JP4588579B2 - 同期検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＤＭＡ方式を用いた無線通信における同期検出手法に関する。

従来、Ｗ−ＣＤＭＡ方式を採用した無線基地局装置等の受信部において、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を用いて、ソフトウェア的に逆拡散処理（相関検出処理）を行うことが提案されている。より具体的には、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及び逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて、ソフトウェア的に逆拡散処理を行う方法が提案されている。
このような方法が適用される無線基地局装置においては、ダイナミックレンジが広い拡散符号の同期検出処理が必要とされる。
特開２００４−３２５６８号公報

本発明の目的は、ダイナミックレンジが広い同期検出装置を提供することにある。

本発明に係る同期検出装置は、受信信号（例えば、プリアンブル信号）と逆拡散用コードとを周波数領域で乗算する手段と、乗算結果の最大値を検索する検索手段と、前記最大値に基づき、利得値を決定する利得値決定手段と、前記利得値を用いて、周波数領域にて前記乗算結果の利得制御を行う利得制御手段と、前記最大値に基づき、同期検出に用いる閾値を決定する閾値決定手段とを有する。

この場合において、前記利得値決定手段は、前記最大値の桁数に基づいて、利得値を動的に決定するようにしてもよい。また、前記閾値決定手段は、前記最大値の桁数に基づいて、同期検出に用いる閾値を動的に決定するようにしてもよい。

本発明によれば、ダイナミックレンジが広い同期検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

Ｗ−ＣＤＭＡ方式を採用した無線基地局装置等の受信部において、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を用いて、ソフトウェア的に逆拡散処理（相関検出処理）を行うために、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及び逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いて、ソフトウェア的に逆拡散処理を行う方法が提案されている。
このような方法が適用される無線基地局装置における拡散符号の同期検出処理は、例えば、次のようにして行われる。

まず、無線基地局装置は、移動端末（移動局）から送られてきた受信データ（プリアンブル）に対してＦＦＴ処理を行う。また、無線基地局装置側で用意してあるスクランブルコード（scrambling code）に対してもＦＦＴ処理を行う。

次に、受信データをＦＦＴ処理により周波数領域に変換した結果と、スクランブルコードをＦＦＴ処理により周波数領域に変換した結果との積を、周波数成分ごとに求める。すなわち、周波数領域における相関値を求める。

次に、得られた周波数領域における相関値に対して、ＩＦＦＴ処理を行うことで時間領域に戻し、受信データとスクランブルコードの相関値を求める。そして、予め定めた利得値を用いて、求められた相関値に対して利得調整を行い、その後、電力化することで遅延プロファイルを作成する。そして、得られた遅延プロファイルと、予め定めた閾値を比較することでパスの検出を行い、同期を検出する。

図１は、遅延プロファイルの様子を示す図である。

同図（ａ）に示すように、信号受信時には、信号を出力する移動端末までの距離に相当する遅延時間にピークが現れるので、予め定めた閾値（Threshold）と比較し、閾値を上回ればパスとみなして、同期を検出する。しかしながら、同図（ｂ）に示すように、移動端末から過入力レベルで信号を受信した場合には、ＤＳＰ等の演算器内でオーバーフローが生じ、閾値との相対的な関係が崩れ、所望でない信号をパスとし誤検出してしまうことがある。

また、同図（ｃ）に示すように、信号が小さい場合には、小さい閾値の方が、同期検出性能の向上が期待できるが、閾値を小さくしたときに、大きな信号レベルで入力がされると、同図（ｄ）に示すように誤検出が発生することになる。

また、通常、遅延プロファイルに対しては、利得の調整が行われる。

図２は、利得調整を行った遅延プロファイルの様子を示す図である。同図では、利得調整を行う前の遅延プロファイルを点線で示し、利得調整を行った後の遅延プロファイルを実線で示している。

