JP5179688B2 - 拡散スペクトル通信システム用のpn発生器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信に関する。とくに、本発明は、拡散スペクトル通信システム用の擬似ランダム数(PN)発生器に関する。
【0002】
【従来の技術】
符号分割多元接続(CDMA)変調技術の使用は、非常に多数のシステムユーザが加入している通信を容易にするいくつかの技術の1つである。時分割多元接続(TDMAおよびGSM)、周波数分割多元接続(FDMA)のような別の多元接続通信システム技術、ならびに振幅圧伸シングルサイドバンド(ACSSB)のようなAM変調方式が技術的に知られているが、CDMAの拡散スペクトル変調技術には、多元接続通信システムに対してこれらの他の変調技術より優れた利点がある。多元接続通信システムにおけるCDMA技術の使用は、それらの権利が本出願人に譲渡され、この明細書において共に参考文献とされている米国特許第 4,901,307号明細書(1990年 2月13日出願“SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS ”)および第 5,103,459号明細書(1992年 4月 7日出願“SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING SIGNAL WAVEFORMS IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM ”)に開示されている。
【0003】
CDMAシステムは典型的に、特定のCDMA標準規格に従うように設計されている。このようなCDMA標準規格の例には、“2重モード広帯域拡散スペクトルセルラーシステムに対するTIA/EIA/IS−95−A移動局−基地局適合性標準規格”(以降、IS−95−A)、および“Recommended Minimum Performance Standard for Dual-Mode Spread Spectrum Cellular and PCS Mobile Stations ”と題されたTIA/EIA/IS−98−A,−Bおよび−C標準規格が含まれている。
【0004】
CDMAシステムは、利用可能なシステム帯域幅全体にわたって送信されたデータを1組の同位相および直交位相擬似ランダム雑音(PN)シーケンスでスペクトル的に拡散する直接シーケンス拡散スペクトルシステムである。PNシーケンスが選択されたのは、優れた性能を提供するある重要な“ランダム”特性のためである。各CDMA標準規格は、データを拡散するために使用されるべき特定のPNシーケンスを規定している。
【0005】
CDMAシステムにおいて、特定の地理的領域は多数の隣接したセルに分割されることができ、各セルは多数のセクタにさらに分割されることができる。各セルまたはセクタは、そのセルまたはセクタカバレージ領域内またはその付近に位置する多数の移動局と通信している基地局によりサービスされる。順方向リンクとは基地局から移動局に対する送信を指し、逆方向リンクは移動局から基地局に対する送信を指している。順方向リンクおよび逆方向リンクは、別々の周波数を割当てられている。
【0006】
IS−95−A標準規格に従っているCDMAシステムに関しては、送信している各基地局はPNシーケンスの特定のオフセットを割当てられる。とくに、IS−95−A標準規格によると、基地局はそれぞれ、512の可能なオフセットの1つを割当てられる。割当てられたオフセットにより、移動局は、それが通信している各基地局を識別することが可能となる。
【0007】
順方向リンクにおいて、パイロット信号は典型的に基地局により送信され、移動局によって捕捉のために使用される。IS−95−Aに従ったシステムについては、パイロット信号は、割当てられたオフセットでPNシーケンスが伝送されたものに過ぎない。パイロット信号は、移動局がローカル基地局を適切に捕捉することを可能にする。移動局はまた、同期情報および相対信号パワー情報をその受信されたパイロット信号から導き出す。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
無線通信の需要が増加しているので、1つの地理的領域が多数の拡散スペクトルシステムを含んでいる可能性がある。たとえば、その地理的領域は、セルラー周波数帯域で動作されているあるCDMAシステムと、PCS(または別のもの)周波数帯域で動作されている別のCDMAシステムとによって同時にサービスされる可能性がある。移動局は1以上のCDMAシステムを捕捉し、これと通信する能力を備えたものとして設計されることができる。捕捉プロセス中、これらの種々のCDMAシステムの基地局が類似したPNシーケンスを使用して送信を行った場合、移動局はこれらのシステムからのパイロット信号を容易に区別することができない可能性がある。その結果、所望のシステムを捕捉して識別する付加的な信号処理が必要になる可能性があり、それは捕捉プロセス時間を長くする可能性が高い。
【0009】
したがって、多システム環境中で特定のCDMAシステムを検出して捕捉することを助ける技術が強く要望されている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動局が順方向リンク拡散スペクトル信号を多数のCDMAシステムから受信する、あるいは移動局が受信された信号の発信元のアプリオリ知識を有しない拡散スペクトル環境における捕捉プロセスを改善する技術を提供する。本発明によると、種々のCDMAシステムからの拡散スペクトル信号はPNシーケンスの種々のセットにより拡散され、各セットからのPNシーケンスは別のセット中のPNシーケンスとは相関されていない。相関されていないPNシーケンスを使用することにより、所望しないシステムからパイロット信号を検出する可能性が減少され、あるいは最小にされ、所望のシステムからパイロット信号を捕捉する平均時間が改善される。
【0011】
本発明の1実施形態は、特定の拡散スペクトル信号がPNシーケンスの特定のセットにより拡散される、多数の拡散スペクトル信号の特定の1つを捕捉する方法を提供する。この方法によると、PNシーケンスの第1のセットが識別され、それは捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第1の仮説に対応している。その後、受信された信号はパイロット信号を抽出するために識別されたPNシーケンスのセットにより処理される。抽出されたパイロット信号に対する計量が計算されて、そのパイロット信号が捕捉されたかどうかを決定するために使用される。パイロット信号が捕捉されていないと決定された場合には、特定の拡散スペクトル信号の第2の仮説に対応したPNシーケンスの第2のセットが選択され、受信された信号を処理するために使用される。第2のセット中のPNシーケンスは第1のセットの中のPNシーケンスに対して相関していない。
