(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
データサンプルを逆拡散して逆拡散値を生成する手段(502)と、
前記逆拡散値を処理して瞬間チャネル測定値を生成する手段(506)と、
前記瞬間チャネル測定値を使用してチャネル追跡し、チャネル推定値を生成する手段(508)と、
前記チャネル推定値と前記瞬間チャネル測定値とを使用して位相誤差を計算する手段(512)と、
前記位相誤差を使用して、周波数誤差推定値を生成すると共に位相推定値を生成する手段(514)とを有することを特徴とする周波数及びチャネル追跡装置。
【請求項２】
前記逆拡散値を処理する手段(506)は、前記位相推定値を使用して前記瞬間チャネル測定値を生成することを特徴とする請求項１記載の周波数及びチャネル追跡装置。
【請求項３】
前記位相誤差を計算する手段(512)は位相アンラッピングを使用して動作することを特徴とする請求項１記載の周波数及びチャネル追跡装置。
【請求項４】
前記周波数誤差推定値を他の周波数及びチャネル追跡装置に対応する周波数誤差推定値に初期化する手段を有することを特徴とする請求項１記載の周波数及びチャネル追跡装置。
【請求項５】
前記位相推定値を逆拡散値の位相に初期化する手段を有することを特徴とする請求項１記載の周波数及びチャネル追跡装置。
【請求項６】
前記位相推定値を生成する手段(514)は、ステップサイズが時間中に変化する位相同期ループ(PLL)を使用して動作することを特徴とする請求項１記載の周波数及びチャネル追跡装置。
【請求項７】
前記処理する手段(506)は、前記逆拡散値を逆回転して逆回転した逆拡散値を生成するよう動作し、
前記位相推定値を生成する手段(514)は、前記逆回転した逆拡散値を使用して前記周波数誤差推定値を生成するよう動作し、
前記チャネル推定値を生成する手段(508)は、前記逆回転した逆拡散値を使用して動作することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の周波数及びチャネル追跡装置。
【請求項８】
請求項１に記載の周波数及びチャネル追跡装置を有するレーキ受信機であって、
前記データサンプルを逆拡散する手段(602a,602b)が、トラヒック・チャネル逆拡散コードを使用してトラヒック逆拡散値を生成するよう動作し、更に、パイロット・チャネル逆拡散コードを使用してパイロット逆拡散値を生成するよう動作し、
前記処理する手段(506)が、前記パイロット逆拡散値を処理して瞬間チャネル測定値を生成するよう動作し、
前記チャネル推定値と前記位相推定値とを使用して前記トラヒック逆拡散値を処理する手段を有することを特徴とするレーキ受信機。
【請求項９】
請求項１に記載の周波数及びチャネル追跡装置を有するレーキ受信機であって、
前記データサンプルを逆拡散する手段(602a,602b)が、トラヒック・チャネル逆拡散コードを使用してトラヒック逆拡散値を生成するよう動作し、更に、パイロット・チャネル逆拡散コードを使用してパイロット逆拡散値を生成するよう動作し、
前記処理する手段(506)が、前記パイロット逆拡散値を逆回転して逆回転値を生成するよう動作し、
前記チャネル追跡する手段(508)が、前記逆回転値を使用して前記チャネル推定値を生成するよう動作し、
前記位相誤差を計算する手段(512)が、前記逆回転値を使用して動作し、
前記位相推定値を生成する手段(514)が、前記位相誤差を使用して周波数誤差推定値を生成するよう動作し、
前記チャネル推定値と前記位相推定値とを使用して前記トラヒック逆拡散値を処理し、情報シンボルを検出する手段を有することを特徴とするレーキ受信機。
【請求項１０】
請求項１に記載の周波数及びチャネル追跡装置と更に周波数補足装置を有するＤＳ−ＳＳ受信機であって、
前記周波数補足装置が、
データサンプルを逆拡散して逆拡散値を生成する相関器(302)と、
前記逆拡散値を使用して周波数誤差推定値を生成する推定ユニット(306,400)と、
前記周波数誤差推定値を使用して周波数補正率を形成する補正器(308)と、
前記周波数補正率を使用して前記逆拡散値を処理し、処理値を生成する処理回路(310,312)と、
前記処理値と前記周波数誤差推定値とを使用して、前記周波数補正率を形成するため後続の繰返しで使用される精度を高めた周波数誤差推定値を生成する手段(308)とを有することを特徴とするＤＳ−ＳＳ受信機。
【請求項１１】
前記推定ユニット(306,400)は、
前記逆拡散値を処理して検出器出力値を生成する微分検出器(402)と、
前記検出器出力値を累積する累積器(404)と、
前記累積された検出器出力値に関連した角度を決定して、前記周波数誤差推定値を出力する角度検出器(406)とを更に有することを特徴とする請求項１０記載のＤＳ−ＳＳ受信機。
【請求項１２】
前記相関器(302)は、データ変調を除去する手段を更に有することを特徴とする請求項１０記載のＤＳ−ＳＳ受信機。
【請求項１３】
前記逆拡散値または前記処理値を選択的に前記推定ユニット(306)に供給するスイッチ(304)を更に有することを特徴とする請求項１０記載のＤＳ−ＳＳ受信機。
【請求項１４】
前記処理回路は、
逆拡散値を逆回転して逆回転値を生成する逆回転ユニット(310)と、
前記逆回転値を累積して前記スイッチに出力する累積器(312)とを有することを特徴とする請求項１３記載のＤＳ−ＳＳ受信機。
【請求項１５】
データサンプルを逆拡散して逆拡散値を生成する工程と、
前記逆拡散値を逆回転して逆回転した逆拡散値を生成する工程と、
前記逆回転した逆拡散値を使用して周波数誤差推定値及び位相推定値を生成する工程と、
