JP4365096B2 - スペクトラム拡散通信システムのスペクトラム拡散無線信号を修復するための方法と装置 - Google Patents

Description

マークケント
関連出願の説明
本出願は、米国仮特許出願番号６０／２７５，１９２「Method and Apparatus for Spread Spectrum Radio Signal Recovery in Wideband Spread Communication Systems」と題する２００１年３月１２日に提出した明細書の優先権を利用（benefit）して請求するものである。その明細書は完全に、本願明細書に引用され合併された。

背景技術
１．発明の分野
本発明は、一般的な無線通信システムに関し、特に、スペクトラム拡散無線信号修復のための方法及びシステムに関する。

２．関連技術
効果的な有用性が増加するとともに、低価格電子モジュール、モバイル通信システムがますます広範囲にわたって普及している。 例えば、通信ハンドセットのような携帯電話の双方向音声及び双方向データ通信を提供するために使用する、様々な周波数、伝送計画、変調技術、及び通信プロトコルの中の通信計画には多くのバリエーションがある。その異なる変調及び伝送計画は、それぞれ利点と不利点を有している。

無線通信の次世代を第三世代の候補として３Ｇと呼ぶ。３Ｇは、計画された様々規格を通過し、無線データや音声通信の未決定の改良について触れている。３Ｇシステムの目的のひとつは、伝送スピードを９．５キロビット（Ｋｂｉｔｓ）から２メガビット（Ｍｂｉｔｓ）／秒に高めることにある。また３Ｇは、例えば、インターネットやイントラネットアクセス、ビデオ会議、及び双方向アプリケーション分担といった毎日の生活の一部になっているサービスを行うための移動範囲を追加する。この無線通信の向上は、スペクトラム拡散無線信号修復の改良を必要とする。スペクトラム拡散無線信号修復の１つの特徴はマルチパス信号にある。マルチパス信号は、アンテナから受信機に異なる経路によって異なる時間でその受信機に届いた同じアンテナからの２つ又はそれ以上の同一信号である。

本発明は、広帯域スペクトラム拡散無線システムのスペクトラム拡散無線信号修復のための方法とシステムを提供する。

簡単に説明すると、アンテナ、無線周波数サブシステム、ベースバンドサブシステム、及び少なくとも１つの周辺装置で構成されるシステムの一実施例である。無線周波数サブシステムはアンテナに連結され、高周波発振器及び低周波発振器を含んでいる。ベースバンドサブシステムは無線周波数システムに連結され、高周波発振器及び低周波発振器に連結されるフリーランニングカウンターと、フリーランニングカウンターに連結されるマルチパス信号修復回路を含んでいる。マルチパス信号修復回路は、複数の着信信号からクロック情報を修復するための、複数のシングルパスプロセッサ（single path processors）を含んでいる。周辺装置は、信号を受信したり、信号をベースバンドレシーバーに供給するためにベースバンドサブシステムに連結されている。

また本発明は、スペクトラム拡散無線信号を修復するための方法を提供することもできる。これに関して当該方法は、少なくとも１つのベースステーションから発せられた複数の信号からクロック情報を修復するステップと、修復されたクロック情報を用いて複数の信号を整列配置するステップと、整列配置した信号のうち少なくとも２つを結合するステップと、結合された信号から情報を修復するステップを含むとして広く要約される一実施例である。

本発明の他のシステム、方法、特徴及び効果は、以下の図面及び詳細な説明により試験する当業者にとって明らかになるだろう。全ての当該追加システム、方法、特徴及び効果は本説明の範囲内に含まれており、本発明の範囲内であり、更に添付の請求項により保護されていることを目的とする。

本発明の多くの特徴は、以下の図面と関連付けることでより理解することができる。図面の構成要素は、本発明の原理を量るために必ずしも必要というわけではないが、明瞭に説明する上での位置付けとなる。更に、図面中で幾つかの視点を通して一致しているパーツは、同様の関連する数字を付す。

本発明の様々な特徴を要約したが、ここで図面で説明された本発明の詳細な記述が参照される。本発明は、これら図面と関連付けて後述する一方、その実施例又は実施例で開示した点に限定するものではない。 これに対して全ての選択肢、変形態様、及び同等の態様は、添付の請求項により定義された本発明の範囲内に包含されることを目的とする。

