JP3445186B2

JP3445186B2 - Ｃｄｍａ受信機

Info

Publication number: JP3445186B2
Application number: JP19472699A
Authority: JP
Inventors: 路意藤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2003-09-08
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: US6735241B1; JP2001024622A

Description

【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は，ＣＤＭＡ（Code D
ivision Multiple Access;符号分割多重アクセス）方式
の通信システムにおける受信機に関する。【０００２】【従来の技術】ＣＤＭＡ方式のデジタル自動車電話・携
帯電話システムとして、北米標準方式(ＴＩＡＩＳ９
５)が知られている。ＴＩＡが発行する標準仕様書ＴＩ
Ａ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５−Ａの第６章には移動局に要求
される動作が記述されており、第７章には基地局に要求
される動作が記述されている。【０００３】この通信方式の概要を簡単に述べると以下
のようになる。【０００４】すなわち、基本チップレートが約１，２３
Ｍｃｐｓであり、現行の収容ユーザーレートとしては、
１４．４ｋｂｐｓ系列および９．６ｋｂｐｓ系列の２つ
がある。下り回線には全移動ユーザーが共通に使用でき
る（無線回線の推定，同期検波，周辺基地局レベル測定
等に使用できる）パイロットチャネルがあり、基地局間
の同期を前提として、パイロット同期によりシームレス
なハンドオーバー（ソフトハンドオーバー）を実現す
る。信号受信方式としてレイク受信方式を採用し、マル
チパス下で受信された各パスに対応した信号を最大比合
成を行なって受信信号を得る。拡散符号で拡散された信
号のタイミングの捕捉は、初期同期捕捉と同期追従（ト
ラッキング）の２段階の処理に分けられる。【０００５】このようなＩＳ−９５規格に従った通信を
行なうＣＤＭＡ受信機の従来例のブロック図を図７に示
す。【０００６】この受信機は、図示されるとおり、アンテ
ナ５０と、無線信号処理部（ＲＦ部）５１と、Ａ／Ｄ変
換器５２，５３と、逆拡散部５４と、シンボル積分部５
５と、フィルタリングにより干渉信号を除去してパイロ
ットシンボルを得るためのパイロットフィルタ部５６
と、タイムトラッキング部５７（エネルギー計算部５８
と平均化フィルタ５９とを具備する）と、サーチ部６０
と、を有する。【０００７】この受信機の動作の概要は以下のとおりで
ある。アンテナ５０で受信され、ＲＦ信号処理を経たＩ
信号（同相成分），Ｑ信号（直交成分）はそれぞれ、Ａ
／Ｄ変換器５２，５３でデジタル信号に変換される。【０００８】逆拡散部５４では、Ｉ，Ｑそれぞれの信号
とＰＮ符号（拡散符号）との複素演算を行なう。シンボ
ル積分部５５では、１シンボル期間（６４チップ分）に
おける積分を行なって相関を判定し、続いて、パイロッ
トフィルタ部（バンドパスフィルタ部）５６で、周波数
オフセット以上の周波数帯域ノイズを除去してパイロッ
ト信号を抽出する。【０００９】パイロットフィルタの時定数（ウインドウ
幅）は固定である。データ復調部６１では、パイロット
信号を用いて同期検波を行ない（パイロット同期検波処
理）、データを復調する。【００１０】タイムトラッキング部５７におけるエネル
ギー計算部５８では、受信パイロット信号のエネルギー
に比例した信号を生成し、平均化フィルタ５９により平
均化する。連続する２つのシンボル期間においてパイロ
ット信号のエネルギーに差が生じると、平均化フィルタ
