JP3965397B2 - 移動通信システム及び該システムで用いる基地局 - Google Patents

Description

本発明は、符号分割多元接続（Code Division Multiple Access：ＣＤＭＡ）方式の移動通信システムに関する。特に、とまり木チャネルにおけるロングコードマスクシンボルを使用したセルサーチ方法に関する。

ＣＤＭＡ方式の移動通信システムにおいては、移動端末が通信を開始する際、あるいは移動端末が現在通信している1つの基地局エリア(セル)から隣接するセルに移動する（ハンドオーバー）際、基地局（ハンドオーバーの場合は、隣接する基地局）で使用している拡散符号の同定及びフレーム/スロットタイミング同定を行う必要がある。このような処理をセルサーチという。

従来のセルサーチ方法の例として、スロットの末尾の1シンボルのみ、通常のロングコード・ショートコードではなく、ロングコードマスクシンボルと呼ばれる特殊なショートコードを用いて拡散する方法が信学技報DSP-96-116,SAT96-111,RCS96-122(1997-01)に示されている。

このロングコードマスクシンボルを用いたセルサーチ方法について説明する。
セルサーチは、図1に示されるとまり木チャネルを使用する。とまり木チャネルとは、基地局で測定した上り干渉電力値やシステムフレーム番号等を報知する制御チャネルである。また、このとまり木チャネルは常に一定の送信電力で送信されている。とまり木チャネルの制御信号は基地局と移動端末との間での同期捕捉の基準信号としても使用されるため、次のように拡散されている。とまり木チャネルは第一とまり木チャネルと第二とまり木チャネルが多重されている。第一とまり木チャネル１０６のロングコードマスクシンボル位置１０１にＣＳＣ（Common Short Code：共通ショートコード）１０４、第二とまり木チャネル１０７のロングコードマスクシンボル位置１０１にＧＩＳＣ（Group Identification Short Cord：グループ識別ショートコード）１０５がマッピングされている。データシンボル区間１０２（１スロット区間のうちロングコードマスクシンボル区間を除いた区間）では、移動端末に送信される制御信号がロングコード及びショートコード１０３により拡散されている。

ロングコードは基地局に固有に割り当てられた長周期拡散符号であり、ショートコードは当該基地局の各チャネル（制御チャネル及び伝送チャネルを含む）に固有に割り当てられた短周期拡散符号である。ロングコードは符号長が長く多種類のものを含むため、その同期捕捉を容易にするため、複数グループに分類されている。ＧＩＳＣは、ロングコードの分類に対応して設けられた短周期符号である。移動端末はとまり木チャネルの同期捕捉を行う場合、ＧＩＳＣを同定してロングコードを一定範囲にまで絞り込むことにより、当該基地局の使用しているロングコードの同定の負荷を軽減している。また、ＣＳＣは移動通信システムに設置された各基地局に共通に定められた短周期拡散符号である。

このとまり木チャネルを利用した基地局の使用するロングコードの同定及びフレーム／スロットタイミングの検出は次のように行われる。（１）移動端末はＣＳＣを用いてとまり木チャネルを逆拡散し、相関値の高いタイミングをスロットタイミングとして同定する。（２）同定したスロットタイミングに合わせて全てのＧＩＳＣで逆拡散を行い、相関値の高さによりＧＩＳＣを同定する。（３）ＧＩＳＣに対応づけられたグループに属する全てのロングコードを用いて逆拡散を行い、相関値の高さによりロングコードを同定する。

従来方法のとまり木チャネルのフォーマット及び送信電力を図２に示す。とまり木チャネルのシンボルレートは、ロングコードマスクシンボルも含む全ての区間で１６ksps（２５６倍拡散）で一定となっている。また、その送信電力は第二とまり木チャネルが送信されるロングコードマスクシンボル区間では第二とまり木チャネルの送信電力分Ｐ２だけ第一とまり木チャネルの送信電力Ｐ１を下げることにより、多重後のとまり木チャネルの送信電力を一定としている。

信学技報DSP-96-116,SAT96-111,RCS96-122(1997-01)

ロングコードマスクシンボル区間においてデータシンボル区間と同じシンボルレートで拡散処理を行う従来方式においては、セルサーチの第１の段階（スロットタイミングの同定）において、最も時間を要していた。タイミング同定を高速に行うため、複数のタイミングでの相関結果を一度に得られるマッチドフィルタ（ＭＦ）を用いることが多い。