前記逆回転した逆拡散値を使用してチャネル推定値を生成する工程とを有することを特徴とするチャネル推定値を生成する方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載のチャネル推定値を生成する方法と更に周波数を補足する方法を有して無線信号を処理する方法であって
前記周波数を補足する方法が、
前記逆拡散値を使用して周波数誤差推定値を生成する工程と、
前記周波数誤差推定値を使用して周波数補正率を形成する工程と、
前記周波数補正率を使用して前記逆拡散値を処理し、処理値を生成する工程と、
前記処理値と前記周波数誤差推定値とを使用して、前記周波数補正率を形成するため後続の繰返しで使用される精度を高めた周波数誤差推定値を生成する工程とを有することを特徴とする無線信号を処理する方法。
【請求項１７】
前記周波数誤差推定値を生成する工程は、
前記逆拡散値を微分検出して検出器出力値を生成する工程と、
前記検出器出力値を累積する工程と、
前記累積された検出器出力値に関連した角度を決定して、前記周波数誤差推定値を出力する工程とを更に有することを特徴とする請求項１６記載の無線信号を処理する方法。
【請求項１８】
前記逆拡散する工程は、データ変調を除去する工程を更に有することを特徴とする請求項１６記載の無線信号を処理する方法。
【請求項１９】
前記逆拡散値または前記処理値を選択的に周波数誤差推定値を生成する手段(306)に供給する工程を更に有することを特徴とする請求項１６記載の無線信号を処理する方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載のチャネル推定値を生成する方法を有して無線信号を処理する方法であって、
データサンプルはトラヒック・チャネル逆拡散コードを使用して逆拡散されて、トラヒック逆拡散値が生成され、更に、データサンプルはパイロット・チャネル逆拡散コードを使用して逆拡散されて、パイロット逆拡散値が生成され、
前記パイロット逆拡散値は処理されて、瞬間チャネル測定値が生成され、
前記瞬間チャネル測定値を使用してチャネル追跡が実施され、チャネル推定値が生成され、
位相誤差が前記チャネル推定値と瞬間チャネル測定値とを使用して計算され、
前記位相推定値及び周波数誤差推定値が前記位相誤差を使用して生成され、
前記トラヒック逆拡散値は前記チャネル推定値と前記位相推定値とを使用して処理されて、情報シンボルが検出されることを特徴とする無線信号を処理する方法。
【請求項２１】
請求項１５に記載のチャネル推定値を生成する方法を有して無線信号を処理する方法であって、
データサンプルは、トラヒック・チャネル逆拡散コードを使用して逆拡散されて、トラヒック逆拡散値が生成され、更に、データサンプルは、パイロット・チャネル逆拡散コードを使用して逆拡散されて、パイロット逆拡散値が生成され、
前記パイロット逆拡散値は逆回転されて、逆回転値が生成され、
前記逆回転値を使用してチャネル追跡が実施され、チャネル推定値が生成され、
位相誤差が前記逆回転値を使用して計算され、
前記位相推定値及び周波数誤差推定値が前記位相誤差を使用して生成され、
前記トラヒック逆拡散値は前記チャネル推定値と前記位相推定値とを使用して処理されて、情報シンボルが検出されることを特徴とする無線信号を処理する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、一般的には、周波数の捕捉及び追跡の技術とシステムに関するもので、特に、ダイレクトシーケンス・スペクトル拡散(DSSS)の符号分割多重アクセス(CDMA)方式に関するものである。
【０００２】
無線通信は、驚くべき速さで普及している。電波スペクトルが商用に利用できるようになり、携帯電話はありふれた光景になっている。また、現在、アナログ通信はディジタル通信へと進化している。ディジタル通信では、音声を一続きのビット列で表し、このビット列が変調されて、基地局から電話へ伝送される。電話は、受信波形を復調してビット列を再生し、音声に変換する。また、eメールやインターネット・アクセスなどのデータ・サービスの需要も伸びており、これにもディジタル通信が必要である。
【０００３】
ディジタル通信装置の種類は多様である。従来は、周波数分割多重アクセス(FDMA)を利用し、種々の搬送周波数に対応する複数の無線チャネルにスペクトルを分割してきた。これらの搬送波は、D-AMPS、PDC、GSMなどのディジタル携帯方式に見られるように、更に、時分割多重アクセス(TDMA)と呼ばれるタイム・スロットに分割されてもよい。
【０００４】
無線チャネルが充分広ければ、スペクトル拡散(SS)技法と符号分割多重アクセス(CDMA)とを使用し、多数のユーザが同一通信路を使用できる。IS-95及びJ-STD-008が、CDMA規格の例である。ダイレクトシーケンス・スペクトル拡散(DS-SS)を使用すれば、情報シンボルはチップと呼ばれるシンボル列により乗算される。。この乗算により、周波数帯域内の情報シンボルが拡散される。受信機では、チップ・シーケンスとの相関関係を利用して、情報シンボルを再生する。この拡散により、システムは低いチップの信号対雑音比(SNR)で動作できる。熱雑音が大きすぎなければ、他ユーザからの雑音は許容できる。その結果、複数のユーザ信号が同一時間に同一帯域幅を使用でき、CDMAが可能になる。
【０００５】
典型的なディジタル通信受信機は、無線プロセッサとベースバンド・プロセッサとを含む。無線プロセッサは、無線信号をフィルタし、増幅し、ベースバンドにミックスダウンする。ある時点で、信号はサンプルされて量子化され、最終的には、ベースバンドの受信サンプル・シーケンスを与える。最初の無線信号は同相(I)成分と直角(Q)成分を持つので、典型的にはベースバンド・サンプルはI成分とQ成分を持ち、複雑なベースバンド・サンプルが生じる。その後、ベースバンド信号処理が、伝送されたビットを検出するのに使用される。
