(57)【要約】【課題】本発明は、ＣＤＭＡ受信機などのスペクトラム拡散受信機によって使用され得る、セルラ通信システム内のパスプロファイル計算のための方法に関する。  本発明の目的は、低いＳＮＲを有する弱い信号の検出が向上されるパスプロファイル計算の可能性を提供することである。【解決手段】  目的は、３つの方法を適用することによって達成される。１つの方法は、エネルギー合成の概念を適用し、すべてのタイムスロットの絶対値の２乗を加算する。  ２つの方法は、コヒーレントプロファイリングの概念を適用し、２つの連続したタイムスロットの複素振幅を加算し、ただし、一方の解決策はこの概念を少なくとも２つの隣接タイムスロットに適用し、他方の解決策は、重複を伴う少なくとも２つの隣接スロットに適用する。【選択図】      図２
2006135966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆拡散ベクトルｄｋと入力系列ベクトルｓｋのアダマール積
【数１】
2006135966.tif 000022
の値が求められ、アダマール積が、インデックスｉをもつ特定のアンテナについて、およびインデックスｊをもつ特定のタイムスロットについて、ｄｋおよびｓｋの要素を形成するインデックスｋをもつすべてのチップにわたって合計される
【数２】
2006135966.tif 000023
、セルラ通信システム内のパスプロファイル計算のための方法であって、この合計の絶対値の２乗が、すべてのアンテナおよびすべてのタイムスロットにわたって合計される
【数３】
2006135966.tif 000024
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
すべてのタイムスロットにわたって合計するために、インデックスｊをもつ第１のタイムスロットの合計
【数４】
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が、インデックスｊ＋１をもつ第２の連続したタイムスロットの少なくとも１つの対応する第２の合計
【数５】
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に加算され、結果として生じる値の２乗がすべてのアンテナおよびすべてのタイムスロットにわたって合計されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
すべてのタイムスロットにわたって合計するために、インデックスｊをもつ第１のタイムスロットの合計が、インデックスｊ＋１をもつ、厳密に１つの第２の連続したタイムスロットの合計に加算される
【数６】
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ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
すべてのタイムスロットにわたる合計が、ｊのすべての整数値について実施されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
すべてのタイムスロットにわたる合計が、ｊの奇数の整数値についてだけ実施されることを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも４つのアンテナにわたる合計が実施されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項７】
ＷＣＤＭＡ信号のパスプロファイルが計算されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項８】
コンピュータ上で実施されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項９】
基地局および／または加入者局を操作するための方法であって、基地局および／または加入者局が、基地局と加入者局の間のドップラー周波数オフセットおよび／または周波数オフセットを推定し、推定されたオフセットが事前定義された閾値より大きい場合は、請求項１に記載の方法が実施され、推定されたオフセットが事前定義された閾値より小さい場合は、請求項２に記載の方法が実施されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されているときに請求項８に記載の方法を実施するためのソフトウェアコード部分を備える、デジタルコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラム製品。
【請求項１１】
記憶装置上にあり、またはコンピュータネットワークを介して電子信号を用いて送信される請求項１０に記載のコンピュータプログラム製品。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれかに記載の方法を適用することによってパスプロファイルを計算するように構成されるスペクトラム拡散受信機。
