(57)【要約】基地局に関する無線通信装置の速度に基づいて通信受信機を調整する方法と装置が提供される。受信機は、WCD速度に基づいて基地局と無線通信装置(WCD)の間で送信される通信信号の周波数シフトを推定することによって調整される。この推定値を使用して、通信信号の周波数シフトを説明するように調整が通信受信機になされる。受信機への調整は、WCDが基地局に関して移動するとき、WCDにより、およびWCDから受信された信号の周波数における変化を説明するように周波数および時間追跡ループを調整することを含む。受信機はWCDに、またはネットワークインフラストラクチャに、或いは両方に位置するかもしれない。
2005538664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線のネットワークインフラストラクチャと関連して無線通信装置の速度を決定し、
無線通信装置の決定された速度は基づいて、通信受信機の動作に対して1つ以上の調整を決定することを含む、通信受信機を調整する方法。
【請求項２】
無線通信装置の速度を決定し、通信受信機に対して調整を決定することが無線通信装置で実行される請求項 1で定義された方法。
【請求項３】
無線通信装置の速度を決定し、通信受信機に対して調整を決定することが無線のネットワークインフラストラクチャで実行される請求項 1で定義された方法。
【請求項４】
無線通信装置の速度を決定することが無線通信装置で実行され、通信受信機に対する調整を決定することが無線のネットワークインフラストラクチャで実行される、請求項 1で定義された方法。
【請求項５】
無線通信装置の速度を決定することが無線のネットワークインフラストラクチャで実行され、通信受信機に対する調整の決定が無線通信装置で実行される、
請求項 1で定義された方法。
【請求項６】
無線通信装置の速度に基づいて周波数シフトを推定することをさらに含む請求項 1で定義された方法。
【請求項７】
周波数シフトを推定することが無線通信装置で実行される請求項 6で定義された方法。
【請求項８】
周波数シフトを推定することが無線のネットワークインフラストラクチャで実行される請求項 6で定義された方法。
【請求項９】
決定された調整に応じて通信受信機を調整することをさらに含む請求項 1で定義された方法。
【請求項１０】
通信受信機を調整することが無線通信装置で実行される請求項 9で定義された方法。
【請求項１１】
通信受信機を調整することが無線のネットワークインフラストラクチャで実行される請求項 9で定義された方法。
【請求項１２】
通信受信機に対する決定された調整が周波数追跡ループに対する調整をさらに含む請求項 1で定義された方法。
【請求項１３】
周波数追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのための初期周波数誤差を推定することをさらに含む請求項 12で定義された方法。
【請求項１４】
周波数追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのための周波数誤差を推定することをさらに含む請求項 12で定義された方法。
【請求項１５】
通信受信機に対する決定された調整が時間追跡ループを調整することをさらに含む請求項 1で定義された方法。
【請求項１６】
時間追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのためのループフィルタ係数を推定することをさらに含む請求項 15で定義された方法。
【請求項１７】
時間追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて受信信号のタイミングにおけるドリフトを推定することをさらに含む請求項 15で定義された方法。
【請求項１８】
速度を決定することが全地球側位システム受信機からの速度情報を受信することをさらに含む請求項 1で定義された方法。
【請求項１９】
速度を決定することが、無線通信装置の少なくとも2つの位置測定値を受信することをさらに含み、測定値は異なる、知られた時間に作られ、無線通信装置の速度の決定が少なくとも2つの位置測定値およびそれらのそれぞれの測定時間に基づいている請求項 1で定義された方法。
【請求項２０】
無線のネットワークインフラストラクチャが基地局をさらに含む請求項 1で定義された方法。
【請求項２１】
無線のネットワークインフラストラクチャと関連して、無線通信装置の速度に基づく通信受信機の動作に対する1つ以上の調整を決定し、
決定された調整に応じて通信受信機を調整することを含む、通信受信機を調整する方法。
【請求項２２】
無線通信装置の速度が無線通信装置で決定される請求項 21で定義された方法。
【請求項２３】
無線通信装置の速度が無線のネットワークインフラストラクチャで決定される請求項 21で定義された方法。
【請求項２４】
無線通信装置の速度を決定することが、全地球側位システム受信機から受信された速度情報に基づくことをさらに含む請求項 21で定義された方法。
【請求項２５】
無線通信装置の速度を決定することが、無線通信装置の少なくとも2つの位置測定値に基づくことをさらに含み、測定値が異なる、知られた時間に作られ、無線通信装置の速度を決定することが少なくとも2つの位置測定値およびそれらのそれぞれの測定時間に基づいている請求項 21で定義された方法。
【請求項２６】
無線通信装置の速度に基づいて、無線のネットワークインフラストラクチャと無線通信装置の間で伝送される通信信号の周波数シフトを推定することをさらに含む請求項 21で定義された方法。
【請求項２７】
周波数シフトを推定することが無線通信装置で実行される請求項 26で定義された方法。
【請求項２８】
周波数シフトを推定することが無線のネットワークインフラストラクチャで実行される請求項 26で定義された方法。
【請求項２９】
基地局から通信信号を受信するように構成された受信機と、
無線通信装置の速度を受信し、受信機に対してなされるべき調整を決定するように構成されたコントローラとを含む無線通信装置。
【請求項３０】
速度に基づいて受信された通信信号の周波数を推定することをさらに含む請求項 29で定義された無線通信装置。
【請求項３１】
決定された調整に応じて受信機を調整することをさらに含む請求項 29で定義された無線通信装置。
【請求項３２】
通信受信機に対してなされるべき決定された調整が、周波数追跡ループを調整することを含む請求項 29で定義された無線通信装置。