図１は、単純化された３Ｇポータブルトランシーバー２０を説明するブロック図である。実施例においてポータブルトランシーバー２０は、例えばセルラータイプ携帯電話（a mobile cellular-type telephone）といった携帯通信端末（a portable telecommunication handset）に限定されるものではない。ポータブルトランシーバー２０は、無線周波数サブシステム２４に連結されるアンテナ２２を含んでいる。ＲＦサブシステム２４は、レシーバー２６、レシーバーベースバンドアナログプロセッサ（ＢＡＰ）２８、トランスミッター３０、トランスミッターＢＡＰ３２、高周波数発器（温度制御水晶発振器（ＴＣＸＯ）として実行されるものであってもよい）３４、低周波発振器（３２ＫＨｚ水晶発振器（ＣＯ）であってもよい）３６、及びトランスミッター／レシーバースイッチ３８を含んでいる。

アンテナ２２は、連結部４０を介してスイッチ３８から信号を受信して送信する。スイッチ３８は、連結部４２上の送信信号をトランスミッター３０からアンテナ２２に移動させるか、連結部４４を介してアンテナ２２からの受信信号をレシーバー２６に供給させるかどうかの切替制御を行う。レシーバー２６は、受信信号の送信アナログ情報を受信して再生し、連結部４６を介してレシーバーＢＡＰ２８にこの情報を意味する信号を供給する。 レシーバーＢＡＰ２８は、これらアナログ信号をベースバンド周波数でデジタル信号に変換し、バス４８を介してベースバンドサブシステム５０に転送する。

ベースバンドサブシステム５０は、ＷＣＤＭＡモデム５２、マイクロプロセッサ５４、メモリ５６、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）５８、及び周辺インターフェース６０を含み、バス６２を介して通信する。 バス６２は、１本のバスで示されているが、ベースバンドシステム５０の範囲内でサブシステムとの間に必要に応じて多数本の連結バスを使用して実行するようにしてもよい。ＷＣＤＭＡモデム５２、マイクロプロセッサ５４、メモリ５６、及びＤＳＰ５８は、ポータブルトランシーバー２０のために信号タイミング、処理、及び記憶機能を供給する。メモリ５６は、マイクロプロセッサ５４とＤＳＰ５８によって共有されるデュアルポートラムを含むようにしてもよい。

周辺インターフェース６０は、様々な事項のためにベースバンドシステム５０へのつながりを提供する。これら事項はデバイスを含むが、デバイスは以下のものに限定されるものではない。ここでデバイスは、例えばスピーカー６２、ディスプレイ６４、キーボード６６、及びマイクロフォン６８といったポータブルトランシーバー２０の物理的な一部である。そしてデバイスは、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、テストシステム７２、及びホストシステム７４といったポータブルトランシーバー２０の外部に接続されるものである。スピーカー６２及びディスプレイ６４は、それぞれ連結部７６、７８を介してベースバンドシステム５０から、当業者にとって公知であるように、信号を受信する。同様に、キーボード６６及びマイクロフォン６８は、それぞれ連結部８０、８２を介してベースバンドシステム５０に信号を供給する。 ＰＣ７０、テストシステム７２、及びホストシステム７４は信号を受信し、それぞれ連結部８４、８６、及び８８を介してベースバンドサブシステム５０に信号を送信する。

ベースバンドサブシステム５０は、連結部９０を介してＲＦサブシステム２４に制御信号を供給する。連結部９０は１本で示されているが、制御信号は、ＷＣＤＭＡモデム５２，マイクロプロセッサ５４、又はＤＳＰ５８で生じ、ＲＦサブシステム２４の範囲内で様々なポイントへ供給される。これらポイントは、レシーバー２６、レシーバーＢＡＰ２８、トランスミッター３０、トランスミッターＢＡＰ３２、ＴＣＸＯ３４、及びスイッチ３８を含むが、これに限定されるものではない。

ＷＣＤＭＡモデム５２は、バス４８上のレシーバーＢＡＰ２８からのデジタル信号を受信し、バス９２上のトランスミッターＢＡＰ３２にデジタル信号を出力する。トランスミッターＢＡＰ３２は、このデジタル信号をレシーバー３０への連結部９４上に送出するために無線周波数でアナログ信号に変換する。レシーバー３０は、連結部４０、４２及びスイッチ３８を介してアンテナ２２に供給するための送信信号を生成する。スイッチ３８の動作は、連結部９０を介してベースバンドサブシステム５０からの制御信号により制御される。

ＴＣＸＯ３４は、連結部９６、９８、及び１００を介して、それぞれレシーバー２６、トランスミッター３０、及びＷＣＤＭＡモデム５２にクロックを供給する。そしてＣＯ３６は、ＷＣＤＭＡモデム５２への連結部１０２上に３２ＫＨｚクロックを供給する。これら２つのクロックは、モバイルタイムリファレンスを作り出すためにＷＣＤＭＡモデム５２により使用される。このモバイルタイムリファレンスは、常に動作しており、約３２ナノ秒の精度を有している。

