(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間追跡ループで残留タイミング誤差の標準偏差を減少させる方法であって、
複数のサンプルグループを形成するために、受信した通信信号のサンプルを複数個累積することと、なお、前記サンプルグループのそれぞれは、所定の数のサンプルを含む；
隣同士のサンプルグループの所定の部分をオーバラップさせることと；及び
前記オーバラップされたサンプルグループに基づいてタイミング誤差を決定することと；
を備え、
前記方法は、
前記複数のサンプルを発生させるために、前記受信した通信信号を周期的にサンプリングすることと；
前記複数のサンプルグループに対応する複数の累積物を形成するために、前記サンプルの内の少なくとも一部をメモリに記憶することと、なお、各累積物はＫ個のサンプルを含み、前記オーバラップさせることは、前記メモリ中の隣り合った累積物をオーバラップ係数Ｐでオーバラップさせることを備える；
前記オーバラップする累積物に基づいてタイミング調整を決定することと；及び
前記受信した通信信号のタイミングを、前記タイミング調整にしたがって調整することと；
をさらに備え、
前記方法は、
前記受信した通信信号より早いタイミングを有する早発オーバラップ累積信号を生成することと；
前記受信した通信信号より遅いタイミングを有する遅発オーバラップ累積信号を生成することと；
をさらに備え、
前記決定の動作は、
前記タイミング調整を決定するために、前記早発オーバラップ累積信号のエネルギーまたは大きさと前記遅発オーバラップ累積信号のエネルギーまたは大きさを比較すること、
を備える、
方法。
【請求項２】
前記受信した通信信号はＣＤＭＡ逆パイロット信号である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記通信信号はスペクトル拡散通信信号である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記通信信号はＣＤＭＡ逆パイロット信号である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
Ｋは約３２から５１２の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
Ｐは約２５％から７５％の範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
Ｐは約５０％である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記早発オーバラップ累積信号は、約２分の１チップだけ前記受信した通信信号より早いタイミングを有し；
前記遅発オーバラップ累積信号は、約２分の１チップだけ前記受信した通信信号より遅いタイミングを有する；
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
受信した通信信号を追跡するシステムを備えるスペクトル拡散通信システムでのタイミング誤差を追跡するシステムであって、
所定の数の信号サンプルの複数の累積物を形成するように構成された累積器と、なお、前記累積器は、隣り合った累積物の所定の部分がオーバラップされるように、隣り合った累積物を組み合わせる；及び
前記オーバラップした累積物に基づいて前記タイミング誤差を決定するように構成されたタイミング弁別器と；
を備え、
前記タイミング誤差は、前記受信した通信信号のタイミング特性と受信ユニットのタイミングインジケータとの間の差であり、
前記タイミング誤差を追跡するシステムは、
複数のサンプルを発生させるために、前記受信した通信信号をサンプリングするための手段と；
前記複数の累積物を形成するために、前記サンプルの内の少なくとも一部をメモリに記憶するための手段と、なお、各累積物は、所定の数のサンプルを含む；
複数のオーバラップする累積物を形成するために、隣り合った累積物の所定の部分をオーバラップさせるための手段と；
前記複数のオーバラップする累積物から導き出される早発オーバラップ累積信号を生成するための手段と；
前記複数のオーバラップする累積物から導き出される遅発オーバラップ累積信号を生成するための手段と；及び
前記オーバラップする累積物に基づいて前記タイミング誤差を決定するための手段と；
をさらに備え、
前記決定するための手段は、
タイミング調整を決定するために、前記早発オーバラップ累積信号のエネルギーまたは大きさと前記遅発オーバラップ累積信号のエネルギーまたは大きさを比較するための手段；
を備える、
システム。
【請求項１０】
前記受信した通信信号はスペクトル拡散信号であり、前記システムは、
前記タイミング誤差と関連した疑似雑音オフセットを用いて前記受信した通信信号をデスプレッドするように構成されたデスプレッダ、
をさらに備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記受信した通信信号はＣＤＭＡ信号である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記所定の部分は約５０％である、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
各累積物は所定の数の連続するサンプルを備える、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
受信した通信信号を追跡するためのシステムであって、
所定の数の信号サンプルの複数の累積物を形成するように構成された累積器と、なお、前記累積器は、隣り合った累積物の所定の部分がオーバラップされるように、隣り合った累積物を組み合わせる；及び
前記オーバラップした累積物に基づいてタイミング誤差を決定するように構成されたタイミング弁別器と；
を備え、
