(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局と移動局とを備え、前記基地局が、下り方向のチャネルに複数のキャリアを用いて、前記移動局に既知であるパイロットシンボル系列を前記移動局に送信すると共に、周波数方向に同一のスクランブル符号をシンボル周期毎に前記チャネルに掛けて前記移動局と通信を行う移動通信システムであって、
前記移動局は、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間において、前記スクランブル符号の位相差を考慮した相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する境界検出手段を備えることを特徴とする移動通信システム。
【請求項２】
前記基地局は、
１つの無線フレーム内に複数のパイロットシンボル系列を送信すると共に、当該複数のパイロットシンボル系列に掛けられる複数のスクランブル符号の位相差を使用して、前記移動局に制御情報を伝送する制御情報伝送手段
を備えることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項３】
前記制御情報は、前記基地局が使用するスクランブル符号グループであることを特徴とする請求項２に記載の移動通信システム。
【請求項４】
前記位相差は、周波数間隔に換算されたときに、コヒーレント帯域幅の範囲内にある値であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動通信システム。
【請求項５】
前記制御情報伝送手段は、複数の種類のパイロットシンボル系列を使用して制御情報を伝送することを特徴とする請求項２又は３に記載の移動通信システム。
【請求項６】
前記パイロットシンボル系列は、擬似ランダム系列であることを特徴とする請求項５に記載の移動通信システム。
【請求項７】
前記制御情報は、前記基地局が使用するスクランブル符号グループであることを特徴とする請求項５又は６に記載の移動通信システム。
【請求項８】
前記移動局の境界検出手段は、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間における相互相関をとると共に、相互相関値を前記パイロットシンボル系列の受信電力で正規化した値を使用して無線フレーム境界を検出することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の移動通信システム。
【請求項９】
前記境界検出手段は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として１シンボル周期分遅延された位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより、無線フレーム境界を検出することを特徴とする請求項１に記載の移動通信システム。
【請求項１０】
前記境界検出手段は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として所定のシンボル周期分遅延された複数の位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより、無線フレーム境界を検出し、
前記制御情報伝送手段は、前記複数の位相差に対応するスクランブル符号グループを伝送することを特徴とする請求項３に記載の移動通信システム。
【請求項１１】
基地局と移動局とを備え、前記基地局が、下り方向のチャネルに複数のキャリアを用いて、前記移動局に既知であるパイロットシンボル系列を前記移動局に送信すると共に、周波数方向に同一のスクランブル符号をシンボル周期毎に前記チャネルに掛けて前記移動局と通信を行う移動通信システムにおけるチャネル同期確立方法であって、
前記移動局が、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間において、前記スクランブル符号の位相差を考慮した相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する境界検出工程を含むことを特徴とするチャネル同期確立方法。
【請求項１２】
前記基地局が、１つの無線フレーム内に複数のパイロットシンボル系列を送信すると共に、当該複数のパイロットシンボル系列に掛けられる複数のスクランブル符号の位相差を使用して、前記移動局に制御情報を伝送する制御情報伝送工程を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項１３】
前記制御情報は、前記基地局が使用するスクランブル符号グループであることを特徴とする請求項１２に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項１４】
前記位相差は、周波数間隔に換算されたときに、コヒーレント帯域幅の範囲内にある値であることを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項１５】
前記制御情報伝送工程では、複数の種類のパイロットシンボル系列を使用して制御情報を伝送することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項１６】
前記パイロットシンボル系列は、擬似ランダム系列であることを特徴とする請求項１５に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項１７】
前記制御情報は、前記基地局が使用するスクランブル符号グループであることを特徴とする請求項１５又は１６に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項１８】
