように提示され、そして実施形態の例証のためだけに提供され、そしてその限定ではない。

本発明の態様は、本発明の特定の実施形態に向けられた以下の説明と関連した図面との中で開示される。代替実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく考案されることができる。さらに、本発明のよく知られている要素は、本発明の関連のある詳細をあいまいにしないようにするために、詳細には説明されず、あるいは省略されるであろう。

「例示(exemplary)」という言葉は、ここにおいて「１つの例、インスタンス、または例証（illustration）としての役割を果たすこと」を意味するために使用される。ここにおいて「例示」として説明されるどのような実施形態も、必ずしも他の実施形態よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきであるとは限らない。同様に、用語「本発明の実施形態」は、本発明のすべての実施形態が、論じられた特徴、利点、または動作のモードを含むことを必要とはしていない。

さらに、多数の実施形態が、例えば、コンピューティングデバイスの要素によって実行されるべきアクションのシーケンスの観点から説明される。ここにおいて説明される様々なアクションは、特定の回路（例えば、特定用途向け集積回路(application specific integrated circuits)（ＡＳＩＣ））により、１つまたは複数のプロセッサによって実行されているプログラム命令により、あるいは両方の組合せにより、実行されることができることが、認識されるであろう。さらに、ここにおいて説明されるアクションのこれらのシーケンスは、実行のすぐ後に、関連するプロセッサに、ここにおいて説明される機能を実行するようにさせることになる対応する１組のコンピュータ命令を記憶している任意の形態のコンピュータ可読ストレージ媒体内において、完全に実施されるように考えられることができる。したがって、本発明の様々な態様は、いくつかの異なる形態で実施されることができ、これらの形態のすべては、特許請求の範囲の主題の範囲内にあるように企図されている。さらに、ここにおいて説明される実施形態のおのおのでは、対応する形態のそのような任意の実施形態は、ここにおいて、例えば、説明されたアクションを実行するように「構成されたロジック」として説明されることができる。

この明細書の中で利用される頭字語およびシンボルの用語集が、下記にリストアップされる。

ＡＷＧＮ−加法性ホワイトガウスノイズ
ｂｐｇ−ブロック処理グループ(Block Processing Group)
ＣＤ−コヒーレント検出(Coherent Detection)
ＣＤＭＡ−符号分割多元接続(Code Division Multiple Access)
ｃｏｎｖ−従来の(conventional)
ＣＰＩＣＨ−共通パイロットチャネル（Common Pilot Channel）
ＣＳＩＭ−ソフトウェアシミュレーションプログラム(A software simulation program)
ｄＢ−デシベル
ＤＳＰ−デジタル信号プロセッサ(Digital Signal Processor)
ＦＨＴ−高速アダマール変換(Fast Hadamard Transform)
ｆｅ−周波数エラー(Frequency error)
ＧＨｚ−ギガヘルツ
Ｈ_０−信号のない仮説
Ｈ_ｉ−信号とＳＳＣグループｉとを有する仮説
ＪＰＨ−共同位相および仮説(Joint Phase and Hypothesis)
ｋ−スロット番号
ｋＨｚ−キロヘルツ
ｋｍ／ｈ−毎時キロメートル
Ｍａｔｌａｂ（登録商標）−商用の数学／シミュレーションプログラム
ｍｓ−ミリ秒
Ｎｃ−スロットの単位の形の累積長さ
ｐｐｍ−百万分の一
ＰＳＣ−一次同期符号
Ｒｅ−実数部(Real part)
ＳＣＨ−同期チャネル(Synchronization Channel)
ＳＳＣ−二次同期符号
Ｓｔｅｐ１−ＣＤＭＡセルサーチのステップ１
Ｓｔｅｐ２−ＣＤＭＡセルサーチのステップ２
Ｓｔｅｐ３−ＣＤＭＡセルサーチのステップ３
ＴＤＭＡ−時分割多元接続(Time Division Multiple Access)
Ｗ−ＣＤＭＡ−広帯域符号分割多元接続(Wideband Code Division Multiple Access)
ａ_ｋ−チャネル利得
φ_ｋ−ランダム位相
σ^２−ノイズパワー
ｎ_ｋ−ｉ．ｉ．ｄ．複素ＡＷＧＮノイズベクトル(The i.i.d. complex AWGN noise vector)
ｙ_ｋ−スロット番号ｋにおいて受信される最初の２５６−チップの信号
発明の実施形態は、ＷＣＤＭＡセルサーチステップ２についてのアルゴリズムを含んでいる。新規のアルゴリズムは、同じ累積長さが使用される場合に、従来の方法よりも性能が優れている。理論的分析、ならびに性能利得を実証するシミュレーション結果もまた、提供される。ステップ２サーチ時間は、３０ｍｓから２０ｍｓへと低減され、そして検出確率は、低減されたサーチ時間を用いてさえも増大される（例えば、−９ｄＢのジオメトリにおいて１０％）。