ここで図２を参照する。一部のＷＣＤＭＡモデム５２は、フリーランニングカウンター（ＦＲＣ）１０４の実例を示している。フリーランニングカウンター（ＦＲＣ）１０４は、ポータブルトランシーバー２０で使用するためのモバイルタイムリファレンスを生成する。ＦＲＣ１０４は、ライン１００上のＴＣＸＯからのクロック信号と、ライン１０２上のＣＯからのクロック信号を一緒に受給する。ライン１００上のＴＣＸＯからのクロック信号は３０．７２ＭＨｚであり、ライン１０２上のＣＯからのクロック信号は３２ＫＨｚである。ＦＲＣ１０４は、ＴＣＸＯ回路１０６、フェーズロックドループ（ＰＬＬ）１０８、カウンター１１０、ドラフト評価１１２、及び訂正回路１１４を含んでいる。３０．７２ＭＨｚクロックを用いるＴＸＣＯ回路１０６は、モバイルタイムリファレンスを生成する。３２ＫＨｚクロックは、性能を向上させるためにＰＬＬ１０８を用いて３０．７２ＭＨｚクロックに位相固定される。どラフト評価１１２は、訂正回路１１４で用いられる３２ＫＨｚクロックのドラフトの評価を供給する。そのドラフトの評価は、当業者にとって公知のカルマン評価（Kalman estimation）によって供給されるとき、そのクロックのドラフトとバイアスの両方を含んでいる。ＦＲＣ１０４は、２つの時間領域（３０．７２ＭＨｚ又は３２ＫＨｚ）で動作し、ポータブルトランシーバー２０がそれぞれアクティブモードかアイドルモードかどうかに依存している。

アクティブモードにおいてポータブルトランシーバーは、積極的に送信しているか、受信しているか、処理しているか、又は信号を探している。アイドルモード中においてポータブルトランシーバーは、パワーを保存するために大部分の回路のエネルギー消費量を下げる。ＣＯは、常に連続的に３２ＫＨｚクロック信号をＦＲＣ１０４に供給しているが、ＴＣＸＯは、アイドルモードの間消される。

ここで図３を参照して、ＷＣＤＭＡモデムのブロック図を示す。ポータブルトランシーバーがアクティブモードのとき、ＦＲＣ１０４は、図３に示すように、バス１５０上のクロック位相、チップカウンター、及びスロットカウンターを含むモバイルタイムリファレンスを、プライマリシンクサーチャー（primary sync searcher）１１６、セカンダリーシンクサーチャー（secondary sync searcher）１１８、ゴールドコードサーチャー（gold code searcher）１２０、及びシグナルパスプロセッサ（ＳＰＰ）コントローラー１２２に供給する。１０ミリ秒の無線フレームは、１５スロット（スロット−カウンター０−１４）に分割される。 各々のスロットは、２５６０チップ（チップカウンター０２，５５９）を含む。各々のチップは、８チック（クロック−位相０−７）を含む。またＦＲＣ１０４は、５．１２秒間の範囲内で発生するフレームをカウントすることによりモバイルタイムリファレンスのためのフレームカウンター（０−５１１）を発生する。またドラフト評価は、ポータブルトランシーバーがアクティブモードのとき、絶えずアップデートされる。

アイドルモードに移行するとき、マイクロプロセッサからＦＲＣ１０４へのライン１２４上のスリープ／アウェイク制御信号はロウ状態に移行する。カウンター１１０は、３２ＫＨｚクロック信号の立ち上がりエッジでリセットしてカウントを開始する。スリープ／アウェイク制御信号がロウ状態に移行した後、３２ＫＨｚクロックの次の立ち上がりエッジで、ロウ状態に移行し、現状のモバイルタイムリファレンスとＴＸＣＯ回路１０６からのドラフト評価が訂正回路１１４に供給される。このときポータブルトランシーバーは、アイドルモードになる。その次のカウントの間中、訂正回路１１４は、カウントとドラフト評価を用いてモバイルタイムリファレンスをアップデートする。このようにモバイルタイムリファレンスとドラフト評価は、アイドルモードの間中、維持されている。

