(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信機を来入データ信号に周波数ロックするステップと、
前記受信機が周波数ロックされたとき、コヒーレント結合技術とノンコヒーレント検出技術とを用いてパイロット信号を検出するステップとからなることを特徴とするワイアレス受信機のパイロット信号検出方法。
【請求項２】
前記ノンコヒーレント検出技術は、下記式のＤ1の値に基づいて、前記パイロット信号への信号パスが存在するか否かを決定するステップを含み、ｘｎおよびｙｎは、相関器出力の実部および虚部であり、Ｌは前記相関器出力の蓄積長さである
【数１】
0003881483.tif 000007
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記受信機と来入信号との間の周波数オフセットに基づいて、前記受信機が周波数ロックされている時間間隔の数を決定するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記受信機は、ＣＤＭＡ受信機であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記周波数ロックするステップは、ノンコヒーレント結合技術とノンコヒーレント検出技術とを用いて行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
受信機と来入信号との間の周波数オフセットを所定のしきい値にまで減少させるステップと、
前記周波数オフセットが、前記所定のしきい値以下にある間、コヒーレント結合技術とノンコヒーレント検出技術とを用いてパイロット信号を検出するステップとからなることを特徴とするワイアレス受信機のパイロット信号検出方法。
【請求項７】
前記ノンコヒーレント検出技術は、
下記式のＤ1の値に基づいて、前記パイロット信号への信号パスが存在するか否かを決定するステップを含み、ｘｎおよびｙｎは、相関器出力の実部および虚部であり、Ｌは前記相関器出力の蓄積長さである
【数２】
0003881483.tif 000008
ことを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記受信機と来入信号との間の周波数オフセットに基づいて、前記受信機が周波数ロックされている時間間隔の数を決定するステップをさらに有することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記受信機は、ＣＤＭＡ受信機であることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記周波数オフセットを減少させるステップは、ノンコヒーレント結合技術とノンコヒーレント検出技術とを用いて行われることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項１１】
Ｌ個の相関器出力のＭ個のグループに対し、コヒーレント結合技術とノンコヒーレント検出技術とを用いてパイロット信号を検出するステップと、
前記パイロット信号を検出するために前記Ｍ個のグループをノンコヒーレントに組み合わせるステップとからなることを特徴とするワイアレス受信機のパイロット信号検出方法。
【請求項１２】
前記パイロット信号を検出するステップと前記Ｍ個のグループをノンコヒーレントに組み合わせるステップとは、次式（５）を計算することにより行われ、ｘｎおよびｙｎは、相関器出力の実部および虚部であり、Ｌは前記相関器出力の蓄積長さである
【数３】
0003881483.tif 000009
ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記方法は、Ｌ個の相関器出力にわたってコヒーレント組み合わせするには蓄積長さが大きすぎる場合に実行されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記受信機は、ＣＤＭＡ受信機であることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
ワイアレス受信機であって、
前記ワイアレス受信機の来入データ信号に周波数をロックする手段と、
前記ワイアレス受信機が周波数ロックされたとき、パイロット信号を検出するコヒーレント結合器とノンコヒーレント検出器とを用いてパイロット信号を検出する手段とからなることを特徴とするワイアレス受信機。
【請求項１６】
前記ノンコヒーレント検出器のノンコヒーレント技術は、下記式のＤ1の値に基づいて、前記パイロット信号への信号パスが存在するか否かを決定する手段を含み、ｘｎおよびｙｎは、相関器出力の実部および虚部であり、Ｌは前記相関器出力の蓄積長さである
【数４】
0003881483.tif 000010
ことを特徴とする請求項１５記載のワイアレス受信機。
【請求項１７】
前記ワイアレス受信機と来入信号との間の周波数オフセットに基づいて、前記ワイアレス受信機が周波数ロックされている時間間隔の数を決定するプロセッサをさらに有することを特徴とする請求項１５記載のワイアレス受信機。
【請求項１８】
前記ワイアレス受信機は、ＣＤＭＡ受信機であることを特徴とする請求項１５記載のワイアレス受信機。
【請求項１９】
前記周波数を固定する手段は、ノンコヒーレント結合器とノンコヒーレント検出器とを用いることを特徴とする請求項１５記載のワイアレス受信機。
【請求項２０】
ワイアレス受信機であって、
