WO2003079568A1

WO2003079568A1 - Path diversity receiver apparatus and method of spectrum spread communication system

Info

Publication number: WO2003079568A1
Application number: PCT/JP2003/003350
Authority: WO
Inventors: Suguru Nakada
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2003-09-25
Also published as: AU2003227471A1; KR100685087B1; US7269204B2; DE60306758T2; ES2262990T3; DE60306758D1; KR20040091749A; JP3858985B2; CA2479009A1; JP2003283373A; CN1643804A; EP1492246B1; US20050117631A1; EP1492246A1; EP1492246A4; CN1303765C

Description

明細書

スぺクトル拡散通信システムのパスダイバーシチ受信装置及び方法技術分野 '

本発明は、スペクトル拡散通信システムにおいて、プリアンブル信号を用いたランダムアクセスによるパスダイバーシチ受信装置に関し、特に移動体通信システムにおけるスループットの高い通信方式の実現に関する。景技術

近年普及している CDMA(Code Division Multiple Access)を用いた移動体通信システムにおいては、移動局から基地局に対しての上りリンクチャネルの一つにランダムアクセスを用いたものがある。例えば、 I MT— 2000 (D S— CDMA方式）では、 P RACH(Physical Random Access Channel)がこれに当たる。 P RACHのチャネルモデルや通信プロトコルに関しては 3GPP TS25.211 等の文書に記載されているが、簡単に説明するとブリアンブル信号とメッセ一ジ信号とからなり、プリァンブル信号は移動機からのメッセージ信号送信許可の要求を基地局に伝える信号として用いられ、メッセ一ジ信号は実際の移動機からの情報を伝送するために用いられる。

ここで、 P RACHを送受信するに当たり重要となるのがスループットである。なぜなら、この PRACHはパケットデータの送信以外にも移動機の電源を入れた際や、発呼の際にもまず始めに送信されるもので、この P RACHのスループットが悪いと「なかなか繋がらない」と利用者に不快を感じさせてしまう。このスループットを向上させる手段として、信号の誤りを減らして再送回数を減らすこと以外に一番簡単な方法として考えられることは、基地局において P R AC Hのメッセージ信号を同時に復号できる数、すなわち同時復号数を増やすことである。

しかしながら、同時復号数を増やすために、第 1図のようなパス検出用の相関器セットや第 2図のような R A K E受信機を単純に増やすことは、装置規模やコストの面を考えるとあまり得策であるとはいえない。また、相関器セットはメッセージ信号のパス検出用としてのみではなく、プリアンブル信号の検出用としても使用される。しかし、メッセ一ジ信号のパス検出をする際は、プリアンブル信号が受信された遅延量付近の重点的な遅延プロファイルを求めればよいのに対して、プリアンブル信号の検出はこのような事前情報がないため、セル半径に応じた最大遅延量までを全て、相関器セットを用いて遅延プロファイルを求める必要がある。したがって、第 3図のようにセル半径が大きくなるに従って多くの相関器セットがプリァンブル信号の検出のために必要になり、メッセ一ジ信号のパス検出のために使える相関器セットの数は限られてしまうため、復号器において稼動できる R A K E受信機の数も減ってしまう。

そこで本発明は、移動体通信などで用いられる C D MAシステム等のスぺクトル拡散通信システムにおいて、プリアンブル信号を用いたランダムアクセスを行う際にパスダイバ一シチ受信装置の信号処理部を効率的に使用し、スループットを向上させたスぺクトル拡散通信システムのパスダイバ一シチ受信装置及び方法を提供することを目的とする。発明の開示

上述の課題を解決するため、本発明は、スペクトル拡散通信システムのパスダィバーシチ受信装置において、パス検出器にて一定時間内のプリアンブル信号が検出される頻度の統計を取り、検出頻度が低ゝ遅延量区間は相関値算出のサンプルレ一トを落とし、プリアンブル信号検出に使用する相関器セットの数を減らす。それにより余った相関器セットをメッセ一ジ信号のパス検出に用いることによリ、復号器の RAKE受信機の稼働率を上げ、メッセージ信号のスループットを向上させることを特徴とする。さらに、プリアンブル信号の検出頻度の統計を定期的に更新し、サンプルレートを落とした遅延量区間のブリアンブル信号検出頻度が上昇した場合は、サンプルレートを元に戻すためにプリアンブル信号検出に使用する相関器セットの数を増やす制御を行う。図面の簡単な説明 .

