JP5048116B2 - マルチ搬送波ｃｄｍａシステムにおける同期化 - Google Patents

Description

本発明はセルラー無線通信システムに関し、特に、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭのような技術を使用したセルラー無線通信システム内でのシステムアクセス、物理層パケット、プリアンブル構造に関する。

少なくとも１つの送信機と、少なくとも１つの受信機とを有する無線通信システムにおいて、受信機は、送信機によって送信された信号のタイミングを取得しなければならないとともに、受信した信号から情報を抽出できる前にそのタイミングに同期しなければならない。無線通信システム内で、基地局から送信される信号のタイミングは、一般にシステムタイミングと称される。

直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を使用するセルラー無線通信システムにおいては、信号のタイミングに対して同期をとることにより、信号から情報を抽出する信号受信機によって利用される高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）ウインドウの正確な位置決めを行なうことができる。

複数の基地局（ＢＴＳ）と複数の移動通信装置とを有する任意のセルラー無線通信システムにおいて、同期プロセスは、システムを操作できるようにＢＴＳと移動通信装置との間で頻繁に発生しなければならない。以下、移動通信装置を単にＵＥ（ユーザ機器）と称する。

また、各ＢＴＳは、一般にセルとして知られる地理的な送信領域を規定する。この送信領域内で特定のＢＴＳにほぼ隣接するＵＥは、無線通信システムにアクセスする。セルラー無線通信システムにアクセスするためのＢＴＳを特定のＵＥが選択するプロセスは、セル選択として知られている。ＢＴＳ信号の受信を最適化するために、ＵＥは、様々なＢＴＳから受けた質が最も良い信号を特定するとともに、その受信機を切り換えて、最良のＢＴＳに対して周波数を所定の時間合わせる必要がある。したがって、ＵＥの移動性に起因して、１つのＢＴＳからＵＥ切換え位置としての他のＢＴＳへのシームレスなハンドオフが可能となるように、同期プロセスが頻繁に使用されなければならない。

現在の殆どのセルラー無線通信システムにおいて、高速なシステムアクセスおよびセル選択は、適切な移動ＵＥ操作において必須の機能である。高速取得の目的は、所望のＢＴＳに対してＵＥを同期させることができるようにすることである。隣り合うＢＴＳ間で信号（干渉を含む）パワーを同期化して測定するとともに、質が最も良い信号すなわち最大Ｃ／Ｉ（搬送波対干渉：carrier-to-interference）比を用いてＢＴＳを選択して切り換えるため、セル選択および再選択は、ＵＥによって行なわれる。

ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重化）を使用する無線通信システムにアクセスするための既存の解決策は、ＳＩＳＯ（単入力−単出力：single input - single output）構成下での高速パケットアクセスのため、無線ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）システムにおいて設計されていた。しかしながら、無線ＬＡＮは、シームレスなＢＴＳハンドオフを必要とするＵＥの移動性を扱う能力を有していない。一方、幾つかの携帯電話システム、例えば３Ｇ ＵＭＴＳは、セル選択、ＢＴＳ識別、ＢＴＳ Ｃ／Ｉ比測定を行なうことができる。

マルチ入力マルチ出力−ＯＦＤＭ（ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ：Multiple Input Multiple Output OFDM）は、周波数および時間の両方において高速フェージングを伴う無線チャネルを通じて高速データを送信するために使用される、新規で高スペクトルな効率的技術である。高速ダウンリンクパケットデータ送信システムにおいて、物理層パケット構造の設計は、基本的な態様である。

ＯＦＤＭ技術は、ＤＡＢ規格、ＤＶＢ−Ｔ規格およびＩＥＥＥ ８０２．１１規格によって採用されてきた。ＤＡＢおよびＤＶＢ−Ｔは、オーディオ・ビデオエリア・ブロードキャスティングにおいて使用される。これらのシステムにおいて、信号は、連続するデータストリームの状態で送信される。ここでは高速パケットアクセスが重要でないため、プリアンブルは必要とされない。また、ＤＡＢおよびＤＶＢ−Ｔは、１つの周波数ネットワークに適用される。この場合、全ての送信機は、ブロードキャスティングとして、同じ信号を送信する。隣り合う送信機からの干渉は、適切な構造のプレフィックスによって扱うことができる有効エコーとして処理することができる。ＩＥＥＥ ８０２．１１は、無線ＬＡＮ規格である。それは、パケットベースのＯＦＤＭ送信システムである。この規格では、プリアンブルヘッダが導入される。

各送信機および各受信機が複数のアンテナを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ（マルチ入力マルチ出力−ＯＦＤＭ）システム内での同期化は、非常に困難である。作業の複雑さに加えて、セル全体で高い成功率を得ることができるように、高速同期プロセスは、非常に低いＣ／Ｉ比状態で非常に信頼できるものでなければならない。また、移動性が高いことにより高いドップラーが広がり、これにより確実な同期化が更に困難になる。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムにおいては、２段階で同期化を行なうことができる。最初に、フレーム内における最初のＯＦＤＭシンボルの開始位置の場所のおおよその範囲を決定するために、フレーム同期（粗同期とも呼ばれる）が行なわれる。次に、正確なＦＦＴウインドウの位置を決定して、周波数領域での復調を正確に行なえるようにするために、タイミング同期（微同期とも呼ばれる）が行なわれる。

従来、微同期は、時間領域で行なわれる。これは、選択時間スロットで相互相関計算を受信機が行なえるように、予め知られたパイロットトレーニングシーケンスを時間領域内に挿入することにより行なわれる。

例えば、図１−１および図１−２に示されるように、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格のＯＦＤＭフレーム構造は、幾つかの繰り返される短いＯＦＤＭシンボル（参照符号５で全体的に示される）を使用する。これらのＯＦＤＭシンボルは、副搬送波選択のため、フレームの初めの時間領域内に幾つかのヘッダとして配置されている。そして、その後に、微同期のためのトレーニングＯＦＤＭシンボル２０７が続く。ヘッダ５は、フレーム同期（すなわち、粗同期）のために使用される。トレーニングＯＦＤＭシンボル２０７は、ＦＦＴウインドウを正確に位置決めして、周波数領域の復調を正確に行なえるようにするために使用される。トレーニングＯＦＤＭシンボル２０７の後には、ＴＰＳ ＯＦＤＭ２０５と、データＯＦＤＭシンボル３０とが続く。

周波数領域（図１−２参照）で更に明確に示されるＴＰＳ（送信パラメータ信号）ＯＦＤＭシンボル２０５は、変調時間および適応コーディングに対応する周波数と共に送信される。トレーニングＯＦＤＭシンボル、ＴＰＳ ＯＦＤＭシンボルおよびデータＯＦＤＭシンボルは、全ての副搬送波を使用する。８０２．１１システムにおいて、粗同期用繰り返しヘッダは、４番目の全ての副搬送波上でのみ送信される。このような構成は、１つの送信アンテナだけを有する単純なＳＩＳＯ ＯＦＤＭシステムにおいてのみ適している。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭシステムの場合には、複数の送信アンテナが存在するため、プリアンブル構成が更に複雑になる。また、移動体通信の場合には、マルチセル環境、ＢＴＳ情報が利用できない最初のアクセスのための要件、ＢＴＳ切換えおよびソフトハンドオフにより、効果的なプリアンブル構成が更に難しくなる。

セル取得および同期化のプロセスにおける既存の方法は、比較的長いアクセス時間を必要とするＵＭＴＳ ＷＣＤＭＡシステムにより採用される３段階同期化手法を使用する。時間領域で微同期を行ない得る間、ＭＩＭＯチャネルの自己干渉は、Ｃ／Ｉが非常に低い状態下で、この手法の性能を制限する。相関の長さを長くすると、時間領域での微同期の性能を高めることができるが、オーバーヘッドが増大し、処理が複雑になってしまう。既存の構成は、１つの送信アンテナと１つの受信アンテナとを有するシステムにおける時間領域トレーニングシーケンス相関に基づいている。しかしながら、そのような時間領域同期手法を単に拡張させただけでは、特にＣ／Ｉ比が低い用途において、性能が低下してしまう。性能低下の原因は、時間領域で減少することが容易ではないＭＩＭＯチャネル間の自己干渉である。