前記システムは、前記タイミング誤差だけオフセットされるタイミングメカニズムを有するスペクトル拡散通信信号を受信するための信号プロセッサ、を備え、
前記信号プロセッサは、
前記受信された通信信号をサンプリングし、前記複数のサンプル累積物を生成するように構成されたサンプリングモジュールと、なお、前記サンプル累積物の各々は前記所定の数のサンプルを備え、隣り合ったサンプル累積物の所定の部分がオーバラップされる；
前記複数のオーバラップ累積物から導き出される早発通信信号を生成するように構成されたアドバンスモジュールと；
前記複数のオーバラップ累積物から導き出される遅発通信信号を生成するように構成されたリタードモジュールと；及び
前記早発通信信号と遅発通信信号との間のエネルギー差または大きさの差を測定し、それに応じてタイミング誤差を決定するように構成されたタイミング弁別器と；
を備える、
システム。
【請求項１５】
前記タイミング誤差を用いて、前記タイミングメカニズムをオフセットする、請求項１４に記載の信号プロセッサ。
【請求項１６】
前記早発通信信号は、約２分の１チップだけ前記受信した通信信号より早い、請求項１４に記載の信号プロセッサ。
【請求項１７】
前記遅発通信信号は、約２分の１チップだけ前記受信した通信信号より遅い、請求項１４に記載の信号プロセッサ。
【請求項１８】
前記受信した通信信号はＣＤＭＡ信号である、請求項１４に記載の信号プロセッサ。
【請求項１９】
前記受信した通信信号はＣＤＭＡ２０００逆パイロット信号である、請求項１４に記載の信号プロセッサ。
【請求項２０】
受信した通信信号を追跡するためのシステムであって、
所定の数の信号サンプルの複数の累積物を形成するように構成された累積器と、なお、前記累積器は、隣り合った累積物の所定の部分がオーバラップされるように、隣り合った累積物を組み合わせる；及び
前記オーバラップした累積物に基づいてタイミング誤差を決定するように構成されたタイミング弁別器と；
を備え、
前記システムは、タイミング誤差だけオフセットされるタイミングメカニズムを有する信号プロセッサ、を備え、
前記信号プロセッサは、
前記受信した通信信号から複数のサンプルを得るように構成されたサンプラと；
前記所定の数の前記複数のサンプルを備える前記複数の累積物に対応する複数のサンプルグループを生成するように構成された累積器と、なお、前記累積器は、複数のオーバラップするサンプルグループを備えるオンタイム信号を形成するために、隣り合ったサンプルグループの所定の部分をオーバラップする；
前記複数のオーバラップサンプルグループから導き出される早発信号を生成するように構成されたアドバンスモジュールと；
前記複数のオーバラップサンプルグループから導き出される遅発信号を生成するように構成されたリタードモジュールと；及び
前記早発信号と遅発信号の間のエネルギー差または大きさの差を測定し、それに応じてタイミング誤差を決定するように構成されたタイミング弁別器と；
を備える、
システム。
【請求項２１】
前記タイミング誤差を用いて、前記タイミングメカニズムをオフセットする、請求項２０に記載の信号プロセッサ。
【請求項２２】
前記早発信号は前記オンタイム信号より１チップ未満だけ早く、前記遅発信号は前記オンタイム信号より１チップ未満だけ遅い、請求項２０に記載の信号プロセッサ。
【請求項２３】
前記通信信号はスペクトル拡散信号である、請求項２０に記載の信号プロセッサ。
【請求項２４】
前記所定の数は約３２から５１２の範囲にある、請求項２０に記載の信号プロセッサ。
【請求項２５】
前記所定の数は約３２から５１２の範囲にある、請求項２０に記載の信号プロセッサ。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
［発明の分野］  
本発明は通信に関する。より詳しくは、本発明は、通信信号のタイミングを、この通信信号を受信する受信器のタイミングと同期させるための新規で改良された方法と装置に関する。
【０００２】
［関連する技術の説明］  
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）変調方式は、多くのシステムユーザが介在する通信を容易にするいくつかの技法の内の１つである。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）方式、及び振幅圧伸単側波帯（ＡＣＳＳＢ）などのＡＭ変調方式などの他の技法も知られているが、ＣＤＭＡはこれら他の技法に勝る重要な長所を持っている。
【０００３】
ＣＤＭＡ変調方式を用いると、個々がトランシーバを持っている多くの移動電話システムのユーザは、ＣＤＭＡ拡散スペクトル通信信号を用いて衛星リピータや地上基地局（セルサイト局又はセルサイトとしても知られている）を介して通信することが可能である。ＣＤＭＡ通信を利用するに当たって、周波数スペクトルを何回も再使用して、システムのユーザ容量を増大させることが可能である。例えば、各ユーザからの信号は、それが送信される前に、明確なシグネチャ波形を乗算される。このシグネチャ波形は、ユーザからの情報担持信号より遙かに大きい帯域幅を有する信号のことである。したがって、送信された信号はスペクトル拡散信号であり、ＣＤＭＡはスペクトル拡散技術である。ユーザはすべて互いに異なったシグネチャ波形を用いて、自身の信号帯域幅を拡張する。その結果、ＣＤＭＡ方式を用いると、他の多元接続技法を用いるより遙かに高いスペクトル効率を達成することが可能となる。
【０００４】
携帯式通信システムにおけるモバイル受信器は、受信信号が多くの劣化を受けるような環境下で動作する。信号源から送信された信号は、受信器に到達するまでに、減衰、干渉、散乱及び反射などの多くの条件にさらされる。受信器は、これらすべての劣化があったとしてもこの信号を回復して、成功裏に通信リンクを確立することが可能でなければならない。
【０００５】
