JP4434202B2 - 無線通信システム用のセル・サーチ方法 - Google Patents

Description

発明の技術分野

本発明は複数の基地局と単一の移動局とを備える無線通信システムに関し、より詳細には、同システムにおける移動局により実施されるセル・サーチの方法に関する。本発明は、拡散スペクトルシステム、特に、広帯域コード分割多重（Ｗｉｄｅ ｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：Ｗ−ＣＤＭＡ）システムにおける使用に適している。

従来の技術

Ｗ−ＣＤＭＡその他の同様の無線通信システムにおいては、移動局は、複数の基地局から発信された多数の無線信号を受信する。この場合、各無線信号は、複数の伝播経路を介して、サービス領域内にあるセル内で送受信される。セル・サーチの方法は、音声信号などのトラフィック信号の発信に先立って、移動局によって実施され、その移動局とセルの基地局とを同期させる。

図１は、従来のセル・サーチ方法のフローチャートである。

図１に示すように、従来のセル・サーチ方法は、スロット同期ステップＳ１と、コードグループ同定及びフレーム同期ステップＳ２と、ロングスクランブリングコード同定ステップＳ３と、から構成されている。

スロット同期ステップＳ１においては、移動局は、主同期チャネルを介して連続的に送信されてくる主同期コードを用いて、セルに対するスロット同期を達成する。一般的には、スロット同期は、単一の整合フィルター、あるいは、全セルに共通の主同期コードに対して整合された同様のフィルターを用いて実施される。セルのスロットタイミングは、整合フィルターの出力におけるピークを検出することによって、決めることができる。

従来のセル・サーチ方法の第二のステップＳ２においては、移動局は、同期チャネルの副同期コードを用いて、フレーム同期を検出し、さらに、第一のステップ（スロット同期ステップ）Ｓ１において検出されたセルのコードグループを特定する。このステップＳ２は、受信信号を可能性のある全ての副同期コードシーケンスに相関付け、さらに、相関値の最大値を特定することによって、実行される。副同期コードシーケンスの循環シフトはそれ特有のものであるので、フレーム同期のみならず、コードグループも決定することができる。

従来のセル・サーチ方法の第三のステップＳ３においては、移動局は、検出されたセルにおいて使用される正確な主スクランブリングコードを決定する。主スクランブリングコードは、一般的には、共通パイロットチャネル（Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｃｈａｎｎｅｌ：ＣＰＩＣＨ）と、第二のステップＳ２において特定されたコードグループに属する全てのコードとの間のシンボル毎の相関関係を介して、特定される。

検出されたセルにおいて使用される主スクランブリングコードが特定されると、特定されたこの主スクランブリングコードは、ステップＳ４において、以前に特定されたスクランブリングコードのリスト５と比較され、これにより、本セルサーチ方法により既に特定されたセルは除去される。次いで、特定された主スクランブリングコードがリスト５において見出されていない候補セルのみが次の後処理工程において処理される。

移動局が、新しいセルを特定するために連続的にセルサーチを実施する場合の標準的なアルゴリズムは、第一のステップＳ１において検出されたピークのタイミングと、第一のステップＳ１の前回の実施の際に検出されたピークと比較することにより、第一のステップＳ１において検出されたピークを処理することである。新しいピークが、セルサーチの前回の実施の際に検出された古いピークと極めて近いタイミングを有している場合には、新しいピークは古いピークと同一と見なされ、それ以上の処理は行われない。

二つのピークが極めて近いか否かは、二つのピークが同一と見なされる範囲内におけるタイミング差の最大値を規定する、動的に調節可能なパラメータを用いて、決定される。このパラメータの値は、自動周波数制御（ＡＦＣ）の誤差に起因して最大値に応じて発生するずれと、圧縮モードでの移動経路タイミング及び現在のパラメータとに応じて決定される。

上述の従来のセルサーチ方法は、第一のステップＳ１が圧縮モードギャップの範囲内において実施された場合、すなわち、二つのピークが相互に全く離れている場合、さらに、ページング間隔が遠くなることが多くなるアイドルモードにある場合には、うまく作動しない。このような状況では、続けて実施される第一のステップＳ１におけるピークタイミングの位置は大きく異なることが多くなる。従って、どの第一のステップＳ１のピークがそれまでに特定されたセルに属することになるのかを決定するための情報を得られなくなる。最悪の場合には、第一のステップＳ１のピークはプリセット・ウインドウから外れてドリフトし続けているため、同一のセルに属する第一のステップＳ１のピークが第二及び第三のステップとともに繰り返し解析されることになる。このような場合には、第三のステップＳ３の後で、ピークはマルチパス信号として繰り返して拒否されることになり、従って、新しいセルは永久に見つからない。

