JP2022520941A - ワイヤレス通信のベースステーション及び高移動性シナリオのためのプロセス - Google Patents
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Abstract
接続された各ユーザ機器(UE)におけるドップラシフトを補償する、ワイヤレス通信ベースステーション。このベースステーションは、複数の並列受信機を展開し、各々は、搬送周波数の上下の、所与の周波数オフセットを伴う。各受信機は、共通のアップリンク信号で周波数シフトを実施し、周波数シフトされたアップリンク信号の品質を判断し、周波数シフトされたアップリンク信号を復調する。セレクタ/コンバイナモジュールは、最高品質の復調された信号を生成し、それは、周波数シフトされたアップリンク信号を選択することによって、または十分高い品質を有する、周波数シフトされたアップリンク信号のサブセットをソフトコンバインすることによって、成され得る。【選択図】図1
Description
本発明は、ワイヤレス通信のベースステーション、及び高移動性シナリオのための関連したプロセスに関する。より詳細には、高品質アップリンクをワイヤレスデバイスに、高移動性設定で提供するためのプロセス及びシステムに関する。
RFスペクトルのサブフレームの中に膨大なデータが詰め込まれる、LTE及び5Gなどの複雑な通信規格を伴い、所与のユーザ機器(UE)が、ベースステーション(eNodeBまたはgNodeB)に対して迅速に移動している場合、ドップラ効果によって、受信機の復号性能は大幅に低下する場合がある。これは、伝送しているUEの搬送周波数における、ドップラシフトのためである。大きいドップラシフトが与えられると、OFDM(直交周波数分割多重:Orthogonal Frequency Division Multiplexin)システムの副搬送波間の干渉が生じ、受信機が受けるビットエラーレート(BER)が増加し得る。BERの増加は、ベースステーションに、UEの変調方式をより低いレートに落とすよう、UEに命令させ得る。
ドップラシフトの課題に対する従来のソリューションは、UEの速度を予測することによって、補償するために必要な搬送周波数のドップラシフトを推定し、次に適切な搬送周波数オフセットを適用することを含む。計算的に困難な推定、及びトラッキングアルゴリズムが、これらの目標のために知られている。しかし、この取り組みには欠点がある。第1に、典型的な高移動性シナリオにおいて、様々なUEが、受信機に対して様々な速度で動き得る。これは、受信機に接続された各UEを推定して追跡するのを、非常に困難にする。第2に、リンクの品質は、特定の瞬間の推定における、各UEの速度の推定と同程度しか良好ではない。推定が成されない場合、接続は大幅に低下する場合がある。第3に、高い動的な高移動性環境において、UEは、予測が困難である突然のドップラ偏移及び変化を受け得る。これは特に、複数のUEが、突然速度を変化させる複数の車両にあるか、または受信機アンテナの近くを非常に速く通過する場合に起こる。
したがって、必要とされるのは、複数のUEからのアップリンク伝送におけるドップラシフトを考慮して軽減できる受信機であり、ここでUEの各々は、この軽減が、計算的に困難かつ信頼できない推定及びトラッキング技術を頼りにできない、様々な速度かつ高い動的条件で動き得る。
本発明の主な目的は、複数のUEからのアップリンク伝送におけるドップラシフトを考慮して軽減できる受信機を提供することであり、ここでUEの各々は、この軽減が、計算的に困難かつ信頼できない推定及びトラッキング技術を頼りにできない、様々な速度かつ高い動的条件で動き得る。
上述の目標は、本並列受信機構造、及び請求項1の特徴による高移動性シナリオのためのプロセスによって実現される。
本発明の態様は、ワイヤレス通信のベースステーションを含む。このベースステーションは、搬送周波数に対する複数の周波数オフセットを判断する、コーディネータモジュールと;複数の受信機であって、それら各々が、複数の周波数オフセット内で別個の周波数オフセットを受信し、搬送周波数で入ってくる信号を、その対応した周波数オフセットだけシフトさせて、周波数シフト信号を生成し、その周波数シフト信号に応じた信号品質測定値を決定する、複数の受信機と;周波数シフト信号及び信号品質測定値を、複数の受信機の各々から受信し、最良品質の周波数シフト信号を生成して、この最良品質の周波数シフト信号を上層のプロトコルスタックに送る、セレクタ/コンバイナモジュールと、を備える。
本発明の別の態様は、ワイヤレス通信のベースステーションを含む。このベースステーションは、搬送周波数に対する複数の周波数オフセットを判断するためのコーディネータ手段と;対応した周波数オフセットを受信するため、信号を受信するため、対応した周波数オフセットを信号に適用して、周波数シフト信号を生成するため、及び周波数シフト信号に応じた信号品質測定値を計算するための、複数の受信手段と;周波数シフト信号及び信号品質測定値を、複数の受信手段の各々から受信するため、及び最良品質の周波数がシフトされたアップリンク信号を生成するための、セレクタ/コンバイナ手段と、を備える。
本発明の別の態様は、命令を伴い符号化された、非一時的コンピュータ可読メモリを含む。この命令は、1つまたは複数のプロセッサに命令されたときに、これら1つまたは複数のプロセッサにプロセスを実施させる。このプロセスは、複数の周波数オフセットを判断することと;複数の周波数オフセットの各々を、複数の受信機のうち1つに割り当てることと;複数の周波数オフセットの各々によって、入ってくる信号を周波数シフトして、複数の周波数シフト信号を作り出すことと;複数の周波数シフト信号の各々に応じた、信号品質測定値を計算することと;複数の周波数シフト信号、及び対応した複数の品質測定値に基づいて、出力信号を生成することと、を含む。
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図において非限定の表示として例示した、好ましいが排他的ではない、並列受信機構造及び高移動性シナリオのためのプロセスの実施形態の説明から、より明確になる。
