JP4836158B2 - 進み／遅れ検出 - Google Patents

Description

【０００１】
この出願は、２０００年８月２３日に、「レイク受信機における多重パス分離信号のトラッキング」の名称で出願された米国特許出願第０９／６４９６７２号の一部継続出願であり、この先行する出願の内容はこの出願の内容として組み入れられるものとする。
【０００２】
この発明は、分離された信号をトラッキングするための方法に関する。この発明はまた、分離された信号をトラッキングするためのレイク受信機に関する。したがって、この発明は、この発明の方法を実行するための指令を蓄積するコンピュータ読取り可能な記録媒体を含んでいる。
【０００３】
この発明は、基地局から移動局への多重パス信号の遅れをトラッキングするための符号分割多重アクセス技術を用いるセルラネットワーク上での通信に関連している。この発明はまた、送信されてきた信号の多重送信路（パス）成分の到着遅れを分離すると共にトラッキングするための移動通信装置におけるレイク受信機に適用されても良い。
【０００４】
種々の多重アクセス技術がセルラ通信のために用いられるようになってきている。
【０００５】
これらの技術の第１のグループは例えば周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）技術や時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）技術のような狭帯域により特徴付けられる技術である。ＦＤＭＡ通信システムにおいては、それぞれのユーザは、（移動局から基地局への）アップリンク通信用に用意された帯域幅の第１の特定周波数サブバンドと、（基地局から移動局への）ダウンリンク通信用に用意された帯域幅の第２の周波数サブバンドと、にそれぞれ割り当てられている。ＴＤＭＡシステムにおいては、それぞれのユーザは異なるタイムスロットに割り当てられて、役目を与えられた全てのサブバンドにアクセスしている。
【０００６】
多重アクセス通信技術の第２のグループは、帯域により特徴付けられる技術の中に存在している。これらの中で、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）技術が、標準的なものとして、広く適用されてきている。ＣＤＭＡは、完全な通話時間のために全ての帯域をそれぞれのユーザに許容している。
【０００７】
ＣＤＭＡは、情報信号に含まれている情報がオリジナルの信号の帯域よりもより大きい帯域にわたって拡散されることを意味するスペクトル拡散技術である。直接シーケンス法スペクトル拡散（ＤＳ−ＳＳ）技術においては、データレートＴｂの情報信号が、送信機内で、いわゆるチップ期間でありＴｂ＞＞Ｔの関係にあるクロック期間Ｔにおける、疑似ランダムバイナリシーケンス、符号シーケンスに多重化されている。これは、レートＴｂ／Ｔによる信号の帯域幅を増加させるという効果を有する。したがって、この拡散信号は、対応する拡散解除信号に関連して低減された電力スペクトル密度を伴うより広い帯域にわたって送信されている。符号シーケンスは、情報信号からは独立しており、送信機および受信機として知られている。
【０００８】
受信機では、受信された広帯域の拡散スペクトル信号は、復元されるべき情報信号のために拡散を解除されるべきである。拡散の解除は、送信機で用いられていた符号シーケンスの特別なレプリカ（複製）により拡散信号を乗算することにより行なわれている。このレプリカは、受信された拡散信号に同期させられているべきである。受信機で符号シーケンスを生成する、局部的な符号シーケンス生成器は、受信された拡散信号の１チップ内に並べられかつ同期させられなくてはならない。
【０００９】
符号同期は、２つの段階で行なわれる：微細な符号トラッキングにより追従される符号収集である。収集は、受信された拡散信号と、チップ期間よりも短い局部的に生成されたコードシーケンスとの間のタイミングオフセットの整列を減少させる。トラッキングは、同期させられた２つの信号を整列させ維持する。