【０００６】
ミックスダウン動作では、ミキシングは、基準発振器と伝送搬送周波数の知識に基づいている。製造や温度にばらつきがあるので、基準発振器の出力は、厳密に、必要な一定の周波数ではない。その結果、無線信号は、厳密に必要なベースバンド周波数(典型的な場合は0Hz)にはミックスされない。このため、周波数誤差が生じ、性能が低下する。
【０００７】
狭帯域システムでは、周波数誤差を捕捉して追跡する、多様な技法がある。この狭帯域技法をCDMAシステムのチップ値に応用すると、チップのSNRが極端に低くなるので、低性能になってしまう。
【０００８】
そこで、ダイレクトシーケンス・スペクトル拡散の受信機用の周波数捕捉追跡技法が開発されてきた。ニュージーランドのSecaucusのVTC'93で確認された、Mauss等の「完全なディジタル・ダイレクトシーケンス・スペクトル拡散受信機のための搬送周波数の再生:比較」という題の論文に、１つの方法が示してある。この論文では、ベースバンド・サンプルは、最初に、拡散シーケンスの知識を利用し逆拡散され、その結果、逆拡散値のシーケンスが生じる。次に、逆拡散値のシーケンスに差動検出器を使用し、検出器の出力のシーケンスを形成する。検出器の出力は直交座標における複素数なので、振幅と位相角を持つものと見ることができる。複素数の検出器出力のシーケンスは、振幅と位相角の値のシーケンスに変換される。振幅値はある任意関数fで修正される。次に、修正された振幅と最初の位相角とは、直交座標に逆変換される。修正された検出器の出力はある期間に渡って合計され、それから得た合計の位相角が取出されて評価され、周波数誤差の推定値を提供する。
【０００９】
逆拡散値が既知のシンボルと対応すれば、関数fは、振幅を既知の微分シンボル値に置き換える。対応しなければ、振幅は置き換えられない。周波数誤差は定期的に推定され、フィルタされて円滑な推定値を得ることができる。これを使用し、基準発振器を調整できる。
【００１０】
初期周波数捕捉において、この方法は、微分検出前に逆拡散することによって与えられるコヒーレント積分量により制限を受ける。１シンボル期間だけのコヒーレント積分を採用し、その後に微分検出を行えば、雑音を増幅してしまう。
【００１１】
ほかには、U.Fawerの論文「多重パスフェージング・チャネルにAFCを使用したコヒーレント・スペクトル拡散・ダイバーシティ受信機」にも、他の方法が載っている。この論文は、1994年2月/3月/4月のIEEE Trans. Commun.(伝送通信)第42巻、1300-1311ページに掲載されている。この論文によると、周波数誤差の推定値は、チャネル(位相)推定値とレーキ(Rake)結合との後に実施されるが、周波数誤差の推定は、周波数誤差がチャネル推定値を低下させるので、チャネル推定前に実施した方がよい。従って、ダイレクトシーケンス・スペクトル拡散受信機では、周波数誤差を正確に推定し追跡する必要性が引き続き残る。
【００１２】
【発明の概略】
上記の問題点は、本発明により解決される。本発明の実施例によれば、初期の周波数誤差推定値と厳密な周波数誤差推定値とをもとに、使用されるコヒーレント積分量を適合させる周波数捕捉方式が記載される。周波数誤差推定値を使用して、逆拡散サンプルを調整する。調整されたサンプルを累積し、フィードバックして、厳密な周波数誤差推定値を出す。必要な周波数精度になるまで、前もって決めた反復数を繰り返す。
【００１３】
もう１つの実施例によれば、周波数誤差追跡は、チャネル追跡と関連して実施されるので、それぞれの動作が互いに他の動作から利点を受ける。データサンプルは逆拡散され、位相は位相訂正処理前にアンラップされる。次に、訂正値を使用し、チャネルタップ推定値を出し、位相同期ループを調整する。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、周波数捕捉装置が提供される。この周波数捕捉装置は、データサンプルを逆拡散して逆拡散値を生成する相関器と、前記逆拡散値を使用して周波数誤差推定値を生成する推定ユニットと、前記周波数誤差推定値を使用して周波数補正率を形成する補正器と、前記周波数補正率を使用して前記逆拡散値を処理し、処理値を生成する処理回路と、前記処理値と前記周波数誤差推定値とを使用して、前記周波数補正率を形成するための後続する反復で使用される精度を高めた周波数誤差推定値を生成する手段とを有する。
また、本発明の他の実施形態によれば、周波数及びチャネル追跡装置が提供される。この周波数及びチャネル追跡装置は、データサンプルを逆拡散して逆拡散値を生成する手段と、前記逆拡散値を処理して瞬間チャネル測定値を生成する手段と、前記瞬間チャネル測定値を使用してチャネル追跡し、チャネル推定値を生成する手段と、前記チャネル推定値と前記瞬間チャネル測定値を使用して位相誤差を計算する手段と、前記位相誤差を使用して位相推定値を生成する手段とを有する。
また、本発明の他の実施形態によれば、周波数捕捉方法が提供される。この周波数捕捉方法は、データサンプルを逆拡散して逆拡散値を生成するステップと、前記逆拡散値を使用して周波数誤差推定値を生成するステップと、前記周波数誤差推定値を使用して周波数補正率を形成するステップと、前記周波数補正率を使用して前記逆拡散値を処理し、処理値を生成するステップと、前記処理値と前記周波数誤差推定値とを使用して、後続する反復で前記周波数補正率を形成するのに使用される精度が高められた周波数誤差推定値を生成するステップとを有する。