同図（ａ）においては、利得（gain）を調整することにより、ピークの検出が可能となっている。しかし、同図（ｂ）では、元々の入力信号が小さいため、同図（ａ）と同等の利得ではピークを検出することができない。一方、同図（ｃ）では、入力信号が大きいため、利得を与えることによって、所望のピークではオーバーフローが発生し、所望でない信号に対して誤検出が生じることになる。

このようなことを防ぐためには、受信状況に応じて利得を変化させることが考えられる。

図３は、利得を変化させた場合の遅延プロファイルの様子を示す図である。同図においても、利得調整を行う前の遅延プロファイルを点線で示し、利得調整を行った後の遅延プロファイルを実線で示している。また、利得が小さい場合の遅延プロファイルを細い実線（濃い実線）で示し、利得が大きい場合の遅延プロファイルを太い実線（薄い実線）で示している。

同図（ａ）に示すように、利得が小さい場合にはピークを検出できないが、利得を上げることによってピークの検出が可能となる。一方、同図（ｂ）に示すように、同図（ａ）よりも利得調整前の電力が大きい場合は、利得が小さい場合でもピークを検出できるが、利得を大きくしすぎると、オーバーフローを起こし、誤検出が生じることになる。

ここでは、時間領域における遅延プロファイルの電力値を、利得調整の判断基準にしているが、この手法には問題がある。過入力の対策としては、オーバーフローを抑えるのが一つの条件であり、遅延プロファイル中の最大値についてオーバーフローしないように利得を小さめに設定すればよい。しかし、単に最大値を対象とした利得の制御では、ピークが非常に大きい値を示す場合に対しては有効だが、ピークがさほど大きくない、入力信号レベルが低い場合などでは利得が小さいために同期検出性能が劣ることになる。

一方、受信環境の劣化等による入力信号低下時の性能を向上させるため、利得を大きめに設定するようにすると、過入力対策が不充分となり、オーバーフローが抑制しきれないことになる。このように、時間領域で利得制御を行う場合には、過入力対策と充分な同期検出性能の確保とを両立させることが困難であった。

以上説明したように、前述した同期検出手法では、入力信号の大小によらない同期検出能力の確保、すなわち、広いダイナミックレンジの確保が困難であった。
以下に示す本発明が適用される無線基地局における同期検出は、入力信号の大小によらずに充分な同期検出能力が確保できるよう、広いダイナミックレンジを確保できるように工夫されている。

図４は、本発明が適用される無線基地局装置の構成を示す図である。なお、同図では、簡単のため、受信側の構成要素についてのみ示している。
同図に示すように、本発明が適用される無線基地局装置１００は、アンテナ１１０と、ＲＦ受信回路１２０と、Ａ／Ｄコンバータ１３０と、ベースバンド信号処理部１４０とを備える。

ＲＦ受信回路１２０は、移動端末（移動局）からアンテナ１１０を介して受信したＲＦ信号を、ベースバンド信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１３０は、ＲＦ受信回路１２０から入力されるアナログ形式のベースバンド信号をデジタル化する。

ベースバンド信号処理部１４０は、Ａ／Ｄコンバータ１３０から入力されるデジタル形式のベースバンド信号に対して逆拡散処理その他の信号処理を行う。

図５は、ベースバンド信号処理部１４０の機能構成を示す図である。なお、簡単のため、ここでは、拡散符号の同期処理に関連する構成要素のみを示している。

同図に示すように、ベースバンド信号処理部１４０は、ＦＦＴ部２０１と、拡散符号記憶部２０２と、ＦＦＴ部２０３と、乗算部２０４と、利得調整部２０５と、ＩＦＦＴ部２０６と、パス検出部２０７と、最大値検索部２０８と、利得値決定部２０９と、閾値決定部２１０とを備える。各構成要素は、例えば、ＤＳＰが、メモリ（ＲＯＭ等）に記憶されたプログラムを実行することによって実現される。

ＦＦＴ部２０１は、受信データに対してＦＦＴ処理を行うものである。拡散符号記憶部２０２は、逆拡散用コードであるスクランブルコードを記憶するものである。ＦＦＴ部２０３は、拡散符号記憶部２０２に記憶されているスクランブルコードに対してＦＦＴ処理を行うものである。

