JP2011528515A - 無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得装置および方法 - Google Patents

無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得装置および方法 Download PDF

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Abstract

無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得装置が開示される。無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得装置は、シンボル同期獲得用ベースシーケンスを生成するシーケンス生成部と、前記ベースシーケンスに基づいて変形シーケンスを生成し、前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスとを組み合わせて同期パターンを生成する同期パターン生成部と、前記同期パターンに基づいて送信情報を時間および周波数領域にマッピングして送信フレームを生成する周波数マッピング部と、前記送信フレームを送信する送信部とを含む。

Description

本発明の一実施形態は、無線通信システムの下りリンクのシンボル同期を獲得するためのセル探索装置および方法に関し、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得用のシーケンス生成および割当装置および方法を提案する。
本発明は、知識経済部および情報通信研究振興院のIT成長動力技術開発事業の一環として行った研究から導き出されたものである[課題管理番号:2006−S−002−03、課題名:3Gbps級4G無線LANシステム開発]。
移動局が特定の無線通信システムに初期に接続するため最初に行うことはシンボル同期を獲得することである。本発明は、シンボル同期獲得と関連した技術分野に属する。
直交周波数分割多重化システムにおいて従来のシンボル同期獲得方法は、送信側の基地局において同期チャネルの周波数領域で使用可能な周波数リソースに1つのベースシーケンス(base sequency)を割り当て、受信側の移動局で知られた前記同期チャネルの時間領域信号と時間領域受信信号の相関度を測定して相関値が最も大きいサンプル時間をシンボル同期時間と見なす。
しかし、前記従来におけるシンボル同期獲得技術は、周波数オフセットが大きい環境では同期獲得の性能が劣化する短所があった。
また、前記直交周波数分割多重化技術を基盤とするシステム以外の従来における無線通信システムの場合、任意のベースシーケンスを時間領域のシンボル同期獲得用のシンボル区間に割り当てるとき、そのシーケンスの大きさが一定でなければならない。しかし、一定の大きさにシーケンスを割り当てる方法も周波数オフセットが大きい環境では同期獲得の性能が劣化してしまうという短所がある。
したがって、周波数オフセットがほとんどない環境では従来技術のシンボル同期の推定性能を有しつつ、周波数オフセットが大きい環境では従来技術よりもシンボル同期の推定性能に優れた周波数オフセットを推定することのできる装置と方法が求められる実状である。
本発明の一実施形態は、ベースシーケンスに基づいて生成した変形シーケンスと前記ベースシーケンスを組み合わせたシンボル同期獲得用の同期パターンを生成して同期チャネルに割り当てることによって、周波数オフセットが比較的に大きい環境においても優れたシンボル同期の推定性能と送信装置の尖頭電力対平均電力の比(PAPR:Peak to Average Power Ratio)を増加させない無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得装置を提供することにある。
また、本発明の一実施形態は、ベースシーケンスに基づいて生成した変形シーケンスと前記ベースシーケンスを組み合わせたシンボル同期獲得用の同期パターンを生成し、同期チャネルに割り当てることによってPAPRは若干増加するものの、優れたシンボル同期の推定性能とシンボル同期の獲得用受信機の複雑度を減少させる無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得装置を提供することにある。
本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得装置は、シンボル同期獲得用ベースシーケンスを生成するシーケンス生成部と、前記ベースシーケンスに基づいて変形シーケンスを生成し、前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスとを組み合わせて同期パターンを生成する同期パターン生成部と、前記同期パターンに基づいて送信情報を時間および周波数領域にマッピングして送信フレームを生成する周波数マッピング部と、前記送信フレームを送信する送信部とを含む。
本発明の一側面によれば、前記同期パターン生成部は、前記ベースシーケンスのエレメントを複素共役して前記変形シーケンスを生成してもよい。
また、保温発明の一側面によれば、前記同期パターン生成部は、前記ベースシーケンスのエレメントに「−1」を乗算して前記変形シーケンスを生成してもよい。
