(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の信号部分を有する信号を送信機から受信機へ送信し、信号内の既知の信号部分の位置を受信機内で受信信号と既知の信号部分との相関により求め、
１つの信号内の予め定められた信号部分を相関により求める、
時間離散的な信号部分の相関方法、例えば信号伝送システムのための時間離散的な信号部分の相関方法において、
階層シーケンスとエラーシーケンスとの和である既知の信号部分を障害のある階層シーケンスとして受信機内に格納し、
受信信号と格納された階層シーケンスとの間の相関および信号と格納されたエラーシーケンスとの間の相関の和として相関を形成する、
ことを特徴とする時間離散的な信号部分の相関方法。
【請求項２】
【外１】
0004528477.tif 000012
請求項１記載の方法。
【請求項３】
【外２】
0004528477.tif 000013
請求項２記載の方法。
【請求項４】
エラーシーケンスに含まれる元と０との差ができる限り小さくなるように階層シーケンスとエラーシーケンスとの和への分解を行う、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
移動電話システムに適用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、時間離散的な信号部分の相関方法、例えば信号伝送システムのための時間離散的な信号部分の相関方法に関しており、１つの信号内の予め定められた信号部分を相関により求める。ここでは既知の信号部分を有する信号を送信機から受信機へ送信し、信号内の既知の信号部分の位置を受信機内で受信信号と既知の信号部分との相関により求める。
【０００２】
本発明は任意のディジタルメッセージ伝送システムに適用可能であるが、ここでは本発明の基礎とする問題点をUniversal Mobile Telephone Systems：ＵＭＴＳに関連して説明する。
【０００３】
受信信号内の既知の信号部分（以下ではテスト信号と称する）を検出するために、通常は受信機内で、記憶されている既知のテスト信号と受信信号との相関が行われる。
【０００４】
こうしたテスト信号の位置を求めることにより、例えば受信信号内でのテスト信号の開始時点を同期のために求めることができる。
【０００５】
この場合に特に重要なのは、良好な自動相関特性を有するテスト信号が高い自動相関係数により相対的な時間のずれがあるときには０となり、さらに時間のずれに対する自動相関の値が小さいときには０とは異なるということである。
【０００６】
さらに当該のテスト信号は必要な相関を最小限の計算演算で行うことのできる体系的な構造を有している。この意味で特別な時間離散的なテスト信号のクラスはいわゆる階層コードまたはシーケンスを形成する。
【０００７】
ｈ（ｋ）ｎ次の階層シーケンスは必ずしも異なっていなくてよいｎ個の短いシーケンス
ｈ１＝（ｈ１（０），ｈ１（１），．．．，ｈ１（ｍ１−１）），ｈ２＝（ｈ２（０），ｈ２（１），．．．，ｈ２（ｍ２−１）），ｈｎ＝（ｈｎ（０），ｈｎ（１），．．．，ｈｎ（ｍｎ−１））
から、元ｈｉ（ｋ）∈｛−１，＋１｝により、構造スキーマ
ｘ１（ｋ）＝ｈ１（ｋ），ｋ＝１，．．．，ｍ１−１                  （１）
【０００８】
【数１】
0004528477.tif 000002
【０００９】
にしたがって体系的に構成される。
【００１０】
この種の階層シーケンスと他の信号または他のシーケンスとの相関にかかるコストは、周知のように複数のステップによる迅速な相関を行えば、直接に相関を実現することに比べて著しく低減することができる。さらに階層シーケンスは良好な相関特性を有しており、冒頭に述べた意味での同期のためのテスト信号として好適である。
【００１１】
コスト上効率の良い迅速な階層相関のための前述の手法を以下に説明する。この手法は後述する本発明の方法の基礎となるものだからである。受信信号とテスト信号とを受信機内で相関させることをｓ（ｋ）で表す。一般性を制限するものではないが、２次の階層シーケンス（すなわちｎ＝２のシーケンス）について考察する。階層シーケンスは２個以上の階層ステップを有しており、上述の式にしたがって連続的にそのつど２つの部分シーケンスから構成される。相関は各時点ｋで行われる。
【００１２】
相関の結果ｖ（ｋ）は、ここでは
