JP2007028289A - 移動通信システムおよび通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチキャリア通信方式を使用し、帯域を分割または非連続的な帯域として使用できるようにする。
【解決手段】スクランブリングコードの各サブキャリアを、フレーム構成の境界に対して順次割り当てていく。長い符号系列中から、予めサブキャリア毎に定められたチップの符号が乗算されている。また、各チャネル用のチップ間にスペクトラムマスクを満たすために、使用されていないサブキャリアに対応するチップが設定されている。使用されていないサブキャリアに対応するチップを設定しておくことにより、システム運用時に例えばチャネル#1とチャネル#2とを合わせて、広い帯域幅のチャネルを形成した場合のチャネル使用時にデータ伝送用のサブキャリアとしてチャネル#1とチャネル#2との間の未使用サブキャリアを使用することも考慮して、予め、全サブキャリアに対応したチップを準備している。
【選択図】 図４

Description

本発明は、マルチキャリア通信方式を用いた移動通信システムに関し、特に拡散符号割り当て技術及びセルサーチ技術に関する。

現在、実用化されている移動体通信方式の主流は、広帯域直接拡散符号分割多重アクセス(W-CDMA)通信方式である。W-CDMA通信方式においては、チップ速度が3.84MHzに設定されており、従来の技術より広帯域の拡散を行うことにより高速な無線通信を行うことができる。また、W-CDMA通信方式は1セル繰り返し通信方式と呼ばれる各基地局で同一の周波数帯域を利用する通信方式である。

1セル繰り返し通信方式では、全セルで同一の周波数帯域を使用するため、セルエッジ付近において隣接セルからの信号により干渉が発生するが、前述したW-CDMA通信方式においては、信号をセル固有の拡散符号により拡散処理することにより干渉を防ぐ技術が導入されている。さらに、同一セル内における複数の移動局への信号を多重するために、直交符号による拡散が利用されている。

一般に、拡散に使用する拡散符号には２種類あり、それぞれロングコード、ショートコードと呼ばれている。ロングコードは、スクランブリングコードとも呼ばれ、アップリンクでは異なる移動局の識別に利用され、ダウンリンクでは異なるセルを識別するために利用される。ショートコードは、チャネライゼーションコードとも呼ばれ、複数のチャネルを相互干渉なしに多重化するための符号であり、チャネル毎に異なる符号を利用する。これにより、同時に複数のチャネルを同一周波数帯域で利用することが可能になる。上り方向無線通信(アップリンク)においては1つの移動局が使用する複数のチャネルを識別するために使用され、下り方向無線通信(ダウンリンク)においては、一部チャネルを除くほとんどのチャネルに対し異なる符号が使用される。

前述のスクランブリングコードは、W-CDMA通信方式においては非常に長い符号系列から38400チップを切り出して使用するため、非常に多くの数の符号を確保することができ、これにより移動局毎もしくはセル毎に異なる符号を使用することが可能になる。一般的にアップリンク用には224通り、ダウンリンク用には512通りのスクランブリングコードが使用されている。

最近では、情報量の増加及び情報レートの高速化の要求に伴いダウンリンクにおいてその帯域幅が100MHzに近い広帯域無線アクセス方式の開発が進められている。この方式は、複数のサブキャリア(マルチキャリア)を拡散することにより広帯域で高速の無線通信を行う通信方式(マルチキャリア通信方式)である。このマルチキャリア通信方式は、前述のW-CDMA通信方式と同様1セル繰り返し通信が可能であり、各サブキャリアにスクランブルコード及びショートコードを乗算し、同一周波数帯で複数のデータチャネルを多重し、他セルからの干渉を抑制した無線通信方式を実現している。この方式において、使用可能な拡散符号の使用方法とセルサーチ方法の１つが下記の非特許文献1に提案されている。この提案方式では、前述のW-CDMA通信方式と同様に拡散に使用する２種類の符号をそれぞれセル認識とチャネル識別に使用している。

また、その符号を利用したセルサーチ方法に関して、無線通信データの最小単位であるフレームの先頭と末尾にセルサーチ用のパイロットチャネルを設定し、それらの相互相関を算出することによりフレームの先頭位置を識別し、同時にスクランブルコードグループを判定するための技術が示されている。

