JP2013532417A - Ｌｔｅ下りリンクにおける基地局セル同期を改善するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なるセルのタイミングおよび周波数の検索機能を向上するための技術および装置を提供する。
【解決手段】タイミングの検索機能を向上するための方法および装置は、複数の信号を検出する移動局を有する。各信号は複数のセルの一つからであり、複数のセルの一つは、強いセルとして移動局によって特定され、残りのセルは弱いセルとして移動局によって特定される。第１整合フィルタが、強いセルに関連する第１パラメータを検出するために、当該強いセルからの信号に適用される。第２整合フィルタが、少なくとも一つの第２整合フィルタ出力を生成する、一つ以上の弱いセルからの少なくとも一つの信号に適用される。干渉が、第２タイミング位置、第２周波数オフセットおよび第２振幅を含む一つ以上の第２パラメータを検出するために、強いセルからの信号に関連する干渉を少なくとも一つの第２整合フィルタ出力から除去される。
【選択図】図３

Description

優先権
優先権は、２０１０年５月２４日提出の米国仮出願番号第６１／３４７，６６９に基づき、その開示は、ここに全体的に参照により包含される。

本発明の分野は、モバイル無線通信であり、特に、ユーザ端末によるｅＮｏｄｅＢ（または固定基地）の検出の改善である。

モバイル通信システムは、固定ユニットおよびモバイルユニットの２種類の機器を用いる。固定ユニットは、基地局と、複合的であり、固定ネットワークから複数の移動局へのデータ転送を担うセルまたはｅＮｏｄｅＢとを含む。典型的に、固定ユニットは、その到達範囲および受信地域を拡張し、近隣および遠方の両方の移動局に拡張するために、タワー上に設けられた大規模施設である。基地局から移動局への送信は、下りリンクと呼ばれている。ユーザ端末からｅＮｏｄｅＢへのデータ送信は、上りリンクと呼ばれている。モバイルユニットは、典型的に人の手の平サイズまたはそれより小さく、機能的に必要な通信を実行するのを可能にするためにできるだけ小電力を消費することが期待される端末／ユーザ装置を含む。移動局は、稼働時には通信リンクを確立するために最も強い信号により基地局を検索し、隣接セルにハンドオーバーがなされなくてはならない場合には、そのタイミング、周波数およびＩＤ情報を計測するために、隣接セルの観測を継続することが期待される。

通信リンクの確立を促すために、ｅＮｏｄｅＢは、ユーザ端末によって検出される固有のＩＤが割り当てられる。ｅＮｏｄｅＢは、基地局データの転送タイミングおよび周波数を検出するために、ユーザ端末によって処理される同期信号を送信する。特に、ＬＴＥでは、ユーザ端末がｅＮｏｄｅＢの送信タイミングおよび周波数を検出できるように、ｅＮｏｄｅＢによって１次同期チャネル（Ｐ−ＳＣＨ）が送信される。さらに、セルＩＤおよびフレームタイミング情報の検出を補助するために、ｅＮｏｄｅＢによって２次同期チャネル（Ｓ−ＳＣＨ）が、送信される。ユーザ端末における受信機は干渉するシーケンスにわたって十分な処理利得を抽出でき、典型的な動作環境下において、１シーケンスの検出が他のシーケンスによって破損しないように、使用される同期信号は、低相互相関シーケンスの種類である。しかしながら、目標シーケンスに比べて、干渉シーケンスが電力量の点でずっと大きい場合、ユーザ端末における処理は不正確であり、タイミングおよび周波数の誤検出を招来する。

ＬＴＥにおいて、５０４シーケンスがセルＩＤ割当てのために選択されている。それらはさらに、３つのシーケンス毎に１６８のグループに分割される。対して、各グループの３シーケンスは、所定のセルに割当てられたＰ−ＳＣＨシーケンスＩＤに依存して生成される。すなわち、Ｐ−ＳＣＨチャネルに使用されるＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕシーケンスと呼ばれる、３つの異なる固有のシーケンスだけがある。よって、ｅＮｏｄｅＢのセル配置内の全てのセルは、３つの可能なシーケンスのうち一つが割り当てられる。したがって、相互に隣接して位置するｅＮｏｄｅＢは、同じＰ−ＳＣＨシーケンスを使用している可能性がある。