【0012】
特定の構成において、第2のセット中のPNシーケンスは第1のセット中のPNシーケンスの逆数である。第1のセット中のPNシーケンスはIS−95−A標準規格によって規定された特性多項式に基づいて発生されることができる。
【0013】
本発明の別の実施形態は、複数の拡散スペクトル信号の特定の1つを捕捉するように構成可能な受信装置に対する方法を提供する。受信装置は受信機と、復調器と、デスプレッダと、PN発生器と、処理装置と、および制御装置とを備えている。受信機は、特定の拡散スペクトル信号を含んでいる受信された信号を受取って調整し、調整された信号を出力する。復調器は調整された信号を復調してベースバンド信号を供給し、デスプレッダは第1のセットのPNシーケンスによりベースバンド信号をデスプレッドし、デスプレッドされた信号を出力する。PN発生器は第1のセットのPNシーケンスを供給し、その第1のセットのPNシーケンスは複数のセットのPNシーケンス中から選択され、捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第1の仮説に対応している。処理装置はデスプレッドされた信号を処理して、パイロット信号を抽出し、その抽出されたパイロット信号に対する計量値を計算する。制御装置は、計算された計量値に部分的に基づいてパイロット信号が捕捉されたかどうかを決定する。パイロット信号が捕捉されていないと決定された場合、制御装置は、捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第2の仮説に対応したPNシーケンスの第2のセットを供給するようにPN発生器に命じる。第2のセットの中のPNシーケンスは第1のセットの中のPNシーケンスと相関していない。
【0014】
再び特定の構成において、第2のセット中のPNシーケンスは、第1のセット中のPNシーケンスの逆数である。第1のセットに対するPNシーケンスはまたIS−95−A標準規格によって規定された特性多項式に基づいて発生されることができる。
【0015】
本発明のさらに別の実施形態はスプレッダと、PN発生器と、変調器と、および送信機とを備えた送信装置を提供する。スプレッダはパイロットデータを受取って、1組のPNシーケンスにより拡散し、拡散されたパイロットデータを提供する。PN発生器はPNシーケンスのセットを供給し、このPNシーケンスのセットは以下の特性方程式:
PI,2 =x15+x10+x8 +x7 +x6 +x2 +1,
PQ,2 =x15+x12+x11+x10+x9 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される。変調器は、拡散されたパイロットデータを変調して変調された信号を供給し、送信機は変調された信号を受取って調整し、拡散スペクトル信号を供給する。パイロットデータはゲート制御されることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な説明および添付図面から、本発明の特徴、性質および利点がさらに明らかになる。なお、図面において同じ参照符号は一貫して対応的に使用されている。
図1はCDMA通信システムで拡散スペクトル信号を発生する送信装置100 の特定の実施形態のブロック図である。送信装置100 内ではデータソース112 からのデータはデータフレームに区画され、エンコーダ114 へ与えられる。制御装置116 は区画と、データソース112 からのデータの転送を指令でき、また付加的なデータおよびメッセージをエンコーダ114 へ与えることができる。エンコーダ114 は特定のエンコードフォーマットにしたがって受信されたデータおよびメッセージをエンコードし、エンコードされたデータをスプレッダ118 へ与える。スプレッダ118 はまた1セットの疑似ランダム雑音(PN)シーケンスをPN発生器120 から受信し、エンコードされたデータおよびメッセージをPNシーケンスによりスペクトル的に拡散して拡散データを生成する。拡散データは変調器(MOD)122 へ与えられ、この変調器122 はIF変調された信号を発生するために特定の変調フォーマット(例えばQPSKまたはOQPSK)にしたがって中間周波数搬送波信号(IF LO)によりデータを変調する。
【0017】
IF変調された信号は送信機(TMTR)130 へ与えられ、送信機130 は信号をバッファし増幅し、信号を無線周波数(RF)に上方変換し、RF信号を濾波し増幅してRF変調された信号を発生する。RF変調された信号はその後、アイソレータとデュプレクサを通じて伝送され、アンテナ132 により拡散スペクトル信号として送信される。図1の幾つかの素子をさらに詳細に以下説明する。
【0018】
送信装置100 は特定の符号分割多元アクセス(CDMA)標準規格を実行するように設計されることができる。例えば、送信装置100 は(1)“TIE/EIA/IS-95-A Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System ”、(2)“TIE/EIA/IS-98-A,-b,-C の“Recommended Minimum Performance Standard for Dual-Mode Spread Spectrum Cellular and PCS Mobile Stations ”、(3)“The cdma2000 ITU-R RTT Candidate Submission ”、および(4)ここではIS-95-A 標準規格と、IS-98 標準規格と、IS-2000 標準規格または提案、WCDMA 標準規格または提案とそれぞれ呼ばれている“The ETSI UMTS Terrestrial Radio Access(UTRA)ITU-R RTT Candidate Submission”に準じるように設計されることができる。これらの標準規格はここでは参考文献とされている。
【0019】
送信装置100 はまた本出願人に譲渡され、ここで参考文献とされている米国特許第08/963,386号明細書(発明の名称“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE PACKET DATA TRANSMISSION ”)に記載されているCDMAシステムのような標準規格ではまだ規定されていない特定のCDMAアーキテクチャを構成するように設計されることもできる。
【0020】