【００１３】
【数２】
0004528477.tif 000003
【００１４】
から得られる。
【００１５】
図２には周知の階層相関過程が２次の階層シーケンスの例に則して示されている。ここでは計算ステップが細線により示されている。
【００１６】
短い部分シーケンスはｈ１＝（＋１，＋１，−１，＋１），ｈ２＝（＋１，−１，＋１，＋１）により与えられる。したがって全シーケンスはｈ＝（＋１，＋１，−１，＋１， −１，−１，＋１，−１， ＋１，＋１，−１，＋１， ＋１，−１，＋１，＋１）となる。第１のステップまたは第１の部分相関ステップＴＫ１では部分相関ｖ１（ｋ）が求められる。第２のステップまたは第２の部分相関ステップＴＫ２では当該の中間結果から求めるべき相関ｖ（ｋ）が求められる。ここでは進行する時間ｋは、図２に太線で示されているように、それぞれ３つの既知の結果に基づいており、新たな計算のみを部分相関ステップＴＫ１で行えばよいようになっている。すなわち走査によって得られた信号ｓ（ｋ）の信号値のうち最も新しいものだけを計算すればよい。
【００１７】
ｎ＞２の部分シーケンスに対しても相応に同じ基本原理にしたがう更なる相関ステップが得られる。
【００１８】
本発明の基礎とする問題点は、一般に周知の手法を階層的でないシーケンスにも拡張し、その際に相関にかかる計算コストがあまり大きくならないようにすることである。
【００１９】
本発明の利点
本発明の請求項１の基礎となっている着想は、階層シーケンスに対する周知の迅速な複数ステップによる相関過程を障害のある階層シーケンスに対して拡張するということである。
【００２０】
【外３】
0004528477.tif 000004
【００２１】
本発明の方法では、相関ｖ（ｋ）を計算するために、階層相関のほかに補正量を求める式も考慮される。したがって本発明の方法は“補正階層相関”とも称される。
【００２２】
本発明の補正階層相関法は、それ自体を直接に階層的に分解することはできなくとも階層シーケンスとエラーシーケンスとの和として適切に表示することができるシーケンスであれば適用可能である。
【００２３】
後に実施例として示す別のシーケンスはUniversal Mobile Telecommunication Systems：ＵＭＴＳでの同期のための階層シーケンスを形成する部分シーケンスとして適用される。本発明の方法によれば、この部分シーケンスを補正された階層構造にしたがってさらに分解し、相関を求めるのに必要な計算コストを約４０％も低減することができる。移動局から基地局への同期にかかる計算コストは全体として移動局でのベースバンド計算能力の重大な要素となっているので、本発明の方法は必要な計算能力を低減するうえで非常に有効である。
【００２４】
ベースバンド信号の信号処理における計算能力を低減できるということは、１つにはベースバンドハードウェアにかかるコストの低減（小さなクロックレートや小さなゲートなど）を意味し、もう１つには計算能力の低減、ひいてはベースバンドハードウェアの電力容量の低減を意味する。これにより特に蓄電池で駆動される移動局では通話時間またはスタンバイ時間の延長も可能となる。
【００２５】
従属請求項には本発明の請求項１記載の方法の有利な別の実施形態および改善形態が示されている。
【００２６】
【外４】
0004528477.tif 000005
【００２７】
【外５】
0004528477.tif 000006
【００２８】
【数３】
0004528477.tif 000007
【００２９】
ここでｕ（ｋ）は信号ｓ（ｋ）と格納されている階層シーケンスとの相関であり、ｕｅ（ｋ）は信号ｓ（ｋ）と格納されているエラーシーケンスとの相関である。
【００３０】
第１の被加数ｕ（ｋ）はｈの階層構造のために直接に迅速な階層相関により計算することができる。第２の被加数ｕｅ（ｋ）については別の構造ｈｅの性質に依存する。
【００３１】
【外６】
0004528477.tif 000008
【００３２】
ｈｅ、例えば０とは異なる唯一の元ｈｅ（Ｋ）＝βが（β∈｛−２，＋２｝）を含む場合、ｕｅ（ｋ）からｕｅ（ｋ）＝β・ｓ（ｋ＋Ｋ）への計算は
ｖ（ｋ）＝ｕ（ｋ）＋β・ｓ（ｋ＋Ｋ）                            （９）
のように簡単化される。
【００３３】
０とは異なる複数の元がある場合、相応に複数の補正量の項を考慮しなければならない。一般的なケースでは式ｕｅ（ｋ）を計算するために再び相関の式の計算法が使用される。