【００１０】
例えば、都会およびその近郊地域のような実際の通信環境において、無線信号は、送信機と受信機との間の送信パスに沿った種々の対象物で反射され散乱させられている。したがって、上述したような拡散信号は、基地局から移動局へと送信されるときに、多重パス（送信路）に遭遇することになる。さらに、異なる送信路に従った信号の位相のキャンセルは、厳格なフェージングの原因となるかもしれないし、受信信号の電力を低くさせるかもしれない。しかしながらＣＤＭＡは、フェージング環境におけるロバスト動作を提供する。
【００１１】
ＣＤＭＡは、通信および音声の品質を向上させるために、マルチパス（多重送信路）フェージングをうまく利用している。この目的のために、レイク受信機が各移動局の中に存在すると共に基地局から入来する最も強いマルチパス信号の選択を許容している。送信の遅延は、最も強いマルチパスに関して推定され、この推定された遅延は、レイク受信機の特定の「フィンガ」へと配列される。１つのフィンガは、受信された拡散信号を、このフィンガに配列された推定された時間遅延に基づいて局部的に生成された符号シーケンスのレプリカに対して関連づける処理用の素子である。
【００１２】
したがって、このフィンガの出力は、重み付けされて、機能強化された信号を生成するためにコヒーレント的に（干渉性をもって）結合されている。したがって、このチャネルのマルチパスの性質は、ＣＳＤＭＡにおけるダイバーシティ（多様性）の長所を創造するために用いられている。
【００１３】
国際出願ＷＯ９９／３５７６３号は、フェージング環境において送信される直接拡散スペクトル信号の多重送信路（マルチパス）遅延を仮定（推定）する方法を開示している。遅延は、信号の包絡線（エンベロープ）を測定することにより推定される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、フェージング環境で送信される信号の多重送信路成分をトラッキングする異なる方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、この発明の方法は、
信号のエネルギーの局所最適値の推定される発生前の第１の瞬間での前記信号のエネルギーを表示する第１の値を決定し；
前記局所最適値の推定される発生後の第２の瞬間での前記エネルギーを表示する第２の値を決定し；
第２の整数値よりも小さい第１の整数値と前記第２の整数値とを用いて、前記第１の値と第１の整数値との乗算結果としての第１の積を演算すると共に前記第２の値と第２の整数値との乗算結果としての第２の積を演算し；
前記第１の積と第２の積との間の比較から第１の論理値を生成し；
第４の整数値よりも小さい第３の整数値と前記第４の整数値とを用いて、前記第１の値と第３の整数値とから第３の積を演算すると共に前記第２の値と第４の整数値とから第４の積を演算し；
前記第３の積と第４の積との間の比較から第２の論理値を生成し；
前記第１の論理値と前記第２の論理値との差から検出器出力信号を生成する；
ことを備えている。
【００１６】
この発明に係る方法は、計算が複雑となりハードウェアという観点からコスト高となるであろう２つの値の比を含むメリットを必ずしも決定することなしに、エネルギーの第１および第２の値を用いる信号をトラッキングさせることを許容している。信号をトラッキングするこのような方法は、信号のエネルギーにおける第１および第２の値の正規化（標準化）を必要としない。この発明の１つまたはそれ以上の実施形態による長所は、簡単かつ効果的なトラッキングを提供することにある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明は、実施例の方法によって添付図面を参照しながらより詳細に説明される。
【００１８】
同一または対応する構成要素を有する各図面中の構成要件は、同一の参照符号により識別される。
【００１９】