次に図３を参照すると、ブロック図は、本発明の新規なステップ２サーチアルゴリズムを実行するためのモバイル端末３００を示している。モバイル端末ユニット３００の複数のコンポーネントのうちのサブセットだけが示されている。信号はアンテナ３１０で受信され、そして増幅、ダウンコンバージョン、およびサンプリングのためにＲＦダウンコンバートブロック(RF downconvert block)３２０に渡される。ＣＤＭＡ信号をベースバンドへとダウンコンバートするための様々な技術が、当技術分野において知られている。ＲＦダウンコンバートブロック３２０から、ＩサンプルおよびＱサンプルが、サーチャー３３０へと渡される。サーチャー３３０は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３４０と通信している。ＤＳＰを使用することに対する代替案は、別のタイプの汎用プロセッサ、または新規なサーチアルゴリズムに関連した様々なタスクを実行するように設計された専用ハードウェアを使用することを含んでいる。

本発明の実施形態は、フェージングと位相とは、２５６チップである１つのブロック処理グループ（以下、「ｂｐｇ」と呼ぶ）上で一定であることを仮定している。信号が存在することが、仮定される。偽アラームシナリオが、以下で説明される。ｙ_ｋを、スロット番号ｋにおいて受信される最初の２５６−チップの信号を示す。それは、次式のように記述できる：

ここ、α_ｋは、チャネル利得の大きさであり、φ_ｋは、周波数エラーと、初期位相オフセットと、チャネル利得位相とに起因したランダム位相である。Ｈ_ｉは、６４×１５の仮説（１５個の可能なフレーム境界を有する６４個の符号グループ）のうちの１つである。ＰＳＣおよびＳＳＣ_ｋ，ｉは、仮説ｉの場合のスロットｋにおける複素同期符号(complex synchronization code)である。ｎ_ｋは、２５６個の要素を有するｉ．ｉ．ｄ．複素ＡＷＧＮノイズベクトルである。各複素要素(complex element)は、σ^２のノイズパワーを含んでいる。さらに、

は、Ｎｃ個のスロットの信号ベクトルであると定義され、ここでＮｃは、累積長さである。現在、Ｎｃは、４５（３フレーム）に設定されている。ｙが与えられると、最も可能性の高い仮説に関して決定がなされる。

ＳＳＣだけが相関を計算するために使用される場合、検出判断基準は、

になる。

位相および仮説の結合推定は、以下のように実行できる。ランダム位相のベクトルに対して、

を定義する。このとき、信号が存在するときの条件付き確率は、次式となる。

式（３）は、さらに、次式にように簡略化することができる。

ここで、次式であることは明らかである。

与えられたＨ_ｉでは、和の内部の項を最大にするために、各スロットｋについてのφ_ｋは、次式のように選択する必要がある。

従って、次式のようになる。

式（６）から、ＰＳＣをもつ入力サンプルとＳＳＣをもつ入力サンプルとの相関の計算と、各スロットについての当該２つの結果の加算とが、実行できる。しかしながら、チャネル利得ａ_ｋの大きさは、知られていない。チャネル利得は、

に基づいて推定することができ、これは、正しい仮説の場合に、ａ_ｋに比例している。したがって、式（６）は、次式のように変形できる。

式（７）は、正しい仮説に対し別の解釈を有すると考えられることもできる。

ノイズが無視される場合、結果は、次式となる。

正しくない仮説の場合には、

であり、そして、ノイズが無視される場合に、次式となる。

したがって、

は、実質的に、チャネル利得と位相との推定値を提供する。さらに、

であるので、それは、正しい仮説の場合に、チャネル利得を２という別のファクタだけスケーリングする。したがって、式（７）のアルゴリズムは、上述のWang及びOttosonのコヒーレント検出技術よりも性能がよい。