【請求項３３】
周波数追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのための初期周波数誤差を推定することを含む、請求項 32で定義された無線通信装置。
【請求項３４】
周波数追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのための周波数誤差を推定することを含む、請求項32で定義された無線通信装置。
【請求項３５】
通信受信機に対してなされるべき決定された調整が、時間追跡ループを調整することを含む請求項 29で定義された無線通信装置。
【請求項３６】
時間追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのためのループフィルタ係数を推定することを含む請求項 35で定義された無線通信装置。
【請求項３７】
時間追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて受信された信号のタイミングにおけるドリフトを推定することを含む請求項 35で定義された無線通信装置。
【請求項３８】
少なくとも１つの無線通信装置から通信信号を受信するように構成された受信機と、
無線通信装置の速度を受信し、受信機に対してなされるべき調整を決定するように構成されたコントローラとを含む、無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項３９】
速度に基づいて受信された通信信号の周波数を推定することをさらに含む請求項 38で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項４０】
決定された調整に応じて受信機を調整することをさらに含む請求項 38で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項４１】
通信受信機に対してなされるべき決定された調整が周波数追跡ループを調整することを含む、請求項 38で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項４２】
周波数追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのための初期周波数誤差を推定することを含む、請求項 41で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項４３】
周波数追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのための周波数誤差を推定することを含む、請求項 41で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項４４】
通信受信機になされるべき決定された調整が時間追跡ループを調整することを含む、請求項 38で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項４５】
時間追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて追跡ループのためのループフィルタ係数を推定することを含む、請求項 44で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項４６】
時間追跡ループを調整することが、無線通信装置の速度に基づいて受信された信号のタイミングにおけるドリフトを推定することを含む、請求項 44で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【請求項４７】
ネットワークインフラストラクチャがさらに基地局を含む、請求項 38で定義された無線のネットワークインフラストラクチャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、2002年9月5日に申請されたU.S.仮出願No.60/408,608および2002年12月20日に申請されたU.S．仮出願No.60/435,005に優先権を請求する。
発明の分野
発明は無線通信に関連する。特に、発明は無線通信システムにおける周波数追跡と時間追跡に関連する。
【背景技術】
【０００２】
限られた周波数スペクトルで多くのユーザを便利にするさまざまな技術を使用して、無線チャンネル上の通信を達成することができる。一般的に多重アクセス技術と呼ばれるこれらの技術は、時分割多重アクセス(TDMA)、周波数分割多重アクセス(FDMA)、および符号分割多重アクセス(CDMA)を含んでいる。
【０００３】
CDMAはTDMAおよびFDMAなどの無線通信システムで使用される他の変調の技術より多くの利点を示す。例えば、CDMAは周波数スペクトルが複数回再利用されることを可能にするので、システムユーザ容量の増加を可能にする。さらに、CDMA技術の使用は、マルチパスの悪影響、例えばフェージングの緩和により地上チャンネルの特別な問題が克服されることを可能にし、一方また、それの利点を利用している。
【０００４】
CDMAと他の無線通信技術において、周波数追跡と時間追跡ループはしばしばモニターに使用され、受信された信号の周波数とタイミングを調整する。例えば、周波数変化、または誤差が無線通信装置(WCD)と基地局の間で伝送される搬送波信号にしばしば存在している。通常周波数追跡ループは周波数変化をモニターするのに使用され、周波数感応成分が応じて調整される。さらに、周波数変化は、WCDと基地局にタイミング基準を維持するために使用されたタイミング追跡ループに悪影響を与えることがある。
【０００５】
