JP4523177B2

JP4523177B2 - 通信システムにおける効率的な同期の方法

Info

Publication number: JP4523177B2
Application number: JP2000608536A
Authority: JP
Inventors: ビェルン，ウルフ，アンデルスシールボム，
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: WO2000059147A1; AU4154800A; SE513768C2; DE60038959D1; KR100551114B1; JP2002540720A; EP1166489B1; SE9901123L; ES2304952T3; ATE396561T1; CN1171415C; SE9901123D0; EP1166489A1; KR20010103051A; CN1346560A; US6442220B1

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、通信システムにおける物理層プリアンブルの手段との効率的な同期の方法に関する。より詳細には、本発明は無線ローカルエリアネットワーク及び／或いは無線非同期転送モード（ＡＴＭ）システムとともに公衆アクセスシステムとして用いられる短距離高速データ通信システムの効率的な同期方法に関するものである。
【０００２】
技術水準
無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）と無線ＡＴＭシステムでの短距離高速データ通信システムについての要求が増し加わっている。その新しいシステムの重要な特徴は集中型媒体アクセス制御（ＭＡＣ）であろうし、それは利用可能な周波数スペクトラムを効率的な使用へと導くことが意図されている。基地局とも呼ばれるアクセスポイント（ＡＰ）は、ダウンリンクとアップリンクの両方について容量を割当てることにより、チャネルアクセスを制御し、また、ターミナルアダプタ（ＴＡ）と呼ばれる移動端末（ＭＴ）は、夫々の“チャネル”、例えば、タイムスロットにおいて聴取を行い送信を行う。そのような集中型ＭＡＣは通常、ＧＳＭのようなセルラ移動無線システムにおいて用いられる。
【０００３】
そのような新しい通信システムの特徴は、プロトコルデータユニット（ＰＤＵ）がデータを転送することである。特に、ただ少数のＰＤＵタイプが、例えば、制御情報（制御ＰＤＵ）と実際のデータ（データＰＤＵ）について存在し、夫々のタイプは固定的なサイズをもっている。新しい通信システムは３つの部分、即ち、物理層、論理リンク制御（ＬＬＣ）とＭＡＣとを有するデータリンク制御（ＤＬＣ）、及びコンバージェンス層（ＣＬ）とを有するように規定される。ＣＬは上位層とＤＬＣとの間のインタフェースである。例えば、ＴＣＰ／ＩＰについてはＣＬがあっても良く、それはＩＰパケットを（データ）ＰＤＵへと分割する。ＤＬＣ層はいくつかのヘッダ情報を付加し、固定サイズのＰＤＵを物理層に対して提供する。
【０００４】
新しい通信システムの物理層は直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）に基づいているであろう。ＯＦＤＭ信号は与えられた数（例えば、６４）の副搬送波から成り立っており、その副搬送波は直交狭帯域変調搬送波のシーケンスであり、それは与えられたチャネルの利用可能なスペクトルバンド幅を満たしている。中央副搬送波はまた、ＤＣ副搬送波とも呼ばれる。それ故、物理層におけるデータユニットの細分性はＯＦＤＭシンボルである。
【０００５】
種々の標準に従って実行するＷＬＡＮシステムがある。ＩＥＥＥ８０２．１１はその例であり、そのようなシステムは、本発明が用いられるシステムとしての類似の物理層パラメータを含む５ＧＨzモードを含んでいるであろう。しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１１システムは無線によりＩＰパケットを送信するために設計されている。そのプロトコル原理はイーサネットと類似しており、それ故に、そのＭＡＣは本発明のシステムとは大いに異なっている。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１システムにおいて、ＩＰパケット或いは可変長のそのセグメントが送信される。
【０００６】
ＭＡＣフレームは論理チャネルとともにデータブロックを割当てるためのトラフィック制御情報を含むいくつかのフィールドから成り立っている。同期とチャネル評価の目的のため、プリアンブルが各ブロックの始めに付加されても良い。
【０００７】