第 1図は従来のパス検出用の相関器セットの一例を示す図であリ、第 2図は従来の RAKE受信機の一例を示す図であり、第 3図はセル半径と同時復号数の関係を示す図であり、第 4図は本発明を説明するための要部機能プロック図であリ、第 5図は基地局におけるベースバンド信号処理部のブロック図であり、第 6 図は相関器セットと遅延量区間との対応例を示す図であり、第 7図は PRACH の呼処理シーケンスを説明するフローチャートであり、第 8図は相関器セット管理に関する処理シーケンスを説明するフローチャートである。発明を実施する為の最良の形態

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

第 4図は、本発明を説明するための要部機能ブロック図である。本図は、 CD MA移動体通信システムに本発明を適用した例であり、 I MT— 2000 (D S — CDMA方式）の Physical Channelの規格を定めた 3GPP TS25.211 V3.8.0の 5.2.2.1 章や 7.3 章などに記載されている P RACH(Physical Random Access Channel)を基地局で受信する際のベースバンド信号処理部の一部の機能ブロックを抜き出して描いたものである。

第 4図において、 CDMA移動体通信システムの基地局の受信信号処理部にプリアンブル信号の検出及びメッセージ信号のパス検出をするためのパス検出器 1 0 0及びメッセージ信号を復号するための復号器 2 0 0を備えている。パス検出器 1 0 0は相関器セット 1 0 1〜 1 1 2を備えており、プリアンブル信号の検出及びメッセージ信号受信のためのパス検出を行う。また、復号器 2 0 0は R A K E受信機 2 0 1〜2 1 2を備えており、パス検出器 1 0 0から通知されたパス情報を用いてメッセージ信号をパスダイバ一シチ受信する。

プリァンブル信号の検出は、セル半径によって決まる遅延量の最大値まで全てを対象に処理をする必要があるため、セル半径が大きくなるにしたがって、プリアンブル信号の検出のために使われる相関器セットは増える。第 4図では相関器セット 1 0 1〜 1 0 8をプリアンブル信号の検出用に用い、相関器セット 1 0 9 〜 1 1 2をメッセージ信号のパス検出用に用いている。

一方、復号器 2 0 0においてはパス検出器 1 0 0から最大同時に 4つのメッセ —ジ信号のパス情報が通知されるので、それに対応するため R A K E受信機 2 0 9〜 2 1 2の 4つをメッセージ信号の復号に用いる。このため、 R A K E受信機 2 0 1〜2 0 8は未使用状態となる。これら未使用の R A K E受信機はセル半径が大きくなリ、プリアンブル信号の検出用に使われる相関器セットがパス検出器 1 0 0で多くなるほど増えることになるので、システムを構築する上では出来ることであれば、これらの R A K E受信機を使用できることが望ましい。

そこで本発明では、パス検出器 1 0 0において一定時間内のプリアンブル信号が検出される頻度の統計を取り、検出頻度が低い遅延量区間は相関値算出のサンプルレートを落とし、ブリアンブル信号検出に使用する相関器セットの数を減らす。それによリ余った相関器セットをメッセージ信号のパス検出に用いることにょリ、復号器 2 0 0の R A K E受信機の稼働率を上げ、メッセージ信号のスループットを向上させる。さらに、プリアンブル信号の検出頻度の統計を定期的に更新し、サンプルレートを落とした遅延量区間のプリアンブル信号検出頻度が上昇した場合は、サンプルレートを元に戻すためにプリァンブル信号検出に使用する相関器セットの数を増やす制御を行う。

