JPWO2008016112A1 - 無線送信装置及び無線送信方法 - Google Patents

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Abstract

コード間干渉を低減し、プリアンブル検出性能の劣化を防止する無線送信装置及び無線送信方法を提供する。これらの装置及び方法によれば、Signatureテーブル記憶部（１０３）は、伝搬ロスレベルの大きさを基地局からの距離に応じたレベル毎に分け、レベル毎にプリアンブル検出窓幅を対応付け、Signature#nに対応する検出窓分Signature#nのパターンを循環シフトしてSignature#n+1が生成された複数のSignatureを含むテーブルを備える。Signature選択部（１０４）は、伝搬ロスレベル判定部（１０２）から出力された伝搬ロスレベルの大きさに基づいて、対応する複数のSignatureのうち１つのSignatureをSignatureテーブル記憶部（１０３）からランダムに選択する。ＲＡＣＨ信号生成部（１０５）は、選択されたSignatureを用いてＲＡＣＨ信号を生成する。

Description

本発明は、ＲＡＣＨ（Random Access Channel）を送信する無線送信装置及び無線送信方法に関する。
現在、３ＧＰＰ ＲＡＮ ＬＴＥ（Long Term Evolution）では、ＲＡＣＨ送信方法が検討されている。ＲＡＣＨは、移動機がアイドル状態から発呼手順に移るとき、すなわち、上りの同期を確立したいとき、スケジューリングリクエスト等に用いる上り回線のチャネルである。ＲＡＣＨは基地局によってスケジューリングできないため、移動機がＲＡＣＨの送信リソース（周波数、時間スロット、コードパターン等）をランダムに選択する。もし、複数ユーザ間で送信リソースが重なりＲＡＣＨが衝突すると、基地局はそれらを正しく受信できず、移動機はＲＡＣＨを再送することになる。
ＬＴＥでは、ＲＡＣＨに、少なくとも端末識別情報であるシグネチャ（Signature）を含めることが検討されている。また、Signatureの構成については、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband- Code Division Multiple Access）と同様に、異なるSignatureの同時検出および拡散利得によるＣ／Ｎ改善のために、相関特性が良いSignatureパターン（コードパターン）を用いて、移動機のSignature番号を分離することが検討されている。
従来のＲＡＣＨのSignatureパターンとしては、受信側で算出する相関特性をもとにSignature（端末識別情報）検出を行うため、自己相関特性および相互相関特性が良好で、かつ、低ＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）のコードが用いられる。この特徴を有するコード系列として、図１に示すCyclic shift based CAZAC（以下、「CS-CAZAC」という）が知られている（非特許文献１参照）。これは、CAZACを循環シフトしたコード系列であり、Signature番号と循環シフト量とを対応付けることで、受信側では異なるSignatureを同時に検出することが可能となる。CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation)は、自己相関特性に優れ、同一コードをシフトさせたコード間の相関がゼロになるという特徴を有する。また、CAZACでは、相互相関は比較的小さいが、完全には直交していない。
3GPP, R1-060046, NTT DoCoMo, "Orthogonal Pilot Channel Structure in E-UTRA Uplink"
しかしながら、上記非特許文献１に記載のCS-CAZACをＲＡＣＨのSignatureパターンに用いた場合、次のような問題がある。すなわち、１つのCAZAC系列だけでは、生成できるSignature数が少ないということである。１つのCAZAC系列から生成できるSignature数は、以下の式（１）で算出される。
Signature数＝プリアンブル長／Δ ・・・（１）
ここで、Δは循環シフト量（Cyclic shift value）である。この循環シフト量は、移動機の最大伝搬遅延時間より大きくする必要がある。これは、移動機の遅延波が循環シフト量を超えた場合、受信側で作成する遅延プロファイルの検出窓範囲内（循環シフト量と同一範囲内）に異なるシフト量のCAZACとの相関が出ることにより、Signatureを誤検出してしまうためである。この移動機の最大伝搬遅延時間は、セル半径に依存するものである。
１つのCAZAC系列から生成できるSignature数を具体的に求めてみる。セル半径１０ｋｍを想定すると、最大伝搬遅延時間（Round trip delay）は約６６ｕｓｅｃとなる。つまり、Δは６６ｕｓｅｃより大きくする必要がある。また、プリアンブル長（ガードタイムを除くCAZAC長）をＬＴＥで検討されているように、０．４ｍｓｅｃと仮定すると、図２に示すように、１つのCAZAC系列から生成できるSignature数は６となる。この数は、セル半径が大きくなるほど減り、１つのCAZAC系列の使用だけではＲＡＣＨの衝突確率が増加してしまう。
そこで、Signature数を増やすために異なるCAZAC系列を用いることが考えられる。ところが、図３に同一CAZACのCS-CAZACを多重させた場合（図３Ａ）と、異なるCAZACを多重させた場合（図３Ｂ）の２種類のプリアンブル検出性能を示すように、異なるCAZACを多重すると、コード間干渉が生じ、プリアンブル検出性能が劣化してしまう。一般に、異なるCAZAC系列の多重数が増えるほど、コード間干渉が大きくなり、Signature検出性能が劣化してしまう。
本発明の目的は、コード間干渉を低減し、プリアンブル検出性能の劣化を防止する無線送信装置及び無線送信方法を提供することである。
