JP3857647B2 - 移動通信装置の周波数捕捉、例えば初期の周波数捕捉を行う方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、局部発振器を有する移動通信装置を、厳密な周波数点を有する既知のチャネルパターンを送信する基地局の予め既知である送信周波数に同期させるために、既知の同期系列を用いて周波数捕捉、例えば初期周波数捕捉を行う方法に関する。
【０００２】
移動通信装置においては、移動通信に関する規格はネットワークワイドに既知である同期系列を使用する。さらには基地局の送信周波数は、標準化委員会によって規定された十分に高い精度を有することが既知である。この精度は目下のところＵＭＴＳ規格では０．０５ｐｐｍである。基地局が送信するチャネルパターンは、移動局には先験的に既知である。ＵＭＴＳ移動無線ネットワークでは、このチャネルパターンは厳密な周波数点において２００ｋＨｚの間隔をおいたチャネルから構成される。これに対してどのチャネルが基地局によって目下使用され、どれほどの周波数ドリフトを移動受信局の発振器が有するかは既知ではない。製品及び温度のばらつきによって、また場合によっては他の外部の影響によって、局部発振器では典型的には＋／−２５ｐｐｍの周波数精度になる。廉価な局部発振器（ＬＯ）を使用する場合には、周波数精度はそれどころか多くの場合この値を上回っている。そのような大きな不精確性は不利である。何故ならばこの不精確性は移動部の基地局との同期を繁雑で手間のかかるものにするからである。
【０００３】
この問題は従来、通信装置の移動部が製造時に較正され、したがって局部発振器の周波数ドリフトが約＋／−３ｐｐｍに低減されることによって解決されていた。しかしながらこの解決策は非常に時間及びコストを要するものである。
【０００４】
さらには、移動部を初めてスイッチオンするときに例えば周波数精度が＋／−２５ｐｐｍであれば自己初期較正を行うためにアルゴリズムを使用することが提案されており、このアルゴリズムではＳＣＨチャネル（同期チャネル）を用いて変調された基地局の搬送波が、ＳＣＨ相関器を用いることにより受信周波数を変化させて走査される。従来ではＳＣＨ相関器としていわゆる「整合フィルタ（ｍａｔｃｈｅｄ ｆｉｌｔｅｒ）」が１つだけ使用されている。この整合フィルタは一次ＳＣＨチャネル（以下では省略してＳＣＨチャネルと称す）の同期周波数に適合されている。自己初期較正が行われた後では、これに続く同期化過程においては＋／−３ｐｐｍの周波数精度を基礎とすることができる。仕様書にしたがって使用される符号に対する相関帯域幅は走査領域に比べると小さく、１０から２０ｋＨｚのオーダであるが、走査された周波数領域は６０ＭＨｚのＵＭＴＳ帯域幅を完全に包含するので、この方法は非常に時間がかかり繁雑なものである。この場合相関のために、１４ｋＨｚよりも小さいステップ幅（間隔）が使用されなければならない。このステップ幅はシミュレーション結果から得ることができる。例えば１０ｋＨｚのステップ幅が使用される場合には、初期周波数捕捉は６０００のステップを必要とする。
【０００５】
したがって本発明の課題は、移動通信装置の移動部における周波数捕捉を速めることができる方法を提供することである。
【０００６】
この課題は、請求項１記載の方法によって解決される。本発明の実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明の基礎をなす着想は、新たに開発された方法の不可欠の要素として依然として使用される従来のＳＣＨ相関に並行に、帯域内（インバンド）電力がセンサを用いて求められるということである。走査された周波数帯域全体に関する局所的な電力最大値を検出することにより、基地局が送信する推定チャネル周波数が推定される。このために補完的に、基地局の可能な限り離散されたチャネル周波数の先験的に既知であるパターン間隔が使用される。ＵＭＴＳ移動無線ネットワークでは、周波数点間のパターン間隔は２００ｋＨｚである。さらには、基地局の送信周波数は標準化委員会によって規定された＋／−０．０５ｐｐｍの十分に高い精度を有することが既知である。最大周波数が２．１７ＧＨｚである場合、基地局から送信される信号に関する最大不確定要素は約２０Ｈｚのレベルである。この高い精度はＧＰＳないしＤＶＦ７７信号によって達成される。これによって、基地局から送出されたチャネル周波数を差分信号として移動局の局部発振器の同調に使用することができる。このことは同期が顕著により高速に行われるという利点をもたらし、移動部における電流消費が大幅に低減されることになる。このことは移動部の待ち受け時間を大幅に高められるということを意味している。