図2はIS-95-A に標準規格にしたがって送信装置のエンコーダ114 とスプレッダ118 の1実施形態のさらに詳細なブロック図を示している。パイロットチャンネルデータはデータをウォルシュコード0(即ち64ビットの全てゼロのシーケンス)でカバーするチャンネルカバー素子220Aに与えられる。IS-95-A 標準規格にしたがって、パイロットチャンネルデータは全てゼロのシーケンスであり、カバーされたパイロットデータもまた全てゼロのシーケンスである。カバーされたパイロットデータはその後、同位相PNシーケンス(PNI)と直角位相PNシーケンス(PNQ)をそれぞれ受信するスプレッダ222Aと222Bに与えられる。各スプレッダ222 はそれぞれのPNシーケンスで受信されたデータを拡散し、拡散データをスケーラおよび加算器226 へ与える。
【0021】
同期(sync)チャンネルデータはデータを特定のコード化フォーマットでエンコードするエンコーダ210Aに与えられる。IS-95-A 標準方式にしたがって、エンコーダ210Aは1セットの巡回冗長検査(CRC)ビットを発生して、添付し、1セットのコードテールビットを添付し、データを畳み込みエンコードし、コードシンボルを発生するためにビットを添付し、特定のシンボルレートを有するエンコードされたデータを与えるようにシンボルを反復する。エンコードされたデータは特定の順序付けフォーマットを用いてシンボルを再度順序付けするブロックインターリーバ212Aに与えられる。インターリーブされたデータはデータをウォルシュコード32(即ち32のゼロとそれに後続する32の1からなる64ビットシーケンス)でカバーするチャンネルカバー素子220Bに与えられる。カバーされた同期データは同期データを同位相および直角位相PNシーケンスでそれぞれ拡散するスプレッダ222Cと222Dへ与えられ、拡散データをスケーラおよび加算器226 へ与える。
【0022】
トラフィックチャンネルデータ(即ちデータ通信用)はデータを特定のコード化フォーマットでエンコードするエンコーダ210Bに与えられる。エンコーダ210Bは1セットのCRCビットを発生して添付し、1セットのコードテールビットを添付し、データおよび添付されたビットをデータレートに基づいて選択されることのできる特定の畳み込みコードでエンコードし、特定のシンボルレートを有するエンコードされたデータを与えるためコードシンボルを反復する。エンコードされたデータは特定の順序付けフォーマットを使用してシンボルを順序付けるブロックインターリーバ212Bへ与えられ、インターリーブされたデータをスクランブラ214 へ与える。スクランブラ214 はまた長いPN発生器216 から長いPNシーケンスを受信し、スクランブルされたデータを発生するため長いPNシーケンスでデータをスクランブルする。マルチプレクサ(MUX)218 はスクランブルされたデータとパワー制御データを受信し、デシメータ217 からの制御信号に応じてスクランブルされたデータまたはパワー制御データを選択し、選択されたデータをチャンネルカバー素子220Cへ与える。
【0023】
チャンネルカバー素子220Cは特定の移動局との通信に割当てられる特定のウォルシュコードWi でデータをカバーする。カバーされたトラフィックデータは受信されたデータをそれぞれ同位相および直角PNシーケンスで拡散するスプレッダ222Eと222Fへ与えられ、拡散データをスケーラおよび加算器226 へ与える。スケーラおよび加算器226 はまた他のトラフィックチャンネルの拡散データを受信し、各トラフィックチャンネルデータをパワー制御機構にしたがってスケールし、パイロット、同期、スケールされたトラフィックデータを結合して、結果的な拡散データを与える。
【0024】
図2では、データ、PNシーケンス、ウォルシュシーケンスはそれぞれ1ビットの解像度を有するので、チャンネルカバー素子220 、スプレッダ222 、スクランブラ214 はそれぞれモジュロ−2加算器(例えば排他的ORゲート)で構成されることができる。
【0025】
図3は拡散スペクトル信号を受信し処理する受信装置300 の特別な実施形態のブロック図を示している。信号はアンテナ310 により受信され、信号を増幅し、濾波し、下方変換する受信機(RCVR)312 へ与えられる。結果的な中間周波数(IF)の変調された信号は、送信ソースで使用される変調フォーマットに相補的な復調フォーマット(例えばQPSKとOQPSK)を使用して信号を復調する復調器(DEMOD)314 に与えられる。復調された同位相(I)および直角位相(Q)データはPN発生器318 からの同位相および直角PNシーケンスによってデータをデスプレッドするデスプレッダ316 へ与えられる。デスプレッドされたデータは送信ソースで行われるエンコード規格に対して相補的なデコード規格でデータをデコードするデコーダ320 へ与えられる。デコードされたデータはデータシンク322 へ与えられる。制御装置330 はデコードされたデータと他の情報をデコーダ320 から受信し、PN発生器318 の動作を指令する。
【0026】
図4はデコーダ320 の1実施形態のブロック図を示している。パイロットデータを再生するため、デスプレッダ316 からのデスプレッドされたデータはチャンネルのコヒーレンスと一貫した特定の時間期間にわたって各復調されたIおよびQデータを累算するフィルタ410 に与えられる。濾波されたIおよびQデータはその後、各IおよびQデータを二乗し、二乗されたデータを合計する素子412 へ与えられる。素子412 からの出力はパイロット強度(E0 /I0 )の評価値であり、制御装置330 へ与えられる。
【0027】
制御装置330 はパイロットデータの計量を計算する。1実施形態では、制御装置330 は特定の時間間隔にわたって二乗されたデータを合計することによりパイロット信号のエネルギを計算する(例えば64データ値)。パイロットエネルギの計算は米国特許第5,805,648 号明細書(発明の名称“METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING SEARCH AQUISITION IN A CDMA COMMUNICATION SYSTEM”、1998年9月8日)と、米国特許第5,903,554 号明細書(発明の名称“METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LINK QUALITY IN A SPREAD SPECTRUM COMMUNICATION SYSTEM ”、1999年5月11日)に記載されており、この両特許は本出願人に譲渡され、ここで参考文献とされる。計算された計量(例えば計算されたパイロットエネルギ測定)を行うためにデスプレッドされたデータを処理する素子(例えばフィルタ410 、素子412 、制御装置部分330 )は総称して処理装置と呼ばれる。
