(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信端末が広域な周波数領域に跨る低デューティーサイクル基準信号を取得し得る方法であって、
複数個の基準信号周波数を受信するステップと、
前記通信端末内の記憶装置の容量と関連する第一の所定の期間の間に前記複数個の基準信号周波数を標本化するステップと、
分析時間と関連する第二の所定の期間の間に前記複数個の基準信号周波数の前記標本化をオフラインで処理するステップとを有する、
前記第一と前記第二の所定の期間を選択し、前記低デューティーサイクル基準信号取得のため使用される受信された前記基準信号周波数内の連続する基準ビーコンを取得しそこなうのを回避するステップとを有する、方法。
【請求項２】
前記第一の所定された期間は１１ＴＤＭＡフレームに等しい、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第二の所定された期間は４ＴＤＭＡフレームに等しい、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記モバイル通信端末はＧＳＭモバイル端末を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記低デューティーサイクル基準信号と前記基準ビーコンは個人無線システム基地局から伝送される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記低デューティーサイクル基準信号は周波数補正チャネルを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記低デューティーサイクル基準信号は同期チャネルを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記周波数補正チャネルは前記個人無線システム基地局から伝送される、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記同期チャネルは前記個人無線システム基地局から伝送される、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
モバイル通信端末が周期、Ｐ、を有する低デューティーサイクル基準信号を取得するために使用する方法であって、
第一の所定の期間、Ｎ１、の間に基準信号周波数帯域を走査するステップと、
第二の所定の期間、Ｎ２、の間に、前記第一の所定された期間中に得られた情報を処理するステップと、
前記周期Ｐの間に前記走査及び処理ステップの各々をＫ回反復することにより次の二条件
0003848375.tif 000003
を同時に満足させるステップとを有する、方法。
【請求項１１】
前記第一の所定の期間は１１ＴＤＭＡフレームに等しい、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第二の所定の期間は４ＴＤＭＡフレームに等しい、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記モバイル通信端末はＧＳＭモバイル端末を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記モバイル通信端末はＰＤＣモバイル端末を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記モバイル通信端末はＤ−ＡＭＰＳモバイル端末を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記モバイル通信端末はＰＣＳモバイル端末を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
前記モバイル通信端末はＤＥＣＴモバイル端末を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１８】
前記低デューティーサイクル基準信号は個人無線システム基地局から伝送されたビーコン基準信号を含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１９】
前記低デューティーサイクル基準信号は周波数補正チャネルを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項２０】
前記低デューティーサイクル基準信号は同期チャネルを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項２１】
