(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムの移動局（ＭＳ）のための周波数同期のための方法において、
前記無線通信システムはタイムスロット（ｔｓ）及び広帯域周波数領域（Ｂ）によって形成される周波数チャネル（ＦＫ）を提供し、該周波数チャネル（ＦＫ）において移動局（ＭＳ）と基地局（ＢＳ）との間で同時に１つ又は複数のコネクションの情報が伝送され、
異なるコネクションの情報は拡散符号によって区別可能であり、
前記移動局（ＭＳ）に対してダウンワード方向に周波数同期のための周波数チャネル（ＦＣＣＨ）が繰り返し提供され、
該周波数チャネル（ＦＣＣＨ）内部でチップ系列（ｆ１）が伝送され、
同期すべき移動局（ＭＳ）によって受信信号から前記チップ系列（ｆ１）に対する推定値（ｆ１′）が決定され、
該推定値（ｆ１′）と参照系列（ｆ２）との少なくとも一回の比較から前記推定値（ｆ１′）の位相ドリフト（ｄｐ）が計算され、
該位相ドリフト（ｄｐ）から周波数オフセット（ｄｆ）が算出され、
前記移動局（ＭＳ）によって周波数同期のために前記周波数オフセット（ｄｆ）が利用される、
無線通信システムの移動局（ＭＳ）のための周波数同期のための方法。
【請求項２】
チップ系列（ｆ１）はユーザデータコネクション又はシグナリングコネクションの伝送すべき情報と共に同時に送信される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも２つの推定値（ｆ１′）が位相ドリフト計算のために十分な大きさの時間間隔で得られるようにチップ系列（ｆ１）は伝送される、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
チップ系列（ｆ１）は固有の拡散符号（ｃ１）によって拡散される、請求項１〜３までのうちの１項記載の方法。
【請求項５】
位相ドリフト（ｄｐ）は最小二乗誤差法によって比例係数として推定値（ｆ１′）と参照系列（ｆ２）との比較から計算される、請求項１〜４までのうちの１項記載の方法。
【請求項６】
少なくともチップ系列（ｆ１）の部分が時間同期及び周波数同期に使用される、請求項１〜５までのうちの１項記載の方法。
【請求項７】
周波数チャネル（ＦＫ）における信号の分離はＪＤ-ＣＤＭＡ方法によって行われる、請求項１〜６までのうちの１項記載の方法。
【請求項８】
移動局（ＭＳ）によって受信電力測定に従って周波数同期のための周波数チャネル（ＦＣＣＨ）を有する周波数領域（Ｂ）が選択される、請求項１〜７までのうちの１項記載の方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法を実施するための移動局（ＭＳ）において、
信号処理装置（ＳＰ）を有し、該信号処理装置（ＳＰ）は、
受信信号からチップ系列（ｆ１）に対する推定値（ｆ１′）を決定し、
該推定値（ｆ１′）と参照系列（ｆ２）とを比較し、
この比較から周波数オフセット（ｄｆ）を計算するためのものであり、
該周波数オフセット（ｄｆ）を考慮して周波数同期を行うための制御装置（ＳＥ）を有する、請求項１記載の方法を実施するための移動局（ＭＳ）。
【請求項１０】
請求項１記載の方法を実施するための基地局（ＢＳ）において、
所定のチップ系列（ｆ１）を発生するための信号発生装置（ＳＡ）を有し、
周波数同期のための周波数チャネル（ＦＣＣＨ）におい前記チップ系列（ｆ１）を送信するための送信装置（ＥＥ）を有する、請求項１記載の方法を実施するための基地局（ＢＳ）。
【発明の詳細な説明】
記述
本発明は無線通信システム、とりわけＴＤＭＡ／ＣＤＭＡ無線通信システムにおける移動局のための周波数同期のための方法ならびにこのように構成された移動局及び基地局に関する。
デジタル無線通信システムの構造は、J.Oudelaar, “Evolution towards UMTS”,PIMRC 94,5th IEEE International Symp. on Personal,Indoor and Mobile Radio Communications,The Hague,NL,18.-22.September 1994,p.852-856及びM.Lenti,H.Hageman,“Paging in UMTS”,RACE Mobile Telecommunications Workshop,Vol.1,Amsterdam,NL,17.-19.May 1994,p.405-410に示されている。