本発明の無線送信装置は、下り回線信号に基づいて、伝搬遅延量を推定する推定手段と、通信相手側においてランダムアクセスチャネルのプリアンブルを検出する検出窓の幅を伝搬遅延量に応じて予め対応させ、前記検出窓において各ランダムアクセスチャネルに含むSignatureが重ならないように、Signatureに用いるコード系列を循環シフトさせる循環シフト量を前記検出窓幅に対応させ、推定された前記伝搬遅延量に応じた循環シフト量を用いて生成されるSignatureを選択する選択手段と、選択された前記Signatureを含めてランダムアクセスチャネル信号を生成する生成手段と、生成された前記ランダムアクセスチャネル信号を送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
本発明の無線送信方法は、下り回線信号に基づいて、伝搬遅延量を推定する推定工程と、通信相手側においてランダムアクセスチャネルのプリアンブルを検出する検出窓の幅を伝搬遅延量に応じて予め対応させ、前記検出窓において各ランダムアクセスチャネルに含むSignatureが重ならないように、Signatureに用いるコード系列を循環シフトさせる循環シフト量を前記検出窓幅に対応させ、推定された前記伝搬遅延量に応じた循環シフト量を用いて生成されるSignatureを選択する選択工程と、選択された前記Signatureを含めてランダムアクセスチャネル信号を生成する生成工程と、生成された前記ランダムアクセスチャネル信号を送信する送信工程と、を具備するようにした。
本発明によれば、コード間干渉を低減し、プリアンブル検出性能の劣化を防止することができる。
非特許文献１に記載のCS-CAZACを示す図 単一のCAZAC系列から６つのSignatureを生成する様子を示す図 プリアンブル検出性能を示す図 本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図 図４に示したSignatureテーブル記憶部が保持するSignatureテーブルを示す図 伝搬ロスレベルに応じた循環シフト量及びプリアンブル検出窓を示す図 本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図 プリアンブル検出窓の並べ方を示す図 図８に示したプリアンブル検出窓の並べ方に基づくSignatureテーブルを示す図 図８に示したプリアンブル検出窓の並べ方に基づく循環シフト量及びプリアンブル検出窓を示す図 本発明の実施の形態２に係る送信装置の構成を示すブロック図 実施の形態２に係るSignatureテーブルを示す図 基準Signatureパターンに対するシフト量によるSignatureテーブルを示す図 複数のCAZAC系列を用いたSignatureテーブルを示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１に係る送信装置１００の構成を示すブロック図である。この図において、伝搬ロスレベル測定部１０１は、下り回線信号（共通パイロットチャネル）の受信電力を測定し、測定した受信電力を既知の送信電力から差し引くことにより、伝搬ロスレベル（信号電力の減衰量［ｄＢ］）を算出する。算出した伝搬ロスレベルは伝搬ロスレベル判定部１０２に出力される。なお、共通パイロットチャネルの送信電力は、システムによって予め決められており、共通パイロットチャネルは一定の電力で送信される。
伝搬ロスレベル判定部１０２は、伝搬ロスレベル測定部１０１から出力された伝搬ロスレベルと、予め設定された所定の閾値との閾値判定を行う。ここでは、２つの異なる閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２（＜Ｔｈ１）を用いるものとし、伝搬ロスレベルを大中小の３つにレベル分けする。すなわち、伝搬ロスレベルが閾値Ｔｈ１以上であれば、伝搬ロスレベルは大と判定し、伝搬ロスレベルが閾値Ｔｈ２以上かつ閾値Ｔｈ１未満であれば、伝搬ロスレベルは中と判定し、伝搬ロスレベルが閾値Ｔｈ２未満であれば、伝搬ロスレベルは小と判定する。伝搬ロスレベルの判定結果（大中小レベル）はSignature選択部１０４に出力される。なお、伝搬ロスレベル測定部１０１及び伝搬ロスレベル判定部１０２は伝搬遅延量推定手段として機能する。
Signatureテーブル記憶部１０３は、伝搬ロスレベルの大中小の各レベルに、それぞれ異なるプリアンブル検出窓と、各CAZAC系列から生成されるSignatureとを対応付けたテーブル（Signatureテーブル）を記憶している。Signatureテーブルの詳細については後述する。
Signature選択部１０４は、伝搬ロスレベル判定部１０２から出力された伝搬ロスレベル判定結果に応じたSignatureのうちいずれかをSignatureテーブル記憶部１０３からランダムに読み出し、読み出したSignatureをＲＡＣＨ生成部１０５に出力する。
ＲＡＣＨ生成部１０５は、Signature選択部１０４から出力されたSignatureをプリアンブルとするＲＡＣＨ信号を生成し、生成したＲＡＣＨ信号を変調部１０６に出力する。
変調部１０６は、ＲＡＣＨ生成部１０５から出力されたＲＡＣＨ信号を変調し、無線部１０７は、変調されたＲＡＣＨ信号にＤ／Ａ変換、アップコンバート等の所定の無線送信処理を施し、アンテナ１０８から送信する。
図５は、図４に示したSignatureテーブル記憶部１０３が保持するSignatureテーブルを示す図である。この図において、伝搬ロスレベルの大中小の各レベルは基地局からの距離に応じた信号電力の減衰量に相当するものとする。例えば、伝搬ロスレベル大は、セル半径１０ｋｍまでを想定した伝搬ロス、伝搬ロスレベル中は、セル半径５ｋｍまでを想定した伝搬ロス、伝搬ロスレベル小は、セル半径１．５ｋｍまでを想定した伝搬ロスである。