前記境界検出工程では、前記移動局が、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間における相互相関をとると共に、相互相関値を前記パイロットシンボル系列の受信電力で正規化した値を使用して無線フレーム境界を検出することを特徴とする請求項１１〜１７の何れか一項に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項１９】
前記境界検出工程では、前記移動局は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として１シンボル周期分遅延された位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより、無線フレーム境界を検出することを特徴とする請求項１１に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項２０】
前記境界検出工程では、前記移動局は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として所定のシンボル周期分遅延された複数の位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出し、
前記制御情報伝送工程では、前記基地局は、前記複数の位相差に対応するスクランブル符号グループを伝送することを特徴とする請求項１３に記載のチャネル同期確立方法。
【請求項２１】
基地局から移動局に向かう下り方向のチャネルに複数のキャリアを用いて、前記移動局に既知であるパイロットシンボル系列を前記基地局から受信すると共に、周波数方向に同一のスクランブル符号がシンボル周期毎に掛けられたチャネルを使用して前記基地局と通信を行う移動局であって、
前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間において、前記スクランブル符号の位相差を考慮した相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する境界検出手段を備えることを特徴とする移動局。
【請求項２２】
前記境界検出手段は、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間における相互相関をとると共に、相互相関値を前記パイロットシンボル系列の受信電力で正規化した値を使用して無線フレーム境界を検出することを特徴とする請求項２１に記載の移動局。
【請求項２３】
前記境界検出手段は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として１シンボル周期分遅延された位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより、無線フレーム境界を検出することを特徴とする請求項２１に記載の移動局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信システム、チャネル同期確立方法、及び移動局に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信用の周波数帯域の利用効率を向上するために、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband−Code Division Multiple Access）方式などの符号分割方式を利用した移動通信システムが実用化されている。このような移動通信システムでは、複数のセルで同一の周波数帯域が使用されるので、周波数帯域を参照して、移動局が位置するセルを識別するのは困難である。このため、セルを識別するために、セル毎に異なるスクランブル符号（拡散符号）を下り方向のチャネル（以下、「下りチャネル」と記す。）に掛けることが一般的に行われる。
【０００３】
このような移動通信システムにおいて、移動局が所望の基地局と通信を行うためには、以下に説明するセルサーチの動作が必要になる。すなわち、まず移動局は、通信を行う基地局の下りチャネルの無線フレーム境界（以下、単に「フレーム境界」と記す。）を検出する。続いて移動局は、当該基地局で使用されているスクランブル符号を検出する。
【０００４】
一方、下りチャネルで複数のキャリアを用いる代表的な多重方式の一つである直交周波数符号分割多重（ＯＦＣＤＭ：Orthogonal Frequency and Code Division Multiplex）方式では、セルサーチの高速化を図るために、セルサーチは三段階の処理に分けて行われる。三段階の処理とは、シンボル境界検出、フレーム境界検出、及びスクランブル符号検出である。また、第二段階のフレーム境界検出処理では、スクランブル符号をいくつかのグループ（以下、「スクランブル符号グループ」と記す。）に分け、スクランブル符号グループの検出を同時に行う。これにより、第三段階で候補となるスクランブル符号の数が削減され、第三段階（スクランブル符号の検出処理）の高速化を図ることができる。
【０００５】
ここで、図６は、ＯＦＣＤＭ方式を適用した従来のフレーム構成を示す図である。図６に示すように、従来のＯＦＣＤＭにおけるセルサーチでは、第二段階でスクランブル符号グループの検出をフレーム境界検出と同時に行うために、以下に説明する処理を行っていた。すなわち、フレーム境界を検出するために、下りチャネルにスクランブル符号を掛けずに、移動局に既知である特別なシンボル系列で送信されるＳＣＨ（Synchronization Channel）１０１，１０２，１０３を付加的に送信し、移動局側で受信信号と既知のＳＣＨシンボル系列との間の相互相関をとっていた。また、フレーム境界の検出と同時にスクランブル符号グループを検出するために、ＳＣＨシンボル系列を複数用意し、それぞれのＳＣＨシンボル系列にスクランブル符号グループを対応させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、以下に示すような問題点があった。すなわち、移動通信システムでは、下りチャネルに割り当て可能な送信電力には制限があり、この送信電力の範囲内で制御チャネル（ＣＣＨ；Control Channel）と通信チャネル（ＴＣＨ；Traffic Channel）を送信する。このため、ＣＣＨに割り当てられる送信電力が小さい程、ＴＣＨに割り当てられる送信電力を大きくとることができ、システムに収容できる移動局数、すなわち通信容量が増える。