【0028】
復調されたIおよびQデータもまたウォルシュデカバラ420 へ与えられ、これは処理されている同期またはトラフィックチャンネルに対応する特定のウォルシュコードでデータをデカバーする。デカバーされたデータはデータ復調器422 へ与えられ、このデータ復調器422 はフィルタ410 から濾波されたIおよびQデータも受信する。濾波されたIおよびQデータはデータ復調で位相および振幅の基準として使用される。データ復調器422 の出力はその後、送信ソースで実行されるエンコードに相補的な方法でデータをデコードするデコーダ424 に与えられる。特にデコーダ424 はデカバーされたデータを再度順序付けし、(例えばビタビデコーダを使用して)再度順序付けされたデータを畳み込みデコードし、デコードされたデータをCRCビットでチェックする。デコードされたデータは制御装置330 に与えられる。
【0029】
パイロットチャンネルはタイミング情報を抽出し、順方向リンクの品質を決定するために移動局により処理され使用される。パワーアップのとき、または別の通信システム(例えばアナログシステムまたは別のCDMAシステム)から転送されるとき、移動局は初期状態に転移し、それによって1以上の基地局からの送信をサーチする。初期化された移動局はその後、捕捉された基地局との通信を受信または初期化する準備をする。
【0030】
図5は移動局の捕捉プロセスの1実施形態のフロー図である。捕捉プロセスは移動局が初期状態にあるときに実行される。パワーアップのとき、または別の動作状態から、移動局はシステム決定状態510 に入る。状態510 では移動局はチャンネルフィールドCDMACHg を使用しこれを1次または2次CDMAチャンネル番号に設定するために特定のCDMAシステムを選択する。その代わりに、移動局は別のタイプのシステム(例えばアナログシステム)で動作するように選択でき、状態511 に転移する。CDMAシステムが選択されるならば、移動局はパイロットチャンネル捕捉状態512 に入る。
【0031】
状態512 では、移動局は選択されたCDMAシステムのパイロットチャンネルを捕捉しようとする。移動局はチャンネルフィールドCDMACHg 中で識別されたCDMAチャンネル番号に同調し、パイロットチャンネルのそのチャンネルコードを設定し、パイロット信号をサーチする。移動局が第1の特定の時間期間T1内でパイロットチャンネルを適切に捕捉したならば、同期チャンネル捕捉状態514 に入る。そうでなければ、移動局が時間期間T1内にパイロットチャンネルを捕捉することに失敗したならば、システム決定状態510 に戻る。
【0032】
状態514 では、移動局はシステム構造とタイミング情報を得るために同期チャンネルで同期チャンネルメッセージを受信し処理する。移動局が有効な同期チャンネルメッセージを第2の時間期間T2内に受信し、移動局によりサポートされるプロトコル改訂レベルが基地局によりサポートされる最小のプロトコル改訂レベル以上であるならば、移動局は同期チャンネルメッセージから情報のセットを抽出して記憶する。移動局はその後、タイミング変更状態516 に入る。
【0033】
状態516 では、移動局はその長いPNコードタイミングおよびシステムタイミングを捕捉されたCDMAシステムのものに同期する。このタイミングの同期は受信された同期チャンネルメッセージから抽出された情報を使用して行われる。移動局はまた他の内部レジスタを初期化し、移動局アイドル状態(図5では示されていない)に入る。移動局はその後、捕捉された基地局との通信を待機する。
【0034】
状態514 に戻ると、移動局が時間期間T2内で有効な同期チャンネルメッセージを受信しないならば、移動局はシステム決定状態510 に戻る。また移動局が有効な同期チャンネルを時間期間T2内で受信するが移動局によりサポートされるプロトコル改訂レベルが基地局によりサポートされる最小のプロトコル改訂レベルよりも下であるならば、移動局はまたシステム決定状態510 に戻る。
【0035】
パイロットチャンネルまたは同期チャンネルの捕捉における失敗のために、移動局が状態510 に戻るならば、移動局はチャンネルフィールドCDMACHg を別のチャンネル番号(例えば1次または2次)へ設定し、その別のCDMAチャンネルで捕捉しようとする。移動局はシステム選択プロセスを実行する前に、1次または2次チャンネルを捕捉する試みをいくらか実行してもよい。捕捉プロセスはさらにIS-95-A 標準規格に記載されている。
【0036】
パイロット信号はPN位相および周波数で移動局を基地局からの送信に同期させるために使用される。パイロット信号の捕捉は位相および周波数との両者を追跡するためのハードウェアを含んでいる“サーチャ”により実行され、受信装置内に位置されている。最初に、移動局はその周波数をパイロット信号の周波数に近い周波数に設定する。サーチャは受信された信号の位相を捕捉し、その後、信号の周波数を捕捉する。
【0037】
受信されたパイロット信号の位相を決定するため、位相の特定のサブセットは全ての可能な位相オフセットから選択され試験される。選択された位相オフセットのサブセットはウィンドウと呼ばれる。移動局はウィンドウ内の任意の位相オフセットが受信された信号の位相オフセットと同期されるか否かを決定する。
【0038】
CDMA通信システムでパイロット信号を捕捉する方法および装置は前述の米国特許第5,805,648 号明細書に記載されている。説明された方法にしたがって、ウィンドウからの特定のPNオフセットが選択されPN発生器はこのオフセットに設定される。受信された信号は選択されたオフセットを有するPNシーケンスでデスプレッドされ、パイロットのエネルギは特定の時間間隔(即ち特定の数のPNチップ)にわたって計算される。計算されたエネルギが検出しきい値を超えるならば、PNオフセットは特定の回数走査され、パイロットエネルギは各走査に対して計算される。全ての走査に対する計算されたエネルギが確認しきい値を超えたならば、パイロットチャンネルは適切に捕捉されたとして識別される。
【0039】
そうでなければ、特定のPNオフセットに対する計算されたエネルギが最初の走査中に検出しきい値よりも下であるか、計算されたエネルギが再走査中に確認しきい値よりも下であるならば、ウィンドウの別のPNオフセットが選択され試験される。ウィンドウに対する全てのPNオフセットが失敗したならば、可能なPNオフセットの別のウィンドウが選択され走査される。全てのウィンドウが走査されパイロットチャンネルが依然として捕捉されないならば、サーチ基準が変更され、捕捉プロセスが反復されてもよい。例えば、ウィンドウサイズ、コヒーレントでなく累算するためのチップ数、コヒーレントに累算する回数は変更されることができる。