壁や山腹を含む建造物や周辺の地形などの構造体のため、送信された信号が散乱したり反射したりすることになる。送信された信号が散乱したり反射したりするとその結果、送信機から受信器に至る信号経路が複数個存在することになる。信号経路を複数個発生させるこのような原因は、受信器が移動するにつれて変化する。
【０００６】
ＣＤＭＡモバイルユニットからの信号を正確に復号するためには、信号のタイミングを基地局のタイミングと同期させなければならない。モバイルユニットが基地局からさらに移動して離れるにつれて、信号が基地局に届くまでに要する時間はますます長くなり、基地局でタイミング調整を実施しなければ、非コヒーレントな又は減衰した信号が受信されることになる。加えて、気候条件が変化して信号の減衰量が増すと、入力される信号のタイミングは、基地局で予測されるタイミングとますますずれることになる。
【０００７】
時間追跡ループ（ＴＴＬ）は通常は、基地局で受信される信号のタイミングを捕捉してこれを追跡し、基地局のタイミングを受信信号のタイミングと同期させるために用いられる。タイミングのオフセット量を粗く推測した後で、ＴＴＬを用いて、この推測値を純化して、符号ドップラー、疑似雑音（”ＰＮ”）の旋回又は他の影響によるオフセット量の動的な変動を追跡する。一般的に、ＴＴＬは、２つの同期フェーズ、すなわち、捕捉フェーズと追跡フェーズから成る。捕捉フェーズでは、ＴＴＬは初期タイミング誤差を迅速に補正する必要がある。続いて、ＴＴＬが受信信号のタイミング基準に十分近いタイミング推定値に収束したら、捕捉フェーズは終了して、追跡フェーズが開始される。追跡フェーズにおいては、ＴＴＬは、受信信号のタイミングの遅い変動の後を追う。一般に、捕捉フェーズが早いほど、追跡フェーズにおける残留タイミング誤差の標準偏差値は高くなる。言い換えれば、捕捉フェーズを短縮化したＴＴＬが受信した信号は、追跡フェーズ間での標準偏差が増す。
【０００８】
ＴＴＬは一般に、早発の信号サンプルと遅発の信号サンプルとの間のエネルギー又は大きさの差を測定することによって動作する。次に、この差を用いて、基地局のタイミングを早めるように調整すべきか遅らすように調整すべきかを判定する。例えば、遅発の信号サンプルのエネルギーが早発の信号サンプルのエネルギーより高い場合、基地局のタイミングは、エネルギーの高い信号に合わせて早めるように調整すべきである。しかしながら、このプロセスでは、信号タイミングに対して正確にロックオンするには、かなり長い時間が必要である。この問題は、基地局のタイミングを調整する前に、離散した時間間隔にわたって信号サンプルを累積するプロセスによって幾分軽減される。しかしながら、ＳＮＲが低い状況下では、この方法を用いても、信号捕捉フェーズの時間は十分に減少しない。さらに、ＴＴＬの一般的な原理によれば、信号捕捉フェーズを減少させたとしても、タイミング誤差の標準偏差値は増す可能性が高い。
【０００９】
したがって、ＴＴＬの後続の捕捉フェーズの間に誤差信号の標準偏差値を増すことなくこのＴＴＬの捕捉フェーズ時間を減少させるようなシステムが望まれる。
【発明の開示】
【００１０】
［発明の概要］
本明細書に開示する実施形態は、オーバラップするサンプルの累積物を用いることによって上記の問題を解決するものである。１つの態様では、信号受信器に結合されたＴＴＬは、オーバラップサンプル累積物を用いて、受信されたスペクトル拡散信号を、高いスピードと精度で捕捉して追跡する。一実施形態では、サンプル累積物は、連続するサンプルを所定の数だけ一緒にグループ化することによって形成される。サンプル累積物とはサンプルのグループのことである。オーバラップサンプル累積物は、隣同士のサンプル累積物の所定の部分をオーバラップすることによって生成される。一実施形態では、隣同士のサンプル累積物の５０％を、最初のサンプル累積物の後半（５０％）が二番目のサンプル累積物の前半（５０％）とオーバラップするようにオーバラップさせる。隣同士のサンプル累積物の他の所定の部分、例えば、２５％あるいは７５％などをオーバラップさせたりもする。オーバラップサンプル累積物は、生成されたら、ＴＴＬに送信されて、受信したスペクトル拡散信号のタイミングと信号受信器のタイミングとの間の差を示すタイミング誤差を決定する。
【００１１】
一実施形態では、ＴＴＬは、早発オーバラップ累積信号と遅発オーバラップ累積信号とを生成するタイミング弁別器を含む。別の実施形態では、早発信号と遅発信号とは、進み疑似雑音オフセットと遅れ疑似雑音オフセットとを用いている疑似雑音デスプレッダ(despreader)によって生成される。次いで、早発オーバラップ信号累積物と遅発オーバラップ信号累積物とが、それぞれ早発信号と遅発信号とを用いて生成される。
【００１２】
ＴＴＬは、早発オーバラップ累積信号と遅発オーバラップ累積信号とを比較して、更新されたタイミング誤差を決定する。その後で、受信器のタイミングは、ＴＴＬによって決定されたタイミング誤差にしたがって周期的に調整される。
【００１３】
サンプルの累積物をオーバラップさせることによって、離散したサンプルを用いた場合より迅速にシステムタイミングが調整される。オーバラップ累積物を用いるシステムは、より長い捕捉フェーズを有する離散した累積物を用いるシステムの標準偏差値と類似の追跡フェーズにおける追跡誤差の標準偏差値を提供する。同様に、離散した累積物を用いるシステムと比較して、オーバラップ累積物を用いると、捕捉フェーズの長さが同じ場合、追跡フェーズにおける追跡誤差の標準偏差値が減少する。
【００１４】
本発明の上記の目的と特徴及び他の目的と特徴は、同様の番号が同一もしくは機能的に類似の部品を示している以下の図面を参照して次の説明と添付された請求項とを読めば完全に理解されるであろう。
【００１５】
［発明の詳細な説明］  