このため、無線通信システムにおいて移動局により実施される従来のセルサーチ方法の上述のような欠点を克服したセルサーチ方法が望まれる。

また、検出されたセルのスロットタイミングが大幅に変わるような状況、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡの圧縮モードにおける動作の場合や、ページング間隔がかなり離れる場合における状況を改善するセルサーチ方法が望まれる。

本発明は、複数の基地局と一個の移動局とを備える無線通信システムにおいて新しいセルを探し出すために連続セルサーチを行なう方法において、（ａ）主同期コードを用いて、特定されたセルに対するスロット同期を確立する過程と、（ｂ）副同期コードを用いて、フレーム同期を検出するとともに、前記特定されたセルのコードグループを特定する過程と、（ｃ）前記特定されたセルが用いる主スクランブリングコードを決定する過程と、（ｄ）以前に特定された主スクランブリングコードに対応するセルの後処理を中止する過程と、（ｅ）前記過程（ａ）において特定されたスロットタイミングと、前記過程（ｂ）及び（ｃ）の以前の実行時に特定された主スクランブリングコード及び当該特定された主スクランブリングコードに対応するフレームタイミングとを相関関係付ける過程と、（ｆ）相関関係が検出されたときに、前記過程（ａ）において特定されたスロットタイミングに対する前記過程（ｂ）及び（ｃ）の処理を中止する過程と、を備える連続セルサーチ方法を提供する。

前記過程（ｆ）は、前記過程（ｅ）における最も強い相関関係を有するように決められたスロットタイミングで実行されることが好ましい。

前記過程（ｅ）において最も強い相関関係を有する前記スロットタイミングは、各スロットタイミングの相関関係の強さを検出された全スロットタイミングの平均値で除算し、スロットタイミングの信号／ノイズ比を算出し、前記信号／ノイズ比を予め設定されたしきい値と比較することにより、決められることが好ましい。

前記しきい値を超える前記信号／ノイズ比は前記過程（ｆ）において拒絶されることが好ましい。

前記過程（ｅ）において実施される相関関係付けは、限定された数のＷ−ＣＤＭＡスロットに対して行なわれることが好ましい。

前記過程（ｅ）において実施される相関関係付けは、同一の圧縮モードウインドまたはページングの下で行なわれることが好ましい。

本発明は、複数の基地局を備える無線通信システムにおいて使用される移動局において、スロットタイミング検出器と、フレームタイミング及びコードグループ検出器と、スクランブリングコード検出器と、前記スロットタイミング検出器により特定されたスロットタイミングを、セルサーチの前回の実行時に前記フレームタイミング及びコードグループ検出器及び前記スクランブリングコード検出器により特定された主スクランブリングコード及び当該特定された主スクランブリングコードに対応するフレームタイミングに相関関係付ける相関器装置と、を備える移動局を提供する。

前記相関器装置は、並列に連結された複数の相関器を備えており、前記複数の相関器の各々には異なるスクランブリングコードが設定され、単一の過程において複数の既知のスクランブリングコードを検出するものであることが好ましい。

前記相関器装置は、マトリクス状に配置された相関器を備えており、マトリクスの各列の相関器には、所定のスクランブリングコードに対応する複数の複数経路反射のタイミングが設定されていることが好ましい。

本発明によれば、第一のステップの同一のピークを２回またはそれ以上処理することを回避できるため、セルサーチの速度を上げることができる。このように同一のピークの複数回の処理を回避できるのは、複数経路信号の送受信あるいはドップラー効果に起因して、極めて高価値のタイミングを得ることができるためである。セルサーチの速度向上は、セルサーチの早期の段階において、第一のステップのピークを少なくとも以前のセルから拒絶することによっても、達成することができる。この場合、セルサーチにおける時間の長い第二のステップを再実施する必要はない。同様のピークタイミングは不要であるためである。

ギャップが希薄に分布した圧縮モードでは、新しいセルに対する中間周波数サーチに要する時間は短縮される。このため、システム全体の性能を向上させることができる。アイドルモードにおけるセルサーチの性能も向上させることができる。ページング間のタイミングドリフト効果が圧縮モードの場合と同じであるからである。