前記ワイアレス受信機の来入データ信号に周波数をロックするノンコヒーレント結合器とノンコヒーレント検出器と、
前記ワイアレス受信機が周波数ロックされたとき、パイロット信号を検出するコヒーレント結合器とノンコヒーレント検出器とからなることを特徴とするワイアレス受信機。
【請求項２１】
前記コヒーレント結合器とノンコヒーレント検出器とは、下記式のＤ1の値に基づいて、前記パイロット信号への信号パスが存在するか否かを決定する手段を含み、ｘｎおよびｙｎは、相関器出力の実部および虚部であり、Ｌは前記相関器出力の蓄積長さである
【数５】
0003881483.tif 000011
ことを特徴とする請求項２０記載のワイアレス受信機。
【請求項２２】
前記ワイアレス受信機と来入信号との間の周波数オフセットに基づいて、前記ワイアレス受信機が周波数ロックされている時間間隔の数を決定するプロセッサをさらに有することを特徴とする請求項２０記載のワイアレス受信機。
【請求項２３】
前記ワイアレス受信機は、ＣＤＭＡ受信機であることを特徴とする請求項２０記載のワイアレス受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイアレス通信システムに関し、特にワイアレス通信システムのパイロット信号を検出する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＭＡ技術は多くのデジタルワイアレス通信システムで採用され、多数のシステムユーザが互いに通信できるようにしている。多くの通信システムは、通信産業協会（Telecommunication Industry Association＝ＴＩＡ）により採用されたＩＳ−９５標準に適合したＣＤＭＡ技術を用いている。ＩＳ−９５標準の下では通信システムは、共通チャネル干渉を大幅に減らし、基地局（セルサイト）から移動局への順方向リンク上で、ウォルシュ直交関数シーケンスで情報信号を変調することによりビットエネルギ対ノイズ密度比（Ｅb／Ｎo）を改善している。
【０００３】
対応する直交情報信号を生成するために、このＣＤＭＡシステムは、順方向リンクの情報信号は、同期して送信することが必要である。ＩＳ−９５標準のより詳細な議論は、"Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System," Telecommunication Industry Association Doc. No. TIA/EIA/IS-95 (1993) を参照のこと。
【０００４】
ＩＳ−９５標準の下では、順方向リンクは通常複数の管理チャネルから構成され、残りのチャネルは、音声信号用とデータ信号用に用いられている。これらの管理チャネルのうちの１つは、パイロットチャネルであり、このパイロットチャネルは、ＣＤＭＡ基地局により連続的に送信される非変調直接シーケンス拡散スペクトラム信号である。このパイロットチャネルは、パイロットＰＮシーケンスで変調され、このパイロットＰＮシーケンスは、２15個のチップの周期を有する一対（同位相と直交位相）の変調最大長ＰＮシーケンスからなる。異なる基地局は、ゼロオフセットのパイロットＰＮシーケンスに対し、６４ＰＮチップを単位とする、パイロットＰＮシーケンスオフセットでもって識別される。
【０００５】
このパイロットチャネルにより、移動局は電話が最初にターンオンした後（最初のパイロット検出の後）、順方向ＣＤＭＡチャネルのタイミングを獲得する。音声モードとデータモードの間では、このパイロットチャネルにより、コヒーレント復調用に位相基準と、２つのセルの間で呼びをハンドオフする時を決定（連続的なパイロット検出）するために基地局間での信号強度を比較する手段とを与えることにより信号品質全体を向上させている。
【０００６】
さらにまた、ＣＤＭＡの電話機は、電力消費を削減するために、スリープモードに入っている間でも接続を生かしておくために、あるスロットモードでのみ動作するように構成されている。電話機があるスロットで動作モードに入る毎に、順方向ＣＤＭＡチャネルのタイミングを維持するために、パイロット検出機は、電話がそのスロットでウェークアップ（スロット化されたパイロット信号の検出を）する前に、全ての信号パスを検査しなければならない。
【０００７】
パイロットディテクタ（パイロット検出器）は、最短時間で誤って警報を発生する可能性を最も低くしながら、新たな信号パスを探し出さなければならない。しかし、このような要件は相互に排他的であり、トレードオフの関係にある。しかし、このようなトレードオフは、現在のシステムデザインで採用されている複雑かつ時間集約的なノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（noncoherent combining/noncoherent detection=ＮＣＮＤ）系により大幅に制限されている。さらにまたノンコヒーレント結合は、検出性能を大幅に劣化させる。このようなノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）系の詳細な議論は、Andrew Viterbi著のCDMA Principles of Spread Spectrum Communication (Addison Wesley 1995) を参照のこと。