また、本発明の他の実施形態によれば、レーキ受信機が提供される。このレーキ受信機は、トラヒック・チャネル逆拡散コードを使用してデータサンプルを逆拡散し、トラヒック逆拡散値を生成する手段と、パイロット・チャネル逆拡散コードを使用してデータサンプルを逆拡散し、パイロット逆拡散値を生成する手段と、前記パイロット逆拡散値を処理して、瞬間チャネル測定値を生成する手段と、前記瞬間チャネル測定値を使用してチャネル追跡し、チャネル推定値を生成する手段と、前記チャネル推定値と前記瞬間チャネル測定値とを使用して位相誤差を計算する手段と、前記位相誤差を使用して位相及び周波数誤差推定値を生成する手段と、前記チャネル推定値と前記位相誤差推定値を使用して前記トラヒック逆拡散値を処理し、情報シンボルを検出する手段とを有する。
また、本発明の他の実施形態によれば、レーキ受信機が提供される。このレーキ受信機は、トラヒック・チャネル逆拡散コードを使用してデータサンプルを逆拡散し、トラヒック逆拡散値を生成する手段と、パイロット・チャネル逆拡散コードを使用してデータサンプルを逆拡散し、パイロット逆拡散値を生成する手段と、前記パイロット逆拡散値を逆回転して逆回転値を生成する手段と、前記逆回転値を使用してチャネル追跡し、チャネル推定値を生成する手段と、前記逆回転値を使用して位相誤差を計算する手段と、前記位相誤差を使用して位相及び周波数誤差推定値を生成する手段と、前記チャネル推定値と前記位相誤差推定値とを使用して前記トラヒック逆拡散値を処理し、情報シンボルを検出する手段とを有する。
また、本発明の他の実施形態によれば、情報シンボルを検出する方法が提供される。この情報シンボルを検出する方法は、トラヒック・チャネル逆拡散コードを使用してデータサンプルを逆拡散し、トラヒック逆拡散値を生成するステップと、パイロット・チャネル逆拡散コードを使用してデータサンプルを逆拡散し、パイロット逆拡散値を生成するステップと、前記パイロット逆拡散値を処理して瞬間チャネル測定値を生成するステップと、前記瞬間チャネル測定値を使用してチャネル追跡し、チャネル推定値を生成するステップと、前記チャネル推定値と前記瞬間チャネル測定値とを使用して位相誤差を計算するステップと、前記位相誤差を使用して位相及び周波数誤差推定値を生成するステップと、前記チャネル推定値と前記位相推定値とを使用して前記トラヒック逆拡散値を処理し、情報シンボルを検出するステップとを有する。
また、本発明の他の実施形態によれば、チャネル推定値を生成する方法が提供される。このチャネル推定値を生成する方法は、データサンプルを逆拡散して逆拡散値を生成するステップと、前記逆拡散値を逆回転して逆回転・逆拡散値を生成するステップと、前記逆回転・逆拡散値を使用して周波数誤差と位相推定値とを生成するステップと、前記逆回転・逆拡散値を使用してチャネル推定値を生成するステップとを有する。
また、本発明の他の実施形態によれば、シンボルを検出する方法が提供される。このシンボルを検出する方法は、トラヒック・チャネル逆拡散コードを使用してデータサンプルを逆拡散し、トラヒック逆拡散値を生成する手段と、パイロット・チャネル逆拡散コードを使用してデータサンプルを逆拡散し、パイロット逆拡散値を生成する手段と、前記パイロット逆拡散値を逆回転して逆回転値を生成する手段と、前記逆回転値を使用してチャネル追跡し、チャネル推定値を生成する手段と、前記逆回転値を使用して位相誤差を計算する手段と、前記位相誤差を使用して位相及び周波数誤差推定値を生成する手段と、前記チャネル推定値と前記位相誤差推定値とを使用して前記トラヒック逆拡散値を処理し、情報シンボルを検出する手段とを有する。
本発明の上記及び他の種々の発明、特性、利点が、図面を見ながら下記の詳細説明を読めば、当業者には容易に理解できる。
【００１５】
本実施例のディジタル通信装置100を、図1に示す。ディジタルシンボルは送信機102に与えられる。送信機102は、シンボルを伝送媒体に適切な表現にマッピングする。伝送信号は伝送媒体104を通過し、受信機105で受信される。受信機105は、無線プロセッサ106とベースバンド信号プロセッサ110とを含む。無線プロセッサは、信号をフィルタし、増幅し、ベースバンドにミックスダウンする。ベースバンド・プロセッサ110は、ベースバンド信号を受け、シンボル値の推定値を提供する。ソフトや信頼性の情報も提供できる。
【００１６】
最後に、これらのディジタルシンボルは、音声、テキスト、画像に変換できる。無線プロセッサ106かベースバンド・プロセッサ110のどちらででも、ベースバンド信号またはIF信号がサンプル化、あるいは量子化される。
【００１７】
無線通信では、送信機はアンテナから電磁波を放出し、媒体は無線伝搬環境になり、受信機は１つ以上のアンテナを使用して、伝送信号を再生する。本発明は無線通信と関連して説明されるが、その種のシステムに限定するわけではない。それどころか、本発明は、例えば、有線通信や磁気記憶システムなど、他のシステムにも応用できる。これらの応用では、無線プロセッサは、伝送媒体や記憶媒体からデータを抽出する装置に一般化される。
【００１８】
ここでは、本発明を、有料データを伝送するトラヒック・チャネルと比べると、IS-95ダウンリンクでの使用で説明されているパイロット・チャネルなどの、独立したパイロット・チャネルを採用しているシステムに関連して説明するが、本発明は、データ・チャネルに埋め込まれたパイロットシンボルを採用しているシステムや、パイロットシンボルやチャネルを全く持たないシステムにも応用できるので、上記システムに限定されるものではない。
【００１９】
