(57)【要約】【課題】ユーザ数が未知の状態で多重化されている場合であっても同期用コード領域の開始位置を正確に特定できるようにする。【解決手段】時分割多重符号拡散方式で変調された解析対象信号の同期用コード領域の開始位置を特定するための同期用コード領域特定部３０は、同期用コード領域に多重化されて挿入される可能性のある全ユーザの理想同期用コードを生成する理想同期用コード生成手段３３と、解析対象信号のデータと、理想同期用コード生成手段３３によって生成された全ユーザの理想同期用コードとの相関値の総和を算出する相関総和演算手段３５と、相関総和演算手段３５により算出された相関値の総和が最大となる時間位置を検出するピーク位置検出手段３６とを有し、検出した時間位置を同期用コード領域の開始位置と特定する。【選択図】図１
2008091986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時分割多重符号拡散方式で変調された信号を受け、該信号に対して同期をとるための同期用コードが含まれている同期用コード領域の開始位置を特定する同期用コード領域特定方法において、
前記同期用コード領域に多重化されて挿入される可能性のある全ユーザの理想同期用コードを生成する段階（Ｓ１）と、
前記信号のデータと前記全ユーザの理想同期用コードとの相関値の総和を算出する段階（Ｓ２）とを有し、
前記算出された相関値の総和が最大となる時間位置を前記同期用コード領域の開始位置と特定することを特徴とする同期用コード領域特定方法。
【請求項２】
時分割多重符号拡散方式で変調された信号を解析対象信号として受け、該解析対象信号に対して同期をとるための同期用コードが含まれている同期用コード領域の開始位置を特定する同期用コード領域特定部（３０）を備え、該同期用コード領域特定部によって特定された同期用コード領域に基づいて、前記解析対象信号に対する同期処理および解析処理を行う信号解析装置において、
前記同期用コード領域特定部は、
前記同期用コード領域に多重化されて挿入される可能性のある全ユーザの理想同期用コードを生成する理想同期用コード生成手段（３３）と、
前記解析対象信号のデータと、前記理想同期用コード生成手段によって生成された全ユーザの理想同期用コードとの相関値の総和を算出する相関総和演算手段（３５）とを有し、
前記相関総和演算手段により算出された相関値の総和が最大となる時間位置を前記同期用コード領域の開始位置と特定することを特徴とする信号解析装置。
【請求項３】
前記相関総和演算手段の演算結果に基づいて座標誤差の補正処理を行う座標補正部（４０）を備えたことを特徴とする請求項２記載の信号解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時分割多重符号拡散方式で変調された信号に対して同期をとるための同期用コードが含まれている同期用コード領域の開始位置を特定する技術において、同期用コード領域の同期用コードが、ユーザ数が未知の状態で多重化されている場合であっても、その領域の開始位置を正確に特定できるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の移動体通信方式として、ＴＤ−ＣＤＭＡ、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ等の時分割多重符号拡散方式があり、中国等ではＴＤ−ＳＣＤＭＡの使用が予定されている。
【０００３】