無線通信の周波数変化への主要な寄与はドップラー効果である。ドップラー効果は送信機と受信機の間の相対的な速度のため受信された信号の周波数における変化について説明する。したがって、WCDが可動であって、基地局と関連して移動すると、WCDと基地局の間で伝送される信号の周波数が変化するであろう。例えば、WCDが基地局から遠くに移動しているならば、WCDから基地局へ送信される信号は低い周波数、即ち、送信された元の信号より長い波長を持っているだろう。同様に、WCDが基地局に近づくように移動しているならば、WCDから基地局へ送信される信号は高い周波数、即ち、送信された元の信号より短い波長を持っているだろう。基地局から移動しているWCDへ送信される信号は同じ周波数変化を受ける。WCDが車、即ち高速輸送システムでしばしば使用されるので、ドップラー効果、即ちドップラーシフトのための修正は、強健で有効な無線通信システムを維持することにおいて重要な要素である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、無線通信システムにおいてWCDと基地局の周波数追跡および時間追跡ループの改良された性能を提供することは、技術において必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基地局などの無線のネットワークインフラストラクチャと関連して、無線通信装置(WCD)の速度に応じて無線通信システムの通信受信機を調整するための方法と装置を提供する。発明の態様はWCDの速度を決定し、速度に基づいて通信受信機になされるべき所望の組の調整を決定することを含む。発明によると、調整されるべき通信受信機は通信システムの様々な位置に置かれることができる。例えば、WCDの受信機が調整されることができ、または無線のネットワークインフラストラクチャ(ネットワーク)の様々なノードの受信機が調整されることができる。WCDの速度を決定すること、および受信機の動作に対して1つ以上の調整を決定することは、ネットワークの中、WCDまたはその任意の組み合わせの様々な位置で実行することができる。
【０００８】
例えば、一実施例では、WCDはその速度を決定し、速度に基づいて通信受信機になされるべき必要な調整を決定する。第２の実施例では、ネットワークはWCDの速度を決定し、WCDの速度に基づいて通信受信機になされるべき必要な調整を決定する。第３の実施例では、WCDはその速度を決定し、それをネットワークに送信する。そして、ネットワークはWCDの速度に基づいて通信受信機になされるべき必要な調整を決定する。第４の実施例では、ネットワークはWCDの速度を決定し、それをWCDに送信する。そして、WCDは速度に基づいて通信受信機になされるべき必要な調整を決定する。
【０００９】
WCDまたは無線のネットワークインフラストラクチャのどちらかで、必要な調整が通信受信機を調整するために使用されることができる。例えば、通信受信機になされるべき必要な調整がWCDで決定されるなら、WCDはその受信機を調整するために必要な調整を使用することができ、または必要な調整がネットワーク受信機で使用のためにあることができるので、必要な調整はネットワークに送信され、ネットワークにおける受信機は調整される。同様に、通信受信機になされるべき必要な調整がネットワークで決定されるならば、ネットワークがその受信機を調整するために必要な調整を使用することができ、または必要な調整がWCDの受信機で使用のためにあることができるので、調整はWCDに送信され、受信機が調整される。
【００１０】
受信機に対する調整は、例えば、WCDが無線のネットワークインフラストラクチャに関して移動するとき、WCDにより、およびWCDから受信された信号の周波数における見かけの変化を説明するために周波数および時間追跡ループを調整する。
本発明の他の特徴および利点は、発明の原理を例として示す好ましい実施例の以下の記述から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明によると、通信が行われている無線通信装置(WCD)の速度に応じて通信受信機を調整する周波数追跡の技術が説明される。WCDの速度に基づいて、通信受信機への必要な調整が決定される。
無線通信システムの装置は他のシステム装置から信号を受信するための受信機ユニットを含んでいる。例えば、両方の移動体WCDおよび基地局などのネットワークインフラストラクチャが受信機を含んでいる。発明によると、調整されるべき受信機は通信システムの様々な位置に置かれることができる。例えば、WCDの受信機を調整することができるか、または無線のネットワークインフラストラクチャ(ネットワーク)の様々なノードの受信機を調整することができる。WCDの速度を決定すること、および受信機の動作の1つ以上の調整を決定することが、ネットワークの中の様々な位置、WCDまたはそれらの任意の組み合わせで、実行することができる。
【００１２】
例えば、一実施例では、WCDはその速度を決定して、速度に基づいて通信受信機になされるべき必要な調整を決定する。第２の実施例では、ネットワークはWCDの速度を決定して、WCDの速度に基づいて通信受信機になされるべき必要な調整を決定する。
【００１３】
第３の実施例では、WCDはその速度を決定して、それをネットワークに送信する。そして、ネットワークはWCDの速度に基づいて通信受信機になされるべき必要な調整を決定する。第４の実施例では、ネットワークはWCDの速度を決定して、それをWCDに送信する。そして、WCDは速度に基づいて通信受信機になされるべき必要な調整を決定する。
【００１４】
WCDか無線ネットワークインフラストラクチャのどちらかで通信受信機に調整を行うために、必要な調整を使用することができる。例えば、通信受信機になされるべき必要な調整がWCDで決定されるならば、WCDがその受信機を調整するのに必要な調整を使用することができるか、または必要な調整がネットワークに送信されかつネットワークにおける受信機が調整されるので、必要な調整はネットワークにおける受信機で使用のためにあることができる。同様に、通信受信機になされるべき必要な調整がネットワークで決定されるなら、ネットワークがその受信機を調整するのに必要な調整を使用することができるか、調整がWCDに送信されかつその受信機が調整されるので、必要な調整はWCDの受信機において使用のためにあることができる。
【００１５】
例えば、WCDが無線のネットワークインフラストラクチャに関して移動するとき、WCDによりおよびWCDから受信された信号の周波数における見かけの変化を説明するため、受信機への調整は周波数追跡ループ(FTL)、時間追跡ループ(TTL) の両方を調整することを含むことができる。
【００１６】