【０００７】
ところが、従来のＦＣＤＭにおけるセルサーチでは、上述したようにＳＣＨを付加的に送信していたので、ＳＣＨの送信電力分だけ通信容量が小さくなる。更に、ＳＣＨがＴＣＨに与える干渉により、ＴＣＨの品質が劣化する。これらの難点を回避するために、ＳＣＨの送信電力を小さくすることも考えられるが、第二段階におけるフレーム境界及びスクランブル符号グループの検出確率が低くなる。その結果、セルサーチの精度が低くなる。
【０００８】
そこで、上記問題点に鑑みて、本発明の課題は、セルサーチを高精度に行いつつ、ＳＣＨの送信に起因する、通信容量の減少及びＴＣＨに与える干渉を低減した移動通信システム、チャネル同期確立方法、及び移動局を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る移動通信システムは、基地局と移動局とを備え、前記基地局が、下り方向のチャネルに複数のキャリアを用いて、前記移動局に既知であるパイロットシンボル系列を前記移動局に送信すると共に、周波数方向に同一のスクランブル符号をシンボル周期毎に前記チャネルに掛けて前記移動局と通信を行う移動通信システムであって、前記移動局は、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間において、前記スクランブル符号の位相差を考慮した相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する境界検出手段を備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明に係るチャネル同期確立方法は、基地局と移動局とを備え、前記基地局が、下り方向のチャネルに複数のキャリアを用いて、前記移動局に既知であるパイロットシンボル系列を前記移動局に送信すると共に、周波数方向に同一のスクランブル符号をシンボル周期毎に前記チャネルに掛けて前記移動局と通信を行う移動通信システムにおけるチャネル同期確立方法であって、前記移動局が、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間において、前記スクランブル符号の位相差を考慮した相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する境界検出工程を含むことを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る移動局は、基地局から移動局に向かう下り方向のチャネルに複数のキャリアを用いて、前記移動局に既知であるパイロットシンボル系列を前記基地局から受信すると共に、周波数方向に同一のスクランブル符号がシンボル周期毎に掛けられたチャネルを使用して前記基地局と通信を行う移動局であって、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間において、前記スクランブル符号の位相差を考慮した相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する境界検出手段を備えることを特徴としている。
【００１２】
これらの発明によれば、移動局は、基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列（ＰＬＣＨのシンボル系列）間においてスクランブル符号の位相差を考慮した相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する。これにより、従来はセルサーチに不可欠であったＳＣＨを使用しなくても、ＴＣＨと時分割多重されるＰＬＣＨからフレーム境界の検出が可能となる。したがって、ＳＣＨに使用されていた基地局の送信電力をＰＬＣＨやＴＣＨに配分できる。
【００１３】
特にＰＬＣＨには、ＴＣＨを受信する際にチャネル推定を始めとして多様な用途があるので、一般的にＳＣＨと比較して大きな送信電力を必要とする。このようなＰＬＣＨに対して、従来よりも大きな送信電力を充てられるので、フレーム境界及びスクランブル符号グループの検出確率を向上できる。その結果、セルサーチを高精度に行いつつ、ＳＣＨの送信に起因する、通信容量の減少及びＴＣＨに与える干渉を低減した移動通信システム、移動局及びチャネル同期確立方法を提供できる。
【００１４】
好ましくは、本発明に係る移動通信システムは、前記基地局が、１つの無線フレーム内に複数のパイロットシンボル系列を送信すると共に、当該複数のパイロットシンボル系列に掛けられる複数のスクランブル符号の位相差を使用して、前記移動局に制御情報を伝送する制御情報伝送手段を備える。
【００１５】
好ましくは、本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記基地局が、１つの無線フレーム内に複数のパイロットシンボル系列を送信すると共に、当該複数のパイロットシンボル系列に掛けられる複数のスクランブル符号の位相差を使用して、前記移動局に制御情報を伝送する制御情報伝送工程を更に含む。
【００１６】