本発明の実施例によるDS-SS受信機を図2に示すが、同様の要素を示すには、同じ参照数字を使用している。受信機200は、ベースバンド処理用のデータサンプルを生成する無線プロセッサ106を備える。最初に、これらのサンプルは符号捕捉ユニット202で処理され、サンプルをパイロット・チャネル逆拡散符号と相関させ、伝送信号の１つ以上の放射線またはエコーに同期させる。これが完了すると、周波数捕捉ユニット204は、受信信号を逆拡散し、周波数誤差を推定し、再び、パイロット・チャネルを使用するためのタイミング情報を持つことになる。この誤差は、発振器(OSC)フィードバック・ユニット206に送られる。OSCフィードバック・ユニット206は、基準発振器回路(図に示してない)を訂正するために訂正信号を無線プロセッサに送信する前に、周波数誤差推定値をフィルタ(例えば、平滑化)したり、しなかったりする。基準発振器回路は、電圧制御式水晶発振器(VCXO)として、導入されるのが典型的である。
【００２０】
周波数捕捉後、受信情報の復調を実施される。ベースバンド・サンプルは、周波数及びチャネル追跡ユニット208に送られる。周波数及びチャネル追跡ユニット208は、周波数誤差の推定とパイロット・チャネルを使用する(潜在的)時変チャネルの追跡とを継続する。周波数誤差とチャネルタップ推定値とは、情報運搬トラヒック・チャネルに対応する逆拡散値を使って、シンボルをコヒーレントな復調をするのに使用される。例えば、周波数誤差は、チャネルタップ推定値の共役により乗算されるトラヒック逆拡散値から除去できる。この結果の実数部はソフト・ビット値を提供するが、これは畳み込み復号などのその後の処理に使用できる。
【００２１】
本発明の実施例によるDS-SS周波数捕捉装置を図3に示す。周波数捕捉装置300は逆拡散ユニット302から始まる。逆拡散ユニット302は、受信サンプルをパイロット・チャネル拡散シーケンスに関連させ、逆拡散パイロット値を形成する。パイロット信号の復調も、ユニット302で実施できる。相関長はトラヒック・チャネルシンボル期間と等しくなくとも良い。相関長が短すぎると、逆拡散値のSNRが適当な性能に対し低くなり過ぎる。相関長が長すぎると、周波数誤差が信号強度の損失を生じる。解析またはシミュレーションを使用すると、周波数誤差の関数として、特定のシステム設計に対する最適相関長を決定できる。典型的には、相関長は、最悪の周波数誤差における最適値と等しく設定する。例えば、IS-95に従って動作するように設計したシステムでは、相関長64を作成し、逆拡散のためのトラヒック・チャネルのWalsh符号境界に並ぶ、逆拡散用パイロット・コードの部分列を使用した方がよい。そうすれば、他のチャネルとの干渉は最小化できる。相関長64が適当でない場合は、32、96、128などの値がチャネル干渉を減らすのに役立つ。
【００２２】
スイッチ304は、まず、これらの逆拡散パイロット値を一時周波数誤差推定ユニット306を通過するように設定される。一時周波数誤差推定ユニット306は、スイッチ304の出力を使用して一時周波数誤差推定値を形成する。この周波数誤差推定値は補正ジェネレータ308に送られ、周波数補正率を形成する。例えば、初期周波数補正率は、推定ユニット306からの一時周波数誤差推定値に等しく設定することが可能である。周波数補正率をゼロに初期設定すると、周波数補正率は、前の値プラス一時周波数誤差推定値に設定できる。
【００２３】
周波数補正率は、逆回転ユニット310で連続する逆拡散値から周波数誤差を除去するのに使用される。例示の逆回転技術は、図5に関連して下記に説明する。逆回転後の残留周波数誤差は小さいので、コヒーレント累積ユニット312における連続する逆回転値グループの加算を通じて、更なるコヒーレント累積が可能になる。累積値はスイッチ304に送られ、そこで切り替えられ、累積値はコヒーレント累積器312から一時周波数推定ユニット306に送られる。
【００２４】
累積値は、一時周波数誤差推定ユニット306を使って2番目の一時周波数誤差推定値を形成するのに使用される。2番目の一時周波数誤差推定値は、最初の周波数補正率では考慮されなかった残留周波数誤差に対応する。次に、補正ジェネレータ308は、最初の周波数誤差補正率と共に、2番目の一時周波数誤差推定値を使用して、2番目の周波数誤差補正率を形成する。例えば、2番目の周波数誤差補正率は、最初の周波数誤差補正率に、2番目の一時周波数誤差推定値をプラスしたものが可能である。スイッチ304を累積値が周波数誤差推定ユニット306を通るように設定すれば、処理は反復を繰り返すが、この反復数は固定であっても適合させるものであってもよい。例えば、反復数は、残留周波数誤差がしきい値より下がるまで増加させることも可能である。固定数または適合数の反復を実施した後、補正ジェネレータ308は周波数誤差の正確な推定値を出力する。例えば、周波数誤差推定値は、最終周波数補正率に等しく設定できる。
【００２５】
雑音やその他の妨害があるので、周波数補正率を、前の値プラス、ユニット306で生成した一時推定値に等しく設定することは、必ずしも望ましいことではない。１つの方法は、一時周波数誤差推定値を0と1の間の係数sだけスケール化することである。係数sは、他の係数と同様に、受信信号強度やSNRをもとに適切に設定できる。例えば、SNRが高くなればスケール係数sも高くなる。また、スケール係数sは、ループのある反復から次の反復に適合させることもできる。例えば、係数sは、各反復に伴って大きくすることも可能である。
【００２６】
一時周波数誤差推定ユニット306は、逆拡散値を採用するどんな方式を使用しても、周波数誤差推定値を形成できる。一時周波数誤差推定ユニット306の実施例を図4に示す。ここでは、一時周波数誤差推定ユニット400は、スイッチ304から逆拡散値を受け取る。この逆拡散値は、微分検出器402に送られ、検出器出力値を生成する。この検出器出力値は累積器404に累積される。累積値は角度測定ユニット406に送られ、複素数の複素平面での角度を決定する。この角度は周波数誤差の推定値を与え、必要に応じてスケール化される。