５９の出力レベルが変動する。【００１１】サーチ部６０では、この平均化フィルタ５
９の出力（平均化出力）値を定数（所定の基準値）と比
較し、その差に応じて、受信タイミングのずらし量（±
１／８チップ単位）を決定し、そのずらし量（以下、
「スリュー量」という）を示すデータを逆拡散部５４内
の直交変換処理回路（不図示）に与える。【００１２】このように、タイムトラッキング部５７と
サーチ部６０による受信タイミングの制御により、例え
ば、ソフトハンドオーバーを行なう場合（通信基地局の
切り替えを行なう場合）でも、一度確立された同期を見
失ってしまうような事態が発生しないようにしている。【００１３】【発明が解決しようとする課題】ＣＤＭＡ通信では、音
声情報だけでなく文字情報や画像情報の通信も可能とす
るべくビットレートを６４Ｋｂｐｓにまで高めることが
計画されている。このような高速信号処理が求められる
状況下では、上述した従来の受信機における同期追従方
式の能力では、必ずしも十分とはいえない。【００１４】すなわち、図７の受信機では、同期追従制
御が働いてスリュー量の調整がなされるのは、逆拡散，
シンボル積分，パイロットフィルタリング，タイムトラ
ッキングの各処理を経た後であり、タイムラグがある。
このタイムラグは、本発明の発明者の考察によると、２
シンボルに相当する時間であることがわかった。つま
り、Ｉ，Ｑ信号の受信から２シンボル期間遅れてトラッ
キング制御が始まることになる。【００１５】したがって、トラッキング制御が開始され
る前に受信信号の位相が急激にずれると、先に確立した
同期が失われるという最悪の事態が発生することも想定
され、この場合には初期同期の獲得を再度行なう必要が
生じる。【００１６】例えば、自動車等の移動体が、高低差のあ
る坂道を非常に高速に移動している状況下でソフトハン
ドオーバーを実行するような場合、基地局切り替えに伴
って受信信号の位相が急激にずれ、トラッキング制御が
働かないうちに同期を失ってしまう場合も想定される。【００１７】上述のタイムラグを短くするため、逆拡散
から平均化フィルタリングまでの処理をＤＳＰ（デジタ
ルシグナルプロセッサ）を用いて行なうことも考えられ
るが、この場合には、ループを回す処理を行なうために
消費電力が増大する。また、レイク受信処理用のプログ
ラムが増えた分、ＤＳＰにおける他の処理の能力に影響
がでることも考えられる。【００１８】本発明はこのような考察に基づいてなされ
たものであり、ソフトウエアの負担を増すことなく、ま
た、消費電力を増大させることなく、受信機の同期追従
制御の信頼性を向上させることを目的とする。【００１９】【課題を解決するための手段】本発明では、パイロット
フィルタを、タイムトラッキングを行なう経路（同期追
従処理を行なうループ）から独立させ、パイロットシン
ボルのフィルタリング処理とタイムトラッキング処理と
を並行して行なうことができるようにした。【００２０】この構成によれば、パイロット信号のフィ
ルタ処理がない分、スリュー量（受信タイミングのずら
し量）を決定するまでの処理が高速化され、すみやかな
同期追従制御を行なえる。また、ソフトの負担の増大や
消費電力の増大といった問題も生じない。【００２１】【発明の実施の形態】本発明のＣＤＭＡ受信機の第１の
態様では、所定の時定数を用いて受信パイロット信号か
ら干渉波を除去するパイロットフィルタと、前記パイロ
ットフィルタによる干渉波除去と並行して受信パイロッ
ト信号の平均エネルギーを算出する算出手段と、算出さ
れた平均エネルギーと受信タイミングのスリュー量とを
対応づけて記憶するテーブルを保持し、当該テーブルか
ら前記平均エネルギーに対応するスリュー量を読み出し
て同期追従制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手
段は、基地局装置から送信される同期確立用情報から前
記受信パイロット信号の初期位相を取得し、取得された