本発明の広範な態様は、少なくとも１つの受信アンテナを備え、少なくとも１つの送信アンテナを備えた送信機との通信を行なう直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）受信機において同期を行なう方法を提供する。この方法は、少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれにおいて、受信信号をサンプリングして複数の時間領域サンプルの各セットを形成し、少なくとも１つの粗同期位置を決定する。そして、少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれにおいて、ａ）少なくとも１つの粗同期位置のうちの１つに関する複数の微同期位置候補のそれぞれについて、ｉ）受信アンテナ毎に、微同期位置候補に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ウインドウを位置決めするとともに、ＦＦＴにより、時間領域サンプルを複数の周波数領域成分の各セットに変換し、ｉｉ）少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、複数の周波数領域成分のセットから、少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれに対応する受信された各トレーニングシーケンスを抽出し、ｉｉｉ）少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、受信された各トレーニングシーケンスと周知の各送信トレーニングシーケンスとの間の相関を計算して複数の相関を算出し、ｉｖ）少なくとも１つの送信アンテナについての複数の相関を組み合わせて、同期位置候補のそれぞれについて全体の相関結果を形成する。さらに、ｂ）複数の相関結果から微同期位置を決定し、少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれからの微同期位置を、全体の微同期位置に使用する。

幾つかの実施形態において、粗同期位置は、受信アンテナのそれぞれについて決定されるとともに、各前記微同期位置を決定するために使用される。

幾つかの実施形態において、粗同期位置は受信アンテナのそれぞれについて決定され、複数の粗同期位置のうち、最も早い位置が使用されて、全ての受信アンテナについて微同期位置が決定される。

幾つかの実施形態において、前記粗同期位置は、２つのＯＦＤＭシンボル持続時間にわたって前記複数の時間領域サンプル間の相関ピークを探すことにより、少なくとも１つの受信アンテナについて時間領域において決定される。
また、幾つかの実施形態において、少なくとも１つの受信アンテナが少なくとも２つ以上の受信アンテナを備えていた場合、微同期位置の使用は、少なくとも２つ以上の受信アンテナのそれぞれからの微同期位置を組み合わせることを含む。

幾つかの実施形態において、微同期位置の組み合わせは、微同期位置のうち最も早い微同期位置を選択することを含む。

幾つかの実施形態において、時間領域サンプルの形成は、少なくとも３つのＯＦＤＭシンボル持続時間において行なわれる。また、粗同期位置の決定は、ａ）１つのＯＦＤＭシンボル持続時間を有する第１の期間中に受信した時間領域サンプルの第１のセットと、前記第１の期間の直ぐ次の第２の期間であってＯＦＤＭシンボル持続時間を有する第２の期間中に受信した時間領域サンプルの第２のセットとの間で計算された相関である複数の相関値のそれぞれを、前記第１の期間における複数の開始時間のそれぞれにおいて計算し、ｂ）前記複数の相関値で最大となる粗同期位置を特定する、ことにより、２つのＯＦＤＭシンボル持続時間にわたって受信した時間領域サンプル間の相関ピークを探し、時間領域で粗同期を行い、粗同期位置を特定することを含む。

幾つかの実施形態において、全体の相関結果の形成は、同期位置候補毎に少なくとも１つの送信アンテナについての複数の相関を一緒に乗算することを含む。

幾つかの実施形態において、前記方法は、送信アンテナが１つで且つ受信アンテナが１つのシステムに対して適用される。

幾つかの実施形態において、前記トレーニングシーケンスは、共通同期チャネル副搬送波上又は専用パイロットチャネル副搬送波上で受信される。

幾つかの実施形態において、前記トレーニングシーケンスは、ＯＦＤＭフレームプリアンブル中に受信される。

本発明の別の広範な態様は、少なくとも１つの送信アンテナを備えた送信機との通信を行なう直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）受信機を提供する。この受信機は、少なくとも１つの受信アンテナと、少なくとも１つの受信アンテナ毎に設けられ、受信信号をサンプリングして、複数の時間領域サンプルの各セットを形成する受信回路と、少なくとも１つの粗同期位置を決定する粗同期装置と、微同期装置と、を備える。微同期装置は、少なくとも１つの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）変換器と、少なくとも１つの相関器と、少なくとも１つのコンバイナとを備える。また、微同期装置は、少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれで、ａ）少なくとも１つの粗同期位置のうちの１つに関する複数の微同期位置候補のそれぞれについて、ｉ）受信アンテナ毎に、微同期位置候補に対してＦＦＴウインドウを位置決めするとともに、ＦＦＴにより、時間領域サンプルを複数の周波数領域成分の各セットに変換し、ｉｉ）少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、複数の周波数領域成分のセットから、少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれに対応する受信された各トレーニングシーケンスを抽出し、ｉｉｉ）少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、受信された各トレーニングシーケンスと周知の各送信トレーニングシーケンスとの間の相関を計算して複数の相関を算出し、ｉｖ）少なくとも１つの送信アンテナについての複数の相関を組み合わせて、同期位置候補のそれぞれについて全体の相関結果を形成し、ｂ）複数の相関結果から微同期位置を決定する。そして、ＯＦＤＭ受信機は、少なくとも１つの受信アンテナからの微同期位置候補を組み合わせて全体の微同期位置とする。

幾つかの実施形態において、少なくとも１つの受信アンテナは、少なくとも２つの受信アンテナを有する。そして、ＯＦＤＭ受信機は、微同期位置のうちの最も早い位置を選択することにより、少なくとも２つの受信アンテナからの複数の微同期位置を組み合わせて全体の微同期位置とする。

幾つかの実施形態において、相関の組み合わせは、微同期位置候補毎に少なくとも１つの送信アンテナについての複数の相関を一緒に乗算することにより行なわれる。

幾つかの実施形態において、前記受信機は、共通同期チャネル副搬送波上又は専用パイロットチャネル副搬送波上でトレーニングシーケンスを受信するようになっている。

本発明のさらに別の広範な態様は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）受信機において同期を行なう方法を提供する。この方法は、少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれにおいて、受信トレーニングシーケンスを含む受信ＯＦＤＭ信号をサンプリングして複数の時間領域サンプルの各セットを形成するステップと、受信トレーニングシーケンスと当該トレーニングシーケンスのローカルコピーとの間における複数の相関に基づいて同期を行なうステップと、を含む。同期を行なうステップは、周波数領域において行なわれる。受信トレーニングシーケンスは、受信ＯＦＤＭ信号の被選択副搬送波上にある周波数領域のトレーニングシーケンスである。ＯＦＤＭ受信機は、少なくとも１つの送信アンテナを有する送信機との通信を行なう。同期を行なうステップは、少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれにおいて、ａ）複数の微同期位置候補のそれぞれについて、ｉ）微同期位置候補に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ウインドウを位置決めすると共に、ＦＦＴにより、時間領域サンプルを複数の周波数領域の各セットに変換し、ｉｉ）少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、複数の周波数成分のセットから、少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれに対応する受信トレーニングシーケンスを抽出し、ｉｉｉ）少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、各受信トレーニングシーケンスと周知の各送信トレーニングシーケンスとの間の相関を計算して複数の相関を算出し、ｉｖ）少なくとも１つの送信アンテナについての複数の相関を組み合わせ、同期位置候補のそれぞれについて全体的な相関結果を形成し、ｂ）複数の全体的な相関結果から微同期位置を決定する。
幾つかの実施形態において、少なくとも１つの受信アンテナは、複数の受信アンテナを含む。そして、この方法は、さらに、複数の受信アンテナからの複数の微同期位置を全体的な微同期位置として組み合わせる。
幾つかの実施形態において、受信トレーニングシーケンスは、共通同期チャネル副搬送波上または専用パイロットチャネル副搬送波上で受信される。
幾つかの実施形態において、ＯＦＤＭフレームプレアンブル中において他のトレーニングシーケンスが受信される。

時間領域におけるＩＥＥＥ ８０２．１１規格のフレーム構造を示す図である。 周波数領域における図１−１のフレーム構造を示す図である。 本発明の一実施形態によって提供されるパケットデータフレームを示す図である。 本発明の一実施形態によって提供されるパケットフレーム階層を示す図である。 本発明の一実施形態によって提供される提案されたヘッダ構造を示す図である。 本発明の一実施形態によって提供される時間領域におけるプリアンブルヘッダ構造を示す図である。 本発明の一実施形態によって提供される周波数領域におけるプリアンブルヘッダ構造を示す図である。 本発明の一実施形態によって提供されるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機の概念的な概略図である。 ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ粗同期機能のブロック図である。 ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ微同期機能のブロック図である。 幾つかの候補同期位置を示すパイロットチャネルにおけるサインシーケンス相関出力のプロットである。 ＢＴＳ識別シミュレーションのプロットである。 本発明の一実施形態によって提供されるＭＩＭＯ−ＯＦＤＭにおけるセル選択および再選択のための方法のフローチャートである。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図２−１を参照すると、本発明の一実施形態によって与えられるＯＦＤＭパケットフレーム構造が示されている。送信ＯＦＤＭシンボルストリームがそのようなフレームに編成されている。各フレームは、３つの主な構成要素、すなわち、プリアンブル３００と、分散パイロット３０２と、トラフィックデータシンボル３０４とから成る。プリアンブルの挿入により、ＵＥ（ユーザ機器）は、以下の基本的な動作、すなわち、高速ＢＴＳ（基地局）アクセス、ＢＴＳ識別およびＣ／Ｉ比測定、フレーミング・タイミング同期、周波数・サンプリングクロックオフセット評価、初期チャネル評価を行なうことができる。スペクトル効率および無線能力を最大にするためには、オーバーヘッドが最小限のフレームプリアンブルを設計することが重要である。