【０００８】
有利には本発明による方法は、移動通信装置の最初の動作開始時及び／又は別のｘ回目の各動作開始時に適用される。したがって、周波数の生成に使用される構成部の経年作用及び温度偏差は自動的に再較正される。この再較正がコネクションを確立する際に自動的に行われるので、付加的で余剰な手間は惹起されない。これに対して製造時に温度に関する較正を行うことは時間及び費用がかかるであろう。その上、上述した方法では通信装置を適応的にユーザの環境に適合させることができる。さらには、この方法は再較正が実現されることによって製品の寿命を延ばす。スペース保持値ｘの検出は複数のファクタ、例えば発振器の周囲における温度推移及びこの発振器の老化に依存する。値を１とすることができ、その結果同期を行う際にはその都度再較正が行われる。もしくは値を２、１０などとすることができる。ｘの値が大きくなればなるほど、電流消費は少なくなり、移動部の待ち受け時間をより長くすることができる。
【０００９】
さらに有利には、同期が行われた後では、求められたハードウェア較正パラメータが移動通信装置のメモリにファイルされることによって、局部発振器の精確に求められた周波数が基準とされる。これによって局部発振器の最初の較正を移動局のＨＦ部において行うことができる。すなわちこの場合アルゴリズムは局部発振器を較正するための調整を自動的に引き受け、この調整はこのときでなければ製造過程の間に行われなければならないことになる。
【００１０】
例えばこの方法を有利にはＵＭＴＳ移動無線ネットワークに適用することができ、帯域内電力を電力センサを用いて求め、受信した搬送周波数をＳＣＨ相関器を用いて精確に検出する。
【００１１】
本発明の可能な実施形態では、移動通信装置が第１の基地局に同期されて、この基地局とのコネクションの確立が行われるが、このコネクション中に第２の基地局に切り替えられる。このことは、コネクションが確立されている間に、本来的に同期されていた基地局とは異なる基地局がより強く受信されることが明らかになった場合には有利である。これによって公知の方法と比べ、ＳＣＨ相関器しか使用されない従来の方法よりも高い信頼性及び周波数精度が達成される。このことは結果が相互に依存せず、同時にＳＣＨ相関器及び電力センサによって確認されることによってもたらされる。このことはＵＭＴＳ移動無線ネットワークにおいては、このネットワークの考えられるチャネルそれぞれを同期のために使用できるということを意味している。例えば第１のネットワークプロバイダの基地局のチャネル２に同期させることができる。しかしながら本来的なコネクションの確立は、第２のネットワークプロバイダの別の基地局のチャネル５について引き続き行われる。このことはＵＭＴＳ基地局が、相違が＋／−１ｐｐｍでしかない近似的に同一の周波数を送信しているので可能である。
【００１２】
本発明を以下図面と関連した有利な実施例に基づいて詳細に説明する。ここで図１は、本発明による実施例の経過に関する概略図である。図２は、図１による方法が実施されている間に個々のステップに関して走査すべき周波数領域である。図３は、周波数経過に関する電力センサの測定結果である。図４は、周波数領域に関するｐＳＣＨ相関器の測定結果と組み合わされた図３の測定結果である。
【００１３】