初期位相を利用して前記テーブルを更新する。【００２２】【００２３】【００２４】ＩＳ−９５規格のＣＤＭＡ通信では、下り
回線チャネルはパイロットチャネル，トラフィックチャ
ネルの他、シンクチャネルやハンドオーバー補助チャネ
ル等を含んでおり、移動体側では、基地局から送られて
くる同期確立用情報（同期確立に役立つ情報）を常時、
受信している。したがって、ソフトハンドオーバーを行
なう際には、通信を切り替えるべき基地局のパイロット
チャネルの位相情報は既知なのであり、この情報を活用
すれば、従来のように、何も予備知識のない状態からル
ープを回してトラッキング制御を行なう場合に比べ、よ
り早い追従位相の収束（ハンドオーバー時の基地局との
間の同期獲得）を実現できる。したがって、第１の態様
の効果とあいまって、トラッキング性能がさらに向上す
る。【００２５】【００２６】【００２７】【００２８】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照して、具体的に説明する。【００２９】図１は、本発明の実施の形態にかかるＣＤ
ＭＡ受信機の全体構成を示すブロック図である。【００３０】図示されるように、このＣＤＭＡ受信機
は、アンテナ１と、無線処理部２と、Ａ／Ｄ変換器３
ａ，３ｂと、逆拡散部４（直交変換部５，複素演算部
６，シンボル積分部７を具備する）と、パイロットフィ
ルタ部１０（バンドパスフィルタ１１，１２を具備す
る）と、復調部１３と、タイムトラッキング部１６（エ
ネルギー計算部８と平均化フィルタ９とを具備する）
と、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１４と、サーチ部１
５（Ｉ信号用テーブルＴＡ１ならびにＱ信号用テーブル
ＴＡ２を具備する）と、を有している。【００３１】このＣＤＭＡ受信機の特徴の一つは、パイ
ロットフィルタ部１０を、逆拡散部４，タイムトラッキ
ング部１６およびサーチ部１５を含んで構成される同期
追従処理のためのループから独立させ、パイロット信号
のフィルタリング処理と、同期追従処理（タイムトラッ
キング処理）とを並行して行なえるようにしたことであ
る。これにより、ソフトハンドオーバー時に、同期追従
制御が開始されるまでの時間が、例えば、１シンボル期
間以内に短縮される。【００３２】また、他の特徴は、ソフトハンドオーバー
時において、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１４が、基
地局から送られてくる同期確立用情報を用いて、基地局
単位でスリュー量を示すデータをサーチ部１５のテーブ
ルＴＡ１，ＴＡ２に設定するようにしたことである。そ
して、タイムトラッキング部１６の平均化フィルタ９の
出力をアドレス変数としてテーブルＴＡ１，ＴＡ２をア
クセスし、適切なスリュー量データを出力させる（ルッ
クアップテーブル方式）。これによって、新たに通信を
する基地局からのパイロット信号を、効率的かつ迅速に
捕捉することができ、同期を見失うことが防止される。【００３３】また、他の特徴は、自動周波数制御回路
（ＡＦＣ回路）からの情報を用いてパイロットフィルタ
の時定数（通過域の幅）をダイナミックに変更すること
である。これにより、ノイズ成分を効果的に低減してパ
イロット信号を精度よく検出することができ、受信信号
から復調信号を得る際の、受信品質(ソフトハンドオー
バー時の受信品質)の劣化を防止することができる。【００３４】以下、図１のＣＤＭＡ受信機の各部の基本
的な機能（動作）を説明する。【００３５】逆拡散部４の直交変換部５には、Ａ／Ｄ変
換されたＩ信号，Ｑ信号が入力される。この直交変換の
タイミングは、サーチ部１５から送られてくる±１／８
チップ単位の分解能をもつスリュー量データに応じて微
調整される。【００３６】複素演算部６では、パイロット信号が検出