図１は、少なくとも第２のトランシーバ３００と通信するための第１のトランシーバ２００を備えるこの発明の実施例に係る通信システム１００である。トランシーバ２００は基地局であっても良く、トランシーバ３００はＣＤＭＡセルラ通信システムにおけるハンドセットまたはセルラ電話機のような移動局であっても良い。
【００２０】
このトランシーバ２００および３００は、情報信号を送信するために個別の送信機Ｔ２００，Ｔ３００を備え、また、情報信号を受信するために個別の受信機Ｒ２００，Ｒ３００を備えている。送信機Ｔ２００は、疑似ランダム雑音符号シーケンスに相関して拡散された情報信号Ｓをアンテナ２１０を介して送信する。信号Ｓはまた，搬送波周波数ｆｃの搬送波信号に相関して予め変調されている。拡散信号Ｓは、トランシーバ３００のアンテナ３１０により受信される。
【００２１】
送信機Ｔ２００から受信機Ｒ３００へと送信されている間に、信号Ｓは多重送信路（マルチパス）に遭遇する。この実施形態においては、信号Ｓは山（マウンテン）１１０や建物（ビルディング）１２０に反射されたり散乱されたりしている。この拡散信号Ｓは、少なくとも２つの多重送信路信号Ｓ１およびＳ２を重畳したものである。多重送信路信号Ｓ１およびＳ２は、異なる送信路と異なる送信遅延とを有している。
【００２２】
多重送信路信号Ｓ１およびＳ２が支配されている送信路減衰と位相シフトは、ランダム状のもので互いに独立すべきものと仮定されている。その結果、信号Ｓは、他の信号の中に信号Ｓ１およびＳ２を含む、ランダムに減衰されかつ位相が回転された多数の信号が重畳されたものと考えることができる。
【００２３】
図２は、受信機３００の一般的な構成のブロック図である。基地局２００より送信された信号Ｓは、アンテナ３１０により受信されて受信機Ｒ３００の復調回路３０５へと入力される。信号Ｓは、無線周波数（Radio Frequency―ＲＦ―）受信機３２０を通過させられて、その後、２つの無線信号Ｉ１およびＱ１へと分割するためのデバイダ３３０により処理されている。無線信号Ｉ１は、ミキサ３４０内で発振器３６０の発振器出力ｆｃと混合されて、同相復調ベースバンド信号Ｉ２となっている。
【００２４】
無線信号Ｑ１は、ミキサ３５０内で位相シフタ３７０により位相をπ／２シフトされた発振器出力ｆｃと混合されて、直交復調ベースバンド信号Ｑ２となっている。ベースバンド信号Ｉ２およびＱ２は、その後それぞれローパスフィルタ３８０および３９０を通過してチャネル選択を提供している。濾波（フィルタ）された信号ＩおよびＱは、その後、多重送信路成分としてのレイク受信機４００へと提供されて、信号Ｒへと分解すると共にダイバーシティ結合する。
【００２５】
図３は、受信機Ｒ３００の他のブロック図である。この受信機Ｒ３００は、複合信号Ｓ＊としてレイク受信機４００へとさらに転送される同相成分Ｉおよび直交成分Ｑを抽出するための復調回路３０５を備えている。レイク受信機４００は３つのレイクフィンガ４１０，４１２，４１４を備えている。レイクフィンガ４１０〜４１４の各々は、収集およびトラッキングのために受信された信号のそれぞれの多重送信路成分Ｓ１，Ｓ２およびＳ３に割り当てられる。このレイク受信機４００はまた、ダイバーシティ（多様性）を提供するためのフィンガ４１０〜４１４により分散された多重送信路成分Ｓ１〜Ｓ３を結合するための極大率結合器４２０を備えている。
【００２６】
図４は、この発明のレイクフィンガ４１０〜４１４の構成の一例を示す回路ブロック図である。最初に、レイクフィンガ４１０〜４１４は、収集モードを適用する。収集は、情報信号を拡散するために原初的に用いられた符号シーケンスのレプリカをフィンガ４１０〜４１４に割り当てられた多重送信路成分Ｓ１〜Ｓ３に同期させるための収集ユニット４２２内で行なわれる。この符号シーケンスのレプリカは、疑似雑音生成器４２４内で生成される。
【００２７】
その後、トラッキングモードにおいて、レイクフィンガ４１０〜４１４は、生成された符号シーケンスを割り当てられた多重送信路成分Ｓ１〜Ｓ３に一列に並べ続ける。ベースバンド信号ＩおよびＱは、複合入力信号Ｓ＊としてレイクフィンガ４１０〜４１４へと供給される。この信号Ｓ＊は、割り当てられた信号Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーのピークによって表現される信号Ｓ１〜Ｓ３の仮定される受信に関する割り当て信号成分Ｓ１〜Ｓ３の各進みおよび遅れ受信を示す進みおよび遅れ成分ＥおよびＬを決定するブランチにその後枝分かれさせられる。