データフォーマットを簡単化するために、異なるチャネルのプリアンブルは、同じ時間長の繰り返しシーケンス、即ち、６４点ＦＦＴ（高速フーリエ変換）長の４分の１の繰り返しを含んでいる。新しい通信システムと干渉するかもしれない別の共存する通信システムがある環境における動作では、その共存システムは同様に同じ繰り返し距離（Ｌ）を用いる。ここで、その距離は繰り返しシーケンスの長さである。
【０００８】
同じ繰り返し距離の再利用のために、移動端末はセルにおけるあるＡＰのＭＡＣフレーム構造との同期において深刻な問題を経験するかもしれない。なぜなら、ＢＣＣＨ−ＴＳにおいて用いられる繰り返し距離を、例えば、ＵＬＣＨ−ＴＳにおいて別のＴＡによって用いられているものとともにして誤って解釈できるからである。もし、このような場合があれば、ＴＡにはそのような誤った検出事象からの回復をする、即ち、できるだけ速く／迅速に、偽のアラーム検出を得るための手段が与えられるべきである。
【０００９】
２番目の問題は、与えられた周波数バンドにおいて、単位がＷ／Ｈzの電力スペクトル密度（ＰＳＤ）を制限するかもしれないスペクトルの要求である。もし、プリアンブルシーケンスがいつも副搬送波の同じサブセットを用いるなら、これらは通常の空中フレームについて増加した電力スペクトル密度もつ、例えば、４番目毎の副搬送波は強力なＰＳＤをもつであろう。
【００１０】
３番目の問題は、標準的な規則のために、ＤＣ副搬送波が用いられず、その結果、繰り返しプリアンブルシーケンスのパワースペクトルにおいて、ＤＣ周辺で副搬送波の２倍のギャップがあることである。それ故に、より小さい周波数のダイバーシティがスペクトラムのこの部分において不当に用いられることになる。
【００１１】
本発明の要約
本発明は上述した同期、パワースペクトル密度、及び周波数ダイバーシティの問題を解決することに関するものである。
【００１２】
本発明の目的は同じ繰り返し距離をもつ繰り返しシーケンスの判別を改善し、種々の入力電力レベルと周波数オフセットに対して耐性のある方法を提供することである。
【００１３】
本発明のもう１つの目的は、与えられた周波数バンドにおける電力スペクトル密度と周波数ダイバーシティをも制限する方法を提供することである。
【００１４】
上述した目的は、繰り返しシーケンスが第１にその位相と対応する自己相関の大きさとを変更することにより変形され、サインがそのシーケンスの検出と判別に用いられる発明の方法によって満たされる。
【００１５】
本発明によって与えられる利点によって、上述した問題を解決することができる。本発明はプリアンブルの判別を改善し、通信システムの耐性を増す。さらにその上、本発明は利用可能な周波数スペクトラムのより効率的な利用を可能にしている。
【００１６】
好適な実施形態の説明
さて、本発明についてさらに詳細に説明する。発明された方法を用いることにより解決される問題の理解を容易にする目的のためだけに、フレキシブルなＭＡＣフレームのより詳細な例を図１を参照して説明する。
【００１７】
フレームは同報制御チャネル（ＢＣＣＨ）で始まり、それは１つのＡＰによってカバーされるセル全体にわたって送信される情報を含んでいる。異なるＭＴｓに対する論理チャネルの割当ては、しばしば要求許可チャネルとして言及されるＦＣＣＨ（フレーム制御チャネル）において送信される。そのことは、ダウンリンクデータブロックを受信し、及び／或いはアップリンクデータブロックを送信することが予期されるとき、各ＭＴが正確にそのフレームにおける専用時間を知っていることを意味している。その次に、ＭＴに指定される、或いはＭＴによって送信されるデータブロックは“バースト”と呼ばれる。ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）はフレームの終わりに位置する。ＭＴはその割当てられたアップリンクチャネル（ＵＬＣＨ或いはＵＬ）において、或いは１つのランダムアクセスチャネルを介して容量について要求しても良い。
【００１８】
各フィールド内で、データはＡＰから１つのＭＴへと、或いはその逆方向へと送信される。この送信されたデータはセル全体をカバーしている。各バーストは１つ以上のＰＤＵを有している。ＤＬＣ層において、いくつかのＰＤＵの連結はまた、ＰＤＵトレイン、或いはＡＴＭセルを送信する場合、“ＡＴＭセル”トレインとも呼ばれる。物理層において、プリアンブルは同期とチャネル評価の目的のために、各バーストの始めに付加されても良い。そのチャネルアクセス方式は動的ＴＤＭＡと呼ばれる。それ故に、そのバーストは可変長をもつ。
【００１９】
バーストに付加されるプリアンブルはトレーニングシーケンス（プリアンブルとトレーニングシーケンスという用語は次には交互に用いられる）と呼ばれ、それらが属する各チャネルで、例えば、ＢＣＣＨ−ＴＳ（同報チャネルトレーニングシーケンス）、ＵＬＣＨ−ＴＳ（アップリンクチャネルトレーニングシーケンス）などとラベルがつけられ、ＯＦＤＭシンボルのｍ番目毎（ｍはゼロではない正の整数）の副搬送波だけを用いて創成される。これはＦＦＴ長の範囲内でｍ回自分自身を繰り返すパターンへと導き、それはこのシステムでは６４であることが分かる。例えば、４番目毎の副搬送波を用いることはＬ＝１６の繰り返しシーケンス長となる。