されると所定の複素演算を行い、データの場合にはＰＮ
信号（拡散符号）との乗算処理（逆拡散）を行なう。積
分部７は、１シンボル分（６４チップ）の積分を行な
う。なお、複素演算部６の和演算処理回路とシンボル積
分部７の和演算処理回路を共有する構成をとる（つま
り、演算用のハードウエア資源の共用化を図る）ことに
よって、ＩＣのチップ面積を低減することが可能であ
る。【００３７】次に、タイムトラッキング部１６の基本的
な機能（動作）を説明する。【００３８】エネルギー計算部８では、１チップ単位で
（Ｉ²＋Ｑ²）の演算を行なって１チップ単位のエネルギ
ーを計算し、第ｎ番目のチップのエネルギーと、第（ｎ
＋１）番目のチップのエネルギーとの差をとって出力す
る。平均化フィルタ９では、６４チップの平均エネルギ
ーを算出する。平均エネルギーは、６４チップ分のデー
タの累積加算を行なった後、平均値を割り出すことによ
り算出される。ここで、注目すべき点は、このようなタ
イムトラッキング動作を、パイロット信号のフィルタリ
ング処理と並行して行なえることである。これにより、
ソフトハンドオーバーを行なう際、より早く同期追従制
御を開始することができる。よって、大容量の通信を行
なっている最中に基地局を切り替えた場合でも同期を見
失しなってしまうような事態が生じない。【００３９】次に、サーチ部１５の機能（動作）を説明
する。【００４０】このサーチ部１５は、スリュー量データを
出力するために、テーブルＴＡ１（Ｉ信号用），テーブ
ルＴＡ２（Ｑ信号用）を使用する。ここで注目するべき
は、各テーブルの内容（つまり、入力と出力の対応関
係）が固定されているのではなく、適宜に更新されるこ
とであり、さらに、その更新が、基地局から送信されて
くる同期確立用情報（制御情報）に基づいて、ＣＰＵ
（マイクロプロセッサ）により行われる点である。【００４１】図５は、ＩＳ−９５規格によるＣＤＭＡの
フォワードチャネル（下り回線）の構成を示す図であ
る。図示されるように、フォワードチャネルは、パイロ
ットチャネル（Ｗ０），シンクチャネル（Ｗ３２），ペ
ージングチャネル（Ｗ１〜Ｗ７），トラヒックチャネル
（Ｗ８〜Ｗ３１，Ｗ３３〜Ｗ６２），ハンドオフ補助チ
ャネル６３を有している。【００４２】シンクチャネル（Ｗ３２）には同期チャネ
ルメッセージが含まれており、移動体は、基地局から送
られてくる同期チャネルメッセージを復調し、復調した
データに所定の処理を施して、その基地局についてのパ
イロットチャネルの位相オフセットやシステムタイミン
グ等を含むシステム構成情報（同期確立に役立つ情報
（同期確立用情報）の一つである）を得ることができる
ようになっている。すなわち、ソフトハンドオーバー時
には、移動体は、通信を切り換えようとする基地局のパ
イロット信号の初期位相が、絶対基準からどれだけずれ
ているか（つまりそのオフセット量）を知り得るのであ
り、これを利用して、効率的に同期追従制御を行なうも
のである。【００４３】この点につき、より具体的に説明する。図
６はソフトハンドオーバーを行なう際の移動体４４と、
基地局４２および４３との位置関係を模式的に示してお
り、移動体４４は、基地局４２から基地局４３に通信を
切り替えようとしている。なお、図６において、参照符
号４０，４１は基地局４２，４３それぞれのカバーエリ
アを示している。【００４４】ここで、基地局４２と通信しているとき、
図１のサーチ部１５が内蔵するテーブルＴＡ１，ＴＡ２
においては、例えば、平均化フィルタ９の出力レベルの
絶対値がしきい値「Ｌ１」以下では、スリュー量として
「±１／８」を出力し、「Ｌ１」を超えると「±３／
８」を出力するような入出力の対応付けがなされている
ものとする。【００４５】そして、図６の移動体４４が、ソフトハン
ドオーバーにより通信先を基地局４３に切り換える際、
図１のＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１４は、すでに取