アクティブモードに移行するとき、スリープ／アウェイク制御信号はハイ状態に移行する。次に出る３２ＫＨｚクロックのエッジで、アップデートされたモバイルタイムリファレンスは、ＴＣＸＯ回路１０６により供給された訂正回路１１４で維持される。そして、３０．７２ＭＨｚクロックと、開始点としてのアップデートされたモバイルタイムリファレンスを用いてＦＲＣ１０４はポータブルトランシーバーのためにモバイルタイムリファレンスの供給を開始する。

アイドル時間は数秒に拡大してもよい。そして、検出されるページング（paging）がないアクティブ時間内は、５ｍｍ秒の範囲内に限って存在することが可能である。アイドルモードの間モバイルタイムリファレンスを維持することは、ポータブル送信機がアクティブ状態に素早く移行することを可能にする。このことは、アクティブ状態を比較的短い持続時間に変え、それ故に、消費電力を減らし、バッテリー寿命を延ばす。モバイルタイムリファレンスを３２ナノ秒精度で維持することは、検出効率、識別、及び着信マルチパス信号の監視を改善する。

ＦＲＣは、ポータブルトランシーバーシステム及びマルチパス信号を修復し、マルチパス信号レシーバーを作用するために必要とされるパラメーター取得のためにタイミングリファレンスを供給する。

ＷＣＤＭＡモデム５２は、ＦＲＣ１０４、レシーバーイコライザー１２６、マルチパスモニター１２８、及びマルチパス無線信号修復回路１３０を含んでいる。ＦＲＣ１０４からのモバイルタイムリファレンスは、例えばコード取得システムといったマルチパスモニター１２８と、例えばＲＡＫＥレシーバーといった当業者にとって公知のマルチパス無線信号修復回路１３０の両方から供給される。レシーバーＢＡＰからのデジタル信号は、レシーバーイコライザー１２６に供給される。そして、マルチパスモニター１２８とマルチパス無線信号修復回路１３０にバス１４４を介して優先して均等に供給される。

マルチパスモニター１２８は、プライマリシンクサーチャー１１６、セカンダリーシンクサーチャー１１８、及びゴールドコードサーチャー１２０を含み、マイクロプロセッサにこれらサーチャーを注視する情報を供給する。

一実施例としては、マルチパス無線信号修復回路１３０はＳＰＰコントローラー１２２、１２個のＳＰＰｓ１３２、１２個のファーストインファーストアウト（ＦＩＦＯ）回路１３４、１２個の位相コレクター１３６、デスキングアンドタイミングコントローラー（deskewing and timing controller）（ＤＴＣ）１３８と、４個のマキシマルレートコンバイナー（maximal rate combiners）（ＭＲＣ）１４０、及び４個の復調ユニット（demodulation units）１４２を含んでいる。

ＳＰＰコントローラー１２２は、ＳＰＰｓ１３２に１２個のマルチパス信号をマップアップする。そしてスタートコマンドを各ＳＰＰｓ１３２につがるバス１４６上に供給する。各ＳＰＰは、ベースステーションに関係する着信クロック情報を修復して記録し、そのクロック情報をＤＴＣ１３８に供給する。そしてＳＰＰは、１つと多数のベースステーションアンテナの両方のために、一致している位相コレクター１３６に位相評価を供給する。そのＤＴＣ１３８に供給されたクロック情報は、そのモバイルタイムリファレンスが有しているクロック位相（チップカウンター）及びスロットカウンターと同じ形をしている。マップされた均一な信号は、ＳＰＰ１３２を通過して、それぞれに対応するＦＩＦＯ１３４に到達する。各ＦＩＦＯ１３４は５１２チップの仮期間（subperiod）を有している。各無線フレームは３８，４００チップ、又は５１２チップの７５の仮期間を含んでいる。

各ＳＰＰｓ１３２からのクロック情報を利用したＤＴＣ１３８は、バス１４８を介して各ＳＰＰにリードアドレスとリードストローブ信号を供給し、この時、互いに関連するＦＩＦＯｓ１３４の出力を整列配置させる。ＤＴＣ１３８の動作は、複雑なＰＬＬ動作である。各ＦＩＦＯ１３４の出力は、通信ＳＰＰ１３２により供給された位相評価を用いて信号の位相を訂正する通信位相コレクター１３６に供給される。各位相コレクター１３６の出力は、４個のＭＲＣｓ１４０のうち１個にマップにされる。各ＭＲＣ１４０は、その信号の強度を増加するために、その信号にマップされた信号を結合する。各ＭＲＣ１４０で増強された信号は、通信デモジュレーションユニット１４２に供給される。復調ユニット１４２は、その信号からの情報を８個のチャネルに修復する。３２個の異なるチャネルには修復された情報が供給される。