【００２０】
ＴＳの実際の目的は、フレーム開始の検出、受信電力レベルの測定、そして周波数オフセット評価である。本発明の通信システムでは、提案されたプリアンブル構造は３つの部分、Ａ、Ｂ、そしてＣパートから成り立っており、Ａパートは検出、電力レベル評価（ＡＧＣ）、粗精度の時間評価のために用いられる。この検出（及び異なるＴＳの判別）とその評価は異なる入力電力レベルと周波数オフセットに対して耐性がなければならない。
【００２１】
なお、説明されたＭＡＣフレームは数多くの可能性のあるフィールド構成の一例である。そのフィールドの異なる順序がまた同様に発生しても良い。さらにその上、本発明が依然として適用可能であっても説明されたフィールドのいくつかは現れないかもしれないし、他のものが付加されるかもしれない。繰り返しパターンは、上述した数多くの問題の原因となる。
【００２２】
これらの問題に対する発明された解決策は次のとおりである。
【００２３】
他のトレーニングシーケンスのために用いられる繰り返し距離を再利用するために、その繰り返しシーケンスに含まれる位相情報が変形される。
【００２４】
好適な実施形態では、個々のシーケンスが、近接するシーケンスにおける繰り返しサンプルの位相が１８０°異なるように生成される。
【００２５】
このことは、好適な実施形態を説明するために用いられる特定の例に関して、周波数領域においてはロードされた副搬送波のセットを２副搬送波分だけシフトすることにより成し遂げられる。これにより、サンプル当りの線形的に増加する周波数オフセットが時間領域に導入され、それはＤ＝１６のサンプルにおける距離で１８０°ちょうどであり、従って、ＴＳの所望の位相特性を具体化する。なお、この方法により、ＴＳに関与するシーケンス毎の位相情報は、ひとつおきのシーケンスの位相情報だけによって変形されるものではない。しかしながら、ＴＳの原理的な構造は、好適な実施形態によって保存されている。
【００２６】
そうすることにより、そのような変形繰り返しトレーニングシーケンスの自己相関は変形されない繰り返しシーケンスと比較して反対の符号をもつであろう。その反対の符号は、例えば、ＢＣＣＨ−ＴＳとＵＬＣＨ−ＴＳとを判別するために用いられる。この判別はまた、周波数オフセットをもって受信されるＴＳに対しても可能である。そのオフセットは自己相関を回転させるが、その回転が＋／−９０°を越えない限り、その判別は単にその自己相関の実数部の符号を見るだけで可能である。新しい通信システムでは、最大で２４０ｋＨzの周波数オフセットが発生しても良い。Ｄ＝１６の自己相関オフセットをもつなら、その回転は７０°未満であろう。この判別特性はまた、その信号値が、例えば、最大値に限定されるようにクリップされるとき保存される。これは、知らない入力電力レベルで信号を受信した時の場合であるかもしれない。ＢＣＣＨ−ＴＳについてのみ変形されたＴＳ（ＴＳ′）を用いることにより、他の全ての検出がＴＳとＴＳ′の判別特性を利用することにより破棄されるので、偽のアラームを用いることになくフレーム開始を検出することが可能である。他の検出はＭＡＣフレームにおける他のバースト、或いは、繰り返しプリアンブルを用いる何か他のシステムから来ても良い。
【００２７】
単純にするため、次の“符号が保存されている”という表現と他の類似の表現とは、位相変形は必ずしも単純な符号の逆転によって成し遂げられるものではなく、全ＴＳにわたる線形的に増加する位相によって成し遂げられるものであるが、上述したように繰り返しシーケンスに適用される位相変形について言及するものである。
【００２８】
既に説明したように、周波数空間では、この変形は副搬送波間における距離の半分だけのスペクトラムのシフトに等しい。例として、符号の変更後、４つめ毎の副搬送波で始まると、その副搬送波は２つ分だけシフトされる。それ故に、変形されたスペクトラムと元々のものとはオーバラップすることはなく、元々許可されたスペクトラムの異なる部分を用い、それ故に、以前よりもより均一にＰＳＤを用いることが可能になる。
【００２９】
さらにその上、使用できなかった元々のＤＣ副搬送波は、新しい通信システムにおいては許可される副搬送波へとシフトされる。その結果、変形されたトレーニングシーケンスのスペクトラムの中央には、副搬送波の付加的なギャップはなく、それ故に、より大きな周波数ダイバーシティが活用される。
【００３０】
図２ａ、２ｂ、２ｃは、対応する自己相関値のプロットとともに多くの例のＴＳ（プリアンブル）を示している。
【００３１】