上記非特許文献に記載されている技術の概要について説明する。フレーム構成としては、フレームの先頭と末尾に１ＯＦＤＭシンボル分の共通パイロットチャネルが配置され、直行符号化によりチャネル識別を行うとともに、スクランブル符号によりセル認識を行うものである。スクランブル方法は、スクランブル符号＝サブキャリア数であり、フレーム境界で１シンボルの符号位相シフトを行い、その他の領域では８シンボル分の位相シフトを行う。第１ステップは、ガードインターバル（以下、「ＧＩ」と称する。）区間の相関特性によりシンボル同期を行うことでセルサーチを行う。第２ステップでは、フレーム同期/ＣＳＳＣグループ同定、すなわち、フレーム境界の連続するＣＰＩＣＨを利用し、１フレーム以上の期間、スクランブルによるシフトの部分を消去していくことにより前後のシンボルに対し相関検出を行う。より詳細には、フレーム先頭のパイロットチャネルとフレーム末尾のパイロットチャネルを、１チップシフトして乗算し、この際、フレーム先頭のパイロットチャネルチップの複素共役を乗算する。この際、フレーム境界であればＣ_ｋｉが残るため、相関値が高くなる。第３ステップでは、ＣＳＳＣ同定を行う。すなわち、第２ステップで検出されたフレームタイミングでＣＳＣＣグループ内の全てのＣＳＣＣに関してＣＰＩＣＨと相関をとり、スクランブルコードがあった場合にパイロットチャネルの相関があがることを利用して、最大相関値であるＣＳＣＣを暫定的に決定し、検出したＣＳＣＣの確認（検証）を行う。
信学技報 RCS2004-11 2004年4月、"下りリンクVSF-OFCDMブロードバンド無線アクセスにおける共通パイロットチャネルを用いる3段セルサーチ法の室内実験結果"

現在、前述の100MHz帯域幅の高速無線通信方式は、通信方式の詳細を決定する国際的な標準化活動が始まっておらず、使用周波数帯域など未定な部分も多い。また、国により100MHzの帯域幅を使用可能な周波数帯域が異なっているか、もしくは使用可能な帯域が現在は確保できないなどの事情がある。

このことから前述の帯域幅100MHzを利用する高速無線通信では、100MHz帯域が確保できない地域においては、他の無線システムによって利用されている周波数帯域を前記100MHz帯域幅の高速無線通信方式で利用可能になるように段階的にシステムの周波数帯移動が行われ、空いた周波数帯から段階的に新システムの導入を行うか、100MHz以下の帯域幅でシステムの運用をするか、あるいは非連続の帯域を使用したシステムの展開が予想される。

しかしながら、前述のVSF-OFCDM通信方式で提案されているセルサーチ方法では、サブキャリア数と同数のチップ数を持つ符号系列をスクランブルコードとして使用し、セルを識別するための符号として利用されており、柔軟な帯域幅の変更やサブキャリア数の少ない場合の十分なスクランブルコード系列の確保に対応することが難しい。すなわち、帯域幅が狭くなった場合、サブキャリア数に依存するスクランブルコードのチップ数の減少に伴い確保可能なスクランブリングコードの系列数が減少するため、セルに対応させるスクランブリングコードの割り当て時に系列の特性が近いスクランブリングコードが隣接したセルに割り当てられるなどの問題が生じる。

また、帯域幅を分割して使用する場合に関する考慮が必要になる場合があり、さらに、全周波数帯域を利用できない端末（例えば５ＭＨｚ帯域の端末）を利用する場合に関する考慮もされていない。

本発明は、マルチキャリア通信方式を使用し、帯域を分割または非連続的な帯域として使用できるようにすることを目的とする。また、本発明は、他の通信方式と同一の周波数帯域を利用している周波数帯域に段階的にシステムを導入することを目的とする。さらに、使用周波数帯域幅を変更した場合にも基地局との同期確立を柔軟に行えるようにすることができる移動通信システムにおける拡散符号割り当て方法、セルサーチ方法、信号送信方法、信号受信方法、送信装置及び受信装置を提供することを目的とする。

本発明は、スクランブル符号系列からサブキャリア数と同数の予め決められたチップ系列を各チャネルのパイロットチャネルに乗算しておくことを特徴とする。これにより、狭帯域で通信を行う移動局においても、広帯域を利用可能な移動局と同様の手順によりセルの使用しているスクランブル符号を同定することが可能になる。