図１３は、２５６倍拡散のとまり木チャネルを６４段のＭＦを使用してセルサーチを行う場合において、セルサーチの各段階に要する所要時間を示したものである。最も時間がかかるのがスロットタイミング同定１３０１である。セルサーチの高速化には、タイミング同定にかかる時間の短縮が必須課題である。ＭＦを使用したタイミング同定では、１シンボル（２５６chip）区間の全てのタイミングにおける相関値を複数スロットのＣＳＣを使用して累算し精度よくスロットタイミングを同定する。例えば、４８スロット分のＣＳＣについて得た相関値を累算する。図１３において、タイミング同定の１サイクル１３０１でＭＦの段数と同じ６４ｃｈｉｐ分のタイミングについて１つの累算値を得る。

６４段のＭＦを用いると、全てのタイミングでの相関値を得るために係数モードの切り替えが必要となり、タイミング同定の所要時間ひいてはセルサーチの所用時間に時間がかかるという問題点があった。これに対して、２５６段のＭＦを用いると、1シンボル分の係数をＭＦにセットしたまま受信信号の逆拡散を行うことができ、係数モードの切り替えが不要となるため、高速に全てのタイミングの相関をとることができるが、ＭＦの回路規模、消費電力共に非常に大きなものとなる。

回路規模及び消費電力を抑えつつ高速にセルサーチを行うために、ロングコードマスクシンボルの拡散比をとまり木チャネルの他の部分の拡散比よりも小さくする。
特に移動端末に使用される一般的なＭＦの段数に応じたシンボルレートを定める。例えば、マスクシンボルの拡散比が６４の場合に、６４段のＭＦを用いてタイミング同定を行う。この場合、シンボル長がＭＦの段数と一致するため、ＭＦに1シンボル分の係数をセットしたまま受信信号の逆拡散を行い、６４chip区間全てのタイミングのサーチを行うことができる。このように回路規模及び消費電力を増大させることなく、高速なセルサーチが可能になる。

ロングコードマスクシンボルの拡散比を小さくすることにより、従来方法よりもタイミング同定にかかる時間を短くすることができ、かつＭＦの段数を短くして回路規模ならびに消費電力を削減することが可能である。

まず、図８により、本発明に関するＣＤＭＡ方式の移動通信システムに使用される移動端末の構成について説明する。アンテナより受信された搬送波周波数の受信信号はＲＦ部８０１において周波数を下げられ、ＲＦインタフェース部８０２を介してベースバンド帯域の受信信号がセルサーチ部８０５及び受信部８０４に入力される。セルサーチ部８０５は上述のセルサーチを行う。受信部８０４は、とまり木チャネル以外の物理チャネルの同期捕捉、逆拡散及び誤り訂正等を行う。復号された伝送信号はユーザインタフェース部８０７を介して出力され、その後の処理に供される。また、基地局へ送信する送信信号はユーザインタフェース部８０７を介して送信部８０３に入力される。送信部８０３は、送信信号の符号化及び拡散を行う。制御部８０６ではＤＳＰを用いて各部への初期値の設定やタイミング管理等を行う。

図９〜１２に、セルサーチ部の各ブロックの構成例を示す。図９はタイミング同定部８１０の構成を示す。タイミング同定部では、1シンボル分のタイミングの相関値を取る必要があるため、複数のタイミングでの相関結果を一度に得られるＭＦ９０１を用いる。 ＭＦ９０１の係数としては、ＣＳＣ発生器９０２から発生されるＣＳＣが使用される。累算器９０３は複数スロットについてＭＦから出力される相関値を累算する。最大値判定部９０４は、累算した相関値が最大になったものをスロットタイミングとして検出する。

図１０はＧＩＳＣ同定部８１１、図１１は第１のロングコード同定部、図１２は第２のロングコード同定部の構成例を示す。ロングコード同定部８１２は、第１のロングコード同定部と第２のロングコード同定部を含む。これらの回路ではタイミング同定部により既にフレーム/スロットタイミングが分かっているため、検出された１つのタイミングで逆拡散を行う相関器１００１を並列化することにより、効率よく高速処理ができる。

