JP4820933B2 - コード分割多重アクセス・システムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、概して通信システムに関し、特に、通信システムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法に関する。
【０００２】
発明の背景
コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムにおけるアクセス・チャンネルは、代表的には、情報の送信前にベース・ステーションにとって既知の短信号を送信することを含んでいる。このことは、ベース・ステーションが、送信すべきデータを有しているユーザの存在を検出することを可能とする。多数の移動ステーションがこのチャンネルに同時にアクセスすることを試みているかも知れないので、各ユーザは異なったコードを用いなければならない。これらのコードは、ベース・ステーションにおいて必要とされる相関器が比較的低い複雑さのものでなければならないように設計されなければならない。また、コードは、受信された信号の搬送周波数と、ベース・ステーションの受信機発信器との間の大きい差に対して耐久力がなければならない。それらは、また、自動周波数制御回路の履行を単純化するよう力を尽くすべきである。
【０００３】
代表的なスペクトル拡散通信システムの送信機において、情報ビットの源はコード化された第１チャンネルであり、次に、情報速度の程度で帯域幅を有する信号を変調するために用いられる。コヒレント、非コヒレント、もしくは差動変調が用いられ得る。この信号は、次に、拡散コードで増倍されることにより、より広い帯域幅に拡散される。信号は、次に、局部発信器の周波数により決定される搬送周波数に周波数変換され、アンテナを通して送信される。信号は、該信号が付加ノイズにより変更され得るチャンネルを通して進み、多重通路フェージングにおいて発生するように振幅及び位相において変化し、そして送信機が受信機に対して移動中のときのように搬送周波数において変化する。チャンネルの出力は、受信機発振器と共にベースバンドに混合され、その周波数は、送信機発振器の周波数に近いものであることが幾つかの手段により知られている。それは、次に、幾つかの手段によりこの信号の到着時刻を知っている受信機に与えられる。受信機は、最初に、送信に用いられる同じ拡散コードでの増倍により、入力信号を非拡散する。信号は、次に、復調され、そして最後に復号されて、送信された情報ビットの評価をもたらす。
【０００４】
受信された信号の到着時刻及び搬送周波数を決定するプロセスは、それぞれ、時刻及び周波数取得と呼ばれる。時刻及び周波数取得を行う１つの方法は、情報を運ぶ信号の送信に先立って、短いトレーニング信号の送信を含む。プレアンブルと情報の送信との間に時間間隔があり得る。このプレアンブルは、また、送信がいつ始まるかを受信機が知らないシステムにおいて第２の目的を果たす。ＩＳ−９５Ｃ及びＷＣＤＭＡシステムのような幾つかのシステムには、送信を周期的に始める幾つかの送信機があり得る。プレアンブルの存在を探すことにより、受信機は、送信がまさに始まろうとしているか否かを、そしてもしそうならば、どの送信機から更なる送信が予想されるかを決定することができる。
【０００５】
プレアンブル発生器によって発生される信号は、受信機によって容易に検知可能であるはずであり、受信機が送信のタイミングを高い精度及び正確さで決定することを可能とするはずであり、受信された信号の搬送周波数を高い正確さ及び精度で受信機が決定することを可能とするはずであり、そしてどの送信機がまさに送信を始めようとしているかを受信機が決定するのを可能とするはずである。
【０００６】
＋１及び−１のバイナリ信号を発生する従来技術のプレアンブル発生器が図１に示されている。該発生器は、２つの直交ゴールド・コード発生器（ｔｗｏ
ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｇｏｌｄ ｃｏｄｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ）から成っている。内部コードｃ_i（ｎ）は、１つの送信機のコードｃ₀に対応する１６のシンボルｃ_o（ｍ）によって変調される２５６のチップを含んでいる。従って、合計のコードは以下のようになる。
【０００７】
【数３】