【請求項１３】
ＣＤＭＡ受信機であるように構成される請求項１２に記載のスペクトラム拡散受信機。
【請求項１４】
レイク受信機であるように構成される請求項１３に記載のスペクトラム拡散受信機。
【請求項１５】
請求項１２から１４の一項に記載のスペクトラム拡散受信機、または請求項１０または１１に記載のコンピュータプログラム製品を備え、あるいは請求項９に記載の方法を実施するように構成される、セルラ通信システム用の基地局および／または加入者局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立クレームのプリアンブルによる無線デジタル通信の分野に関する。詳細には、それは、ＵＭＴＳシステム（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：ユニバーサル移動通信システム）によるデジタル情報の無線送信および受信の分野に関する。より詳細には、本発明は、セルラ通信システム用のＣＤＭＡ受信機、ならびに前記ＣＤＭＡ受信機を備える基地局または加入者局（移動局）に関する。ＣＤＭＡ受信機は、コンピュータソフトウェアとして実装され得るパスプロファイル計算のための方法を適用する。
【背景技術】
【０００２】
セルラ通信システムはよく知られている。こうしたセルラ通信システムは、所与の地理的領域を共にカバーする複数のセルすなわち無線ゾーンを備える。このセルは、基地局を含み、制御通信チャネルを介して、システム内に含まれる移動通信装置との通信リンクを確立し維持し、また確立された通信リンクを介して移動通信装置と通信する。
【０００３】
あるタイプのセルラ通信システムは、いわゆる直接系列ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：符号分割多重アクセス）スペクトラム拡散システムである。こうしたＣＤＭＡスペクトラム拡散システムでは、移動通信装置は、送信機に加えて、受信された信号の信号対雑音比を向上させるためにその受信されたマルチパススペクトラム拡散信号の成分を分解し、分解された成分をダイバーシチ合成するための複数のレイク（ＲＡＫＥ）フィンガーをもつ一般にレイク受信機と呼ばれるＣＤＭＡ受信機を含む。スペクトラム拡散信号は、拡散系列を使用することによって周波数帯全体にデータ信号を拡散する送信機から受信される。こうした系列内の要素は、いわゆるチップである。
【０００４】
ＣＤＭＡおよびＷＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：広帯域符号分割多重アクセス）受信では、特定の基準点に関して、たとえば選択された観察ウィンドウの開始に関してそれぞれの入りパスの遅延を推定することが必要である。これを行うために、パスプロファイルが計算される。図１に、こうしたパスプロファイルが示されている。受信機は、オーバーサンプリングされたチップグリッドの遅延に対して任意の単位でプロットされた振幅をもつ信号を検出する。図１で、チップグリッドは、選択された基準点に関して４回オーバーサンプリングされている。水平の線は、ノイズフロアを表している。信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）が十分な場合、遅延を有する信号が検出される。この場合、パスプロファイルの対応するそのピークは、図１の場合のように十分に顕著である。この実施例の無線チャネルは、マルチパス［Ｒ１］伝搬のために、複数回の分解可能な遅延を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、低いＳＮＲを有する弱い信号の検出が向上される、パスプロファイル計算のための方法を提供することである。
【０００６】
別の目的は、低いＳＮＲを有する弱い信号の検出を可能にするＣＤＭＡ受信機および基地局を提供することである。さらに別の目的は、上記方法の実装として、コンピュータプログラム製品を提供することである。
【０００７】
本発明によれば、上記の目的は、独立クレームの特徴によって達成される。さらなる実施形態は、従属クレームの特徴によって示される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に関する限り、上記目的を達成するための第１の解決策は、本開示のために、エネルギー合成（ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）と呼ばれる。この手法では、パイロットパターン補償を既に含む長さＫの逆拡散ベクトルｄｋは、単一のタイムスロット内のＰパイロットシンボルの長さにわたって、長さＫの入力系列ベクトルｓｋと相関する。ＰおよびＫは整数である。換言すると、ｄｋとｓｋのアダマール積