図２−２を参照すると、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭのためのフレーム階層が本発明の一実施形態にしたがって以下のように編成されている。すなわち、ＯＦＤＭスーパーフレーム５００（２つ示されている）が最も高いレベルにある。スーパーフレームの持続時間は、ネットワーク同期時間（例えば１秒）によって決定される。スーパーフレームは、ＯＦＤＭフレームとも称される幾つかの１０ｍｓ無線フレーム５０２から成る。１つの１ｓスーパーフレーム５００の中には、１００個の１０ｍｓＯＦＤＭフレーム５０２がある。

適応コーディング変調（ＡＣＭ：Adaptive Coding Modulation）をサポートするため、高速信号チャネル（ＴＰＳチャネル送信パラメータ信号）が導入される。各ＯＦＤＭフレーム５０２は、複数のＴＰＳフレーム５０４に分割される。図示の例では、１０ｍｓ無線フレーム５０２毎に５つの２ｍｓＴＰＳフレームがある。幾つかの実施形態においてＴＰＳのために使用されるフレーム長は、ＡＣＭ単位の持続時間と同じである。また、各ＴＰＳフレームは、現在のＴＰＳフレームが自分のためのデータを含むか否かを各ユーザが判断できる信号情報を含む。１つのＴＰＳフレームは複数のユーザのためのデータを含んでも良い。

ＴＰＳフレーム５０４は、更に幾つかのスロット５０６に分割されても良い。各スロットは、幾つかのＯＦＤＭシンボルから成る。図示の例において、各ＴＰＳフレーム５０４は、３つのスロット５０６に分割されている。スロット５０６の持続時間は、エアーインタフェーススロットサイズによって決まる。最も小さい送信単位は、１つのＯＦＤＭシンボル５０８，５１０である。１つのＯＦＤＭシンボルの持続時間は、送信環境特性、例えば、最大チャネル遅れ、システムサンプリングクロックおよび最大ドップラーによって決定される。図示の例においては、１つのスロット５０６毎に４つのＯＦＤＭシンボル５０８，５１０がある。

ＯＦＤＭシンボル間にガードインターバルを挿入することによって生じるオーバーヘッドを減らすため、異なるシンボル持続時間と異なるプレフィックスとをそれぞれが有する異なるＯＦＤＭシンボルモード、例えば０．５ｋモードおよび１ｋモードを設計することができる。システムを簡単にするため、モード切換えの際、サンプリング周波数は変更されることなく維持される。以下、これらの異なるモードについて詳細に説明する。

図２−２のフレーム構造は、ＵＭＴＳエアーインタフェースに適合するフレーム構造階層の一例を示している。ＯＦＤＭシンボルレベルでは、２つの異なるタイプのＯＦＤＭシンボルが存在する。これらのＯＦＤＭシンボルは、プリアンブルＯＦＤＭシンボル５０８と、レギュラーデータシンボル５１０とを含む。

時間領域を示している図４を参照すると、各ＯＦＤＭフレームは、プレフィックス６０７によって先行される幾つかの同じヘッダＯＦＤＭシンボル６０３，６０５から成るプリアンブルで始まる。プレフィックス６０７は、ヘッダＯＦＤＭシンボルの巡回拡張子である。同期を支援するために、繰り返し構造が使用される。２つの同一のシンボルが識別されるまで、隣り合うＯＦＤＭシンボル間で相関を行なうことにより、ＯＦＤＭフレームの開始点を見つけることができる。一例として、１つのＯＦＤＭシンボル毎に１０５６個のサンプルを使用しても良い。プリアンブルにおいては、プレフィックス６０７中に、ヘッダＯＦＤＭシンボルの最後の６４個のサンプルが送信される。２番目のヘッダＯＦＤＭシンボルにおいてはプレフィックスが無い。ヘッダは定期的に挿入され、図２−２の例の場合、１０ｍｓ毎に、すなわち、全てのＯＦＤＭフレームの開始時に、ヘッダの定期的な挿入が行なわれる。

再び図２−２を参照すると、非ヘッダＯＦＤＭシンボルの場合、すなわち、レギュラーＯＦＤＭシンボル５１０の場合、全てのＯＦＤＭシンボルがプレフィックスを有することが好ましい。“１Ｋ”モードにおいては、３２個のプレフィックスサンプルと、ＦＦＴサイズを示す１０２４個の実際のサンプルとがあり、シンボル毎に全部で１０５６個のサンプルがある。１／２Ｋモードにおいては、１６個のサンプルプレフィックスと、シンボル毎に５１２個のサンプル（ＦＦＴサイズを示す）があり、全部で５２８サンプル／シンボルとなる。図２−２のフレーム構造を使用することにより、サンプリング周波数を変えることなく、これらの異なるモードを有利にサポートすることができる。１／２Ｋモードの場合、スロット５０６毎に２倍の数のＯＦＤＭシンボル５１０がある。ある瞬間に選択された特定のモードは、プレフィックスサイズが最大チャネル遅れよりも大きくなっていなければならない。１／Ｋモードにおいては、僅かな副搬送波を用いて、より多くのＯＦＤＭシンボルが送られる。これは、高いドップラーまでかなり強力である。それは、シンボル持続時間が短いからである。また、副搬送波の間の間隔は大きく、ドップラーまでの許容度を高める。したがって、様々なＦＦＴサイズに対応するが１つの受信機で同じサンプリングレートを持つ１つの一体的なフレーム構造がある。異なるモードであっても、同じプリアンブルが使用されることが好ましい。

ＯＦＤＭはパラレル送信技術である。全体の有用な帯域幅が多くの副搬送波に分割され、各副搬送波が個別に変調される。本発明の一実施形態においては、複数のアンテナ送信を用いて異なるアンテナを分離するために、ヘッダ中において、全ての副搬送波が全ての送信アンテナで使用されるとは限らない。むしろ、副搬送波がアンテナ間で分割される。その一例について図３を参照しながら説明する。ＯＦＤＭシンボル内に含まれる副搬送波の周波数はそれぞれ円によって表わされている。この例においては、ＭＩＭＯシステム内に２つの送信アンテナがあると仮定する。図３は、周波数軸４４０に沿って離間する様々な副搬送波を有するＯＦＤＭシンボルを示している。時間軸４０２に沿って示されるように、ある瞬間の全ての副搬送波のコンテンツは、経時的に１つのシンボルを表わしている。この場合、最初の２つのＯＦＤＭシンボル４０８，４１０は、専用のパイロットチャネル情報のために使用される。一方、残りのシンボル（２つだけが示されている、４１２，４１４）は、レギュラーＯＦＤＭシンボルのために使用される。最初の２つのＯＦＤＭシンボル４０８，４１０で送信される専用のパイロットチャネル情報は、第１アンテナによって送信される副搬送波と、第２アンテナによって送信される副搬送波とが交互になっている。これは、第１送信機の専用のパイロットチャネル情報を送信している第１の副搬送波４０４と、第２副搬送波の専用のパイロットチャネル情報を送信している副搬送波４０６とに関して示されており、このパターンは、その後、残りの副搬送波において繰り返す。他のＯＦＤＭシンボル４１２，４１４は、両方のアンテナによって送信される情報を含む。他の間隔を代わりに使用できることは言うまでもない。また、その後、更に２つの送信アンテナがある場合には、パイロットチャネル情報は、全ての送信アンテナ間で、幾つかの所定のパターンの副搬送波が交互に並ぶ。

他の実施形態においては、共通同期チャネルと専用パイロットチャネルとがヘッダシンボル上で周波数多重化される。専用パイロットチャネルおよび共通同期チャネルをそれぞれ送信するために、重複していない副搬送波の各セットが各アンテナに割り当てられる。

