JP4748741B2 - ハンドオーバ条件の改良型セル・サーチ - Google Patents

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Description

本発明は、キャリア・ベースのシステムに於けるハンドオーバ条件に関し、詳しくは、1次セル・サーチ行程に関する。
UMTS無線信号に於ける基本時間単位は10ミリ秒(ms)の無線フレームであり、そのフレームの各々は15スロットに分割され、更に、そのスロットの各々は2560チップで構成されている。セル(即ち、基地局)からUMTS受信機へのUMTS無線信号は「ダウンリンク信号」と呼ばれ、逆方向のUMTS無線信号は「アップリンク信号」と呼ばれている。
UMTS(Universal Mobile Telecommunication System:ユニバーサル移動電話システム)のWCDMA(Wideband Code−Division Multiple Access:広帯域符号分割多元接続)規格の物理層は、チップ・レートが3.84McpsのDSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)変調を使用している。FDD(Frequency Divison Duplex:周波数分割双方向)方式は、それぞれ5MHz幅の別個の周波数帯域を使用してアップリンク・チャネルとダウンリンク・チャネルを形成している。この方式は、TDD(Time Divison Duplex:時分割双方向)方式よりも多くのユーザをサポートできるので、一般的に、大きなアウトドア(屋外)セルに使用されている。TDD方式では、アップリンク・チャネルとダウンリンク・チャネルが、異なる時間スロットで同一の周波数帯域を共用している。TDD方式は、FDD方式ほど多くのユーザをサポートできないので、比較的小さいセルに適している。また、TDD方式は、非対称なトラフィックを搬送する場合、FDD方式より適している。
ユニバーサル移動電話システム(UMTS)ネットワーク内の受信機、例えば、CDMA移動受信機が行う重要な動作は、セル・サーチ動作である。セル・サーチ動作は、一般的に、受信機の一部分として組み込まれたセル・サーチ・システムによって行われる。セル・サーチ・システムは、受信機の電源投入後に起動されて、当該受信機が存在するセルに関する同期情報を特定する。セル・サーチ動作は、3段階の行程で行われる。即ち、セル・サーチ・システムは、スロット同期(primary synchronization:1次同期)と、フレーム同期及びスクランブリング・コード・グループの特定(secondary synchronization:2次同期)と、スクランブリング・コードの特定とを行う。
電源投入後、移動端末(MT:Mobile Terminal)は、音声/データ通信を始める前に、いくつかの動作を行う必要がある。先ず、移動端末(MT)は、受信信号電力をスケール変更してアナログ・デジタル変換器に於けるクリッピングを防止する為に、自動利得制御(AGC:Automatic Gain Control)を実施する必要がある。この行程は、先ず、同期チャネル(SCH:Synchronization CHannel)で行うことが出来、その後、セルのスクランブリング・コードが取得されると、デスクランブル化(スクランブル解除された)共通パイロット・チャネル(CPICH:Common PIlot CHannel)の使用が可能になる。
次に、移動端末(MT)は、タイミング同期を取る必要がある。タイミング同期は、同期チャネル(SCH)から得られる。MTは、自己が発見できる最も強いSCH信号をサーチし、その信号によって、MTがどのセルと通信を開始するかが特定される。SCHが周期的である為、MTは、1次SCHについて相関を取り、タイミング・エラーを抽出できる。このチャネルに基づいて、MTは、チップ、シンボル、及び、スロットの同期化を行える。