第 5図は、第 4図に描いた機能ブロックを含めた基地局におけるベースバンド信号処理部のブロック図である。

第 6図は、第 4図のパス検出器 1 00においてプリアンブル信号を検出する際の相関器セットと遅延量区間との対応例を示す。

次に、第 7図に示すフローチャートを参照して、本実施形態における PRAC Hの呼処理シーケンスを説明する。第 5図に示すパス検出器 1 00へ、予め復調器により復調された後の受信べ一スバンド信号 90 1が入力される。パス検出器 1 00では始めに、セル半径に応じた遅延量分の遅延プロファイルを求め（S 1 )、相関値のピークがある閾値（プリアンブル閾値）を超えたとき、プリアンブル信号が検出されたと判断することによって、プリアンブル信号の検出が行われる（

S 2)。

遅延プロファイルを求める際に、本実施形態では第 6図で示すように、遅延量全体を 8 c h i p毎の短い遅延量区間に区切り、それぞれの区間で 2つの相関器セットを用いて 1 2 c h i pのサンプルレートの相関値を算出する。このとき、 1/2 c h i p毎に使用する相関器セットを交互に変えることを行う。すなわち、遅延量が 0から 8 c h i p未満までの区間 Aでは、第 4図の相関器セット 1 0 1と相関器セット 1 02を交互に使い、 8 c h i p以上 1 6 c h i p未満の区間 Bでは相関器セット 1 03と相関器セット 1 04を交互に使う。（第 6図では省略している力 1 6 c h i p以上 24 c h i p未満の区間 Cは相関器セット 1 0 5と相関器セット 1 06、 24 c h i p以上 32 c h i p未満の区間 Dでは相関器セット 107と相関器セット 1 08を lZ2 ch i p毎に交互に使用する。）プリアンブル信号をパス検出器 1 00で検出した場合（S 3)、その検出情報とブリアンブル信号が検出された遅延量の情報（ブリアンブル信号検出情報 90 2 ) が制御装置 300に通知される（ S 4 )。制御装置 300ではパス検出器 1 00の相関器セットの使用状況を常時管理しており、プリアンブル信号の検出が通知されると、まずメッセージ信号のパス検出用に割り当てている相関器セットに余裕があるかの判断を行う（S 5)。余裕がある場合は移動機にメッセージ信号の送信を許可する AC K信号を送信するように符号生成器 400に符号生成情報 903を送る（S 6)。逆に余裕が全くない場合は、移動機にメッセージ信号の送信を禁止する N A C K信号を送信するように符号生成器 400に符号生成情報 903を送る（S 1 2)。符号生成器 400では、符号生成情報 903に応じて、実際に ACK信号もしぐは NACK信号を表す送信べ一スバンド信号 904 を生成し、変調器に送る。

移動機に対して ACK信号を送信した場合（S 6)、制御装置 300は次にパス検出器 100に対して相関器セット設定情報 905を送り、メッセージ信号のパス検出用に確保されている相関器セッ卜の 1つに対して拡散符号やタイミングの設定を行い、メッセージ信号のパス検出処理を開始させる（S 7)。また、制御装置 300は復号器 200に対しても、拡散符号やデータフォーマットなどの設定をするために RAKE受信機設定情報 906を送る（S 8)。

相関器セット設定情報 905によりメッセージ信号のパス検出処理を指示されたパス検出器 100は、指定された相関器セットとタイミングで移動機から送信されたメッセ一ジ信号のパス検出を行う（S 9)。このとき、プリアンブル信号が検出された遅延量付近の遅延プロファイルを重点的に求め、相関値が高い所を探す。，