時分割多重符号拡散方式は、例えば図６に示すように、複数のタイムスロットＴｉｍｅＳｌｏｔ＃０〜ＴｉｍｅＳｌｏｔ＃６からなるフレーム構造を有し、各タイムスロットにはタイムスロットの同期をとるための非拡散の同期用コードを挿入するための同期用コード領域としてミッドアンブル領域が設けられており、この信号の変調解析などを行う装置では、この同期用コードが挿入されている位置を正しく検出して、信号と装置側との同期処理を行う必要がある。
【０００４】
ここで、ミッドアンブル領域と同期用コードの関係について説明する。
例えば上記ＴＤ−ＳＣＤＭＡ方式では、ミッドアンブル領域の長さ１４４ビット（チップ）に対し、図７のように長さ１２８ビットの基本パターン信号が１４４ビットに延長され、ユーザ毎にパターンが決まる。ここで、ユーザとはＴＤ−ＳＣＤＭＡ方式の通信システムを同時に利用する可能性のある端末（例えば携帯端末）を示す。
【０００５】
即ち、図７に示すように、１２８ビットの基本パターン信号が連続しているデータ列を考え、この通信システムの最大ユーザ数Ｋが例えば２の場合、ユーザ１は、基本パターン信号の６５ビット目から１２８ビット目の後に１ビット目から８０ビット目までが連続した１４４ビットの同期用コードが使用される。
【０００６】
また、ユーザ２は、基本パターン信号の１ビット目から１２８ビット目の後に１ビット目から１６ビット目までが連続した１４４ビットの同期用コードが使用される。
【０００７】
図８に、最大ユーザ数Ｋ、ユーザ間のシフト量Ｗ、ユーザ１の最終ビットの関係を示す。この図から明らかなように、ユーザ毎の同期用コードは、１２８／Ｋビット分シフトしており、これらが所定演算によって加算多重化されて前記したミッドアンブル領域に挿入されることになる。
【０００８】
したがって、基本パターン信号の符号列、解析対象信号の最大ユーザ数Ｋだけでなく、実際に多重化されているユーザとそのゲインが既知であれば、理想の多重化された同期用コードを生成することができ、その理想同期用コードと解析対象信号との相関演算を行うことで、ミッドアンブル領域の開始位置で相関値が最大となる演算結果を得ることができ、これによりミッドアンブル領域の開始位置を特定することができる。
【０００９】
なお、上記したＴＤ−ＣＤＭＡ、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ等の時分割多重符号拡散方式の信号解析を行う技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３４７９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、実際に上記した時分割多重符号拡散方式の各種信号の解析を行う場合、最大ユーザ数Ｋや同期用コードのパターンが既知であっても、実際のユーザとそのゲインが不明な場合があり、その場合、理想同期用コードが生成できないため、上記した相関処理によるミッドアンブル領域の特定が困難となる。
【００１２】
例えば、解析対象信号のユーザ数が１６の場合、各ユーザについての同期用コードは１２８／１６＝８ビットずつシフトした状態で多重化されてミッドアンブル領域に挿入されているが、これに対してシングルユーザの理想同期用コードを用いて相関演算処理を行っても、例えば図９のように８ビット間隔で多くのピークが生じ、しかも、最大ピークの位置がミッドアンブル領域の開始位置と一致しない場合がある。
【００１３】
本発明は、この問題を解決し、ユーザ数が未知の状態で多重化されている場合であっても同期用コード領域の開始位置を正確に特定できる同期用コード領域特定方法および信号解析装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明の同期用コード領域特定方法は、