現在存在する移動無線システムＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）は加入者分離のためのＴＤＭＡ（時分割時間多重接続）コンポーネントを有する無線通信システムである。フレーム構造に従って加入者コネクションのユーザ情報がタイムスロットで伝送される。この伝送はブロック毎に行われる。さらに、ＧＳＭ移動無線システムから、ダウンワード方向に移動局に対してフレーム構造のタイムパターンに適合された周波数同期のための周波数チャネル（ＦＣＣＨ周波数補正チャネル）が周知である。この周波数チャネルにおいて、移動局は自己同期のために正弦搬送波を評価することができる。正弦搬送波による周波数同期は例えばＷＯ９１１０３０５Ａから公知である。
ＴＤＭＡ無線通信システムにおけるタイムスロットの時間同期は、ＥＰ０３１８６８４から公知である。Ｄ１から移動局のための時間同期のための方法が周知である。無線伝送チャネルは基地局と移動局との間で信号遅延時間を有し、この信号遅延時間は移動局と基地局との間の距離に比例する。付加的に、反射のために信号遅延時間が時間的に激しく変化しうる。この信号遅延時間によって移動局により受信される信号は時間的に様々に大きく遅延される。送信信号と受信信号との間のこの信号遅延は「位相誤差」と呼ばれる。この信号遅延の補償は時間同期方法の対象である。この場合、信号遅延はＴＤＭＡタイムスロット内において一定である。
ＤＥ１９５４９１４８.３から、ＴＤＭＡ/ＣＤＭＡ（ＣＤＭＡ符号分割多重接続）加入者分離を利用し、さらに複数の加入者の拡散符号の知識によって伝送されるユーザ情報の改善された検出を行うために受信側でＪＤ（joint detection）法を使用する移動通信システムが公知である。１個の周波数チャネル（ＴＣＨトラフィックチャネル）で同時に拡散符号によって区別できる複数のユーザデータコネクションの情報を伝送する。しかし、同期目的のために所定の周波数チャネルを分割することによってＧＳＭシステムに比べてより大きな容量損失が発生する。というのも、周波数チャネルに利用される周波数領域がより広帯域だからである。
本発明の課題は、無線通信システムにおいて周波数同期を無線技術的リソースの僅かな消費によって可能にする方法及び装置を提供することである。この課題は、請求項１の特徴部分記載の構成を有する方法によって解決され、請求項９の特徴部分記載の構成を有する移動局によって解決され、さらに請求項１０の特徴部分記載の構成を有する基地局によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項から得られる。
無線通信システムは、タイムスロット及び広帯域の周波数領域によって形成される周波数チャネルを提供する。これらの周波数チャネルにおいて同時に移動局と基地局との間の複数のコネクションの情報を伝送し、異なるコネクションの情報をコネクション固有の微細構造によって区別することができる。異なるコネクションは１つの移動局に割り当てられる複数の符号によっても形成されうる。
本発明では、移動局に対してダウンワード方向に周波数同期のための周波数チャネルを時間的に繰り返し提供する。これらの周波数チャネルでは、シンボル系列が伝送される。同期すべき移動局は受信信号からこのシンボル系列に対する推定値を求め、これらの推定値を参照系列と比較する。従って、推定値の位相ドリフトが参照系列を基準にして計算できる。この位相ドリフトから周波数オフセットが検出され、この周波数オフセットが周波数同期に利用される。
比較によって位相ドリフトが計算可能であることによって、同期すべき移動局の周波数オフセットを周波数チャネルの搬送波を基準にして簡単に検出することができる。十分に多数の相応に分散されたサンプル値があれば、比較には十分である。従って、周波数同期を移動局の同期のための他の手段に結合することができ、この結果無線技術的なリソースの消費は僅少なままである。
有利にはシンボル系列が他のコネクションの情報に加えて伝送される。またこれによって、基地局と移動局との間の無線インターフェースの無線技術的なリソースが比較的良好に利用できる。特徴的な微細構造に従って情報を区別できることによって、タイムスロットが同期によってブロック化されるだけでなく多様に利用される。この場合、他のコネクションはユーザデータコネクション又はシグナリングコネクションである。
本発明の実施形態によれば、少なくとも２つの推定値が位相ドリフト計算のために十分な大きさの時間間隔で得られるように、シンボル系列は伝送される。従って、シンボル系列が連続系列である必要はない。個々のシンボル又はシンボルのグループは他の既知の又は未知の伝送すべきシンボル内部にあってもよい。これらのシンボルはタイムスロットの持続時間に亘って持続するか又は他の調整目的のためのトレーニングシーケンス乃至はシンボルに加えて送信される。