ＧＩＳＣ同定部８１１（図１０）は、ロングコードマスクシンボルの受信信号をＲＡＭ１０１に貯え、ＤＳＰよりＧＩＳＣをＧＩＳＣ発生器１００３に逐次指定し、１チップごとの相関を求め、累算器１００４により１シンボルでの相関値を求める。これらの処理は、適宜並列処理することにより、高速に処理できる。
相関値の結果を総合し、ＧＩＳＣを同定する。

第１のロングコード同定部（図１１）は、約１０シンボルに渡って相関値を算出し、特定したＧＩＳＣに対応する分類に属するロングコードの内から基地局が使用しているロングコードを同定する。ＤＳＰよりロングコード発生器１１０２を逐次指定され発生されたロングコードは、ショートコード発生器１１０３から発生されるとまり木チャネルのショートコードと乗算され、相関器１００１により１チップごとの相関が求められ、累算器１１０１により１０シンボル分の相関値が累算される。この処理は並列処理され、１０シンボル程度での相関値の累算結果に基づき確からしいロングコードが特定される。

第２のロングコード同定部（図１２）は、第１のロングコード同定部と同様の処理を第１のロングコード同定部で特定されたロングコードについて１フレーム区間に渡って行い、所定の累積値が得られた場合に、セルサーチが完了する。

ロングコードマスクシンボルを用いたセルサーチ方法を行うＣＤＭＡ通信システムにおいて、通常１６ksps（拡散比２５６）で送信されるとまり木チャネルのロングコードマスクシンボル部分のみを拡散比６４にした例を中心に説明する。
拡散比６４のみならず、拡散比が２５６以下であれば、同様な効果が得られる。

図３に第一の実施態様として、とまり木チャネルの他のシンボルに比べてＣＳＣとＧＩＳＣの拡散比を共に小さくし（例では６４）、異なるタイミングで挿入した場合のチャネルフォーマットと送信電力を示す。他の通常のシンボル部分に影響を及ぼさないよう、マスクシンボル区間１３１は従来と同様２５６ｃｈｉｐとする。ＣＳＣ及びＧＩＳＣは、マスクシンボル区間を６４ｃｈｉｐ毎に区切った４つの位置（１３３，１３４，１３５，１３６）のうち、どの区間に挿入してもよい。ＧＩＳＣのシンボル長が短くなることにより、ＧＩＳＣの数が割り振るべきロングコードの分類数に対し足りなくなった場合には、４つある挿入位置のどこにいれるかによってロングコード識別グループを分ける方法をとることも可能である。マスクシンボル区間でＣＳＣとＧＩＳＣ以外の区間は無信号とする。

送信電力は、シンボル長を短くすると累算できる回数が減るので、同じ受信感度を得るためには上げる必要がある。しかし、とまり木チャネルは常時一定の電力で送信し続ける上、ロングコードマスクシンボル部分は直交性が悪く干渉電力として他チャネルに影響を与えやすいため、送信電力はできる限り低く押さえる方が望ましい。そこで、本実施態様ではＣＳＣとＧＩＳＣとを多重せず、ロングコードマスクシンボル部分で時分割してＣＳＣとＧＩＳＣを送信する。このとき、拡散比を１／４にしてもＣＳＣの送信電力Ｐ３は、従来技術の場合の送信電力Ｐ１の２倍で同等の受信感度が得られる。ＧＩＳＣの送信電力Ｐ４も同様である。

図４に第二の実施態様として、とまり木チャネルの他のシンボルに比べてＣＳＣとＧＩＳＣの拡散比を充分に小さくし（例では１６）、多重して送信した場合のチャネルフォーマットと送信電力を示す。ＣＳＣの送信電力Ｐ５及びＧＩＳＣの送信電力Ｐ６は、拡散比に対応して大きくする必要がある。とまり木チャネル以外のチャネルのシンボルレートが速いと、とまり木チャネルの電力が大きくなることにより影響を受けるシンボルの数が多くなる。このような場合には本実施形態のように、ＣＳＣとＧＩＳＣを多重することで送信電力が大きくなる区間を短くすることにより、とまり木チャネルの他のチャネルに与える影響は大きくなるものの、影響を与えるシンボル区間を短くすることにより、全体として影響を軽減することが可能である。