他の実施形態においては、共通同期チャネルと、専用パイロットチャネルと、ブロードキャストチャネルとがヘッダシンボル上で周波数多重化される。このような配置構成の下、ヘッダシンボルの全ての有用な副搬送波は、３つのグループに分離される。これらの３つのグループは、共通同期チャネルと、専用パイロットチャネルと、ブロードキャストチャネルとにそれぞれマッピングされる。

２−送信機ダイバーシティを用いてＭＩＭＯシステムにおいて異なるチャネルをマッピングした一例が図５に示されている。この例においては、４つのＯＦＤＭシンボル７１２，７１４，７１６，７１８が示されており、そのうちの２つのＯＦＤＭシンボル７１２，７１４がヘッダシンボルである。ヘッダシンボル７１２，７１４中においては、全ての２番目の副搬送波が第１のアンテナのために使用され、残りの副搬送波が第２アンテナのために使用される。これは、多数のアンテナに対して簡単に一般化される。この例においては、ＭＩＭＯシステム内に２つの送信アンテナがあると仮定する。１番目の副搬送波７００から始まる各６番目の副搬送波は、第１送信機の専用パイロットチャネルの副搬送波のためのものである。２番目の副搬送波７０２から始まる各６番目の副搬送波は、第２送信機の専用パイロットチャネルの副搬送波のためのものである。３番目の副搬送波７０４から始まる各６番目の副搬送波は、第１送信機の共通同期チャネルの副搬送波のためのものである。４番目の副搬送波７０６から始まる各６番目の副搬送波は、第２送信機の共通同期チャネルの副搬送波のためのものである。５番目の副搬送波から始まる各６番目の副搬送波は、第１アンテナのためのブロードキャストチャネルの副搬送波のためのものであり、６番目の副搬送波７１０から始まる各６番目の副搬送波は、第２アンテナのためのブロードキャストチャネルの副搬送波のためのものである。

共通同期チャネルは、最初のアクセスにおいて普遍的なチャネルである。また、共通同期チャネルは、同期・予備チャネル評価のためにも使用できる。送信機ダイバーシティが適用される場合には、異なる送信機が共通同期副搬送波を共有する。前述したような場合には、共通同期チャネルが異なる送信機間で分割される。共通同期チャネルのために確保された副搬送波を変調するために、全ての端末によって知られる共通の複合シーケンスが使用される。システム内の全ての基地局により、同じ共通の同期シーケンスが送信される。複数の送信アンテナがあって、各送信アンテナが固有の同期シーケンスを送信できる場合には、そのような１または複数の同期シーケンスがあっても良い。同期シーケンスを使用すると、移動局は、受信した同期シーケンスと送信された周知の同期シーケンスとの間で相関ピークを探すことにより、更なるＢＴＳ識別のための最初の同期位置を見つけることができる。

専用パイロットチャネルは、ＢＴＳ／セル識別のために使用されるとともに、セル選択、セル切換えおよびハンドオフのためのＣ／Ｉ測定をサポートする。固有の複合シーケンス、例えばＰＮコードは、各ＢＴＳに対して割り当てられるとともに、専用パイロット副搬送波を変調するために使用される。複数の送信アンテナがある場合には、各アンテナによって、異なる固有のシーケンスが送信される。共通同期チャネルにおける場合とは異なり、様々な基地局が、異なるパイロットシーケンスを使用して送信する。異なるＢＴＳに対して割り当てられたＰＮコードの準直交性により、アクセスポイント識別および初期干渉測定を行なうことができる。また、専用パイロットチャネルは、同期処理を支援するためにも使用できる。

ヘッダＯＦＤＭシンボルにおける副搬送波を完全に利用するためには、幾つかの副搬送波がブロードキャスティングチャネルとして使用されることが好ましい。図５の例においては、６つの全ての副搬送波のうちの２つがこの目的のために使用される。ブロードキャストチャネルは、重要なシステム情報を搬送することができる。ＳＴＴＤ（時空送信ダイバーシティ）スキームは、同期アルゴリズムによって必要とされるヘッダＯＦＤＭシンボルの繰り返し構造を破壊するため、ブロードキャストチャネル（または、ヘッダＯＦＤＭシンボルにおける任意の副搬送波）のために使用することができない。しかしながら、全ての送信機によって同一の副搬送波でブロードキャスト情報を送信すると、送信機間で破壊的な干渉が生じる虞がある。この問題を解決するために、異なる送信機間でブロードキャストチャネルが分割される。したがって、送信アンテナが２つある場合には、送信アンテナがダイバーシティを提供できるように、副搬送波（ブロードキャストチャネルのためにマッピングされた）を送信アンテナのために二者択一的に割り当てることができる。ブロードキャストチャネルを更に向上させるためにパワーが増大されても良い。

異なるＢＴＳからのブロードキャスティング情報が異なっていても良い。幾つかの実施形態においては、ブロードキャスト情報が保護されるため、セルの境界に近いユーザは、強い干渉の存在下で、ブロードキャスト情報を正確に受信することができる。短いＰＮコードを使用して、ブロードキャスト情報を広めることができる。異なるコードを使用するために、隣り合うＢＴＳが割り当てられる。ブロードキャストチャネルを挿入すると、プリアンブルオーバーヘッドが減少し、スペクトル効率が高まる。

特定の基地局に固有の情報を送信するために、ブロードキャストチャネルが使用される。２つのアンテナのための組み合わされたブロードキャストチャネル搬送波で１つのブロードキャストメッセージが送られても良い。パイロットチャネルと同期チャネルとブロードキャストチャネルとから成るようにプリアンブルヘッダシンボルを設計することにより、プリアンブルヘッダのオーバーヘッドが減少する。高速で且つ正確な初期取得を成すことができるように、共通同期チャネルが設計される。ＢＴＳ固有のマッピングされたサインを有する専用パイロットチャネルにより、ＢＴＳ識別を効率的に行なうことができる。ＭＩＭＯチャネル評価のために、共通同期チャネルとパイロットチャネルとが互いに組み合わせられて使用される。また、共通同期チャネルと専用パイロットチャネルとを組み合わせて使用することにより、高精度な同期が可能になる。周波数領域トレーニングシンボルは、タイミングエラーおよびマルチパス環境に対して強い。プリアンブル構造により、自由度のあるユーザ機器は、より効率的なアルゴリズムを実行することができる。

なお、一実施形態における専用パイロットチャネル間での副搬送波の特定の破壊、他の実施形態における専用パイロットチャネルと共通同期チャネルとの間での副搬送波の特定の破壊、他の実施形態における専用パイロットチャネルと共通同期チャネルとブロードキャストチャネルとの間での副搬送波の特定の破壊は、単なる特定の例である。これらは、任意の適当な方法で割り当てることができる。

図６を参照すると、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機１０の概念的な概略図が示されている。４つのＯＦＤＭシンボル２０１から成る第１のサンプルセットが第１送信アンテナ２１から送信されて示されており、また、４つのＯＦＤＭシンボル２０３から成る第２のサンプルセットが第２送信アンテナ２３から送信されて示されている。一般に、ＯＦＤＭ送信機は、Ｎ_ant送信アンテナを有する。この場合、Ｎ_antは、設計パラメータである。ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機１０内において、デマルチプレクサ２３から発せられるデータは、送信アンテナ２１に接続された第１のＯＦＤＭ部２４または送信アンテナ２３に接続された第２のＯＦＤＭ部２６のいずれか一方に送られる。これらＯＦＤＭ部は、ＯＦＤＭフレームおよびＯＦＤＭシンボルの副搬送波上にデータを編成する。各副搬送波は、異なる直交する周波数にある。各ＯＦＤＭ部２４，２６はそれぞれ、ヘッダＯＦＤＭシンボルを挿入するヘッダインサータ２９を有する。ＯＦＤＭシンボル２０１，２０３から成るサンプルセットは、送信アンテナ２１，２３からそれぞれ送信されたＯＦＤＭフレームの最初の４つのＯＦＤＭシンボルを示している。この場合、データシンボルまたはパイロットシンボルから成る各列がＯＦＤＭシンボルである。１番目のＯＦＤＭシンボル１３および２番目（１番目と同じ）のＯＦＤＭシンボル１４は、第１送信アンテナ２１によって送信されたＯＦＤＭフレームに固有の２つのヘッダＯＦＤＭシンボルを示している。同様に、３番目のＯＦＤＭシンボル１７および４番目（３番目と同じ）のＯＦＤＭシンボルは、第２送信アンテナ２３によって送信されたＯＦＤＭシンボルに固有の２つのヘッダＯＦＤＭシンボルを示している。４つのＯＦＤＭシンボル１５，１６，１９，２０は、一般に、複数のデータシンボルから成る異なるＯＦＤＭシンボルであり、この場合、少なくとも１つのデータシンボルが各ＯＦＤＭ副搬送波上に参照符号１１で示されている。ＯＦＤＭフレーム全体は、一般に、更に多くのデータシンボルを有する。また、ＯＦＤＭシンボル２０１は、ＯＦＤＭシンボル２０３と同じタイミングで、同時に送信される。