1次同期チャネル(SCH)は、システム内の全てのセルについて同一の信号を搬送する。2次同期チャネル(SCH)は、セル毎に異なり、フレーム毎に繰り返す2次同期コード(SSC:Secondary Synchronization Codes)のパターンを搬送する。MTは、このシーケンスを受信すると、フレーム同期を得る。
セル・サーチを行う際、セル・サーチ・システムは、受信無線信号の同期チャネル(SCH)と共通パイロット・チャネル(CPICH)にアクセスする。SCHは、1次SCHと2次SCHとから形成された複合チャネルである。各スロット内に於いて、1次SCHは1次同期コード(PSC:Primary Synchronization Code)を規定している。しかし、1次SCHは、各々が2560チップから成るスロットのうちの最初の256チップの期間中のみデータを含有している。周知の如く、「チップ」或いは「チップ・レート」は、CDMA通信システム内の拡散コードのレート(伝送速度)を意味している。
また、パターンによって、現在のセルのスクランブリング・コードがどのスクランブリング・コード・グループに属しているかが特定される。スクランブリング・コード・グループは64個存在し、そのグループの各々には8個のスクランブリング・コードが含まれている。MTが現在のセルのスクランブリング・コード・グループを特定すると、現在のセルのスクランブリング・コードのサーチは、その特定されたグループ内の8個のコードに絞り込まれる。
キャリア・ベースの受信機についての代表的な取得行程は、次の通りである。
1.1次セル・サーチ
2.2次セル・サーチ
3.スクランブリング・コード特定
4.マルチパス・サーチ
5.フィンガ割当て
6.コード・トラッキング・ループ及び自動周波数制御(AFC:AutomaticFrequency Control)ループのロック
7.フィンガ出力の最大比率合成(MRC:Maximal Ratio Combining)
8.受信機ロックが取得され、上位層へのデータ送信が可能になる
この取得行程は、長く複雑であり、完了するまで数秒程度を要する場合がある。セルラー・ホン(携帯電話)、移動局、或いは、移動装置をオンにした時に、ユーザにとって、この待ち時間は煩わしい。従って、当該取得行程を短縮することが望ましいのは明らかである。
発明の名称が「現在のセルと隣接セルの各パイロット信号の電力強度の比率に基づくUSTSモードと非USTSモードとの切り換えに関する非同期無線通信システム用移動局ハンドオーバ方法」であるジェイ・チョウー(J.Cho)氏その他の欧州特許第1179962号には、現在のセルと隣接セルとの電力強度の比率に基づいて、アップリンク同期送信方式(USTS:Uplink Synchronous Transmission Scheme)と非USTS方式とを切り替える方法が記載されている。この方法は、無線遠隔通信システムに於ける移動局のハンドオーバに使用され、圧縮モードに基づいてデータ送信レートを増大する。このチョウー氏その他の方法はセル・サーチに関するものではなく、当該方法で使用されるパイロット電力強度比はセル毎に異なる。電力強度比は、相関データの瞬間のスナップショットに基づいて、特定することが出来る。
(発明の概要)
本発明は、キャリア・ベースの受信機のセル・サーチ行程を改善するものである。以下、本発明を3G(第3世代)のWCDMA受信機について説明するが、本発明は、任意のキャリア・ベースのシステムに適用できるものである。
セルラー受信機が例えば2つ以上のセル・タワー(電波塔)の通信範囲内に於いてハンドオフの事象にある時、制御論理ブロックは、1次セル・サーチを制御する。最大ピークが識別され、その他のピークについてサーチが行われる。閾値を越えるピークが1だけの場合、受信機の8段階の取得行程は、受信機をそのピークに同期化することによって、行われる。一方、閾値を越える複数のピークが識別される場合、制御論理ブロックは、1次セル・サーチをX回リランして(繰り返して)、各ピークの大きさの変化を常に把握する。次に、制御論理ブロックは、大きさが最も増大しているピーク(セルラー・ホン(携帯電話)、移動局、或いは、移動装置が移動している方向に在るセル・タワーを表す)を識別する。受信機の8段階の取得行程は、受信機を大きさが最も増大しているピークに同期化することによって、行われる。
