JP3693083B2

JP3693083B2 - 受信装置、受信方法

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Publication number: JP3693083B2
Application number: JP17702097A
Authority: JP
Inventors: 勝也山本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: EP0889600A2; JPH1127180A; US6507571B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は間欠的な受信動作を行う受信装置および受信方法に関し、例えば符号分割多重方式により通信を行う移動通信システムで用いられる受信装置および受信方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１つの基地局を多数の移動局が共有して通信を行う場合、各移動局の通信回線間の干渉を回避するために、周波数分割方式、時分割多重方式、符号分割多重方式などの方式が用いられている。各方式には、それぞれ利点および欠点があり、通信システムの目的に応じて選択される。
【０００３】
例えば、符号分割多重（以下、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access) と呼ぶ）方式は、各回線毎に割り当てた特定の符号（以下、ＰＮ（Pseudo random Noise sequence）符号と呼ぶ）を用いて、同一搬送周波数の変調波を元の周波数帯域より広い帯域に拡散（以下、これをスペクトラム拡散と呼ぶ）すると共に、スペクトラム拡散処理を施した各変調波を多重化して送信する。また、受信したスペクトラム拡散信号と復調対象の回線を介して与えられる送信側と同一のＰＮ符号との同期をとることにより、所望の回線のみを識別する。
【０００４】
スペクトラム拡散方式では、受信時に信号を逆拡散するためには、そのパターンのみならず、その位相についても、送信側と同一のＰＮ符号が必要である。従って、ＰＮ符号のパターンや位相を変えることにより、多次元接続が可能となる。このように拡散信号の符号系列のパターンや位相を異ならせることにより、多次元接続を可能にしたものが、ＣＤＭＡ方式と呼ばれている。
【０００５】
ＣＤＭＡ方式では、送信側は、まず各回線に異なるＰＮ信号を割り当てる。ここでＰＮ符号は、擬似的な乱数系列符号でなる。送信側はこれらの各回線を介して送信する各変調波に異なる各ＰＮ符号をそれぞれ掛け合わせてスペクトラム拡散させる。因みに、各変調波はスペクトラム拡散処理される以前に所定の変調処理を施されている。
こうしてスペクトラム拡散された各変調波は、多重化されて送信される。
一方、受信側では送信側から伝送されてきた受信信号に、復調対象となる回線で割り当てられたものと同一のＰＮ信号を同期させながら掛け合わせる。こうして目的の回線を介して伝送された変調波のみを復調する。
【０００６】
このようにＣＤＭＡ方式では、送信側と受信側とで互いに同一の符号を設定しておきさえすれば、直接、呼毎に通信することができる。
そしてこのＣＤＭＡ方式は各回線毎にそれぞれ異なるＰＮ符号を用いて変調波をスペクトラム拡散処理するため、受信側では復調対象の回線を介して伝送されたスペクトラム拡散信号しか復調し得ず、さらにＰＮ符号が擬似的な乱数系列でなるために秘匿性にすぐれていると言える。
【０００７】
また、ＣＤＭＡ方式を用いた移動通信システムにおいて、送信側の基地局は移動局側の同期獲得、維持、クロック再生のためにＰＮ符号を繰り返し送信する（以下、これをパイロット信号と呼ぶ）。
受信側の移動局は、複数の基地局が送信する各パイロット信号を検出して、検出されたタイミングをそれぞれ復調器に割り当てる。なお移動局では復調器内でＰＮ符号を生成している。
復調器はこのＰＮ符号を、割り当てられたタイミングで、目的の基地局から伝送されてくるスペクトラム拡散信号に掛け合せることにより復調する。
【０００８】