前記低デューティーサイクル基準信号は前記個人無線システム基地局から伝送された周波数補正チャネルを含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
前記低デューティーサイクル基準信号は前記個人無線システム基地局から伝送された同期チャネルを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
前記周期Ｐは５２ＴＤＭＡフレームに等しい、請求項１０記載の方法。
【請求項２４】
Ｋは４に等しい、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
周期、Ｐ、を有する低デューティーサイクル基準信号を取得する際に使用されるＧＳＭモバイル通信端末であって、前記低デューティーサイクル基準信号は個人無線システム基地局から伝送され、前記ＧＳＭモバイル通信端末は
第一の所定の期間、Ｎ１、の間に基準信号周波数帯域を走査する走査手段と、
第二の所定の期間、Ｎ２、の間に前記第一の所定された期間中に得られた情報を処理し、かつ前記走査手段と共に前記周期Ｐの間にＫ回作動されて次の二条件
0003848375.tif 000004
が同時に満足されるようにする処理装置とを有する、ＧＳＭモバイル通信端末。
【請求項２６】
更にＧＳＭモバイル通信端末を含む、請求項２５記載のモバイル通信端末。
【請求項２７】
前記低デューティーサイクル基準信号は個人無線システム基地局から伝送されたビーコン信号を含む、請求項２５記載のモバイル通信端末。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の技術分野
本発明は一般に無線電気通信分野に関し、特にモバイル通信端末が低デューティーサイクルビーコン信号を取得かつこれと同期するための方法及びに装置に関する。
関連技術の説明
広域セルラー式電話システムにおいて使用される基地局又は屋内コードレス電話用に使用される基地局のような、モバイル無線システム基地局は、固定周波数制御信号をビーコン又は制御チャネル上に伝送する。ビーコンチャネルは以下の目的に適うものである。（１）モバイル端末に時間、周波数、信号電力基準を提供し、（２）ネットワーク放送情報を提供し、かつ（３）接続制御の容易化のために使用される。ビーコンチャネルの基準関数は、固定基地局チャネルに相互の通信のためモバイル端末をロック(lock)する目的上、特に重要である。
最初モバイル端末の電源を入れた際、典型的には、それはいずれの無線基地局の周波数又はタイミングに関する事前の知識が与えられていない状態で起動する。従って、モバイル端末に要求されることは、同端末がその後にロックし得る適切な基準信号パターンを、周波数と時間の両面において検索することである。従来のアナログ通信システムにおいては、起動時におけるこれらの時間及び周波数不確定性は、無線基地局から連続波（ＣＷ）搬送波を伝送することにより分離していた。モバイル端末は、そのＣＷ信号から周波数基準を得ることができた。現在、欧州における大域モバイル通信システム(ＧＳＭ)，日本におけるパーソナルディジタル通信(ＰＤＣ)システム，北米における高度ディジタルモバイル電話システム(Ｄ−ＡＭＰＳ)，欧州ディジタルコードレス電話(ＤＥＣＴ)システム、そして新パーソナル通信システム（ＰＣＳ）のようなより高度なディジタル無線システムにおいては、こうしたタイミング及び周波数基準信号は単一の基準バーストに統合され、単一の搬送波周波数で周期的に一斉送信（放送）される。モバイル端末は、このバーストと同期（ロック）するため、時間と周波数の両面においてこれを発見する必要がある。
一般に、基準バーストを取得しこれと同期するため、現存のディジタルシステムにおいては二つの技術が用いられている。第一の技術として、モバイル端末は複数個のオンライン相関器を用いて、固定基準パターンを捜して受信した信号を連続的に検索する。各相関器は、異なる周波数オフセットでの検索のため使用される。第二の技術として、モバイル端末は受信した信号の適性な部分を標本化し、その後異なる周波数オフセットでの固定基準パターンを検索するため、その標本データをオフライン処理する。
上記第一の取得技術は技術的には単純明解なものではあるが、多大の周波数不確定性が存在する場合に備え、実装すべき相当量のハードウェアを必要とする。その理由は、使用されている各相関器は限定された周波数不確定性領域しかカバーし得ないからである。なお、この第一の技術は比較的柔軟性に欠けるものである。その理由は、新しい基地局基準信号が使用された場合は常に、端末側のハードウェアに基本的な変更が要求されるからである。