このようにして見つけられたパスの遅延量情報はパス情報 907として復号器 200に通知され、この情報を復号器 200内の RAKE受信機の一つに設定し、メッセージ信号を復号する（S 1 0)。そして、得られたメッセージデータ 9 08は制御装置 300を経由して上位装置 500に送られる（ S 1 1 )。続いて、第 8図に示すフローチャートを参照して、本実施形態における相関器セット管理に関する処理シーケンスを説明する。第 5図に示す制御装置 300は、 P RACHの呼処理の終了後、もしくはそれと平行して、パス検出器 1 00内の相関器セットの管理を行う。まず、プリアンブル信号検出時にパス検出器 100 から送られるプリアンブル信号検出情報 902に含まれる遅延量情報を見て、どの遅延量区間で検出されたかを判定する（S 2 1 )。そして、一定時間における遅延量区間毎のプリアンブル信号を検出して受信回数の集計を行い（S 22)、規定時間経過後（S 23)、遅延量区間毎ループ処理を行う（S 24〜S 28)。この区間毎ループ処理は、 i = 0から i = (遅延量区間数— 1 ) まで、 iに順次 1を加えて処理を繰り返す。各区間毎に、プリアンブル信号の受信数をその時間内の全プリアンブル信号サンプル回数で割ることによリ、遅延量区間毎のプリァンブル信号検出頻度を求める（S 25)。その結果が、予め設定された閾値よりも低い値となった遅延量区間については（S 26)、プリアンブル信号の検出に使用する相関器セットを減らし、相関値算出のサンプルレートを下げる制御を行う。このための制御情報は相関器セット設定情報 905としてパス検出器 1 00 に送られる（S 27)。

この一連の制御により余剰となった相関器セットは、メッセージ信号のパス検出のために使用される。また、この制御の基本となるプリアンブル信号検出頻度は一定時間毎に更新され、プリアンブル信号検出頻度が閾値以下で一時サンプルレートを下げたとしても、これが閾値以上の値となれば再び相関器セットを追カロして、サンプルレ一トを元の状態に戻すことが出来る。この制御に関しても制御装置 300より、相関器セット設定情報 905として制御情報がパス検出器 1 0 0に送られることにより実行される。

例えば、第 4図において、パス検出器 1 00内の相関器セット 1 0 1〜 1 1 2、復号器 200内の RAKE受信機 20 1〜2 1 2が初期状態として状態 Aのように、相関器セット 1 0 1〜 1 0 8をプリアンブル信号の検出用に用い、相関器セット 1 0 9〜 1 1 2をメッセージ信号のパス検出用に用い、 R A K E受信機 2 0 9〜2 1 2をメッセ一ジ信号の復号に用いていたとする。ここで、復号器 2 0 0 において 4つの R A K E受信機 2 0 9〜2 1 2でしかメッセ一ジ信号の復号を行つていないのは、 4つの相関器セット 1 0 9〜 1 1 2から 4つ分のメッセ一ジ信号のパス情報しか送られないためである。

この状態で相関器セット 1 0 1〜 1 0 8を使用してプリアンブル信号の検出を行い、一定時間経過後に遅延量区間毎のプリアンブル信号検出頻度を求めてみたところ、グラフ G 1のような結果が得られたとする。グラフ G 1より、区間 A及び区間 Dのプリアンブル信号検出頻度が閾値 t h以下になっていることが分かるので、区間 A及び区間 Dを担当する相関器セットを一つずつ減らすことを行う。すなわち、第 4図の状態 Bで示すように区間 Aと区間 Dのプリアンブル信号の検. 出は、それぞれ、相関器セット 1 0 1と相関器セット 1 0 7のみで行うことにし、余った相関器セット 1 0 2と相関器セット 1 0 8はメッセージ信号のパス検出用に用いることにする。このようにすることにより、パス検出器 1 0 0においてメッセージ信号のパス検出用に使うことができる相関器セットを増やすことができるので、それに伴って復号器 2 0 0でメッセージ信号の復号のために稼動させることができる R AK E受信機も増やすことができる。