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（coherent combining/noncoherent detection=ＣＣＮＤ）技術を用いてワイアレス受信機のパイロット信号を検出する方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴によれば、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術を用いて、受信機が周波数ロックされている時あるいは周波数が少ししかずれていない時ときはいつでも、パイロット信号の検出を行うことが出来る。かくして従来のノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術を用いて順方向チャネルのタイミングをまず確保する。受信機が一旦周波数ロックされると、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術を用いてより効率的にパイロット信号を連続的に検出する。
【００１０】
本発明は、受信機が周波数ロックされた後は、周波数の残留エラーは相関器の数個の連続出力の間は、小さいという事実を利用している。この相関器の出力は、コヒーレント結合され（周波数エラーは少ないために）、そして周波数の依存性は、ノンコヒーレントの検出により取り除かれる。本発明は、ノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術に対し、Ｓ／Ｎ比が約２．５ｄＢ改善され、さらにより高速なサーチ時間そしてより信頼性のある検出さらに電力消費が改善される。
【００１１】
本明細書で開示したコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術は、蓄積長さＬが長すぎるような場合にも拡張され、その結果Ｌ個の相関器出力に亘るコヒーレント結合は、周波数エラーが小さい場合でも大幅な劣化となる。このような場合、Ｌ個の出力はＭ個のグループに分割され、そして各グループはＬ1個の出力を有する、即ち、Ｌ＝ＭＬ1である。かくして、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術とノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術とを組み合わせて、パイロット信号の回転に起因するピークの相殺を阻止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は従来のノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）を実行する受信機１００を示す。図１に示すようにマルチパス（とマルチチャネル）信号をアンテナ１１０が受信し、この受信した信号とキャリア周波数とを乗算するミキサ１１５によりベースバンドに戻し、Ａ／Ｄコンバータ１２０によりサンプリングを行う。
【００１３】
受信機１００が最初にパイロットチャネルをサーチしているときには、来入信号の周波数と位相は受信機１００にとって未知である。来入信号が相関器１２５へ入力されるＰＮシーケンスと整合すると、ピークが相関器１２５の出力に現れる。サーチャー１３０はこのようなピークを探すために、相関器１２５の出力を監視している。相関器１２５とサーチャー１３０の動作を次に説明する。
【００１４】
サーチャー１３０によりピークが検出されると、このサーチャー１３０はマルチパスのタイムロケーションをトラッカー１３５−１３７に出力する。各トラッカー１３５−１３７は、異なるマルチパス信号（例えば、別の基地局の信号）をモニタする。トラッカー１３５−１３７の出力は、データ結合器１４０に与えられ、このデータ結合器１４０がトラッカーの出力を見て全てのマルチパス信号を結合し、そのデータに対するＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）を最大にする。さらにまたトラッカー１３５−１３７の出力は周波数制御装置１５０に与えられ、この周波数制御装置１５０がフィードバックループを与えてローカル発振器１６０の周波数を来入信号の周波数に合わせる。
【００１５】
基地局（図示せず）の発振器と受信機１００の間の位相と周波数の不整合があると、相関器１２５の出力は次式で表される。
【数６】
0003881483.tif 000002
ここでｘn、ｙnは相関器１２５の出力信号の実部と虚部であり、ｈはパイロット信号の振幅で、θは任意の初期位相で、ωは周波数オフセットであり、Ｔは相関器１２５の出力のサンプリングタイムであり、νnは複合ガウス分布ノイズである。
【００１６】
しかし、位相が存在しない（見つからない）場合には、相関器１２５の出力ピークを識別することは簡単ではない。ノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）系は、次式で示される決定変数Ｄを得ることにより、位相と周波数の依存性を取り除く。
【数７】
0003881483.tif 000003
かくして、ノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）は、相関器の出力の実部と虚部の振幅の自乗（ｘn2＋ｙn2）をピークが観察されるまで観測して、整合性を指示する。
【００１７】