データ送信に利用可能なチャネルはｅＮｏｄｅＢおよびユーザ端末の両方に共通であり、周波数および時間の２つの要素を含む。したがって、このチャネルへのアクセスは、適切なアクセス方式が特定されない場合、競合および衝突を招来しうる。ＬＴＥは、時分割復信（ＴＤＤ）および周波数分割復信（ＦＤＤ）の２つのアクセス方式を特定する。ＴＤＤは、アクセスチャネルの時間についての共有を伴い、全周波数は、アクセスに利用可能にされている。タイムスロットは、上りおよび下りリンクに割り当てられる。下りリンクＴＤＤスロットは、同期およびユーザデータ信号を時間について多重送信するために使用される。上りＴＤＤスロットは、複数のユーザ端末により共有される。この時、各スロットは、ｅＮｏｄｅＢにおけるスケジューリング判断に基づいて、所定ユーザ端末に固有に割り当てられる。ＦＤＤは、上りおよび下り送信の各々について一つずつ、周波数空間を２つに分割することを伴う。下りリンク送信については、利用可能な周波数バンド幅は時間について制限されるＴＤＤに対してよりも少ないが、全てのｅＮｏｄｅＢが常に送信しているように、全下りリンク周波数空間が利用可能にされる。同様に、上りリンク送信については、異なるセルの全てのユーザ端末が、上りリンク送信に利用可能とされる制限された周波数バンド幅内でデータを送信するために利用可能な全ての時間を有する。

ある状況では、異なるｅＮｏｄｅＢにより送信される同期信号は、時間について完全または部分的に並んでおり、相互干渉を引き起こす。ＴＤＤについては、伝播遅延時間の相違がこれらの下りリンク信号をユーザ端末において部分的にのみ並べられるにも関わらず、これが、下りリンクタイムスロット中、異なるｅＮｏｄｅＢがほぼ同時に下りリンクデータを送信して所定ユーザ端末において相互干渉を招来する場合である。ＦＤＤについては、異なるｅＮｏｄｅＢは常に送信しているので、時間について並んではいないが、同期信号が、伝播時間の差異によってユーザ端末において部分的に重複する可能性が高い。

異なるｅＮｏｄｅＢからの同期信号のユーザ端末における完全または部分的な重複を伴うこれらの状況から、異なるセルのタイミングおよび周波数の検索機能を向上するための技術および装置が必要とされる。

本発明は、固定ユニットまたはセルのタイミングおよび周波数情報のための検索機能を向上することを目的とする。第１の態様では、移動局は複数の信号を検出し、各信号は複数のセルの一つからであり、複数の前記セルの一つは強いセルとして前記移動局により特定され、残りの前記セルは弱いセルとして前記移動局により特定される。前記移動局は、その後、前記強いセルに関連する第１パラメータを検出するために、当該強いセルからの信号に第１整合フィルタを適用する。第２整合フィルタは、一つ以上の前記弱いセルからの少なくとも一つの信号に適用され、少なくとも一つの第２整合フィルタ出力を生成する。第２タイミング位置、第２周波数オフセットおよび第２振幅を含む１つ以上の第２パラメータを検出するために、前記強いセルからの信号に関連する干渉が、少なくとも一つの第２整合フィルタ出力から除去される。前記移動局は、それから、前記弱いセルのうち一つのタイミングを確立するために、最大信号強度を生成する第２タイミング位置を選択する。

改善のさらなる態様および利点は、好ましい実施形態の記載からより明確となる。

本発明の態様は、添付の図面を参照して以下のより詳細な説明においてさらに記載されるであろう。
図１は、ｅＮｏｄｅＢ送信機と、無線チャネルと、下り処理ブロックが続き、Ｐ−ＳＣＨ整合フィルタに先行する受信機フロントエンドとを含むＬＴＥシステムの最上位のブロック図である。 図２は、タイミングおよび周波数オフセット検出のための同期信号を処理する、従来通り選択された受信機である従来の整合フィルタのブロック図である。 図３は、整合フィルタの複素出力が下流処理に送られる前にどのように処理されるかを示す、本発明の一態様のブロック図である。 図４は、より弱い信号の処理中、より強いセルがどのように除去されるかを示すフローチャートである。