すなわち、送信側である基地局と受信側である移動局とで、複数のスクランブル符号の位相差（位相差系列を含む）が一致していないと、パイロットシンボル系列のタイミングでシンボル間の相関ピークが観測されない。反対に、送信側と受信側とで位相差が一致したときにのみ相関ピークが観測されるので、位相差を使って基地局から移動局へ制御情報を伝送することが可能となる。
【００１７】
より好ましくは、本発明に係る移動通信システムによれば、前記制御情報は、前記基地局が使用するスクランブル符号グループである。
また、より好ましくは、本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記制御情報は、前記基地局が使用するスクランブル符号グループである。
【００１８】
すなわち、位相差を使って基地局から移動局へ制御情報を伝送する際に、位相差を複数用意し、これら複数の位相差にスクランブル符号グループを対応させる。そして、基地局で使用されているスクランブル符号グループに対応する位相差を用いて移動局で相関検出を行い、シンボル間における相関ピークが最大となる位相差を選択する。このように、フレーム境界と同時にスクランブル符号グループを検出することにより、検出対象となるスクランブル符号の候補をセルサーチの第二段階で絞り込むことができる。その結果、第三段階におけるスクランブル符号の検出の高速化及び高精度化を図ることができる。
【００１９】
本発明に係る移動通信システムによれば、前記位相差は、周波数間隔に換算されたときに、コヒーレント帯域幅の範囲内にある値である。
また、本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記位相差は、周波数間隔に換算されたときに、コヒーレント帯域幅の範囲内にある値である。
【００２０】
これらの発明によれば、複数のパイロットシンボル系列に掛けられる複数のスクランブル符号の位相差は、周波数間隔に換算されたときに、コヒーレント帯域幅の範囲内にある値である。これにより、位相差と同数のキャリアの範囲内で伝搬路の変動が十分に小さくなる。したがって、相関検出特性の劣化を未然に防止できる。
【００２１】
本発明に係る移動通信システムによれば、前記制御情報伝送手段は、複数の種類のパイロットシンボル系列を使用して制御情報を伝送する。
本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記制御情報伝送工程では、複数の種類のパイロットシンボル系列を使用して制御情報を伝送する。
【００２２】
すなわち、信号の送信側である基地局と受信側である移動局とで、パイロットシンボル系列の種類が一致していないと、パイロットシンボル系列のタイミングでシンボル間の相関ピークが観測されない。反対に、送信側と受信側とでパイロットシンボル系列の種類が一致したときにのみ相関ピークが観測されるので、パイロットシンボル系列の種類を使って基地局から移動局へ制御情報を伝送することが可能となる。
【００２３】
本発明に係る移動通信システムによれば、前記パイロットシンボル系列は、擬似ランダム系列である。
本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記パイロットシンボル系列は、擬似ランダム系列である。
【００２４】
すなわち、複数の種類のパイロットシンボル系列を使用して制御情報を伝送する際に、異なるパイロットシンボル系列間における相互相関値が大きいと、情報を誤って受信する確率が上がってしまう。これらの発明によれば、相互相関値が小さい系列である擬似ランダム系列をパイロットシンボル系列として用いることで、情報の誤受信を減らすことができる。
【００２５】
本発明に係る移動通信システムによれば、前記制御情報は、前記基地局が使用するスクランブル符号グループである。
本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記制御情報は、前記基地局が使用するスクランブル符号グループである。
【００２６】
すなわち、パイロットシンボル系列を使って基地局から移動局へ制御情報を伝送する際に、複数種類のパイロットシンボル系列を用意し、これら複数種類のパイロットシンボル系列にスクランブル符号グループを対応させる。そして、基地局で使用されているスクランブル符号グループに対応するパイロットシンボル系列を用いて移動局で相関検出を行い、シンボル間における相関ピークが最大となるパイロットシンボル系列を選択する。このように、フレーム境界と同時にスクランブル符号グループを検出することにより、検出対象となるスクランブル符号の候補をセルサーチの第二段階で絞り込むことができる。その結果、第三段階におけるスクランブル符号の検出の高速化及び高精度化を図ることができる。
【００２７】
好ましくは、本発明に係る移動通信システムによれば、前記移動局の境界検出手段は、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間における相互相関をとると共に、相互相関値を前記パイロットシンボル系列の受信電力で正規化した値を使用して無線フレーム境界を検出する。
【００２８】
好ましくは、本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記境界検出工程では、前記移動局が、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間における相互相関をとると共に、相互相関値を前記パイロットシンボル系列の受信電力で正規化した値を使用して無線フレーム境界を検出する。
【００２９】
好ましくは、本発明に係る移動局によれば、前記境界検出手段は、前記基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間における相互相関をとると共に、相互相関値を前記パイロットシンボル系列の受信電力で正規化した値を使用して無線フレーム境界を検出する。