[好ましい実施例の詳細な説明]
図２は、本実施例に係るセルサーチ方法の実施対象であるＷ−ＣＤＭＡ無線通信システムの概略図である。

図２に示すように、無線通信システム１０は、Ｗ−ＣＤＭＡネットワーク１２と、Ｗ−ＣＤＭＡネットワーク１２にそれぞれ接続されている３つの基地局１４、１６、１８とから構成されている。

移動局２０は、基地局１４、１６、１８によりカバーされているセルから複数の伝播経路を介して多数の無線信号を受信する。移動局２０は、例えば、携帯電話機から構成されている。

移動局２０がセルサーチを実施する場合、基地局１４、１６、１８から発せられる複数経路を経た複数の無線信号を受信する。これらの無線信号は、信号の反射及び回折に起因して、相互にタイミングがずれている。

図３は、移動局２０の構造を示すブロック図である。

図３に示すように、移動局２０は、アンテナ３２と、アンテナ３２を介して受信した無線信号をベースバンド周波数に変換（ダウンコンバート）する復調器３４と、受信したアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器３６と、セルサーチの間にスロットタイミングを検出するスロットタイミング検出器３８と、セルサーチの間にフレームタイミングとコードグループを検出するフレームタイミング／コードグループ検出器４２と、セルサーチの間にスクランブリングコードを検出するスクランブリングコード検出器４４と、受信したコードを検出した拡散コードで復調する第二復調器４６と、第二復調器４６により復調された受信信号を復号する復号器４８と、移動局２０の動作を制御するマイクロプロセッサ４０と、マイクロプロセッサ４０が実行するプログラムと、マイクロプロセッサ４０が各種動作を実行するときに必要とするデータとを格納するメモリ５０と、専用相関器５２と、を備えている。

メモリ５０には、上記のデータの他に、マイクロプロセッサ４０の動作を制御する制御プログラムが格納されているとともに、メモリ５０はマイクロプロセッサ４０の作動領域としても機能する。マイクロプロセッサ４０はメモリ５０から制御プログラムを読み出し、この制御プログラムに従って作動する。

専用相関器５２は、セルサーチの第一のステップにおいて検出される最初のピークタイミングのデータと、セルサーチの第二及び第三のステップにおいて、以前に特定されたセルに基づいて検出されるスクランブリングコード及びフレームタイミングデータとの間で、共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）の相関関係を検出する。

以下、図４乃至図６を参照して、本実施例に係るセルサーチを移動局２０が実施する際の動作を説明する。

図４は、移動局２０が実施する本発明の一実施例に係るセルサーチ方法のフローチャートである。

移動局２０がセルサーチを繰り返して実行する場合、共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）の相関関係の検出に続いて第一のステップが実施され、この第一のステップにおいて、以前に特定されたセルに属するとともに、それ以上の処理を必要としないピークが特定される。ステップＳ１におけるピークを検出するための処理の順序は、図４に示すように、ステップＳ１、既知のセルの除去ステップＳ６０、ステップＳ２、ステップＳ３である。

既知のセルを除去する２番目のステップＳ６０においては、Ｎ個の最も強いステップＳ１のピークを解析し、それらのピークが既に特定されたセルの一つに属するものであるか否かが決められる。

図５は、既知のスクランブリングコードを除去するステップＳ６０において実施される各ステップを示すフローチャートである。

図５に示すように、ステップＳ６０においては、先ず、ステップＳ６２において、最新のステップＳ１におけるピークにより検出された最初のスロットタイミングと、既知のセルに基づいて検出されたスクランブリングコード及びフレームタイミングとを、共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）上において、相関関係付ける。

次いで、ステップＳ６３において、このようにして求められた相関値の振幅をステップＳ１の平均値で除算し、共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）の信号／ノイズ比（ＳＮ比）の大まかな推定値を求める。

次いで、ステップＳ６４において、この信号／ノイズ比が予め設定されたしきい値より大きいか否かを判定する。

信号／ノイズ比がしきい値よりも大きい場合（ステップＳ６４のＹＥＳ）には、既知のスクランブリングコードが検出されたことを意味し、その場合には、ステップＳ６５において、与えられたステップＳ１におけるピークは廃棄される。

信号／ノイズ比がしきい値よりも大きくない場合（ステップＳ６４のＮＯ）には、ステップＳ６６において、検出されたステップＳ１におけるピークはさらに処理される。

図６は、スクランブリングコードを拒絶する既知のプロセスにおけるタイミング及びスクランブリングコードの候補値の配列を示す。

共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）の目的は、ステップＳ１における相関ピークのうちどのピークが既知のスクランブリングコードに対応しているかを見つけ出し、さらに、そのピークをそれ以上処理することを中止することにある。図６において、既知のスクランブリングコードに対応するピークは破線で示されている。