また、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得受信方法は、シンボル同期獲得用ベースシーケンスを生成するステップと、前記ベースシーケンスに基づいて変形シーケンスを生成するステップと、前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスとを組み合わせて同期パターンを生成するステップと、前記同期パターンに基づいて送信情報を時間および周波数領域にマッピングして送信フレームを生成するステップと、前記送信フレームを送信するステップとを含む。
本発明の一実施形態は、ベースシーケンスに基づいて生成した変形シーケンスと前記ベースシーケンスを組み合わせたシンボル同期獲得用の同期パターンを生成し、同期チャネルに割り当てることによって周波数オフセットが比較的に大きい環境であっても優れたシンボル同期の推定性能と送信装置の尖頭電力対比平均電力比を増加させないことができる。
また、本発明の一実施形態は、ベースシーケンスに基づいて生成した変形シーケンスと前記ベースシーケンスを組み合わせたシンボル同期獲得用の同期パターンを生成し、同期チャネルに割り当てることによってPAPRは若干増加するものの、優れたシンボル同期の推定性能とシンボル同期の獲得用受信機の複雑度を減少させることができる。
本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置の概括的な状態を示す図である。 本発明の第1実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。 本発明の第2実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。 本発明の第3実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。 本発明の第4実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。 本発明の第5実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。 本発明の第6実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る送信装置で生成される同期チャネルシンボル区間の時間領域信号の大きさパターンの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得受信装置の概括的な状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得受信方法を示すフローチャートである。
以下、添付の図面および添付の図面に記載された内容を参照して本発明の実施形態を詳細に説明するが、本発明が実施形態によって制限されたり限定されることはない。
図1は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置の概括的な状態を示す図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置100は、シーケンス生成部101がシンボル同期獲得用ベースシーケンスを生成すれば、同期パターン生成部102が前記ベースシーケンスに基づいて変形シーケンスを生成し、前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスを組み合わせて同期パターンを生成し、周波数マッピング部103が前記同期パターンで送信しようとする送信情報を時間および周波数領域にマッピングして送信フレームを生成し、送信部104が前記送信フレームを送信する。
このとき、シーケンス生成部101が生成する時間同期獲得用ベースシーケンスは、任意の2進シーケンスまたは複素シーケンスにセルグループ識別/セル識別/フレーム同期識別用シーケンスを生成してもよい。
このとき、同期パターン生成部102は、セルグループ識別/セル識別/フレーム同期識別用シーケンスを用いて同期チャネルの同期パターンを生成してもよい。このとき、同期パターン生成部102は、セルラーシステムの共通パイロットシンボルおよびデータシンボルの符号化のために各セル別に割り当てられる固有のスクランブルシーケンスをパイロットチャネルに割り当てる下りリンク信号のパイロットパターンを生成してもよい。
また、同期パターン生成部102は、前記同期パターンに含まれる前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスとの間の比率を様々に設定して前記同期パターンを生成してもよい。一例として、同期パターン生成部102は、前記同期パターンに含まれる前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスとの間の比率を1:1にし、前記送信フレームに含まれたシンボル同期推定用の同期チャネルが用いる周波数リソースの半分をベースシーケンスが用いるようにしてもよく、周波数リソースの1/mにベースシーケンスを割り当てて残りのリソースに前記変形シーケンスを生成して割り当ててもよい。このとき、前記mは2以上の整数であってもよい。
また、同期パターン生成部102は、前記ベースシーケンスに様々な方法を適用して前記変形シーケンスを生成してもよい。