【００３０】
これらの発明によれば、各時刻における相互相関値を直接使用せずに、パイロットシンボル系列の受信電力で正規化した相互相関値を用いてピーク検出を行うことで、誤差の少ないより高精度な相関検出が可能となる。
【００３１】
より好ましくは、本発明に係る移動通信システムによれば、前記境界検出手段は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として１シンボル周期分遅延された位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより、無線フレーム境界を検出する。
【００３２】
より好ましくは、本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記境界検出工程では、前記移動局は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として１シンボル周期分遅延された位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより、無線フレーム境界を検出する。
【００３３】
より好ましくは、本発明に係る移動局によれば、前記境界検出手段は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として１シンボル周期分遅延された位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより、無線フレーム境界を検出する。
【００３４】
これらの発明によれば、１フレーム内に１シンボルのパイロットシンボル系列が時間分割多重されているフレームはもとより、先頭と末尾に２シンボルのパイロットシンボル系列が時間分割多重されているフレームに関しても、高精度なフレーム境界の検出が可能となる。
【００３５】
更に、本発明に係る移動通信システムによれば、前記境界検出手段は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として所定のシンボル周期分遅延された複数の位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出し、前記制御情報伝送手段は、前記複数の位相差に対応する、前記スクランブル符号グループを伝送する。
【００３６】
更に、本発明に係るチャネル同期確立方法によれば、前記境界検出工程では、前記移動局は、ＦＦＴ処理により分離されたパイロットシンボル系列と、当該パイロットシンボル系列を基準として所定のシンボル周期分遅延された複数の位相差のスクランブル符号が掛けられたパイロットシンボル系列との相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出し、前記制御情報伝送工程では、前記基地局は、前記複数の位相差に対応する、前記スクランブル符号グループを伝送する。
【００３７】
すなわち、位相差を使って基地局から移動局へ制御情報を伝送する際に、位相差を複数用意し、これら複数の位相差にスクランブル符号グループを対応させる。そして、基地局で使用されているスクランブル符号グループに対応する位相差を用いて移動局で相関検出を行い、シンボル間における相関ピークが最大となる位相差を選択する。このように、フレーム境界と同時にスクランブル符号グループを検出することにより、検出対象となるスクランブル符号の候補をセルサーチの第二段階で絞り込むことができる。その結果、第三段階におけるスクランブル符号の検出の高速化及び高精度化を図ることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、添付図面を参照して、本発明に係る移動通信システムの第１の実施形態について説明する。図１は、本実施の形態における移動通信システムの機能的構成を示すブロック図である。図１に示すように、移動通信システム１は、移動局１０と基地局３０とを少なくとも備えて構成される。移動通信システム１は、移動局１０と基地局３０との間で、複数のキャリア（搬送波）を用いる周波数符号分割多重方式の代表例であるＯＦＣＤＭ（Orthogonal Frequency and Code Division Multiplex）方式を使用して信号の送受信を行う。
【００３９】
移動局１０は、セルサーチの第二段階において、フレーム境界の検出処理を実行するために、以下に示す構成を有する。すなわち、移動局１０は、シンボル境界検出器１１と、Ｓ/Ｐ変換器１２と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理器１３と、フレーム遅延器１４と、位相差検出器１５と、相関器１６と、ピーク検出器１７とを備える。
【００４０】
シンボル境界検出器１１は、基地局３０から送信された受信信号４０ａのシンボル境界を検出する。Ｓ/Ｐ変換器１２は、シンボル境界検出器１１によりシンボル境界が検出された受信信号４０ａをシリアル信号からパラレル信号に変換する。ＦＦＴ処理器１３は、Ｓ/Ｐ変換器１２によりパラレル信号に変換された受信信号４０ａを取得し、受信信号４０ａを構成する各フレームをシンボル系列に分離する。
【００４１】
フレーム遅延器１４は、ＦＦＴ処理器１３によりシンボル系列に分離されたフレームを基準として１フレーム分遅延させた周波数方向のシンボル系列を、後述する位相差検出器１５に出力する。位相差検出器１５は、ＦＦＴ処理器１３によりシンボル系列に分離されたフレームと、フレーム遅延器１４により１フレーム分遅延されたフレームとの間におけるスクランブル符号の位相差を検出する。
【００４２】