【０００８】
内部コードは代表的にはすべての送信機に共通である。この発生器から出力されるプレアンブルは、幾つかの問題をこうむる。第１に、自動相関機能が２５６チップの倍数において大きなピークを有し、このことは、送信の評価された到着時刻の正確さを貧弱にする。第２に、送信及び受信発振器周波数間の小さい差により、どの送信機がプレアンブルを送信しているかを受信機が誤認させられてしまう。
【０００９】
従って、スペクトル拡散通信システムにおいてプレアンブル・シーケンスを発生するための方法に対する必要性が存在する。さらに、受信された信号の搬送周波数及び受信機発振器周波数間の差を評価するための方法に対する必要性が存在する。
【００１０】
好適な実施例の詳細な説明
本発明は、ＣＤＭＡ通信システムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法を提供する。該方法は、移動ステーションにおいて内部コード及び外部コードを形成することを含む。移動ステーションは、次に、外部コードを内部コードによって乗算し、プレアンブル・シーケンスを発生する。
【００１１】
本発明は、図２乃至６を参照すれば、一層良く理解され得る。図２は、本発明の好適な実施例に従ったプレアンブル発生器２０１を含んだスペクトル拡散通信システム２００を示す。本発明の好適な実施例において、通信システム２００は、コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システム・プロトコルを用いている。１つのこのようなプロトコルは、「１．８から２．０ＧＨｚコード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）パーソナル通信システムのためのパーソナル・ステーション−ベース・ステーションの両立性の要件」（アメリカン・ナショナル・スタンダーズ・インスティテュート（ＡＮＳＩ）Ｊ−ＳＴＤ−００８）に記載されている。代替的な実施例においては、通信システム２００は、ＵＭＴＳのための広帯域ＣＤＭＡ及びＣＤＭＡ２０００ビジョンのような展開３Ｇ基準（これに限定するものではないが）のような他のディジタル・スペクトル拡散セル通信システム・プロトコルを用いても良い。
【００１２】
通信システム２００は、ディジタル信号を提供する情報源２０２を含む。ディジタル信号は、チャンネル・コーダ２０３に入力され、該チャンネル・コーダ２０３は、当該技術分野で良く知られているように、情報にチャンネル符号化を行う。チャンネル・コーダ２０３からの出力は、当該技術分野で良く知られているように情報を変調する変調器２０５に送られる。変調されたデータは、次に、拡散器２０７もしくはスプレッダに送られ、該拡散器もしくはスプレッダ２０７は、変調された情報を拡散コードを用いて拡散する。
【００１３】
ミキサ２０９は、プレアンブル発生器２０１もしくはスプレッダ２０７のいずれかからの信号を受信する。これは、スイッチ２０４により制御される。ミキサ２０９は局部発振器２１０を用いて情報をミキシングし、該ミキシングされた信号を送信機から空中を渡ってアンテナ・チャンネル２１１を介して受信機に送る。
【００１４】
チャンネル２１１は、該信号をミキサ２１３に送る。ミキサ２１３は、該信号をミキシングし、ミキシングされた信号を非拡散器もしくはデスプレッダ２１５に送る。デスプレッダ２１５は、信号を拡散するために用いられた同じ拡散コードを用いて該信号を非拡散化する。非拡散化信号は、次に、該信号を復調する復調器２１７に送られる。復調された信号は、次に、チャンネル復号器もしくはチャンネル・デコーダ２１９に送られ、該チャンネル・デコーダもしくはチャンネル復号器２１９は、該信号を復号して、情報ビット２２０を発生する。
【００１５】
本発明の好適な実施例によるプレアンブル発生器２０１が、図３に示されている。プレアンブル発生器２０１は２つのコードを含んでいるのが好ましい。双方のコードは、長さＮチップのものであるのが好ましく、ここに、Ｎはプレアンブルにおけるシンボルの全数である。プレアンブル・チップc(k)は以下の式で与えられる。
【００１６】
【数４】

【００１７】
c_i(k) 及びc_o(k) を適当に選ぶことにより、従来技術の機構が有する不具合は取り除かれ得る。
【００１８】
好適な実施例の例として、図６は、内部コード６０１ c_i(k) 及び外部コード６０３ c_o(k) を示している。図６に示される好適な実施例において、外部コード６０３は周期ｋチップで周期的であり、極大長シーケンスの部分から形成されるのが好ましいが、代替的には、ゴールド（Ｇｏｌｄ）もしくはカサミ（Ｋａｓａｍｉ）シーケンスである。外部コード６０３は、すべての送信機に対して共通であるのが好ましい。異なった送信機に対して異なっているのが好ましい内部コード６０１は、長さＰの一連のＭ個の直交コードワードを含むのが好ましい。
【００１９】
【数５】