図５に第三の実施形態として、とまり木チャネルの他のシンボルに比べてＣＳＣとＧＩＳＣの拡散比を共に小さくし（例では６４）、ＧＩＳＣを複数回（例では３回）繰り返した場合のチャネルフォーマットと送信電力を示す。ＧＩＳＣをｎ回繰り返し送信することによって累算回数を増やし、その分１回のＧＩＳＣの送信電力Ｐ８をＣＳＣの送信電力Ｐ７の１／ｎにする。これにより、他チャネルへの影響を抑える。

図６に第四の実施形態として、ＣＳＣの拡散比をＧＩＳＣの拡散比より小さくした場合（例ではＣＳＣの拡散比６４、ＧＩＳＣの拡散比２５６）のチャネルフォーマットと送信電力を示す。前述したセルサーチの３段階において、ＧＩＳＣ同定はＣＳＣから見つけたタイミングのみで逆拡散を行えばよいため、ＭＦではなく相関器を用いることが多い（例えば図１０）。したがって本実施形態のように、ＭＦの段数に影響するＣＳＣの拡散比を小さくし、ＧＩＳＣの拡散比は送信電力を押さえるためそれよりも大きくすることによって、他チャネルへの干渉を抑えつつサーチの高速化を図ることができる。

図７に、ロングコードマスクシンボルの拡散比と使用するＭＦの段数を変化させた時の、セルサーチの各段階での所要時間一覧を示す。

とまり木チャネルのチャネルフォーマットを示す図である。 従来方式のとまり木チャネルフォーマット及び送信電力を示す図である。 第一の実施形態のとまり木チャネルフォーマット及び送信電力を示す図である。 第二の実施形態のとまり木チャネルフォーマット及び送信電力を示す図である。 第三の実施形態のとまり木チャネルフォーマット及び送信電力を示す図である。 第四の実施形態のとまり木チャネルフォーマット及び送信電力を示す図である。 サーチ時間の短縮、回路規模・送信電力の削減を示す図である。 移動端末の構成図である。 移動端末のセルサーチタイミング同定部の構成例を示す図である。 移動端末のセルサーチＧＩＳＣ同定部の構成例を示す図である。 移動端末の第一のロングコード同定部の構成例を示す図である。 移動端末の第二のロングコード同定部の構成例を示す図である。 セルサーチの各段階で必要な所要時間を示す図である。

符号の説明

１０１，１３１…ロングコードマスクシンボル区間、１０２…データシンボル区間、１０３…ロングコード及びショートコード、１０６…第一とまり木チャネル、１０７…第二とまり木チャネル、８０１…ＲＦ部、８０２…ＲＦインタフェース部、８０３…送信部、８０４…受信部、８０５…セルサーチ部、８０６…制御部、８０７…ユーザインタフェース部、９０１…マッチドフィルタ、１００１…相関器。

Claims (2)

1. 拡散符号分割多元接続方式を適用した移動通信システムにおいて、移動体端末が1つの基地局エリアから他の基地局エリアに移動する際、隣の基地局で使用している拡散符号の同定及びフレーム/スロットタイミング同定をロングコードマスクシンボルを用いて行い、該ロングコードマスクシンボル区間にロングコードの分類に対応して設けられた短周期符号を繰り返したものを含み、
   さらに、上記ロングコードマスクシンボル区間には上記フレーム／スロットタイミング同定を行うためのＣＳＣが含まれ、
   上記ロングコードの分類に対応して設けられた短周期符号の送信電力は、上記ＣＳＣの送信電力に比べて上記繰り返しの繰り返し回数分の１であり、
   さらに、上記ＣＳＣ及び上記ロングコードの分類に対応して設けられた短周期符号を繰り返したものの拡散比はとまり木チャネルの他のシンボルよりも小さいことを特徴とする移動通信システム。
2. とまり木チャネルの１スロット区間のうちデータシンボル区間にてロングコード及びショートコードで拡散された制御信号を送信し、上記１スロット区間のうちロングコードマスクシンボル区間にロングコードの分類に対応して設けられた短周期符号を繰り返したものとＣＳＣを送信し、
   上記ロングコードの分類に対応して設けられた短周期符号の送信電力は、上記ＣＳＣの送信電力に比べて上記繰り返しの繰り返し回数分の１であり、
   さらに、上記ＣＳＣ及び上記ロングコードの分類に対応して設けられた短周期符号を繰り返したものの拡散比はとまり木チャネルの他のシンボルの拡散比よりも小さいことを特徴とする基地局。

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