この例において、２つの同一のヘッダＯＦＤＭシンボルは、専用パイロットチャネル副搬送波１２と共通同期チャネル副搬送波９とから成る。また、図示しないブロードキャストチャネル副搬送波があっても良い。専用パイロットチャネル副搬送波は、Ｃ／Ｉ比測定、ＢＴＳ識別、後述する微同期のために使用される。また、これらは、初期チャネル評価のために使用することもできる。共通同期チャネル副搬送波９は、粗同期および微同期、初期アクセス、初期チャネル評価のために使用される。

図示の例において、２つのヘッダＯＦＤＭシンボル中、全部で４つの連続する副搬送波のうちの１番目の副搬送波は、送信アンテナ２１によって送信される専用パイロットチャネルシンボルを搬送するために使用される。同様に、全部で４つの連続する副搬送波のうちの２番目の副搬送波は、送信アンテナ２３によって送信される専用パイロットチャネルシンボルを搬送するために使用される。

パイロットチャネル副搬送波１２，２５上で送信される専用パイロットチャネルシンボルは、基地局／セクタ固有のＰＮシーケンスによって規定される。基地局に固有の複合擬似ランダムＰＮシーケンスからの一連のシンボルは、ヘッダＯＦＤＭシンボル内における専用パイロットチャネル副搬送波の位置にマッピングされる。

２つのヘッダシンボル内における全部で４つの連続する副搬送波のうちの３番目の副搬送波は、送信アンテナ２１によって送信された共通同期チャネルシンボルを搬送するために使用される。同様に、全部で４つの連続する副搬送波のうちの４番目の副搬送波は、送信アンテナ２３によって送信された共通同期チャネルシンボルを搬送するために使用される。

共通同期副搬送波９，２７上で送信される共通同期チャネルシンボルは、各送信アンテナ２１，２３において固有の複合擬似ランダムＰＮシーケンスによって規定される。この複合擬似ランダムＰＮシーケンスからの一連のシンボルは、ヘッダＯＦＤＭシンボル内における共通同期チャネル副搬送波上にマッピングされる。すなわち、各送信アンテナによって送信される各フレームの共通同期チャネルシンボルは、その送信アンテナに固有であるが他の基地局の対応する送信アンテナにとっても同一のＰＮコードを使用する。この例において、ＰＮ_SYNC ⁽¹⁾は送信アンテナ２１に関連付けられ、ＰＮ_SYNC ⁽²⁾は送信アンテナ２３に関連付けられる。しかしながら、通信ネットワーク全体にわたる異なる送信機における同様のアンテナは、同じＰＮコードを使用する。例えば、ネットワーク内の全ての送信機の第１の送信アンテナ２１における共通同期チャネルシンボルは、１つのＰＮコード（ＰＮ_SYNC ⁽¹⁾）を使用し、ネットワーク内の全ての送信機の第２の送信アンテナ２２における共通同期チャネルシンボルは、異なる１つのＰＮコード（ＰＮ_SYNC ⁽²⁾）を使用する。

図７−１を参照すると、前述した各送信アンテナによって送信される２つの繰り返されたＯＦＤＭヘッダシンボルに基づいて粗同期を行なうようになっているＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機機能のブロック図が示されている。ＯＦＤＭ受信機は、第１受信アンテナ７３４と第２受信アンテナ７３５とを有する（より一般的には、複数のＮ個の受信アンテナがあるが）。第１受信アンテナ７３４は、ＲＦ受信機７３６で第１の受信信号を受ける。第１の受信信号は、図６の２つの送信アンテナ２１，２３によって送信された２つの信号の組み合わせであるが、２つの各信号は、各送信アンテナと受信アンテナ７３４との間の各チャネルによって変更されてしまう。第２受信アンテナ７３５は、ＲＦ受信機７３９で第２の受信信号を受ける。第２の受信信号は、２つの送信アンテナ２１，２３によって送信された２つの信号の組み合わせであるが、２つの各信号は、各送信アンテナと受信アンテナ７３５との間の各チャネルによって変更されてしまう。４つのチャネル（２つの各送信アンテナと２つの各受信アンテナとの間にあるチャネル）は、時間および周波数に伴って変化するとともに、一般には、互いに異なっている。

１番目のヘッダシンボルの開始位置の場所のおおよその範囲を決定するため、受信信号の個々の時間サンプルに関し、第１受信アンテナ７３４のための粗同期が粗同期装置７３７により行なわれる。第２アンテナ７３５に関しても同様のプロセスが粗同期装置７４１により行なわれる。粗同期は、繰り返されたヘッダシンボルをＯＦＤＭ送信機で使用することにより簡略化される。粗同期装置７３７は、連続するＯＦＤＭシンボル内の時間領域信号サンプルに関して相関測定を行なう。最も高い相関測定をもたらす時間領域信号サンプルは、粗同期位置ｎ_coarseである。その後、粗同期位置ｎ_coarseが使用され、この粗同期位置ｎ_coarseに基づいて、微同期で使用されるＦＦＴ機能内でＦＦＴウインドウの場所が見つけられる。

最初に、粗同期装置７３７は、時間領域粗同期処理を開始する。ランニングバッファ（図示せず）は、３つの連続するＯＦＤＭシンボル期間にわたって受信信号の個々の時間サンプルをバッファリングするために使用されるとともに、その後、２つの連続するＯＦＤＭシンボル持続時間中に集められたサンプル間の自己相関関係γ_t（ｎ）を以下のように計算する。

ここでｘ（ｎ）は、受信信号の時間領域サンプルであり、Ｎ_headerは、１つのＯＦＤＭシンボル持続時間にわたって取得されたサンプル数である。

幾つかの実施形態においては、計算能力を蓄えるために、リアルタイム実施で、可動相関器が適用される。

一実施形態においては、相関値が閾値を上回るまで、ｎ＝１（ｎ＝Ｎ_headerとなるまで）に関して、γ_t（ｎ）の値が次々に計算される。その後、最大値検索が可能になる。相関値の計算が続き、相関結果が再び閾値を下回るまで最大値検索処理が続く。最大相関値に対応するサンプル位置が粗同期位置である。すなわち、

閾値は、一般に、１フレーム内の平均自己相関値から計算される。あるいは、最大値を見つける他の方法は、例えば全長にわたって６０個のシンボルがあるＯＦＤＭフレームにわたって各ＯＦＤＭシンボルのための極大値を決定することである。その後、極大値の最大となる全体の最大値が取得される。このプロセスは、両方の粗同期で行なわれる。微同期を同時に進行させる場合、全体の粗同期位置は、２つの同期値の幾つかの組み合わせとして取得されても良く、また、そのように決定された２つの粗同期位置のうちの早い方となるべく取得されることが好ましい。もう１つの方法として、各微同期装置（後述する）は、各粗同期位置から機能することができる。図７−２を参照すると、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ微同期機能のブロック図が示されている。一実施形態において、微同期機能は、共通同期チャネル及び／又は専用パイロットチャネルを使用して前述したように各送信アンテナによって送信される２つの繰り返されたＯＦＤＭヘッダシンボルに基づいて微同期を行なうようになっている。更に一般的には、微同期機能は、幾つかの知られたトレーニングシーケンスが内部に組み込まれたＯＦＤＭフレームのために微同期を行なうことができる。また、微同期プロセスへの入力は、粗同期位置である。この粗同期位置は、前述した方法を使用して、あるいは、任意の他の適当な方法を使用して決定されても良い。図７−１の構成要素と同じ構成要素は、同様の参照符号が付されるとともに、実際の実施においては、図７−１と共通の同期装置が使用される場合に共有される。図７−２の機能は、１または複数の受信アンテナ毎に再現される。