そして、伝搬ロスレベルの大中小の各レベルには、それぞれ異なるプリアンブル検出窓が対応付けられている。プリアンブル検出窓の長さは、伝搬ロスレベルから推定される伝搬遅延時間に対応する長さに予め設定される。よって、プリアンブル検出窓の長さは、伝搬ロスレベルが大きいほど長く、伝搬ロスレベルが小さいほど短くなる。
また、Signature#nを生成するための循環シフト量は、図５及び図６に示すように、Signature#(n-1)のプリアンブル検出窓と同じ長さとする。例えば、図５を参照するに、Signature#2を作成するための循環シフト量は、Signature#1のプリアンブル検出窓の長さ１１ｕｓｅｃとする。これにより、伝搬ロスレベルに応じたプリアンブル検出窓において各Signatureが重なることを回避することができる。よって、受信プリアンブル信号が予め設定されたプリアンブル検出窓を超えない限り、受信側でのプリアンブル検出において、他のSignatureと干渉することはない。
ここで、伝搬ロスレベルが小さいほどプリアンブル検出窓を短くしている理由は、伝搬ロスレベルの大小から伝搬遅延量が推定できるためである。すなわち、伝搬ロスレベルが小さい場合、基地局からの距離が近く、伝搬遅延量は小さいと推定できる。一方、伝搬ロスレベルが大きい場合は、基地局からの距離が遠いと一律に判定することはできず、推定は困難となる。これは、移動機が建物内にいる場合など、基地局からの距離は近いものの、伝搬ロスは大きくなることがあるためである。よって、伝搬ロスレベルが大きい場合には、伝搬遅延時間を推定することができないため、基地局からの距離が遠いものと仮定し、循環シフト量を多く設けるようにしている。
次に、図５に示したSignatureテーブルからSignature選択部１０４がSignatureを選択する方法について説明する。例えば、Signature選択部１０４が伝搬ロスレベル判定部１０２から伝搬ロスレベル小を示す判定結果を取得した場合、Signature選択部１０４は、プリアンブル検出窓小に対応するSignature#1〜#3の中からランダムに選択し、選択したSignature番号が示すSignatureパターン（CS-CAZAC系列）を取得する。逆に、Signature選択部１０４が伝搬ロスレベル判定部１０２から伝搬ロスレベル大を示す判定結果を取得した場合、Signature選択部１０４は、プリアンブル検出窓大に対応するSignature#7〜#10の中からランダムに選択し、選択したSignature番号が示すSignatureパターン（CS-CAZAC系列）を取得する。
図７は、本発明の実施の形態１に係る受信装置１５０の構成を示すブロック図である。この図において、無線受信部１５２は、アンテナ１５１を介して受信した信号にダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換などの所定の無線受信処理を施し、無線受信処理を施した信号を遅延プロファイル作成部１５４−１〜１５４−Ｎに出力する。
Signatureテーブル記憶部１５３は、予め送受信間で定めて記憶したSignatureパターンと、対応するプリアンブル検出窓とを遅延プロファイル作成部１５４−１〜１５４−Ｎに設定する。
遅延プロファイル作成部１５４−１〜１５４−Ｎは、無線受信部１５２から出力された受信信号とSignatureテーブル記憶部１５３によって設定されたSignatureパターンとの相関値を受信タイミング毎に算出し、遅延プロファイルを作成する。ここで、遅延プロファイルの作成範囲は、Signatureテーブル記憶部１５３によって設定されたプリアンブル検出窓の長さとする。
プリアンブル検出部１５５−１〜１５５−Ｎは、遅延プロファイルのプリアンブル検出窓内の相関ピークを検索し、所定の閾値と大小比較することにより、プリアンブル検出判定（所望プリアンブル信号のあり／なし判定）を行う。
このように実施の形態１によれば、伝搬ロスレベル、すなわち伝搬遅延量の大きさを基地局からの距離に応じたレベル毎に分け、各レベルに応じた長さのプリアンブル検出窓を対応付ける。そして、Signature#nに対応する検出窓幅に相当する循環シフト量でSignature#nのパターンを循環シフトしてSignature#n+1が生成された複数のSignatureを含むテーブルから、測定した伝搬ロスレベルに応じたSignatureを選択してＲＡＣＨに用いる。これにより、１つのCAZAC系列から生成できるCS-CAZAC数が増加する。よって、異なるCAZAC系列の多重数を抑制することができるので、コード間干渉を抑えることができ、プリアンブル検出性能を向上させることができる。
なお、Signatureパターンのプリアンブル検出窓は以下のように並べるのがより好ましい。すなわち、図８に示すように、Signature#1〜#3に対してプリアンブル検出窓を大、中、小の順になるように並べると、小、中、大の順よりも衝突検出性能が向上する。
ここで、伝搬ロス小（プリアンブル検出窓小）の移動機からの受信プリアンブル信号の遅延時間がその検出窓を超えて、他の遅延プロファイルのプリアンブル検出窓内に現れてしまう（衝突する）場合、その衝突が検出しやすくなる。衝突検出は、例えば、遅延プロファイルの相関ピークのｄｅｌａｙ差とある所定閾値とを比較することにより行う。つまり、ｄｅｌａｙ差が大きければ、他の移動機からの信号と見なすことができ、衝突を検出できる。
受信側では、遅延プロファイルの相関ピークのｄｅｌａｙタイミングをもとに、送信タイミング制御を行う。もし、衝突が生じ、それを検出できない場合、他の移動機からの信号をもとに送信タイミング制御を行うと正しく送信タイミング制御を行えず、その後のデータチャネルが他の移動機への干渉となってしまう。衝突が検出できれば、プリアンブル検出ＮＧを移動機へ返すことにより、前述した干渉の発生を防止することができる。
図５、図６のSignatureはプリアンブル検出窓を大、中、小の順になるように並べると、それぞれ図９、図１０のようになる。