一例として、同期パターン生成部102は、前記ベースシーケンスのエレメントを複素共役(conjugating)して前記変形シーケンスを生成してもよく、前記ベースシーケンスのエレメントに「−1」を乗算して前記変形シーケンスを生成してもよく、複素共役された前記ベースシーケンスのエレメントに「−1」を乗算して前記変形シーケンスを生成してもよい。
また、同期パターン生成部102が前記変形シーケンスを前記ベースシーケンスと組み合わせて前記同期パターンを生成する方法については、以下の図2〜図7によって詳細に説明する。このとき、図2〜図7では、DC副搬送波にシーケンスエレメントを割り当てたが、これは一例であって、シーケンスエレメントをDC副搬送波ではない他に割り当ててもよい。
このとき、周波数マッピング部103は、同期パターン生成部102で生成された同期パターンおよびパイロットパターンと外部から送信されたフレーム制御情報および送信トラフィックデータを用いて、前記送信情報を時間および周波数領域にマッピングして下りリンクフレーム形態の送信フレームを生成してもよい。
このとき、周波数マッピング部103は、同期パターン生成部102で生成された同期パターンを同期チャネルに割り当ててもよい。
また、周波数マッピング部103は、前記送信情報を時間および周波数領域にマッピングした同期チャネルシンボル区間の時間領域信号の大きさパターンがフラット状にならないよう設定してもよい。
このとき、前記同期チャネルシンボル区間の時間領域信号の大きさパターンについては図8を参照して詳細に説明する。
送信部104は、周波数マッピング部103から前記送信フレームが伝達されて送信アンテナを介して送信してもよい。このとき、送信部104はOFDM送信機であってもよい。
図2は、本発明の第1実施形態により生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。
前記本発明の第1実施形態によって生成された同期パターンでは、図2に示すように同期チャネル送信用の上位副搬送波に素数(prime number)がNであるZC(Zadoff−Chu)シーケンスb(k)をベースシーケンスb(k)201に割り当ててもよい。このとき、前記ベースシーケンスb(k)は下記の数1によって算出してもよい。
Figure 2011528515
このとき、Vはシーケンスインデックスを意味し、前記Nはシンボル同期獲得用シーケンスの長さであり、前記Nは前記同期チャネルが用いる総周波数リソースであってもよい。
また、前記本発明の第1実施形態によって生成された同期パターンでは、図2に示すように同期チャネル送信用の下位副搬送波に下記の数2のように前記ベースシーケンスb(k)201に共役(「*」)して生成されたb (k)を変形シーケンスc(k)202に割り当ててもよい。
Figure 2011528515
このとき、Nは複素シーケンスの素数を意味し、NとNは同一であってもよく、同一でなくてもよい。
図3は、本発明の第2実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。
前記本発明の第2実施形態によって生成された同期パターンでは、図3に示すように、前記同期チャネル送信用の上位副搬送波に前記数1によって算出されたベースシーケンスb(k)301を割り当て、前記同期チャネル送信用の下位副搬送波に下記の数3のように前記ベースシーケンスb(k)301に「−1」を乗算して生成された−b(k)を変形シーケンスc(k)302に割り当ててもよい。
Figure 2011528515
図4は、本発明の第3実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。
前記本発明の第3実施形態によって生成された同期パターンでは、図4に示すように前記同期チャネル送信用の上位副搬送波に前記数1によって算出されたベースシーケンスb(k)401を割り当て、前記同期チャネル送信用の下位副搬送波に下記の数4のように前記ベースシーケンスb(k)401を共役した後に「−1」を乗算して生成された−b(k)を変形シーケンスc(k)402に割り当ててもよい。
Figure 2011528515
図5は、本発明の第4実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。
前記本発明の第4実施形態によって生成された同期パターンでは、図5に示すように前記同期チャネル送信用の偶数番目の副搬送波に素数がNであるZC(Zadoff−Chu)シーケンスb(k)をベースシーケンスb(k)501に割り当ててもよい。このとき、前記ベースシーケンスb(k)は下記の数5によって算出してもよい。
Figure 2011528515
また、前記本発明の第4実施形態によって生成された同期パターンでは、図5に示すように同期チャネル送信用の奇数番目の副搬送波に下記の数6のように前記ベースシーケンスb(k)501に共役(「*」)して生成したb (k)を変形シーケンスc(k)502に割り当ててもよい。
Figure 2011528515
図6は、本発明の第5実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。
前記本発明の第5実施形態によって生成された同期パターンでは、図6に示すように前記同期チャネル送信用の偶数番目の副搬送波に前記数5によって算出されたベースシーケンスb(k)601を割り当て、前記同期チャネル送信用の奇数番目の副搬送波に下記の数7のように前記ベースシーケンスb(k)601に「−1」を乗算して生成された−b(k)を変形シーケンスc(k)602に割り当ててもよい。