ここに、ｓ^j、ｊ＝０、１、・・・、Ｍ−１、は、直交コードワードの組である。直交コードワードが独特であることは要求されない。受信機に送信する送信機の全数がＬであるならば、次に、それらのＬ個の内部コードc'_i(k)は、一連の直交コードワードを含んでいるのが好ましい。
【００２０】
【数６】

【００２１】
これらのコードワードは、長さＰのハダマード・コードワード（Ｈａｄａｍａｒｄ ｃｏｄｅｗｏｒｄｓ）の組から取られるのが好ましい。ハダマード・コードワードは、マグローヒルにより１９８６年に発行された、Ｔａｕｂ 及びＳｃｈｉｌｌｉｎｇ による「通信システムの原理」に記載されており、参照によりここに組み込まれるものとする。本発明の代替的な実施例において、コードワードは、長さＰの直交ゴールド・コード（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｇｏｌｄ ｃｏｄｅｓ）の組から取られる。コードワードは、また、アップサンプリングにより直交コードワードの組から導出されても良い。ｗが直交コードワードの組からの長さＰ₁のコードワードであるならば、次に、Ｐ₁の倍数に等しい長さＰを有するコードワード、s、は、ｗ の要素を複写することにより形成され得る。
【００２２】
【数７】

【００２３】
本発明のプレアンブル発生器は、あつらえのハードウエア、プログラム可能なハードウエア、もしくはマイクロプロセッサにおけるソフトウエアにおいて履行され得る。
【００２４】
ベクトルs₁が直交している必要はなく、低い交差相関を有するベクトルも用いられ得る。本発明は、また、単に＋／−１の値だけを取るコードの代わりに、直角コードを用いることもできる。
【００２５】
図４は、本発明の好適な実施例によるプレアンブル・シーケンスを発生するための好適な方法を示すフローチャート４００を示す。フローチャート４００は、移動ステーションにおいて行われるのが好ましい。移動ステーションは、上の図６に関して説明したように、外部コードを形成する（４０１）。移動ステーションは、次に、図６に関して上に説明したように、内部コードを形成する（４０３）。移動ステーションは、次に、外部コードを内部コードで乗算してプレアンブル・シーケンスを発生する（４０５）。プロセスは次に終わる（４９９）。
【００２６】
図５は、本発明の好適な実施例による、受信された信号の搬送周波数と、受信機発振器周波数との間の差を評価するための好適な方法を示すフローチャート５００を示している。フローチャート５００は、ベース・ステーションで行われるのが好ましい。ベース・ステーションは、移動ステーションからプレアンブルを受信する（５０１）。移動ステーションは、受信されたプレアンブルを、ベース・ステーションにより用いられる外部コードと整合した外部コードで乗算する（５０３）。ベース・ステーションは、次に、結果の信号を、一連のＭ個の直交信号と相関させ（５０５）、一連のＭ個の相関された出力シンボルを得る。
【００２７】
ベース・ステーションは、次に、連続的な相関された出力シンボルを、複素結合された各対における最初のシンボルで乗算する（５０７）。ベース・ステーションは、（Ｍ−１）個の結果を平均する（５０９）。ベース・ステーションは、次に、結果の複素数の位相を計算する（５１１）。移動ステーションは、次に、該位相をシンボル周期で乗算する（５１３）。
【００２８】
ベース・ステーションは、次に、（２π）で割り算して、送信機及び受信機発振器の周波数間の差を得る（５１５）。プロセスは、次に、終わる（５９９）。
【００２９】
以上のように、本発明は、簡単な回路でもって、ベース・ステーションにより検出され得るプレアンブル・シーケンスを発生する手段を提供している。さらに、送信機及び受信機発振器周波数が正確に等しくない場合、ベース・ステーションで受信されたプレアンブルは、組における他のプレアンブルとは非常に異なっている、もしくは非常に相関されていないように見える。プレアンブルは、また、送信機及び受信機発振器周波数間の差が、ベース・ステーションにおいて簡単な態様で計算されるのを可能とする。
【００３０】
本発明を、その特定の例について説明してきたが、これは、本発明を上述の記載に制限することを意図するものではなく、むしろ添付の特許請求の範囲で述べられる範囲に制限することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術によるプレアンブル発生器を示す図である。
【図２】 本発明の好適な実施例によるプレアンブル発生器を含むスペクトル拡散通信システムを示す図である。
【図３】 本発明の好適な実施例によるプレアンブル発生器を示す図である。
【図４】 本発明の好適な実施例によるプレアンブル・シーケンスを発生するための好適な方法を示すフローチャートである。
【図５】 本発明の好適な実施例による、受信された信号の搬送周波数と、受信機発振器周波数との間の差を評価するための好適な方法を示すフローチャートである。
【図６】 本発明の好適な実施例による内部コード及び外部コードを示す図である。