異なるｅＮｏｄｅＢからの同期信号の、ユーザ端末における完全なまたは部分的な重複を伴う上記した異なる状況を考慮して、本発明の態様は、信頼性をもって検出される最も強い信号が、より弱いセルのタイミングおよび周波数の検索機能を向上するために使用される技術に関する。初期的に、最も強いセルが、従来の整合フィルタを用いていかなる除去を伴うことなくまず検出される。整合フィルタは、到来する受信信号を同期シーケンスのローカルレプリカと相互に関連付け、最大の２乗出力を生成する時間位置がその後セルのタイミングとして表される。最も強いセルのユーザ端末における時間位置、周波数オフセットおよび振幅情報は、その後格納される。より弱い信号は、整合フィルタを用いて同様に関連付けられる。弱いセルのシーケンスの処理中、整合フィルタの出力は、目標セルおよび、干渉と考えられるホームセルの両方からの寄与よりなる。本発明の実施形態において、整合フィルタ出力がさらなる処理のために閾値検出装置に送信される前に、最も強いセルの寄与の除去を実行し、強いセルおよび強いセルの出力を強いセルおよび弱いセルのシーケンス間の相互相関に乗算し、その結果を弱いセルの整合フィルタの出力から減算することによって、整合フィルタは整理される。相互相関値は、オンザフライで算出されるかまたはルックアップテーブルに格納され、ｅＮｏｄｅＢからの信号のユーザ端末における到着時間の差異に基づく除去のために固定または選択される。発振器の周波数オフセットに関する限り、異なるｅＮｏｄｅＢが少なからず相互に同期される場合、最も強いセルの検出からの検出周波数オフセット情報が、より弱いセルの検出に使用される。しかしながら、ユーザ端末における到着時刻の差異のため、タイミングは各セルについて別々に確立される必要がある。

ユーザ端末における複合受信同期信号の処理は、異なるｅＮｏｄｅＢからの信号からの寄与を伴うことが留意されなくてはならない。最も強いセルについては、より弱いセルからの干渉中に典型的には十分な利得があり、従って、干渉除去は必要とされない。より弱いセルについては、干渉が連続して除去されうる。ここで、後続するそれぞれのより弱い信号のために、より強い信号の全ての寄与が除去される。強度２乗および閾値検出等、より弱い信号のいかなる下流処理はまた、複素信号ドメインにおける減法除去後にのみ実行されることが留意されなくてはならない。複数受信アンテナの場合については、除去は、各アンテナに別々に実行されなくてはならない。

図１は、無線ＬＴＥ通信システムの最上位のブロック図を示す。本発明の一態様では、ユーザ端末で受信された信号は、異なるｅＮｏｄｅＢからの送信を含む複合信号であると想定される。当業者に知られているように、整合フィルタにおける処理は、したがって、所望のまたは所望ではない寄与を含む。また、本発明の態様におけるプロセッサのための好ましい信号は、同期チャネルのみであり、各ｅＮｏｄｅＢのタイミングおよび周波数オフセットをできる限り正確に検出する目的を有すると想定される。さらに、ユーザ端末におけるこれらの信号の到着時刻の差異のため、同期信号は、全体的にまたは部分的にユーザ端末において重複すると想定される。信号が完全に重複することは非常に稀である。なぜなら、それは、ｅＮｏｄｅＢからユーザ端末への伝播遅延が同一であることを意味するからである。しかしながら、部分的な重複のいくつかの場合でさえ、干渉除去がない場合の顕著な利得が達成される。

図２は、Ｐ−ＳＣＨ信号を復調するために用いられる従来の整合フィルタを示す。図２に示される整合フィルタは、同期チャネルを処理するために最も広く用いられる受信機である。それは、長さ６４（異なるベンダーは異なる長さを用いる可能性がある）の多段遅延線（ＦＩＦＯ）を伴う。全てのクロック単位について、複素サンプルはＦＩＦＯに移行され、ＦＩＦＯの内容は複素フィルタタップによって乗算され、それから共に加算される。タップは、検出されたＰ−ＳＣＨシーケンスの複素共役である。３つの整合フィルタ操作があり、各操作は固有のＰ−ＳＣＨシーケンスを検索する。複素相関出力の２乗された強度がその後算出され、複数の受信アンテナにわたって加算され、それぞれ独立に処理される。これは、その後決定統計量を生成するために、サブフレームにわたって平均される。決定統計量は、その後、ｅＮｏｄｅＢの存在または不在を確立するために、閾値と比較される。従来のＰ−ＳＣＨ受信機では、相関は、入力がなく、その他の相関分岐から独立している。ユーザ端末において受信された信号が複数のｅＮｏｄｅＢからの複合信号である場合、相関出力は、実際にはｅＮｏｄｅＢ間の相互干渉によって破損される。