すなわちＣＤＭＡ方式をを用いた移動通信システムにおいては、各基地局はそれぞれ異なるタイミングのＰＮ符号をパイロット信号として送出しており、移動局側では目的の基地局から供給されるパイロット信号のタイミングを検出し、復調器内で生成したＰＮ符号をこのタイミングに同期させることにより、目的の基地局から送信されたスペクトラム拡散信号のみを正しく復調することができる。なお、ここで各基地局がそれぞれ異なるタイミングのＰＮ符号を送信していることは述べたが、ＰＮ符号自体は同一の符号パターンである。そして、各基地局毎に異なるパイロット信号のタイミング差が、そのままＰＮ符号の差に相当している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した移動局は、待ち受け状態において消費電力を節約するため間欠受信を行うことができる。ＣＤＭＡ方式を用いた移動通信システムにおける間欠受信方式では、受信区間の開始に先立ってパイロット信号を獲得して基地局との同期を再確立し、検出されたタイミングを復調器に割り当てて受信する。受信区間が終了すると、移動局は受信停止処理を行うので基地局との同期は失われることになる。
移動局における間欠受信は、この動作を繰り返すことで実現される。そして間欠受信の周期が長くなる（つまり非受信区間が長くなる）ほど、消費電力の節約効果は高まる。
【００１０】
ところがＣＤＭＡ方式の移動局において、間欠受信の周期が大きく（非受信区間が長く）なると、移動局内部の発振器の誤差の蓄積によって間欠受信開始におけるパイロット信号の同期確立（タイミング検出）に失敗する場合が発生しやすくなるという問題がある。つまり良好な間欠受信動作ができなくなる。
【００１１】
間欠受信周期が長くても同期確率を確実に行うには、高い精度の発振器を使用することにより可能となるが、発振器の価格が高価になり受信装置としてのコストアップは避けられない。
そしてこれを嫌って高精度発振器を採用しない場合は、その移動局は大きな周期の間欠受信を行うことが困難であり、低消費電力を実現することが困難なものとなった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を考慮してなされたもので、移動局において簡易な構成でかつ低精度の発振器を使用しても大きな周期の間欠受信を可能とし、低消費電力を実現する受信装置、受信方法を提供することを目的とする。
【００１３】
このため、スペクトラム拡散信号のタイミングを検出するタイミング検出手段と、間欠的な受信動作をタイミング検出手段で検出されるタイミングに基づいて実行する間欠受信手段と、間欠受信手段に設定されている間欠周期の値に応じてタイミング検出手段におけるスペクトラム拡散信号のタイミング検出精度（検出能力）を設定する制御手段とを備えるようにする。
【００１４】
つまり間欠受信の周期が長くなれば発振器の誤差がより蓄積されて同期確立に不利になるという事情があるため、その間欠周期に応じて、同期確立のためのタイミング検出動作の精度（例えば検出幅としての検出能力）を設定させることで、移動局の発振器精度の誤差を補うことができ、例えば長い間欠周期で低消費電力を実現する間欠受信動作などを可能にする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について、IS-95 方式として米国などにおいて標準化されたＣＤＭＡ通信システムにおける間欠受信方式を例として、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の間欠受信方法を採用した実施の形態となる移動局受信装置を示している。
この移動局受信装置はアンテナ１１で受信した受信信号Ｓ１を、アンテナ共用器１２、高周波増幅器１３、直交検波回路１４での各処理に順次供することでベースバンド信号Ｓ２に変換し、得られたベースバンド信号Ｓ２をＡ／Ｄ変換して（図示せず）複数の復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃとタイミング検出器１７とに供給する。
【００１７】
タイミング検出器１７は、基地局が送信するパイロット信号をベースバンド信号Ｓ２から検出する。検出処理のために、タイミング検出器１７は内部のＰＮ生成部２０ｄでＰＮ符号を生成する。
またタイミング検出器１７はこうして検出されたパイロット信号に基づくタイミングを復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃに制御部２０を介して割り当てる。