なお、伝搬ロスレベルに対する受信信号の最大遅延時間がプリアンブル検出窓を超えなければ、プリアンブル検出窓の並べ方による性能差はない。
（実施の形態２）
ＬＴＥでは、上りの送信タイミングの同期が取れている状態で移動機から送信するランダムアクセス（Sync-RA）が検討されている。Sync-RAでは、上り同期が確立しているため、基地局からの距離及び伝搬ロスレベルによらず、受信信号のタイミング誤差が小さい。よって、本発明の実施の形態２では、Sync-RAの場合は、伝搬ロスレベルによらず、伝搬ロスレベル小に相当する（循環シフト量が小さい）Signatureを選択する。
図１１は、本発明の実施の形態２に係る送信装置３００の構成を示すブロック図である。図１１が図４と異なる点は、Sync-RA判定部３０１と、ＳＷ制御部３０２とを追加した点である。
図１１において、Sync-RA判定部３０１は、基地局によって送信タイミングが制御されているか否か（同期が確立しているか否か）に基づいて、送信するランダムアクセスがSync-RAであるかどうかを判定し、判定結果をＳＷ制御部３０２に出力する。
ＳＷ制御部３０２は、Sync-RA判定部３０１から出力された判定結果がSync-RAであれば、伝搬ロスレベルを測定せずに、伝搬ロスレベル小を固定的にSignature選択部１０４に出力する。また、Sync-RA判定部３０１から出力された判定結果がSync-RAでなければ、伝搬ロスレベル判定部１０２から出力された測定結果をSignature選択部１０４に出力する。これにより、Sync-RAの場合、Signature選択部１０４は、図１２に示すように、プリアンブル検出窓の短いSignatureを選択することになる。
このように実施の形態２によれば、Sync-RAの場合はプリアンブル検出窓幅が短いSignatureパターンを必ず使用する。よって、異なるCAZAC系列の多重数を抑制することができるので、コード間干渉を抑えることができ、プリアンブル検出性能を向上させることができる。
なお、上記各実施の形態で説明した送信装置は、移動通信システムにおける移動機に搭載することが好ましい。
また、上記各実施の形態における伝搬ロスレベルの閾値判定に用いる閾値は、固定値でなくてもよい。すなわち、基地局が閾値を制御し、制御した閾値をＢＣＨ（報知チャネル）によって基地局固有情報として自セル内の移動機にシグナリングし、移動機は基地局から報知された閾値を用いるようにしてもよい。これにより、各伝搬ロスレベルの移動機数を制御し、それらの移動機から送信されたＲＡＣＨの衝突確率を低減することができる。
また、上記各実施の形態におけるコード系列として、GCL（Generalized Chirp-Like）系列（以下の系列ｃ（ｋ））を用いてもよい。
Figure 2008016112
 ただし、Ｎはコード長、Ｎ＝ｓｍ２（ｓ、ｍは整数）、あるいは、Ｎ＝ｔｍ（ｔ、ｍは整数）とする。また、ａ（ｋ）は以下のZadoff-Chu系列である（ｑは任意の整数、Ｎとγは互いに素の関係）。
Figure 2008016112
 ただし、ＷＮ＝ｅｘｐ（ｊ２πγ／Ｎ）、ｂ（ｋ）（ｋ＝０，…，ｍ）は振幅一定の任意の系列とする。
さらに、上記各実施の形態におけるコード系列として、Zadoff-Chu系列（以下の系列ａ（ｋ））を用いてもよい（ｑは任意の整数、Ｎとγは互いに素の関係)。
Figure 2008016112
 ただし、ＷＮ＝ｅｘｐ（ｊ２πγ／Ｎ）とする。
また、上記各実施の形態では、伝搬ロスレベルを大中小の３段階に分けて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、伝搬ロスレベルは２段階でも、４段階以上でもよい。
また、上記各実施の形態では、循環シフト量を、Signature番号が隣り合うSignature間のシフト量と定義して説明した。しかし、循環シフト量を、図１３に示すように、基準Signatureパターン（図１３では、Signature#1）に対するシフト量（絶対値）と定義してもよい。
また、Signatureパターンとして用いる全てのCAZAC系列を、１つのCAZAC系列（CAZAC#1）の異なる循環シフト量と必ずしも対応させる必要はない。図１４に示すように、他のCAZAC系列（CAZAC#2,#3）を用いて、これらの各系列にそれぞれ単一の循環シフト量を対応させるようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
２００６年８月３日出願の特願２００６−２１２５４６の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明にかかる無線送信装置及び無線送信方法は、コード間干渉を低減し、プリアンブル検出性能の劣化を防止することができ、例えば、無線通信端末装置に適用できる。
本発明は、ＲＡＣＨ（Random Access Channel）を送信する無線送信装置及び無線送信方法に関する。
現在、３ＧＰＰ ＲＡＮ ＬＴＥ（Long Term Evolution）では、ＲＡＣＨ送信方法が検討されている。ＲＡＣＨは、移動機がアイドル状態から発呼手順に移るとき、すなわち、上りの同期を確立したいとき、スケジューリングリクエスト等に用いる上り回線のチャネルである。ＲＡＣＨは基地局によってスケジューリングできないため、移動機がＲＡＣＨの送信リソース（周波数、時間スロット、コードパターン等）をランダムに選択する。もし、複数ユーザ間で送信リソースが重なりＲＡＣＨが衝突すると、基地局はそれらを正しく受信できず、移動機はＲＡＣＨを再送することになる。
ＬＴＥでは、ＲＡＣＨに、少なくとも端末識別情報であるシグネチャ（Signature）を含めることが検討されている。また、Signatureの構成については、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband- Code Division Multiple Access）と同様に、異なるSignatureの同時検出および拡散利得によるＣ／Ｎ改善のために、相関特性が良いSignatureパターン（コードパターン）を用いて、移動機のSignature番号を分離することが検討されている。