第二の取得技術は、第一の技術より遥かに柔軟性に富むものである。その理由は主として、第二の技術はソフトウェア内に実装し得るからである。従って、一旦端末が受信信号を標本化すれば、端末内のディジタルプロセッサは、比較的長い時間と周波数ウィンドウ（frequency window）の間に標本をメモリ内に格納しそれらを検定し得る。しかしながら、基準信号のデューティーサイクルを低下させることによって信号標本化時間が延長される、という意味において、第二の技術は依然として限定された性格のものである。標本化時間が延長されれば、より甚大な記憶及び処理要件が端末側のハードウェアに課されることになる。即ち、適度に高速な信号取得時間の実現のためには、標本化されたデータは少なくとも一つの完全な基準バーストを含む必要がある。一つの完全な基準バーストの標本化を保証するためには、標本化された信号の継続時間は、二つの連続する基準バースト間の時間と基準バースト自体の周期の和よりも長い必要がある。
米国特許第５，４２８，６６８号と５，５３５，２５９号に、セルラー式モバイル電話に用いるのに適した、最近開発された個人無線システムが開示されている。この個人無線システムの基地局から伝送された基準信号は、非常に低いデューティーサイクルを有し、非常に多大な周波数不確定性を持ち得る。従って、連続する基準バースト間の比較的長い時間内に、相当量のデータが標本化され得る。この点を鑑みると、現存の端末内メモリとその処理上の制約により、前述の現存の時間及び周波数同期化技術はやや非実用的な性格なものになる。
発明の要約
本発明の目的は、限定された記憶容量を有する低デューティーサイクル基準信号のモバイル端末による取得を可能ならしめることである。
本発明の目的は、オフラインし広域な周波数領域に跨る低デューティーサイクル基準信号のモバイル端末による取得を可能ならしめることである。
本発明の一態様によれば、本発明の前述及び他の目的は、モバイル端末が低デューティーサイクル基準信号を取得するための方法及びに装置により達成される。この取得は、周波数と時間の両面において、広域な周波数領域に跨る信号データを交互に標本化をするが、標本の数は、端末内メモリに格納されるほど十分少ないままとした、オフライン操作により遂行される。
本発明の他の態様によれば、本発明の前述及び他の目的は、モバイル端末が低デューティーサイクル基準信号を取得するための方法及びに装置により達成される。この取得は、周波数と時間の両面において、広域な周波数領域に跨る信号データを交互に標本化及び処理するオフライン操作により遂行される。その際、標本化及び処理時間は、これらのオフライン期間中に取得しそこなう基準バーストが１つを超えないように選択される。
【図面の簡単な説明】
本発明の方法及び装置は、添付図面と関連して以下の詳細な説明を参照すれば、より完全に理解し得るであろう。本添付図面において、
図１は、モバイル通信ネットワーク有効到達エリア（受信可能範囲）において機能する個人無線家庭基地局、の例を示す平面基準での略ブロック図である。
図２は、ＧＳＭ送信チャネルにおいて一斉伝送されるマルチフレームシーケンスを示す図である。
図３は、ＧＳＭモバイル端末において使用される典型的な高デューティーサイクルＦＣＣＨ及びＳＣＨ取得シーケンスを示す図である。
図４は、本発明の好適な実施例に従って、モバイル端末で低デューティーサイクルビーコン信号を取得する方法を示すために使用される図である。
図５は、本発明の好適な実施例に従って、個人無線システム基地局から伝送された低デューティーサイクル基準ビーコンが、セルラー式モバイル端末によって取得される仕方を示す図である。
図６は、図５に関連して説明されたパラメータＫ，Ｎ１，そしてＮ２に対する値の例を示す表である。
図面の詳細な説明
本発明の好適な実施例とその諸利益は、本図面の図１から６を参照することにより最も良く理解される。様々な図面において、同様の数字は、同様の対応する部分に対して使用されている。
図１は、モバイル通信ネットワーク有効到達エリア（受信可能範囲）において機能する個人無線“家庭基地局”（ＨＢＳ）、の例を示す平面基準での略ブロック図である。個人無線システムＨＢＳ１０が示されており、これは比較的小さな有効到達エリア２０を形成する。セルラー式モバイル端末３０は有効到達エリア２０内に配置され、エアインターフェースを介してＨＢＳ１０に接続されている。モバイル端末３０はコードレスモードでＨＢＳ１０と協働している。仮にＨＢＳ有効到達エリア２０の外部に配置された場合でも、有効到達エリア５０の内部にあれば、モバイル端末３０はセルラーモードで基地局６０と協働することになる。ＨＢＳ１０は有線回線を介してＰＳＴＮ４０に接続されている。モバイル端末３０とＨＢＳ１０は、基地局６０によって形成される比較的大きなセルラー有効到達エリア５０内に配置される。基地局６０は送信器・受信器セクションを有し、公共陸上モバイルネットワーク(public land mobile network)（ＰＬＭＮ）７０の構成要素となっている。この説明例において、ＰＬＭＮ７０は前述のＧＳＭと想定しても良い。コードレスモードで機能する個人無線ＨＢＳとセルラー式モバイル電話の構造と機能に関しては、米国特許第５，４２８，６６８号と５，５３５，２５９号に詳細な説明が与えられている。