シンボル系列は、有利には固有の拡散符号によって拡散される。この拡散符号には、時間同期のためのシンボル系列の存在に関する情報が含まれる。このシンボル系列は周波数領域を充填する帯域幅を発生するチップの系列として解釈される。時間同期のためのデータを有する無線ブロックが他の無線ブロックとともに逆拡散によって処理可能であることによって、受信側における付加的な処理コストが省かれる。
本発明の他の実施形態によれば、位相ドリフトは比例係数として最小二乗誤差法によって推定値と参照系列との比較から計算される。推定値と参照系列との間の線形関係、すなわちほぼ一定の周波数オフセットが前提とされる。これは移動局における周波数標準の高い精度によって与えられている。
少なくともシンボル系列の部分を時間同期にも周波数同期にも利用すると有利である。従って、シンボル系列に基づいて例えば相関によって、タイムスロット内の伝送の時間的基準及び付加的に位相ドリフト算出による周波数基準を作ることができる。これによって同期のために僅かなネットワーク容量を使用するだけばよい。
次に本発明を図面を参照しつつ実施例に基づいて詳しく説明する。
図１は移動無線ネットワークのブロック図である。
図２は無線伝送のフレーム構造の概略図である。
図３は周波数同期のための周波数チャネルの構造の概略図である。
図４は移動局及び基地局及びダウンワード方向における無線伝送のブロック図である。
図１に図示されている無線通信システムはその構造において公知のＧＳＭ移動無線ネットワークに相応する。この公知のＧＳＭ移動無線ネットワークは多数の移動中継局ＭＳＣから成り、これらの移動中継局ＭＳＣは互いにネットワーク化され乃至は固定ネットワークＰＳＴＮへのアクセスを行う。さらにこれらの移動中継局ＭＳＣはそれぞれ少なくとも１個の基地局コントローラＢＳＣに接続されている。各基地局コントローラＢＳＣはまた少なくとも１個の基地局ＢＳへの接続が可能である。このような基地局ＢＳは無線局であり、この無線局は無線インターフェースを介して移動局ＭＳへのメッセージコネクションを確立することができる。
図１には例として３個の移動局ＭＳと基地局ＢＳとの間のユーザ情報及びシグナリング情報の伝送のための３個のコネクションが図示されている。オペレーション及びメンテナンスセントラルユニットＯＭＣはこの移動無線ネットワーク乃至はこの移動無線ネットワークの部分に対するコントロール及びメンテナンス機能を実現する。この構造の機能は本発明を適用できる他の無線通信システムに転用できる。
無線伝送のフレーム構造は図２から明らかである。ＴＤＭＡコンポーネントに従って、例えば帯域幅Ｂ＝１.６ＭＨｚの広帯域周波数領域を複数のタイムスロットｔｓ、例えば８個のタイムスロットｔｓ１〜ｔｓ８に分割する。周波数領域Ｂ内部の各タイムスロットｔｓは周波数チャネルＦＫを形成する。
ユーザデータ伝送のためだけに設けられている周波数チャネルＦＣＨ内部では複数のコネクションの情報が周波数ブロックで伝送される。ユーザデータ伝送のためのこれらの無線ブロックは、データｄを有するセクションから成る。これらのセクションには受信側で既知のトレーニングシーケンスｔｓｅｑ１〜ｔｓｅｑｋが埋め込まれている。データｄはコネクション毎に微細構造すなわち加入者符号ｃによって拡散され、この結果、受信側では例えばＫ個のコネクションをこれらのＣＤＭＡコンポーネントによって分離することができる。
データｄの個々のシンボルの拡散によって、シンボル持続時間Ｔsym内において持続時間ＴchipのＱ個のチップが伝送されることになる。この場合、これらのＱ個のチップはコネクション固有の加入者符号ｃを形成する。さらにタイムスロットｔｓ内部にはコネクションの異なる信号遅延時間を補償するための保護時間ｇｐが設けられている。
広帯域の周波数領域Ｂ内では連続するタイムスロットｔｓがフレーム構造に従って区分される。よって、８個のタイムスロットｔｓが１つのフレームに統合され、例えばこのフレームのタイムスロットはユーザデータ伝送のための周波数チャネルＴＣＨを形成し、コネクションのグループによって繰り返し利用される。しかし、移動局ＭＳの周波数同期のための周波数チャネルＦＣＣＨは各フレームに挿入されるのではなく、マルチフレーム内部の所定の時点に挿入される。周波数同期のための周波数チャネルＦＣＣＨの間の間隔は、移動無線ネットワークがこのために使用できる容量を決定する。