従来のＲＡＣＨのSignatureパターンとしては、受信側で算出する相関特性をもとにSignature（端末識別情報）検出を行うため、自己相関特性および相互相関特性が良好で、かつ、低ＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）のコードが用いられる。この特徴を有するコード系列として、図１に示すCyclic shift based CAZAC（以下、「CS-CAZAC」という）が知られている（非特許文献１参照）。これは、CAZACを循環シフトしたコード系列であり、Signature番号と循環シフト量とを対応付けることで、受信側では異なるSignatureを同時に検出することが可能となる。CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto-Correlation)は、自己相関特性に優れ、同一コードをシフトさせたコード間の相関がゼロになるという特徴を有する。また、CAZACでは、相互相関は比較的小さいが、完全には直交していない。
3GPP, R1-060046, NTT DoCoMo, "Orthogonal Pilot Channel Structure in E-UTRA Uplink"
しかしながら、上記非特許文献１に記載のCS-CAZACをＲＡＣＨのSignatureパターンに用いた場合、次のような問題がある。すなわち、１つのCAZAC系列だけでは、生成できるSignature数が少ないということである。１つのCAZAC系列から生成できるSignature数は、以下の式（１）で算出される。
Signature数＝プリアンブル長／Δ ・・・（１）
ここで、Δは循環シフト量（Cyclic shift value）である。この循環シフト量は、移動機の最大伝搬遅延時間より大きくする必要がある。これは、移動機の遅延波が循環シフト量を超えた場合、受信側で作成する遅延プロファイルの検出窓範囲内（循環シフト量と同一範囲内）に異なるシフト量のCAZACとの相関が出ることにより、Signatureを誤検出してしまうためである。この移動機の最大伝搬遅延時間は、セル半径に依存するものである。
１つのCAZAC系列から生成できるSignature数を具体的に求めてみる。セル半径１０ｋｍ
を想定すると、最大伝搬遅延時間（Round trip delay）は約６６ｕｓｅｃとなる。つまり、Δは６６ｕｓｅｃより大きくする必要がある。また、プリアンブル長（ガードタイムを除くCAZAC長）をＬＴＥで検討されているように、０．４ｍｓｅｃと仮定すると、図２に示すように、１つのCAZAC系列から生成できるSignature数は６となる。この数は、セル半径が大きくなるほど減り、１つのCAZAC系列の使用だけではＲＡＣＨの衝突確率が増加してしまう。
そこで、Signature数を増やすために異なるCAZAC系列を用いることが考えられる。ところが、図３に同一CAZACのCS-CAZACを多重させた場合（図３Ａ）と、異なるCAZACを多重させた場合（図３Ｂ）の２種類のプリアンブル検出性能を示すように、異なるCAZACを多重すると、コード間干渉が生じ、プリアンブル検出性能が劣化してしまう。一般に、異なるCAZAC系列の多重数が増えるほど、コード間干渉が大きくなり、Signature検出性能が劣化してしまう。
本発明の目的は、コード間干渉を低減し、プリアンブル検出性能の劣化を防止する無線送信装置及び無線送信方法を提供することである。
本発明の無線送信装置は、下り回線信号に基づいて、伝搬遅延量を推定する推定手段と、通信相手側においてランダムアクセスチャネルのプリアンブルを検出する検出窓の幅を伝搬遅延量に応じて予め対応させ、前記検出窓において各ランダムアクセスチャネルに含むSignatureが重ならないように、Signatureに用いるコード系列を循環シフトさせる循環シフト量を前記検出窓幅に対応させ、推定された前記伝搬遅延量に応じた循環シフト量を用いて生成されるSignatureを選択する選択手段と、選択された前記Signatureを含めてランダムアクセスチャネル信号を生成する生成手段と、生成された前記ランダムアクセスチャネル信号を送信する送信手段と、を具備する構成を採る。
本発明の無線送信方法は、下り回線信号に基づいて、伝搬遅延量を推定する推定工程と、通信相手側においてランダムアクセスチャネルのプリアンブルを検出する検出窓の幅を伝搬遅延量に応じて予め対応させ、前記検出窓において各ランダムアクセスチャネルに含むSignatureが重ならないように、Signatureに用いるコード系列を循環シフトさせる循環シフト量を前記検出窓幅に対応させ、推定された前記伝搬遅延量に応じた循環シフト量を用いて生成されるSignatureを選択する選択工程と、選択された前記Signatureを含めてランダムアクセスチャネル信号を生成する生成工程と、生成された前記ランダムアクセスチャネル信号を送信する送信工程と、を具備するようにした。
本発明によれば、コード間干渉を低減し、プリアンブル検出性能の劣化を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、同一機能を有する構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
図４は、本発明の実施の形態１に係る送信装置１００の構成を示すブロック図である。この図において、伝搬ロスレベル測定部１０１は、下り回線信号（共通パイロットチャネル）の受信電力を測定し、測定した受信電力を既知の送信電力から差し引くことにより、伝搬ロスレベル（信号電力の減衰量［ｄＢ］）を算出する。算出した伝搬ロスレベルは伝搬ロスレベル判定部１０２に出力される。なお、共通パイロットチャネルの送信電力は、システムによって予め決められており、共通パイロットチャネルは一定の電力で送信される。