【数７】
2006135966.tif 000003
は、特定のアンテナｉおよび特定のタイムスロットｊについて、ｄｋおよびｓｋの要素を形成するインデックスｋをもつ（オーバーサンプリングされた）すべてのチップにわたって合計される。
【数８】
2006135966.tif 000004
【０００９】
インデックスｉは、合計ｉ個のアンテナのうちのアンテナを指す。インデックスｉ、ｊおよびｋは整数である。通常どおり、入力系列ベクトルｓは、それぞれのアンテナｉについて、アナログ／デジタル変換器の出力でのベースバンドのデジタル信号を表す。
【００１０】
次に、すべてのアンテナｉ、および特定の観察ウィンドウのすべてのスロットｊにわたって、結果の絶対値の２乗が合計される。これを行うことは、すべてのアンテナｉ、および前記観察ウィンドウのすべてのスロットｊにわたって非コヒーレントな平均化を実施することを意味する。これは、探索されるすべての異なる遅延値について繰り返される。合計で、
【数９】
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が計算される。
【００１１】
このエネルギー合成の手法は、２つの連続したタイムスロットｊとｊ＋１の間の量
【数１０】
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の位相角度の変更が任意であり得るという利点を有する。実際に、これは、基地局に対する移動局の速度が任意であり得ることを意味する。
【００１２】
スロットｊにわたる合計が修正される場合、上記のエネルギー合成の手法に比べて、低いＳＮＲを有する信号がよりよく検出され得る。エネルギー合成の手法では、スロットｊにわたる合計は、実数
【数１１】
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にわたる合計であり、ただし、量
【数１２】
2006135966.tif 000008
は複素数である。しかし、その量のうちの少なくとも２つを加算し、したがって複素数を加算し、次いですべてのアンテナｉについて絶対数の２乗を計算することが可能である。その場合、その量は、インデックスｊ、ｊ＋１、ｊ＋２…をもつ連続した少なくとも２つのタイムスロットから生じるように選択される。厳密に２つの連続したタイムスロットからの複素量が合計される場合、
【数１３】
2006135966.tif 000009
が計算される。
【００１３】
換言すると、すべてのスロットにわたる合計は、インデックスｊをもつ第１のタイムスロットの合計
【数１４】
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が、
インデックスｊ＋１をもつ第２の連続したスロットの少なくとも１つの対応する第２の合計
【数１５】
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に加算され、また結果として生じる値の２乗が、インデックスｉをもつすべてのアンテナ、およびすべてのスロットにわたって合計されるように実施される。
【００１４】
この第２の解決策は、２つの連続したタイムスロット間の量
【数１６】
2006135966.tif 000012
の位相角度が９０°を超えない場合に可能である。これは、４５０Ｈｚの送信機と受信機の間の総周波数オフセットに対応し、このオフセットは、ドップラーオフセット（受信機が送信機に対して特定の速度を有する場合に関連する）、および発振器周波数オフセットを含む。４５０Ｈｚは、ほとんどすべての状況について十分である。
【００１５】
この第２の解決策を用いてさらに高いオフセットが対処され得るように、パスプロファイルを計算するときに、連続したスロット間の測定された周波数オフセットを補償することも可能である。
【００１６】
複数のスロットにわたるこの新しい合計は、複数のやり方で行われ得る。合計するときに、インデックスｊは、１、２、３、４、５…であるように選択され得る。この場合、ｊのすべての整数値にわたる合計が実施され、また複数のスロットにわたる合計は、スロット１＋２、２＋３、３＋４、４＋５などについて量
【数１７】
2006135966.tif 000013
を加算する。換言すると、その量は、重複を伴って合計される。
【００１７】
上記で示したように、３つ以上の連続したタイムスロットの複素量が加算され得る。一例として、３つのタイムスロットの複素値も同様に加算され得る。この場合、量
【数１８】
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は、スロット１＋２＋３、２＋３＋４、３＋４＋５などについて、１つのタイムスロットではなく、増加された２つのタイムスロットの重複を伴って合計される。このように２つではなく３つのスロットが合計される場合、総周波数オフセットは、