図２ａは与えられたシーケンス（長さＬ）の２回の繰り返しからなるＴＳを描写している。ＴＳの自己相関は、そのグラフでは実線でプロットされている。そのグラフにおいて、自己相関長はＭ＝Ｌであり、自己相関オフセットはＤ＝Ｌである。変形されたプリアンブルＴＳ′は２つの繰り返しのいずれかの（図２ａでは最初のもの）符号を逆転することによりＴＳを変形することによって創成される。その図において（及び図２ｂと図２ｃにおいて）、符号が逆転したシーケンスは垂直の矢によって示されている。ＴＳ′の自己相関は、ＴＳ（変形されていないプリアンブル）のそれと比較して１８０°だけ回転される。即ち、そのグラフでは符号が逆転して破線で描かれている。元々のＴＳと変形されたＴＳの両方は、正規なＯＦＤＭシンボルとして、即ち、逆ＦＦＴによって創成される。
【００３２】
図２ｂにおいて、ＴＳは与えられたシーケンス（長さＬ）の４つの繰り返しから創成される。このＴＳの自己相関（Ｍ＝３Ｌ、Ｄ＝Ｌ）がそのグラフでは実線としてプロットされている。１つおきの繰り返しの符号を逆転させることにより（この例では１番目で始まる）、対応する自己相関は１８０°回転され、即ち、符号が逆転される（このグラフでは破線）。元々のＴＳと変形されたＴＳの両方は、正規なＯＦＤＭシンボルとして、即ち、逆ＦＦＴによって創成される。
【００３３】
図２ｃにおいて、ＴＳは与えられたシーケンス（長さＬ）の６つの繰り返しから成り立っている。しかし、その最後の繰り返しでは符号が逆転している。その結果、ＴＳにおける最後の繰り返しでの反転で、その自己相関の大きさがその最大値の後、より大きな傾斜で小さくなり、また、小さなサイドローブが生じる。このＴＳの自己相関（Ｍ＝４Ｌ，Ｄ＝Ｌ）は、そのグラフでは実線としてプロットされる。１つおきの繰り返しの符号を逆転させることにより（この例では１番目で始まる）、対応する自己相関は１８０°回転され、即ち、符号が逆転される（このグラフでは破線）。なお、この例では、元々のＴＳと変形されたＴＳは、正規なＯＦＤＭシンボルとして、即ち、逆ＦＦＴによって直接には創成されない。しかしながら、中央の部分（４つの繰り返し）は正規のシンボルである。この例は、既に符号が逆転され、正規のＯＦＤＭシンボルではないかもしれないいくつかの繰り返しをもったＴＳはまた、符号の逆転した自己相関をもつ対応したＴＳをもつことを指摘している。
【００３４】
自己相関の符号はプリアンブルの繰り返しの位相変形に依存するので、その自己相関の符号はプリアンブルの判別のために用いられる。その自己相関の大きさはプリアンブルに対して同じであり、これは性能が同一であることを意味する。
【００３５】
耐性はプリアンブルのより信頼性のある検出と、（ＴＳとその変形版であるＴＳ′の）の判別特性がマルチパスフェーディング、周波数オフセットなどによる歪の後にも保存されるという事実によって達成される。
【００３６】
説明のために、ＦＦＴと正規のＯＦＤＭシンボルを用いて提案された判別特性をもったＴＳを構築する必要はない。本発明は、それがＯＦＤＭ信号であるか否かに係りなく、等しいブロックからなる各繰り返し構造のために用いられる。同じことが改善されたスペクトラム特性に対しても真実であり、その特性においてＯＦＤＭとＦＦＴの使用は説明のための役割を果たすだけである。
【００３７】
自己相関値を計算するフローチャートの例が図３に与えられている。距離ＤがＤ個の入力サンプルを遅延させることにより創成される。遅延サンプルの共役複素数が計算され、複素乗算において遅延させられていない入力サンプルと結合される。それから、その複素乗算からの結果が最後のＭ個の複素数の値の移動合計の創成のために用いられる。
【００３８】
その相関の振幅と位相の両方が利用されるであろう。振幅情報が取られて実際にプリアンブルを検出する一方、位相情報は異なるチャネルのプリアンブルを区別するための役に立つ。特に、好適な実施形態における説明されたシナリオに関し、事実、位相情報である自己相関結果の実数部の符号が区別のために用いられても良い。
【００３９】
ＴＳのペア（原型と変形）の別の特性は、それらが互いに関して直交していることである。このことは、そのようなペアの相互相関が結果としてゼロになることを意味している。それ故に、上述したようにオフセット自己相関を適用するか、或いは知られたシーケンス、即ち、整合フィルタとの相互相関を用いて、ペアにおける２つを区別することが可能である。
【図面の簡単な説明】
本発明のより完全な理解のために、添付図面に関連してとられた詳細な説明への参照がなされるが、その図面は以下の通りである。
【図１】動的ＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムにおけるＭＡＣフレームの例を図示している。
【図２ａ】、
【図２ｂ】、
【図２ｃ】異なる繰り返しシーケンスとそれに対応した自己相関値とを図示している。