微同期プロセスは、１または複数の受信アンテナ毎に行なわれ、その後、微同期位置の組み合わせに基づいて、全体の同期位置が取得される。概略的には、粗同期装置が粗同期位置（Ｓ）ｎ_coarseを決定すると、各微同期装置は、粗同期位置の両側で信号サンプルに関してＦＦＴを行ない、ＯＦＤＭ副搬送波の周波数帯域にわたって周波数領域成分を形成する。各微同期装置は、周波数領域成分を検索して、ＦＦＴウインドウの正確な場所を見つける。ＦＦＴウインドウの正確な位置は、周波数領域内でＯＦＤＭ復調を行なうために必要とされる。微同期装置は、粗同期位置ｎ_coarseに対して規定される検索ウインドウ内の周波数成分と周知のＰＮコード（ＰＮ_SYNC ⁽¹⁾およびＰＮ_SYNC ⁽²⁾）との間で相関測定を行なうことにより、ＦＦＴウインドウの正確な場所を見つける。各微同期装置によって行なわれる相関測定は、周波数領域内で行なわれ、また、周知の各ＰＮコード（ＰＮ_SYNC ⁽¹⁾およびＰＮ_SYNC ⁽²⁾）毎に、すなわち、送信アンテナ２１，２３毎に（あるいは、存在する１または複数の送信アンテナに関して）、一組の相関測定が行なわれる。

各微同期装置は、検索ウインドウ内で最初の信号サンプルから始まるＮ_symbol個の信号サンプルを選択する。ここで、Ｎ_symbolは、ＯＦＤＭシンボル内の信号サンプルの数である。送信アンテナ毎に、各微同期装置は、周波数領域信号サンプルと送信アンテナに対応するＰＮコードとの間で相関測定を決定する。

更に具体的には、微同期検索は、ｎ_coarseの近傍で行なわれる。検索ウインドウが２Ｎ＋１である場合、検索範囲は（ｎ_coarse−Ｎ）から（ｎ_coarse＋Ｎ）までである。仮に、ｎ_coarse（ｉ）＝ｎ_coarse＋Ｎ−ｉが微検索ウインドウ内のサンプルインデックスを表わすとする。ここで、ｉ＝０，．．．．，２Ｎである。微同期は、ｉ＝０から始まる。その後、ｎ_start（０）から始まるＮ_symbol個のサンプルが取得されて、プレフィックスが除去され、ＦＦＴが行なわれる。周波数領域内で受信されたＯＦＤＭシンボルは、以下のように書くことができる。

ここで、Ｎ_prefixは、プレフィックスサンプルの数であり、Ｎ_FFTは、ＦＦＴサイズである。

異なる送信機の共通同期チャネルによって搬送される複合データＲ^(j,k) _SYNCがＲから抽出される。これは、ＭＩＭＯ ＯＦＤＭシステム内の異なる送信機間で共通同期チャネルが分割されるからである。更に一般的には、送信されたトレーニングシーケンスに対応する複合データが抽出される。Ｒ^(j,k) _SYNCとＰＮ^*(j) _SYNCとの間の相関は、以下の通りである。

ここで、ｊ＝１，２，．．．．，Ｎ_TXは送信機を示しており、ｋ＝１，２，．．．，Ｎ_RXは受信機を示しており、ＰＮ^(j) _SYNCはｊ番目の送信機のための共通ＳＹＮＣ ＰＮコードであり、Ｎ_SYNCは共通ＰＮコードのサイズである。

その後、開始点インデックスｎ_startが一つの（ｎ_start（１）＝ｎ_start（０）−１）だけシフトされ、他のＮ_symbolサンプルが前述したように処理される。新たな周波数領域データＲ^(j,k) _SYNC（ｍ，ｉ）を得るため、我々は、ＦＦＴを再び行なう必要がある。この目的のため、反復法を使用して、計算の複雑性を減らすことができる。すなわち、

ここで、ＮＦＦＴはＦＦＴサイズである。Ｒ^(j,k) _SYNC（ｍ，ｉ）を抽出して、新たな相関関係が計算される。前述した手順は、ｎ_startが微検索ウインドウから出るまで続けられる。

各受信アンテナ毎に、異なるアンテナからの相関結果の積の最大値に対応するｎ_start（ｉ）をｉ＝０，．．．．，２Ｎにわたって見つけることにより、１５の各微同期位置を見つけることができる。数学的に説明すると、ｋ番目の受信アンテナにおいては、以下にしたがって各微同期位置を選択することができる。

誤りの警報の可能性を減らすために、基準が設定されても良い。例えば、以下の条件が満たされている場合には、微同期が達成されていると見なして良い。

ここで、Ｎ_thresholdは予め設定された微検索ウインドウサイズによって決定されるファクターである。その後、異なる受信アンテナのために決定される微同期位置のうちの最も早いものとなるように全体の微同期位置が取得されることが好ましい。

１つの受信アンテナのための微同期プロセスが図７−２に概略的に示されている。第１受信アンテナ７３６の出力において、ブロックＤ⁰ ７３８〜Ｄ^2N ７４２は、様々な候補微同期位置（全部で２Ｎ＋１個）のためのＦＦＴブロック７４４，．．．，７４８のアライメントを示している。ＦＦＴブロック７４４，．．．，７４８は、サンプルの各セットに関してＦＦＴを計算する。各ＦＦＴ出力は、各送信アンテナにおける相関器ブロックに送られる。２つの送信アンテナがある場合には、１つのＦＦＴ出力毎にそのような相関器ブロックが２つある。例えばＦＦＴ７４４は、第１の送信アンテナにおける第１の相関器ブロック７４５に対して送られる出力と、第２の送信アンテナにおける第２の相関ブロック７５５に対して供給される出力とを有する。なお、トレーニングシーケンス（前述した例では、共通同期シーケンスまたはパイロットチャネルシーケンス）を送信するために副搬送波の間隔が使用される場合には、トレーニングシーケンスの構成要素を回復させるために全てのＦＦＴを完了させる必要はない。第１のアンテナにおける相関器ブロック７４５は、乗算器７４７を用いて、ＦＦＴ出力の回復されたトレーニングシーケンスシンボル位置と、第１送信アンテナにおける周知のトレーニングシーケンスとを掛け合わせ、これらの掛け算は、加算器７５１で加算される。第２送信アンテナの周知のトレーニングシーケンスおよび第２送信アンテナにおけるトレーニングシーケンス位置に関して、これと同じ計算が相関器７５５でも行なわれる。これは、各送信アンテナにおいて想定しうる異なるシフトの全てに関して、第１受信機で行なわれる。想定しうる各シフトにおける異なる送信アンテナにわたる相関結果は、乗算器７５３で一括して乗算される。これらの乗算の最大値を結果的に生じるシフトは、特定の受信機における微同期位置となるように選択される。任意の他の受信アンテナに関しても同じプロセスが行なわれ、また、全体の微同期位置は、そのように計算された微同期位置のうちの最も早いものとして取得されることが好ましい。

同期位置ドリフトまたはロスの場合には、フレーム毎にタイミング同期を監視することができる。例えば、前述したプリアンブルを使用するシステムにおいては、プリアンブルが受信機に達する度に、粗同期および微同期における同じ方法を使用して２段階同期プロセスが繰り返される。この場合、同期位置のドリフトが現在の位置の略近傍にあるという前提に基づいて、より小さい検索ウインドウＮが使用されても良い。取得後、様々なＢＴＳにおける専用パイロットチャネルを変調するために割り当てられた専用パイロットチャネルコードを相関器で使用することができ、または、共通同期シーケンスあるいは他の幾つかのトレーニングシーケンスを使用することができる。

複数の送信アンテナを有するＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機に関して、本発明の一実施形態を説明してきた。ＯＦＤＭ送信機によって周知のトレーニングシーケンスがフレーム内に挿入されるのであれば、ＯＦＤＭ受信機で同期を行なう前記方法は、たった１つの送信アンテナを有するＯＦＤＭ送信機から受けた信号に対して適用されても良い。

最後に、ここまで説明してきた本発明の実施形態においては、複数のアンテナを有する１つの送信機および複数のアンテナを有する１つの受信機だけが存在した。しかしながら、本発明の概念は、多くのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機および多くのＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ受信機を有するマルチセルラー環境を包含するように広げられる。

［マルチセルラー環境でのアクセス］
マルチセルラー環境でのシステムアクセスは、同じ共通のパイロットシンボルを送信する多くの送信機があるため、セル選択という新たな問題を招く。本発明の他の実施形態においては、先に紹介した送信ヘッダが受信機によって使用されることにより、システムアクセスおよびセル選択が行なわれる。