Figure 2011528515
図7は、本発明の第6実施形態によって生成された同期パターンに対応し、送信フレームにシーケンスエレメントが割り当てられた状態を示す図である。
前記本発明の第6実施形態によって生成された同期パターンでは、図7に示すように前記同期チャネル送信用の偶数番目の副搬送波に前記数5によって算出されたベースシーケンスb(k)701を割り当て、前記同期チャネル送信用の奇数番目の副搬送波に下記の数8のように前記ベースシーケンスb(k)701に共役(「*」)して生成されたb (k)を変形シーケンスc(k)702に割り当ててもよい。
Figure 2011528515
図8は、本発明の一実施形態に係る送信装置で生成される同期チャネルシンボル区間の時間領域信号の大きさパターンの一例を示す図である。
図8に示すように、従来におけるシンボル同期推定方法と前記第2実施形態および第5実施形態に対する時間領域信号(=d(n))の電力波形(=|d(n)|)801、802、803が図示される。
このとき、nは1つのサンプル時間インデックスを意味する。
図8に示すように、従来におけるシンボル同期推定方法の波形801は、同期チャネルシンボル区間の間にその包絡線の形状がフラットしており、第2実施形態の波形802は凹状であり、第5実施形態の波形803は凸状のパターンであってもよい。
このとき、周波数マッピング部103は、前記電力波形が従来におけるシンボル同期推定方法の波形801のようにフラット状にならないようにマッチング位置を調整する設定を用いてもよい。
このとき、周波数マッピング部103は、前記電力波形が凹状もしくは凸状、またはその他に左右非対称のパターンを形成するよう設定してもよい。
図9は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得受信装置の概括的な状態を示す図である。
図9に示すように、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得受信装置900は、受信部901が送信フレームを受信すればフィルタリング部902が前記送信フレームを同期チャネルに割り当てられた帯域幅だけフィルタリングし、時間領域相関部903が予め格納された同期チャネルシンボル区間の時間領域信号と前記送信フレームに含まれたサンプル時間信号に対する相関を行ってサンプル時間それぞれの相関値を算出すれば、シンボル同期検出部904が算出された前記相関値が最も大きいサンプル時間をシンボル同期に検出する。
このとき、受信部901が受信した送信フレームはフェーディングがなく、付加ノイズだけがあると仮定する場合に下記の数9のように表してもよい。
Figure 2011528515
このとき、d(n)は時間領域信号であり、r(n)は受信した送信フレームであり、w(n)は付加ノイズであり、Δfは周波数オフセットであってもよい。
このとき、時間領域相関部903は、完全シンボル同期のサンプル時間を仮定した下記の数10によってサンプル時間それぞれの相関値を算出してもよい。
Figure 2011528515
図10は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信方法を示すフローチャートである。
ステップS1001において、シーケンス生成部101は、シンボル同期獲得用ベースシーケンスを生成する。
ステップS1002において、パターン生成部102は、ステップS1001で生成された前記ベースシーケンスに基づいて変形シーケンスを生成する。
ステップS1003において、パターン生成部102は、ステップS1001で生成された前記ベースシーケンスとステップS1002で生成された前記変形シーケンスを組み合わせて同期パターンを生成する。
ステップS1004において、周波数マッピング部103は、ステップS1003で生成された前記同期パターンに基づいて送信情報を時間および周波数領域にマッピングして送信フレームを生成する。
このとき、周波数マッピング部103は、前記送信フレームに含まれた同期チャネルシンボル区間の時間領域信号の大きさパターンがフラット状にならないように設定して前記送信フレームを生成してもよい。
ステップS1005において、送信部104は、ステップS1004で生成された前記送信フレームを送信する。
図11は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムのセル探索において、周波数オフセットに強いシンボル同期獲得受信方法を示すフローチャートである。
ステップS1101において、受信部901は送信部104から送信した送信フレームを受信する。
ステップS1102において、フィルタリング部902は、ステップS1101で受信した前記送信フレームを同期チャネルに割り当てられた帯域幅だけフィルタリングする。
ステップS1103において、時間領域相関部903は、予め格納された同期チャネルシンボル区間の時間領域信号と、ステップS1002でフィルタリングされた前記送信フレームに対する相関を行って、前記送信フレームに含まれたサンプル時間それぞれの相関値を算出する。
ステップS1104において、シンボル同期検出部104は、ステップS1103で算出された前記相関値が最も大きいサンプル時間をシンボル同期に検出する。