【0040】
拡散スペクトル通信システムでは、PNシーケンスはある重要な“ランダム性の”特性を有するように慎重に選択される。幾つかのこれらの特性は以下のように分類される。
R−1:ゼロ(“0”)および1(“1”)の相対的頻度はそれぞれ50%である。
R−2:(0と1の)ランレングスはコインフリッピング実験において予測される。全てのランレングスの半分は1(即ち単一の1または単一の0)であり、4分の1はレングス2であり、8分の1はレングス3であり、以下同様である。全てのランの分数1/2n の割合は全ての有限数nに対してレングスnである。
R−3:ランダムシーケンスが任意のゼロではない素子数によりシフトされるならば、結果的なシーケンスはオリジナルシーケンスとのアグリーメントおよびディスアグリーメントと同数を有する。
【0041】
IS-95-A 標準規格は送信前にデータの拡散で使用される特別なPNシーケンスセットを規定している。同位相および直角位相PNシーケンスはそれぞれ215(即ち32,768PNチップ長)を有し、以下の特性多項式に基づいて生成される。
PI.1 =x15+x13+x9 +x8 +x7 +x5 +1 (1)
PQ.1 =x15+x12+x11+x10+x6 +x5 +x4 +x3 +1 (2)
図6Aは式(1)で示されている特性多項式にしたがって同位相PNシーケンスを生成するためのPN発生器600Aの1実施形態のブロック図を示している。このPN発生器600Aは縦続で結合された多数の遅延素子610A乃至610Oを含んでいる。遅延素子610 は所望のPNオフセットに基づいて1セットの値で初期化される。遅延素子610B、610F、610G、610H、610Jからの出力はモジュロ−2加算器612A乃至612Eへそれぞれ与えられる。加算器612A乃至612Eはまた加算器612B乃至612Eと遅延素子610Oからそれぞれ出力を受信する。各加算器612 は2つの入力のモジュロ−2加算を実行し、結果をその出力に与える。加算器612Aからの出力は遅延素子610Aに与えられる。
【0042】
PN発生器600AからのPNI 1シーケンスは215−1(即ち32,767)の長さを有し、ほぼ前述の“ランダム性”特性を与える。14の連続的なゼロが検出されるときにはいつでも、付加的なゼロ(0)はPNI 1シーケンスに挿入される。付加的なゼロにより、出力PNシーケンスはn≦15に対して前述の特性を与える。類似のPN発生器は式(2)で示されている特性多項式にしたがって直角PNシーケンスを発生するために使用されることができる。
【0043】
IS-95-A 標準規格により規定されるPNシーケンスは前述の所望の“ランダム性”特性を有し、拡散スペクトルシステムにおいて優れた性能を与える。さらに、これらのPNシーケンスは使用年間から時間を試験される。結果として、さらに新しいCDMAシステムおよび標準規格がIS-95-A 標準規格により規定されるPNシーケンスと同一のPNシーケンスを採択する。
【0044】
しかしながら、多数のCDMAシステムが特定の地理的区域内で動作され、これらのシステムが拡散のために同一のセットのPNシーケンスを使用するとき、これらのシステムに対するパイロットチャンネルの捕捉はより難しくなる。移動局はこれらの種々のCDMAシステムの全ての送信している基地局からの拡散スペクトル信号の組合わせである複合信号を受信する。移動局は1つのシステムを選択し、選択されたシステムに対応するPNシーケンスを使用して受信された信号を捕捉し処理する。捕捉プロセス中、移動局は受信された信号を選択されたPNシーケンスの種々のオフセットでデスプレッドし、これらの種々のオフセットに対するパイロットエネルギを計算する。
【0045】
多数のCDMAシステムがパイロットデータを拡散するために同じPNシーケンスを使用する場合には、移動局は検出されたパイロット信号が属するシステムを効率よく決定することができない。結果として、移動局はしばしば誤ってパイロット信号を検出する(即ち、実際に捕捉されたパイロットチャンネルが不所望のシステムからであるときに、所望のシステムのパイロットチャンネルが捕捉されていることを示す)。特定のCDMAシステムを捕捉しようとするとき、不所望のシステムからの検出されたパイロット信号は移動局を次の動作状態へ前進させることができ、それによって同期チャンネルは同期チャンネルメッセージを捕捉するように処理される。移動局は不所望の拡散スペクトル信号が捕捉されていることを同期チャンネルメッセージから知り、パイロット捕捉動作状態に戻る。繰り返されたパイロット信号の誤った検出と、同期チャンネルメッセージの捕捉は捕捉プロセスを長引かせ、それによって移動局の性能を劣化する。
【0046】
1実施形態では、同一場所に位置する拡散スペクトルシステムに対するPNシーケンスはその地理区域で動作する他の拡散スペクトルシステムのPNシーケンスに対して相関がないように選択される。相関のないPNシーケンスのセットの使用はパイロット信号の誤った検出数を減少または最少にし、捕捉プロセスの速度を上げることができる。
【0047】
捕捉の改良は2つのCDMAシステムが特定のカバー区域内で動作している例によって示されることができる。第1のシナリオでは、両者のCDMAシステムは同一セットのPNシーケンス(例えばIS-95-A 標準規格により規定されるPNシーケンス)をパイロットおよびトラフィックデータを拡散するために使用する。捕捉プロセス中、移動局は同じPNシーケンスのセットを使用し、種々のPNオフセットでパイロットエネルギを計算し、パイロット信号が計算されたパイロットエネルギに基づいて捕捉されたか否かを決定する。移動局は同期チャンネルメッセージの捕捉等の付加的な信号処理を実行しない限り、どちらのCDMAシステムが捕捉されたか、または捕捉されたシステムが所望のシステムであるか否かを決定できない。認められるように、第2のCDMAシステムのパイロット信号を捕捉しようとするとき、第1のCDMAシステムのパイロット信号の誤った検出は捕捉プロセスを延期できる。
【0048】
第2のシナリオでは、各CDMAシステムは他のCDMAシステムのPNシーケンスに対して相関されない異なるセットのPNシーケンスを使用する。捕捉プロセス中、移動局は所望のCDMAシステムに対応するPNシーケンスのセットを選択する。多数のシステムが送信中であるならば、他のシステムのパイロット信号はPNシーケンスの選択されたセットに相関されずほとんど検出されないので、移動局は所望のシステムからの信号だけをサーチできる。これは不所望のシステムからのパイロット信号の誤った検出を防止する。
【0049】