WCDの速度を決定することは多くの異なった方法で実行することができる。例えば、WCD速度の指示は全地球側位システム(GPS)受信機などのナビゲーション受信機、または他のタイプのナビゲーション受信機から受信されるかもしれない。さらに、WCDの速度は異なる、知られた時間に作られたWCDの位置の少なくとも2つの測定値から決定することができる。速度はWCD位置測定値とそれらのそれぞれの測定時間から決定することができる。位置の測定値は完全な位置の解または位置の解を計算するのに使用される測定値であることができる。例えば、WCDはGPS衛星からの擬似範囲測定値を作り、ネットワークでGPS受信機から集められた擬似範囲測定値およびGPS情報が位置を決定するために結合されて、WCDの速度が決定される無線のネットワークインフラストラクチャに、擬似範囲測定値および測定時間を移送するかもしれない。別の例では、ネットワークインフラストラクチャはWCDからの受信された信号で測定値を作り、異なる時間にWCDの位置測定値を決定することができる。ネットワークインフラストラクチャは、WCDの速度を決定することができ、ネットワークは速度が決定されたWCDに対して位置測定値およびそれぞれの時間を送信することができる。
【００１７】
以下の記述では、発明の様々な態様はCDMAに基づく無線通信システムによって説明される。また、発明の態様は他の通信技術と関連して使用されるかもしれない。
図1は本発明に従って作動する無線通信システム101の一部を示すブロックダイアグラムである。無線通信システムは多数の基地局102、および多数のWCD104がある無線のネットワークインフラストラクチャを含んでいる。また、無線のネットワークインフラストラクチャは基地局コントローラ106、移動切り換えセンター108、および同様のものなどの他の構成要素を含んでいる。基地局102からWCDへ送信される信号132は順方向リンクと呼ばれる。WCDから基地局へ送信される信号134は逆方向リンクと呼ばれる。図1に示されるように、順方向リンクと逆方向リンクの両方が基地局102とWCDの間の異なるマルチパスを伝達することができる。図1で示されるように、順方向および逆方向リンク信号は障害150で反射され、受信された信号の多数のインスタンスをもたらすかもしれない。この状態は一般に“マルチパス”信号と呼ばれる。マルチパス環境における動作を収容するためにさらに以下で議論するように、CDMAシステムの基地局およびWCDの両方がレーキ受信機を使用し、それはレーキ“フィンガー” を使用して信号を処理し、レーキの各フィンガーは個々の信号に割当てられる。レーキ受信機のフィンガーは同じ信号の異なったインスタンス、または異なった基地局から受信された異なった信号に割当てられる。
【００１８】
WCD104の例はセルラ電話、衛星電話を含み、無線通信はパーソナルコンピュータ、携帯情報端末(PDA)、および他の無線装置を可能にする。無線通信システム101は1つ以上のCDMA規格をサポートするように設計されるかもしれない。例えば、規格はTIA/EIA-95-B(IS-95)、TIA/EIA-98-C(IS-98)、第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）、第3世代パートナーシッププロジェクト２(3GPP2)、cdma2000、広帯域CDMA(WCDMA)、および他のものを含むかもしれない。
【００１９】
発明によると、無線通信システムにおける移動体WCDまたは移動端末の速度(velocity)、スピード（speed）に関する知識は、WCDの受信機、または無線のネットワークインフラストラクチャにおける受信機、或いは両方の周波数追跡および時間追跡ループの性能を向上させるのに利用される。例えば、発明に従って作動する通信システムでは、近くの基地局に関する移動端末の速度に関する知識は、移動端末と基地局で受信される信号の名目上の周波数オフセットをよりよく推定するために使用することができる。基地局に関する移動端末の速度に関する知識は、また時間追跡ループにおける使用のためにループフィルタ係数の改良された値を選択するのに使用することができる。
【００２０】
移動体WCDを使用する無線通信システムでは、基地局に関するWCDの速度、即ちスピードおよび方向はドップラーシフトのため受信される信号の見かけの周波数における変化をもたらす。図2は図1で示される無線通信システム101の一部の追加詳細を示すブロックダイアグラムである。図2はさらに基地局102とWCD 104を示す。基地局102に含まれているのは、送信機212と、受信機214と、セルサイトモデム(CSM)216と、セルサイトモデムローカル発振器(CSM LO)218と、コントローラ220とである。WCD 104は受信機222と、送信機224と、移動局モデム(MSM)226と、移動局モデムローカル発振器(MSM LO)226と、コントローラ228とを含んでいる。
【００２１】
WCDの速度を決定するために、基地局102がナビゲーション受信機240を含むことができるか、WCD 104がナビゲーション受信機242を含むことができるか、または基地局102とWCD 104の両方がそれぞれナビゲーション受信機240、242を含むことができる。基地局102とWCD 104に含まれるかもしれないナビゲーション受信機に関する例はGPS受信機、LORAN受信機、GLONASS受信機、WCDのスピードを決定するためネットワークインフラストラクチャを使用するシステム、およびナビゲーション受信機の様々な組み合わせを使用するハイブリッドシステムを含んでいる。基地局102とWCD 104のコントローラ220と228は、受信機になされるべき調整を決定するためにWCDの速度に関する情報を受信するように構成することができる。例えば、ナビゲーション受信機240、242は速度を引き出すことができるWCD時間と位置のデータを受信することができる。
【００２２】
WCDで受信された信号の周波数変化
作動において、基地局102からWCD 104へ送信されるべきデータはCSM 216に入力される。CSM 216は送信されるべきデータを受けて、WCD 104への送信のため送信機212に供給される信号を発生する。CSM 216は発振器またはCSM LO 218によって発生されたクロック信号を使用し、WCD 104に送信される信号の周波数を制御する。例えば、WCDMAに基づく無線通信システムでは、CSM 216によって送信機212に供給される信号の名目上の周波数は、CSM LO 218のクロックに基づいて2GHzである。しかしながら、CSM LO 218のクロックには、その周波数における誤差があるかもしれない。WCDMA規格の下では、CSM LO誤差は±100HZと同じくらい大きい。したがって、WCD 104に送信される信号132は2GHZ±100Hzの範囲内のいずれかの周波数であるかもしれない。
【００２３】