図３は、弱いセルＰ−ＳＣＨ信号検出からの強いセルＰ−ＳＣＨ信号の除去を示す本発明の態様を示す。図３に示されるように、Ｐ−ＳＣＨコード間の相互干渉が、閾値に対してテストする前に除去される。整合フィルタは、まず、ユーザ端末において受信された強いセルのタイミングおよび周波数を検出するために使用される。受信された信号はノイズおよびその他の干渉について十分な利得を有するので、干渉除去は必要ではない。強いセルの信号のタイミング、周波数および複素振幅は、最大平均相関強度となり、閾値超過基準を通過する点で固定される。その後、第２整合フィルタは、より弱いセルのタイミングの検出を開始するために起動され、後続するタイミング位置でテストされる。テストされる各タイミング位置において、弱いセルの整合フィルタの相関出力は、強いセル信号からの寄与を減算することによって一掃される。減算されるこの複素数値は、強いおよび弱いセルのＰ−ＳＣＨコード間の複素相互相関値によって乗算される、格納される強いセルの相関値として得られる。閾値超過テストを通過する最大の相関を生成するタイミング位置が、弱いセルのタイミングとして確立される。周波数オフセットが強いセル信号から予測される必要があるが、処理は弱いセル信号について反復される必要はなく、強いセル信号の検出されたオフセットが弱いセルタイミングの検出に再利用されるので、弱いセルの処理に必要とされる複雑性を低減することが留意されなくてはならない。要するに、各弱いセルのＰＳＣＨコードについての各タイミング位置は、考慮されている弱いセルおよび強いセル間の相互相関によって重み付けられた、検出された強いセルの格納されたピーク出力をまず減算することによってテストされる。

図４は、上述された干渉除去を連続して適用することによって、より弱いセルがどのように検出されるかを示すフローチャートを示す。図示されるように、最も強いセルのタイミングおよび周波数は、いかなる干渉除去を伴うことなく、全ての３Ｐ−ＳＣＨコードおよびＮ周波数オフセットビンを検索することによってまず確立される。最も高い相関強度をとなり、所定の閾値を超える周波数ビンおよびタイミング位置は、ユーザ端末における最も強いセルの周波数オフセットおよびタイミングとして固定される。このセルは、強いセルリストに入れられ、より弱いセルを検出するために除去される信号として加えられる。より弱いセルの検出のために、図４に示されるように、一つだけの周波数ビンが検索される。より多くのセルが検出されるに連れて、それらは、依然より弱い信号の検出から除去される候補として加えられ、したがって、より弱いセル検出が改善される連続的な方法が得られる。テストされている弱いセルＰ−ＳＣＨコードと除去されている強いセルとの間で、相互相関値が毎回算出されることが留意されなくてはならない。ユーザ端末の移動性により時間経過と共に、異なるセルの振幅およびタイミングは変わり、強いセルリストは更新されなくてはならないので、検索および計測処理は、継続して実行されうる。

本発明の実施形態が示され記載された一方、発明の思想から逸脱することなく、より多くの改変が可能であることは当業者には明らかである。本発明は、したがって、以下の特許請求の範囲の思想を除いては、限定されるものではない。

Claims (23)