得している基地局４３についての同期確立用情報を用い
てテーブルＴＡ１，ＴＡ２のデータを書き換える。これ
により、テーブルの入力と出力の対応関係が、基地局４
３の送信信号と同期をとるのに適したものに更新される
ことになる。【００４６】この更新の結果、例えば、テーブルＴＡ
１，ＴＡ２においては、平均化フィルタ９の出力レベル
の絶対値がしきい値「Ｌ１」以下では、スリュー量とし
て「±３／８」を出力し、「Ｌ１」を超えると「±５／
８」を出力するような入出力の対応付けに変更される。
これにより、基地局が切り替えられても、すみやかに、
効率よく同期追従制御がなされ、同期を見失ってしまう
ような事態が生じない。【００４７】次に、図１のパイロットフィルタ部１０の
機能（動作）について説明する。【００４８】パイロットフィルタ部１０は、Ｉ信号用の
フィルタ１１とＱ信号用のフィルタ１２を有しており、
各フィルタは、パイロット信号から干渉波を除去する働
きをする。パイロット信号は、受信機側の局部発振器の
キャリア周波数オフセットやフェージングによる周波数
シフト等によって変動している。【００４９】図１の受信機では、ソフトハンドオーバー
時に自動周波数制御回路（ＡＦＣ回路）の特性が切り替
えられるのに着目し、この切り替えに対応させてパイロ
ットフィルタ（バンドパスフィルタ）１１，１２の時定
数（通過域の幅）をダイナミックに変更するものであ
る。これにより、基地局切り替えを行なう際でも、ノイ
ズ成分（干渉成分）を効果的に低減でき、これによりＳ
ＮＲ比が向上する。つまり、パイロット信号を精度よく
検出することができ、ソフトハンドオーバー時の受信品
質の劣化が防止される。【００５０】ここで、ＡＦＣ回路は、キャリア周波数オ
フセットを指定した周波数範囲まで引込むことを目的と
して受信機のフロントエンドに設けられる一般的な回路
である。ソフトハンドオーバー時には、このＡＦＣ回路
の可変パラメータ（例えば、周波数の初期値）が変更さ
れるので、このＡＦＣ回路の情報をパイロットフィルタ
（バンドパスフィルタ）１１，１２に入力して、そのカ
ットオフ周波数をダイナミックに変更するものである。
パイロットフィルタ（バンドパスフィルタ）１１，１２
から得られるパイロット信号を基準として、復調部１３
において同期検波が行われる。【００５１】以上が、図１のＣＤＭＡ受信機の主要部の
機能（動作）である。【００５２】次に、各部における、具体的な回路構成例
を図２，図３および図４を用いて簡単に説明する。【００５３】図２は、図１の逆拡散部４の回路構成例を
示している。【００５４】図示されるように、受信Ｉ，Ｑ信号はラッ
チ回路２０に一旦、ラッチされた後に複素演算部６に入
力されるようになっている。このラッチタイミングは、
同期クロック発生器２７の出力クロックにより制御され
る。同期クロック発生器２７は、基準クロックＣＬＫ１
（９．８ＭＨｚ）と、サーチ部１５から送られてくるス
リュー量データ（±１／８単位）とに基づき、同期クロ
ックを作成する。【００５５】複素演算部６は、排他的論理和回路２１，
２２と、加算回路２３，２４とで構成される。複素演算
部６の出力は、Ｉ，Ｑ信号の選択回路２５を介して積分
部７に入力される。積分部７は、ＩＩＲ型のデジタルフ
ィルタ２９と、記憶回路２６を含んで構成される。な
お、Ｉ，Ｑ信号の選択回路２５や記憶回路２６の動作タ
イミングは、制御カウンタ２８により制御される。【００５６】図３は、タイムトラッキング部１６の回路
構成例を示している。【００５７】図示されるように、エネルギー計算部８
は、Ｉ²＋Ｑ²の計算を行なう、乗算器３０，３１および
加算器３２と、レジスタ（遅延器）３３と、第ｎ番目の
チップと第（ｎ＋１）番目のチップとの差をとる減算回
路３４とを具備する。また、平均化フィルタ９は、６４
チップ分のデータを累積加算して平均化する構成とし