本発明の一観点によれば、基地局と複数の移動局とを備え、前記基地局が、下り方向の無線通信に複数のキャリアにより構成される複数の周波数チャネルを用いて前記移動局と通信を行う移動通信システムであって、前記基地局は、通信フレームの境界の検出を行うために前記通信フレーム内の先頭と末尾においてパイロットチャネルを送信する手段と、前記パイロットチャネルに任意のコード系列の一部を割り当てる手段と、前記パイロットチャネルに割り当てられた前記コード系列により、前記移動局に制御情報を伝送する制御情報伝達手段とを有することを特徴とする移動通信システムが提供される。

上記システムにおいて、前記割り当て手段は、同じ時間軸上における異なる周波数チャネルの複数のパイロットチャネルに対して、第１のコード系列の異なる部分を割り当てるとともに、フレーム内の先頭と末尾の前記パイロットチャネルのいずれかに前記制御情報を伝送するための第２のコード系列を割り当てることを特徴とする。

上記システムにおいて、前記移動局は、前記基地局から送信された時間方向に連続するパイロットシンボル間において、前記連続するパイロットシンボルの一方のシンボルの複素共役ともう一方のシンボルの乗算結果と前記移動局の所有するコード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とともにコード系列グループの同定を行う手段を備えることを特徴とする。

上記システムにおいて、前記第１のコード系列は、セル毎に異なるコード系列であることを特徴とする。また、前記第２のコード系列は、前記第１のコード系列をいくつかのグループに分けたグループを示すコード系列であることを特徴とする。前記制御情報は、前記基地局が使用するコードグループであることを特徴とする。

本発明の他の観点によれば、基地局と複数の移動局とを備え、前記基地局が、下り方向の無線通信に複数のキャリアにより構成される複数の周波数チャネルを用いて前記移動局と通信を行う移動通信システムであって、前記基地局は、異なる周波数チャネルのそれぞれのデータチャネルに同一の第１のコード系列を割り当てる手段を有することを特徴とする移動通信システムが提供される。

前記データチャネルへのコード系列の割り当て手段は、周波数チャネル毎にデータチャネルの先頭シンボルから周波数方向に割り当てるとともに前記第１のコード系列をフレームもしくはTTI(Transmission Time Interval)毎に繰り返して使用することが好ましい。

前記第１のコード系列は同一周波数帯域を使用する他の通信方式で使用するセル固有のコード系列であることが好ましい。また、前記第１のコード系列は、擬似ランダム系列であることを特徴とする。

前記第１のコード系列として、W-CDMA通信方式と同じ符号系列を使用することが好ましい。前記移動通信システムは分割された周波数チャネルのうちの一部を使用することが好ましい。

上記システムにおいて、前記第１および第２のコード系列は各周波数チャネルのパイロットチャネルで使用するチップ間に各周波数チャネルのスペクトラムマスクを満たすために、使用されていないサブキャリアに対応するチップが設定されていることを特徴とする。

本発明の別の観点によれば、基地局と複数の移動局とを備え、前記基地局が、下り方向の無線通信に複数のキャリアにより構成される複数の周波数チャネルを用いて前記移動局と通信を行う通信方法であって、前記基地局が、フレーム境界の検出を行うために前記通信フレーム内の先頭と末尾においてパイロットチャネルを形成するステップと、前記パイロットチャネルに任意のコード系列の一部を割り当てるステップと、前記パイロットチャネルに割り当てられた前記コード系列により前記移動局に制御情報を伝送するステップとを有することを特徴とする通信方法が提供される。

本発明によれば、移動通信システムにおいて、使用周波数帯域幅を変更した場合にも基地局との同期確立を柔軟に行えるようにすることができる。従って、他の通信方式と同一の周波数帯域を利用している周波数帯域に段階的にシステムを導入すること及び柔軟な周波数帯域の利用が可能である。

本発明の実施の形態について具体的に説明する前に、前提となる技術について説明する。本実施の形態による通信システムは、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア通信システムである。フレーム構成は、時間軸と周波数軸とにより画定される２次元平面上に、ある時間幅を有するフレーム内に、複数の周波数チャネルが設けられている構成を有する。拡散符号は、セル識別を行うことができるようにセル毎に異なるスクランブルコードと、データ多重に用いられ各セルに共通のショートコードとを含み、データシンボルには、スクランブルコードとショートコードが乗算される。パイロットシンボルには、スクランブルコードのみが乗算される。チャネル間の未使用サブキャリアにも拡散符号が割り当てられる。周波数は、１セル繰り返しであり、以下の実施の形態では周波数軸上で４分割されている例を示す。
まず、本発明の第１の実施の形態による通信技術について図面を参照しつつ説明を行う。