正しい仮説の下でのＪＰＨ推定についての期待値は、ＰＳＣとＳＳＣとの関数であることに注意すべきである。

一方、正しくない仮説の下でのＪＰＨ推定についての期待値は、ＰＳＣの関数のみである。

これは、Wang及びOttosonのコヒーレント検出技術とは異なっており、このコヒーレントな検出技術では、正しい仮説の場合の期待値は、

であり、正しくない仮説の場合の期待値は、

である。これは、ＳＳＣが、ＰＳＣと直交しているからである。

次に図４Ａを参照すると、ブロック図は、本願の仮説及び位相の結合アルゴリズムの一般化されたインプリメンテーションを示している。受信されたＩ／Ｑ入力は、受信信号を相互に関連づけるＰＳＣ＋ＳＳＣ相関器４１２に適用される。ＰＳＣ＋ＳＳＣ相関器４１２の出力は、エネルギー計算を行うエネルギー計算器４０５に適用され、そして最大エネルギー検出器４０６は、最も可能性の高い最大エネルギーを検出する。図４Ｂは、ＰＳＣとＳＳＣとのＩ／Ｑ入力が、加算器４１３によって一緒に加算され、そしてエネルギー計算器４０５に適用される前に相関器４１１において相関される代替アルゴリズムを示している。

本発明の例示の実施形態は、少なくとも一次同期チャネルおよび二次同期チャネルを含む、ＣＤＭＡシステムにおける同期チャネルのサーチを実行するための回路を含むことができる。その回路は、Ｉ信号およびＱ信号と一次同期符号および二次同期符号との相関を実行する相関器４１２を含むことが好ましい。エネルギー計算器４０５は、相関器の出力に応答する。最大エネルギー検出器４０６は、エネルギー計算器４０５に応答して、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を検出する。

ハイブリッド加算器−相関器(hybrid adder-correlator)を有する、本発明の別の例示の実施形態においては、ＰＳＣ入力とＳＳＣ入力とは、加算器４１３を用いて一緒に加算され、そして相関器４１１に適用される。エネルギー計算器４０５は、相関器４１１の出力に応答する。最大エネルギー検出器４０６は、エネルギー計算器４０５に応答して、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を検出する。

次に図５を参照すると、ブロック図は、新規のステップ２サーチアルゴリズム、あるいは次式：

によって表現されるチャネル利得推定を含む位相−仮説結合アルゴリズム(Joint Phase-Hypothesis algorithm)を実行するためのハードウェアを示している。

ステップ２エンジンの中に位相−仮説結合アルゴリズムをインプリメントするために、ＰＳＣ相関器４０１は、（ＰＳＣ ｙ^＊）関数を実行するために必要とされる。ＰＳＣ相関器４０１は、ＰＳＣ信号ａ（ｉ）を受信されたＩ入力およびＱ入力に別々に乗算し、そして乗算された信号を加算器５０３、５０４およびフリップフロップ５０５、５０６に適用する乗算器５０１、５０２を含む。同様に、ＳＳＣ相関器４０２は、（ＳＳＣ ｙ^＊）関数を実行する。ＳＳＣ相関器４０２は、ＳＳＣ信号ｂ（ｉ）を受信されたＩ入力およびＱ入力を別々に乗算し、そして乗算された信号を加算器５１３、５１４およびフリップフロップ５１５、５１６に適用する乗算器５１１、５１２を含む。フリップフロップ５１５、５１６からの出力は、逆拡散関数５１７およびＦＨＴ４０３に適用される。ＰＳＣ相関のＩおよびＱは、１６個のＳＳＣのおのおのについて加算器５１８によってＳＳＣ相関のＩおよびＱに加算される。Ｉ^２＋Ｑ^２は、二乗関数５２１、５２２と加算器５２３とを使用して計算される。次いで、加算器５２３からのこれらの値は、非コヒーレント(non-coherent)（ｎｃｏｈ）ＲＡＭ５２４とエネルギー行列５２５とを含むエネルギー行列に記憶される。ソータ５２６を含むステップ２アルゴリズムの残りは、従来の技術と実質的に同じである。