1実施形態では、別のCDMAシステムのPNシーケンスは同一位置に位置する(例えばIS-95-A コンプライアント)のCDMAシステムのPNシーケンスに相関されないように選択される。1実施形態では、別のCDMAシステムのPNシーケンスはIS-95-A により規定されるPNシーケンスの逆方向(時間的)であるように選択される。相関されていないPNシーケンスは215(即ち32,768PNチップの長さ)を有し、以下の特性多項式に基づいて生成される。
PI.2 =x15+x10+x8 +x7 +x6 +x2 +1 (3)
PQ.2 =x15+x12+x11+x10+x9 +x5 +x4 +x3 +1 (4)
図7は式(3)で示されている特性多項式にしたがって同位相PNシーケンスを発生するためのPN発生器600Bの1実施形態のブロック図を示している。PN発生器600Bは縦続接続されている複数の遅延素子620A乃至620Oを含んでいる。遅延素子620 は所望のPNオフセットに基づいて1組の値で初期化される。遅延素子620C、620G、620H、620I、620Kからの出力はそれぞれモジュロ−2加算器622A乃至622Eにそれぞれ与えられている。加算器622A乃至622Eはまた遅延素子620Aと加算器622A乃至622Dからそれぞれ出力を受信する。各加算器622 は2つの入力のモジュロ−2加算を行い、その結果をその出力へ与える。加算器622Aからの出力は遅延素子620Oへ与えられている。
【0050】
PN発生器600BからのPNI 2シーケンスは長さ215−1(即ち32,767)を有し、ほぼ前述の“ランダム性”特性を与える。付加的なゼロ(0)は14の連続的なゼロが検出されるときにはいつでもPNI 2シーケンス中へ挿入される。付加的なゼロにより、出力PNシーケンスは前述のランダム性の特性を与える。
【0051】
PN発生器600Bにより発生されるPNI 2シーケンスはPN発生器600Aにより発生されるPNI 1シーケンスに対して(時間的に)逆であるので、PNI 2シーケンスもまたPNI 1シーケンスの時間試験されたランダム性の特性を有し、設計の危険性を最少にして新しい拡散スペクトルシステムでの使用に容易に適合されることができる。
【0052】
特定の実施形態では、PNシーケンスが発生されて移動局内のメモリ装置に記憶される。移動局はまたメモリ装置をアドレスするためのカウンタも維持している。第1のセットのPNシーケンスは第1の方向でカウンタを動作する(例えば上方向にカウントする)ことによりメモリ装置から検索され、第2のセットのPNシーケンスは第2の方向でカウンタを動作する(例えば下方向にカウントする)ことによりメモリ装置から検索されることができる。
【0053】
移動局がCDMAシステムを捕捉しようとし、どのCDMAシステムが有効であるかについての優先度を知らないならば、移動局は捕捉される拡散スペクトルの特定の仮説に対応するPNシーケンスのセットを選択できる。例えば移動局は受信された信号がIS-95-A コンプライアント信号であることを最初に推定することができ、この推定に対応するPNシーケンスのセットを選択する。捕捉がこの選択されたPNシーケンスのセットで失敗したならば、移動局は別の推定に対応するPNシーケンスの別のセット(即ち別のCDMAシステム)を選択できる。プロセスは所望のシステムが検出されるか、システムが検出されなくなるまで継続(または反復)し続けることができる。
【0054】
前述の受信装置(および送信装置)の素子は種々の方法で構成されることができる。これらの素子は1以上の集積回路、特定用途向け集積回路(ASIC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、制御装置、マイクロプロセッサ、その他ここで説明した機能を実行するように設計された他の回路および/またはソフトウェア、またはそれらの組合わせで構成されることができる。幾つかの実施形態では、PNシーケンスを記憶するためのメモリ装置はランダムアクセスメモリ(RAM)、ダイナミックRAM(DRAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、プログラム可能なROM(PROM)、電気的にプログラム可能なROM(EPROM)、電気的に消去可能なPROM(EEPROM)およびその他のメモリ技術によって構成されることができる。
【0055】
以上説明した本発明は多数の拡散スペクトル通信システムに適用可能である。本発明は既存のCDMAシステムまたは、継続して考慮される新しいシステムに応用可能である。特別なCDMAシステムは前述の米国第08/963,386号明細書に記載されている。別のCDMAシステムは前述の米国第4/901,307 号および第5,103,459 号明細書に記載されている。本発明は拡散スペクトルシステム中の移動局による改良された捕捉性能を与えることができる。
【0056】
好ましい実施形態の前述の説明は当業者が本発明を実行または使用することを可能にするために行った。これらの実施形態に対する種々の変形は当業者に容易に明白であり、ここで規定されている一般原理は発明力を使用せずに他の実施形態に応用されることができる。したがって、本発明はここで示されている実施形態に限定されず、ここで説明した原理および優秀な特性と一貫している最も広い技術的範囲に従うことを意図している。
以下に本件出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 特定の拡散スペクトル信号が擬似ランダム雑音(PN)シーケンスの特定のセットにより拡散される、複数の拡散スペクトル信号の特定の1つを捕捉する方法において、
捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第1の仮説に対応したPNシーケンスの第1のセットを識別し、
パイロット信号を抽出するために受信された信号を識別されたPNシーケンスのセットにより処理し、
抽出されたパイロット信号に対する計量値を計算し、
そのパイロット信号が、計算された計量値に部分的に基づいて捕捉されたかどうかを決定し、
パイロット信号が捕捉されていないと決定された場合には、
捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第2の仮説に対応したPNシーケンスの第2のセットを選択し、その第2のセット中のPNシーケンスは第1のセットの中のPNシーケンスに相関しておらず、
前記のような処理、計算および決定ステップを繰返すステップを含んでいる方法。
[2] 第2のセットに対するPNシーケンスは、第1のセットに対するPNシーケンスの逆数である[1]の方法。
[3] 第1のセットに対するPNシーケンスはメモリ装置中に記憶され、