伝搬ロスレベル判定部１０２は、伝搬ロスレベル測定部１０１から出力された伝搬ロスレベルと、予め設定された所定の閾値との閾値判定を行う。ここでは、２つの異なる閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２（＜Ｔｈ１）を用いるものとし、伝搬ロスレベルを大中小の３つにレベル分けする。すなわち、伝搬ロスレベルが閾値Ｔｈ１以上であれば、伝搬ロスレベルは大と判定し、伝搬ロスレベルが閾値Ｔｈ２以上かつ閾値Ｔｈ１未満であれば、伝搬ロスレベルは中と判定し、伝搬ロスレベルが閾値Ｔｈ２未満であれば、伝搬ロスレベルは小と判定する。伝搬ロスレベルの判定結果（大中小レベル）はSignature選択部１０４に出力される。なお、伝搬ロスレベル測定部１０１及び伝搬ロスレベル判定部１０２は伝搬遅延量推定手段として機能する。
Signatureテーブル記憶部１０３は、伝搬ロスレベルの大中小の各レベルに、それぞれ異なるプリアンブル検出窓と、各CAZAC系列から生成されるSignatureとを対応付けたテーブル（Signatureテーブル）を記憶している。Signatureテーブルの詳細については後述する。
Signature選択部１０４は、伝搬ロスレベル判定部１０２から出力された伝搬ロスレベル判定結果に応じたSignatureのうちいずれかをSignatureテーブル記憶部１０３からランダムに読み出し、読み出したSignatureをＲＡＣＨ生成部１０５に出力する。
ＲＡＣＨ生成部１０５は、Signature選択部１０４から出力されたSignatureをプリアンブルとするＲＡＣＨ信号を生成し、生成したＲＡＣＨ信号を変調部１０６に出力する。
変調部１０６は、ＲＡＣＨ生成部１０５から出力されたＲＡＣＨ信号を変調し、無線部１０７は、変調されたＲＡＣＨ信号にＤ／Ａ変換、アップコンバート等の所定の無線送信処理を施し、アンテナ１０８から送信する。
図５は、図４に示したSignatureテーブル記憶部１０３が保持するSignatureテーブルを示す図である。この図において、伝搬ロスレベルの大中小の各レベルは基地局からの距離に応じた信号電力の減衰量に相当するものとする。例えば、伝搬ロスレベル大は、セル半径１０ｋｍまでを想定した伝搬ロス、伝搬ロスレベル中は、セル半径５ｋｍまでを想定し
た伝搬ロス、伝搬ロスレベル小は、セル半径１．５ｋｍまでを想定した伝搬ロスである。
そして、伝搬ロスレベルの大中小の各レベルには、それぞれ異なるプリアンブル検出窓が対応付けられている。プリアンブル検出窓の長さは、伝搬ロスレベルから推定される伝搬遅延時間に対応する長さに予め設定される。よって、プリアンブル検出窓の長さは、伝搬ロスレベルが大きいほど長く、伝搬ロスレベルが小さいほど短くなる。
また、Signature#nを生成するための循環シフト量は、図５及び図６に示すように、Signature#(n-1)のプリアンブル検出窓と同じ長さとする。例えば、図５を参照するに、Signature#2を作成するための循環シフト量は、Signature#1のプリアンブル検出窓の長さ１１ｕｓｅｃとする。これにより、伝搬ロスレベルに応じたプリアンブル検出窓において各Signatureが重なることを回避することができる。よって、受信プリアンブル信号が予め設定されたプリアンブル検出窓を超えない限り、受信側でのプリアンブル検出において、他のSignatureと干渉することはない。
ここで、伝搬ロスレベルが小さいほどプリアンブル検出窓を短くしている理由は、伝搬ロスレベルの大小から伝搬遅延量が推定できるためである。すなわち、伝搬ロスレベルが小さい場合、基地局からの距離が近く、伝搬遅延量は小さいと推定できる。一方、伝搬ロスレベルが大きい場合は、基地局からの距離が遠いと一律に判定することはできず、推定は困難となる。これは、移動機が建物内にいる場合など、基地局からの距離は近いものの、伝搬ロスは大きくなることがあるためである。よって、伝搬ロスレベルが大きい場合には、伝搬遅延時間を推定することができないため、基地局からの距離が遠いものと仮定し、循環シフト量を多く設けるようにしている。
次に、図５に示したSignatureテーブルからSignature選択部１０４がSignatureを選択する方法について説明する。例えば、Signature選択部１０４が伝搬ロスレベル判定部１０２から伝搬ロスレベル小を示す判定結果を取得した場合、Signature選択部１０４は、プリアンブル検出窓小に対応するSignature#1〜#3の中からランダムに選択し、選択したSignature番号が示すSignatureパターン（CS-CAZAC系列）を取得する。逆に、Signature選択部１０４が伝搬ロスレベル判定部１０２から伝搬ロスレベル大を示す判定結果を取得した場合、Signature選択部１０４は、プリアンブル検出窓大に対応するSignature#7〜#10の中からランダムに選択し、選択したSignature番号が示すSignatureパターン（CS-CAZAC系列）を取得する。
図７は、本発明の実施の形態１に係る受信装置１５０の構成を示すブロック図である。この図において、無線受信部１５２は、アンテナ１５１を介して受信した信号にダウンコンバート、Ａ／Ｄ変換などの所定の無線受信処理を施し、無線受信処理を施した信号を遅延プロファイル作成部１５４−１〜１５４−Ｎに出力する。
Signatureテーブル記憶部１５３は、予め送受信間で定めて記憶したSignatureパターンと、対応するプリアンブル検出窓とを遅延プロファイル作成部１５４−１〜１５４−Ｎに設定する。
遅延プロファイル作成部１５４−１〜１５４−Ｎは、無線受信部１５２から出力された受信信号とSignatureテーブル記憶部１５３によって設定されたSignatureパターンとの相関値を受信タイミング毎に算出し、遅延プロファイルを作成する。ここで、遅延プロファイルの作成範囲は、Signatureテーブル記憶部１５３によって設定されたプリアンブル検出窓の長さとする。