上記修復システムに利点のひとつは、修復効果を改善するために信号が整列配置されるまで、その信号から情報が修復されない点にある。他の利点は、ベースステーションからのアンテナの１つ又は両方からの信号は、ＳＰＰに利用されマッピングされる点にある。更に他の利点は、非同期ベースステーション群からの信号を整列配置させることができる。

本発明は、多数の非同期トランスミッターからのマルチパス信号成分を修復する、又は種々の伝送を利用するためのアンテナを同じ場所に配置させる方法と広帯域スペクトラム拡散レシーバーを提供する。レシーバーは、多数の割り当てられたマルチパス信号（或いは多数のアンテナからのマルチパス信号）を記録し、スペクトラム拡散システムのチップ速度で信号成分を整列配置する。次にレシーバーは、そのチップ速度で位相とチャネル修正を行い、そのチップ速度で各送信アンテナからの信号成分を結合し、平行して多数の拡散コードを取り去り、更に平行して直交（orthogonal）チャネライゼション（channelization）コードを取り去る。そのときレシーバーは、マクロ多様性結合を実行して、多様性送信された信号を処理し、信号の量子化信号幅を誤り訂正解読のためにメモリ必要条件を最小化する最適ダイナミックレンジに縮める。レシーバーは、そのレシーバーが３Ｇスペクトラム拡散システムで利用される多量の拡散チャネライゼションコードを超えて作動することが必要とされるとき、送信機で多様性な符号化が存在する多数の受信信号経路に必要とされるメモリと必要条件処理を減らす。

ここで図４を参照する。同図は、スペクトラム拡散無線信号の受信方法を示す一実施例である。まず最初に、ブロック２００に示すように、少なくとも１つのベースステーションから発せられた複数の信号からクロック情報を修復する。ブロック２０２において、多数の信号が、修復されたクロック情報を用いてディスキングアンドタイミング（deskewing and timing）ユニットで整列配置される。そしてブロック２０４で、整列配置された各信号は、４個の最大限比率結合器のうちの１個でマップされる。ブロック２０６に示すように、各最大比率結合器は、各最大比率結合器でマップされた信号を結合する。最後にブロック２０８で、シンボル情報は結合された信号から修復される。シンボル情報は、クロック情報を除いた受信信号からの他の情報を含んでいる。

上述した信号修復システムと方法は、ダイナミッククロック情報を記録し修復する。そして着信信号を整列配置するために必要な手配を作る中心源に情報を供給する。

本発明の実施例は、当業者にとって明確となるように図と共に記載されたが、幾らかの変更、修正、又は本発明の範囲から逸脱しないように改変記載してもよい。変更、修正、及び改変の全ては本発明の範囲内とする。

図１は、本発明に係る第三世代ポータブルトランシーバーの一実施例を説明するブロック図である。 図２は、図１に記載のＷＣＤＭＡモデムに内蔵されるフリーランニングカウンターのブロック図である。 図３は、マルチパスモニターとマルチパス無線信号修復回路を含む図１に記載のＷＣＤＭＡモデムのブロック図である。 図４は、モバイルタイムリファレンスを供給する方法の一実施例を説明する系統線図である。

Claims (8)

1. 広帯域スペクトラム拡散通信システムにおけるスペクトラム拡散無線信号の修復方法であって、
   少なくとも１つのベースステーションから発せられる多数の信号から、前記広帯域スペクトラム拡散通信システムのチップ速度に相当するクロック情報を修復し、
   修復されたクロック情報を用いて多数の信号の出力を調整し、
   調整した信号の少なくとも２つを結合し、
   結合された信号を少なくとも１つの拡散コードを用いて逆拡散し、
   結合された信号からシンボル情報を修復すること、を備える方法。
2. クロック情報を修復することは、前記信号をシングルパスプロセッサにマップすることを含む請求項１記載の方法。
3. クロック情報を修復することは、常に利用可能なモバイルタイムリファレンスを用いることを含む請求項１記載の方法。
4. モバイルタイムリファレンスは、少なくとも３２ナノ秒まで正確である請求項３記載の方法。
5. モバイルタイムリファレンスが高周波温度制御水晶発振器、及び低周波水晶発振器を用いて生成される請求項４記載の方法。
6. 調整した信号の位相を訂正すること、をさらに備える請求項１記載の方法。
7. 調整された信号の少なくとも２つを結合することは、４組の調整された信号について、それぞれ、少なくとも２つを結合することが可能である請求項１記載の方法。
8. 情報を修復することは、結合された信号各々に対して８つのチャネルを生成することを含む請求項１記載の方法。

Images