第1のセットに対するPNシーケンスを検索するためにそのメモリ装置に対して第1の方向にアクセスし、
第2のセットに対するPNシーケンスを検索するためにそのメモリ装置に対して第2の方向にアクセスするステップをさらに含んでいる[2]の方法。
[4] 第1のセットに対するPNシーケンスは以下の特性多項式:
PI,1 =x15+x13+x9 +x8 +x7 +x5 +1,
PQ,1 =x15+x12+x11+x10+x6 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される[1]の方法。
[5] 第2のセットに対するPNシーケンスは以下の特性多項式:
PI,2 =x15+x10+x8 +x7 +x6 +x2 +1,
PQ,2 =x15+x12+x11+x10+x9 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される[4]の方法。
[6] 第1および第2のセットに対するPNシーケンスはそれぞれ2 15 の長さを有している[1]の方法。
[7] 抽出されたパイロット信号に対する計量値は、特定の時間インターバルにわたって計算されたエネルギ測定値である[1]の方法。
[8] 特定の拡散スペクトル信号は、IS−95−A標準規格にしたがって発生される[1]の方法。
[9] 特定の拡散スペクトル信号は、時間的にゲートされたパイロット信号を含んでいる[1]の方法。
[10] 複数の拡散スペクトル信号の特定の1つを捕捉するように構成可能な受信装置において、
特定の拡散スペクトル信号を含んでいる受信された信号を受取って調整し、調整された信号を供給するように構成された受信機と、
受信機に結合され、調整された信号を復調してベースバンド信号を出力するように構成された復調器と、
復調器に結合され、第1のセットのPNシーケンスによりベースバンド信号をデスプレッドし、デスプレッドされた信号を出力するように構成されたデスプレッダと、
デスプレッダに結合され、第1のセットのPNシーケンスを出力するように構成されたPN発生器とを備えており、
その第1のセットのPNシーケンスは複数のセットのPNシーケンス中から選択され、捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第1の仮説に対応しており、
デスプレッダに結合され、デスプレッドされた信号を処理して、パイロット信号を抽出し、その抽出されたパイロット信号に対する計量値を計算するように構成された処理装置と、
PN発生器および処理装置に結合され、計算された計量値に部分的に基づいてパイロット信号が捕捉されたかどうかを決定し、パイロット信号が捕捉されていないと決定された場合には、捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第2の仮説に対応したPNシーケンスの第2のセットを供給するようにPN発生器に命じるように構成された制御装置とをさらに備えており、
第2のセットの中のPNシーケンスは第1のセットの中のPNシーケンスと相関していない受信装置。
[11] 第2のセットに対するPNシーケンスは、第1のセットに対するPNシーケンスの逆数である[10]の受信装置。
[12] 第1のセットに対するPNシーケンスは以下の特性多項式:
PI,1 =x15+x13+x9 +x8 +x7 +x5 +1,
PQ,1 =x15+x12+x11+x10+x6 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される[10]の受信装置。
[13] 第2のセットに対するPNシーケンスは以下の特性多項式:
PI,2 =x15+x10+x8 +x7 +x6 +x2 +1,
PQ,2 =x15+x12+x11+x10+x9 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される[12]の受信装置。
[14] PN発生器は、第1のセットのPNシーケンスを記憶するように構成されたメモリ装置を備えている[10]の受信装置。
[15] メモリ装置は、第1のセットのPNシーケンスを検索するために第1の方向にアクセスされ、第2のセットのPNシーケンスを検索するために第2の方向にアクセスされる[14]の受信装置。
[16] PN発生器は、第1および第2のセット中のPNシーケンスを規定する1組の特性多項式を構成するように構成された1組の線形フィードバックシフトレジスタを備えている[10]の受信装置。
[17] 特定の拡散スペクトル信号はIS−95−A標準規格に従っている[10]の受信装置。
[18] パイロットデータを受取って、1組のPNシーケンスにより拡散し、拡散されたパイロットデータを出力するように構成されたスプレッダと、
スプレッダに結合され、以下の特性方程式:
PI,2 =x15+x10+x8 +x7 +x6 +x2 +1,
PQ,2 =x15+x12+x11+x10+x9 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生されたPNシーケンスのセットを出力するように構成されたPN発生器と、
スプレッダに結合され、拡散されたパイロットデータを変調して変調された信号を出力するように構成された変調器と、
変調器に結合され、変調された信号を受取って調整し、拡散スペクトル信号を出力するように構成された送信機とを備えている送信装置。
[19] 拡散パイロットデータは時間的にゲートされる[18]の送信装置。
[20] パイロットデータは、全てゼロのシーケンスを含んでいる[18]の送信装置。
【図面の簡単な説明】
【図1】 CDMA通信システムにおいて拡散スペクトル信号を発生する送信装置の特定の実施形態のブロック図。
【図2】 IS−95−A標準規格に従っている送信装置に対するエンコーダおよびスプレッダの1実施形態のさらに詳細なブロック図。
【図3】 拡散スペクトル信号を受信して処理する受信装置の特定の実施形態のブロック図。
【図4】 受信装置内のデコーダの1実施形態のブロック図。
【図5】 移動局の捕捉プロセスの1実施形態のフロー図。
【図6】 IS−95−A標準規格により規定された特性多項式にしたがって同位相PNシーケンスを発生するPN発生器の1実施形態のブロック図。
【図7】 図6中の発生されたPNシーケンスの逆数である同位相PNシーケンスを発生するPN発生器の1実施形態のブロック図。
Claims (12)
- 複数の拡散スペクトル信号の特定の1つを捕捉する方法において、