一方、区間 A及び区間 Dにおいて使用する相関器セット数が減ってしまうため、遅延プロファイル作成のためのサンプルレートが 1 Z 2 c h i pから 1 c h i pになってしまうという状態が生じるが、プリアンブル信号検出頻度からこの区間でプリァンブル信号が受信されることが少ないことが分かっており、その影響を受ける移動機の数は少ないといえる。また、これらの区間で移動機がプリアンブル信号を送信したとしても、基地局で全くプリアンブル信号を検出できないわけではなく、サンプルレートが低下したことにより正確な相関値のピーク値を求めることができないために検出確率が低下するという程度の問題である。さらに、 3GPP TS25.211で規定されている P RACHには、プリアンブル信号の再送制御及び再送時の送信電力制御のプロトコルが備わっているので、最悪でも、数回の再送をすれば基地局においてブリアンブル信号を検出できる。

次に状態 Bの相関器セットのレイァゥトでプリアンブル信号の検出を行い、各遅延量区間毎のプリァンブル信号検出頻度の算出によって、グラフ G2のようなプリアンブル信号検出頻度の分布が得られたとする。区間 A及び区間 Dのプリァンブル信号検出頻度が閾値 t h以上になっているので、これらの区間の相関器セットの数を元に戻し、遅延プロファイルのサンプルレートを 1 c h i pから 1/ 2 c h i pにする制御を行う。すなわち、メッセ一ジ信号のパス検出用に使用していた相関器セット 102と相関器セット 108を元の区間 A、区間 Dのブリアンブル信号の検出用に使用するように設定変更を行う。

このため、復号器 200においてメッセ一ジ信号の復号をしていた RAKE受信機 202及び RAKE受信機 208には、パス検出器 1 00よりパス情報が届かなくなるので、これらの RAKE受信機は元の未使用状態に戻る。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のようなシステムにおいても適用できる。

(1) I MT- 2000 (D S— CDMA方式）以外の移動通信システム。

( 2 ) 移動局側がランダムアクセスにおける受信側として動作するシステム。

(3) 加入者無線アクセスシステムや基地局制御ではない自律分散的なシステム

(4) CDMAでなくともパスダイバ一シチ受信を行うシステム。

( 5 ) 本発明の効果により余剰となった R A K E受信機を PRACHのメッセ一ジ信号ではなく、他のチャネル（音声やデータ用の個別チャネル）受信のために使用するシステム。 ( 6 ) 実施形態のようなランダムアクセスではなくとも、パスダイバーシチ受信機能を持ち、パス検出のための相関器数及びサンプルレ一トをパスの検出頻度によリ制御できるシステム。

■ また、前述の実施形態において示した相関器セット及び R A K E受信機の数、遅延量区間の幅やサンプルレートの値などは、システムや環境に応じてそれぞれ異なる値を採ってよい。

さらに、本発明の拡張として、遅延量の大きなところのプリアンブル信号を受信しやすくするため、相関器セットの制御においてプリアンブル信号検出頻度以外に遅延量の大きさを考慮してもよい。これは遅延量が大きい、すなわち基地局から遠いところにある移動機は近いところにある移動機に比べて、大きな電力でプリァンブル信号を送信しなければならないので、これら遠いところの移動機のプリァンブル信号を何回も再送させては他の移動機の信号への大きな干渉となるので、これを避けるためである。つまり、遅延量の多きいところはプリアンブル信号検出頻度が低くても単純に相関器セットの数を減らさずに、サンプルレートを下げないような制御を行う。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明によれば、プリアンブル信号が検出される頻度を算出し、その検出頻度によってプリアンブル信号検出に使用する相関器セットの数を適応的に変化させることにより、 R A K E受信機の稼働率を上げ、メッセ一ジ信号のスループットを向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1 . スペクトル拡散通信システムのパスダイバ一シチ受信装置において、プリアンブル信号の検出、又はメッセージ信号のパス検出を行う複数の相関器セットを有するパス検出器と、前記各相関器セットに対応して設けられ、前記パス検出器からのパス情報を用いて前記メッセージ信号を復号する複数の R A K E受信機を有する復号器と、これらを制御する制御部とを備え、