本発明の実施形態を以下に詳細に説明する。しかしながら、本発明は、請求項に定義されまた含まれる多くの様々な方法によって実施可能である。本発明は、明示的に説明されている実施形態より一般的であり、特定の実施形態によってではなく、添付された請求項によって規定される。
【００１６】
本開示内容を簡単にそして明瞭にするために、本発明は、ＣＤＭＡ２０００規格に概括されている原則に従って動作する例示のＣＤＭＡ無線通信システムを参照して開示する。しかしながら、本明細書に記載する創意ある原理は、スペクトル拡散信号を用いる他の無線通信システムにも等しく適用可能であることを理解すべきである。例えば、本発明は、パンクチャドパイロットチャネル又は不連続パイロットチャネルを用いるシステムに適用可能である。本発明の様々な実施形態は、広帯域ＣＤＭＡ（Ｗ−ＣＤＭＡ）規格や、さらに、提案されている他の多くの３Ｇ通信規格にも等しく適用可能である。加えて、本明細書の実施形態は一般的に、ＣＤＭＡ２０００システムで用いられるように逆パイロット信号に関連して記載されているが、特定の実施形態は、データ担持信号を含むいかなる受信信号にも、その信号が基地局によって受信されようと、モバイルユニットによって受信されようと、別のセルラー信号受信サイトによって受信されようと、適用される可能性がある。
【００１７】
本明細書で用いられる「ビット」（単数であれ複数であれ）という用語はしばしば、「チップ」（単数であれ複数であれ）という用語と併用される。「ビット」とは情報の単位であり、「チップ」とはＣＤＭＡシステムで用いられる拡散符号の単位であることを当業者は理解されるであろう。しかしながら、本明細書での「チップ」という用語の使用は単に説明を正確にするためのものであり、本発明をＣＤＭＡシステムに限定する意図はない。本発明は、「ビット」で表される情報を「チップ」という拡散符号で拡散しないシステムにも等しく適用可能である。
【００１８】
図１にモバイルユーザ１６とセルサイト１２間での通信にＣＤＭＡ変調技法を利用する例示の通信システムを示す。大都市におけるセルラーシステムは、数十万の移動電話１６にサービスを提供する数百のセルサイト局１２を有している。ＣＤＭＡ技法を用いると即座に、従来のＦＭ変調セルラーシステムと比較してユーザ容量を容易に増大させることができる。
【００１９】
図１において、システムコントローラ１０は一般的に、スイッチ及び適切なインタフェースと、セルサイトにシステム制御情報を提供する処理ハードウエアとを含んでいる。コントローラ１０は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）からの電話コールを適切なモバイルユニットに送信するためにそれを適切なセルサイトにルーティングする動作を制御する。コントローラ１０はまた、モバイルユニットからのコールを少なくとも１つのセルサイトを介してＰＳＴＮにルーティングする動作を制御する。コントローラ１０は、モバイルユーザ同士間のコールを適切なセルサイト局を介して導くが、それは、このようなモバイルユニットは一般的には互いに直接に通信することはないからである。
【００２０】
コントローラ１０は、専用電話回線、光ファイバリンク又は無線周波数通信などの様々な手段によってセルサイトに結合されている。図１で、２つの例示のセルサイト１２Ａと１２Ｂが、セルラー電話を含む２つの例示モバイルユニット１６ａと１６ｂと共に図示されている。矢印２０ａ−２０ｂと矢印２２ａ−２２ｂとは、セルサイト１２Ａとモバイルユニット１６との間の可能な通信リンクをそれぞれ定めている。同様に、矢印２４ａ−２４ｂと矢印２６ａ−２６ｂとは、セルサイト１２Ｂとモバイルユニット１６との間の可能な通信リンクをそれぞれ定めている。セルサイト１２は通常は等しい出力で送信する。
【００２１】
セルサイト１２は、一般的な場合、セルサービスエリアを画定する地上基地局である。しかしながら、衛星１３などの地球軌道中継衛星は、特に遠隔地をより完全にセルラーカバレージに収めるために使用されることを理解すべきである。衛星の場合、信号はモバイルユーザと地上基地局との間で衛星１３を用いて中継される。地上局だけの場合のように、衛星の場合もまた、同一の衛星１３上の複数のトランスポンダを介して又は別々の衛星１３を介してモバイルユニットと１つ以上の基地局間で通信する機能を提供する。
【００２２】
モバイルユニット１６ａは、経路２０ａと２６ａ上でセルサイト１２から送信されたパイロット信号中の受信された出力の合計値を測定する。同様に、モバイルユニット１６ｂは、経路２２ａと２４ａ上でセルサイト１２から送信されたままのパイロット信号中の受信出力の合計値を測定する。モバイルユニット１６ａと１６ｂの各々において、パイロット信号の出力は受信器で測定されるが、この場合、信号は広帯域信号である。したがって、この出力測定は、受信された信号をＰＮ拡散スペクトル信号と相関させる以前に実行される。
【００２３】
モバイルユニット１６ａがセルサイト１２Ａに近づくにつれて、受信信号出力は、経路２０ａを伝わる信号によって支配される。モバイルユニット１６ａがセルサイト１２Ｂに近づくにつれて、受信出力は経路２６ａを伝わる信号によって支配される。同様に、モバイルユニット１６ｂがセルサイト１２Ｂに近づくにつれて、受信出力は、経路２４ａを伝わる信号によって占められる。モバイルユニット１６ｂがセルサイト１２Ａに近づくにつれて、受信出力は経路２２ａを伝わる信号によって占められる。
【００２４】
モバイルユニット１６はその各々が測定結果と、セルサイト送信機出力とモバイルユニットアンテナ利得の既知の値とを一緒に用いて、最も近いセルサイトまでの経路損失を推定する。この経路損失推定値を、モバイルアンテナ利得とセルサイトＧ／Ｔの既知の値と一緒に用いて、公称の必要送信機出力を決定して、セルサイト受信器における所望の搬送波対雑音比を求める。この公称の送信機出力は、互いに異なった様々な方程式にしたがって決定されていて、通信技術上一般によく知られている。セルサイトのパラメータに関するモバイルユニットの知識は、メモリに固定されたり、セルサイト情報放送信号で送信されたりして、特定のセルサイトが公称の状態以外の状態になった場合にそれを示すようにする。