【００３４】
別の実施形態によれば、本発明の方法は移動電話システムに適用される。
【００３５】
図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図１には障害のある階層の相関、すなわち２次の階層シーケンスおよび簡単なエラーシーケンスを含む相関過程が本発明の実施例として示されている。図２には既知の階層の相関過程が２次の階層シーケンスの実施例で示されている。
【００３６】
以下に図１を参照しながら、２次の階層シーケンスおよび簡単なエラーシーケンスを有する障害のある階層の相関過程に相応して本発明の方法の実施例を説明する。
【００３７】
実施例に示されているシーケンスはUniversal Mobile Telecommunication Systems：ＵＭＴＳでの同期のための階層シーケンスを形成する部分シーケンスである。
【００３８】
考察するのは以下に示すLindnerシーケンスである（H.D.Lueke, "Korrelationsignale", Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1992も参照されたい）。
【００３９】
【数４】
0004528477.tif 000009
【００４０】
これは直接には適切な階層部分シーケンスには分解できないため、周知のコスト上都合の良い階層相関に適用することはできない。ただしこれに代えて階層シーケンスおよびエラーシーケンスにより
【００４１】
【数５】
0004528477.tif 000010
【００４２】
ここで
ｈ＝（＋１，＋１，−１，＋１， −１，−１，＋１，−１， ＋１，＋１，−１，＋１， ＋１，＋１，−１，＋１）
ｈｅ＝（０，０，０，−２， ０，０，０，０， ０，０，０，０， ０，０，０，０）
にしたがって表される。
【００４３】
ｈの階層的な分解は部分シーケンスｈ１＝（＋１，＋１，−１，＋１）およびｈ２＝（＋１，−１，＋１，＋１）により与えられる。
【００４４】
相関過程は全体として、有利には本発明の方法により、補正された階層相関を用いて行うことができる。
【００４５】
図１には当該の相関過程が示されている。図２に示されている周知の階層相関の構造に加えて、受信信号ｓ（ｋ）から第２の部分相関ステップＴＫ２の結果へのつながりが見てとれる。補正量の項は−２で重みづけされた本発明の入力信号の値のかたちで表されている。
【００４６】
【外７】
0004528477.tif 000011
【００４７】
階層シーケンスおよびエラーシーケンスへ分割することにより、当該の数は著しく低減される。階層相関では１つの相関値ｖ（ｋ）ごとに第１のステップで複素数の４回の加算が必要となり、第２のステップでも複素数の４回の加算が必要となる。これには値ｓ（ｋ＋３）と係数−２との乗算や、この補正値と階層相関の結果との図１に示されているような加算が含まれる。２による乗算は１桁のビットシフトに相応し、この乗算には“真の”乗算に比べれば無視できるほどの計算コストしか要しないことを考慮すれば、残るのは補正値を相関結果へ加算する１回の付加的な複素数加算のみである。相関過程全体では補正された階層相関を用いて相関値ｖ（ｋ）ごとに９回の複素数加算が必要となるが、これは直接に相関を実現する場合に上述のように１６回の複素数加算が必要なことに比べれば格段の低減である。これは優に４０％の節約を意味する。
【００４８】
ここで提案した方法は移動無線機器を扱う全てのメーカのワールドワイドな現在の研究および大規模開発の点から第３世代の移動無線システム（ＵＴＭＳなど）に関連してきわめて高いアクチュアリティを有している。
【００４９】
本発明を有利な実施例に則して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々に修正可能である。
【００５０】
また本発明はUniversal Mobile Telephone Systems：ＵＴＭＳのみに限定されず、他の任意の時間離散的なディジタル信号処理システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  障害のある階層の相関過程を示す図である。
【図２】  既知の階層の相関過程を示す図である。
【図１】
0004528477.tif 000014
【図２】
0004528477.tif 000015