プリアンブル検出部１５５−１〜１５５−Ｎは、遅延プロファイルのプリアンブル検出
窓内の相関ピークを検索し、所定の閾値と大小比較することにより、プリアンブル検出判定（所望プリアンブル信号のあり／なし判定）を行う。
このように実施の形態１によれば、伝搬ロスレベル、すなわち伝搬遅延量の大きさを基地局からの距離に応じたレベル毎に分け、各レベルに応じた長さのプリアンブル検出窓を対応付ける。そして、Signature#nに対応する検出窓幅に相当する循環シフト量でSignature#nのパターンを循環シフトしてSignature#n+1が生成された複数のSignatureを含むテーブルから、測定した伝搬ロスレベルに応じたSignatureを選択してＲＡＣＨに用いる。これにより、１つのCAZAC系列から生成できるCS-CAZAC数が増加する。よって、異なるCAZAC系列の多重数を抑制することができるので、コード間干渉を抑えることができ、プリアンブル検出性能を向上させることができる。
なお、Signatureパターンのプリアンブル検出窓は以下のように並べるのがより好ましい。すなわち、図８に示すように、Signature#1〜#3に対してプリアンブル検出窓を大、中、小の順になるように並べると、小、中、大の順よりも衝突検出性能が向上する。
ここで、伝搬ロス小（プリアンブル検出窓小）の移動機からの受信プリアンブル信号の遅延時間がその検出窓を超えて、他の遅延プロファイルのプリアンブル検出窓内に現れてしまう（衝突する）場合、その衝突が検出しやすくなる。衝突検出は、例えば、遅延プロファイルの相関ピークのｄｅｌａｙ差とある所定閾値とを比較することにより行う。つまり、ｄｅｌａｙ差が大きければ、他の移動機からの信号と見なすことができ、衝突を検出できる。
受信側では、遅延プロファイルの相関ピークのｄｅｌａｙタイミングをもとに、送信タイミング制御を行う。もし、衝突が生じ、それを検出できない場合、他の移動機からの信号をもとに送信タイミング制御を行うと正しく送信タイミング制御を行えず、その後のデータチャネルが他の移動機への干渉となってしまう。衝突が検出できれば、プリアンブル検出ＮＧを移動機へ返すことにより、前述した干渉の発生を防止することができる。
図５、図６のSignatureはプリアンブル検出窓を大、中、小の順になるように並べると、それぞれ図９、図１０のようになる。
なお、伝搬ロスレベルに対する受信信号の最大遅延時間がプリアンブル検出窓を超えなければ、プリアンブル検出窓の並べ方による性能差はない。
（実施の形態２）
ＬＴＥでは、上りの送信タイミングの同期が取れている状態で移動機から送信するランダムアクセス（Sync-RA）が検討されている。Sync-RAでは、上り同期が確立しているため、基地局からの距離及び伝搬ロスレベルによらず、受信信号のタイミング誤差が小さい。よって、本発明の実施の形態２では、Sync-RAの場合は、伝搬ロスレベルによらず、伝搬ロスレベル小に相当する（循環シフト量が小さい）Signatureを選択する。
図１１は、本発明の実施の形態２に係る送信装置３００の構成を示すブロック図である。図１１が図４と異なる点は、Sync-RA判定部３０１と、ＳＷ制御部３０２とを追加した点である。
図１１において、Sync-RA判定部３０１は、基地局によって送信タイミングが制御されているか否か（同期が確立しているか否か）に基づいて、送信するランダムアクセスがSync-RAであるかどうかを判定し、判定結果をＳＷ制御部３０２に出力する。
ＳＷ制御部３０２は、Sync-RA判定部３０１から出力された判定結果がSync-RAであれば、伝搬ロスレベルを測定せずに、伝搬ロスレベル小を固定的にSignature選択部１０４に出力する。また、Sync-RA判定部３０１から出力された判定結果がSync-RAでなければ、伝搬ロスレベル判定部１０２から出力された測定結果をSignature選択部１０４に出力する。これにより、Sync-RAの場合、Signature選択部１０４は、図１２に示すように、プリアンブル検出窓の短いSignatureを選択することになる。
このように実施の形態２によれば、Sync-RAの場合はプリアンブル検出窓幅が短いSignatureパターンを必ず使用する。よって、異なるCAZAC系列の多重数を抑制することができるので、コード間干渉を抑えることができ、プリアンブル検出性能を向上させることができる。
なお、上記各実施の形態で説明した送信装置は、移動通信システムにおける移動機に搭載することが好ましい。
また、上記各実施の形態における伝搬ロスレベルの閾値判定に用いる閾値は、固定値でなくてもよい。すなわち、基地局が閾値を制御し、制御した閾値をＢＣＨ（報知チャネル）によって基地局固有情報として自セル内の移動機にシグナリングし、移動機は基地局から報知された閾値を用いるようにしてもよい。これにより、各伝搬ロスレベルの移動機数を制御し、それらの移動機から送信されたＲＡＣＨの衝突確率を低減することができる。
また、上記各実施の形態におけるコード系列として、GCL（Generalized Chirp-Like）系列（以下の系列ｃ（ｋ））を用いてもよい。
Figure 2008016112
 ただし、Ｎはコード長、Ｎ＝ｓｍ２（ｓ、ｍは整数）、あるいは、Ｎ＝ｔｍ（ｔ、ｍは整数）とする。また、ａ（ｋ）は以下のZadoff-Chu系列である（ｑは任意の整数、Ｎとγは互いに素の関係）。
Figure 2008016112
 ただし、ＷＮ＝ｅｘｐ（ｊ２πγ／Ｎ）、ｂ（ｋ）（ｋ＝０，…，ｍ）は振幅一定の任意の系列とする。
さらに、上記各実施の形態におけるコード系列として、Zadoff-Chu系列（以下の系列ａ（ｋ））を用いてもよい（ｑは任意の整数、Ｎとγは互いに素の関係)。
Figure 2008016112
 ただし、ＷＮ＝ｅｘｐ（ｊ２πγ／Ｎ）とする。
また、上記各実施の形態では、伝搬ロスレベルを大中小の３段階に分けて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、伝搬ロスレベルは２段階でも、４段階以上でもよい。