本発明に係る無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得装置は、ベースシーケンスに基づいて生成した変形シーケンスと前記ベースシーケンスを組み合わせたシンボル同期獲得用の同期パターンを生成して同期チャネルに割り当てることによって、周波数オフセットが比較的に大きい環境であっても優れたシンボル同期の推定性能と送信装置の尖頭電力対比平均電力の比を増加させないか、あるいは、PAPRは若干増加するものの、優れたシンボル同期の推定性能とシンボル同期の獲得用受信機の複雑度を減少させることができる。
上述したように本発明は、たとえ限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような基材から多様な修正および変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものなどによって定められなければならない。

Claims (10)

  1. シンボル同期獲得用ベースシーケンスを生成するシーケンス生成部と、
    前記ベースシーケンスに基づいて変形シーケンスを生成し、前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスとを組み合わせて同期パターンを生成する同期パターン生成部と、
    前記同期パターンに基づいて送信情報を時間および周波数領域にマッピングして送信フレームを生成する周波数マッピング部と、
    前記送信フレームを送信する送信部と、
    を含むことを特徴とする無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置。
  2. 前記同期パターン生成部は、前記同期パターンに含まれる前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスとの間の比率を様々に設定して前記同期パターンを生成することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置。
  3. 前記同期パターン生成部は、前記ベースシーケンスのエレメントを複素共役して前記変形シーケンスを生成することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置。
  4. 前記同期パターン生成部は、前記ベースシーケンスのエレメントに「−1」を乗算して前記変形シーケンスを生成することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置。
  5. 前記同期パターン生成部は、複素共役された前記ベースシーケンスのエレメントに「−1」を乗算して前記変形シーケンスを生成することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置。
  6. 前記周波数マッピング部は、前記送信情報を時間および周波数領域にマッピングした同期チャネルシンボル区間の時間領域信号の大きさパターンがフラット状にならないように設定することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信装置。
  7. 送信フレームを受信する受信部と、
    前記送信フレームを同期チャネルに割り当てられた帯域幅だけフィルタリングするフィルタリング部と、
    予め格納された同期チャネルシンボル区間の時間領域信号と前記送信フレームに含まれたサンプル時間信号に対する相関を行って、サンプル時間それぞれの相関値を算出する時間領域相関部と、
    前記相関値が最も大きいサンプル時間をシンボル同期に検出するシンボル同期検出部と、
    を含むことを特徴とする無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得受信装置。
  8. シンボル同期獲得用ベースシーケンスを生成するステップと、
    前記ベースシーケンスに基づいて変形シーケンスを生成するステップと、
    前記変形シーケンスと前記ベースシーケンスとを組み合わせて同期パターンを生成するステップと、
    前記同期パターンに基づいて送信情報を時間および周波数領域にマッピングして送信フレームを生成するステップと、
    前記送信フレームを送信するステップと、
    を含むことを特徴とする無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信方法。
  9. 前記送信フレームを生成するステップは、前記送信フレームに含まれた同期チャネルシンボル区間の時間領域信号の大きさパターンがフラット状にならないように設定して前記送信フレームを生成することを特徴とする請求項8に記載の無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得送信方法。
  10. 送信フレームを受信するステップと、
    前記送信フレームを同期チャネルに割り当てられた帯域幅だけフィルタリングするステップと、
    予め格納された同期チャネルシンボル区間の時間領域信号と前記送信フレームに対する相関を行って、前記送信フレームに含まれたサンプル時間それぞれの相関値を算出するステップと、
    前記相関値が最も大きいサンプル時間をシンボル同期に検出するステップと、
    を含むことを特徴とする無線通信システムのセル探索において周波数オフセットに強いシンボル同期獲得受信方法。
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