図1は、ワイヤレス通信のベースステーション105(例えばeNodeB)が複数のUEに接続された、例示的なベースステーション展開100を示す。示されるように、UE130a、130b、130c、及び130dは、接近し、かつ高いレートの速度でeNodeBを通り過ぎる高速列車125に乗っている。示される瞬間において、UE130a~130dの各々は、eNodeB105に関する搬送周波数において、様々なドップラシフトを受ける。この例の示される瞬間において、UE130aは、大きい負のドップラシフトを受け、UE130dは大きい正のシフトを受ける。それは、それぞれがeNodeB105から離れるよう、及び向かうように動いているからである。UE130b及び130cはそれぞれ、負及び正のドップラシフトを受けるが、UE130a及び130dに対して小さい規模である。
さらに示されるのは、数台の車両135を含む車両交通である。それらの各々は、1つまたは複数のUE140a、140b、及び140cを有し得る。UE140a~140cのうち1つまたは複数は、車両自体に一体化されるか、またはユーザのハンドセットであってよい。車両135と列車125との間における違いの1つは、列車125が一定またはほぼ一定の速度で動き得る一方で、車両135の各々は、都会の交通設定において一般的であるが、突然かつ非直線的に加速をする場合がある、ということである。車両135が混沌とした速度であることの意味は、所与の車両135の、所与の時間における速度を推定することが不可能であり得ることであり、その一方で、速度及び上述のドップラシフトの推定が、やはり多くの欠点を被るが、任意の所与の時間における列車125の速度をかなりの精度で推定するのを可能にし得る。従来のチャネルモデリングの取り組みは、3GPP技術仕様のTS36.101及びTS36.104に規定されている。
図1に示されるように、eNodeB105は、ベースバンドプロセッサ110を有し得る。それは、LTEなど、所与の規格のRAN(無線アクセスネットワーク:Radio Access Network)機能を実施する。さらに、eNodeB105は、バックホール接続120を介してインターネットに連結され得る。さらに、用語eNodeBがこの例で使用され得るが、同じ説明が、5GのgNodeBに適用され得ることを理解されたい。
ベースステーション展開100の、主な態様は、多くのUEを含み得ることであり、それらの各々は、eNodeB105に対して様々な速度で、かつ独立してランダムに変化され得る速度で動き得ることである。
図2は、本開示による、ドップラシフトを軽減させるための例示的なシステム200を示す。システム200は、実質的に、図1に示されるベースバンドプロセッサ110内に展開され得る。システム200はアンテナ205を含み得る。アンテナ205は、低雑音増幅器(LNA)210に連結される。LNA210は、ミキサ215に連結され得る。ミキサ215は、アンテナ205からの増幅されたRF信号を、局部発振器(図示せず)を使用して、その搬送周波数fcからアナログベースバンド信号225に混合する。LNA210及びミキサ215の組み合わせは、RF前端部と称され得る。システム200は、複数の受信機220をさらに含み、それらの各々には、アナログベースバンド信号225が送られる。各受信機220は、コーディネータモジュール230によって各受信機220に提供される、特定の周波数オフセット235によって、ベースバンド信号225の周波数をシフトする。周波数オフセット225は、受信機220のうち1つでゼロであり、他の受信機で、負及び正の方向に増加し得る。各周波数オフセット235は、eNodeB105に対して移動しているUEから得られた搬送周波数における、ドップラシフトに相当し得る。これは、以下でさらに説明する。
各受信機220は、周波数シフトされたベースバンド信号225において、PHY層機能を実施し、対応した周波数シフト信号240を出力する。
詳細には、各周波数シフト信号240は、UE信号セットであり、それは、ベースステーション展開100において接続された各UEのための、PUCCH(上り物理共有チャネル:Physical Uplink Shared Channel)、PUSCH(上り物理共有チャネル:Physical Uplink Shared Channel)、PRACH(物理ランダムアクセスチャネル:Physical Random Access Channel)、及びSRS(サウンディング参照信号:Sounding Reference Signal)を含み得る。各UE信号セット240は、搬送周波数に対する所与のドップラシフトにおいて受信された、UEアップリンク(UL)信号に相当する。各UE信号セット240は、所与のドップラ周波数オフセットにおいて、対応したUEから受信した信号の品質を示すデータを含み得る。これは、以下でさらに説明する。各受信機220は、実質的に類似していてよく、一般的なハードウェアで動作する、純粋なソフトウェアベースの仮想サブシステムとして実施され得るか、または特定のハードウェアもしくは専用ハードウェア及びソフトウェアの混合で、実施され得る。このような変形は可能であり、本開示の範囲内であることを理解されたい。受信機220の特定の機能は、以下でより詳細に説明する。
セレクタ/コンバイナモジュール245は、各UE信号セット240を各受信機220から受信し、最高の信号品質を有する(すなわちドップラシフトを補償した)信号セット240を選択するか、もしくはPUCCH、PUSCH、及びSRSのそれぞれを、受信機からソフトコンバインして最良のソリューションを計算するか、またはこの2つを組み合わせる。それにより、セレクタ/コンバイナモジュール245は、周波数オフセットに応じて、各UE信号セットからの選択データを有する、各UEのための複数のデータ列を、取り込み得る。このデータを用い、上述のようにセレクタ/コンバイナモジュール245は、最も強い信号を有する受信機220からの信号を選択するか、または周波数オフセットに跨る所与のUEからの対応した信号のいくつか、もしくは全てをコンバインして、ソフトコンバインされた信号を計算するか、のいずれかを成し得る。これは、以下でより詳細に説明する。