【００２７】
本発明による例示されるDS-SS周波数誤差及びチャネル追跡装置を図5に示す。データサンプルは逆拡散ユニット502に送られる。逆拡散ユニット502は、データサンプルを逆拡散し、パイロット相関を形成する。位相アンラップ・ユニット504で、位相アンラッピングを実施する。この処理については下記に詳細を説明する。アンラップ化したパイロット相関は、逆回転ユニット506で逆回転される。逆回転ユニット506は、位相同期ループ(PLL)514から位相推定値を得て、それを、アンラップ化されたパイロット相関のアンラップ位相から減算する。結果は、周波数誤差を除去したチャネルタップの瞬間推定値、つまり測定値になる。この瞬間推定値は、チャネルタップの推定値を更新するために、チャネルタップ更新ユニット508で使用される。振幅と位相の両情報は、各チャネルタップ推定値の出力である。典型的な場合は、瞬間値を前の値と平滑化して、これを実施するが、最小二乗平均(LMS)、KLMS、RLSや、カルマン追跡など、もっと洗練されたチャネルタップ追跡アルゴリズムを使用できる。図5には示していないが、チャネルタップ推定値は、コヒーレント復調ユニット210に送られ、レーキ(Rake)が種々の放射線やエコーからの結果を結合するのが典型的である。
【００２８】
チャネルタップ推定値の位相は、アンラップ・ユニット510でアンラップ化され、位相差ユニット512に送られる。位相差ユニット512は、アンラップされたチャネルタップ位相と、逆回転されてアンラップされたパイロット相関の位相との間の差を得ることで、位相誤差を形成する。残留周波数誤差が存在するときは、このパイロット相関位相が複素平面で「スピン」し、誤差信号を生成する。位相差ユニット512から出た位相誤差信号は、位相同期ループ(PLL)514に送られ、位相とその導関数(周波数)の双方を追跡する2次ディジタルPLLになることもある。2次以外のPLLも使用できる。PLL514の位相出力は逆回転ユニット506に送られ、位相アンラップ・ユニット504からのアンラップされたパイロット相関位相を逆回転する。図には示していないが、最終的には位相推定値を使用し、特にコヒーレント復調ユニット210において、トラヒック・チャネルとの相関をアンラップする。最後に、従来の周波数制御(AFC)ループ(図には示してない)でPLLの周波数誤差推定値出力を使用して、受信機の基準発振器回路を制御する。
【００２９】
位相アンラッピングは、位相差を得る過程で位相を表現する方法という問題に取り組んでいる。例えば、位相は-180度から+180度の範囲内で表現できる。相順を140、160、180、-160、-140と仮定する。位相差をこの順の隣接対の間で取ると、その結果の差分値は20、20、-340、20になるが、-340の値は位相表現にために定義した範囲から出てしまう。代わりに、相順を140、160、180、200、220と表現すると、この不適当な差分値は発生しないはずである。この後者の表現を、ここでは、アンラップ化位相と言っている。
【００３０】
ここで、位相は値から値までに180度以下しか変更できないとすると、アンラッピング演算を実施した場合には、位相差の大きさが180度以下になるように、360度を加算または減算することになる。従って、前の例で、-160度の項に出会うとそれに360度が加算され、アンラップ値として200度が得られ、差分値は20度になる。
【００３１】
このようなアンラップ化位相の表現は、アンラップ化位相の大きさによる数値のオーバーフローの問題が生じることがある。この状況を修正するために、アンラッピング演算を整数カウンタで表現できる。整数カウンタは加算するため360期間の数を与える(負のカウンタは減算を意味している)。指数が360期間の数の乗算ではなく加算である点を除けば、これは浮動小数点表示と似ている。
【００３２】
図5には、2種類のアンラッピング演算がある(ブロック504及び510)が、結局、アンラップされた値の差が問題なのである。これは、それぞれのアンラッピング演算に関連するカウンタ値で差分を取ることを伴う。そこで、カウンタ値が大きすぎる場合は、双方のカウンタからある値を減算して、その差分には影響を与えないようにすることができる。これでオーバーフローの問題はなくなる。また、カウンタを１つだけしか使用しない代替案もある。この場合には、カウンタは、位相差ユニット512で生成した位相誤差期間に加算または減算する360度の間隔の数を与える。従って、もう１つの実施例によれば、カウンタを１つだけしか使用しない構成が可能になり、アンラップ・ユニット504及び510のアンラッピング演算をもとに、増分や減分することになる。
【００３３】
逆回転ユニット506の逆回転を実施する方法は多数ある。アンラップされたパイロット相関は振幅とアンラップ化位相で表現できるが、この場合、PLL514からの位相推定値は、アンラップ化位相から減算される。アンラップカウンタを使用して、アンラップされたパイロット相関を、実数と虚数(つまり、直交座標)で表現する場合、逆回転は複素乗算で遂行できる。PLL514からの位相推定値は、実部が位相推定値のコサインで、虚分が位相推定値のサインになる複素数として表現される。アンラップされた位相カウンタを補正可能とする更なる演算も必要になる。例えば、逆回転が-180度-170度=-350度になるとすると、値を+10度として表現するには、更にアンラップしなければならない。位相差ユニット512の出力でも、同様のアンラップが必要になる。
【００３４】
レーキ(Rake)受信機では、レーキ・フィンガごとに周波数及びチャネル追跡ユニット208があるはずである。これらのユニットは、複数の周波数誤差推定値を生成し、それを制御フィードバック・ループで使用し、基準発振器回路を制御する。この制御フィードバック作業は、多様な方法で実施できる。