図１には情報の個々のグループが示されており、これらの情報は評価器１において統合され、これらの情報から周波数捕捉を行うことができる。一方では、基地局のチャネルパターンに関する先験的な知識２が評価器に供給される。さらには、図３に示されているような周波数領域に関する帯域内電力の電力センサ３を用いて測定された結果が評価器に供給される。それに加え、図４に示されているような、一次同期チャネル（ｐＳＣＨ）４を介して取得された情報が供給される。ｐＳＣＨ４においては、信号パケット５が時間的な間隔Ｔ_ｓｌをおいてスロット毎に伝送される。図１に示した信号パケット５は、第１の基地局からの２つの放射を有する信号６及び第２の基地局からの１つの放射を有する信号７を有する。受信された信号パケット５は整合フィルタ８を介してスロット毎の累算９をうける。そのようにして得られたデータが積分器１０及びピーク検出器１１を介して処理されると、その処理から得られた情報が評価器１に転送される。この評価器１においては続いて、移動通信装置の移動局１６における局部発振器の受信周波数が精確に検出される。
【００１４】
図２には、ＵＭＴＳ移動無線ネットワークに基づいた局部発振器の周波数ドリフトを精確に求めるための経過、したがってこの局部発振器の較正の経過が図示されている。ＵＭＴＳによってカバーされる周波数帯域は６０ＭＨｚの幅であり、通し番号が付されたチャネルを有する。基地局の中間搬送周波数は約２．１ＧＨｚである。基地局の送信周波数を粗く検出するために、第１の反復ステップでは、約３．８４ＭＨｚの帯域幅を有する帯域内電力が電力センサ３を用いて測定される。これによって、本来的な相関の事前的な粗いサーチが行われる。得られた結果はチャネルパターンの先験的な知識に関連して、異なる基地局に起因する受信したチャネル周波数を、＋／−２００ｋＨｚからの事前選定において既に確定している。何故ならばこれは精確にチャネルパターンに対応しているからである。このことは、受信したチャネルが電力センサ３によって２００ｋＨｚパターンで求められるということを意味している。電力センサ３によって求められる最大値は約１０ＭＨｚであり、この周波数は既に基地局の中間周波数について減少されている。チャネルパターンの先験的な知識に基づき、ステップ幅を１ＭＨｚにすることができ、この際チャネル周波数は＋／マイナス２００ｋＨｚまで検出することができる。すなわち電力センサ３によって、受信したチャネルは基地局が送信する２００ｋＨｚパターンで求めらる。１ＭＨｚ以上のステップ幅も使用することができる。もっとも有利には、複数の基地局が送信を行う場合には１ＭＨよりも少ないステップ幅を使用すべきである。
【００１５】
局部発振器の周波数の微調整は、所定の規格により規定されているｐＳＣＨ相関器を介して行われる。この相関器の結果は、構成部材の製造許容差及び温度推移に基づき存在する局部発振器の周波数偏差を補正するために使用される。
【００１６】
そのようにして発見されたチャネルパターンに基づいて、第２の反復ステップによって、発振器ドリフトの精確な同調がｐＳＣＨ発振器を用いて行われており、これは非常に僅かな手間でもって実現される。第２の反復ステップでは受信した信号が、既に既知でありネットワークワイドに統一されているｐＳＣＨ列と比較される。ｐＳＣＨ相関器は非常に狭い相関帯域幅を有する。すなわちここでは、周波数が極僅かに離調している場合にしか、明確でしかしながら電力的に非常に大きな走査結果は得られない。相関帯域幅は１０から２０ｋＨｚ、例えば約１６ｋＨｚであり、これはシミュレーション結果から得ることができる。同期化符号が標準化の過程において変えられた場合には、相関帯域幅に対して異なる値を設けることもできる。
【００１７】
チャネル周波数が既に＋／−２００ｋＨｚにまで検出されているので、第３の反復ステップでは、相関帯域幅以下例えばここでは１０ｋＨｚのステップ幅を用いて僅かなステップでもって、基地局が送信する精確な周波数を検出することができる。
【００１８】
しかしながら第３の反復ステップは、チャネルパターンに関する先験的な知識が使用され、移動局の局部発振器（ＬＯ）の不精確性が６ｋＨｚに相応する僅か＋／−３ｐｐｍしか示さないように、この局部発振器が既に良好に較正されている場合には不要である。
【００１９】