適切な通信プロトコルに従ったさらなる処理のために、セレクタ/コンバイナ245は、各UEのための単一の信号セット247を、上位プロトコル層250に出力する。
詳細には、単一の信号セット247は、最高品質の周波数シフト信号である。
得られたUL信号は、次に所与の規格に従ったインターネット255を介して、適切なネットワークオペレータのコアネットワーク260に伝送される。
図3は、本開示による複数の例示的な受信機220を伴うシステム200を示す。示されるように、N個の受信機220が存在し、各々は異なる周波数オフセット(ゼロオフセットのものを含む)を有する。上述のように、各受信機220は、ベースバンド信号225を、ミキサ215から受信する。受信機220内の構成要素ブロック305~355が、構成要素モジュールと同様に機能部として確認され得る。前の場合において、図3における受信機220内に設けられた区分けは、変化し得る。純粋な仮想ソフトウェアが実装された受信機220において、構成要素305~355の機能は、ベースバンドプロセッサ110における1つまたは複数のサーバボード内の、1つまたは複数のプロセッサコアで動作する複数のスレッドで、実施され得る。この場合、ブロック305~355の機能は、機械可読命令のセット内にカプセル化され得る。この機械可読命令のセットは、非一時的メモリに記憶され、コンピュータハードウェアで実行される。本明細書で使用されるとき、用語「非一時的メモリ」は、(電磁信号または光信号とは反対に)任意の有形記憶媒体を指してよく、媒体自体を指すものであって、(例えばRAMまたはROMなどの)データ記憶装置に限定されない。例えば、非一時的メモリは、命令を伴い符号化された、埋め込まれたメモリを指してよく、それによってメモリは、電力が供給された後に適切な機械可読命令でリロードさせる必要があり得る。したがって、受信機220は、機能ブロックのシーケンスとして、またはベースバンドプロセッサ110のコンピュータ環境内における1つまたは複数のプロセッサ(以降、プロセッサと称する)によって実行されたステップのシーケンスと同様のものとして、説明され得る。
ブロック305において、プロセッサは、アナログベースバンド信号225をデジタル信号に変換する命令を実行する。プロセッサは、対応したサーバボードのA/Dハードウェアを使用して、そのように行ない得る。代替として、ブロック305のA/D機能は、ミキサモジュール215内、またはミキサモジュール215と受信機220との間で実施され得る。この場合、ベースバンド信号225は、デジタルベースバンド信号であってよい。さらにブロック305について、プロセッサは、通信規格に従って、サイクリックプレフィックスをデジタルベースバンド信号から除去する。したがって、ブロック305の出力は、一連のデジタル化されたシンボルであり、それらの各々は、例えば2048のサンプルを有し得る。これら2048のサンプルのI/Q(同相/直交相)データは、アンテナ205によって受信された時間領域信号を表わす。
ブロック310において、プロセッサは、デジタル化されたI/Qデータを、32ビット浮動小数点表示に変換する命令を実行し得る。それによって、受信機220の処理チェーンにおける、さらなる処理のダイナミックレンジを、大幅に増加させる。さらに、純粋なソフトウェアの仮想ベースバンドプロセッサの場合、データを32ビット浮動表示に変換することは、浮動小数点表示への変換及びその後の処理が、サーバプロセッサのハードウェアに存在する浮動少数点計算エンジンによって可能にされるという、さらなる利点を有する。これは、より高い精度の高速処理を可能にし、例えばクラウド計算環境におけるサーバの中で、動的に付与され得る。デジタル化されたI/Qデータを浮動小数点形式に変換することの利点が存在するが、このステップは任意であり、開示するステップは、2進整数データでも実施され得ることを、理解されたい。
ブロック315において、プロセッサは、コーディネータモジュール230によって提供された周波数オフセット235に応じて、32ビットI/Qベースバンド信号を周波数シフトする命令を実行する。これは以下のように成され得る。入力32ビットI/Qベースバンドデータは、r(k)として表わされ得る。ここでkは、所与のI/Qベースバンドサンプルに応じた別個の時間インデックスである。ブロック315において、プロセッサは以下のように、周波数シフトを入ってくるI/Qベースバンドサンプルに適用し得る。
rshift(k)=r(k)ej2πk(fn/fs)
ここでfnは、コーディネータ230によって、n番目の受信機220に提供された周波数オフセット235であり、fsはサンプリング周波数である。したがって、各受信機220は、周波数シフトされた別個のベースバンドI/Qデータのストリームを、各々指定された異なるドップラ周波数オフセットにおいて、計算する。上記の式の様々なコード特有の実施が可能であり、かつ本開示の範囲内であることを理解されたい。
rshift(k)=r(k)ej2πk(fn/fs)
ここでfnは、コーディネータ230によって、n番目の受信機220に提供された周波数オフセット235であり、fsはサンプリング周波数である。したがって、各受信機220は、周波数シフトされた別個のベースバンドI/Qデータのストリームを、各々指定された異なるドップラ周波数オフセットにおいて、計算する。上記の式の様々なコード特有の実施が可能であり、かつ本開示の範囲内であることを理解されたい。
ブロック320において、プロセッサは、デジタル化された、周波数をシフトされた時間領域のベースバンドI/Qデータにおける2048のサンプルのブロックで、FFT(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)を実施する命令を実行し、それによってデジタル周波数領域データに変換する。ブロック320は、3GPP仕様に従った従来の手順を使用して実施され得る。2048の時間領域サンプルの、各後続のセットが順次処理される際に、プロセッサは、リソースエレメント(RE)で構成されたデータフレームを再構築する。