最初の取得中、粗同期を行なうことにより、ＵＥが動き始める。これは、前述した方法または幾つかの他の方法を使用して行なわれても良い。１フレーム持続時間後、粗同期位置が決定される。その後、共通同期チャネルに基づいて、微同期検索アルゴリズムが行なわれる。共通同期チャネルによって搬送されるデータは全てのＢＴＳにおいて同じであるため、マルチセル環境およびマルチパスフェージング伝播チャネルにおいて幾つかのフィンガー（ピーク）を観察することができる。これらのフィンガーは、通常、異なるＢＴＳ及び／又は異なるパスに対応している。図８を参照すると、サンプルインデックスの関数としてマルチセルラー環境下で計算された微同期（共通同期チャネルに対する微同期）未加工出力の一例が示されている。この例においては、５つの重要なフィンガー４００，４０２，４０４，４０６および４０８が存在している。Ｍ個の最も強いフィンガーが選択されるとともに、対応する位置が見つけられる。ここで、Ｍは、システム設計パラメータである。これらの位置は、最終同期のための候補として、また、ＢＴＳ識別が成される位置として使用される。

図８の結果では、ＢＴＳが同じ共通同期シーケンスを送信するため、ＢＴＳ識別を行なうことができない。想定しうる全ての隣り合うＢＴＳの存在に関して走査するため、各候補同期位置で、受信された専用パイロットチャネル副搬送波と、異なるＢＴＳに対して割り当てられた想定しうる全ての複合シーケンス（専用パイロットＰＮシーケンス）との相関が計算される。送信アンテナが複数ある場合、好ましくはこの相関は、専用パイロット副搬送波の全てにわたって組み合わされた複数のアンテナの専用パイロットＰＮシーケンスに基づいて行なわれ、これにより、インデックス毎に１つの相関結果が形成される。図９は、ＢＴＳ走査結果とチェック点（候補同期位置）との間の関係の一例を示している。ＢＴＳ識別は、各候補同期位置での最大相関値に対応するＰＮコードを検出することにより実現される。各チェック点での全ての相関結果に基づいて、Ｃ／Ｉを計算することができる。最初の取得段階で、最も大きいＣ／Ｉ比を有するＢＴＳを選択することにより、セル選択が決定される。この例においては、２つのＢＴＳ、すなわち、第１のＢＴＳ ＢＴＳ１および第２のＢＴＳ ＢＴＳ２が識別される。マルチアンテナ受信機ダイバーシティを用いる場合、セル選択の最終決定は、受信機における異なる受信機アンテナによって得られる最も高いＣ／Ｉの比較に基づかなければならない。

最終同期位置を得るため、微同期が再び行なわれる。しかしながら、この場合、ＢＴＳ識別によって見出された専用複合シーケンスと専用パイロットチャネルとが使用される。微同期位置の周りで、より小さい検索ウインドウが使用される。異なる受信機からの最終同期結果が比較される。時間的に最も早いサンプルに対応する位置が、最終同期位置として使用される。このステップは、短期フェージングに起因して弱いパス（マルチパス）が選択される可能性を減らすものである。誤りの警報の可能性を減らすため、閾値が設定される。この閾値は、検索ウインドウ内での相関の平均および最終同期位置に対するフィンガー強度の比であっても良い。

通常のデータ処理段階においては、新たなプリアンブルを受けると、微同期ステップとＢＴＳ識別ステップとがフレーム毎に繰り返される。しかし、候補ＰＮコードの僅かなセットがＢＴＳ走査で適用される。ＢＴＳ識別後、強い干渉を捜すことにより、ＢＴＳ候補リストを形成することができる。このリストは、定期的に、例えば１０ｍｓ毎に、更新されるとともに、ＢＴＳスイッチおよび更にはソフトハンドオフに関する情報を提供する。ＢＴＳスイッチおよびソフトハンドオフをトリガーするために、特定の基準を設定することができる。フェージングからの衝撃を平均化するため、ＢＴＳ切換およびソフトハンドオフに関する決定は、特定の期間中の観察に基づいていても良い。基準は、Ｃを表わす最大相関値と最も強いＩとの比較であっても良い。なお、セルスイッチおよびソフトハンドオフ後に、最初のアクセス時の最後のステップにより、同期が調整されても良い。全体のセル選択および再選択方法が図１０に示されている。

第１のステップ６００においては、例えば時間領域のプリアンブルヘッダに基づいて、粗同期が行なわれる。これは、２つの同じシンボルを探すことにより各フレーム間で粗い境界を見つけることを含む。ピークが見つかるまで隣り合うシンボル持続時間にわたってサンプルを相関することにより、これが行なわれる。ステップ６００は、２つの隣り合う同じシンボルから始まるフレームのプリアンブルに依存している。

次に、ステップ６０２中、粗同期ピークで、ＦＦＴが計算され、周波数領域での共通同期チャネルの処理へ切り換えられる。検索ウインドウが同期位置＋／−特定数のサンプルに中心付けられる。ステップ６０４により、Ｍ個の最も強い相関ピークが選択される。この時、各ピークがどのＢＴＳに関連付けられているかは分からない。ＢＴＳ識別はまだ決定されない。

その後、ステップ６０６で、各相関ピーク毎に、ＦＦＴが再び計算され、専用パイロットチャネルを使用して、微同期手続きに関連付けられた相関が計算される。この場合、前記専用パイロットチャネルは、基地局固有の複合シーケンスを含む。この後、直ぐに、ステップ６０８が行なわれる。このステップ６０８では、関連する基地局の識別が行なえるように、ＢＴＳ識別複合シーケンスとの相関が行なわれる。ステップ６１０では、このように識別されたＢＴＳ毎に、Ｃ／Ｉ比が計算される。ステップ６１２では、これらのＣ／Ｉ比に基づいて、ＢＴＳ選択およびＢＴＳ切換えが行なわれる。前述したように、ＢＴＳ切換えは、幾らかの時間間隔にわたって平均化されたこれらのＣ／Ｉ比に基づいて行なわれる。

最後に、アクセスのため、ステップ６１４により、ＦＦＴが計算されるとともに、最も大きいＣ／Ｉ比を有するＢＴＳの専用パイロットチャネルに対して微同期が適用される。

ＢＴＳ初期同期は、共通同期チャネルにおいて行なわれる。ＢＴＳ固有のシーケンスが周波数領域に組み込まれ、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭチャネル間干渉を排除できる周波数領域でＢＴＳ識別処理が行なわれる。各ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ ＢＴＳ毎に、パイロットチャネルに基づいて、ＢＴＳ能力評価が行なわれる。ＢＴＳ選択は、Ｃ／Ｉ比測定に基づいて行なわれる。

このように、ＢＴＳ同期とセル選択とを組み合わせることにより、過酷なマルチパスチャネル・高干渉環境下で、扱っているＢＴＳの識別および同期を向上させることができる。チャネル評価は、共通同期チャネルと専用パイロットチャネルとを組み合わせることにより行なわれても良い。Ｃ／Ｉ評価により、セル切換え及びソフトハンドオフに関して基準が設けられる。

前述した例では、前述したプリアンブルに組み込まれたパイロットチャネルおよび同期チャネルに基づいてアクセスした。更に一般的には、任意の適当な方法でＯＦＤＭシンボルストリーム内に組み込まれたそのようなチャネルを用いてアクセスできる。

以上の説明は、本発明の原理の単なる適用例である。当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他の構成および方法を実施することができる。

５，１３〜２０，２０１，２０３，４０８，４１０，４１２，４１４，７１６，７１８
ＯＦＤＭシンボル
９ 共通同期副搬送波
１０ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ送信機
１１ データシンボル
１２ パイロットチャネル副搬送波
２１ 第１送信アンテナ
２３ 第２送信アンテナ
２４ 第１のＯＦＤＭ部
２５ パイロットチャネル副搬送波
２６ 第２のＯＦＤＭ部
２７ 共通同期副搬送波
３０ データＯＦＤＭシンボル
２０５ ＴＰＳ ＯＦＤＭシンボル
２０７ トレーニングＯＦＤＭシンボル
３００ プリアンブル
３０２ 分散パイロット
３０４ トラフィックデータシンボル
４００，４０２ フィンガー
４０４，４０６，７００，７０２，７０４，７０６，７０８，７１０ 副搬送波
５００ ＯＦＤＭスーパーフレーム
５０２ １０ｍｓＯＦＤＭフレーム
５０４ ＴＰＳフレーム
５０６ スロット
５０８ プリアンブルＯＦＤＭシンボル
５１０ レギュラーデータシンボル
６０３，６０５，７１２，７１４ ヘッダＯＦＤＭシンボル
６０７ プレフィックス
７３４ 第１受信アンテナ
７３５ 第２受信アンテナ
７３６ ＲＦ受信機
７３７，７４１ 粗同期装置
７３８，７４０，７４２ ブロック
７３９ ＲＦ受信機
７４４，７４６，７４８ ＦＦＴ
７４５ 第１の相関器ブロック
７５１ 加算器
７５３ 乗算器
７５５ 相関器