図４は、一方では図３に図示した帯域内電力１２及び最大値１３が示されているグラフである。他方では、電力センサ３の帯域内電力１２の下方に、ベース帯域におけるｐＳＣＨ相関器の出力１４がプロットされている。ここでもまた約２．１ＧＨｚである基地局の搬送周波数について相関が行われている。ｐＳＣＨ相関器の出力１４は１０ＭＨｚの相関尖頭部１５を有する。この結果から、移動局における局部発振器の実質的な振動周波数を推定することができる。何故ならば、基地局が送信するチャネルパターンは移動局には先験的に既知だからである。基地局の搬送周波数は０．０５ｐｐｍの精度でもって精確に較正されている。測定された相関尖頭部１５の発見された位置と、基地局の既知のチャネル周波数とが比較されることによって、移動局１６の局部発振器の既知の基準周波数からの偏差が求められる。したがって自己較正のためのデータが得られる。＋／−２５ｐｐｍの局部発振器の固有周波数における製品のばらつきを、将来の同期化過程に対して最大で＋／−３ｐｐｍの偏差を基礎とすることができる限り補償調整を行うことができる。したがって将来の同期化過程は実質的に速められる。
【００２０】
したがって初めて同期が行われる場合、すなわち買い主の元での機器の最初の動作開始時には、基準周波数からの最大で５０ｐｐｍの偏差が生じる。このことはｐＳＣＨ相関を例えば、１ｐｐｍすなわち２ｋＨｚであるステップ幅の５０のステップで行うことができる。最初の較正が行われた後では、最大許容偏差はわずか３ｐｐｍである。この場合ｐＳＣＨ相関は、同じ２ｋＨｚのステップ幅では僅か６ステップを要するだけである。このことは最初の同期が行われた後では、既述の自己周波数捕捉は大凡１０回より高速に行われるということを意味する。
【００２１】
移動局１６のＨＦ部において局部発振器の最初の較正を行っている間に、アルゴリズムは局部発振器を較正するための調整を実行することができ、この調整はこの時に行われなければ製造過程の間に行われなければならないことになる。較正が製造過程の間に行われなければ、この較正は自動的に買い主の元で機器の最初の動作開始時に行われる。同期の後には、ハードウェア較正パラメータが記憶されることによって、局部発振器の精確に求められた周波数が基準とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による実施例の経過に関する概略図である。
【図２】 図１による方法が実施されている間に個々のステップに関して走査すべき周波数領域である。
【図３】 周波数経過に関する電力センサの測定結果である。
【図４】 周波数領域に関するｐＳＣＨ相関器の測定結果と組み合わされた図３の測定結果である。

Claims (5)

1. 帯域の内部において厳密な周波数点を有する既知のチャネルパターンをおいて送信する基地局の予め既知である送信周波数に、局部発振器を有する移動通信装置を同期させるために既知の同期系列を用いて周波数捕捉、例えば初期の周波数捕捉を行う方法において、
   ａ）センサを用いて、周波数領域を走査することにより既知の同期系列の帯域内電力を求めるステップと、
   ｂ）前記走査された周波数領域に関する帯域内電力、したがって受信した搬送周波数の局所的な電力最大値を粗く検出するステップと、
   ｃ）前記基地局の送信周波数のチャネルパターンの知識に基づいて、前記基地局が送信する推定チャネル周波数を推定するステップと、
   ｄ）既知の同期系列と比較することにより、受信した搬送周波数を精確に検出するステップと、
   ｅ）送信された前記搬送周波数からの前記局部発振器の周波数偏差を補正するステップとを有することを特徴とする、周波数を捕捉する方法。
2. 前記移動通信装置の最初の動作開始時及び／又は別の各動作開始時に適用する、請求項１記載の方法。
3. 前記局部発振器の精確に求められた周波数を移動通信装置のメモリにファイルすることにより該周波数を基準とする、請求項１または２記載の方法。
4. ＵＭＴＳ移動無線ネットワークにおいて適用し、前記帯域内電力を電力センサを用いて求め、受信した前記搬送周波数をＳＣＨ相関器を用いて精確に検出する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 前記移動通信装置を第１の基地局に同期させ、該基地局とのコネクションを確立するが、該コネクション中に第２の基地局に切り替える、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。

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