時分割多重符号拡散方式で変調された信号を受け、該信号に対して同期をとるための同期用コードが含まれている同期用コード領域の開始位置を特定する同期用コード領域特定方法において、
前記同期用コード領域に多重化されて挿入される可能性のある全ユーザの理想同期用コードを生成する段階（Ｓ１）と、
前記信号のデータと前記全ユーザの理想同期用コードとの相関値の総和を算出する段階（Ｓ２）とを有し、
前記算出された相関値の総和が最大となる時間位置を前記同期用コード領域の開始位置と特定することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項２の信号解析装置は、
時分割多重符号拡散方式で変調された信号を解析対象信号として受け、該解析対象信号に対して同期をとるための同期用コードが含まれている同期用コード領域の開始位置を特定する同期用コード領域特定部（３０）を備え、該同期用コード領域特定部によって特定された同期用コード領域に基づいて、前記解析対象信号に対する同期処理および解析処理を行う信号解析装置において、
前記同期用コード領域特定部は、
前記同期用コード領域に多重化されて挿入される可能性のある全ユーザの理想同期用コードを生成する理想同期用コード生成手段（３３）と、
前記解析対象信号のデータと、前記理想同期用コード生成手段によって生成された全ユーザの理想同期用コードとの相関値の総和を算出する相関総和演算手段（３５）とを有し、
前記相関総和演算手段により算出された相関値の総和が最大となる時間位置を前記同期用コード領域の開始位置と特定することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項３の信号解析装置は、請求項２記載の信号解析装置において、
前記相関総和演算手段の演算結果に基づいて座標誤差の補正処理を行う座標補正部（４０）を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
このようにしたため、本発明では、ユーザ数が未知の状態で多重化されている場合であっても同期用コード領域の開始位置を正確に特定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した信号解析装置２０の構成を示す図である。
【００１９】
この信号解析装置２０は、ＴＤ−ＣＤＭＡ、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ等の時分割多重符号拡散方式で変調された解析対象信号ｓを直交検波部２１で直交検波し、２相の信号ｉ、ｑに変換し、Ａ／Ｄ変換部２２で所定周期でサンプリングしてデジタル信号Ｉ（ｔ）、Ｑ（ｔ）に変換し、波形メモリ２３に記憶する。ここでｔはチップ時刻とする。
【００２０】
バースト検出部２４は、波形メモリ２３に記憶された信号Ｉ（ｔ）、Ｑ（ｔ）を読み出して、信号がバースト状に発生している部分、即ち、時分割多重符号拡散方式のタイムスロットに存在している信号部分を検出する。
【００２１】
クロック推定部２５は、バースト検出部２４で検出された信号からクロック（チップ時刻のタイミングずれ）を推定し、そのチップ時刻のタイミングずれを考慮したクロックをリサンプリング部２６に出力する。リサンプリング部２６は、チップ時刻のタイミングずれを考慮したクロックで信号のサンプリング、即ち、チップ時刻のタイミングずれの補正を行う。この処理は同期位置の特定処理の前処理となるが、解析対象信号の精度により省略することも可能である。
【００２２】
これらの前処理された信号は、同期用コード領域特定部３０に入力される。
同期用コード領域特定部３０のデータ抽出手段３１は、バースト検出された信号の前後のデータ、即ち、ミッドアンブル領域を含む信号のデータを抽出してメモリ３２に記憶する。