乗算部２０４は、ＦＦＴ部２０１から出力される受信データのＦＦＴ処理結果と、ＦＦＴ部２０３から出力されるスクランブルコードのＦＦＴ処理結果とを乗算するものである。

最大値検索部２０８は、乗算部２０４から出力される乗算結果（複数の値）のなかから最大値を検索するものである。すなわち、周波数領域における受信データとスクランブルコードの相関値の最大値を求める。

利得値決定部２０９は、最大値検索部２０８によって求められた相関値の最大値に基づいて、利得値を決定するものである。例えば、利得値決定部２０９は、最大値の桁数を求め、当該桁数に基づいて、利得値を決定する。なお、最大値の桁数ではなく、最大値そのものに基づいて、利得値を決定するようにしてもよい。最大値そのものに基づくことにより、より細やかな利得制御が可能となる。

利得調整部２０５は、利得値決定部２０９によって決定された利得値を用いて、乗算部２０４から出力される乗算結果の利得制御を行うものである。すなわち、周波数領域における相関値の利得調整を行う。

ＩＦＦＴ部２０６は、利得調整された周波数領域における相関値に対して、ＩＦＦＴ処理を行うことで時間領域に戻し、受信データとスクランブルコードとの相関値を求め、電力化することで遅延プロファイルを生成するものである。
また、ＩＦＦＴ部２０６は、利得の調整を行う。

閾値決定部２１０は、最大値検索部２０８によって求められた相関値の最大値に基づいて、パス検出に用いる閾値を決定するものである。例えば、閾値決定部２１０は、最大値検索部２０８によって求められた最大値の桁数を求め、当該桁数に基づいて、パス検出に用いる閾値を決定する。なお、最大値の桁数ではなく、最大値そのものに基づいて、パス検出に用いる閾値を決定するようにしてもよい。最大値そのものに基づくことにより、より細やかな閾値制御が可能となる。

パス検出部２０７は、ＩＦＦＴ部２０６によって生成された遅延プロファイルと、閾値決定部２１０によって決定された閾値とを比較することで、パスの検出を行うものである。

次に、以上のような構成を有するベースバンド信号処理部１４０における同期検出処理について説明する。

図６は、ベースバンド信号処理部１４０における同期検出処理の流れを示すフローチャートである。

同図に示すように、まず、ＦＦＴ部２０１において、移動端末から受信した受信データ（プリアンブル）に対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ３０１）。次に、ＦＦＴ部２０３において、無線基地局装置１００内（拡散符号記憶部２０２）に用意してあるスクランブルコードに対して、ＦＦＴ処理を行う（Ｓ３０２）。

次に、乗算部２０４において、受信データをＦＦＴ処理により周波数領域に変換した結果と、スクランブルコードをＦＦＴ処理により周波数領域に変換した結果との積を、周波数成分ごとに求める（Ｓ３０３）。すなわち、周波数領域における相関値を求める。

次に、最大値検索部２０８において、周波数領域における受信信号とスクランブルコードの積、すなわち、周波数領域における相関値の最大値を検索する（Ｓ３０４）。

次に、Ｓ３０４で求めた最大値の桁数に基づいて、利得値決定部２０９において、周波数領域における利得値の決定を行う（Ｓ３０５）。ここで、最大値の桁数に基づいて、利得を決定しているのは、多くの場合において、利得制御は、ＤＳＰ等の演算器内のレジスタをビットシフトさせることにより実現しているためである。桁数がわかれば、それを一定桁に合わせるように、シフト量を指定することで利得制御ができる。