【００２５】
ここで図２に目を向けると、タイミング誤差信号ジェネレータの機能ブロック図が図示されている。図２に示すように、入力ＲＡＭ２０２が受信した波形のサンプルを記憶して、それをデスプレッダ（despreader)２０６に出力し、そこで、サンプルはＰＮジェネレータ２０４が発生したＰＮ符号を用いてデスプレッド(despread)される。ＰＮ符号を発生してＣＤＭＡ信号をデスプレッドするプロセスは通信技術上よく知られており、本明細書では説明しない。サンプラ２０８は、デスプレッドダ２０６からのデスプレッドされた信号を周期的にサンプリングする。
【００２６】
タイミング弁別器４５０に対する入力は、受信信号のタイミングと受信器のタイミング間の差を定めるタイミング誤差Δτｅを有するデスプレッド信号である。デスプレッダ２０６は信号ｓ（Δτ）を出力し、この信号は次にアドバンスモジュール(advance module)２１０とリタードモジュール(retard module)２１１によって受信され、ここで、早発信号(early signal)と遅発信号(late signal)をそれぞれ生成するために用いられる。一般的に、早発信号はアドバンストＰＮオフセットでデスプレッドされたデスプレッドチップのシーケンスを含んでおり、一方遅発パイロット信号は遅延したＰＮオフセットでデスプレッドされたデスプレッドチップのシーケンスを含んでいる。一実施形態では、ＰＮオフセットは２分の１チップであり、これで、受信された信号ｓ（Δτ）より早発信号が２分の１チップだけ早く、遅発信号が２分の１チップだけ遅い。
【００２７】
早発信号２２０と遅発信号２２４は、オーバラップ累積物が所定の数のサンプル分にわたって形成される累積器２１２Ａと２１２Ｂに対してそれぞれ提示される。累積物中のサンプルの数、すなわち、サンプルグループは、処理系依存であり、したがって、累積物はどのような数のサンプルでも含む。例えば、一実施形態では累積物毎に６４のサンプルを用い、別の実施形態では累積物毎に２５６のサンプルを用いる。加えて、オーバラップする分量はシステム要件にしたがって調整される。サンプルを連続的に累積するとそのオーバラップ百分率はＰとなるが、これは、連続する２つのサンプル累積物同士間でのオーバラップ量を定義する。例えば、Ｐ＝５０％とすると、第１の累積物の後半（５０％）は後続の累積物の前半（５０％）とオーバラップする。サンプルの累積物をオーバラップさせることによって、システムタイミングに対する調整は、離散したサンプルを用いる場合より迅速に実行される。加えて、オーバラップする累積物を用いるシステムは、より長い捕捉フェーズを有する離散した累積物を用いるシステムのそれと類似した追跡フェーズにおける追跡誤差の標準偏差値を出力する。同様に、離散した累積物を用いるシステムと比較して、オーバラップする累積物を用いると、捕捉フェーズの長さが同じの場合、追跡フェーズにおける追跡誤差の標準偏差値が減少する。
【００２８】
次に、累積器２１２Ａと２１２Ｂから出力された累積記号は、それぞれエネルギー計算器２１４Ａと２１４Ｂに入力される。エネルギー計算器２１４Ａと２１４Ｂは、早発パイロットと遅発パイロットの累積記号に含まれるエネルギーを計算する。例えば、早発パイロットと遅発パイロットをＱＰＳＫ符号化すると、エネルギー計算器２１４Ａと２１４Ｂは関係式Ｉ２＋Ｑ２を用いてエネルギーを計算するが、ここで、ＩとＱは信号のそれぞれ同相成分と直交成分である。一実施形態では、エネルギー計算器２１４は、早発記号と遅発記号に含まれるエネルギーの大きさ、すなわち、エネルギー計算値の平方根を計算する。加えて、この大きさの計算値を、エネルギー計算器２１４によってあまり大きい遅延が入り込まないように近似させる。
【００２９】
次に、早発パイロットと遅発パイロットのエネルギー差をサブトラクタ２１６で計算して、受信信号に対するＰＮジェネレータ２０４の時間追跡誤差を示す値を求める。サブトラクタ２１６が出力する差の結果値はフィルタ２１８によってフィルタリングされて時間誤差信号として提供され、例えば、ＰＮジェネレータのタイミングの調整など、他の回路によってさらに用いられる。フィルタ２１８は、累積器及び時間誤差信号中の瞬間的変動を平滑化する他の処理回路の少なくとも一方を含む。
【００３０】
図３は、受信器、例えば基地局、のタイミングをモバイルユニットのタイミングと同期させる改良された方法を示すブロック図である。上述したように、セルラー通信の目的の１つは、基地局で受信された信号を基地局のタイミングと同期させることである。タイミングが同期されないと、受信信号は減衰したり完全に非コヒーレントとなったりする。既存の多くの通信システムの時間追跡ループは、ある期間にわたる離散した信号の累積にしたがってシステムタイミングを調整する。しかしながら、この方法は、タイミング調整を実効化するためにはかなりの時間を必要とする。図３に示す方法は、後続の追跡フェーズにおけるタイミング誤差の標準偏差を増すことなくＴＴＬの捕捉フェーズの長さをかなり減少させる。
【００３１】
ステップ３１０では、基地局はモバイルユニット１６からＣＤＭＡ信号を受信する。このＣＤＭＡ信号は、一般的には音声データで符号化されているデータブロックのストリームを含んでいる。
【００３２】
ステップ３２０では、到来する信号のサンプルを、システムのチップレートより大きいレートで取る。一般的なＣＤＭＡ通信システムでは、チップレートＲは１．２２８８ＭＨｚであり、したがって、毎秒１．２２８８×１０６チップを送信する。したがって、２．４５７６ＭＨｚというレートでサンプルを取ると、各チップ時間中に２つのサンプルが取られる。サンプルをＮ×Ｒというレートで取ると、各チップ時間Ｔ中にＮ個のサンプルが取られることになる。利点のある実施形態では、２×Ｒというレートでサンプルが取られ、したがって、チップ毎に２回サンプリングする。次に、サンプルはＭ個だけ補間され、これで利用可能なサンプルの数をさらに増す。