ブロック325において、プロセッサは、関連の指定されたREを、接続された各UEに付随した周波数領域データから抽出する命令を実行する。それによって、各UEのPUCCH(上り物理制御チャネル)、PUSCH(上り物理共有チャネル)、及びSRS(サウンディング参照信号)に付随したデータは、さらなるベースバンド処理のために抽出される。本開示の目標のため、(LTE実装の状況下にある)PUSCHをさらに説明する。
ブロック330は、本開示による単一のUEのPUSCHにおける処理を示す。示されるように、M個の並列処理ブロック330が存在し、各々は、M個のUEのうち1つに相当する。3GPP仕様に従った他の処理が、UEの各々の様々な他のチャネル(例えばPUCCH、PRACHなど)で実施され、ここで示されないか、または説明されなくても、ベースバンドプロセッサ110によって実施される処理の一部であることを、理解されたい。
ブロック335において、プロセッサは、特定のUEのPUSCHに応じたREを組み立て、各UEのデータに応じたチャネル推定を実施する命令を実行する。それによって、3GPPのTS36.213に規定されるように、チャネル品質指標(CQI)などを含む、チャネル状態情報(CSI)など従来のパラメータを伝える。このブロック335は、以下でさらに説明する、復調ブロック340及びSNR推定ブロック342に伝える。
ブロック340において、プロセッサは、特定のUEのPUSCHに応じたREを組み立て、組み立てた32ビット浮動小数点I/Qデータを復調する命令を実行する。UEからの信号の復調は、従来の手順を使用して実施され得る。しかし、32ビット浮動小数点データを使用することで、より精確な(したがってより堅牢な)復調ソリューションを提供し得る。これは、より高いオーダーの変調方式(例えば16-QAM、64-QAM、及び256-QAM)に、特に当てはまる。したがって、(16ビット整数に対して)32ビット浮動小数点演算の改善されたダイナミックレンジ及び精度は、これら変調方式におけるビットエラーレートを、潜在的に減少させる。ブロック340の結果は、「マスター」CRC(巡回冗長検査:Cyclic Redundancy Check)ビットのセットを有する符号語である。
ブロック342において、プロセッサは、特定のドップラ周波数オフセットにおける、所与のUEからのUL信号の品質を判断する命令を、実行する。品質評価の例は、ステップ340で復調されたデジタル信号のSNR(信号雑音比:Signal to Noise Ratio)を計算することである。SNRは、MMSE(最小平均二乗誤差:Minimum Mean-Square Error)等化と共に、最尤推定技術を使用して計算され得る。両方の技術は、当技術分野で公知であり、これらの技術の様々な実施が可能で、本開示の範囲内であることを理解されたい。例において、プロセッサは、所与のUEからのUL I/Qデータに存在する、周波数領域の復調用基準信号(DM-RS)における、データ支援最尤アルゴリズムを使用してSNRを計算する命令を、実行する。ステップ342の結果は、SNR推定344であり、それは、DM-RSとしてI/Qデータの同じリソースブロックから抽出されて再び組み立てられた対応するパケットデータと共に、UL信号セットデータ240内のセレクタ/コンバイナ245に、後で渡される。言及したように、SNRは、所与のドップラ周波数補償を伴って(コーディネータ230によって受信機220に提供された、周波数オフセット235を介して)受信された、UL信号の品質に相当する。
チャネル推定ブロック335及びSNR推定ブロック342は、別個のブロックとして示されるが、ブロック335で組み立てられたPUSCHデータにおいて同時に動作し得る。このような変形は可能であり、本開示の範囲内であることを理解されたい。
ブロック345において、プロセッサは、本開示によるターボ復号を実施する命令を実行する。これは、復調された符号語をデインターリーブ及びデスクランブルして、コードブロックのセットを形成する、標準的な処理を含む。コードブロックのバイト長さは、コードレートと共に、伝送の時間において対応したUEによって利用される変調方式に応じる。これらブロックの仕様は、3GPPのTS36.212で確認され得る。ブロック345は、ターボ復号機能と共に続き、再構築され、かつ復号されたコードブロックをもたらす。プロセッサは、ブロック350においてコードブロックのCRC検査を実施し、ブロック355において、「マスター」CRC検査、及びUEによって伝送された、復調されたパケットデータの搬送ブロックを、再び組み立てることを実施する。次にプロセッサは、復調されたUE信号セット240を、セレクタ/コンバイナに送る。これは、ブロック345で受けたCRCの失敗数に関する情報を含み得る。
セレクタ/コンバイナ245は、各ドップラ周波数オフセット(すなわち各受信機220内の各ブロック330から)の各々が(ステップ342において計算された)対応したSNR推定344と共に、UEの信号セット240を受信し、ブロック345で判断されたCRCの失敗数を含み得る。セレクタ/コンバイナ245のために、プロセッサは、UEごとに、SNR推定344に基づく最高の信号品質と、所与のUEのために、対応したブロック345の各々で実施されたCRC検査の結果とを有する、受信機220からのUE信号セット240を選択する命令を実行する。代替として、セレクタ/コンバイナ245は、入ってくる全てのUE信号セット240を選択し、データにソフトコンバインを実施して、伝送されたULデータのより高い忠実性の表示をもたらし得る。それは、加重和を実施するための重さとして、SNR推定344を使用することを含み得る。さらにこの代替について、入ってくるUE信号セット240のサブセットのみが、ソフトコンバインにおいて合計され得る。この場合、プロセッサは、対応したSNR推定344が特定の閾値を超過する(UE信号セット240からの)PUCCH及びPUSCHデータのみを選択する命令を実行し得る。このような変形は明確であり、本発明の範囲内であることは明確である。