上記のアルゴリズムの性能は、検出の条件付き確率に基づいて評価及び比較され、そしてステップ１の成功に依存する。考慮しているアルゴリズムは、明確にするために以下にリストアップされる。

１．従来（ＳＳＨのみ）：

２．コヒーレント検出（ＣＤ）

３．チャネル利得推定（ＪＰＨ）を伴う位相−仮説結合

上記３つのアルゴリズムは、３つのシナリオにおいて評価されている：３つのシナリオとは、すなわち、周波数エラーのないＡＷＧＮと、−３．６ｋＨｚ周波数エラーを有するＡＷＧＮと、３５０ｋｍ／ｈの速度を有する、周波数エラーのない単一パス高速フェージングと、である。入力サンプルは、ＣＳＩＭとして知られているソフトウェアプログラムを使用して生成された。アルゴリズムは、これらの入力サンプルを読み取り、そしてステップ１およびステップ２サーチを実行するために、Ｍａｔｌａｂ（登録商標）ソフトウェアプログラムの形でインプリメントされた。

図６は、周波数エラーのないＡＷＧＮの下の性能を表示している。コヒーレント検出方法(Coherent Detection method)は、従来のＳＳＣだけの方法よりも１．５ｄＢだけ性能を改善することがわかる。ＪＰＨアルゴリズムは、ＣＤ方法よりもさらに０．８ｄＢだけ、したがって従来の方法よりも２．３ｄＢの利得だけ、性能を改善する。図７は、−３．６ｋＨｚ周波数エラーを有するＡＷＧＮの下の性能を表示している。図６におけるものと同じ振る舞いが、観察されている。

図８は、単一パス高速フェージングシナリオの下の性能を表示している。ＪＰＨの性能は、従来の方法よりも約２．２ｄＢよく、そしてコヒーレント検出方法よりも約０．８ｄＢよい。

図９は、ＪＰＨの性能を異なるＮｆ＝３、２、１フレームと比較する。（Ｎｃ＝１５＊Ｎｆであることに注意されたい）。ＪＰＨ方法を使用することは、従来の方法よりもさらによい性能で、累積長さを２０ｍｓ（２フレーム）に低減できることが分かる。図１０および１１は、周波数エラーを有するＡＷＧＮと高速フェージングの場合での性能をプロットしたものである。これら２つのシナリオにおいても、同様に、類似した結論に達することができる。

上記の性能比較においては、ＪＰＨ方法は、ゼロｄＢのチャネル利得で、位相エラーがないときでさえ、従来の方法よりもよい性能であることが示されている。この節は、この性能利得を説明している。

人は、より簡単なシナリオを検討できる。２つのＳＳＣ、すなわちＳＳＣ１及びＳＳＣ２、だけが存在すると仮定する。どちらのＳＳＣが、ｂｐｇについて使用されるかを識別することが望ましい。信号がない場合を無視すると、単一のｂｐｇについて、次式になる。

類似の分析が実行されることができ、次式であることが導き出される。

Ｈ_ｉが、正しい仮説であると仮定する。すると、

及び、

となる。

ＰＳＣと、ＳＳＣと、ｎとは、１×２５６の行ベクトル（複素）であることに注意されたい。さて、式（１３）と（１４）とを比較すると、

は、両方の仮説について共通であることがわかる。検出の目的のために、これは無視することができる。（ＰＳＣｎ^＊でさえ、ＡＷＧＮノイズであることに注意されたい。しかし、同じノイズが、両方の仮説に適用される。）すると、式（１３）および（１４）は、以下のようになる。

これは、次の判断基準を使用することと同等である。

実際、シミュレーションは実行されており、そして結果は、判断基準（１２）と（１７）とを使用しているときに実質的に同じである。ところで、これは、ＪＰＨと、従来のものとが、同じＡＷＧＮチャネルの下で同様に実行すべきであるという誤った錯覚を作り出す可能性がある。しかしながら、ＪＰＨ方法と従来の方法とにおいて使用される判断基準は、（１２）及び（１７）とは、異なることに注意すべきである。それらの判断基準は、単一のｂｐｇの場合には。次のように書き換えることができる。