【００３５】
まず、レーキ受信機の周波数誤差推定値を１つだけ、制御用に選択できる。例えば、チャネルタップ推定値の短期平均か長期平均をもとに、最強放射線に対応する誤差を使用することが可能である。あるいは、発振器回路のフィードバック制御用として、最も早く到着した放射線に関連して、周波数誤差推定値を選択することも可能である。
【００３６】
フィードバック制御に、周波数誤差推定値の結合値を使用することもできる。単純平均、重み付き平均、中位値が例示される方法であるが、そこでは、各レーキ・フィンガからの周波数誤差推定値を結合できる。
【００３７】
周波数及びチャネル追跡ユニット208と、コヒーレント復調ユニット210をまとめた実施例を、図6に示してある。無線プロセッサ106からのデータは、2個の処理分岐a及びbに送られる。分岐では、デサメイト(decimate)ユニット601aが、信号の特定のエコーに対応するサンプリング瞬間のチップ期間に1度、データをサンプリングする。デサメイトされたデータはトラヒック逆拡散ユニット602aに送られる。そこで、チップサンプルはトラヒックチャネルの逆拡散コードに相関を持たされ、逆拡散値を形成する。図5で説明したように、デサメイト・データは、周波数及びチャネル追跡パイロット・ユニット604aにも送られ、パイロット逆拡散コードを使用してデータを逆拡散し、チャネルタップ推定値、位相推定値、周波数誤差推定値を形成する。尚、パイロット及びトラヒック・チャネルの逆拡散は、回路を共用して共同で実施できる。位相推定値とチャネルタップ推定値は、結合ユニット606aに送られ、以下に説明するように、これらの推定値を逆拡散値と結合する。この結合値は、加算器608で、処理分岐bからの結合値と共に加算され、ソフト値を形成する。このソフト値は復調されている情報シンボルに対応し、信頼レベルを表わす。処理分岐bは処理分岐aと同様の方法で動作するが、デサメイト・ユニットは、異なる信号イメージに対応するように制御される。分岐aと分岐bの周波数誤差推定値は、結合ユニット610に送られ、そこでこれらは結合され、前に説明したように、結合周波数誤差推定値を形成する。図6では、異なる信号処理分岐からの周波数誤差推定値が結合され、結合値を形成している。
【００３８】
結合ユニット606aの実施例を図7に示す。逆拡散値は、位相推定値を使用して、逆回転ユニット702で逆回転される。逆回転ユニット702は、前に説明した逆回転ユニット506と同様の方法で動作する。逆回転値は、乗算器704でチャネルタップ推定値の共役で乗算され、結合値を出す。情報シンボルが二進法であれば(+1か-1)、積の実部だけが必要になる。QPSKシンボルやDBPSKシンボルのような、それ以外の場合には、実部と虚部の双方が必要である。
【００３９】
結合ユニット606aの代替実施形態を図8に示す。チャネルタップ推定値は、回転ユニット802の位相推定値を使用して回転され、回転チャネルタップ推定値を提供する。回転ユニット802は、逆回転ユニット506と同様の方法で動作するが、チャネルタップ推定値は、負の位相推定値で逆回転される。これは位相推定値による回転と等価である。乗算器704では、逆拡散値が回転チャネルタップ推定値の共役で乗算され、結合値を提供する。
【００４０】
信号レベルが強く、周波数または位相誤差に突然の変更がある場合には、位相アンラップが有利であるが、信号が弱まる場合は、アンラッピングは不安定になる可能性がある。アンラッピングを適合させて、信号が弱まるときはアンラッピングを抑止するのも、１つの解決法である。信号フェージングは、逆拡散値の絶対値の二乗か、チャネルタップ推定値の絶対値の二乗を使用して検出できる。
【００４１】
もう１つの代替方法は、位相誤差信号を、例えば、-180度と+180度のように、2個の限界値間でのみ許す方法である。この方法を図9に示すが、この場合、類似の要素は、図5の同じ要素に対応する。動作は、位相アンラップ動作が省略されていることを除けば、図5に説明した動作と同じである。位相差ユニット902で計算した位相差は、まず逆回転及び逆拡散された複素値が複素チャネルタップで乗算され、その結果の位相を決定することにより、処理されるのが典型的な方法である。位相差ユニット902は、限界範囲内の位相差、好ましくは、-180度から180度かそれに等しい値を表現する。
【００４２】
位相差は、様々な方法で計算し概算できる。逆回転及び逆拡散された複素値をx=I+jQで表し、更新チャネルタップをc=D+jEで表すとする。位相差は、逆回転、逆拡散値の角度(I+jQ)に更新チャネルタップの共役(D-jE)を掛けたものである。従って、位相差は、p=S+jTの角度で表せる。但し、S=ID+QE、T=QD-IEとする。TをSで除算して逆タンジェントを出し、TとSの符号を考慮して四象限の結果を出すのも、１つの方法である。xの絶対値とcの絶対値の積でTを除算して逆サインを出すのも、１つの方法である。位相差が小さいと仮定すると、逆サイン処理を削除できる。最後に、位相差は-aとaに量子化できる。但し、aは、例えば、度などの固定パラメータとする。この場合、必要なことは、Tの符号、つまり、QD-IEの符号を決めるだけである。例えば、QD-IEがゼロに等しければ、位相差が第三の値、ゼロを、持てるようにするのが望ましい。以上の方法は、位相差ユニット512でも使用できる。
【００４３】
もう１つの設計の問題は、PLLとチャネル追跡ユニットの相互作用に関するものである。チャネル追跡ユニットが単純な一次追跡ユニットであれば、図5および図9に示した結合方法もうまくいくが、チャネル追跡ユニットが二次追跡ユニットで、例えば、チャネル係数とその導関数を追跡する場合、その結合は意図したようにはいかないことがある。典型的な場合、チャネル追跡ユニットの応答はPLLより速い。従って、二次チャネル追跡ユニットは幾らかの周波数誤差を追跡できるが、PLLは完全には利用されない。