セレクタ/コンバイナ245の出力は、残りの上位プロトコル層250に入力された、各UEのためにドップラ補償された単一のPUCCH及びPUSCHデータである。上位プロトコル層250は、LTEなどの規格3GPPの実施に従い得る。それによって、上位プロトコル層250は、受信機220及びセレクタ/コンバイナ245で実施されたドップラ補償の存在、または複数の受信機220が存在することを認識する必要はない。セレクタ/コンバイナ245は、ステータス情報もコーディネータ230に提供し得る。それは、UE及び/または周波数オフセットに応じて、計算されたSNR推定340の全てまたはいくつかを含み、選択された受信機220の識別、もしくは受信機220のサブセットのソフトコンバインされた合計を伴い得る。
図4aは、入ってくるOFDMAまたはSC-FDMA信号の、例示的なスペクトル捕捉範囲ウィンドウ400を示す。x軸は周波数に相当し、搬送周波数fcを中央に置く。y軸は、搬送周波数fcより大きい、及び小さい周波数シフトに応じて、入ってくる信号を成功裏に復号する可能性に相当する。これは、捕捉可能性曲線405として示されてよく、それは周波数捕捉範囲CRに広がる。示されるように、搬送周波数の周りの周波数範囲412を有する、高い可能性帯410が存在し、それに従って、高い可能性帯410は、95%の、高い変調レート(例えば256-QAM)のUL信号を成功裏に復号する可能性に相当する。周波数範囲412の値の例は、450~500Hzであってよい。CRの幅、したがって周波数範囲412の幅は、変調方式に依拠し、したがって変調が高いほど、CRは狭くなる。
図4bは、各々が異なる周波数オフセットを有する、複数の信号の例示的なスペクトル捕捉曲線のセットを示す。示されるように、捕捉可能性曲線405はゼロオフセットであり、したがって(図4aと同じように)fcを中央に置き、捕捉範囲CR0を有する;捕捉可能性曲線415aは、fnの周波数オフセットを有し、fc+fnを中央に置き、捕捉範囲CR1aを有する;捕捉可能性曲線415bは、-fnの周波数オフセットを有し、fc-fnを中央に置き、捕捉範囲CR1bを有する;捕捉可能性曲線425aは、2fnの周波数オフセットを有し、fc+2fnを中央に置き、捕捉範囲CR2aを有する;及び、捕捉可能性曲線425bは、-2fnのオフセットを有し、fc-2fnを中央に置き、捕捉範囲CR2bを有する。さらに、複合捕捉可能性曲線440が示される。それは、どの周波数オフセットが使用されるかに関わりなく、信号を復号する可能性を示す。示されるように、複合捕捉可能性曲線440は、同じy軸の可能性スケールを、個々の捕捉可能性曲線405、415a/b、及び425a/bとして共有する。
開示されるシステムの機能は、以下で図4bに関して説明する。図1を参照すると、UE130dは、eNodeB105を通過している高速列車125の後方に位置される。このシナリオにおいて、UE130dは急速にeNodeBに接近しており、正のドップラ周波数シフト450aをもたらす(図4a)。このドップラ周波数シフトは、可能性曲線425aの高い可能性帯430a内に位置され、この場合受信機220は、(コーディネータ230によって提供された)周波数オフセット235の2fnを、UL信号をUE130dから復号する最も高い可能性として、有する。高速列車125がeNodeB105を通過する際に、UE130dのドップラ周波数シフトは、ゼロに向けて急速に低下することになる。接近中のどこかのポイントにおいて、UE130dのドップラシフトは、周波数オフセット450bによって示され得ものであってよい。この場合(ドップラシフトが450b)、周波数オフセット2fn(及び可能性曲線425a)を有する受信機220によってでも、成功裏に復号される限定された可能性があるが、周波数オフセットfn(及び可能性曲線415a)を伴う受信機220が、入ってくる信号を成功裏に復号し、最高品質推定344をもたらす、より大きい可能性がある。成功裏に復号する、コンバインされる可能性は、複合捕捉可能性曲線440によって示される。UE130dがeNodeB105を通過し、そこから離れて動き始める際に、そのドップラシフトは負の方向に増加することになる。2つの負のドップラ周波数シフトは、周波数オフセット450c及び450dとして示される。この例は、4つの周波数オフセット450a~450dを指すが、周波数オフセットは実際に、最大の正オフセットから最大の負オフセットに素早く通過すること、及び周波数オフセット450a~450dは例示的な瞬間的なオフセットであることを、理解されたい。
図4cは、別の例示的なスペクトル捕捉曲線のセットを示す。それは、7つの並列受信機220を含み、それらのうち6つは、周波数オフセットに応じた高い可能性帯が、実質的に互いに隣接するよう、周波数オフセットにおいて動作する。この例において、捕捉可能性曲線405は、ゼロオフセットの中央周波数に応じ、高い可能性帯周波数範囲412を有する。これに隣接するのは、捕捉可能性曲線415a及び415bであり、それぞれは、fc+fn及びfc-fnにおいて中央周波数を有する。周波数オフセットfnは、高い可能性帯周波数範囲412に、実質的に類似し得る。捕捉可能性曲線415a及び415bにそれぞれ隣接するのは、捕捉可能性曲線425a及び425bであり、各々は、それぞれfc+2fn及びfc-2fnの中央周波数を有する。さらに、捕捉可能性曲線425a及び425bにそれぞれ隣接するのは、捕捉可能性曲線435a及び435bであり、各々は、それぞれfc+3fn及びfc-3fnの中央周波数を有する。
図4cの構成の利点は、高い可能性の受信地域は、予想されるドップラ周波数オフセットの全範囲に実質的に近接し得る、ということである。この利点は、6つの異なるドップラオフセットを中央周波数fcに提供するために、追加の2つの並列受信機220を必要とする。より多くの並列受信機220が状況に応じて展開され、ドップラシフト補償の可能な範囲をさらに拡大し得ることを、理解されたい。
本開示のベースバンドプロセッサ110の利点は、上位プロトコル層に対してトランスペアレントであるよう、UE(UE130dなど)がeNodeB105を高速で通過する際に、所与のUEが、高いデータレートの変調方式(例えば64-QAMまたは256-QAM)を維持し得ることである。