1. 少なくとも一つのセルのタイミングの検索を改善する方法であって、
   移動局において複数の信号を検出し、各信号は複数のセルの一つからであり、複数の前記セルの一つは、強いセルとして前記移動局によって特定され、残りの前記セルは弱いセルとして前記移動局によって特定され、
   前記強いセルに関連する第１パラメータを検出するために、当該強いセルからの信号に第１整合フィルタを適用し、
   一つ以上の前記弱いセルからの少なくとも一つの信号に第２整合フィルタを適用し、少なくとも一つの第２整合フィルタ出力を生成し、
   第２タイミング位置、第２周波数オフセットおよび第２振幅を含む一つ以上の第２パラメータを検出するために、前記強いセルからの信号に関連する干渉を少なくとも一つの前記第２整合フィルタ出力から除去し、
   前記移動局において、一の前記弱いセルのタイミングを確立するために、最大信号強度を生成する第２タイミング位置を選択する、
   ことを含む方法。
2. 前記強いセルは、前記弱いセルよりも大きな信号対ノイズ比を有する請求項１に記載の方法。
3. 前記干渉を除去することは、
   前記強いセルに関連する第１振幅を、当該強いセルおよび前記弱いセルに関連する強いおよび弱いシーケンス間の相互相関値にそれぞれ乗算して、複素数値を生成し、
   前記複素数値を前記第２整合フィルタ出力から減算する、
   ことを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記第２整合フィルタ出力は、目標セルおよびホームセルの両方の複素数値を含む請求項３に記載の方法。
5. 前記複数の信号の前記移動局への到着時刻の差異に基づいて固定または選択される前記相互相関値をルックアップテーブル内に格納する
   ことをさらに含む請求項３に記載の方法。
6. 前記第２整合フィルタを適用することは、前記第１パラメータの第１周波数オフセットを再使用することを含む請求項１に記載の方法。
7. 前記強いセルからの信号を最大化する点で、前記強いセルからの信号の第１タイミング位置と、第１周波数オフセットと、第１振幅とを固定する
   ことをさらに含む請求項１に記載の方法。
8. 前記強いセルとして、前記弱いセルの一つを特定する
   ことをさらに含む請求項１に記載の方法。
9. 少なくとも一つのセルのタイミングおよび周波数の検索機能を向上するための装置であって、
   複数の信号を検出し、各信号は複数のセルの一つからであり、複数の前記セルの一つは、強いセルとして前記移動局によって特定され、残りの前記セルは弱いセルとして前記移動局によって特定され；
   前記強いセルに関連する第１パラメータを検出するために、当該強いセルからの信号に第１整合フィルタを適用し；
   一つ以上の前記弱いセルからの少なくとも一つの信号に第２整合フィルタを適用し、少なくとも一つの第２整合フィルタ出力を生成し；
   第２タイミング位置、第２周波数オフセットおよび第２振幅を含む一つ以上の第２パラメータを検出するために、前記強いセルからの信号に関連する干渉を少なくとも一つの前記第２整合フィルタ出力から除去し；
   前記移動局において、一の前記弱いセルのタイミングを確立するために、最大信号強度を生成する前記第２タイミング位置を選択する；
   ように構成される移動局を有する装置。
10. 前記強いセルは、前記弱いセルよりも大きな信号対ノイズ比を有する請求項９に記載の装置。
11. 前記移動局は、
    前記強いセルに関連する第１振幅を、当該強いセルおよび前記弱いセルに関連する強いおよび弱いシーケンス間の相互相関値にそれぞれ乗算して、複素数値を生成し、
    前記複素数値を前記第２整合フィルタ出力から減算する、
    ようにさらに構成される請求項９に記載の装置。
12. 前記第２整合フィルタ出力は、目標セルおよびホームセルの両方の複素数値を含む請求項１１に記載の装置。
13. 前記移動局は、
    前記複数の信号の前記移動局への到着時刻の差異に基づいて固定または選択される前記相互相関値をルックアップテーブル内に格納する
    ようにさらに構成される請求項１１に記載の装置。
14. 前記移動局は、前記強いセルからの信号に関連する周波数を再使用するようにさらに構成される請求項９に記載の装置。
15. 前記移動局は、最大の平均相関強度を生成する点で、前記強いセルからの信号の第１タイミング位置と、第１周波数オフセットと、第１振幅とを固定するようにさらに構成される請求項９に記載の装置。
16. 少なくとも一つのセルのタイミングの検索を改善するための装置であって、
    複数の信号を検出する手段と、各信号は複数のセルの一つからであり、複数の前記セルの一つは、強いセルとして前記移動局によって特定され、残りの前記セルは弱いセルとして前記移動局によって特定され、
    前記強いセルに関連する第１パラメータを検出するために、当該強いセルからの信号に第１整合フィルタを適用する手段と、
    一つ以上の前記弱いセルからの少なくとも一つの信号に第２整合フィルタを適用し、少なくとも一つの第２整合フィルタ出力を生成する手段と、
    第２タイミング位置、第２周波数オフセットおよび第２振幅を含む一つ以上の第２パラメータを検出するために、前記強いセルからの信号に関連する干渉を少なくとも一つの前記第２整合フィルタ出力から除去する手段と、
    前記移動局において、一の前記弱いセルのタイミングを確立するために、最大信号強度を生成する第２タイミング位置を選択する手段と、
    を有する装置。
17. 前記強いセルは、前記弱いセルよりも大きな信号対ノイズ比を有する請求項１６に記載の装置。
18. 前記干渉を除去するための手段は、
    前記強いセルに関連する第１振幅を、当該強いセルおよび前記弱いセルに関連する強いおよび弱いシーケンス間の相互相関値にそれぞれ乗算して、複素数値を生成する手段と、
    前記複素数値を前記第２整合フィルタ出力から減算する手段と、
    を有する請求項１６に記載の装置。
19. 前記第２整合フィルタ出力は、目標セルおよびホームセルの両方の複素数値を含む請求項１８に記載の装置。
20. 前記複数の信号の前記移動局への到着時刻の差異に基づいて固定または選択される前記相互相関値をルックアップテーブル内に格納する手段をさらに有する請求項１８に記載の装置。
21. 前記整合フィルタを適用する手段は、前記強いセルからの信号に関連する周波数を再使用するための手段を有する請求項１８に記載の装置。
22. 前記強いセルからの信号を最大化する点で、前記強いセルからの信号の第１タイミング位置と、第１周波数オフセットと、第１振幅とを固定するための手段をさらに有する請求項１６に記載の装置。
23. 前記強いセルとして、前記弱いセルの一つを特定する請求項１６に記載の装置。