相関器１６は、上記分離されたフレームと上記１フレーム分遅延されたフレームとの間において、位相差検出器１５により検出された位相差を考慮した相互相関値を算出する。ピーク検出器１７（境界検出手段に対応）は、相関器１６により算出された相互相関値を参照して、その最大値（相関ピーク）が観測されたタイミングにおけるパイロットシンボル系列から、受信信号４０ａのフレーム境界を検出する。
【００４３】
図２は、ＯＦＣＤＭ方式を使用して送受信される受信信号４０ａのフレーム構成を示す図である。図２において、ｔ軸方向には時間が規定され、ｆ軸方向には周波数が規定され、ｐ軸方向には送信電力が規定されている。図２に示すように、受信信号４０ａは、時間分割多重されたＴＣＨ（Traffic Channel）とＰＬＣＨ（Pilot Channel）とから構成される。また、従来技術で説明したフレーム構成とは異なり、受信信号４０ａはＳＣＨ（Synchronization Channel）を構成要素としない。
【００４４】
以下、図３を参照して、移動局１０が受信信号４０ａのフレーム境界を検出する過程について説明する。図３は、図２に示した構成を有するフレームに掛けられるスクランブル符号の位相状態と、パイロットシンボル系列間における相互相関値の出力例とを示す図である。
【００４５】
図３に示すように、１フレームは、単位当たりＮ個のシンボルを有するＭ個のキャリアから構成されている。すなわち、１フレームはＮ×Ｍシンボルから構成される。本実施の形態では、フレームの先頭（例えばｔ(i-N+1)）に各キャリア毎に１シンボルのＰＬＣＨが配置される。各周波数方向のシンボル系列には、シンボル系列と同一の周波数方向のスクランブル符号系列[ｃ]＝[ｃ0,ｃ1,ｃ2,…,ｃ(M-1)]が掛けられる。なお、本実施の形態では、スクランブル符号の位相は、各シンボル系列の周期毎に同一であるものとする。
【００４６】
このとき、時刻ｉ、第ｊキャリアにおける周波数方向の受信シンボルｒijは以下に示す数式（１）で表される。
【００４７】
【数１】
0003860762.tif 000002
【００４８】
ここで、ｓijは時刻ｉ、第ｊキャリアにおける周波数方向の送信シンボルであり、ｆijは時刻ｉ、第ｊキャリアにおける伝搬路ベクトルである。なお、背景雑音成分は無視するものとする。
【００４９】
移動局１０は、セルサーチの第一段階において、ガードインターバルなどを利用してシンボル境界を検出した後、各時刻ｉにおける受信シンボル系列[ｒij]＝[ｒi0,ｒi1,ｒi2,…,ｒi(M-1)]と、当該受信シンボル系列を有するフレームの、１フレーム前の受信シンボル系列｛ｒ(i-N)j｝＝｛ｒ(i-N)0，ｒ(i-N)1，ｒ(i-N)2，…，ｒ(i-N)(M-1)｝との間の相互相関をとる。時刻ｉにおける相互相関値ｙiは、以下に示す式（２）のように表される。
【００５０】
【数２】
…（２）
0003860762.tif 000003
【００５１】
ここで、１フレーム時間（Ｎシンボル周期）に対して伝搬路の時間的な変動が十分に遅い場合には、ｆijｆ*(i-N)0＝｜ｆij｜2である。また、ｃjｃ*j＝１であることから、式（２）は、以下に示す式（３）のように表される。
【００５２】
【数３】
…（３）
0003860762.tif 000004
【００５３】
ＴＣＨによって送信される信号は情報変調を受けており、かつ、複数のチャネルが多重されているので、時刻ｉにおける送信シンボル系列｛ｓij｝＝｛ｓi0，ｓi1，ｓi2，…，ｓi (M-1)｝と、当該送信シンボル系列を有するフレームの、１フレーム前の送信シンボル系列｛ｓ(i-N)j｝＝｛ｓ(i-N)0，ｓ(i-N)1，ｓ(i-N)2，…，ｓ(i-N)(M-1)｝とは無相関となり、ｙiは十分に小さな値となる。これに対して、ＰＬＣＨは各フレームとも同一のシンボル系列が送信されるのでｓijｓ* (i-N)j＝１である。したがって、
【数４】
0003860762.tif 000005
となる。すなわち、ＰＬＣＨのタイミング（図３に示すｔ(i-N+1)）でｙiの実数部が最大値（相関ピーク）をとるので、ｙiの実数部が最大となる時刻ｉを求めることでフレーム境界の検出が可能となる。
【００５４】
以上説明したように、第１の実施形態における移動通信システム１によれば、移動局１０は、基地局３０から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列（ＰＬＣＨのシンボル系列）間において、周波数方向に同一のスクランブル符号の位相差を考慮した相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する。これにより、従来はセルサーチに不可欠であったＳＣＨを使用しなくても、ＴＣＨと時分割多重されるＰＬＣＨからフレーム境界の検出が可能となる。したがって、ＳＣＨに使用されていた基地局の送信電力をＰＬＣＨやＴＣＨに配分できる。
【００５５】
特にＰＬＣＨは、ＴＣＨを受信する際にチャネル推定を始めとして多様な用途があるので、一般的にＳＣＨと比較して大きな送信電力を必要とする。このようなＰＬＣＨに対して、従来よりも大きな送信電力を充てられるので、フレーム境界の検出確率及びスクランブル符号グループの検出確率を向上できる。その結果、セルサーチを高精度に行いつつ、ＳＣＨの送信に起因する、通信容量の減少及びＴＣＨに与える干渉を低減した移動通信システム、チャネル同期確立方法、及び移動局を提供できる。
【００５６】
（第２の実施形態）
以下、第１の実施形態の変形態様である第２の実施形態における移動通信システムについて説明する。図４は、本実施の形態における移動通信システムの機能的構成を示すブロック図である。図４に示すように、移動通信システム２は、移動局２０と基地局３０とを少なくとも備えて構成される。移動通信システム２は、移動局２０と基地局３０との間でＯＦＣＤＭ方式を使用して信号の送受信を行う。移動通信システム２は、ＰＬＣＨがフレームの先頭と末尾に１シンボルずつ、すなわち合計２シンボルが時間分割多重されている場合を想定している点において、第１の実施形態における移動通信システム１と相違する。