周波数オフセットに対する変形が可能であり、本開示の範囲内であることを理解されたい。例えば、より大きいか、またはより小さい周波数オフセットfn(したがって受信機220)が可能であり、予期される最大範囲のドップラシフトに依拠し、接続されたUEのeNodeB105に対する最大速度に応じる。さらに、周波数オフセットfnは、より近くに、またはより離して間隔を空けられ得る。共に近付ける場合、複合捕捉可能性曲線440は、「より平坦」に現れることになり、UEは、ドップラシフトの範囲全域で非常に高いレートの変調方式(例えば64-QAM、または256-QAM)を維持することになるが、これは、より大きい周波数オフセットを必要とし、それによってより多くの受信機220を必要として、それはベースバンドプロセッサ110の計算環境に対する要求を増加させ得る。図4a及び図4bに示される曲線は、縮尺に則しておらず例示目的に使用されることを、さらに理解されたい。
本発明によるプロセスは、高品質のアップリンクを、高移動性設定のワイヤレスデバイスに提供する。
詳細には、好ましい実施形態によると、非一時的コンピュータ可読メモリは命令を伴い符号化される。この命令は、1つまたは複数のプロセッサによって命令されたときに、これら1つまたは複数のプロセッサにプロセスを実施させる。
プロセスのステップは、コーディネータ230の範囲内に分類され、非一時的メモリに記憶された機械可読命令において符号化され、ベースバンドプロセッサ110に関連付けられた1つまたは複数のプロセッサで実行され得る。
本発明によるプロセスは、少なくとも以下のステップを含む:
複数の周波数オフセットを判断するステップ;
複数の周波数オフセットの各々を、複数の受信機220のうち1つに割り当てるステップ;
入ってくる信号を、複数の周波数オフセットの各々によって周波数シフトして、複数の周波数シフト信号240を作り出すステップ;
複数の周波数シフト信号240の各々に応じた、信号品質測定値を計算するステップ;及び
複数の周波数シフト信号240、及び複数の対応した品質測定値に基づき、出力信号を生成するステップ。
複数の周波数オフセットを判断するステップ;
複数の周波数オフセットの各々を、複数の受信機220のうち1つに割り当てるステップ;
入ってくる信号を、複数の周波数オフセットの各々によって周波数シフトして、複数の周波数シフト信号240を作り出すステップ;
複数の周波数シフト信号240の各々に応じた、信号品質測定値を計算するステップ;及び
複数の周波数シフト信号240、及び複数の対応した品質測定値に基づき、出力信号を生成するステップ。
可能な実施形態によると、出力信号を生成するステップは、最高品質の周波数シフト信号247を、複数の周波数シフト信号240から選択することを含む。
別の可能な実施形態によると、出力信号を生成するステップは、高い信号品質測定値を有する複数の周波数シフト信号240のサブセットを、ソフトコンバインすることを含む。
さらに、上記複数の周波数シフト信号240の各々に応じた、信号品質測定値を計算するステップは、周波数シフト信号240に応じたSNR(信号雑音比)を計算することを含む。
SNRは、周波数シフト信号240内の復調用基準信号を使用して計算することができる。
好ましい実施形態によると、SNRは、データ支援最尤アルゴリズムを使用して計算される。
さらに、複数の周波数オフセットを判断するステップは:
1つまたは複数の最新の信号品質測定値に応じた、ステータスデータを受信すること;
最大の正の周波数オフセットに応じた第1の受信機、及び最大の負の周波数オフセットに対応した第2の受信機が必要ないことを確認すること;
第1の受信機及び第2の受信機を例示化しないこと
を含む。
1つまたは複数の最新の信号品質測定値に応じた、ステータスデータを受信すること;
最大の正の周波数オフセットに応じた第1の受信機、及び最大の負の周波数オフセットに対応した第2の受信機が必要ないことを確認すること;
第1の受信機及び第2の受信機を例示化しないこと
を含む。
代替として、複数の周波数オフセットを判断するステップは:
1つまたは複数の最新の信号品質測定値に応じた、ステータスデータを受信すること;
より大きい追加の正の周波数オフセット受信機、及びより大きい追加の負の周波数オフセット受信機が必要であることを確認すること;
より大きい追加の正の周波数オフセット受信機、及びより大きい追加の負の周波数オフセット受信機を例示化すること
を含む。
1つまたは複数の最新の信号品質測定値に応じた、ステータスデータを受信すること;
より大きい追加の正の周波数オフセット受信機、及びより大きい追加の負の周波数オフセット受信機が必要であることを確認すること;
より大きい追加の正の周波数オフセット受信機、及びより大きい追加の負の周波数オフセット受信機を例示化すること
を含む。
図5aは、決められた交通条件の推測的知識に基づいた、本開示による、必要とされる受信機220セットを例示化するため、及び例示化しないための、例示的プロセス500を示す。プロセス500のステップは、コーディネータ230の範囲内に分類され得る。プロセス500のステップは、非一時的メモリに記憶された機械可読命令において符号化され、ベースバンドプロセッサ110に関連付けられた1つまたは複数のプロセッサで実行され得る。説明目的で、高速列車125は車両交通よりも大幅に速く、高速列車125に乗っているUEは、自動車に乗っているか、または自動車に一体化したUEが受けるよりも大きい、最大(正及び負)のドップラシフトを受け得るもの、と仮定され得る。
ステップ505において、プロセッサは、高速交通(例えば高速列車125)が予期される時間を識別するために、1つまたは複数の搬送スケジュールを問い合わせる命令を、実行する。この情報は、高速交通の予期される速度を含み得る。