しかし、ノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術は、相関器出力の実部と虚部の振幅の自乗（ｘn2＋ｙn2）を観測しているときにはノイズも強調されてしまう。かくしてノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術は、Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ）を少なくとも２倍、即ち６ｄＢ程劣化させてしまう。
【００１８】
ＩＳ−９５標準の下では、各ユーザは別個の信号として処理されるが、他のユーザは干渉あるいはノイズの何れかとして処理される。かくしてＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）は低い。Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ）が低い状態の下では、６４チップの相関を用いてパイロット信号を検出することでは不十分である。より多くの相関を行うためには相関器１２５は、次の６４チップのシーケンスのＬ倍を再ロードして相関長さを増加させなければならない。かくして式（２）は、Ｌ個の相関器出力に対し組み合わせを実行して、検出性能を向上させる。検出器は、信号パスが（２）式のＤの値に基づいて存在するか否かを決定する。（２）式は結合と検出がノンコヒーレントであることを示す。
【００１９】
上記のノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術は、基地局と受信機１００とが整合していないときの大きな周波数エラーが存在する場合に必要である。パイロットサーチの間は、例えば、不整合状態からの周波数エラーは数キロヘルツである。周波数エラーが大きい状態の下では、長い相関を用いることはできない。その理由は、相関を行っている間パイロット信号は回転し続け、ピーク振幅値は整合している場合でさえ検出することはできないからである。かくして６４チップの相関が用いられる。言い換えると、パイロット信号の検出は、変化し続けピーク値を相殺してしまう。前述したように、ノンコヒーレントの結合は検出性能を大幅に低下させる。
【００２０】
本発明によれば、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術は、受信機１００が周波数ロックされた後は、残留周波数エラーは、数個の連続する相関器出力にわたって小さいという利点を用いている。相関器出力は、コヒーレントに組み合わされ（周波数エラーが小さいことが分かっているので）、そして位相の依存性は、ノンコヒーレントの検出により取り除ける。
【００２１】
本発明は従来のノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）に対し、Ｓ／Ｎ比（ＳＮＲ）を２．５ｄＢ改善するが、その結果、サーチ時間が速くなり、信頼性の高い検出が行われ、さらにはパワーの削減が可能となる。周波数エラーが小さい状態においては、パイロット信号は完全なサイクル（１０度の回転のオーダ）で回転しない。かくして来入パイロット信号が相関器へのＰＮシーケンス入力と整合している場合には、６４チップ相関の間にピーク振幅値は明白となり、ノンコヒーレント結合で見いだされる相殺の影響は現れない。
【００２２】
コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）
図２は、本発明によるコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）を実行する受信機２００を示す。受信機２００の構成要素は、サーチャー２３０を除いて図１の構成要素と同一である。受信機２００が周波数ロックされた後は、残留周波数エラーは、３００Ｈｚ内に押さえられ、これはＩＳ−９５仕様に適合する。相関器２２５の出力のレートは１９．２Ｈｚ、即ち周期Ｔは５２．０８μ秒である。このため周波数エラーは、相関器出力レートに比較して小さい。したがって数個のサンプルのタイムフレーム（Ｌ＝８）内で、式（１）の周波数の項はドロップされ、コヒーレントの組み合わせは次式で表せる。
【数８】
0003881483.tif 000004
【００２３】
初期位相エラーθに基づいて、式（３）で行われる結合の結果の依存性は、ノンコヒーレント検出に対し、決定変数Ｄ1を採ることにより取り除くとができる。
【数９】
0003881483.tif 000005
【００２４】
かくして検出器は、Ｄ1の値に基づいて信号パスが存在するか否かを決定する。従来のノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術は、最初の連続するスロットモードの間、パイロット検出に用いられる。一方本発明では周波数がロックされている間さらには周波数オフセットが比較的小さい間は、即ち連続パイロット検出モードとスロットパイロット検出モードの間はいつでも、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術でパイロット信号検出性能の大幅な改善が図られる。
【００２５】
図２に示すように、サーチャー２３０は、図３に示すコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）のプロセス３００を含む。このコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）プロセス３００は、ハードウェアあるいはソフトウェアあるいはそれらの組み合わせで実行することができる。このコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）プロセス３００は、受信機２００がパワーオンのときに開始され、まずテストステップ３１０で受信機が周波数ロックされているか否かを決定する。ステップ３１０で受信機が周波数ロックされていないと決定したときには、ノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術は、ステップ３２０の間サーチャー２３０により実行される。そしてプログラム制御は、ステップ３１０に戻り上記のプロセスを継続する。