図７は、周波数領域における遅延プロファイルの様子を示す図である。

同図（ａ）に示すように、周波数領域では時間領域と異なり、入力信号の有無に関わらず、大きなピークが現れることがない。そのため、入力信号レベルに合わせて各周波数成分が増大していくが、最大値であってもオーバーフローが発生しにくい。したがって、同図（ｂ）に示すように、レベルが小さい場合には利得を上げ、同図（ｃ）に示すようにレベルが大きい場合では、利得を落とすことにより、周波数成分で常に一定のレベルになるように、調整することが可能となる。なお、同図（ｂ）及び（ｃ）では、利得調整を行う前の遅延プロファイルを点線で示し、利得調整を行った後の遅延プロファイルを実線で示している。

次に、Ｓ３０４で求めた最大値の桁数に基づいて、閾値決定部２１０において、パス検出に用いる閾値の決定を行う（Ｓ３０６）。信号検出能力を上げるには、入力信号に基づき、適正な閾値を設定する処理を施せばよい。ＦＦＴを用いた同期検出処理において、周波数領域でのレベルを確認し、それに基づき閾値の決定を行うことで、適当な閾値の設定が可能となる。

次に、Ｓ３０５で決定された利得値を用いて、利得調整部２０５において、周波数領域における相関値の利得制御を行い、また、ＩＦＦＴ部２０６においても利得調整が行われる（Ｓ３０７）。次に、ＩＦＦＴ部２０６において、利得調整された相関値に対して、ＩＦＦＴ処理を行うことで時間領域に戻し、受信データとスクランブルコードとの相関値を求め、電力化することで遅延プロファイルを作成する（Ｓ３０８）。そして、パス検出部２０７において、Ｓ３０８で得られた遅延プロファイルと、Ｓ３０６で決定された閾値とを比較することで、パスの検出を行い、同期を検出する（Ｓ３０９）。

以上説明したように、本発明によれば、同期検出において、信号利得値やパス検出に用いる閾値を、ＦＦＴの特性を利用しつつ、入力信号レベルに対応して動的に変化させることができるので、信号レベルの大小によらず同期検出を適切に行うことが可能となり、広いダイナミックレンジを実現することが可能となる。

ＣＤＭＡ方式でのサーチ処理は、通常、大規模集積回路（ＬＳＩ）により実現され、広いダイナミックレンジを確保するためには、細かいＡＧＣ制御が必要であるが、本発明によれば、ソフトウェア的に逆拡散処理を実行することで、ハードウェア部分を大幅に削減しつつ、広いダイナミックレンジを実現することができ、小型化、低価格化に対して大きく貢献ができる。

遅延プロファイルの様子を示す図である。 利得調整を行った遅延プロファイルの様子を示す図である。 利得を変化させた場合の遅延プロファイルの様子を示す図である。 本発明が適用される無線基地局装置（受信側）の構成を示す図である。 ベースバンド信号処理部の機能構成を示す図である。 ベースバンド信号処理部における同期検出処理の流れを示すフローチャートである。 周波数領域における遅延プロファイルの様子を示す図である。

符号の説明

１００ 無線基地局装置
１１０ アンテナ
１２０ ＲＦ受信回路
１３０ Ａ／Ｄコンバータ
１４０ ベースバンド信号処理部
２０１ ＦＦＴ部
２０２ 拡散符号記憶部
２０３ ＦＦＴ部
２０４ 乗算部
２０５ 利得調整部
２０６ ＩＦＦＴ部
２０７ パス検出部
２０８ 最大値検索部
２０９ 利得値決定部
２１０ 閾値決定部

Claims (3)

1. 受信信号と逆拡散用コードとを周波数領域で乗算する手段と、
   乗算結果の最大値を検索する検索手段と、
   前記最大値に基づき、利得値を決定する利得値決定手段と、
   前記利得値を用いて、周波数領域にて前記乗算結果の利得制御を行う利得制御手段と、
   前記最大値に基づき、同期検出に用いる閾値を決定する閾値決定手段と
   を有する同期検出装置。
2. 前記利得値決定手段は、前記最大値の桁数に基づいて、利得値を動的に決定する
   請求項１に記載の同期検出装置。
3. 前記閾値決定手段は、前記最大値の桁数に基づいて、同期検出に用いる閾値を動的に決定する
   請求項１に記載の同期検出装置。

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