WCD 104は基地局102によって送信された信号132をその受信機122で受信する。そして、受信された信号はMSM 226に送られる。WCDによって受信された信号132の周波数は、基地局102により送信された信号の周波数、プラスCSM LOにおけるいずれかの誤差であり、また、WCD 104と基地局102の間の相対的な速度によって引き起こされるドップラー効果による追加周波数シフトを含むことができる。したがって、WCD 104によって受信された信号132の周波数は式(1)によって表すことができる:
ｆreceived WCD=ｆtransmit+ｆCSM LOerror+ｆdoppler          (1)
ここに、
ｆtransmitはCSM LOの名目上の周波数であり、
ｆCSM LOerrorは名目上の周波数からのCSM LOクロックのオフセットであり、
ｆdopplerはドップラー効果による周波数変化である。
【００２４】
通常、WCD 104は以下でさらに議論されるように周波数追跡ループ(FTL) を実行する。一実施例では、FTLはMSM 226の動作の一部として実行される。他の実施例では、FTLはMSM 226から別々であることができる。FTLは受信された信号132の周波数に同期または“ロック”され、基地局102により送信されたデータを回復することにおいて受信機を支援する。注意されるように、FTLがロックする周波数は、CSM LOの名目上の周波数プラスその誤差と、ドップラーシフトである。一実施例では、FTLがロックする周波数は、基地局102に送信されるべきデータのためWCD 104による基準として使用される。
【００２５】
ネットワークで受信される信号の周波数変化
以下で議論するように、WCD 104におけるFTLは、ロック周波数が受信された信号132の周波数と丁度同じにならないように、通常誤差を有する。したがってFTLがロックする周波数がWCD 104による基準として使用されるとき、WCD 104から基地局102へ送信される信号134はWCD 104で実行されたFTL動作に関連した誤差を有する。さらに、WCD 104が基地局102に関して移動しているならば、WCD 104から基地局102へ送信される信号134はドップラー効果のために周波数シフトを受ける。基地局102に関するWCD 104の速度が、WCD 104が信号132を受信する時とそれが信号134を送信する時の間で変化しなかったならば、両方の信号のドップラーシフトが同じになることが注意される。したがって、基地局102によって受信されかつ基地局102のFTLによって追跡された信号134の周波数は、以下のように表される：
ｆreceived base station=ｆreceived WCD+ｆMSM FTL error+ｆdoppler          （2a）
ｆreceived base station=ｆtransmit+ｆCSM LOerror+ｆdoppler+ｆMSM FTL error+ｆdoppler  （2b）
ｆreceived base station=ｆtransmit+ｆCSM LOerror+２ｆdoppler+ｆMSM FTL error        （3）
ここに、
ｆreceived WCDはWCDにより受信された信号の名目上の周波数であり、
ｆMSM FTL errorはWCDにおけるFTLのオフセットであり、
ｆdopplerはドプラー効果による周波数変化である。
【００２６】
FTL動作を調整することにより受信信号における周波数変化の補償
式(1)−(3)の考察は、WCD 104と基地局102の両方で受信される信号の周波数が、WCD 104と基地局102の間のどんな相対的な速度によってもドップラーシフトによる影響を受けることを示す。WCD 104の相対的速度に関する知識、および対応するドップラーシフトは、無線通信システムの性能を向上させるのに使用され、例えば、以下で議論するようにFTL追跡性能の向上、FTL引き込み範囲の増加、および時間追跡ループの性能の向上によりその丈夫さを改良する。
【００２７】
図3は基地局102かWCD 104のどちらかに含むことができるようなレーキ受信機の部分を示すブロックダイアグラムである。レーキ受信機では、多重信号インスタンスが多数フィンガー302により処理される。また、図3で示されるレーキ受信機は捜索器303を含んでいる。以下の詳細でさらに議論するように、捜索器303は受信された信号を処理して、多数のフィンガー302により処理されることになっているマルチパス信号インスタンスを確認する。
【００２８】
フィンガー302はハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせのいずれかで実施することができる。受信されたデータは、受信された信号の必要な部分が抽出されるデシメータ 304に入力される。デシメータ 304の出力は回転子306に入力される。回転子306は、ローカルクロックとドップラーシフトの変化によって引き起こされる周波数誤差を説明するように受信された信号の周波数を調整する。回転子306の出力は復調器308に入力され、そこで送信されたデータが信号から抽出される。そして、復調器308の出力はアキュムレータ310を使用して蓄積される。
【００２９】
アキュムレータ310からの出力はFTL 312と時間追跡ループ(TTL) 314に入力される。以下で説明されるように、FTL 312は受信された信号における周波数誤差を追跡して、回転子306を調整するのに使用される。さらに、TTL 314は受信された信号の周波数変化を説明するためデシメータ 304で使用されるタイミング基準を調整する。周波数変化による受信された信号のタイミングにおけるドリフトは一般にコードドップラーと呼ばれる。
【００３０】
図4は発明の態様を実行するのに使用することができる周波数追跡ループ312の一実施例を示すブロックダイアグラムである。基地局102かWCD 104のどちらかで受信された信号は、下方変換器 401へ入力され、そこで最初にローカル発振器の出力と乗算され、次にローパスフィルタにかけられる。下方変換器 401からの出力である信号は受信された信号の周波数とローカル発振器周波数との間の差に等しい周波数を有し、一般に周波数誤差Δfと呼ばれる。下方変換器 401の出力は回転子402の1つの入力に供給される。
【００３１】
【数１】
2005538664.tif 000003
一実施例では、回転子402は位相-2πnTCΔfでレーキ受信機フィンガーのフロントエンド(FFE)回転子に供給することにより実施され、ここに、TCはチップ期間であり、nはチップインデックスである。