前記制御部は、前記パス検出器において一定時間内にプリアンブル信号が検出される頻度を算出し、前記検出頻度が低い遅延量区間では、前記プリアンブル信号検出に使用する相関器セットの数を減らして、相関値算出のサンプルレ一トを下げる制御を行う手段と、

前記減らした相関器セットをメッセージ信号又は他チャネル信号のパス検出に用いて、対応する前記 R A K E受信機でそのパス情報を用いて前記メッセージ信号又は他チャネル信号を復号するように設定する手段とを有することを特徴とするスぺクトル拡散通信システムのパスダイバ一シチ受信装置。

2 . 前記プリアンブル信号の検出頻度の算出を定期的に行い、前記サンプルレ ―トを下げた遅延量区間の前記プリアンブル信号検出頻度が上昇した場合は、前記ブリァンブル信号検出に使用する相関器セットの数を増やして前記サンプルレ —トを元に戻す制御を行うことを特徴とする請求の範囲 1記載のスぺクトル拡散

：ーシチ受信装置。

3 . 前記プリアンブル信号の検出頻度が低い遅延量区間において、遅延量が一定の値より大きい区間では、前記相関器セットの数を減らさずに、前記サンプルレートを下げない制御を行うことを特徴とする請求の範囲 1記載のスぺクトル拡散通信システムのパスダイバーシチ受信装置。

4 . 前記プリアンブル信号の検出頻度が低い遅延量区間において、遅延量が一定の値より大きい区間では、前記相関器セットの数を減らさずに、前記サンプルレートを下げない制御を行うことを特徴とする請求の範囲 2記載のスぺクトル拡散通信システムのパスダイバーシチ受信装置。

5 . プリアンブル信号の検出、又はメッセ一ジ信号のパス検出を行う複数の相関器セットを有するパス検出器と、前記各相関器セットに対応して設けられ、前記パス検出器からのパス情報を用いて前記メッセージ信号を復号する複数の R A K E受信機を有する復号器とを備えたスぺクトル拡散通信システムのパスダイバ—シチ受信装置において、

前記パス検出器において一定時間内にプリアンブル信号が検出される頻度を算出し、前記検出頻度が低い遅延量区間では、前記プリアンブル信号検出に使用する相関器セットの数を減らして、相関値算出のサンプルレートを下げ、

前記減らした相関器セットをメッセージ信号又は他チャネル信号のパス検出に用いて、対応する前記 R A K E受信機でそのパス情報を用いて前記メッセージ信号又は他チャネル信号を復号するように設定することを特徴とするスぺクトル拡散通信システムのパスダイバーシチ受信方法。

6 . 前記プリアンブル信号の検出頻度の算出を定期的に行い、前記サンプルレ ―トを下げた遅延量区間の前記プリアンブル信号検出頻度が上昇した場合は、前記プリァンブル信号検出に使用する相関器セットの数を増やして前記サンプルレ一トを元に戻す制御を行うことを特徴とする請求の範囲 5記載のスぺクトル拡散通信システムのパスダイバーシチ受信方法。

7 . 前記プリアンブル信号の検出頻度が低い遅延量区間において、遅延量が一定の値より大きい区間では、前記相関器セットの数を減らさずに、前記サンプルレ一トを下げない制御を行うことを特徴とする請求の範囲 5記載のスぺクトル拡散通信システムのパスダイバーシチ受信方法。

8 . 前記プリアンブル信号の検出頻度が低い遅延量区間において、遅延量が一定の値より大きい区間では、前記相関器セットの数を減らさずに、前記サンプルレートを下げない制御を行うことを特徴とする請求の範囲 6記載のスぺクトル拡散通信システムのパスダイバ一シチ受信方法。