図1は、本発明の第１の実施の形態による移動通信システムにおいて使用されるダウンリンクのフレーム構成例を示す図である。図１に示すように、ダウンリンクフレーム１はパイロットチャネル３とデータチャネル５とから構成される。データチャネル５では、多重数Cmux７のチャネルがショートコードにより多重され、フレームの前後にパイロットチャネル３が時間多重される。データチャネル５は、各セル固有のスクランブルコードと、各データチャネルによって異なるショートコードと、の２種類のコードが乗算されている。但し、データチャネルの多重を行わない場合には、必ずしもショートコードを乗算する必要はない。

前述のように、スクランブルコードはセル固有のコードであるため、同一のショートコードを隣接セルにおいて使用しても干渉することなしに１セル繰り返し無線通信システムを構成することができる。また、セルサーチ用のパイロットチャネルには、スクランブルコードのみが乗算されており、フレーム前後に設定されている。但し、スクランブルコードは、必ずしも先頭と末尾とに設定する必要はなく、フレーム内の予め決められた位置に設定することにより１フレーム周期の特定が可能になる。また、これ以外のチャネル推定用のパイロットシンボルをデータチャネル中に多重することも可能である。

本発明の第１の実施の形態による移動通信システムでは、周波数帯域内を幾つかに分割して使用するが、その１例として４つのチャネルに分割して使用するシステムを例として説明を行う。但し、帯域の分割数は、特に４つに限られるものではない。また、分割した帯域のうち連続していない帯域を利用してセルサーチを行うことも可能である。

次に、本実施の形態による無線通信装置の一構成例について、図面を参照しつつ説明を行う。図２は、本実施の形態による無線通信装置のうちの基地局に含まれる送信装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、本実施の形態による送信装置Ａは、送信データの生成、符号化、変調を行う送信データ生成部１１と、変調された送信データをパイロットシンボルと多重化するマルチプレックス部１５と、多重化された送信データの直並列変換を行うS/P変換部１７と、符号の生成を行う符号生成部３７と、符号の乗算を行う符号乗算部２３と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)処理を行うIFFT部２５と、IFFT部２５の出力信号にGI(Guard Interval)を挿入するGI挿入部２７と、GI挿入部２７のデジタル出力信号をアナログ信号に変換するD/A変換部３１と、D/A変換部３１の出力信号を高周波信号に変換する無線送信部３３と、無線データを出力するアンテナ部３５と、を有して構成される。図に示すように、送信データ生成部１１、マルチプレックス部１５、S/P変換部１７は、複数設けても良い。

図３は、本実施の形態による無線通信装置のうちの移動局に含まれる受信装置の一構成例を示す機能ブロック図である。図３に示すように、本実施の形態による受信装置Ｂは、無線データを受けるアンテナ部４１と、無線データを高周波信号から低周波信号に変換する無線受信部４３と、アナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換部４５と、GIを除去するGI除去部４７と、シンボル境界の検出を行うシンボル境界検出部５１と、FFT(Fast Fourier Transform)を行うFFT部５３と、受信データと所有データとの相関値の計算を行う相関検出器５５と、符号化を行う符号乗算部５７及び符号生成部６１と、並直列変換を行うP/S変換部６５と、受信データの復調を行う受信データ復調部６７と、を有して構成されている。

図４は、周波数と時間との２軸により画定される２次元平面により示された上記マルチキャリア無線通信方式における通信フレーム構成において、時間軸に関するフレームの境界にスクランブルコードが乗算されたパイロットチャネルを配置した様子を示した図である。図４においては、周波数軸方向のチャネル数が４チャネルの場合について例示している。図５は、スクランブリングコードの一例を示す図である。

図５に示すように、スクランブリングコード７２は、矢印に示す方向に続く多数のチップの集合として構成される符号系列を成している。このスクランブリングコード７２の各サブキャリアを、図４に示すフレーム構成の境界に対して順次割り当てていく。