【数１９】
2006135966.tif 000015
にすぎない。感度は高まり、ＳＮＲはさらに向上する。
【００１８】
すべてのスロットにわたって合計する場合の別の可能性は、ｊの奇数値についてだけ合計が実施されることである。この第３の解決策では、量は、スロット１＋２、３＋４、４＋５などについて、したがって重複なしに合計される。計算の負担は、わずかに軽減される。
【００１９】
３つのすべての解決策はパスプロファイルの良好なＳＮＲを示しており、ただし、第２および第３の解決策のパスプロファイルのＳＮＲは、第１の解決策のＳＮＲよりさらに良好である。ＳＮＲの向上は、入りパスの検出の向上を可能にする。さもなければ検出不可能であるさらに弱いパスが検出されることもできる。さらに、ＳＮＲの向上に起因して追加のパスを検出することによって、時間ダイバーシチも得られ得る。これは、低い空間ダイバーシチを伴う線形アレイを使用する場合に特に有用である。
【００２０】
スペクトラム拡散受信機、好ましくはＣＤＭＡ受信機、また具体的にはレイク受信機、すなわちレイクライクなフィンガー処理構造をもつ受信機は、パスプロファイルを計算するために上記方法を使用するように構成され得る。（質問：「スペクトラム拡散受信機」は、ＣＤＭＡ受信機が該当する有用な一般化であるか？）この場合、本発明による方法によりパスプロファイルＳＮＲが向上されると、検出されるパスの数、したがって可能なレイクフィンガーの数が増加する。これは、レイクフィンガー合成器の出力で測定されるＳＮＲ、したがってエアインターフェース、たとえばＵＭＴＳシステム内のＵＴＲＡＮインターフェースの容量を増加させる。ＣＤＭＡ受信機は、具体的にはそれがレイク受信機である場合、ＵＭＴＳシステムなどのセルラ通信システム用の基地局または加入者局の一部であり得る。
【００２１】
この方法は、ＷＣＤＭＡ信号のパスプロファイルが計算される場合に特に有用である。
【００２２】
それは、スペクトラム拡散受信機がパスプロファイルの計算のために、本発明による第１の解決策を、第２および／または第３の解決策に加えて使用するように構成される場合に特に有用である。上述したように、第２の解決策は、２つの連続したタイムスロット間の量
【数２０】
2006135966.tif 000016
の位相変更が、４５０Ｈｚの総周波数オフセットに対応する９０°を超えない場合に可能である。これは、第３の解決策にも当てはまる。スペクトラム拡散受信機が速度推定（ドップラー周波数推定）および周波数オフセット推定を実施することができる場合、総周波数オフセットが推定され得る。総オフセットが４５０Ｈｚを超える場合、第１の解決策が使用されるべきであり、さもなければ、ＳＮＲの向上を伴う第２または第３の解決策が好ましい。したがって、上記推定は、２つの操作モード間で切り換えるために使用され得る。代替方法では、周波数オフセットは、パスプロファイルを計算するときに補償される。
【００２３】
パスプロファイルの計算は、２つのアンテナにわたる合計であり得る。しかし、この解決策は、セクタごとに４つ以上のアンテナにわたる合計が実施されるときに特に有用である。その理由は、この場合には受信信号のレベルがパワー制御によって下げられるからである。これは、パスプロファイルのピークの顕著さが劣るさらに悪いＳＮＲ、したがって入りパスの検出におけるさらに大きい問題をもたらす。
【００２４】
上述したように、スペクトラム拡散受信機は、パスプロファイル計算のために上記方法を使用するように構成され得る。そのために、受信機は、パスプロファイル計算の機能を提供するＦＰＧＡ、ＡＳＩＣまたはＥＰＲＯＭ、デジタル信号プロセッサのようなハードウェアロジックを含む。このハードウェアロジックは、コンピュータなどの他の装置からダウンロードされ得るファームウェアを含み得る。このファームウェアはコンピュータプログラム製品であり、このコンピュータプログラム製品は、デジタルコンピュータの内部メモリ内に、またはＦＰＧＡ、ＥＰＲＯＭなどの計算エンティティ内に直接にダウンロード可能であり、あるいは前記製品がコンピュータまたは計算エンティティ上で実行されるときに上記方法を実施するためのソフトウェアコード部分を備える。コンピュータプログラム製品は、ハードディスク、ＣＤまたはＤＶＤなどの記憶媒体内に保存されることができ、あるいはインターネットなどのコンピュータネットワークを介して電子搬送波信号を用いて送信され得る。
【００２５】