【００４４】
この問題を避けるため、図10に示した要領で、チャネル追跡の上流でAFCが実施される。本実施例ではアンラッピングは含まないが、当業者は、必要に応じて上記説明のアンラッピングを含める方法を理解できる。データは逆拡散ユニット502に送られ、そこで逆拡散値を生成する。この逆拡散値は、PLL514の位相推定値を使用し、逆回転ユニット506で逆回転される。逆回転され逆拡散された値はチャネルタップ更新ユニット508に送られ、そこでチャネルタップ推定値を生成する。逆回転・逆拡散値は位相計算ユニット1002にも送られ、そこで逆回転・逆拡散値の位相を決定する。この位相はPLL514に対する位相誤差入力として処理され、そこで位相及び周波数誤差推定値を生成する。
【００４５】
最初に、レーキ・フィンガを割り当てられると、初期化と起動の手順を使用して、高性能が保証できる。まず、新しいエコーを発見すると、そのエコーに関連した周波数誤差推定値は、他のレーキ・フィンガ、例えば、最強のフィンガで生成された周波数誤差推定値に初期化できる。これが非常に高速なフィンガが割当てられれば、周波数誤差はゼロに初期化できる。また、位相推定値は、新しいフィンガに関連した逆拡散値に関係する値に初期化した方がよい。例えば、位相推定値は、最初の逆拡散値の位相に初期化できる。チャネルタップ推定値は、逆拡散値、例えば、最初の逆拡散値を使用して初期化することもできる。
【００４６】
一旦初期化すると、急速収束用に適合増分サイズのPLLを使用できる。あるいは、収束は長くなるが固定増分サイズを使用することもできる。フィンガが0の初期周波数誤差推定値で開始する場合は、適合方式の方が好ましい。
【００４７】
2信号エコーの例を上記に示したが、本発明はエコーの数に関係なく適用可能である。また、本発明は、ソフト・ハンドオフ中に発生する異なる基地局から受信した信号映像にも適用される。各基地局に関連した周波数推定値を生成するのも、１つの方法である。例えば、2個の信号処理分岐を、基地局Aからの映像に割り当てることが可能である。これらの分岐は結合周波数推定値を形成する。基地局Bからの映像に、更に2個の信号処理分岐を割り当てることも可能で、これも、結合周波数推定値を形成する。これら2個の推定値は、前に説明した方法でも結合できる。2基地局の周波数精度が良好であれば、全ての映像に関連した全ての処理分岐からの周波数推定値(基地局Aから2つ、基地局Bから2つ)を結合する。こうして、各分岐は、映像の特定の到着時間と特定の逆拡散コードに対応することになる。というのは、典型的な場合、基地局は異なる拡散コードを使用するからである。
【００４８】
本発明は、固定+1を基礎とするシンボルストリームのパイロット・チャネルを想定して説明されているが、本発明は他の場合にも応用可能である。まず、定期的にトラヒック・チャネル内に置かれるパイロットシンボルの場合を検討する。周波数捕捉では、これらのシンボルの相関が図3で使用できるはずである。逆拡散ユニット302の一部として、(全て同じでなければ)シンボル値を使用し、逆拡散値に既知シンボル値の共役を乗算して、逆拡散値の変調を除去する。同様に、図5の周波数及びチャネル追跡では、シンボル値の共役を使用し、逆拡散ユニット502の逆拡散値を乗算する。シンボル値が全て同じでなければ、逆拡散相関の長さはシンボル期間かそれ以下に対応しなければならない。
【００４９】
次に、トラヒックシンボルを使用する場合を検討する。この場合、シンボルは検出でき、被検出値を与える。これらの被検出値は、上記説明の要領で既知パイロットシンボルを使用するのと同じ方法で、使用されることになる。1シンボル期間より長い相関を得るには、シンボル変調を除去した連続する逆拡散値が一緒に加算される。
【００５０】
本発明は、理解しやすい特定の実施形態で説明したが、上記実施形態は制限的であると言うよりは、むしろ例証的なものである。当業者なら、本発明の根本の範囲から始めずに、上記実施形態から出発したことは、容易に解るはずである。従って、本発明は、上記の実施形態例に制限するものとみなすべきではなく、その等価物をも含む下記請求の範囲に相応するものとみなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  DS-SS通信方式の例示図である。
【図２】  本発明の実施例によるDS-SS受信機の図である。
【図３】  本発明の実施例によるDS-SS周波数捕捉ユニットの図である。
【図４】  図3のユニットで使用できる一時周波数誤差推定値ユニットの実施例の図である。
【図５】  本発明の実施例によるDS-SSチャネル及び周波数誤差追跡ユニットの図である。
【図６】  コヒーレント復調ユニットと結合する周波数及びチャネル追跡ユニットを含む本発明の実施例の図である。
【図７】  図6の実施形態で使用できる例示された結合ユニットの構成図である。
【図８】  結ユニットの代替実施形態の図である。
【図９】  本発明のもう１つの実施例による周波数及びチャネル追跡ユニットの図である。
【図１０】  本発明の更にもう１つの実施形態による周波数及びチャネル追跡ユニットの図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004095249.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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