１．従来（ｃｏｎｖ）：

２．チャネル利得推定（ＪＰＨ）を伴う位相−仮説結合

ＪＰＨ方法と従来の方法との両方は、判断基準（１２）及び（１７）と比べると、この設定においては準最適である。

ここで、再びＨ_ｉが正しい仮説であると仮定する。従来の方法が使用される場合、

となる。

ＳＳＣのノルム(norm)の二乗は、５１２であることに注意されたい。Ｒ_１、Ｉ_１、Ｒ_２およびＩ_２は、ＳＳＣｎ^＊の実数部と虚数部である。それらは、分散５１２σ²／２＝βを有するＡＷＧＮである。５１２は、ＳＳＣノルムの二乗に起因したものである。１／２は、２次元に起因したものである。ＳＳＣについてのオリジナルＥｃ／（Ｉｏ−Ｅｃ）は、２／σ^２であることに注意されたい。異なる検出アルゴリズムを比較するために我々が使用する１つの共通のメトリック(metric)は、ノイズ標準偏差（ノイズ分散の平方根）に対する２つの仮説の間の期待距離(expected distance)の比である。その比が大きくなればなるほど、検出アルゴリズムはよくなる。さて、従来の方法では、期待距離は、

である。正しい仮説（１８）についての分散に寄与するノイズは、

であり、正しくない仮説（１９）についての分散に寄与するノイズは、

である。これらの２つの項の分散は、さらに、（１８）については１０２４^２β＋４β^２（１９）については４β^２、と計算できる。

さて、ＪＰＨ方法が使用される場合、

となる。Ｒ_ｐおよびＩ_ｐは、ＰＳＣｎ^＊の実数部および虚数部である。それらも、分散βを有するＡＷＧＮである。（２０）と（２１）とを比較すると、期待距離は、３＊５１２＾２であり、それ故に、３のファクタが増大する。

さて、我々は、分散が、９のファクタだけ増大するかどうかを決定することができる。正しい仮説（２０）についての分散に寄与するノイズは、

である。これは、

が、すべての仮説について共通であり、検出目的のための分散に寄与しないからである。よって、正しくない仮説（２１）についての分散に寄与するノイズは、

である。さて、これらの２つの項についての分散は、（２０）については５＊１０２４^２β＋１２β^２、（２１）については１０２４^２β＋１２β^２と計算できる。さて、２つの方法：１０２４^２β＋４β^２（ｃｏｎｖ） ｖｓ ５＊１０２４^２β＋１２β^２（ＪＰＨ）に対する正しい仮説についての２つの分散を比較することにする。分散が、３倍から５倍の間だけで増大することが明らかである。さて、２つの方法：４β^２（ｃｏｎｖ） ｖｓ １０２４^２β＋１２β^２（ＪＰＨ）に対する正しくない仮説についての２つの分散を比較する。ここで、９のファクタよりも大きい増大に到達するためには、β≦４３６９０．７である。これは、Ｅｃ／（Ｉｏ−Ｅｃ）≧−１９ｄＢを意味する。そのようなＥｃ／（Ｉｏ−Ｅｃ）では、検出確率は、図１に示される両方の方法について約１であることに注意されたい。この範囲においてさえ、正しい仮説分散における３から５のファクタだけの増大に起因して、ＪＰＨ方法は、依然としてよりよい性能である。

偽アラーム性能を調べることもまた、有用である。ＪＰＨは、相関の後にＳＮＲを観察することにより従来の方法よりも偽アラームの観点からよい性能を常に有することになることが、信じられている。

式（１）は、偽アラームの場合を含むように変形することができる。それは、１つのｂｐｇについて調べられているだけであり、１つのＳＳＣだけをもつと仮定される。

Ｈ_０とＨ_１とは、信号のない仮説と、信号を有する仮説とである。さて、従来の方法と、ＪＰＨ方法とについての相関出力を次式のように定義する。

さて、Ｚ_convについてのＳＮＲは、

であるが、Ｚ_JPH-1についてのＳＮＲは、

である。ＪＰＨ方法は、ＳＮＲを２倍にしており、それ故によりよい偽アラーム性能を与える。

情報および信号は、様々の異なる技術および技術のうちの任意のものを使用して表されることができる。例えば、上記説明全体を通して参照されることができるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁気的な場または粒子、光学的な場または粒子、あるいはそれらの任意の組合せによって表されることができる。