復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃはそれぞれ割り当てられたタイミングでベースバンド信号Ｓ２を復調し、各々得られた復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を合成器１９に送出する。
具体的には、各復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃでは、それぞれ内部のＰＮ生成部２０ａ、２０ｂ、２０ｃでＰＮ符号を生成しており、このＰＮ符号を上述したタイミングでベースバンド信号Ｓ２に掛け合わせることにより復調を行う。
【００１８】
各基地局ではＰＮ符号のタイミングをそれぞれ基地局毎の固有のタイミングで送信している。したがって、パイロット信号に示されるタイミングにＰＮ符号を同期させ、この同期したＰＮ符号を用いてベースバンド信号Ｓ２を復調することにより、復調対象の基地局から送信された信号のみを選択的に復調することができる。なお、このようにパイロット信号に示されるタイミングに復調器内で生成したＰＮ符号のタイミングを同期させることをロックと呼ぶ。
【００１９】
ここで復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、供給されるベースバンド信号Ｓ２をそれぞれ異なるＰＮ符号を用いて復調している。すなわち、基地局から送信される信号は一定の伝播経路長でなる伝送路のみを介して受信されるものばかりではなく、建物等の障害物に反射するなどしてそれぞれ異なる経路長の伝送路を介して受信機に受信されるものもある。このような複数の伝送路を介して受信される複数の反射波を、マルチパスと呼ぶ。
実際上、マルチパスが一般的に存在するため、受信機は複数の復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃを設けてパスの数または受信可能な基地局の数に応じて動作させている。
【００２０】
この図１の場合、３つの経路の伝送路を介して（すなわちタイミングのみが異なった状態で）受信される受信信号Ｓ１をそれぞれ復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃで復調させるようになされている。
合成器１９はこのようなマルチパスから得られた復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を入力して合成する。この際、復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５がそれぞれ異なるタイミングで復調されているため、合成器１９は、復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５のタイミングを同期させた上で合成する。
合成器１９は、このように復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を合成することにより、対雑音及び対妨害比の大きな受信データＳ６を生成することができ、こうして得られた受信データＳ６を後段の回路系に出力している。
【００２１】
またこの移動局は送信系の回路も有しており、送信データＳ７を変調部１８に供給してスペクトラム拡散処理及びオフセットＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying：４相位相変調) 処理を施す。移動局はこうして変調部１８で生成した変調信号Ｓ８を高周波増幅器１５で増幅させて、アンテナ共用器１２及びアンテナ１１を順次介して放射送信する。
【００２２】
例えばこのような移動局受信装置での間欠受信動作を図２に模式的に示す。
移動局受信装置は、電源オンで基地局との初期同期を確立すればシステムタイムを得ることができる。
ここでシステムタイムは、ＣＤＭＡシステムで使用される時刻情報であって、移動局と基地局の双方で維持更新され続ける。
【００２３】
移動局の間欠受信の受信開始および終了タイミングは、このシステムタイムを基準にして行われる。すなわち、移動局における受信は８０ｍｓｅｃ長単位の区間のスロット（Paging Channel Slot ）に分割され、移動局は割り当てられたスロットのみを受信する。また、間欠受信の周期Ｔは１．２８秒単位で次式に規定されている周期となる。
Ｔ＝1.28×２ⁱ （ｉ＝０，１，・・・７）