その周波数がΔfresに等しい回転子402の出力は、周波数弁別器404、または残差誤差Δfresの大きさを測定することができる他の装置に入力される。
【００３２】
【数２】
2005538664.tif 000004
ここに、＊は複素結合、ykはN-チップパイロット信号を表す。WCDMAシステムでは、通常Nは256の倍数である。
周波数弁別器404の出力はループフィルタ406に入力される。
【００３３】
【数３】
2005538664.tif 000005
ループフィルタ406の伝達関数はF(z)により表される。一実施例では、ループフィルタの伝達関数は一定であり、一次数のFTLをもたらす。他の実施例において、ループフィルタ406は、例えば、２次数または３次数のループの高次数ループになるように構成することができる。ループフィルタ406の出力はアキュムレータ408に入力される。
【００３４】
【数４】
2005538664.tif 000006
WCD 104と基地局102の間の相対的な速度に関する知識、したがって関連するドップラーシフトに関する知識はFTLの性能を向上させるために使用することができる。
【００３５】
【数５】
2005538664.tif 000007
期待されたドップラーシフト値が、例えば示されないコントローラよって、FTLに供給されるならば、FTLは周波数誤差が何になるかを予測することができる。周波数誤差が何になるかを予測することができることはFTLの性能を向上させることができ、その結果、復調された信号対雑音比(SNR)の増加を提供することができる。さらに、期待されたドップラーシフトに関する知識はFTLを初期化するのに使用することができる。受信された信号から期待されたドップラーシフトを有効に引き算することによって、FTLの引き込み範囲を広げることができる。さらに以下でこれらの利点について議論する。
【００３６】
受信された信号のドップラーシフトを知る利点のいくつかを例証するために、WCDMAに基づく通信から典型的な値を使用して例が使用されるだろう。典型的なWCDMAパラメタは：
搬送周波数:              ｆcarrier=2GHz                （5）
チップ周期：            TC=1/3.84×106  秒            （6）
移動体における最大PN旋回レート：    ｓmax=5/4  チップ/秒  （7）
移動体における最大LO誤差:      ΔfMSM LO=0.1  ppm        （8）
基地局における最大LO誤差:      ΔfCSM LO=0.05  ppm      （9）
そして、我々は最高速度ｖmaxを仮定する：  ｖmax=350  Km/h    （10）
移動体における受信された信号のドップラーシフトが、
ΔfDoppler=ｖ/ｃ・fcarrier    Hz              （１１）
により決定することができる。ここに、ｃは光の速度である。
【００３７】
したがって、移動体において経験される最大のドップラーシフトは最高速度で起こる:
ΔfDoppler MSM max=350Km/h・1/ｃ・fcarrier  =0.65  ｋHz        （12）
前に注意したように、基地局において経験されるドップラーシフトは一般に移動体におけるドップラーシフトの2倍になるだろう:
ΔfDoppler CSM max=２・350Km/h・1/ｃ・fcarrier  =1.3  ｋHz      （13）
ドップラーシフトに加えて、最大基地局LO(ローカル発振器)誤差ΔfCSM LOが0.05 ppmであり、それは最大100Hzの周波数変化に相当する。また、移動体の最大LO誤差ΔfMSM LOが0.1ppmであり、それは200Hzに相当する。したがって、最悪の場合には、受信された周波数誤差は以下の通りである。
【００３８】
Δfmax=ΔfDoppler CSM max+ΔfCSM LO+ΔfMSM LO=1.6  ｋHz        （14）
FTLは追跡することができる必要がある最大の可能な周波数誤差に加えて、興味がある別の量がFTLによって経験された最大の初期周波数誤差である。図3の議論が注意したように、WCDはフィンガー302により処理されるべきであるマルチパスインスタンスを確認するために受信された信号を処理する捜索器304を通常含んでいる。一般に、捜索器はその検索を周波数ビンに分割して、ビン単位で結果を報告する。例えば、捜索器は信号が予定された期待周波数fｅであることを期待するかもしれない。最大の周波数誤差がΔfmaxであるので、捜索器はfｅに関してfｅ±Δfmaxまで周波数オフセットを捜す。例えば、捜索器がその検索を3つのビンに分割するなら、ビンは式(15)として定義されることができる：
[-Δfmax,-f0/2],[ -f0/2, f0/2],[ f0/2, Δfmax]   (15)
ここに、f0は検索ビンを定義するために捜索器で使用される周波数オフセットである。検索結果は、3つのビンに依存して、捜索器が信号インスタンス：下側のオフセットビン、中央ビン、または上側のオフセットビンをそれぞれ位置付ける通常-f0，0，またはf0として報告される。
【００３９】
図5は捜索器304によって定義された検索ビンを示すダイヤグラムである。水平な線504は信号インスタンスの期待周波数fｅからの周波数オフセットを表す。検索された全体の組の周波数オフセット±Δfmaxは3つの検索ビン、中央ビン506、上側のオフセットビン508、および下側のオフセットビン510に分割することができる。ビンは式(15)で定義されたように、fｅから周波数オフセットに対応している。FTLによって見られ最大誤差は、中央ビンが報告されるならf0/２、または2つのオフセットビンのどちらかが報告されるならば、最大（Δfmax- f0，f0- f0/２）のいずれかである。
【００４０】
例えば、f0が474Hzに等しく設定されるなら、検索ビンは、中央ビン506、上側のオフセットビン508、および下側のオフセットビン510にそれぞれ対応して、fｅに関して-474/2から474/2Hz、fｅに関して474/2から1.6kHz、fｅに関して-474/2から-1.6kHzの周波数オフセットであるだろう。この例では、FTLによって見られた最大誤差は1126Hzであるだろう。
【００４１】