さらに、ここにおいて開示される実施形態に関連して説明される様々な例示の論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムのステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとしてインプリメントされることができることが理解されるであろう。ハードウェアとソフトウェアとの交換可能性を明らかに示すために、様々な例示のコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、それらの機能の観点から一般に上記に説明されている。そのような機能が、ハードウェアとしてインプリメントされるか、あるいはソフトウェアとしてインプリメントされるかは、特定のアプリケーションと、全体のシステムに課される設計制約条件とに依存する。説明された機能は、特定の各アプリケーションについて様々なやり方でインプリメントされることができるが、そのようなインプリメンテーションの決定は、本発明の範囲からの逸脱を引き起こすものとは解釈されるべきではない。

ここにおいて開示される実施形態に関連して説明される方法、シーケンス、および／またはアルゴリズムは、ハードウェアの形で直接に、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールの形で、あるいはそれら２つの組合せの形で実施されることができる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、着脱可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは当技術分野において知られている他の任意の形態のストレージ媒体の中に存在することができる。例示のストレージ媒体は、プロセッサが、ストレージ媒体から情報を読み取り、そしてストレージ媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサに結合される。代替案においては、ストレージ媒体は、プロセッサと一体化していてもよい。

したがって、本発明の一実施形態は、ステップ２サーチアルゴリズムを実行するための方法を実施するコンピュータ可読媒体を含むことができる。したがって、本発明は、例示された例だけには限定されず、そしてここにおいて説明される機能を実行するための任意の手段が、本発明の実施形態に含まれる。

上記の開示は、本発明の例示の実施形態を示しているが、様々な変更および修正が、添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の範囲から逸脱することなくここにおいて行われることができることに注意すべきである。ここにおいて説明される本発明の実施形態に従うファンクション、ステップ、および／または方法請求項のアクションは、特定の任意の順序で実行される必要はない。さらに、本発明の要素は、単数形で説明され、あるいは請求されることができるが、単数形への限定が、明示的に述べられていない限り、複数形も、企図される。

Claims (26)

1. 二次同期符号についてサーチする方法であって、
   一次同期チャネルと二次同期チャネルとの両方を相関させることと、
   正しい二次同期符号について、前記一次同期チャネル及び二次同期チャネルとの関数である第１の推定値を得ることと、
   正しくない二次同期符号について、前記一次同期チャネルの関数である第２の推定値を得ることと、
   を備える方法。
2. 前記第１の推定値は、
   

   

   として与えられる請求項１記載の方法。
3. 前記第２の推定値は、
   

   

   として与えられる請求項１記載の方法。
4. 前記第１の推定値は、前記受信信号の共役が乗算された前記一次同期チャネルと前記二次同期チャネルとの和のノルムの二乗に比例する、請求項１記載の方法。
5. 前記二次同期符号は、ＣＤＭＡシステムにおける１６個の可能な符号のうちの１つである、請求項１記載の方法。
6. 前記一次同期チャネル及び二次同期チャネルは複数のスロットに分割され、予め定められた数のスロットはフレームを含み、前記二次同期符号は予め定められた数のスロットのサーチの後に決定される、請求項１記載の方法。
7. 少なくとも一次同期チャネルおよび二次同期チャネルを含むＷＣＤＭＡシステムにおける前記同期チャネルのサーチを実行する回路であって、
   Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号および二次同期符号との相関を実行する相関器と、
   前記相関器の出力に応答するエネルギー計算器と、
   前記エネルギー計算器に応答して、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を検出する最大エネルギー検出器と、
   を備える回路。
8. 前記相関器は、
   Ｉ信号およびＱ信号と、前記一次同期符号とを相関させる第１の相関器と、
   Ｉ信号およびＱ信号と、前記二次同期符号とを相関させる第２の相関器と、
   前記二次同期符号のおのおのについて、前記第１の相関器と前記第２の相関器とからのＩ信号とＱ信号との相関された信号を加算する第１の加算器と、
   を含むハイブリッド加算器−相関器である、請求項７記載の回路。
9. 前記相関器は、
   Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号とを相関させる第１の相関器と、
   Ｉ信号およびＱ信号と、二次同期符号とを相関させる第２の相関器と、
   を含む、請求項７記載の回路。
10. 前記エネルギー計算器は、
    前記第１の加算器からのＩ出力およびＱ出力を二乗する第１の二乗回路および第２の二乗回路と、
    前記第１及び第２の二乗回路の出力を加算する第２の加算器と、
    を含む請求項８記載の回路。
11. 前記第２の加算器の出力はメモリに記憶される、請求項１０記載の回路。
12. 高速アダマール変換が前記第２の相関器の出力に対して実行される、請求項８記載の回路。
13. 前記第２の相関器の出力は、前記高速アダマール変換に先立って逆拡散される、請求項１２記載の回路。
14. 前記回路は、
    式：
    