共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ）の相関関係付けは、セルサーチのステップＳ３に用いられる装置、経路分布測定に用いられる装置、または、図３に示した相関器５２の何れかを用いて実施することができる。相関器５２は、並列に配置した複数の相関器から構成することができ、この場合、各相関器にはそれぞれ異なるスクランブリングコードが設定され、各相関器は、単一の過程において、それぞれ異なる既知のスクランブリングコードを検出する。

あるいは、相関器５２は、マトリクス状に配列した相関器から構成することができる。この場合、マトリクスの各横列の相関器に対しては既知の一つのスクランブリングコードが割り当てられる。マトリクスの各縦列の相関器には、所定のスクランブリングコードに対応する既知の複数経路反射に対するタイミングが割り当てられる。このため、相関器５２は、既知のスクランブリングコードと、各スクランブリングコードに対する既知のフレームタイミング値とを単一の過程で検出する。

新しいセルを検出する全体の平均速度を向上させるためには、相関関係付けに要する処理時間をセルサーチにおける通常のステップＳ２及びステップＳ３よりも大幅に短くすることが必要である。相関関係付けは、一つのＷ−ＣＤＭＡスロット、例えば、１０個の共通パイロットチャネルのシンボルと同じくらい短くすることが可能である。相関関係付けに対するそのような短い蓄積時間は、セルサーチにおけるステップＳ３に必要とされる処理ゲインほどには大きな処理ゲインを有することはないが、最も強力なセルを検出するには充分である。この処理ステップの実行はそれほど重要ではない。なぜならば、このステップにおいてセルを検出できなくても、セルサーチそのものの失敗には結びつかず、単に、ピークの解析を２回行うことになるだけであるからであり、従って、標準的なアルゴリズムを再度実施することになるだけであるからである。

早期の、すなわち、短時間で行なう相関関係付けにおいては、ステップＳ１のピークのリストを共通のバースト、すなわち、共通の圧縮モードウインドあるいは共通のページングで処理でき、このため、セルを除去するステップはステップＳ１のピークから導かれた最新のスロットタイミングを用いて行うことが望ましい。

上述の構成によりセルサーチ全体の速度を向上させることができることにより、相関関係付けステップはステップＳ２及びステップＳ３よりも大幅に短い時間で実行される。この相関関係付けステップの後で、いくつかの強力なセルが除去され、ステップＳ２及びステップＳ３が、既に特定されているセルに対してではなく、新しいセルに属することになる強いピークに対して、実施される。

利点としては、既知のスクランブリングコードを除去する過程、すなわち、短時間での相関関係付けの過程は、所定のステップＳ１におけるピークに十分に近いフレームタイミングを有する既知のセルにおいて、実施すればよいことが挙げられる。これは、前述のマトリクス状の相関器をステップＳ１から導かれたタイミング（このタイミングは既知のセルのタイミングに十分に近い）でプリロードすることにより、達成することができる。これにより、既知のスクランブリングコードの除去の全体の速度を向上させることができる。その理由は、セルのフレームタイミングは、連続する測定ウインドの間において大幅に動くことはなく、従って、処理資源（マトリクス状の相関器）は、所定のタイミングに近くはないスクランブリングコード上で浪費されることがないからである。

本実施例によれば、ステップＳ１におけるピークの検出を介して行なわれる移動局の処理速度を上げることができ、従って、所定の時間内に可能な限り多くのステップＳ１におけるピークを解析することができる。

ステップＳ１におけるピークの解析速度は、既に特定されているセルから得られる情報を用いて、向上させることができる。

なお、上記の実施例は、その構成の改変または追加を除外するものではなく、本発明の主旨の範囲内において、任意の改変または追加を行なうことができる。

Ｗ−ＣＤＭＡ形式の移動局が実施する従来のセルサーチ方法の各ステップを示すフローチャートである。 Ｗ−ＣＤＭＡ無線通信システムの概略図である。 図１に示したＷ−ＣＤＭＡ無線通信システムの一部を構成する移動局の構成を示すブロック図である。 図３に示した移動局が実施する本発明の一実施例に係るセルサーチ方法の各ステップを示すフローチャートである。 図４に示したセルサーチ方法の一部であって、既知のスクランブリングコードを除去する過程を詳細に示すフローチャートである。 図４に示したセルサーチ方法の第一のステップにおいて特定されたスロットタイミングと、同セルサーチ方法の第二及び第三のステップにおいて以前に特定されたスクランブリングコード及びフレームタイミングとの相関関係を示す図である。