この議論において、ビン誤差が無視されたことに注意されるべきである。パスの実際の周波数誤差が捜索器によって報告されたものよりも異なったビンにあるとき、ビン誤差は発生する。パスの周波数オフセットとして捜索器が-f0を報告するとき、パスは実際にΔfmaxに等しい周波数誤差を持つので最悪の場合であり、その場合、FTLによって見られた初期の周波数誤差はΔfmax＋f0である。これは474 Hzのf0が使用されるとき起こる2.074kHzの最大誤差をもたらす。しかしながら、捜索器ビン誤差の起こる確率は設計により非常に低くできる。さらに、実際にこの最悪の場合を得るために、我々は起こる以下のすべてのものを必要とする:移動体は最高速度で移動している、MSMとCSM LOの両方が最悪の許容できる周波数誤差を経験している、および捜索器がビン誤差を有する。
【００４２】
TTL動作を調整することにより受信信号の周波数変化を補償すること
受信機信号周波数誤差は、FTLに影響することに加えて、わずかに異なった方法であるが時間追跡ループ(TTL)に影響を与える。典型的に、移動体WCDは例えば最初の重要な信号インスタンス、またはそれが受信する初期のパスまたはフィンガーに基づいたタイミング基準を有する。この時間基準はτ0により表される。移動体WCDが時間τ0信号を送信するとき、基地局は時間τ0+δでそれを受信し、ここにδは現在のフィンガーが割当てられるパスの遅れである。したがって、静的な状況において、
τCSM=τ0+δ                      (16)
ここに、τCSMはCSMの現在のフィンガーについてのタイミング基準である。しかしながら、移動体WCD動きによって、遅延δは時間とともに変化し、δ(t)になる。また、移動体WCDはそれがそのタイミング基準に基づいていたパスを失うと、別のパスに基づく新しいタイミング基準に旋回（slewing）し始める。この旋回はτ0を旋回レートにより決定されるレートで時間とともに変化させ、その結果、我々にτ0(t)を与える。したがってτCSMは：
τCSM(t)= τ0(t)+ δ(t)                  (17)
式(17)は基地局でのタイミング基準がδ(t)により表されるドップラーシフトとLO誤差と、τ0(t) により表された移動体旋回によって決定されるレートで時間とともに変化することを示す。基地局タイミング基準に影響するこれらの2つの要素は“実効周波数誤差” と呼ばれる1つの数に分類することができる。実効周波数誤差はどんなPN旋回の不在においても同じレートのタイミング基準変化をもたらす周波数誤差である。
【００４３】
一実施例では、実効周波数誤差を決定するために、PN旋回レートはドップラーシフトによって添加される周波数変化の同等な値に変換される。例えば、s PNチップ/秒のPN旋回レートのため、各時間(second)はｓTc秒だけ膨張または収縮する。与えられたΔfDopplerについて、各時間はΔfDoppler/fcarrier秒だけ膨張または収縮する。したがって、PNチップ/秒のレートにおけるPN旋回は、
Δfslew=ｓTcfcarrier  Hｚ              (18)
の実効ドップラーに同等である。
【００４４】
したがって、基地局においてTTLにより経験される総実効周波数誤差は以下によって表すことができる：
ΔfTTL=2v/cfcarrier+ΔfCSM LO+ΔfMSM LO+ｓTcfcarrier  Hｚ        (19)
式(19)で示されるように、基地局により見られる総実効周波数誤差は、ドップラーシフト（2v/cfcarrier）、基地局のローカル発振器誤差(ΔfCSM LO)、WCDのローカル発振器誤差(ΔfMSM LO)、およびPN旋回レート(ｓTcfcarrier)による誤差を含んでいる。例えば、100km/hの移動速度と1秒あたり5/4チップの旋回レートについて、TTLのための総実効周波数誤差は以下の通りである。
【００４５】
【数６】
2005538664.tif 000008
さらに、最大350km/hの移動速度について、TTLのための総実効周波数誤差はおよそ2.25kHzになる。したがって、
ΔfmaxTTL=2.25kHz                  (21)
図6は図3で示されたような時間追跡ループ(TTL)314を示すブロックダイアグラムであり、それは発明の態様を実行するのに使用することができる。基地局102かWCD 104のどちらかでは、受信された信号はΔtにより表されるタイミングオフセットを有し、デシメータ 304に入力される。
【００４６】
【数７】
2005538664.tif 000009
このタイミング誤差は残差誤差Δtresと呼ばれる。
残差誤差Δtresを有するデシメータ 304の出力は早い-遅いゲート604に入力される。一実施例では、早い-遅いゲートはNcチップの早いおよび遅いパイロットシンボルで動作する。早い-遅いゲートの出力は以下によって与えられる。
【００４７】
【数８】
2005538664.tif 000010
ここに、ｎELとｎLTはそれぞれ早いおよび遅いシンボルの雑音成分である。式(22)において、Sカーブの伝達関数は使用されるタイミング弁別器のタイプに依存する。一実施例では、タイミング弁別器はエネルギー差タイミング弁別器(EDTD) である。別の実施例では、タイミング弁別器は大きさ差タイミング弁別器(MDTD) である。さらに別の実施例では、タイミング弁別器は大きさ近似差タイミング弁別器(MADTD) である。
【００４８】
【数９】
2005538664.tif 000011
一次オーダーのTTLが使用されるならば、ループフィルタは単にKによって表される係数である。望ましくは、係数Kは移動体WCDの速度に対応して変えられる。例えば、移動体WCDの速度が上がるとき、Kの値は増加し、ループが変化により敏感になるように、より少ないフィルタリングをもたらす。同様に、移動体WCD速度が下がるなら、Kの値は減少し、遅いループの応答ではあるが改良された雑音抑圧特性を提供する。移動体WCDの速度の知識はKの値の選択を改良するのに使用することができる。例えば、移動体の速度が知られていないなら、Kの値はほとんどの状況で適切に働くように選択され、Kについて非最適値をもたらすであろう。移動体WCDの速度を知ることにより、Kの最適値を選択することができる。
【００４９】