Claims (19)

1. 少なくとも１つの受信アンテナを備え、少なくとも１つの送信アンテナを備えた送信機との通信を行なう直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）受信機において同期を行なう方法であって、
   前記少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれにおいて、受信信号をサンプリングして複数の時間領域サンプルの各セットを形成し、
   少なくとも１つの粗同期位置を決定し、
   前記少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれにおいて、
   ａ）前記少なくとも１つの粗同期位置のうちの１つに関する複数の微同期位置候補のそれぞれについて、
   ｉ）受信アンテナ毎に、当該微同期位置候補に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ウインドウを位置決めするとともに、ＦＦＴにより、前記時間領域サンプルを複数の周波数領域成分の各セットに変換し、
   ｉｉ）前記少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、前記複数の周波数領域成分のセットから、当該少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれに対応する受信された各トレーニングシーケンスを抽出し、
   ｉｉｉ）前記少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、受信された各トレーニングシーケンスと周知の各送信トレーニングシーケンスとの間の相関を計算して複数の相関を算出し、
   ｉｖ）前記少なくとも１つの送信アンテナについての前記複数の相関を組み合わせて、同期位置候補のそれぞれについて全体の相関結果を形成し、
   ｂ）前記複数の相関結果から微同期位置を決定し、
   前記少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれからの前記微同期位置を、全体の微同期位置に使用する、方法。
2. 粗同期位置は、受信アンテナのそれぞれについて決定されるとともに、各前記微同期位置を決定するために使用される、請求項１に記載の方法。
3. 粗同期位置は受信アンテナのそれぞれについて決定され、当該複数の粗同期位置のうち、最も早い位置が使用されて、全ての受信アンテナについて微同期位置が決定される、請求項１に記載の方法。
4. 前記粗同期位置は、２つのＯＦＤＭシンボル持続時間にわたって前記複数の時間領域サンプル間の相関ピークを探すことにより、少なくとも１つの受信アンテナについて時間領域において決定される、請求項２に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つの受信アンテナが少なくとも２つ以上の受信アンテナを備えていた場合、前記微同期位置の使用は、当該少なくとも２つ以上の受信アンテナのそれぞれからの微同期位置を組み合わせることを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記微同期位置の組み合わせは、前記微同期位置のうち最も早い微同期位置を選択することを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記時間領域サンプルの形成は、少なくとも３つのＯＦＤＭシンボル持続時間において行なわれ、
   前記粗同期位置の決定は、
   ａ）１つのＯＦＤＭシンボル持続時間を有する第１の期間中に受信した時間領域サンプルの第１のセットと、第１の期間の直ぐ次の第２の期間であってＯＦＤＭシンボル持続時間を有する第２の期間中に受信した時間領域サンプルの第２のセットとの間で計算された相関である複数の相関値のそれぞれを、前記第１の期間における複数の開始時間のそれぞれにおいて計算し、
   ｂ）前記複数の相関値で最大となる粗同期位置を特定する、
   ことにより、２つのＯＦＤＭシンボル持続時間にわたって受信した前記時間領域サンプル間の相関ピークを探し、前記時間領域で粗同期を行い、粗同期位置を特定することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記全体の相関結果の形成は、同期位置候補毎に前記少なくとも１つの送信アンテナについての前記複数の相関を一緒に乗算することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 送信アンテナが１つで且つ受信アンテナが１つのシステムに対して適用される、請求項１に記載の方法。
10. 前記トレーニングシーケンスは、共通同期チャネル副搬送波上又は専用パイロットチャネル副搬送波上で受信される、請求項１に記載の方法。
11. 前記トレーニングシーケンスは、ＯＦＤＭフレームプリアンブル中に受信される、請求項１０に記載の方法。
12. 少なくとも１つの送信アンテナを備えた送信機との通信を行なう直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）受信機であって、
    少なくとも１つの受信アンテナと、
    前記少なくとも１つの受信アンテナ毎に設けられ、受信信号をサンプリングして複数の時間領域サンプルの各セットを形成する受信回路と、
    少なくとも１つの粗同期位置を決定する粗同期装置と、
    少なくとも１つの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）変換器と、少なくとも１つの相関器と、少なくとも１つのコンバイナとを備える微同期装置であって、少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれで、
    ａ）前記少なくとも１つの粗同期位置のうちの１つに関する複数の微同期位置候補のそれぞれについて、
    ｉ）受信アンテナ毎に、当該微同期位置候補に対してＦＦＴウインドウを位置決めするとともに、ＦＦＴにより、前記時間領域サンプルを複数の周波数領域成分の各セットに変換し、
    ｉｉ）前記少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、前記複数の周波数領域成分のセットから、当該少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれに対応する受信された各トレーニングシーケンスを抽出し、
    ｉｉｉ）前記少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、受信された各トレーニングシーケンスと周知の各送信トレーニングシーケンスとの間の相関を計算して複数の相関を算出し、
    ｉｖ）前記少なくとも１つの送信アンテナについての前記複数の相関を組み合わせて、同期位置候補のそれぞれについて全体の相関結果を形成し、
    ｂ）前記複数の相関結果から微同期位置を決定する、微同期装置と、
    を備え、
    前記少なくとも１つの受信アンテナからの前記微同期位置候補を組み合わせて全体の微同期位置とするようになっているＯＦＤＭ受信機。
13. 前記少なくとも１つの受信アンテナは、少なくとも２つの受信アンテナを有し、
    前記ＯＦＤＭ受信機は、前記微同期位置のうちの最も早い位置を選択することにより、前記少なくとも２つの受信アンテナからの前記微同期位置を組み合わせて全体の微同期位置とする、請求項１２に記載のＯＦＤＭ受信機。
14. 前記相関の組み合わせは、前記微同期位置候補毎に前記少なくとも１つの送信アンテナについての前記複数の相関を一緒に乗算することにより行なわれる請求項１２に記載のＯＦＤＭ受信機。
15. 共通同期チャネル副搬送波上または専用パイロットチャネル副搬送波上で前記トレーニングシーケンスを受信するようになっている、請求項１２に記載のＯＦＤＭ受信機。
16. 直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）受信機において同期を行なう方法であって、
    少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれにおいて、受信トレーニングシーケンスを含む受信ＯＦＤＭ信号をサンプリングして複数の時間領域サンプルの各セットを形成するステップと、
    前記受信トレーニングシーケンスと当該トレーニングシーケンスのローカルコピーとの間における複数の相関に基づいて同期を行なうステップと、を備え、
    前記同期を行なうステップは、周波数領域において行なわれ、
    前記受信トレーニングシーケンスは、前記受信ＯＦＤＭ信号の被選択副搬送波上にある周波数領域のトレーニングシーケンスであって、
    前記ＯＦＤＭ受信機は、少なくとも１つの送信アンテナを有する送信機との通信を行ない、
    前記同期を行なうステップは、前記少なくとも１つの受信アンテナのそれぞれにおいて、
    ａ）複数の微同期位置候補のそれぞれについて、
    ｉ）当該微同期位置候補に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ウインドウを位置決めすると共に、ＦＦＴにより、前記時間領域サンプルを複数の周波数領域の各セットに変換し、
    ｉｉ）前記少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、前記複数の周波数成分のセットから、当該少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれに対応する受信トレーニングシーケンスを抽出し、
    ｉｉｉ）前記少なくとも１つの送信アンテナのそれぞれについて、各受信トレーニングシーケンスと周知の各送信トレーニングシーケンスとの間の相関を計算して複数の相関を算出し、
    ｉｖ）前記少なくとも１つの送信アンテナについての前記複数の相関を組み合わせ、同期位置候補のそれぞれについて全体的な相関結果を形成し、
    ｂ）前記複数の全体的な相関結果から微同期位置を決定する、
    ことを特徴とする方法。
17. 前記少なくとも１つの受信アンテナは、複数の受信アンテナを含み、
    前記方法は、さらに、前記複数の受信アンテナからの複数の微同期位置を全体的な微同期位置として組み合わせることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記受信トレーニングシーケンスは、共通同期チャネル副搬送波上または専用パイロットチャネル副搬送波上で受信されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. ＯＦＤＭフレームプレアンブル中において他のトレーニングシーケンスが受信されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。

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