一般に、無線基地局から一斉送信（放送）される基準信号は、モバイルネットワークの基盤を成すものである。モバイル端末に対して、基準信号は同期即ちロックするための時間・周波数基準を提供し、究極的には、これらの端末がネットワークに接続するための手段を提供する。例えばＧＳＭ，ＰＤＣ、Ｄ−ＡＭＰＳ、ＤＥＣＴ、そしてＰＣＳのようなディジタルセルラー通信システムは時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムであり、基準信号を固定情報のバーストとして周期的に一斉送信（放送）する。この基準バーストは、単一の搬送波周波数で伝送され、端末がロックすべき基準ビーコンを形成する。以後、ＧＳＭを説明例として用い本発明の説明の手助けとするが、本発明はＧＳＭへの限定のみを意図されたものではないことを銘記すべきである。無線システムであって同期用のパルス化ビーコン伝送を利用するものはすべて、本発明の範囲内に入り得る。
ＧＳＭにおいては、その基地局（例えば、基地局６０）の周波数補正チャネル（ＦＣＣＨ）は、モバイル端末（例えば、モバイル端末３０）に微細周波数同期と粗時間同期を与えるために使用されるビーコンを一斉送信する。その基地局の同期チャネル（ＳＣＨ）は、端末に微細時間同期を与えるために使用されるビーコンを一斉送信する。図２は、ＧＳＭ一斉送信チャネル（ＢＣＨ）において伝送されるマルチフレームシーケンスを示す図である。示されているように、４つの一斉送信制御チャネル(ＢＣＣＨ)フレームと４つの通常制御チャネル(ＣＣＣＨ)フレームによって分離され、ＦＣＣＨ及びＳＣＨバーストは１０ＴＤＭＡフレーム毎に発生する。遊休フレームが各マルチフレームシーケンスの末端で一回伝送される。
モバイル端末（３０）が起動した際、それは(内部プロセッサを用いて)最初にＦＣＣＨバーストを検索する。一旦この端末がＦＣＣＨバーストを発見すれば、それは粗時間・周波数同期を遂行し得る。その後で、端末はＳＣＨバーストを迅速に発見し、微細時間・周波数同期のために使用する。
幾つかの公知技術のいずれも、ＦＣＣＨバーストを発見するため使用し得る。例えば、ＧＳＭでは、ガウス型最小偏移キーイング(ＧＭＳＫ)変調方法を使用している。従ってＦＣＣＨバーストがゼロのみしか含まないため、結果的にもたらされるのは一定の位相ランプ(ramp)であり、これはモバイル端末で受信されたＧＭＳＫ変調された信号内に容易に検出し得る。モバイル端末は、検出されたＦＣＣＨを粗時間・周波数基準として利用する。このＦＣＣＨのフレーム位置に基づき、モバイル端末は、ＳＣＨが受信信号のどこに位置するか(例えば、後続のＴＤＭＡフレーム位置)を決定できる。図３は、ＧＳＭモバイル端末において使用される典型的な高デューティーサイクルＦＣＣＨ及びＳＣＨ取得シーケンスを示す図である。注目すべきことは、ＧＳＭにおいては二つの連続したＦＣＣＨビーコン間の距離は１０ＴＤＭＡフレームである、ということである。ただし、あるマルチフレーム内の最後のＦＣＣＨバーストと次のマルチフレーム内の最初のＦＣＣＨバースト間の距離の場合は１１ＴＤＭＡフレーム(余分の遊休フレームの存在のため)で、これには該当しない。
セルラーシステムにおける基準源は、比較的高精度(例えば、ＧＳＭ基地局において、その基準精度は０．０５ｐｐｍ以上である)である。この事情は、この基地局とモバイル端末の間に、モバイル端末内に使用されている不精密な水晶発振子による±２５ｐｐｍ(その全温度範囲を考慮に入れて)程度の最大相対オフセットをもたらす。しかしながら、経済性を図るため、個人基地局内に使用されている水晶発振子の精度は、セルラー基地局内に使用されている水晶発振子の精度より遥かに低くされている。典型的には、個人基地局内に使用されている水晶発振子の精度は、モバイル端末内の水晶発振子の精度とほぼ同等である。この事情は、個人基地局とモバイル端末の間に、±５０ｐｐｍ(最悪の場合)の最大相対オフセットをもたらす。従って、一つのモバイル端末と一つの個人基地局間の周波数不確定性は、その一つのモバイル端末と一つのセルラー基地局間の周波数不確定性に対して二倍大きい。