【００２８】
第１のブランチにおいては、進み成分Ｅは、信号Ｓ１〜Ｓ３エネルギーの仮定されるピークの前の第１の瞬間ｔＥで取り込まれた符号シーケンスに対して信号Ｓ＊をミキサ４２８内で相互に関連させることにより決定される。進み成分Ｅはその後、ローパスフィルタ４３２内でミキサ４２８の出力信号を処理することにより、および、二乗構成部４３６内で複合振幅を二乗することにより、決定される。図６に示されるように、点線で示される、割り当てられた信号Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーの仮定されるピークは、瞬間ｔ０で発生することが期待されている。成分Ｅは、瞬間ｔ０での信号Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーの最適値の仮定される発生の前の第１の瞬間ｔＥで取り込まれる信号Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーを代表している。
【００２９】
これと対称的に、遅れ成分Ｌは、最大値の仮定される発生の後の第２の瞬間ｔＬで取り込まれた符号シーケンスに対して信号Ｓ＊をミキサ４２６内でまず相互に関連させることにより決定される。遅れ成分Ｌはその後、ローパスフィルタ４３０内でミキサ４２６の出力信号を処理することにより、および、二乗構成部４３４内で複合振幅を二乗することにより、決定される。成分Ｌは、瞬間ｔ０での信号Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーの最適値の仮定される発生の後の第２の瞬間ｔＬで取り込まれる信号Ｓ１〜Ｓ３のエネルギーを代表している。
【００３０】
進みおよび遅れ成分ＥおよびＬはその後、２つの成分ＥおよびＬを処理すると共に進み／遅れ信号Ｖにより表示される割り当てられた多重送信路成分Ｓ１〜Ｓ３の受信の進み／遅れ状態を決定する遅延検出器５００へと入力される。この実施形態においては、遅延検出器５００は、デジタル信号処理ユニットである。信号Ｖはその後、ループフィルタ４３８に提供され、ここで適切な相関信号ＣＯＲＲが抽出されて疑似雑音生成器４２４へと送信される。この相関信号ＣＯＲＲは符号シーケンスをモニタすることを許容しているので、符号シーケンスが割り当てられた成分Ｓ１〜Ｓ３に同期され続ける。
【００３１】
情報信号はその後、多重送信路Ｓ〜Ｓ３からミキサ４２０の出力で得られる。このミキサ４２０は、多重送信路信号Ｓ１〜Ｓ３に並べられた符号シーケンスに対して信号Ｓ＊を相関させることにより、信号Ｓ＊の割り当てられた成分Ｓ１〜Ｓ３を逆拡散（de-spreading）することを許容する。
【００３２】
検出器５００の詳細な実施形態は、図５に与えられている。この検出器５００は、演算ユニット５１０と、演算ユニット５３０と、論理信号Ｖ１を提供するための論理比較器５５０と、を備えている。信号Ｖ１は、ユニット５１０内で抽出された整数Ｋ１と進み値Ｅとを掛け算した第１の積Ｋ１＊Ｅを、ユニット５３０内で抽出された整数Ｋ２と遅れ値Ｌとを掛け算した第２の積Ｋ２＊Ｌと比較することから得られる。この実施形態においては、整数Ｋ１は整数Ｋ２よりも小さい（Ｋ２＞Ｋ１＞１）。表１に示されるようにＫ２＊Ｌ＞Ｋ１＊Ｅが真のときＶ１は１となって、そうでないときにはＶ１は０となる。「Ｖ１＝０」ということは「Ｅ／Ｌ＞Ｋ２／Ｋ１＞１」すなわち割り当てられた成分Ｓ１〜Ｓ３のトラッキングが進み側にあることを示している。
【００３３】