第1の拡散スペクトルシステムによって送信された複数の拡散スペクトル信号が擬似ランダム雑音(PN)シーケンスの第1のセットにより拡散され、第2の拡散スペクトルシステムによって送信された複数の拡散スペクトル信号がPNシーケンスの第2のセットにより拡散され、第1のセット中のPNシーケンスは第2のセット中のPNシーケンスとは相関しておらず、第1と第2の拡散スペクトルシステムは、同一位置に位置しており、
捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第1の仮説に対応したPNシーケンスの第1のセットを識別し、第1の仮説はその拡散スペクトル信号が第1の拡散スペクトルシステムによって送信されたということであり、
パイロット信号を抽出するために受信された信号を識別されたPNシーケンスのセットにより処理し、
抽出されたパイロット信号に対する計量値を計算し、
そのパイロット信号が、計算された計量値に部分的に基づいて捕捉されたかどうかを決定し、
パイロット信号が捕捉されていないと決定された場合には、
捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第2の仮説に対応したPNシーケンスの第2のセットを選択し、第2の仮説はその拡散スペクトル信号が第2の拡散スペクトルシステムによって送信されたということであり、その第2のセット中のPNシーケンスは第1のセットの中のPNシーケンスに相関しておらず、
前記のような処理、計算および決定ステップを繰返すステップを含んでおり、
第2のセットに対するPNシーケンスは、第1のセットに対するPNシーケンスの逆方向であり、
第1のセットに対するPNシーケンスはメモリ装置中に記憶され、
さらに、第1のセットに対するPNシーケンスを検索するためにそのメモリ装置に対して第1の方向にアクセスし、
第2のセットに対するPNシーケンスを検索するためにそのメモリ装置に対して第2の方向にアクセスするステップを含んでいる方法。 - 第1のセットに対するPNシーケンスは以下の特性多項式:
PI,1 =x15+x13+x9 +x8 +x7 +x5 +1,
PQ,1 =x15+x12+x11+x10+x6 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される請求項1記載の方法。 - 第2のセットに対するPNシーケンスは以下の特性多項式:
PI,2 =x15+x10+x8 +x7 +x6 +x2 +1,
PQ,2 =x15+x12+x11+x10+x9 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される請求項2記載の方法。 - 第1および第2のセットに対するPNシーケンスはそれぞれ215の長さを有している請求項1記載の方法。
- 抽出されたパイロット信号に対する計量値は、特定の時間インターバルにわたって計算されたエネルギ測定値である請求項1記載の方法。
- 特定の拡散スペクトル信号は、IS−95−A標準規格にしたがって発生される請求項1記載の方法。
- 特定の拡散スペクトル信号は、時間的にゲートされたパイロット信号を含んでいる請求項1記載の方法。
- 複数の拡散スペクトル信号の特定の1つを捕捉するように構成可能な受信装置において、
第1の拡散スペクトルシステムによって送信された拡散スペクトル信号が擬似ランダム雑音(PN)シーケンスの第1のセットにより拡散され、第2の拡散スペクトルシステムによって送信された拡散スペクトル信号がPNシーケンスの第2のセットにより拡散され、第1のセット中のPNシーケンスは第2のセット中のPNシーケンスとは相関しておらず、第1と第2の拡散スペクトルシステムは、同一位置に位置しており、特定の拡散スペクトル信号を含んでいる受信された信号を受取って調整し、調整された信号を供給するように構成された受信機と、
受信機に結合され、調整された信号を復調してベースバンド信号を出力するように構成された復調器と、
復調器に結合され、第1のセットのPNシーケンスによりベースバンド信号をデスプレッドし、デスプレッドされた信号を出力するように構成されたデスプレッダと、
デスプレッダに結合され、第1のセットのPNシーケンスを出力するように構成されたPN発生器とを備えており、
その第1のセットのPNシーケンスは複数のセットのPNシーケンス中から選択され、捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第1の仮説に対応しており、第1の仮説はその拡散スペクトル信号が第1の拡散スペクトルシステムによって送信されたということであり、
デスプレッダに結合され、デスプレッドされた信号を処理して、パイロット信号を抽出し、その抽出されたパイロット信号に対する計量値を計算するように構成された処理装置と、
PN発生器および処理装置に結合され、計算された計量値に部分的に基づいてパイロット信号が捕捉されたかどうかを決定し、パイロット信号が捕捉されていないと決定された場合には、捕捉されている特定の拡散スペクトル信号の第2の仮説に対応したPNシーケンスの第2のセットを供給するようにPN発生器に命じるように構成された制御装置とをさらに備えており、
第2の仮説はその拡散スペクトル信号が第2の拡散スペクトルシステムによって送信されたということであり、第2のセットの中のPNシーケンスは第1のセットの中のPNシーケンスと相関しておらず、
第2のセットに対するPNシーケンスは、第1のセットに対するPNシーケンスの逆方向であり、
PN発生器は、第1のセットのPNシーケンスを記憶するように構成されたメモリ装置を備えており、
メモリ装置は、第1のセットのPNシーケンスを検索するために第1の方向にアクセスされ、第2のセットのPNシーケンスを検索するために第2の方向にアクセスされる、受信装置。 - 第1のセットに対するPNシーケンスは以下の特性多項式:
PI,1 =x15+x13+x9 +x8 +x7 +x5 +1,
PQ,1 =x15+x12+x11+x10+x6 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される請求項8記載の受信装置。 - 第2のセットに対するPNシーケンスは以下の特性多項式:
PI,2 =x15+x10+x8 +x7 +x6 +x2 +1,
PQ,2 =x15+x12+x11+x10+x9 +x5 +x4 +x3 +1
に基づいて発生される請求項9記載の受信装置。 - PN発生器は、第1および第2のセット中のPNシーケンスを規定する1組の特性多項式を構成するように構成された1組の線形フィードバックシフトレジスタを備えている請求項8記載の受信装置。
- 特定の拡散スペクトル信号はIS−95−A標準規格に従っている請求項8記載の受信装置。
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