例えば、図４に示すように、フレーム内のチャネル構成例としては、１つのフレームの前後の各１シンボルをセルサーチ用パイロットチャネル(PLCH : Pilot Channel)７３、７５、７７、８１とし、それ以外をデータチャネル(Data Channel)７３ａ、７５ａ、７７ａ、８１ａとしている。データチャネル７３ａ、７５ａ、７７ａ、８１ａには、ユーザーデータ、ユーザー個別制御情報、共通情報などが含まれ、前述のショートコードにより複数のチャネルを多重して無線通信に利用することが出来る。実際には、上記セルサーチ用パイロットチャネル(PLCH : Pilot Channel)７３、７５、７７、８１には、図５に示すスクランブリング符号系列が順次割り当てられていることがわかる。データチャネルの割り当てに関しては、図１０を参照しつつ後述する。

さらに、フレームはパケットデータ割り当て時にTTI(Transmission Time Interval)と呼ばれるさらに短い区間に区切って扱うことも可能である。

図４において、セルサーチ用パイロットチャネル部７３に記載された矢印は、前述したフレーム構成におけるパイロットチャネルに乗算されるスクランブルコードの乗算状態を示すものである。各チャネルのパイロットチャネルには、擬似ランダム系列が望ましく、より具体的にはPN系列又はGold系列などの長い符号系列中から、予めサブキャリア毎に定められた部分の符号が乗算されている。また、各チャネル用のチップ間にスペクトラムマスクを満たすために、使用されていないサブキャリアに対応するチップが設定されている。使用されていないサブキャリアに対応するチップを設定しておくことにより、システム運用時に例えばチャネル#1とチャネル#2とを合わせて、広い帯域幅のチャネルを形成した場合のチャネル使用時にデータ伝送用のサブキャリアとしてチャネル#1とチャネル#2との間の未使用サブキャリアを使用することも考慮して、予め、全サブキャリアに対応したチップを準備している。

但し、チャネル間のサブキャリアを使用するシステムではない場合、すなわちチャネル帯域幅が固定されたシステムの場合には、必ずしも対応するチップを設定する必要はない。

本発明の第１の実施の形態による移動通信技術では、符号の先頭からチャネル#1のサブキャリア数と同数のチップ数の部分をチャネル#1のセルサーチ用パイロットチャネルに乗算し、次いで、チャネル#2のサブキャリア数と同数のチップ数の部分をチャネル#2のセルサーチ用パイロットチャネルに乗算する。以下、同様にして、チャネル#3及びチャネル#4に関しても同様にセルサーチ用パイロットチャネルにスクランブリング符号を乗算している。

ここで、本実施の形態においては、ロングコードであるスクランブリングコードをその系列の先頭から各チャネルに割り当てる例について説明したが、スクランブルコードの割り当て方法は、必ずしも符号の先頭チップから割り当てる必要はなく、各チャネルに連続して割り当てる必要もない。但し、いずれの場合にも、その符号系列（スクランブリングコード）およびその各チャネルへの割り当てに関しては、セルサーチ動作を行う前に移動局は予め知っている必要があり、各セルでサブキャリアに乗算するスクランブルコードのチップ位置は同じである。

上記手法によれば、サポートする帯域幅が異なる移動局に関しても、１フレームスキャンすることでスクランブル符号を同定することが可能になるという利点がある。

次に、データチャネルに関するスクランブルコード割り当て方法の一例について図１０を参照して説明する。スクランブルコードは、図５に示したスクランブリング拡散符号を用いる場合を例にして説明する。図１０において、横軸が時間、縦軸が周波数であり、図１０は図４と対応する図である。時間軸に関しては１フレーム分が、周波数軸に関しては２チャンネル分が示されている。

図１０に示すように、データチャネルには前述の方法により予め割り当てられたセルサーチ用パイロットチャネル１１１に次いで、データチャンネルの先頭シンボルから、上記スクランブルコードの先頭を割り当てて乗算していく方法を用いる。

すなわち、両端に矢印が付された範囲として示される１フレーム内において、時間軸の原点側から順次、セルサーチ用パイロットチャネル１１１、図５のＣＨ１部分、ＣＨ２部分、ＣＨ３部分、…のようにスクランブルコードを割り当てていき、各チャネルにおいて片矢印で示される方向に向けて、スクランブルコードが乗算される。このようにして、１フレームが形成される。尚、ハッチが施されていない領域１１５、１１７，１２１は、各チャネル間の未使用サブキャリアに対応するチップである。また、データチャネルの割り当て方法は、１フレーム毎に割り当てる方法について説明したが、時間スロット単位、又は、フレームを分割した単位毎に割り当てるようにしても良い。その場合、データチャネルに乗算されるスクランブル符号も時間スロット単位、又は、フレームを分割した単位で繰り返すことが望ましい。