Claims (7)

1. 複数の移動ステーションを備えるＣＤＭＡシステムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法であって、
   複数の移動ステーションにおいて外部コードを形成する段階であって、前記外部コードは、最大長シーケンス発生器、カサミ・シーケンス発生器、及びゴールド・シーケンス発生器から成る群から選択される発生器から形成され、また、前記外部コードは、複数の前記移動ステーションの全てに対して共通である、前記段階と、
   前記移動ステーションにおいて内部コードを形成する段階であって、前記内部コードは、周期的であり、かつ前記外部コードと同じ長さであり、また、前記内部コードは、前記複数の移動ステーションの各移動ステーションに対してそれぞれ異なる、前記段階と、
   外部コードを内部コードで乗算してプレアンブル・シーケンスを発生する段階であって、前記外部コードの各ビットは、前記内部コードの対応するビットと乗算される、前記段階と、
   を含む方法。
2. 前記内部コードは、複数の直交コード・ワードを備える、請求項１に記載のＣＤＭＡシステムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法。
3. 内部コードは、前記複数の直交コード・ワードのうちの少なくとも１つの反復された直交コード・ワードを含む、請求項２に記載のＣＤＭＡシステムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法。
4. 内部コードは、ハダマード・コード・ワードの組を含む請求項１に記載のＣＤＭＡシステムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法。
5. 複数の移動ステーションを備えるＣＤＭＡシステムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法であって、
   移動ステーションにおいて外部コードを形成する段階であって、前記外部コードは、複数の前記移動ステーションの全てに対して共通である、前記段階と、
   以下の式
   

   

   （ここに、s_j、ｊ＝０、１、・・・、Ｍ−１、は、長さＰの直交コードワードの組であり、Ｍ及びＰは正の整数である）
   を用いて移動ステーションにおいて内部コードを形成する段階であって、前記内部コードは、前記外部コードの長さと同じであり、また、前記内部コードは、前記複数の移動ステーションの各移動ステーションに対してそれぞれ異なる、前記段階と、
   外部コードを内部コードで乗算してプレアンブル・シーケンスを発生する段階であって、前記外部コードの各ビットは、前記内部コードの対応するビットと乗算される、前記段階と、
   を含む方法。
6. ＣＤＭＡシステムにおけるプレアンブル・シーケンスを発生するための方法であって、
   外部コードを移動ステーションにおいて形成する段階であって、前記外部コードは、複数の前記移動ステーションの全てに対して共通である、前記段階と、
   以下の式
   

   

   （ここに、ｗ_j、ｊ＝０、１、・・・、Ｍ−１、は、長さ１６、Ｍ＝２５６、そしてＰ＝１６のハダマード・コードワードの組である）
   の形態である内部コードを移動ステーションにおいて形成する段階であって、前記内部コードは、前記外部コードの長さと同じであり、また、前記内部コードは、前記複数の移動ステーションの各移動ステーションに対してそれぞれ異なる、前記段階と、
   プレアンブル・シーケンスを発生するために前記内部コードと前記外部コードを乗算する段階であって、前記外部コードの各ビットは、前記内部コードの対応するビットと乗算される、前記段階と
   を含方法。
7. 受信された請求項１〜６のいずれか１項に記載の前記プレアンブルの搬送周波数と、受信機発振器周波数との間の差を評価するための方法であって、
   受信された前記プレアンブルを外部コードで乗算する段階と、
   結果の信号を、一連のＭ個の直交信号と相関させる段階と、
   連続的なシンボルを、複素結合された各対の最初のシンボルで乗算する段階と、
   （Ｍ−１）個の結果を平均する段階と、
   結果の複素数の位相を計算する段階と、
   位相をシンボルの周期で乗算する段階と、
   （２π）で割り算して、受信された信号の搬送周波数と、受信機発振器周波数との間の差を得る段階と、
   を含む方法。

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