て、乗算器３５，３７と、加算器３６と、フィルタの時
定数を決定する係数を出力する回路３８と、を具備す
る。先に説明したように、テーブルＴＡ１，ＴＡ２のデ
ータは、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１４により更新
可能となっている。また、このテーブルＴＡ１，ＴＡ２
には、６４チップ制御回路３９から、６４チップ毎にタ
イミング信号が与えられる。【００５８】図４は、パイロットフィルタ部１０におけ
る回路構成例を示している。【００５９】図示されるように、パイロットフィルタ
（バンドパスフィルタ）１１，１２は、乗算器７１，７
２と、加算器７３と、遅延器７４と、を含んで構成され
るＩＩＲフィルタである。このＩＩＲフィルタの時定数
（つまり乗算係数）は、ＡＦＣ回路７０からの情報(初
期値等)により更新されるようになっている。【００６０】このように、本発明では、ハードウエア構
成を工夫することにより、１シンボル当りの受信処理能
力が向上し、受信データレートが６４ｋｂｐｓ（８ｋ×
８ｃｈ）に増加しても、ソフトハンドオーバー時におけ
る受信の信頼性を十分に確保でき、かつ、受信品質の劣
化防止できる。また、ソフトウエアの負担が増大するこ
ともなく、消費電力の大幅な増大といった問題も生じな
い。【００６１】【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ソ
フトハンドオーバーの際にトラッキング制御をより早く
実行でき、これにより先に確立した同期を見失ってしま
うような事態が発生するのを防止できる。また、基地局
から送られてくる情報を活用することにより、ソフトハ
ンドオーバー時のトラッキング制御を効率をよく行なう
ことができる。また、ソフトハンドオーバーの際、自動
周波数制御（ＡＦＣ）回路の情報を利用してパイロット
フィルタの時定数をダイナミックに変更することによ
り、パイロット信号受信のＳＮＲ比を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】【図１】本発明の実施の形態にかかるＣＤＭＡ受信機の
全体構成を示すブロック図【図２】実施の形態にかかるＣＤＭＡ受信機における、
逆拡散部（複素演算部および積分部）の構成を示す回路
図【図３】実施の形態にかかるＣＤＭＡ受信機の、トラッ
キング制御処理を行なう部分の構成を示す回路図【図４】実施の形態にかかるＣＤＭＡ受信機の、パイロ
ットフィルタ処理を行なう部分の構成を示す回路図【図５】ＩＳ−９５規格によるＣＤＭＡ下り回線のチャ
ネル構成を示す図【図６】ＣＤＭＡ通信システムにおけるソフトハンドオ
ーバーを説明するための図【図７】従来のＣＤＭＡ受信機の構成例を示すブロック
図【符号の説明】１アンテナ２無線処理部３ａ，３ｂＡ／Ｄ変換器４逆拡散部５直交変換部６複素演算部７シンボル積分部８エネルギー計算部９平均化フィルタ１０パイロットフィルタ部１１，１２バンドパスフィルタ１３復調部１４ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１５サーチ部

Claims

(57)【特許請求の範囲】【請求項１】所定の時定数を用いて受信パイロット信
号から干渉波を除去するパイロットフィルタと、前記パイロットフィルタによる干渉波除去と並行して受
信パイロット信号の平均エネルギーを算出する算出手段
と、算出された平均エネルギーと受信タイミングのスリュー
量とを対応づけて記憶するテーブルを保持し、当該テー
ブルから前記平均エネルギーに対応するスリュー量を読
み出して同期追従制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、基地局装置から送信される同期確立用情報から前記受信
パイロット信号の初期位相を取得し、取得された初期位
相を利用して前記テーブルを更新することを特徴とする
ＣＤＭＡ受信機。