【００２４】
したがって、最短間欠周期は１．２８秒（＝１６スロット）であり最長間欠周期は１６３．８４秒（＝２０４８スロット）である。
図２は間欠周期が最短周期１．２８秒とされスロット番号６が割り当てられた場合の例であって、次回の受信スロットは番号２２（つまり６＋１６）になる。移動局における間欠周期の判定および割り当てスロット番号の決定は、基地局から送信された制御メッセージを受信し、そのメッセージ解析を行う必要がある。これら間欠周期判定手段は、例えば移動局における復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、および受信制御ソフトウェア（つまり制御部２０の機能）によって実現される。
【００２５】
図２下段に示すようなスロット番号６での間欠受信動作において、移動局が割り当てられた受信スロット区間を正しく受信するためには、その受信スロットの前にＣＤＭＡシステムとの同期を再度獲得しておく必要がある。これが図２下段に斜線部分として示す再獲得処理である。これはタイミング検出器１７及び制御部２０による処理となる。
【００２６】
このＣＤＭＡシステム再獲得手順は、例えば以下の手順で行うことができる。
▲１▼．前回受信していたパイロット信号のタイミング検出（部分サーチ処理）を行う。
▲２▼．検出したパイロット信号タイミングを使用して復調器に割り当てる。
【００２７】
ここで▲１▼の部分サーチ処理について、図３を用いて説明する。
従来技術での説明において述べた通り、ＣＤＭＡ方式では、基地局はパイロット信号と呼ばれるＰＮ符号を繰り返し送信している。IS-95 方式の場合には、この繰り返されるＰＮ符号の長さ（周期）は２¹⁵（＝３２７６８チップ）である。チップ（chip）とは、情報ビットが拡散された情報としての符号「０」「１」の単位であり、この場合「０」「１」の符号生成パターンが２¹⁵（＝３２７６８チップ）周期で繰り返されることを意味する。
【００２８】
移動局においては、この同じＰＮ符号パターンを生成させて受信ＰＮパターンと相関をとることでＰＮ符号のタイミングを検出する。
つまり移動局におけるタイミング検出器１７は、図３に示すように、移動局はウインドウＷとして設定されたサーチ範囲内（タイミング範囲）において、ＰＮ生成部２０ｄでのＰＮ符号生成タイミングをずらせていきながら、図面上部に示す受信中のＰＮ符号との相関をとることを繰り返す。
【００２９】
但し、移動局でＰＮ符号の１周期（３２７６８チップ）分すべて相関をとることは、その相関取得処理に時間がかかることもあって、通常はＰＮ符号の一部分だけを対象にして相関性を調べる。
この部分相関の対象チップ数を積算チップ数と呼び、積算チップ数が大きいとパイロット信号のタイミング検出に時間がかかるが正確なタイミング検出判定を行うことができる。逆に積算チップ数が小さいとパイロット信号のタイミング検出に要する時間は少なくて済むが、タイミング検出判定精度が劣化することになる。
【００３０】
この図３の例の場合、間欠受信周期が１．２８秒の際に、積算チップ数を２５６チップとし、またウインドウＷとして４０チップ区間のサーチ範囲を設定してタイミング検出を行うものとしている。
図３下段に、ウインドウＷ内でのサーチ結果として縦軸に位相相関エネルギーを示している。この位相相関エネルギーとは、発生したＰＮ符号の或るチップと受信したＰＮ符号の同一タイミングのチップが一致（「０」と「０」もしくは「１」と「１」）した場合にエネルギー「１」を加算するものと考えられる。
従って、発生させたＰＮ符号と受信したＰＮ符号の位相が一致するタイミングｔONでは、位相相関エネルギーが最大となる。
このタイミングｔONが部分サーチ処理の結果として検出されるパイロット信号タイミングとなる。
タイミング検出器１７で検出したこのパイロット信号タイミングに基づいて、制御部２０が上記▲２▼の処理として復調器１６ａ、１６ｂ、１６ｃへのタイミング割当を行うことで、再獲得処理が完了する。
【００３１】
ところで、解決すべき課題において説明した通り、間欠受信で受信区間が終了して移動局と基地との同期が失われている間（間欠受信の非受信区間）には、移動局内の発振器の誤差のため間欠受信の非受信区間長に応じて前回受信して移動局内部で記録しているパイロット信号のタイミングが、実環境のタイミングとずれてしまう。このパイロット信号タイミングのずれが、図３で示した部分サーチ範囲としてのウインドウＷに収まっていなければ、間欠受信のＣＤＭＡシステム再獲得に失敗したことになり、その移動局に割り当てられたスロットを正しく受信できないことになる。