【００３３】
ステップ３３０では、サンプルは、時間追跡ループ（「ＴＴＬ」）に入る前にオーバラップ百分率Ｐだけオーバラップされる。上述したように、ある累積物中のサンプルの数は処理系依存であり、したがって、累積物はいかなる数のサンプルでも含む。例えば、一実施形態では累積物あたり６４個のサンプルを用い、別の実施形態では累積物あたり２５６個のサンプルを用いる。したがって、Ｐ＝５０％とすると、第１の累積物の後半（５０％）が、第２の累積物の前半（５０％）とオーバラップする。サンプルの累積物をオーバラップさせることによって、システムのタイミングに対する調整は、離散したサンプルを用いる場合より迅速に実行される。加えて、オーバラップする累積物を用いると、より長い捕捉フェーズを持つ離散した累積物を用いるシステムの場合と類似した追跡フェーズにおける追跡誤差の標準偏差値が提供される。同様に、離散した累積物を用いるシステムと比較して、オーバラップする累積物を用いると、捕捉フェーズの長さが同じである場合、追跡フェーズにおける追跡誤差の標準偏差値が減少する。
【００３４】
一実施形態では、ＴＴＬでサンプルのオーバラップを実行すると、このループの更新レートが１／（１−Ｐ）だけ改善される。したがって、Ｐ＝．５というオーバラップ係数を実現することによって、オーバラップ累積物を用いるシステムのＴＴＬ更新レートは１／（１−．５）＝２だけ改善されて、ＴＴＬ更新レートが２倍となる。他のオーバラップ係数を用いてもよい。例えば、Ｐ＝．７５とすると、ＴＴＬの更新レートは１／（１−．７５）＝４だけ改善される。更新レートが増加するとその結果、捕捉フェーズによって、より遅速の更新レートを持つシステム、例えば、離散した累積物を用いるシステムの場合より追跡誤差がより迅速に減少される。
【００３５】
ステップ３４０では、オーバラップした累積物をタイミング弁別器４５０（図２）を用いて、図２を参照して説明したようにタイミング推定値を生成し、これを用いて、基地局のタイミングと受信信号のタイミングを同期させる。
【００３６】
図４は、ＴＴＬの機能コンポーネントを示すブロック図である。一実施形態では、ＴＴＬ４００は、受信した信号タイミングを捕捉する動作と追跡する動作の双方を実行する。
【００３７】
ＴＴＬ４００システムは、受信した信号タイミングと受信器のタイミングとの間の差を示すΔτというタイミング誤差を有する累積されたオーバラップサンプル４１０のストリームによって駆動される。オーバラップする累積物は図中ではｓ（Δτ）と表されている。一般に、累積物をオーバラップさせるという動作は、時点ｔから始まる現行のサンプル累積物のある部分Ｐを時点ｔ−１で始まったバッファに記憶されたサンプル累積物とオーバラップさせることによって遂行される。累積物のオーバラップ動作は図３を参照して上述した。
【００３８】
タイミング調整モジュール４２０は、ループフィルタ４４０から受信したタイミング推定値Δτ’にしたがって受信した信号タイミングを調整する。一実施形態では、受信信号のタイミングは、タイミング調整モジュール４２０によって遅らされて、受信器のタイミングとほぼ同期する時間調整済み信号４３０を出力する。別の実施形態では、ＰＮジェネレータ２０４のタイミングはΔτ’に基づいた分量だけオフセットされ、ＰＮ符号が受信信号と正しく整合するようにする。
【００３９】
時間調整済み信号４３０は、Δτｅ＝Δτ−Δτ’という残留タイミング誤差を有し、ｓ（Δτｅ）と表される。したがって、ｓ（Δτｅ）は、タイミング推定値Δτ’を更新する際に用いられるように、タイミング弁別器４５０によってＴＴＬを駆動する。タイミング弁別器４５０は新しいタイミング推定値Δτ’を、早発累積物と遅発累積物（図２を参照）との比較に基づいて生成し、これがループフィルタ４４０によってフィルタリングされてタイミング調整モジュール４２０に送信されて戻される。
【００４０】
ＴＴＬ４００の初期捕捉フェーズの間、タイミング推定値Δτ’は、Δτ’が比較的大幅に更新されるにつれてΔτに収束する。タイミング推定値Δτ’とタイミング誤差Δτが十分近づくと（すなわち、Δτｅがゼロに接近すると）、捕捉フェーズが終了して、追跡フェーズが開始される。追跡フェーズの間、Δτのゆっくりとした変動が追跡され、これで、Δτｅを所望の小さい値に保つ。
【００４１】
図５は、５０％オーバラップ累積物、すなわち、５０％オーバラップのサンプルグループを用いるＴＴＬと、離散した累積物（すなわち、オーバラップ率０％）を用いるＴＴＬとの間の残留タイミング誤差Δτｅの標準偏差の比較を示すグラフである。上述したように、オーバラップ百分率Ｐは、ＴＴＬシステムの設計の際になんらかの百分率になるように調整されるが、その値は本明細書に述べる例に限られない。
【００４２】
曲線７１０は、タイミング誤差の計算に５０％オーバラップ累積物を用いるＴＴＬシステムの標準偏差値を示している。したがって、累積物毎に６４個のサンプルを用い、オーバラップ百分率Ｐ＝５０％の実施形態では、各累積物の後半の３２個のサンプルが、それぞれ各後続の累積物の最初の３２個のサンプルとオーバラップする。曲線７２０は、タイミング誤差の計算に離散した累積物を用いる、すなわちＰ＝０％のＴＴＬシステムの標準偏差値を示している。したがって、累積物毎に６４個のサンプルを用い、オーバラップ百分率Ｐ＝０％の実施形態では、各累積物の６４個のサンプルの後に、各後続の累積物が続くが、サンプルはオーバラップしない。上述したように、また、図５に示すように、オーバラップする累積物を用いることによって、離散したサンプル累積物を用いるＴＴＬと比較して、残留タイミング誤差Δτｅの標準偏差値が減少する。
【００４３】