【図３】自己相関の計算を図示したフローチャートである。

Claims

同期をとるために第１のトレーニングシーケンス（ＴＳ）と第２のトレーニングシーケンス（ＴＳ’）を判別する判別方法であって、
前記第１のトレーニングシーケンス（ＴＳ）は、繰り返し長（Ｌ）をもつ信号構成をしており、該信号構成の所与の数の繰り返しがあり、各信号構成の位相は互いに異なり、前記第１のトレーニングシーケンスの各信号構成は前記第１のトレーニングシーケンスの開始位置までの距離によって定義される所与の位置と関係付けられ、
前記第２のトレーニングシーケンス（ＴＳ’）は、前記第１のトレーニングシーケンス（ＴＳ）の繰り返し数と同じ繰り返し数の信号構成を有し、前記第２のトレーニングシーケンスの各信号構成は前記第２のトレーニングシーケンスの開始位置までの距離によって定義される所与の位置と関係付けられ、前記第２のトレーニングシーケンスの１つおきの信号構成の位相が変形され、
前記第２のトレーニングシーケンスの各変形された信号構成は、前記第１と第２のトレーニングシーケンス（ＴＳ，ＴＳ’）における同じ位置で見出される前記第１のトレーニングシーケンス（ＴＳ）の各信号構成の位相に関して変形され、各変形された信号構成の長さは変更されず、
一方、前記第２のトレーニングシーケンス（ＴＳ’）における残りの信号構成の位相は、前記第１のトレーニングシーケンス（ＴＳ）の残りの信号構成の位相に関して変形されず、
前記方法は、
入力信号を受信する工程と、
前記受信された信号において前記繰り返し長（Ｌ）に対応する距離で自己相関を適用して、複素自己相関値を生成する工程と、
前記複素自己相関値の振幅を見出し、前記振幅が所定の値に対応するなら、前記受信された信号が、前記第１或いは第２のトレーニングシーケンス（ＴＳ，ＴＳ’）を示す前記繰り返し長（Ｌ）をもつ前記所与の数の繰り返しがある信号構成を有するトレーニングシーケンス（ＴＳ，ＴＳ’）に対応していると判断する工程と、
前記複素自己相関値の位相に従って前記第１のトレーニングシーケンスと前記第２のトレーンングシーケンスを判別する工程とを有することを特徴とする方法。
前記自己相関値を生成する工程は、
前記受信した入力信号をサンプリングする工程と、
所与の数（Ｄ）の入力サンプルを遅延させる工程と、
前記遅延させられたサンプルの共役複素数を計算する工程と、
前記共役複素数と複素乗算において遅延させられていない入力サンプルとを結合する工程とを有し、
前記複素乗算における結果は最後のＭ個の複素数の値の移動加算を創成するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記位相の変更は、１８０°であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記位相の変更は、前記トレーニングシーケンスにわたって線形的に増加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記第２のトレーニングシーケンス（ＴＳ’）は、通信システムのアップリンクチャネルで送信されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
前記第１のトレーニングシーケンス（ＴＳ）は、同報チャネルで送信されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記第１のトレーニングシーケンス（ＴＳ）は、他の共存システムから知られていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
少なくとも前記第２のトレーニングシーケンス（ＴＳ’）は、動的時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムと時分割複信システム（ＴＤＤ）システムとの内、少なくともいずれかにおいて、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）のプリアンブルにおける同期とチャネル評価のために備えられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
前記２つのトレーニングシーケンスは、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭ）システムにおける副搬送波で送信され、
周波数領域における前記変更は、前記第１のトレーニングシステム（ＴＳ）により用いられる前記副搬送波の間隔の半分の距離だけのスペクトラムのシフトに等しく、
前記第１のトレーニングシーケンスは前記ＯＦＤＭシステムの４番目毎の副搬送波を用いることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。