    

    によって定義されるアルゴリズムを解く請求項７記載の回路。
15. 前記一次同期チャネル及び前記二次同期チャネルは複数のスロットに分割され、予め定められた数のスロットはフレームを含み、前記回路は、予め定められた数のスロットのサーチの後に二次同期符号を決定することができる、請求項７に記載の回路。
16. 前記回路は集積回路である、請求項７記載の回路。
17. ＷＣＤＭＡシステムにおけるモバイル端末であって、
    Ｉ信号およびＱ信号を受信するＲＦダウンコンバータ；
    前記Ｉ信号およびＱ信号に応答するサーチャー：該サーチャーは、
    Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号とを相関させる第１の相関器と、
    Ｉ信号およびＱ信号と、二次同期符号とを相関させる第２の相関器と、
    前記二次同期符号のおのおのについて、前記第１の相関器と前記第２の相関器とからのＩ信号とＱ信号との相関された信号を加算する第１の加算器と、を含み；
    前記第１の加算器の出力に応答するエネルギー計算器；及び
    前記エネルギー計算器に応答して、最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を検出する最大エネルギー検出器；
    を含むモバイル端末。
18. 前記サーチャーの少なくとも一部分は、ＤＳＰの中にインプリメントされる、請求項１７記載のモバイル端末。
19. 少なくとも一次同期チャネルおよび二次同期チャネルを含むＷＣＤＭＡシステムにおける同期チャネルのサーチを実行するための回路であって、
    Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号および二次同期符号との相関を実行する相関器手段と、
    前記相関器手段の出力に応答してエネルギー計算を実行する手段と、
    最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を決定するために最大エネルギーを検出する手段と、
    を備える回路。
20. 前記相関器手段は、
    Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号とを相関させる第１の手段と、
    Ｉ信号およびＱ信号と、二次同期符号とを相関させる第２の手段と、
    前記二次同期符号のおのおのについて、前記相関させる第１の手段と前記相関させる第２の手段とからのＩ信号とＱ信号との相関された信号加算する第１の手段と、
    を有するハイブリッド加算器−相関器手段を含む、請求項１９記載の回路。
21. 前記エネルギー計算を実行する手段は、
    前記第１の加算手段からのＩ出力およびＱ出力を二乗するための第１の二乗手段および第２の二乗手段と、
    前記の第１の二乗手段と前記第２の二乗手段との出力を加算するための第２の加算手段と、
    を含む請求項１９記載の回路。
22. 前記第２の加算手段の出力はメモリに記憶される、請求項２１記載の回路。
23. 高速アダマール変換が前記第２の相関手段の出力に対して実行される、請求項２２記載の回路。
24. 前記相関させる第２の手段の出力は、前記高速アダマール変換に先立って逆拡散される、請求項２０記載の回路。
25. 前記相関器手段は、
    Ｉ信号およびＱ信号と、一次同期符号とを相関させる第１の手段と、
    Ｉ信号およびＱ信号と、二次同期符号とを相関させる第２の手段と、
    を含む、請求項１９記載の回路。
26. 少なくとも一次同期チャネルおよび二次同期チャネルを含む、ＷＣＤＭＡシステムにおける同期チャネルのサーチを実行する回路であって、
    一次同期符号入力と二次同期符号入力とを加算する手段と、
    Ｉ信号およびＱ信号と、前記加算された一次同期符号入力と二次同期符号入力との相関を実行する相関器手段と、
    前記相関器手段の出力に応答してエネルギー計算を実行する手段と、
    最も可能性の高いスクランブリング符号グループの二次同期符号を決定するために最大エネルギーを検出する手段と、
    を備える回路。

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