【００２３】
ここで、メモリ３２に記憶される信号Ｍｘを、複素数で表示すると、
Ｍｘ＝Ｉ（ｔ）＋ｊＱ（ｔ）
となる。
【００２４】
理想同期用コード生成手段３３は、解析対象信号に対して予め指定された最大ユーザ数Ｋと同期用コードの基準となるパターンの情報に基づいて、多重化される可能性のある全ユーザ１〜Ｋについての理想同期用コードＣ１〜ＣＫをそれぞれ生成して、相関総和演算手段３５に出力する。
【００２５】
ここで、ユーザｉの理想同期用コードＣｉを複素数で表示すると、
Ｃｉ＝Ｉｉ（ｔ）−ｊＱｉ（ｔ）
となる。
【００２６】
また、ミッドアンブル領域に挿入する同期用コードのより詳細な生成方法については、例えば、移動体通信についての規格３ＧＰＰ  ＴＳ２５．２２１  Ｖ５．５．０  ｐ４７「Training sequences for spread bursts 」に記載されており、個々の理想同期用コードは、ＩとＱが交互に０となる、即ち、π／２オフセットＢＰＳＫと同等にデータが遷移する性質がある。
【００２７】
相関総和演算手段３５は、メモリ３２に記憶された信号Ｍｘと各理想同期用コードＣ１〜ＣＫとの相関値の総和ＳＣを算出する。
【００２８】
ここで、各時間位置の総和ＳＣ（Ｔ）は、次式（１）で定義される。
【００２９】
ＳＣ（Ｔ）
＝｛Σ［Ｉ（ｔ＋Ｔ）・Ｉｉ（ｔ）＋Ｑ（ｔ＋Ｔ）・Ｑｉ（ｔ）］｝２
＋｛Σ［Ｉ（ｔ＋Ｔ）・Ｑｉ（ｔ）−Ｉｉ（ｔ）・Ｑ（ｔ＋Ｔ）］｝２
＝Ｒe（Ｔ）２ ＋Ｉm（Ｔ）２          ……（１）
Ｒe（Ｔ）＝Σ［Ｉ（ｔ＋Ｔ）・Ｉｉ（ｔ）＋Ｑ（ｔ＋Ｔ）・Ｑｉ（ｔ）］
Ｉm（Ｔ）＝Σ［Ｉ（ｔ＋Ｔ）・Ｑｉ（ｔ）−Ｉｉ（ｔ）・Ｑ（ｔ＋Ｔ）］
【００３０】
ここで、Ｔは相関の時間幅、即ち、ミッドアンブル領域の長さに対応した値でありチップ単位で表せば１〜１４４までとなる。記号Σは、ｉ＝１〜Ｋまでの総和を表す。
【００３１】
ピーク位置検出手段３６は、相関値の総和ＳＣ（１）〜ＳＣ（１４４）のうち最大値となるときの位置をミッドアンブル領域の開始位置と特定する。
【００３２】
図２は、ミッドアンブル領域の開始位置が３０ビット（チップ）目で最大ユーザ数Ｋ＝１４、実際に多重化されているユーザ数５（ｋ＝１，３，４、５，９）の場合に相関総和演算手段３５で得られた相関値の総和ＳＣ（Ｔ）の例を示している。
【００３３】
この総和ＳＣ（Ｔ）についても多くのピークが存在するが、正しいミッドアンブル領域の開始位置に各ユーザ毎の相関値が重なるので、その総和が最大となっている。
【００３４】
したがって、この最大ピーク位置Ｔ＝３０をミッドアンブル領域の開始位置と特定することができる。
【００３５】
なお、上記のように全てのユーザ数について得られた相関値の総和の最大位置が、ミッドアンブル領域の開始位置を正確に表すことは、次のようにして証明できる。
【００３６】
最大ユーザ数Ｋ＝１６、実際のユーザ数１６、各ユーザの振幅ゲイン＝１／√１６の条件のとき、各ユーザ間のシフト量は８チップとなり、その８チップを１つのブロックＭｉと考え、図３のように表すことができる。
【００３７】
この図３で全ての列でＭ１〜Ｍ１６の総和となり、これをＢとする。また、基本のコード信号は、｛Ｍ１６，Ｍ１，Ｍ２，……，Ｍ１４，Ｍ１５｝となる。
【００３８】
さらに、多重化されたコード信号は、
Ｍ＝（１／√１６）×｛Ｂ，Ｂ，……，Ｂ｝
と表すことができる。
【００３９】
ここで、相関時刻がずれた場合のコード間の相関は準直交性があるため、ノイズとして扱うことはできない。
【００４０】
例えば、相関時刻が−８チップずれた場合を仮定する。ここで、Ｍ（ｎ）を多重化されたコード信号、Ｍｋ（ｋ）を相関するコード信号とする。