【００５７】
移動局２０は、セルサーチの第二段階において、フレーム境界の検出処理を実行するために、以下に示す構成を有する。図４に示すように、移動局２０は、シンボル境界検出器２１と、Ｓ/Ｐ変換器２２と、ＦＦＴ処理器２３と、パイロットシンボル系列乗算器２８と、フレーム遅延器２４と、位相差検出器２５と、相関器２６と、ピーク検出器２７とを備える。
【００５８】
シンボル境界検出器２１は、基地局３０から送信された受信信号４０ｂのシンボル境界を検出する。Ｓ/Ｐ変換器２２は、シンボル境界検出器２１によりシンボル境界が検出された受信信号４０ｂをシリアル信号からパラレル信号に変換する。ＦＦＴ処理器２３は、Ｓ/Ｐ変換器２２によりパラレル信号に変換された受信信号４０ｂを取得し、受信信号４０ｂを構成するフレームをシンボル系列に分離する。パイロットシンボル系列乗算器２８は、ＦＦＴ処理器２３により分離されたシンボル系列に、当該パイロットシンボル系列の複素共役を乗積して、受信シンボル系列をフレーム遅延器２４と相関器２６とに出力する。
【００５９】
フレーム遅延器２４は、パイロットシンボル系列乗算器２８により出力された受信シンボル系列から１シンボル周期分遅延させた受信シンボル系列を、後述する位相差検出器２５に出力する。位相差検出器２５は、パイロットシンボル系列乗算器２８により出力された受信シンボル系列と、フレーム遅延器２４により１シンボル周期分遅延された受信シンボル系列との間におけるスクランブル符号の位相差を検出する。
【００６０】
相関器２６は、上記出力された受信シンボル系列と、上記１シンボル周期分遅延された受信シンボル系列との間において、位相差検出器２５により検出された位相差を考慮した相互相関値を算出する。ピーク検出器２７（境界検出手段に対応）は、相関器２６により算出された相互相関値を参照して、その最大値（相関ピーク）が観測されたタイミングにおけるパイロットシンボル系列から、受信信号４０ｂのフレーム境界を検出する。
【００６１】
また、基地局３０は、制御情報伝送部３１を備える。制御情報伝送部３１（制御情報伝送手段に対応）は、受信信号４０ｂを移動局２０に送信する。詳細には、制御情報伝送部３１は、受信信号４０ｂを使用して、１フレーム内に複数のパイロットシンボル系列を送信すると共に、当該複数のパイロットシンボル系列に掛けられる複数のスクランブル符号の位相差を使用して移動局２０に制御情報を伝送する。
【００６２】
次に、図５を参照して、移動局２０が受信信号４０ｂのフレーム境界を検出する過程について説明する。図５は、フレームに掛けられるスクランブル符号の位相状態と、パイロットシンボル系列間における相互相関値の出力例とを示す図である。
【００６３】
図５に示すように、１フレームは、単位当たりＮ個のシンボルを有するＭ個のキャリアから構成されている。すなわち、１フレームはＮ×Ｍシンボルから構成される。本実施の形態では、フレームの先頭（例えばｔ(i-N+1)）とフレームの末尾（例えばｔ(i-1)）とに各キャリア毎に１シンボルのＰＬＣＨが配置される。各周波数方向のシンボル系列には、シンボル系列と同一の周波数方向のスクランブル符号｛ｃ’｝（ｃ'j+kM＝ｃj (k=0，±1，±2，…)）が、シンボル周期毎に位相を変えて掛けられる。本実施の形態では、説明の便宜上、各シンボル系列間ともスクランブル符号系列の位相差はＬシンボルであるものとする。
【００６４】
このとき、時刻ｉ、第ｊキャリアにおける受信シンボルｒ'ijは、以下に示す式（４）のように表される。
【００６５】
【数５】
…（４）
0003860762.tif 000006
【００６６】
移動局３０は、セルサーチの第一段階において、ガードインターバルなどを利用してシンボル境界を検出した後、まず各時刻ｉの受信シンボル系列に、パイロットシンボル系列の複素共役｛ｐ*｝＝｛ｐ*0，ｐ*1，ｐ*2，…，ｐ*(M-1)｝を掛ける。この結果を｛ｘij｝＝｛ｘi0，ｘi1，ｘi2，…，ｘi (M-1)｝とすると、ｘijは、以下に示す式（５）のように表される。
【００６７】
【数６】
…（５）
0003860762.tif 000007
【００６８】
次に、各シンボル系列｛ｘij｝と、１シンボル周期前のシンボル系列｛ｘ(i-1)j｝をＬシンボルシフトさせたものとの間の相互相関をとる。このときの相互相関値ｙ'iは、以下に示す式（６）のように表される。
【００６９】
【数７】
…（６）
0003860762.tif 000008
【００７０】
ここで、１シンボル周期に対して伝搬路の時間的な変動が十分に遅く、かつＬキャリア間で伝搬路の変動が十分に小さい場合には、ｆijｆ*(i-1)(j+L)＝｜ｆij｜2である。また、ｃ'jｃ'*j＝１であることから、式（６）は、以下に示す式（７）のように表される。
【００７１】
【数８】
…（７）
0003860762.tif 000009
【００７２】
ＴＣＨによって送信される信号は、情報変調を受けており、かつ複数のチャネルが多重されているので、｛ｓi｝と｛ｐ｝とは無相関となり、ｙ'iは小さな値（０に近い値）となる。これに対して、ＰＬＣＨでは各シンボル周期とも同一の系列を送信すれば、ｓijp *j＝１である。したがって、
【数９】
0003860762.tif 000010
となる。すなわち、ＰＬＣＨのタイミング（図５に示すｔ(i-N+1)，ｔ(i-1)）でｙiの実数部が最大相関ピーク値をとるので、ｙ'iの実数部が最大となる時刻ｉを求めることでフレーム境界の検出が可能である。
【００７３】
位相差Ｌについては、上述した通り、Ｌキャリアの範囲で伝搬路の変動が十分に小さいことが前提である。なぜなら、伝搬路の変動を大きくすると相関検出特性が劣化してしまうからである。これを回避するためには、位相差Ｌを周波数間隔に換算したときに、コヒーレント帯域幅（伝搬路の遅延スプレッドをσ[s]とした時の１／σ[Hz]）よりも小さい範囲で位相差Lを設定すればよい。