【００２６】
このようにしてコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）プロセス３００は、ステップ３１０で受信機２００が周波数ロックされたと決定するまで、ノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術を用い続け、そして周波数ロックされると、サーチャー２３０はステップ３３０でコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術を実行する。
【００２７】
このコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術は、蓄積長さＬが大きく、Ｌ個の相関器出力に亘るコヒーレント結合が周波数エラーが小さいときでも大幅に劣化するような場合にも、拡張することができる。このような場合には、Ｌ個の出力は、Ｍ個のグループに分解され、各グループはＬ1個の出力を含む。その結果、Ｌ＝ＭＬ1である。かくして決定変数Ｄ2が次式で表される。
【数１０】
0003881483.tif 000006
【００２８】
かくして、式（５）は、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）技術とノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）技術を組み合わせることになる。例えば、パイロット信号が回転し、Ｌ＝１６個の蓄積にわたってキャンセルする場合には、最初の８個の相関器出力をコヒーレントに組み合わせ、次の８個の相関器出力を次のコヒーレントに組み合わせ、このようにして得られた２個の組をノンコヒーレントに組み合わせる。
【００２９】
図４は、Ｌ＝８個の蓄積にわたってコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）とノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）の性能カーブを示す。相関器出力のＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）の値は、−１〜４ｄＢである。図４からは以下のことが言える。（ｉ）コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）は、あるＳ／Ｎ比（ＳＮＲ）においては、誤警告と喪失（ミス）の確率が低い点で、ノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）よりも性能が優れている。
【００３０】
（ｉｉ）ノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）の２．５ｄＢにおける性能は、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）の０ｄＢにおける性能とほぼ同じである。かくして、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）は、通常の蓄積長さであるＬ＝８においては、ＮＣＮＤよりも２．５ｄＢだけ性能ゲインが得られる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により、誤警報（false alarm）の可能性が低い為に、誤検出に対するシステム応答に起因する信号の処理オーバヘッドを減らすことができる。パイロット信号を見失う可能性が低いことは、新たなパイロット信号を探す時間が少なくなることを意味する。エラーの可能性が低いことによりシステムは、パイロット信号が弱い場合でも、パイロット信号をより信頼性高く検出することができる。かくして、検出性能、システムの応答性電力の削減等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイアレス通信システムの従来のＲＡＫＥ受信機を表すブロック図
【図２】本発明によるＲＡＫＥ受信機によるブロック図
【図３】図２のサーチャーにより行われるＣＣＮＤ／ＮＣＮＤプロセスを表すフローチャート図
【図４】Ｌ＝８の蓄積に対し、コヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＣＣＮＤ）とノンコヒーレント結合／ノンコヒーレント検出（ＮＣＮＤ）の性能カーブを表す図
【符号の説明】
１００，２００  受信機
１１０  アンテナ
１１５  ミキサ
１２０  Ａ／Ｄコンバータ
１２５，２２５  相関器
１３０，２３０  サーチャー
１３５−１３７  トラッカー
１４０  データ結合器
１５０  周波数制御装置
１６０  ローカル発振器
【図１】
0003881483.tif 000012
【図２】
0003881483.tif 000013
【図３】
0003881483.tif 000014
【図４】
0003881483.tif 000015