【００４１】
このとき、全てのデータが−８チップずれるので、コード信号Ｍ（ｎ）に対して、８チップ前へずれて相関される。この場合、各ユーザｋでの相関が１３６チップ行われる。
【００４２】
これを式に表すと、
Σ｛Ｍ（ｎ）・Ｍｋ（ｎ）｝＋Ｄ（Ｌ）      ……（２）
となる。
【００４３】
ここで、記号Σはｎ＝１〜１４４−Ｌまでの総和、Ｌは８チップ、Ｍｋ（ｎ）はユーザｋのコード、Ｄ（Ｌ）はデータ領域とコード信号とＬ個分の相関値を示す。図４は、−８チップシフトしたコード信号を示している。
【００４４】
ユーザ１のコードＭ１（ｎ）は、
｛Ｍ１，Ｍ２，……，Ｍ１５，Ｍ１６，Ｍ１，Ｍ２｝
となる。
【００４５】
以上のことから、相関パワーＥは次式で求められる。
【００４６】
Ｅ＝｛ｋΣ（Ｄ・Ｍｋ）＋ｋΣｎΣ［Ｍ（ｎ）・Ｍｋ（ｎ）］｝２……（３）
記号ｋΣはｋ＝１〜１４４の総和、ｎΣはｎ＝１〜１３６の総和を表す。
【００４７】
ここで、ミッドアンブル領域に挿入される信号は前記したようにπ／２ＢＰＳＫと同等であり、ミッドアンブル領域の前後のデータ領域はＱＰＳＫ方式であるから、上式のＤ（Ｌ）＝ｋΣ（Ｄ・Ｍｋ）を２乗項から外し、第２項目についてのみ考察する。
【００４８】
ユーザｋでの相関パワーＥｋを算出する。
ユーザ１の相関パワーＥ１は、次のように表される。
【００４９】
Ｅ１＝｛ｎ＝１Σ１４４［Ｍ（ｎ）・Ｍ１（ｎ）
−Ｍ２（Ｍ１＋Ｍ２＋……＋Ｍ１６）］｝２＋Ｄ′（Ｌ）
＝｛ｎ＝１Σ１４４［Ｍ（ｎ）・Ｍ１（ｎ）−Ｃ］｝２＋Ｄ′（Ｌ）……（４）
ここで、記号ｎ＝１Σ１４４は、ｎ＝１〜１４４の総和を示す（以下同様）。
【００５０】
上記Ｃ項は、シフト量が８チップであるため、Ｍ（２）の足りないＭ２ブロック分だけ相関パワー低くなることを示している。Ｄ′（Ｌ）はＤ（Ｌ）を２乗項の外側に出したときの変換値である。
【００５１】
上式の第１項を１４４とおけば、第２項は完全直交でないため、以下の関係が成り立つ。
【００５２】
ｎ＝１Σ１４４［Ｍ（ｎ）・Ｍ１（ｎ）］≫Ｍ２（Ｍ１＋Ｍ２＋……＋Ｍ１６）
【００５３】
したがって、上式（４）の第１項は、次のように近似できる。
【００５４】
ｎ＝１Σ１４４［Ｍ（ｎ）・Ｍ１（ｎ）］
＝１４４−２／１４４×Ｍ２（Ｍ１＋Ｍ２＋……＋Ｍ１６）
【００５５】
次に、相関時刻でのユーザｋにおける相関パワーＰｋを算出する。
【００５６】
Ｐｋ＝ｎ＝１Σ１４４［Ｍ（ｎ）・Ｍ１（ｎ）］２      ……（５）
【００５７】
上式（５）を使って全ユーザの相関時刻での相関パワーＰを算出し、式（４）を用いて、全ユーザの−８チップシフトした場合の相関パワーＥを算出する。
【００５８】
Ｐ＝ｋ＝１Σ１６Ｐｋ
Ｅ＝ｋ＝１Σ１６Ｅｋ〜Ｐ
−２×（１／√１６）×ｋ＝１Σ１６Ｍｋ（Ｍ１＋Ｍ２＋……＋Ｍ１６）
＋１６×Ｄ′（Ｌ）
【００５９】
上式のｋ＝１Σ１６Ｍｋ（Ｍ１＋Ｍ２＋……＋Ｍ１６）を展開すると、次式（６）が得られる。
【００６０】
ｋ＝１Σ１６Ｍｋ・Ｍｋ
＋２ ｋ＝1，ｌ＝１, ｋ≠lΣ１６（Ｍｋ・Ｍｌ）    ……（６）
【００６１】
ここで、式（６）の第１項は相関振幅、第２項は完全直交性であるため、
ｋ＝１Σ１６Ｍｋ・Ｍｋ≫２ ｋ＝1，ｌ＝１, ｋ≠lΣ１６（Ｍｋ・Ｍｌ）
が成り立つ。
【００６２】
また、Ｄ′（Ｌ）は平均パワー１に対して期待値Ｌとなるので、それほど大きな値にならない。
【００６３】
また、実際の信号には、周波数誤差、初期位相誤差およびノイズが含まれるが、周波数誤差と初期位相誤差については、Ｐ、Ｅの両方に等価に影響する。
【００６４】