Claims (11)

1. 複数の基地局と一個の移動局とを備える無線通信システムにおいて新しいセルを探し出すために連続セルサーチを行なう方法において、
   （ａ）主同期コードを用いて、特定されたセルに対するスロット同期を確立する過程と、
   （ｂ）副同期コードを用いて、フレーム同期を検出するとともに、前記特定されたセルのコードグループを特定する過程と、
   （ｃ）前記特定されたセルが用いる主スクランブリングコードを決定する過程と、
   （ｄ）以前に特定された主スクランブリングコードに対応するセルの後処理を中止する過程と、
   （ｅ）前記過程（ａ）において特定されたスロットタイミングと、前記過程（ｂ）及び（ｃ）の以前の実行時に特定された主スクランブリングコード及び当該特定された主スクランブリングコードに対応するフレームタイミングとを相関関係付ける過程と、
   （ｆ）相関関係が検出されたときに、前記過程（ａ）において特定されたスロットタイミングに対する前記過程（ｂ）及び（ｃ）の処理を中止する過程と、
   を備える連続セルサーチ方法。
2. 前記過程（ｆ）は、前記過程（ｅ）における最も強い相関関係を有するように決められたスロットタイミングで実行されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の連続セルサーチ方法。
3. 前記過程（ｅ）において最も強い相関関係を有する前記スロットタイミングは、各スロットタイミングの相関関係の強さを検出された全スロットタイミングの平均値で除算し、スロットタイミングの信号／ノイズ比を算出し、前記信号／ノイズ比を予め設定されたしきい値と比較することにより、決められることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の連続セルサーチ方法。
4. 前記しきい値を超える前記信号／ノイズ比は前記過程（ｆ）において拒絶されることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の連続セルサーチ方法。
5. 前記過程（ｅ）において実施される相関関係付けは、限定された数のＷ−ＣＤＭＡスロットに対して行なわれることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項の何れか一項に記載の連続セルサーチ方法。
6. 前記過程（ｅ）において実施される相関関係付けは、同一の圧縮モードウインドまたはページングの下で行なわれることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項の何れか一項に記載の連続セルサーチ方法。
7. 複数の基地局を備える無線通信システムにおいて使用される移動局において、
   スロットタイミング検出器と、
   フレームタイミング及びコードグループ検出器と、
   スクランブリングコード検出器と、
   前記スロットタイミング検出器により特定されたスロットタイミングを、セルサーチの前回の実行時に前記フレームタイミング及びコードグループ検出器及び前記スクランブリングコード検出器により特定された主スクランブリングコード及び当該特定された主スクランブリングコードに対応するフレームタイミングに相関関係付ける相関器装置と、
   を備える移動局。
8. 前記相関器装置は、並列に連結された複数の相関器を備えており、前記複数の相関器の各々には異なるスクランブリングコードが設定され、単一の過程において複数の既知のスクランブリングコードを検出するものであることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の移動局。
9. 前記相関器装置は、マトリクス状に配置された相関器を備えており、マトリクスの各列の相関器には、所定のスクランブリングコードに対応する複数の複数経路反射のタイミングが設定されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の移動局。
10. 前記移動局は携帯電話機からなるものであることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の移動局。
11. 複数の基地局と一個の移動局とを備える無線通信システムにおいて新しいセルを探し出すために、前記移動局に内蔵されたコンピュータに連続セルサーチを行なわせるプログラムであって、
    （ａ）主同期コードを用いて、特定されたセルに対するスロット同期を確立する処理と、
    （ｂ）副同期コードを用いて、フレーム同期を検出するとともに、前記特定されたセルのコードグループを特定する処理と、
    （ｃ）前記特定されたセルが用いる主スクランブリングコードを決定する過程と、
    （ｄ）以前に特定された主スクランブリングコードに対応するセルの後処理を中止する処理と、
    （ｅ）前記処理（ａ）において特定されたスロットタイミングと、前記処理（ｂ）及び（ｃ）の以前の実行時に特定された主スクランブリングコード及び当該特定された主スクランブリングコードに対応するフレームタイミングとを相関関係付ける処理と、
    （ｆ）相関関係が検出されたときに、前記処理（ａ）において特定されたスロットタイミングに対する前記処理（ｂ）及び（ｃ）の処理を中止する処理と、
    を実行させるためのプログラム。

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