1次セル・サーチ動作を制御する方法及び装置であり、各相関ピークのプロファイルを生成し、各相関ピークの大きさが変化しているか否かを特定し、各相関ピークの大きさが比較的一定である場合、各相関ピークのうち最大の大きさを有する1つの相関ピークに信号取得行程を同期化し、各相関ピークの大きさが変化している場合、大きさが増大してきている相関ピークに信号取得行程を同期化する方法及び装置を提供する。この方法及び装置は、更に、各相関ピークのうちの最大の相関ピークのインデックスと大きさとを識別し、プロファイルにその他の相関ピークが存在するか否かを特定し、その他の相関ピークが存在しない場合、最初に識別された最大の相関ピークに信号取得行程を同期化し、識別されたその他の相関ピーク全てについてインデックスと大きさとを記憶し、識別されたピーク全てについて相関ピークの大きさの変化を比較する。
本発明の実施形態、特徴、及び、利点は、各添付図と以下の推奨実施例の詳細な説明から明らかである。
以下の説明に於いて、ユニバーサル移動電話システム(UMTS)ベースの無線通信システムは周知であると仮定し、その詳細な説明は行わない。例えば、スペクトラム拡散の送受信、セル(基地局)、ユーザ装置(UE:User Equipment)、ダウンリンク・チャネル、アップリンク・チャネル、及び、RAKE受信機は、周知であると仮定し、その詳細な説明は行わない。更に、本発明は、通常のプログラミング技術を用いて実施してもよいが、そのような通常のプログラミング技術の説明も行わない。
本発明が取り組む具体的な課題は、携帯電話が2つ以上のセル・タワー(電波塔)の通信範囲内に在るような通常よくある状況(例えば、ハンドオフ事象)時に於ける取得時間を如何に低減するかである。
従来技術に於ける現在の方法は、前述の8段階の取得行程を行っている。これがハンドオフ事象時に行われる際、携帯電話は、最寄りの基地局からの信号を使用して(この信号が受信機に於いて最も強いピークとして現れる為)、取得行程(例えば、セル・サーチ)を開始する。しかし、若し携帯電話が、8段階の取得行程の完了時までに、当該基地局から遠のく方向に移動している場合、当該ピークが著しく低下し、或いは、消滅してしまい、その結果、ロックに失敗して、8段階の取得行程全体を別のセル・タワーからの信号を使用してやり直す必要が生じるかもしれない。
取得行程は、一度行うのに時間がかかり、それを二度行うと、なおさら時間がかかる。従って、それを一度目に適正に行うことが、ユーザの経験に照らして、望ましい。
図1には、本発明の原理に従うUMTS無線通信システム10の一部が例示されている。セル(即ち、基地局)15が前述の1次SCH(PSCH)サブチャネルと2次SCH(SSCH)サブチャネルとを含むダウンリンクの同期チャネル(SCH)信号16をブロードキャストする。前述の如く、同期チャネル(SCH)信号16は、UMTSのユーザ装置(UE)によって、音声/データ通信の前提条件としての同期化の目的で、使用される。例えば、UEは、「セル・サーチ」動作期間中、SCH信号を処理する。この例では、UE、例えば、携帯電話20は、例えば、オンされた時に、即ち、電源投入された時に、セル・サーチを開始する。セル・サーチ動作の目的には、(a)UMTS無線フレームのスロット及びフレームのレベルでのセル送信への同期化と、(b)当該セル(例えば、セル15)のスクランブリング・コード・グループの特定とが含まれている。前述の如く、本発明の原理に従えば、SCHのSSCH部分の処理時間を適応的に制御して、フレーム同期を特定する。尚、以下に説明する例では、この初期のセル・サーチ、即ち、UE20がオンされた時の場合について、本発明の概念を例示するが、本発明の概念は、これに限定されるものではなく、セル・サーチのその他の事例、例えば、UEが「アイドル・モード」である時にも適用できる。