よって、ノイズがＰ、Ｅに対して十分小さい範囲においてはＰ＞Ｅが常に成立し、図２に示したように、相関値の総和に現れるピーク値のうち、正規の相関時刻でピークとなるものが最大となる。
【００６５】
このようにして、ミッドアンブル領域の位置が特定されると、この信号解析装置２０は、座標補正部４０により座標補正処理を行っている。
【００６６】
即ち、前記した式（１）から判るように、理想同期コードと解析対象信号の位相が正確に一致していれば、虚数項Ｉｍはゼロとなる。つまり、式（１）の実数項Ｒｅと虚数項Ｉｍを用いて、次の演算を行うことで、信号の位相誤差θを求めることができる。
【００６７】
θ＝ｔａｎ−１（Ｉｍ／Ｒｅ）      ……（７）
【００６８】
座標補正部４０は、上記式（７）の演算を行い、解析対象信号の位相誤差θを求め、この誤差分の補正処理、即ち、
Ｉ′＝Ｉ・cos θ
Ｑ′＝Ｑ・sin θ
を行っている。
【００６９】
このようにして、同期用コードが挿入されているミッドアンブル領域の開始位置が正確に求められ、また、その座標補正された解析対象信号は、変調解析などを含む各種の解析処理を行う信号解析部５０に出力され、高精度な解析処理がなされる。
【００７０】
なお、この信号解析装置２０で用いた同期用コード領域特定方法をまとめると、図５のフローチャートで表すことができる。
【００７１】
即ち、時分割多重符号拡散方式で変調された信号を受け、その信号に対して同期をとるための同期用コードが含まれている同期用コード領域の開始位置を特定する同期用コード領域特定方法において、同期用コード領域に多重化されて挿入される可能性のある全ユーザについての理想同期用コードを生成し（Ｓ１）、解析対象信号のデータと全ユーザの理想同期用コードとの相関値の総和を算出し（Ｓ２）、この算出された相関値の総和が最大となる時間位置を検出（Ｓ３）して、同期用コード領域の開始位置と特定している。
【００７２】
そして、解析対象信号の座標補正を行う場合は、解析対象信号の位相誤差θを求め、この誤差分の補正処理を行う（Ｓ４）。
【００７３】
また、本発明は、上記したＴＤ−ＳＣＤＭＡの他に、ＴＤ−ＣＤＭＡやミッドアンブルに同期用コードを挿入して通信する他の方式でも適用することができ、また、この同期用コードの領域の後ろだけにデータ領域があるプリアンブル方式や前だけにデータ領域があるポストアンブル方式についても、上記のような多重方法を用いている方式であれば、同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施形態の構成図
【図２】実施形態の要部の演算結果例を示す図
【図３】実施形態の相関処理を説明するための図
【図４】実施形態の相関処理を説明するための図
【図５】本発明の同期用コード特定方法の手順を示すフローチャート
【図６】ＴＤ−ＳＣＤＭＡ方式のフレームを示す図
【図７】ミッドアンブル領域に挿入する同期用コードの例を示す図
【図８】ミッドアンブル領域に同期用コードを多重化して挿入する場合の例を示す図
【図９】ユーザ数が未知の場合で相関をとったときの結果を示す図
【符号の説明】
【００７５】
２０……信号解析装置、２１……直交検波部、２２……Ａ／Ｄ変換部、２３……波形メモリ、２４……バースト検出部、２５……クロック推定部、２６……リサンプリング部、３０……同期用コード領域特定部、３１……データ抽出手段、３２……メモリ、３３……理想同期用コード生成手段、３５……相関総和演算手段、３６……ピーク位置検出手段、４０……座標補正部、５０……信号解析部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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