ステップ510において、プロセッサは、予期されるドップラ拡がりを計算し、高速交通を適応させる。予期される高速列車125の場合、これは、高速列車125の予想される速度、eNodeB105に関連付けられたセルの受信地域の(距離)範囲、及びeNodeB105から、高速列車125が接近する軌道の最も近いポイントまでの距離、を含み得る。これらの要因が与えられると、プロセッサは、必要なドップラ拡がりを計算する。
ステップ515において、プロセッサは、必要な受信機220の数、及び受信機220の各々に適用される周波数オフセット235を、計算する。図4bに対して上記で説明したように、オフセット周波数235における、より近い間隔は、より堅牢な性能をもたらすが、より多くの計算リソースを必要とし得る。ステップ515において、利用可能な計算リソース、及び予期された必要なドップラ拡がりが与えられると、より多い、またはより少ない受信機220が例示化され得る。さらに、車両交通135の規模に依拠して、所与のオフセット周波数235のセットにおいて動作する、現在動作している受信機220のセットは、すでに存在し得る。この場合、追加の受信機220は必要とされず、特に予想される必要なドップラ拡がりは、現在の受信機220のセットによってすでに対処されているドップラ拡がりよりも、大きくなくてよい。
ステップ520において、プロセッサは、必要な受信機220を例示化し、必要な周波数オフセット235を提供する命令を、実行する。ステップ505で判断された、スケジュールされた活動に依拠して、現在及び予想される必要なドップラ拡がりは、受信機220の現在の機能よりも小さい。この場合、プロセッサは、受信機を、周波数オフセット235範囲の上下端において例示化しなくてよい。図4bの例において、オフセットfc+2fn及びfc-2fnに対処する受信機220は、もはや必要とされ得ず、その場合これらの受信機220は例示化されない。
図5aの例示的プロセス500を、予想された交通条件が公知である状況に適用する。しかし、ベースバンドプロセッサ110が交通条件の変化に動的に応答して、高速交通における予想されない変化に対処するのを可能にするという、利点が存在し得る。
図5bは、ベースバンドプロセッサ110が交通条件の変化に動的に応答し、高速交通における予想されない変化に対処する、例示的なプロセス550を示す。プロセス550は、独立的なプロセスであってよく、プロセス500とは別で動作するか、またはプロセス500内のサブプロセスであってもよい。
ステップ555において、プロセッサは、大きいドップラシフトの傾向及びパターンを識別する命令を、実行する。これによって、セレクタ/コンバイナ245(またはコーディネータ230)は、UEの各々及び受信機220の各々に応じたSNR推定344を含む、受信機220の使用に関する情報を記憶し得る。これら受信機220は、それらそれぞれのUEのPUCCH及びPUSCHデータを、上位プロトコル層245に中継するために選択されたものである。そうすることによって、プロセッサが、(a)即効性作用のための短期間のドップラ拡がりパターンと、(b)高いドップラ拡がりが必要な時間を、「先を見越す」機能として先行して認識するための、長期間傾向情報と、を認識するのを可能にし得る。
以下で、前者の場合(a)を説明する。図4bを参照すると、SNR推定データ(したがって受信機選択)が、可能性曲線425a/bに応じた捕捉範囲CR2a/b内に、非常に小さい(または無い)ドップラ補償の例が存在しているのを表わす。これは、非常に少ない高速交通が存在する状況に相当し得る。この場合、プロセス550は、論理的条件560を介してステップ570に進み得る。そこにおいてプロセッサは、周波数オフセットfc+2fn及びfc-2fnに応じた受信機220を例示化しない命令を、実行する。
以下で、別の前者の場合(a)を説明する。図4bを再び参照すると、SNR推定データ(したがって受信機選択)は、最高の正の周波数オフセット(可能性曲線425a)から、ゼロオフセット(可能性曲線405)を通り、最高の負の周波数オフセット(可能性曲線425b)を通り、ドップラ補償において急速に通過する多くの例を表わし得る。それによって、ドップラオフセット(425a/b)の最端部における時間の継続は、対応した可能性曲線における、より小さいオフセット(例えば415a/b)よりも、それほど大きくない。これは、必要なドップラ補償の、より高い端部において、不十分な受信地域が存在すること、及び、より大きい周波数オフセットを伴う追加の受信機220が必要とされ得ること、換言すると、1対または複数対の受信機をドップラ補償の遠端部に加えること、を表わし得る。この場合、プロセス550は、論理的条件560を介してステップ560に進み得る。そこにおいてプロセッサは、より高い周波数オフセットfc+3fn及びfc-3fnに応じた追加の受信機220を例示化する命令を、実行する。
後者の場合(b)、プロセッサは、SNR推定、受信機220の数、及びタイムスタンプと共に選択した受信機220に関する、より長い期間の履歴データを記憶し得る。このシナリオにおいて、プロセッサは、1日ごと及び1週間ごとに生じる(例えば列車通過、交通渋滞など)パターンを識別する命令を、実行し得る。これは、追加またはより少ない受信機に対する、近い将来の要求を表わし得るパターンを識別することを、含み得る。この「先を見越す」アルゴリズム、及びそれらの実施は、公知であり、本開示の範囲内である。
Claims (17)
- 高移動性シナリオのための、ワイヤレス通信ベースステーション(105)であって、
搬送周波数に対する複数の周波数オフセットを判断するために構成された、コーディネータモジュール(230)と、
複数の受信機(220)であって、複数の前記受信機の各々は、複数の前記周波数オフセット内で別個の周波数オフセット(235)を受信するように構成され、入ってくる信号を前記搬送周波数において対応した周波数オフセット(235)によってシフトし、周波数シフト信号(240)を生成するように構成され、及び、周波数シフト信号(240)に対応した信号品質測定値を判断するように構成された、複数の受信機(220)と、