本発明の実施形態は、図4に示された制御論理ブロックで実施される。制御論理は、図5のフローチャートで示された論理を実行する。先ず、最初の1次セル・サーチ・ステップが実行され、相関ピーク・プロファイルが検査され、最も大きなピークのインデックスと大きさとが特定される。この最も大きなピーク(以下「最初の」ピークという)が識別された後、相関ピーク・プロファイルの残りの部分が走査されて、最初のピークからM個を越えた個数のサンプル分離れており、且つ、最初のピークのN%以上の大きさを有するその他のピークが識別される。ここで、M及びNは、シミュレーションにより決定される設計パラメータであるか、或いは、適応パラメータであり、例えば、M=4、N=80である。M個のサンプルの不感帯域を使用する理由は、各ピークが、実際には、シンク関数の形状を有しており、主要ピーク、即ち、最初のピークに非常に近い各サンプルは、主要ピークに基づくものであり、独立したピークを表すものではない為である。N%の大きさの閾値を使用する理由は、強いピークのみを識別する為であり、これらのピークは、受信機に十分に近い基地局からの信号エネルギであり、且つ、受信機がその基地局にロックできる信号エネルギを表している。
図2には、1つの有効なピーク(ピークA)と大きさがN%の閾値より小さい第2のピーク(ピークB)とが存在するケースが示されている。このケースが生じると、残りの8段階の取得行程は、受信機をピークAに同期化することによって、行われる。
本発明の別の実施形態は、図3に示された状況が生じる時である。図3に於いて、ピークAが最初のピークである。しかし、第2のピーク(ピークB)もN%の閾値より大きいピークとして存在する。更に、図3には、ピークCも存在するが、その大きさは、N%の閾値を越えていない。この状況に於いて、本発明の制御論理ブロックは、次のように動作する。ピークA及びピークBのインデックスと大きさとを確認し、1次セル・サーチをX回(Xは設計パラメータであり、例えば、X=10)繰り返す。大きさに変化が有る時は、それを毎回の1次セル・サーチで確認する。ピークA及びピークBの各大きさが比較的一定である場合、8段階の取得行程の残りは、受信機をピークAに同期化することによって、行われる。これは、ユーザの携帯電話、或いは、移動局が感知できるほどには移動していない事象に対応している。
一方、ピークA及びピークBの各大きさが変化している場合、これはユーザの携帯電話、或いは、移動局が移動していることを示している。本発明の構成によって、移動局がどのセル・タワーに向かって移動しているか、即ち、ピークAに対応するセル・タワーとピークBに対応するセル・タワーのどちらに向かって移動しているかが特定される。例えば、ピークBの大きさが増大してきており、且つ、ピークAの大きさが減少してきている場合、これは携帯電話がピークBに対応するセル・タワーに向かって移動し、且つ、ピークAに対応するセル・タワーから遠のく方向に移動していることを示している。従って、たとえピークBの大きさがピークAのそれよりも小さくても、8段階の取得行程は、受信機をピークBに同期化することによって、行われるべきである。当該アルゴリズムは、関係のある全てのピーク(即ち、閾値を越えたピーク)を検査して、大きさが最も増大してきているピークに同期化することによって、8段階の取得行程を行う。
若し、N%の閾値を越える更なるピークが存在すれば、受信機は、大きさが最も大きいピークではなく、最も増大してきているピークに同期化される。例えば、ピークBとピークCの両方がN%の閾値を越えており、ピークCの大きさがピークBのそれよりも小さくても、ピークCの大きさがピークBのそれよりも増大してきている場合、受信機は、ピークCに同期化される。
図4は、キャリア・ベースの受信機についての本発明の取得行程のブロック図である。本発明の制御論理は、1次セル・サーチが行われた後で、且つ、2次セル・サーチが行われる前に、実行される。制御論理は、複数回(繰り返して)実行される。制御論理行程の繰り返し回数は、シミュレーションに基づいて決定される設計パラメータか、或いは、適応パラメータである。