図４は、本発明の好適な実施例に従って、モバイル端末で低デューティーサイクルビーコン信号を取得する方法を示すために使用される図である。図４の図は、ＧＳＭと互換性のある模範的な個人無線システム基地局から伝送されるビーコンチャネルを表現している。そのような低デューティーサイクルビーコンチャネルに関する詳細な説明は、本願と同一の出願人に譲渡された同時係属の米国特許出願第０８/７０４、９０１号に与えられている。二つの連続するＦＣＣＨビーコン間の時間間隔は比較的長く(例えば、ＧＳＭにおける１０ＴＤＭＡフレームに対して５２ＴＤＭＡフレーム)、従来のオフライン取得技術は実行不能である。その理由は、モバイル端末は多量のデータをそのような長時間間隔に渡って標本化し、さらにオフラインされたその多量のデータを分析せねばならないからである。
図５は、本発明の好適な実施例に従って、個人無線システム基地局から伝送された低デューティーサイクル基準ビーコンが、セルラー式モバイル端末によって取得される仕方を示す図である。この実施例では、この個人無線システムのビーコンチャネルは、ＧＳＭエアインターフェースプロトコルと互換性を持つ。本質的には、基準ビーコン取得期間中、適当なソフトウェアの制御のもとで、モバイル端末（例えば、端末３０）は個人無線ビーコン周波数スペクトルを交互に走査し、基準ビーコンが発見されるまでその受信信号を交互に処理する。各走査中は、標本化されたデータを処理しやすい量(例えば、格納スペース要件の範囲内)に維持するため、限定された長さの標本化時間のみが許容される。端末がこの標本化データに関する要求されたいかなる（ソフトウェア）分析も完了し得るほど、処理時間は十分長く選択されている。
処理期間の間、新データは標本化及び受信され得ない。その理由は、十分な格納エリアが新データを受信するため再度使用可能になる前に、旧データは処理されねばならないからである。従って、伝送された基準バーストをこの処理期間中に取得しそこなう可能性がある。しかしながら、ある基準バーストをある処理期間中に取得しそこなった場合には、連続するその次の基準バーストが発見されるように、走査時間と処理時間は選択されている。従って、起動時に端末は、個人基地局から伝送された連続する基準ビーコンのうち少なくとも二番目の基準ビーコンを取得し、これと同期し得る。好適には、端末による処理時間を可能な限り短縮し、伝送されたビーコンを取得しそこなう可能性を最小限にする。
特に、図５に示されている説明例に言及すると、個人基地局（例えば、基地局１０）は、ＦＣＣＨ／ＳＣＨペア間を２＊２６ＴＤＭＡフレームの長さ分離させたビーコンを伝送する。モバイル端末（例えば、端末３０）は、第一の所定時間、Ｎ１、の間にそのビーコンチャネル周波数を標本化する。次にモバイル端末は、第二の所定時間、Ｎ２、の間にその標本化されたデータを処理し分析する。二つの連続するビーコン間の分離がＰ個のＴＤＭＡフレームの長さであり、かつあるビーコン（ＦＣＣＨ又はＳＣＨ）があるＴＤＭＡフレーム内の任意のスロット位置に存在し得るならば、端末が後続のビーコンを取得しそこなうのを回避するためには、以下の条件(Ａ，Ｂ)が同時に満足されるべきである：
0003848375.tif 000002
ここで、パラメータＫ，Ｎ１、Ｎ２そしてＰは整数であり、Ｋは一つのビーコン間隔内における走査/処理期間の数である。例えば、本願と同一の出願人に譲渡された同時係属の米国特許出願第０８/７０４、９０１号に開示されているビーコン構造に関しては、Ｐの値は５２に等しい。
図６は、図５に関連して上に説明され、条件(Ａ，Ｂ)を同時に満足させ得るＫ，Ｎ１，そしてＮ２に対する値の例を示す表である。例えば、この表の上から二列目において、パラメータＮ１に対して示されている値（１１）は、ＧＳＭで使用され得るものに非常に近接した走査長を表している。従って、あるＧＳＭモバイル端末が個人無線基地局から伝送された（例えば、図５に示されているような）あるビーコンを取得するために、この端末は連続する１１ＴＤＭＡフレーム（Ｎ１）の間にそのビーコン周波数を走査し標本化でき、そして連続する４ＴＤＭＡフレーム（Ｎ２）の間にその標本化されたデータを処理することができる。あるビーコンがこの処理期間中に端末に到着しかつそれが取得しそこなわれた場合には、上記の条件(Ａ，Ｂ)を満足させれば、端末は連続する次のビーコンが到着するのを発見することになる。
本発明の方法の好適な実施例は添付図面に描写され前述の詳細な説明で説明されてきたが、本発明は開示された本実施例に限定されるものではなく、以下の請求の範囲によって陳述され定義される本発明の精神から離れることなく、数々の再配置、変更、置換が可能であることが理解されよう。
【図１】
0003848375.tif 000005
【図２】
0003848375.tif 000006
【図３】
0003848375.tif 000007
【図４】
0003848375.tif 000008
【図５】
0003848375.tif 000009
【図６】
0003848375.tif 000010