当業者は、情報と信号は互いに異なった様々な技術と技法を用いて表されることを理解するであろう。例えば、上記の説明中で参照されるデータ、命令、指令、情報、信号、ビット、記号及びチップは、電圧、電流、電磁波、磁界もしくは磁性粒子、光学場もしくは光粒子、又はこれらのなんらかの組み合わせによって表される。
【００４４】
当業者は、本明細書に開示する実施形態と関連して説明した様々な解説的な論理ブロック、モジュール、回路及びアルゴリズムのステップは、電子式ハードウエア、コンピュータソフトウエア又はこれらの組み合わせとして実現されることを理解されるであろう。このハードウエアとソフトウエアの交換可能性を明瞭に示すために、様々な解説的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路及びステップを、一般的にその機能性について上に説明した。このような機能性がハードウエアとして実現されるかソフトウエアとして実現されるかは、特定の応用分野とシステム全体に課せられる設計上の制約によって異なる。当業者は、上記の機能性を特定の応用分野毎に様々な方法で実現する可能性があるが、このように実現することを判断したとしてもそれは、本発明の範囲からの逸脱をもたらすものと解釈すべきではない。
【００４５】
本明細書に開示する実施形態と関連して説明した様々な解説的な論理ブロック、モジュール及び回路は、本明細書に記載する機能を実行するように設計されている汎用プロセッサ、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ム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は他のプログラム可能論理デバイス、ディスクリートゲートもしくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウエアコンポーネント、又はこれらのなんらかの組み合わせによって実現ないし実行される。汎用プロセッサはマイクロプロセッサでもよいが、代替例では、このプロセッサは従来型のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態機械であったりする。プロセッサはまた、計算用デバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサの組み合わせ、１つ以上のマイクロプロセッサをＤＳＰのコアと結合したもの、又は他のなんらかのこのような構成物として実現される。
【００４６】
本明細書に開示する実施形態と関連して説明した方法やアルゴリズムのステップは、ハードウエアとして直接に、プロセッサで実行されるソフトウエアモジュールとして又はこれら両者の組み合わせとして実現される。ソフトウエアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ又は技術上周知の他のなんらかの形態の記憶媒体中に常駐する。例示の記憶媒体はプロセッサに結合され、これで、プロセッサが記憶媒体に対して情報の読み出しと書き込みの動作を実行できるようにしている。代替例では、記憶媒体はプロセッサと一体である。プロセッサと記憶媒体はＡＳＩＣ中に存在する。このＡＳＩＣは、モバイル局、基地局又は基地局コントローラ中に存在する。代替例では、プロセッサと記憶媒体はディスクリートコンポーネントとして、モバイル局、基地局又は基地局コントローラ中に存在する。
【００４７】
開示の実施形態を上記のように説明したのは、当業者なら誰でも、本発明を作成したり用いたりすることを可能とするためである。これらの実施形態に対する様々な修正が当業者には明らかであろうし、また、本明細書に定める一般的な原理は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく他の実施形態にも適用される。したがって、本発明は、本明細書に示す実施形態に限られることを意図するものではなく、本明細書に開示する原理と新規な特徴とに適合する最も広い範囲を与えられることを意図するものである。
以下に、本願発明の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]
時間追跡ループで残留タイミング誤差の標準偏差を減少させる方法であって、
受信した通信信号を周期的にサンプリングして、複数のサンプルを発生させ；
前記サンプルの内の少なくとも１部をメモリに記憶して、各々がＫ個のサンプルを含む複数の累積物を形成し；
前記メモリ中の隣り合った累積物をオーバラップ係数Ｐでオーバラップさせ；
前記オーバラップする累積物に基づいてタイミング調整を決定し；及び
前記受信した通信信号のタイミングを、前記タイミング調整にしたがって調整する；
ことを備える方法。
[２]
前記通信信号はスペクトル拡散通信信号である、[１]に記載の方法。
[３]
前記通信信号はＣＤＭＡ逆パイロット信号である、[２]に記載の方法。
[４]
Ｋは約３２から５１２の範囲にある、[１]に記載の方法。
[５]
Ｐは約２５％から７５％の範囲にある、[１]に記載の方法。
[６]
Ｐは約５０％である、[５]に記載の方法。
[７]
約２分の１チップだけ前記受信した通信信号より早いタイミングを有する早発オーバラップ累積信号を生成し；
約２分の１チップだけ前記受信した通信信号より遅いタイミングを有する遅発オーバラップ累積信号を生成する；
ことをさらに備える、[１]に記載の方法。
[８]
前記決定の動作は、前記早発オーバラップ累積信号のエネルギーと前記遅発オーバラップ累積信号のエネルギーを比較して、前記タイミング調整を決定することを備える、[７]に記載の方法。
[９]
前記決定の動作は、前記早発オーバラップ累積信号の大きさと前記遅発オーバラップ累積信号の大きさを比較して、前記タイミング調整を決定することを備える、[７]に記載の方法。
[１０]
受信した通信信号を追跡する方法であって、