図5は、図4のブロック図の制御論理部分のフローチャートである。ステップ501に於いて、1次セル・サーチが行われ、相関ピークのプロファイルが生成される。ステップ503に於いて、最大ピークのインデックスと大きさとが識別される。ステップ505に於いて、1次セル・サーチで識別された最大ピークからM個を越える個数のサンプル分離れており、且つ、大きさが最大ピークのN%以上であると確認されるピークが他かに存在するか否かを特定する検査が行われる(M及びNは、シミュレーションに基づいて設定される設計パラメータか、或いは、適応パラメータである)。検査の結果、そのようなピークが存在しない場合、ステップ535に於いて、取得行程の残り部分(2次セル・サーチ以降)は、最初に識別された最大ピークに同期化することによって、行われる。検査の結果、そのようなピークが存在する場合、ステップ510に於いて、上述の条件に当て嵌まる全ての相関ピークのインデックスと大きさとが記憶される。ステップ515に於いて、繰り返し回数(i)がXに等しいか否かを特定する別の検査が行われる(Xは、シミュレーションに基づいて設定される設計パラメータか、或いは、適応パラメータである)。繰り返し回数がXに達していない場合、制御論理はステップ505に戻る。繰り返し回数がXに達している場合、ステップ520に於いて、全ての識別されたピークについて、相関ピークの大きさの変化が比較される。ステップ525に於いて、相関ピークの大きさが比較的一定であるか(一定であれば、移動局或いは移動装置が移動していないことを意味する)否かを特定する更に別の検査が行われる。若し、相関ピークの大きさが比較的一定である場合、ステップ540に於いて、取得行程の残り(2次セル・サーチ以降)は、最大であると識別された最大ピークに同期化することによって、行われる。ステップ525の検査結果として、相関ピークの大きさが比較的一定でない場合、ステップ530に於いて、大きさの増大量が最大である(これは移動局又は移動装置が対応する基地局に向かって移動していることを意味する)ピークに同期化することによって、全取得行程(2次セル・サーチ以降)が行われる。
制御論理ブロックは、セルラー受信機がハンドオフ事象にある時(例えば、2つ以上のセル・タワー(電波塔)の通信範囲内に在る時)に実行効率を改善して取得行程時間を低減するために、1次セル・サーチを制御する。即ち、先ず最大ピークが識別され、次に、最大ピークからM個を越えた個数のサンプル分離れており、且つ、大きさが最大ピークのN%以上であるその他のピークについてサーチが行われる。閾値を越えるピークが1つだけの場合、受信機の8段階の取得行程は、受信機をその1つのピークに同期化することによって、行われる。一方、閾値を越えるピークが複数個有る場合、制御論理は、1次セル・サーチをX回繰り返して、各ピークの大きさの変化を常に把握する。次に、制御論理は、大きさが最も増大してきているピーク(即ち、携帯電話の移動方向に在るセル・タワーを表すピーク)を識別する。受信機の8段階の取得行程は、受信機を大きさが最も増大してきているピークに同期化することによって、行われる。
本発明は、例えば、携帯端末、アクセスポイント或いはセルラー・ネットワーク内に於いて、様々な形態のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特定用途プロセッサ、或いは、これらの組み合わせによって実施できる。本発明は、推奨例として、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして実施される。更に、ソフトウェアは、推奨例として、プログラム記憶装置上に具現化されるアプリケーション・プログラムとして実施される。このアプリケーション・プログラムは、任意の適切なアーキテクチャを備えたマシンにアップロードして実行されるようにしてもよい。このマシンは、推奨例として、1つ或いは複数の中央処理装置(CPU)、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)及び入出力(I/O)インタフェース等のハードウェアを備えたコンピュータ・プラットホームで実施される。このコンピュータ・プラットホームには、オペレーティング・システムとマイクロ命令コードも含まれている。上述の様々な処理及び機能は、マイクロ命令コードの一部か、アプリケーション・プログラムの一部か、或いは、それらの組み合わせであっても良く、オペレーティング・システムを介して実行される。また、増設用データ記憶装置や印刷装置等のその他の様々な周辺装置をコンピュータ・プラットホームに接続してもよい。