前記周波数シフト信号(240)、及び、信号品質測定値を、複数の前記受信機(220)の各々から受信するように構成され、最高品質の周波数シフト信号(247)を生成するように構成され、及び、前記最高品質の周波数シフト信号(247)を上位プロトコル層(250)に送るように構成された、セレクタ/コンバイナ(245)と、を備えることを特徴とする、ワイヤレス通信ベースステーション(105)。 - 前記セレクタ/コンバイナ(245)は、最高の信号品質測定値に応じた前記周波数シフト信号(240)を選択することによって、前記最高品質の周波数シフト信号(247)を生成するように構成されることを特徴とする、請求項1に記載のワイヤレス通信ベースステーション(105)。
- 前記セレクタ/コンバイナ(245)は、対応した高い信号品質測定値を有する、複数の前記周波数シフト信号(240)をソフトコンバインすることによって、前記最高品質の周波数シフト信号(247)を生成するように構成されることを特徴とする、請求項1に記載のワイヤレス通信ベースステーション(105)。
- 複数の前記受信機(220)の各々は、前記周波数シフト信号(240)に応じたSNR(信号雑音比)を計算することによって、前記信号品質測定値を判断するように構成されることを特徴とする、請求項1~3のうちいずれか一項に記載のワイヤレス通信ベースステーション(105)。
- 複数の前記受信機(220)の各々は、前記周波数シフト信号(240)内の復調用基準信号(DM-RS)を使用して、前記SNRを計算するように構成されることを特徴とする、請求項4に記載のワイヤレス通信ベースステーション(105)。
- 複数の前記受信機(220)の各々は、データ支援最尤アルゴリズムを使用して、前記SNRを計算するように構成されることを特徴とする、請求項5に記載のワイヤレス通信ベースステーション(105)。
- 複数の前記受信機(220)の各々は、LTEプロトコルスタックのPHY相処理の一部を実施するように構成されることを特徴とする、請求項1~6のうちいずれか一項に記載のワイヤレス通信ベースステーション(105)。
- 前記コーディネータモジュール(230)は、ステータスデータを前記セレクタ/コンバイナ(245)から受信するように構成され、最大の正の周波数オフセットに応じた第1の受信機(220)、及び最大の負の周波数オフセットに応じた第2の受信機(220)が必要ないことを判断するように構成され、及び、前記第1及び第2の受信機(220)を例示化しないように構成されることを特徴とする、請求項1~7のうちいずれか一項に記載のワイヤレス通信ベースステーション(105)。
- 前記コーディネータモジュール(230)は、ステータスデータを前記セレクタ/コンバイナ(245)から受信するように構成され、追加のより大きい正の周波数オフセット受信機、及び追加のより大きい負の周波数オフセット受信機が必要とされることを判断するように構成され、及び、前記追加のより大きい正の周波数オフセット受信機、及び前記追加のより大きい負の周波数オフセット受信機を例示化するように構成されることを特徴とする、請求項1~7のうちいずれか一項に記載のワイヤレス通信ベースステーション(105)。
- 高移動性シナリオのためのワイヤレス通信プロセス(詳細には、好ましい実施形態に従った、非一時的コンピュータ可読メモリが命令を伴い符号化され、1つまたは複数のプロセッサによって実行されたとき、1つまたは複数の前記プロセッサに前記プロセスを実行させること)であって、少なくとも、
複数の周波数オフセットを判断するステップと、
複数の前記周波数オフセットの各々を、複数の受信機(220)のうち1つに割り当てるステップと、
入ってくる信号を、複数の前記周波数オフセットの各々によって周波数シフトして、複数の周波数シフト信号(240)を作り出すステップと、
複数の前記周波数シフト信号(240)の各々に応じて、信号品質測定値を計算するステップと、
複数の前記周波数シフト信号(240)、及び対応した複数の前記品質測定値に基づき、出力信号を生成するステップと、を含むことを特徴とする、プロセス。 - 出力信号を生成する前記ステップは、最高品質の周波数シフト信号(247)を、複数の前記周波数シフト信号(240)から選択することを含むことを特徴とする、請求項10に記載のプロセス。
- 出力信号を生成する前記ステップは、高い信号品質測定値を有する、複数の前記周波数シフト信号(240)のサブセットをソフトコンバインすることを含むことを特徴とする、請求項10に記載のプロセス。
- 複数の前記周波数シフト信号(240)の各々に応じた、前記信号品質測定値を計算する前記ステップは、前記周波数シフト信号(240)に応じたSNR(信号雑音比)を計算することを含むことを特徴とする、請求項10に記載のプロセス。
- 複数の前記周波数シフト信号(240)の各々に応じた、前記信号品質測定値を計算する前記ステップは、周波数シフト信号(240)内の復調用基準信号を使用して、前記SNRを計算することを含むことを特徴とする、請求項10に記載のプロセス。
- 複数の前記周波数シフト信号(240)の各々に応じた、前記信号品質測定値を計算する前記ステップは、データ支援最尤アルゴリズムを使用して前記SNRを計算することを含むことを特徴とする、請求項14に記載のプロセス。
- 複数の周波数オフセットを判断する前記ステップは、
1つまたは複数の最新の信号品質測定値に応じた、ステータスデータを受信することと、
最大の正の周波数オフセットに応じた第1の受信機、及び最大の負の周波数オフセットに応じた第2の受信機が必要ないことを識別することと、
前記第1の受信機及び第2の受信機を例示化しないことと、を含むことを特徴とする、請求項10に記載のプロセス。 - 複数の周波数オフセットを判断する前記ステップは、
1つまたは複数の最新の信号品質測定値に応じた、ステータスデータを受信することと、
追加のより大きい正の周波数オフセット受信機、及び追加のより大きい負の周波数オフセット受信機が必要であることを識別することと、
前記追加のより大きい正の周波数オフセット受信機、及び前記追加のより大きい負の周波数オフセット受信機を例示化することと、を含むことを特徴とする、請求項10に記載のプロセス。
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