ループフィルタ606の出力はアキュムレータ608に入力される。アキュムレータ608への別の入力はｔdriftである。ｔdriftの値は受信周波数におけるドップラーシフトのため、受信された信号のタイミングでドリフトの説明のために使用される。受信信号におけるドップラーシフトによる受信された信号のタイミングにおけるドリフトは一般にコードドップラーと呼ばれる。ｔdriftの値を選択する1つの技術が周波数シフトに基づいたタイミングドリフトを推定することである。ｔdriftの値を選択する別の技術はWCDの速度を決定して、速度に基づいてタイミングドリフトを推定することである。
【００５０】
アキュムレータ608の出力は進み/遅れブロック610に入力される。
【００５１】
【数１０】
2005538664.tif 000012
WCD 104と基地局102の間の相対的な速度に関する知識はTTLの性能を向上させるのに使用することができる。
【００５２】
【数１１】
2005538664.tif 000013
期待されたドップラーシフト値が、例えば、示されないコントローラによってFTLに供給されるならば、TTLはループフィルタ係数Kとして使用のために改良された値を選定することができる。さらに、期待されたドップラーシフトに関する知識はtdriftの値の選択を改良するために使用することができる。Kとtdriftの選択を改良すると、改良されたTTL性能、例えばTTLの改良された信号対雑音比(SNR)および引き込み範囲をもたらすことができる。これらと他の利点についてさらに以下で議論する。
【００５３】
一実施例において、一次オーダーのTTLが使用される。他の実施例において、より高いオーダーのTTLを使用することができる。一次オーダーのTTLでは、ループ性能はTTL係数によって主に制御される。一般に、TTL係数の値はループが作動するSNRの全体の範囲にわたって一定になるだろう。また、移動体WCDの速度に関する知識が使用されていないならば、それはループが作動する周波数誤差(ドップラー)の全体の範囲にわたって一定になるだろう。したがって、我々がWCDの速度に関する情報を使用しないならば、すべての可能なSNRとドップラーシナリオの下でSNR損失をできるだけ小さく保つTTL係数の値を選ぶことが有益であるだろう。しかしながら、TTL係数のためのどんなただ一つの値もドップラーシフトに反映されるようなすべての移動体WCD速度のために最良ではなく、その結果TTL係数のために妥協値の使用を必要とする。
【００５４】
基地局と関連してWCDの速度に関する知識を使用して、速度の各値のための最良のTTL係数を選び、すべての速度に亘って一定の妥協値を使用しないことによって、TTLはこの知識を使用しないTTLの性能を超える設計になるであろう。
図7は発明に従って周波数追跡の技術を示すフローチャートである。流れは周波数追跡動作が開始されるブロック702で始まる。流れはWCDの速度が決定されるブロック704へ続く。上で説明されたように、決定は、WCDまたは無線ネットワークインフラストラクチャ、例えば、基地局においてのような、通信システムの様々な位置で行われるかもしれない。次にブロック706では、基地局に関するWCDの速度による周波数シフトの推定がなされる。ブロック708では、推定された周波数シフトがWCDまたは基地局の通信受信機を調整するのに使用される。例えば、推定された周波数シフトはFTLおよびTTLで使用されるかもしれない。
【００５５】
様々な周波数および時間追跡技術がハードウェアで実行されるように記述された。しかしながら、代わりに、技術はソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとハードウェアの任意の組み合わせでも実施することができる。ソフトウェアで実行されるならば、技術は初めにハードドライブ、他のディスクまたはテープ媒体などのコンピュータ読み込み可能な媒体に記憶されたプログラムコードで具体的に表現されるかもしれない。例えば、プログラムコードはEEPROMなどの電子計算機読み込み可能な媒体からメモリにロードされ、またはネットワーク接続上にダウンロードされることができる。
【００５６】
技術がプログラムコードで与えられるならば、プログラムコードを実行するプロセッサはマイクロプロセッサの形を取り、無線のコンピュータ、WCD、基地局、または同様のものを統合し、または一部を形成することができる。
技術がハードウェアで与えられるならば、それは例えば、ディジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブル論理装置、特別に設計されたハードウェア部品、またはそれらの任意の組み合わせで実行されるかもしれない。
【００５７】
先の記述は発明のある実施例を詳述する。しかしながら、たとえ上記がいかに詳細に見えても、発明がその精神または不可欠の特性から逸脱することなく他の特定の形で具体化されるかもしれないことが認識されるであろう。説明された実施例はあらゆる点で例示としてのみかつ限定ではないと考えられるべきであり、したがって、発明の範囲は以上の記述よりむしろ添付請求項により示される。請求項の意味と均等の範囲に入るすべての変化はそれらの範囲に包含されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】無線通信システムの一部を示すブロックダイアグラムである。
【図２】無線通信システムの一部の追加詳細を示すブロックダイアグラムである。
【図３】レーキ受信機の一部を示すブロックダイアグラムである。
【図４】発明の態様を実行するのに使用することができる周波数追跡ループの一実施例を示すブロックダイアグラムである。
【図５】捜索器によって使用された検索ビンを示すダイヤグラムである。
【図６】発明の態様を実行するのに使用することができる時間追跡ループを示すブロックダイアグラムである。
【図７】発明に従って周波数追跡技術を示すフローチャートである。
【図１】
2005538664.tif 000014
【図２】
2005538664.tif 000015
【図３】
2005538664.tif 000016
【図４】
2005538664.tif 000017
【図５】
2005538664.tif 000018
【図６】
2005538664.tif 000019
【図７】
2005538664.tif 000020
【国際調査報告】
2005538664.tif 000021
2005538664.tif 000022
2005538664.tif 000023
2005538664.tif 000024
2005538664.tif 000025