検出器５００はさらに、演算ユニット５２０と、演算ユニット５４０と、論理信号Ｖ２を提供するための論理比較器５６０と、を備えている。信号Ｖ２は、ユニット５２０内で抽出された整数Ｋ４と進み値Ｅとを掛け算した第３の積Ｋ４＊Ｅを、ユニット５４０内で抽出された整数Ｋ３と遅れ値Ｌとを掛け算した第４の積Ｋ３＊Ｌと比較することから得られる。この実施形態においては、整数Ｋ３は整数Ｋ４よりも小さい（Ｋ３／Ｋ４＜１）。表１に示されるようにＫ４＊Ｅ＞Ｋ３＊Ｌが真のときＶ２は１となって、そうでないときにはＶ２は０となる。「Ｖ２＝０」ということは「Ｅ／Ｌ＜Ｋ３／Ｋ４＜１」すなわち割り当てられた成分Ｓ１〜Ｓ３のトラッキングが遅れ側にあることを示している。
【００３４】
演算ユニット５１０〜５４０は、ＩＣの形態を有する論理ゲートとして実現されていても良く、またはこれとは二者択一的に、ユニット５１０〜５４０により実行される機能が、ソフトウェア構成要素における指令（インストラクション）の形式によって実現されていても良い。
【００３５】
信号Ｖ１およびＶ２は、加算器５７０内で結合される。加算器５７０は、数式「Ｖ＝Ｖ１−Ｖ２」の信号Ｖの値を計算することを許容している。信号Ｖの値は値Ｋ３／Ｋ４とＫ２／Ｋ１に関するＥ／Ｌの位置に依存する表１に与えられている。
【００３６】
【表１】

Ｖ＝１は、割り当てられた成分Ｓ１〜Ｓ３のトラッキングが遅れ側にあることを示している。Ｖ＝０は、割り当てられた成分のトラッキングがまさに時間丁度（オンタイム）であることを示している。Ｖ＝−１は、割り当てられた成分が進み側または事前であることを示している。
【００３７】
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３およびＫ４は、Ｋ１＜Ｋ２およびＫ３＜Ｋ４となるように任意に選択されても良い。Ｋ１およびＫ３は、Ｋ１＝Ｋ３となるように選択されても良いし、Ｋ２およびＫ４は、Ｋ２＝Ｋ４となるように選択されても良い。例えば、Ｋ１＝Ｋ３＝２およびＫ２＝Ｋ４＝３は、限定された数の論理ゲートを使用するユニット４１０〜４４０の単純な実現を許容している。整数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３およびＫ４は、進み・遅れ検出のために要求される感度に依存する異なる定数に固定されていても良い。Ｋ１＝Ｋ３、および、Ｋ２＝Ｋ４の値は、オンタイム（時間丁度）の領域を減少させて、符号シーケンス生成器４２４の感度の良い位相制御を許容するためにより大きくなるように選択されていても良い。
【００３８】
上述した方法および通信システムについての、変形または改良は、この発明の範囲から逸脱しない限り提案されても良いことは注目されるべきである。例えばこの方法が幾つかのやり方、例えば決戦された電子回路の手段により、またはこれとは二者択一的に、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納された指令のセットの手段により、実現されても良いことは明かであり、前記指令は前記回路の少なくとも一部分を置換すると共に前記置き換えられた回路内で実現されるような同一の機能を実行するためにコンピュータまたはデジタルプロセッサの制御の下に実行可能なものである。
【００３９】
上述した観点より、この技術分野の通常の知識を有する者にとって、種々の変形がこの明細書に含まれる特許請求の範囲に定義されたこの発明の趣旨と範囲内でなされるであろうし、この明細書により提供される具体的な実施例にこの発明が限定されないことは明かである。「備える」という語は、請求項の中に羅列された以外の他の構成要素やステップの存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例による通信システムを示す説明図である。
【図２】 この発明の実施例による受信機を示すブロック図である。
【図３】 この発明の実施例による受信機を示すブロック図である。
【図４】 この発明の実施例による受信機のレイクフィンガを示すブロック図である。
【図５】 この発明の実施例による遅延検出器を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施例における多重送信路成分のエネルギーを示す特性図である。