また、図面に示されているシステムの各構成要素及び方法の各ステップの一部は、ソフトウェアで実施されることが望ましいため、システムの各構成要素(或いは各処理ステップ)相互間の実際の接続は、本発明がプログラミングされる態様に従って、異なることがある。当業者であれば、ここに開示された各事項から、本発明の上述の及び類似の各実施例又は各構成を実施できる。
図1は、本発明の原理に従う無線通信システムの一部を例示した図である。 図2は、1つの有効なピーク(ピークA)と大きさがN%の閾値より小さい第2のピーク(ピークB)とが存在するケースを例示した図である。 図3は、有効なピークAと、大きさがN%の閾値を越えた第2の有効なピークBと、大きさがN%の閾値を越えていない第3のピークCの合計3つのピークが存在するケースを例示した図である。 図4は、キャリア・ベースの受信機についての本発明の取得行程のブロック図である。 図5は、図4のブロック図の制御論理部分のフローチャートである。

Claims (10)

  1. セル・サーチ動作を制御する方法であって、
    各相関ピークのプロファイルを生成することと、
    前記プロファイルにおける最大のピークを識別することと、
    前記最大のピークから所定数を超える数のサンプル分離れた他のピークを識別することと、
    前記各相関ピークの大きさが変化中であるか否かを特定することと、
    前記各相関ピークの大きさが比較的一定である場合、前記識別された最大の相関ピークに信号取得行程を同期化することと、
    前記各相関ピークの大きさが変化中である場合、大きさが増大してきている他の相関ピークのうちの1つに前記信号取得行程を同期化することと、
    を含む、前記方法。
  2. 前記各相関ピークのうちの前記最大の相関ピークのインデックスと大きさとを識別することと、
    識別された他の相関ピーク全てについてインデックスと大きさとを記憶することと、
    識別されたピーク全てについて、相関ピークの大きさの変化を比較することと、
    を更に含む、請求項1記載の方法。
  3. 前記他の相関ピークが存在するか否かの特定を所定の回数だけ繰り返すことを更に含む、請求項2記載の方法。
  4. 前記最大の相関ピークに対する所定の割合以上の前記各相関ピークのインデックスと大きさとを記憶することを更に含む、請求項2記載の方法。
  5. セル・サーチ動作を制御する装置であって、
    各相関ピークのプロファイルを生成する手段と、
    前記プロファイルにおける最大のピークを識別する手段と、
    前記最大のピークから所定数を超える数のサンプル分離れた他のピークを識別する手段と、
    前記各相関ピークの大きさが変化中であるか否かを特定する手段と、
    前記各相関ピークの大きさが比較的一定である場合、前記識別された最大の相関ピークに信号取得行程を同期化する手段と、
    前記各相関ピークの大きさが変化中である場合、大きさが増大してきている他の相関ピークのうちの1つに前記信号取得行程を同期化する手段と、
    を含む、前記装置。
  6. 前記各相関ピークのうちの前記最大の相関ピークのインデックスと大きさとを識別する手段と、
    識別された他の相関ピーク全てについて、インデックスと大きさとを記憶する手段と、
    識別されたピーク全てについて、相関ピークの大きさの変化を比較する手段と、
    を更に含む、請求項記載の装置。
  7. 前記他の相関ピークが存在するか否かの特定を所定の回数だけ繰り返す手段を更に含む、請求項記載の装置。
  8. 前記最大の相関ピークに対する所定の割合以上の前記各相関ピークのインデックスと大きさとを記憶する手段を更に含む、請求項記載の装置。
  9. 前記装置が、受信機である、請求項記載の装置。
  10. 前記受信機が、移動端末である、請求項記載の装置。
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