また、上記各実施の形態では、循環シフト量を、Signature番号が隣り合うSignature間のシフト量と定義して説明した。しかし、循環シフト量を、図１３に示すように、基準Si
gnatureパターン（図１３では、Signature#1）に対するシフト量（絶対値）と定義してもよい。
また、Signatureパターンとして用いる全てのCAZAC系列を、１つのCAZAC系列（CAZAC#1）の異なる循環シフト量と必ずしも対応させる必要はない。図１４に示すように、他のCAZAC系列（CAZAC#2,#3）を用いて、これらの各系列にそれぞれ単一の循環シフト量を対応させるようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はソフトウェアで実現することも可能である。
また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
２００６年８月３日出願の特願２００６−２１２５４６の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
本発明にかかる無線送信装置及び無線送信方法は、コード間干渉を低減し、プリアンブル検出性能の劣化を防止することができ、例えば、無線通信端末装置に適用できる。
非特許文献１に記載のCS-CAZACを示す図 単一のCAZAC系列から６つのSignatureを生成する様子を示す図 プリアンブル検出性能を示す図 本発明の実施の形態１に係る送信装置の構成を示すブロック図 図４に示したSignatureテーブル記憶部が保持するSignatureテーブルを示す図 伝搬ロスレベルに応じた循環シフト量及びプリアンブル検出窓を示す図 本発明の実施の形態１に係る受信装置の構成を示すブロック図 プリアンブル検出窓の並べ方を示す図 図８に示したプリアンブル検出窓の並べ方に基づくSignatureテーブルを示す図 図８に示したプリアンブル検出窓の並べ方に基づく循環シフト量及びプリアンブル検出窓を示す図 本発明の実施の形態２に係る送信装置の構成を示すブロック図 実施の形態２に係るSignatureテーブルを示す図 基準Signatureパターンに対するシフト量によるSignatureテーブルを示す図 複数のCAZAC系列を用いたSignatureテーブルを示す図

Claims (10)

  1. 下り回線信号に基づいて、伝搬遅延量を推定する推定手段と、
    通信相手側においてランダムアクセスチャネルのプリアンブルを検出する検出窓の幅を伝搬遅延量に応じて予め対応させ、前記検出窓において各ランダムアクセスチャネルに含むSignatureが重ならないように、Signatureに用いるコード系列を循環シフトさせる循環シフト量を前記検出窓幅に対応させ、推定された前記伝搬遅延量に応じた循環シフト量を用いて生成されるSignatureを選択する選択手段と、
    選択された前記Signatureを含めてランダムアクセスチャネル信号を生成する生成手段と、
    生成された前記ランダムアクセスチャネル信号を送信する送信手段と、
    を具備する無線送信装置。
  2. 前記選択手段は、Signature番号ｎのSignatureと、前記Signature番号ｎのSignatureパターンを当該Signatureに対応するプリアンブル検出窓分循環シフトして生成されるSignature番号ｎ＋１のSignatureとから選択する請求項１に記載の無線送信装置。
  3. 前記推定手段は、下り回線信号である共通パイロットチャネル信号の送信電力及び受信電力から伝搬ロスレベルを測定し、測定した伝搬ロスレベルに基づいて、伝搬遅延量を推定する請求項１に記載の無線送信装置。
  4. 前記推定手段は、測定した伝搬ロスレベルと所定の閾値との閾値判定を行い、測定した伝搬ロスレベルを所定のレベル毎にレベル分けする請求項３に記載の無線送信装置。
  5. 前記推定手段は、無線通信基地局装置によって制御された閾値を取得し、取得した閾値を用いて閾値判定を行う請求項４に記載の無線送信装置。
  6. 通信相手との同期が確立しているか否かに基づいて、送信するランダムアクセスがSync-RAであるか否かを判定する判定手段と、
    前記選択手段は、判定結果がSync-RAである場合、最も短い検出窓幅に対応する循環シフト量を用いて生成されるSignatureを選択し、判定結果がSync-RA以外である場合、推定された前記伝搬遅延量に応じた循環シフト量を用いて生成されるSignatureを選択する請求項１に記載の無線送信装置。
  7. 前記コード系列は、CAZAC（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）系列である請求項１に記載の無線送信装置。
  8. 前記コード系列は、GCL（Generalized Chirp Like）系列である請求項１に記載の無線送信装置。
  9. 前記コード系列は、Zadoff-Chu系列である請求項１に記載の無線送信装置。
  10. 下り回線信号に基づいて、伝搬遅延量を推定する推定工程と、
    通信相手側においてランダムアクセスチャネルのプリアンブルを検出する検出窓の幅を伝搬遅延量に応じて予め対応させ、前記検出窓において各ランダムアクセスチャネルに含むSignatureが重ならないように、Signatureに用いるコード系列を循環シフトさせる循環シフト量を前記検出窓幅に対応させ、推定された前記伝搬遅延量に応じた循環シフト量を用いて生成されるSignatureを選択する選択工程と、
    選択された前記Signatureを含めてランダムアクセスチャネル信号を生成する生成工程と、
    生成された前記ランダムアクセスチャネル信号を送信する送信工程と、
    を具備する無線送信方法。
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