【符号の説明】
Ｓ１ 分散された信号
Ｅ 第１の値
Ｌ 第２の値
ｔＥ 第１の瞬間
ｔ０ 局所最適値
ｔＬ 第２の瞬間
Ｋ１ 第１のフィンガ
Ｋ２ 第２のフィンガ
Ｋ３ 第３のフィンガ
Ｋ４ 第４のフィンガ
Ｖ 検出器出力信号
Ｖ１ 第１の論理値
Ｖ２ 第２の論理値

Claims (5)

1. 分割された信号をトラッキングする方法であって、
   前記信号のエネルギーの仮定されるピークが発生する時間より前の第１の瞬間での前記エネルギーを表す第１の値を決定し、
   前記仮定されるピークが発生する時間より後の第２の瞬間での前記エネルギーを表す第２の値を決定し、
   第２の整数値よりも小さい第１の整数値と前記第２の整数値とを用いて、前記第１の値と第１の整数値との乗算結果としての第１の積を演算すると共に、前記第２の値と第２の整数値との乗算結果としての第２の積を演算し、
   前記第１の積と第２の積との間の比較から第１の論理値を生成し、
   第４の整数値よりも大きい第３の整数値と、前記第４の整数値と、を用いて、前記第１の値と第３の整数値とから第３の積を演算すると共に、前記第２の値と第４の整数値とから第４の積を演算し、
   前記第３の積と第４の積との間の比較から第２の論理値を生成し、
   前記第１の論理値と前記第２の論理値との差から検出器出力信号を生成する方法。
2. 前記第１および第２の瞬間は、前記仮定されるピークが発生する時間に対して対称である請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の整数値は前記第３の整数値に等しく、前記第２の整数値は前記第４の整数値に等しい請求項１に記載の方法。
4. 信号の進み／遅れの検出を行なうレイクフィンガを備えるレイク受信機であって、前記レイクフィンガは、
   前記信号のエネルギーの仮定されるピークが発生する時間より前の第１の瞬間での前記エネルギーの第１の値を決定する第１のエネルギー評価器と、
   前記仮定されるピークが発生する時間より後の第２の瞬間での前記エネルギーの第２の値を決定する第２のエネルギー評価器と、
   第１の整数値と前記第１の値との乗算結果である第１の積と、
   第２の整数値と前記第２の値との乗算結果であり、前記第１の整数値の方が前記第２の整数値よりも小さい関係にある、第２の積と、
   第３の整数値と前記第１の値との乗算結果である第３の積と、
   第４の整数値と前記第２の値との乗算結果であり、前記第３の整数値の方が前記第４の整数値よりも大きい関係にある、第４の積と、を演算する演算構成と、
   前記第１および第２の積の間の比較から第１の論理値を決定すると共に、前記第３および第４の積の間の比較から第２の論理値を決定する論理的比較器と、
   前記比較器から受信された第１および第２の論理値の間の差から検出器出力信号を生成する進み／遅れ検出器と、
   を備えるレイク受信機。
5. 信号のエネルギーの仮定されるピークが発生する時間より前の第１の瞬間での前記エネルギーを表す第１の値を決定し、
   前記仮定されるピークが発生する時間より後の第２の瞬間でのエネルギーを表す第２の値を決定し、
   第２の整数値よりも小さい第１の整数値と前記第２の整数値とを用いて、前記第１の値と第１の整数値との乗算結果としての第１の積を演算すると共に、前記第２の値と第２の整数値との乗算結果としての第２の積を演算し、
   前記第１の積と第２の積との間の比較から第１の論理値を生成し、
   第４の整数値よりも大きい第３の整数値と、前記第４の整数値と、を用いて、前記第１の値と前記第３の整数値とから第３の積を演算すると共に、前記第２の値と前記第４の整数値とから第４の積を演算し、
   前記第３の積と前記第４の積との間の比較から第２の論理値を生成し、
   前記第１の積と前記第２の積との間の比較から検出器出力信号を生成する、方法を実行するための指令を格納するためのコンピュータ読取可能な記録媒体。

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