本発明のこうしたおよび他の態様は、以下で述べる諸実施形態から明らかになり、またそれを参照して解明される。参照符号の使用は、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきでないことに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１に、本発明による第１の解決策に従って計算されたパスプロファイルを示す。Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ  Ｂ伝搬チャネルを使用した単一の１２．２ｋｂｐｓリンクが計算される。ＣＤＭＡ受信機は、４つのアンテナを有していた。拡散係数は２５６であり、パイロットの数は６であり、１５のスロットがあった。タイムスロットは、２５６のＤＰＣＣＨ拡散係数、および受信機でのダブルチップレートサンプリングを伴う２５６０個のチップで構成されている。この２５６０チップの６０％は、インデックスｋを用いた合計のために使用され、ダブルチップレートでの
【数２１】
2006135966.tif 000017
のサンプルを意味している。Ｔｃｈｉｐが第１のチップから第２のチップまでの継続時間を示すならば、Ｔｃｈｉｐ／２グリッド内の１９２の値が使用され、またＴｃｈｉｐ／４グリッドに補間されている。１９２個のすべてのタップについて、値
【数２２】
2006135966.tif 000018
が計算される。遅延に対して３８３個の値がプロットされている。垂直の破線は、Ｐｅｄｅｓｔｒｉａｎ  Ｂ伝搬チャネルの実際の入りパスを表している。
【００２７】
図２に、本発明による第２の方法を用いて計算される場合の、図１に関する同一のパラメータについてのパスプロファイルを示す。２つの連続したタイムスロットの値は、
【数２３】
2006135966.tif 000019
の複素値が合計されるように、重複なしに合計されている。
【数２４】
2006135966.tif 000020
【００２８】
この手法は、隣接スロットのコヒーレント合成と呼ばれ得る。
【００２９】
第１の方法を用いて得られる対応する値が、プロットに加算される。見て分かるように、ピークはこの時点では、ＳＮＲが向上されるようにさらに顕著になっている。
【００３０】
図３に、本発明による第３の方法を用いて計算される場合の、図１に関する同一のパラメータについてのパスプロファイルを示す。２つの連続したタイムスロットの値は、重複を伴って合計されている。換言すると、タイムスロット１＋２、２＋３、３＋４などの値が、以下のように加算されている。
【数２５】
2006135966.tif 000021
【００３１】
Ｎ＝１５／２９の追加の正規化係数が、ノイズフロアを一定に保つために使用されている。この第３の解決策は、第２の解決策に比べてほぼ２倍の計算の複雑さを有するが、計算エンティティ、たとえばＦＰＧＡ、ＥＰＲＯＭなどで容易に実装され得る。
【００３２】
図４は、上記の諸方法を実施する通信システムを非常に概略的に示している。基地局１は、アンテナアレイ３を用いて加入者局２の対応するアンテナアレイ３’に信号を送信することによって加入者局２と通信する。両方の装置は、ＩＥＥＥ８０２．１６規格に従って１１ＧＨｚ未満の周波数で動作するＵＭＴＳ装置である。基地局１および加入者局２はそれぞれ、スペクトラム拡散受信機４、４’を備える。
【００３３】
基地局１および／または加入者局２は、基地局１と加入者局２の間のドップラー周波数オフセットおよび／または周波数オフセットを推定する。スペクトラム拡散受信機４、４’は、推定されたオフセットが事前定義された閾値より大きい場合は、第１の解決策に従って非コヒーレントな平均化を実施する。推定されたオフセットが事前定義された閾値より小さい場合は、第２の解決策または第３の解決策によるコヒーレントな平均化が実施される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の解決策で計算される場合のパスプロファイルを示す図である。
【図２】第２の解決策で計算される場合のパスプロファイルを示す図である。
【図３】第３の解決策で計算される場合のパスプロファイルを示す図である。
【図４】本発明による方法を実施するためのロジックを含む通信システムの略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  基地局
２  加入者局
３、３’  アンテナアレイ
４、４’  スペクトラム拡散受信機
【図１】
2006135966.tif 000028
【図２】
2006135966.tif 000029
【図３】
2006135966.tif 000030
【図４】
2006135966.tif 000031
【外国語明細書】
2006135966.tif 000032
2006135966.tif 000033
2006135966.tif 000034
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2006135966.tif 000040
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