【００３２】
そこで本例における移動局受信装置では、移動局の制御部２０は間欠受信動作として実行されている間欠周期を判定し、タイミング検出器１７によって行われる間欠受信の際のＣＤＭＡシステム再獲得における部分サーチ範囲としてのウインドウＷを、その間欠周期の値に応じて可変設定することでタイミング検出精度を設定し、タイミング検出器１７で確実にパイロット信号を検出させることを行わせるようにしている。
より具体的には、間欠周期として長い周期が設定されている場合ほど、ウインドウＷとしてのサーチ範囲を広げ、検出精度を向上させることで、発振器誤差の蓄積が大きくなる長い周期の間欠受信動作の際でも、確実にパイロット信号検出を実現するものである。
【００３３】
間欠受信動作の周期Ｔとしては、上述したようにＴ＝1.28×２ⁱ （ｉ＝０，１，・・・７）で規定される８種類の周期があり、これらは次の（表１）に間欠受信周期として示される。
【００３４】
【表１】

【００３５】
そして、間欠受信周期については、節電効果や使用勝手を考えてユーザーが選択できるようにしてもよいし、製造者が出荷前に固定設定するものとしてもよい。また何らかの事情、例えば受信電波状況や通信頻度などに応じて制御部２０が自動的に可変設定するようにしてもよい。
【００３６】
いずれにしても間欠受信動作時においては、或る間欠周期が設定されていることになるが、本例の移動局受信装置では、その間欠周期に応じてタイミング検出精度を変更することになる。
即ちタイミング検出器１７におけるウインドウＷとしてのサーチ範囲の情報と、サーチ動作時の積算チップ数の情報は制御部２０によって設定されるが、制御部はこのウインドウＷと積算チップ数をそのときの間欠受信周期に応じて、上記（表１）に示すように設定することになる。
【００３７】
例えば間欠受信周期が１．２８秒の際には、ウインドウＷを４０チップの範囲とするとともに、積算チップ数を２５６チップとして、図３に示したようなサーチ動作を実行させる。
また、間欠受信周期が２．５６秒の際には、ウインドウＷを５０チップの範囲、積算チップ数を２５６チップとし、さらに間欠受信周期が５．１２秒の際には、ウインドウＷを６０チップの範囲、積算チップ数を２５６チップとする。
間欠受信周期が最大の１６３．８４秒の場合は、ウインドウＷを１１０チップの範囲、積算チップ数を１２８チップとする。
【００３８】
このように間欠受信周期が長い場合ほどウインドウＷの範囲を広げることで、大きな発振器誤差にも対応できるようになり、確実にパイロット信号タイミングを検出できる。
また積算チップ数は間欠受信周期が比較的小さい場合に２５６チップ、比較的大きい場合に１２８チップとしているが、これにより、間欠受信周期が長くウインドウＷを広げる場合での処理時間のバランスを計っている。つまり上述したように積算チップ数が小さいとタイミング検出判定精度が劣化すことは否めないが、パイロット信号のタイミング検出に要する時間は少なくて済む。従ってサーチ範囲の増大という処理の長時間化要因と、積算チップ数を小さくすることでの処理の短時間化要因を合わせることで、ウインドウＷが広げられても処理が長時間化しないようにしている。
【００３９】
なお、上記（表１）の設定値は一例であって、実際に使用する発振器の精度や基地局の送信しているパイロット信号のエネルギー強度等に応じて適正に設定すればよいことはいうまでもない。
【００４０】
また本例ではウインドウＷの幅を変化させることでタイミング検出精度を変更するようにしたが、これ以外の方法でタイミング検出精度を変更することも考えられる。
例えば積算チップ数の変更や、ＰＮ符号相関取得時の分解能の変更という手法によってもタイミング検出精度を変更できる。
【００４１】
積算チップ数については、上記例では２５６チップとする場合と１２８チップとする場合について述べたが、これらはウインドウ幅の変化に応じた従属的な設定変更とした。
ところが、例えばウインドウ幅を固定として、積算チップ数を間欠受信周期に応じて変更していくことも考えられる。
積算チップ数を増やせば誤検出の確率が減るという利点がある。ただしタイミング検出時間は長くなる。
積算チップ数を減らせばタイミング検出時間は短くなるという利点がある。ただし誤検出の確率は増加する。