図３には、周波数同期のための周波数チャネルＦＣＣＨの構造が示されている。移動無線ネットワークの相応のセルの構成チャネルの周波数帯域における広帯域の周波数領域Ｂは、フレームＲ０の部分である。このフレームＲ０は、（他のシグナリングデータコネクション及びユーザデータコネクションも処理される）周波数同期のための周波数チャネルＦＣＣＨを含み、後続のタイムスロットには専らユーザデータ伝送又はシグナリングデータ伝送のための周波数チャネルＴＣＨを含む。
このフレームＲ０はまたスーパーフレームＳ０の部分である。このスーパーフレームＳ０はフレームＲ０の他に周波数チャネルＦＫ及び他のセルに関連する情報を有するフレームＲ１及びユーザデータを有するフレームＲ２を含む。ハイパーフレームはまた複数のスーパーフレームＳ０、Ｓ１を含み、これらスーパーフレームＳ０、Ｓ１のうち少なくとも１つのスーパーフレームは周波数同期のための周波数チャネルＦＣＣＨを含む。
周波数同期のための周波数チャネルＦＣＣＨのタイムスロットｔｓにおいてシンボル系列ｆ１がダウンワード方向に伝送される。このシンボル系列ｆ１は移動局ＭＳにおいて参照系列ｆ２として既知である。このシンボル系列ｆ１は固有の符号ｃ１によって拡散される。
シンボル系列ｆ１に対する代替的な実施形態は、シンボル系列ｆ１の部分を時間同期のための同期ブロックｓｂとして利用する。この同期ブロックｓｂはタイムスロットｔｓの中心に配置されている。このシンボル系列ｆ１は、電力調整の点でその他の既存のコネクションの受信電力に適応されている送信電力を有する基地局ＢＳから放射される。
受信側では周波数同期のためにダウンワード方向に伝送された情報の評価が実施される。図４は基地局ＢＳから移動局ＭＳ１〜ＭＳＫへのダウンワード方向の無線伝送を示す。移動局ＭＳはまず最初に十分に高い又は最大の受信電力を有する１つ又は複数の周波数領域Ｂを決定する。これは一般的に最も近隣に存在する基地局ＢＳの周波数領域Ｂであり、この基地局ＢＳのセルの中にこの移動局ＭＳはこの瞬間に存在する。
移動局ＭＳ１〜ＭＳＫはこれらの周波数領域Ｂにおいて受信信号を評価し、絶えず受信信号の値と参照系列ｆ２との相関をとる。十分に大きな相関において、シンボル系列ｆ１の到着の所定の時点ｔ１が時間同期のための基準点として選択され、移動局ＭＳの内部時間基準が調整される。
同時に受信信号からシンボル系列ｆ１に対する推定値ｆ１′が決定される。これに基づいてシンボル系列ｆ１に相応する参照系列ｆ２の値と推定値ｆ１′とを比較する連立方程式が設定される。最小二乗誤差法又は他の解決方法による計算によって、比例係数が算定される。この比例係数は参照系列ｆ２を基準とする推定値ｆ１′の位相ドリフトｄｐを表す。
位相ドリフトｄｐから関係式：
ｄｐ＝ｅj2π・df・t
に従って周波数オフセットｄｆが導出される。ただしここでｔは時間である。
周波数同期のための周波数チャネルＦＣＣＨの周波数領域Ｂの搬送波周波数に対する内部周波数標準のこの周波数オフセットｄｆが正確な正又は負の前置符号によって内部周波数標準に加えられ、これによって周波数同期が実施される。
基地局ＢＳは送信/受信装置ＳＥ/ＥＥを含む。この送信/受信装置ＳＥ/ＥＥは放射すべき送信信号をデジタル/アナログ変換し、ベースバンドから放射の周波数領域Ｂに変換し、送信信号を変調し増幅する。信号発生装置ＳＡは予め送信信号、例えばシンボル系列ｆ１を構成し、相応の周波数チャネルＦＣＣＨ、ＴＣＨに割り当てる。
移動局ＭＳは操作パネルＴ、信号処理装置ＳＰ、制御装置ＳＥ及び送信/受信装置ＳＥ/ＥＥを含む。加入者は操作パネルＴにおいて入力を行い、とりわけ移動局の活性化のための入力を行う。次いでこの移動局ＭＳはまず最初にこの移動局ＭＳを取り囲む移動無線ネットワークへの同期を実施しなくてはならない。
制御装置ＳＥはこの要求を受け取り、送信/受信装置ＳＥ/ＥＥを介して受信される受信信号を信号処理装置ＳＰに評価させる。つまり、前述のように、相応の周波数領域Ｂが選択され、シンボル系列ｆ１が首尾良く発見されるまで相関がとられる。次いで上述のように時間同期及び周波数同期が行われる。
信号処理のために受信信号は離散値を有するシンボルに変換される、例えばデジタル化される。信号処理装置ＳＰはデジタル信号プロセッサとしてＪＤ-ＣＤＭＡ方式（joint detection）によってユーザ情報及びシグナリング情報を検出するためのＪＤプロセッサを含み、この信号処理装置ＳＰはシンボル系列ｆ１も評価する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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