前記受信した通信信号のサンプルを複数個累積して、各々が所定の数のサンプルを含む複数のサンプルグループを形成し；
隣同士のサンプルグループの所定の部分をオーバラップさせ；及び
前記オーバラップされたサンプルグループに基づいてタイミング誤差を決定する；
ことを備える方法。
[１１]
前記受信した通信信号はＣＤＭＡ逆パイロット信号である、[１０]に記載の方法。
[１２]
スペクトル拡散通信システムにおいて、受信した通信信号のタイミング特性と受信ユニットのタイミングインジケータ間の差であるタイミング誤差を追跡するシステムであって、
前記受信した通信信号をサンプリングして、複数のサンプルを発生する手段と；
前記サンプルの内の少なくとも一部をメモリに記憶して、各々が所定の数のサンプルからなる複数の累積物を形成する手段と；
隣り合った累積物の所定の部分をオーバラップさせて、複数のオーバラップする累積物を形成する手段と；及び
前記オーバラップする累積物に基づいてタイミング誤差を決定する手段と、
を備えるシステム。
[１３]
前記受信した通信信号はＣＤＭＡ信号である、[１２]に記載のシステム。
[１４]
前記所定の部分は約５０％である、[１２]に記載のシステム。
[１５]
各累積物は所定の数の連続するサンプルからなる、[１２]に記載のシステム。
[１６]
タイミング誤差だけオフセットされるタイミングメカニズムを有するスペクトル拡散通信信号を受信するための信号プロセッサであって、
受信された通信信号をサンプリングし、各々が所定の数のサンプルを含む複数のサンプル累積物を生成するように構成されたサンプリングモジュールであって、隣り合ったサンプル累積物の所定の部分がオーバラップされるサンプリングモジュールと；
前記複数のオーバラップ累積物から誘導された早発通信信号を生成するように構成されたアドバンスモジュールと；
前記複数のオーバラップ累積物から誘導された遅発通信信号を生成するように構成されたリタードモジュールと；及び
前記早発通信信号と遅発通信信号の間のエネルギー差を測定し、それに反応してタイミング誤差を決定するように構成されたタイミング弁別器と；
を備える信号プロセッサ。
[１７]
前記タイミング誤差を用いて、前記タイミングメカニズムをオフセットする、[１６]に記載の信号プロセッサ。
[１８]
前記早発通信信号は、約２分の１チップだけ前記受信した通信信号より早い、[１６]に記載の信号プロセッサ。
[１９]
前記遅発通信信号は、約２分の１チップだけ前記受信した通信信号より遅い、[１８]に記載の信号プロセッサ。
[２０]
前記受信した通信信号はＣＤＭＡ信号である、[１６]に記載の信号プロセッサ。
[２１]
前記受信した通信信号はＣＤＭＡ２０００逆パイロット信号である、[１６]に記載の信号プロセッサ。
[２２]
タイミング誤差だけオフセットされるタイミングメカニズムを有する信号プロセッサであって、
受信した通信信号から複数のサンプルを得るように構成されたサンプラと；
前記複数のサンプルの内の所定の数のサンプルからなる複数のサンプルグループを生成するように構成された累積器であって、前記累積器は隣り合ったサンプルグループの所定の部分をオーバラップして、複数のオーバラップするサンプルグループからなるオンタイム信号を形成するように構成されている累積器と；
前記複数のオーバラップサンプルグループから誘導された早発信号を生成するように構成されたアドバンスモジュールと；
前記複数のオーバラップサンプルグループから誘導された遅発信号を生成するように構成されたリタードモジュールと；及び
前記早発通信信号と遅発通信信号の間のエネルギー差を測定し、それに反応してタイミング誤差を決定するように構成されたタイミング弁別器と；
を備える信号プロセッサ。
[２３]
前記タイミング誤差を用いて、前記タイミングメカニズムをオフセットする、[２２]に記載の信号プロセッサ。
[２４]
前記早発通信信号は前記オンタイム信号より１チップ未満だけ早く、前記遅発通信信号は前記オンタイム信号より１チップ未満だけ遅い、[２２]に記載の信号プロセッサ。
[２５]
前記通信信号はスペクトル拡散信号である、[２２]に記載の信号プロセッサ。
[２６]
前記所定の数は約３２から５１２の範囲にある、[２２]に記載の信号プロセッサ。
[２７]
前記所定の数は約３２から５１２の範囲にある、[２２]に記載の信号プロセッサ。
[２８]
受信した通信信号を追跡するシステムであって、
所定の数の信号サンプルの複数の累積物を形成するように構成された累積器であって、前記累積器が隣り合った累積物を組み合わせ、これで、隣り合った累積物の所定の部分がオーバラップされるようにする累積器と；及び
前記オーバラップした累積物に基づいてタイミング誤差を決定するように構成されたタイミング弁別器と；
を備えるシステム。
[２９]
前記受信した通信信号はスペクトル拡散信号であり、前記システムは、前記タイミング誤差と関連した疑似雑音オフセットを用いて前記受信した通信信号をデスプレッドさせるように構成されたデスプレッダをさらに備える、[２８]に記載のシステム。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】モバイルのユーザとセルサイト間での通信にＣＤＭＡ変調技法を利用する典型的な通信システムの図である。
【図２】タイミング誤差信号ジェネレータを示す機能ブロック図である。
【図３】受信器のタイミングをモバイルユニットのタイミングと同期させる改良された方法を示すブロック図である。
【図４】ＴＴＬの機能コンポーネントを示すブロック図である。
【図５】５０％オーバラップ累積物を用いるＴＴＬと離散した累積物を用いるＴＴＬとの残留タイミング誤差の標準偏差値の比較を示すグラフである。
【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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