これらの長短所を、間欠受信周期の長短の際の各事情に照らし合わせて考えて、間欠受信周期に応じた積算チップ数を設定すればよい。
【００４２】
またＰＮ符号相関取得時の分解能を変更する手法とは、ＰＮ符号の生成タイミングのずらし量を可変するものである。
図３の説明において述べたとおり、ＰＮ符号相関取得時にはウインドウＷとして設定されたサーチ範囲内において、ＰＮ符号生成タイミングをずらせていきながら、受信中のＰＮ符号との相関をとることを繰り返す。
ここでずらせていく量は、上記例では１チップとした。
１チップ単位でずらせていく状態を図４（ａ）に示すが、このずらしていく量を例えば図４（ｂ）のように１／２チップとしたり、図４（ｃ）のように１／４チップとすることで、タイミング検出精度は変更できる。
【００４３】
分解能をあげる（ずらし量を細かくする）ことにより、誤検出の確率は減り、かつ検出タイミング分解能が上がるという利点がある。ただしタイミング検出時間が長くなるという面もある。
分解能を下げる（ずらし量を大きくする）ことにより、タイミング検出時間を短くできるという利点がある。ただし誤検出の確率は増え、かつ検出タイミング分解能が下がる。
即ちこれらの点を鑑みて、間欠受信周期に応じた分解能を設定すればよい。
【００４４】
なお、分解能可変範囲を広く（最高分解能を高く）設定するほど、ハードウエア規模は大きくなるが、間欠受信周期に応じたフレキシブルなタイミング検出精度変更が可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明では、間欠受信周期の値に応じてスペクトラム拡散信号のタイミング検出精度を設定するようにしているため、間欠受信の周期が長くなり発振器の誤差がより蓄積されて同期確立に不利になる場合でも、移動局の発振器精度の誤差を補って確実な再同期及び間欠受信動作を可能にすることができるという効果がある。
そしてこれによって高精度で高価な発振器を採用する必要もなく、受信装置としての低コスト化が実現できるとともに、間欠受信周期が長くても問題ないため、消費電力の節約を考える場合も好適なものとなる。
また、タイミング検出精度はタイミング検出の対象範囲としての検出幅（ウインドウ幅）により設定することで、非常に簡易に、例えばソフトウエア処理などで精度設定ができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の受信装置の要部のブロック図である。
【図２】実施の形態の受信装置の間欠受信動作の説明図である。
【図３】実施の形態の受信装置のパイロット信号検出動作の説明図である。
【図４】実施の形態のＰＮ符号相関取得時の分解能の変更の説明図である。
【符号の説明】
１１アンテナ、１２アンテナ共用器、１３高周波増幅器、１４直交検波回路、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ復調器、１７タイミング検出器、１９合成器、２０制御部

Claims

基地局と移動局との間で符号分割多重方式によりスペクトラム拡散信号を送受信する移動通信システムに用いられる受信装置として、
スペクトラム拡散信号のタイミングを検出するタイミング検出手段と、
間欠的な受信動作を前記タイミング検出手段で検出されるタイミングに基づいて実行する間欠受信手段と、
前記間欠受信手段に設定されている間欠周期の値に応じて、前記タイミング検出手段におけるスペクトラム拡散信号のタイミング検出精度を設定する制御手段と、
を備えたことを特徴とする受信装置。
前記制御手段は、前記タイミング検出手段におけるスペクトラム拡散信号の検出幅を変更することでタイミング検出精度を設定することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
基地局と移動局との間で符号分割多重方式によりスペクトラム拡散信号を送受信する移動通信システムに用いられる受信装置の受信方法として、
間欠的な受信動作をスペクトラム拡散信号のタイミング検出に基づいて実行するとともに、そのタイミング検出動作については、間欠受信動作としての受信周期の値に応じてタイミング検出精度を設定することを特徴とする受信方法。
前記タイミング検出精度は、スペクトラム拡散信号の検出幅を変更することで設定することを特徴とする請求項３に記載の受信方法。