【００７４】
また、式（７）を参照すると、送信側である基地局３０と受信側である移動局２０とで位相差Ｌ（位相差系列を含む）が一致していないと、ＰＬＣＨのタイミングで相関ピークが観測されない。反対に、送信側と受信側とで位相差Ｌが一致したときにのみ相関ピークが観測されるので、位相差Ｌを使って基地局３０から移動局２０へ制御情報を伝送することが可能である。
【００７５】
例えば、位相差を使って基地局３０から移動局２０へ制御情報を伝送する際に、位相差を複数用意し、それぞれの位相差にスクランブル符号グループを対応させる。そして、基地局３０で使用されているスクランブル符号グループに対応する位相差を用いて移動局２０で相関検出を行い、相関ピークが最大となる位相差Ｌを選択する。この様にして、フレーム境界と同時にスクランブル符号グループを検出する。これにより、検出対象となるスクランブル符号の候補をセルサーチの第二段階で絞り込むことができる。その結果、第三段階におけるスクランブル符号の検出を高速かつ高精度に行うことができる。
【００７６】
更に、ＰＬＣＨをＴＣＨと符号分割多重する場合のように、ＰＬＣＨが１フレーム内に３シンボル周期以上に渡って存在する場合には、ＰＬＣＨ間におけるスクランブル符号の位相差を系列として与えることができる。このような場合には、位相差系列に制御情報を乗せることができるので、伝送できる情報量を増やすことができる。
【００７７】
式（７）から明らかであるように、送信側である基地局３０と受信側である移動局２０とで、パイロットシンボル系列｛ｐ｝の種類が一致していないと、ＰＬＣＨのタイミングで相関ピークが観測されない。したがって、パイロットシンボル系列の種類を複数通り用意すれば、それらを使って、基地局３０で使われているスクランブル符号グループなどの制御情報を、基地局３０から移動局２０へ伝送することが可能となる。このとき、異なるパイロットシンボル系列間における相互相関値が大きいと、情報を誤って受信する確率が上がってしまう。このため、パイロットシンボル系列としてはできるだけ相互相関値が小さい系列、例えば擬似ランダム系列を用いるのが好適である。
【００７８】
また、フレーム境界以外のタイミングで得られる相互相関値は、受信シンボル系列の電力に依存し、受信シンボル系列の電力が大きい程相互相関値も大きくなる。このため、図２に示したフレーム構成の場合に、ＰＬＣＨと比較してＴＣＨの電力が大きい場合には、フレーム境界以外のタイミングでも比較的大きな相互相関値が算出されることになり、相関ピークを正しく検出できる確率が低くなってしまう。そこで、移動局２０は、各時刻における相互相関値を直接使用せずに、相互相関値を受信シンボル系列の受信電力で正規化した値を用いてピーク検出を行う。これにより、誤差の少ないより高精度な相関検出が可能となる。
【００７９】
【発明の効果】
これらの発明によれば、移動局は、基地局から受信された周波数方向のパイロットシンボル系列間において相互相関をとることにより無線フレーム境界を検出する。これにより、従来はセルサーチに不可欠であったＳＣＨを使用しなくても、ＴＣＨと時間分割多重されるＰＬＣＨからフレーム境界の検出が可能となる。したがって、ＳＣＨに使用されていた基地局の送信電力をＰＬＣＨやＴＣＨに配分できる。
【００８０】
特にＰＬＣＨは、ＴＣＨを受信する際にチャネル推定を始めとして多様な用途があるので、一般的にＳＣＨと比較して大きな送信電力を必要とする。このようなＰＬＣＨに対して、従来よりも大きな送信電力を充てられるので、フレーム境界及びスクランブル符号グループの検出確率を向上できる。その結果、セルサーチを高精度に行いつつ、ＳＣＨの送信に起因する、通信容量の減少及びＴＣＨに与える干渉を低減した移動通信システム、チャネル同期確立方法、及び移動局を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における移動通信システムの機能的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明において、ＯＦＣＤＭ方式を使用して送受信される受信信号のフレーム構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態において、フレームに掛けられるスクランブル符号の位相状態と、パイロットシンボル系列間における相互相関値の出力例とを示す図である。
【図４】第２の実施形態における移動通信システムの機能的構成を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態において、フレームに掛けられるスクランブル符号の位相状態と、パイロットシンボル系列間における相互相関値の出力例とを示す図である。
【図６】従来技術において、ＯＦＣＤＭ方式を使用して送受信される受信信号のフレーム構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２…移動通信システム、１０，２０…移動局、１１，２１…シンボル境界検出器、１２，２２…Ｓ/Ｐ変換器、１３，２３…ＦＦＴ処理器、１４，２４…フレーム遅延器、１５，２５…位相差検出器、１６，２６…相関器、１７，２７…ピーク検出器、２８…パイロットシンボル系列乗算器、３０…基地局、３１…制御情報伝送部、４０ａ，４０ｂ…受信信号
【図１】
0003860762.tif 000011
【図２】
0003860762.tif 000012
【図３】
0003860762.tif 000013
【図４】
0003860762.tif 000014
【図５】
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【図６】
0003860762.tif 000016