次に、図８を参照しつつ、移動局が図３，４に示すフレーム構成を有する受信信号を受信した場合のセルサーチ方法について説明を行う。処理を開始すると（ステップＳ１）、ステップＳ２において、移動局は、受信信号のシンボル同期を行う。シンボル同期の方法は、例えば、ガードインターバルの相関特性を利用することにより行うことができる。

第２に移動局はフレーム同期を行う。ここで、フレーム同期の方法について図９を参照しつつ以下に説明する。前述の非特許文献1に記載されている方法は、共通パイロットチャネル（ＣＰＩＣＨ：Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を用いる３段階高速セルサーチ法であり、第１段階でＧＩ区間の相関を用いてシンボルタイミングを検出し、第２段階で、周波数軸の符号長がサブキャリア数に等しく、シンボル毎に位相シフトするスクランブルコード割り当てを用いることにより、ＣＰＩＣＨ間の相関検出に基づいてフレームタイミング及びスクランブルコードグループの検出を行う。第３段階では、ＣＰＩＣＨの相関検出により目標セルのスクランブルコードの同定を行う。この第１の方法によってもフレーム同期を含むセルサーチを行うことが可能であるが、図９に示す方法は、限定された帯域幅でも有効にサブキャリアを利用できるように上記第２段階でスクランブリング符号を位相シフトさせない方法を示している。上記非特許文献では、シンボル毎にスクランブルコードを位相シフトすることにより２次元スクランブルコードを実現しているが、本実施例では長いスクランブルコードを１フレーム内の複数のシンボルにわたって乗算するため同様の効果が得られる、さらに、パイロットチャネルの相関検出時には前後のシンボルを１サブキャリアずらして乗算することから、帯域の最も周波数の高いサブキャリアと最も低いサブキャリアで余剰および不足が生じることとなる。

図４に示したようなフレーム構成、すなわち、各フレームの先頭と末尾に、それぞれ１シンボルのセルサーチ用パイロットチャネルが設定されている場合を例にして説明する。ここで、パイロットチャネルの基本チップ系列Ｐを以下のように規定する。

尚、以下の記載において、Ｚは、ＣＳＳＣ（Ｃｅｌｌ-ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ Ｃｏｄｅ）、すなわちセル固有のスクランブルコードであり、Ｃ_ｉｊは、ＣＳＳＣグループコードであり、ｘ_ｉは、パイロットチップである。

上式において、Ｐnは、パイロットチャネルの第ｎサブキャリアにおける値を示す。
次に、全サブキャリア数Ｎよりも多い数Jのチップ数を有する符号系列Ckを以下のように定義する。

ここで、Ｃｋは、セルサーチに要する時間短縮のため、前述のスクランブリングコードを１つ以上のグループに分けたそれぞれのグループを表す符号系列であり、その絶対値は１である。kはそれぞれのグループ番号を示している。このＣｋも、前述の全サブキャリア数Ｐと同様に、全帯域のサブキャリア数Ｎより多いチップ数の符号系列から、予め各サブキャリアに定義されたチップの符号系列が割り当てられる。また、スクランブリング符号グループを表すＣｋは、その系列間において相互相関が十分低くなるような値に設定しておくことにより、グループの判別をより正確に行うことができる。

さらには、Ｃｋのチップの構成としてc_k2n(nは0以上の整数)を全セル共通のチップパターンとし、c_k2n-1(同様にnは0以上の整数)をグループを示す符号とすることにより、より高速なセルサーチを行うことが出来る。より詳細にはＣｋとの相互相関を算出する段階で、最初に１フレーム区間で全セル共通パターンで相関を算出し、相関値が最も高いシンボル部分でグループを示すＣｋとの相関値を検出するといった２ステップに分けたグループ検出方法である。但し、全セル共通チップパターンが必ずしも２ｎである必要はなく、Ｃｋの一部が全セル共通チップパターンになっていれば良い。

本実施の形態による割り当て方法によれば、十分に長いチップ系列の符号系列から各チャネルに対して、決められた部分の符号系列を割り当てることにより、チップ系列の長さに依存せずに、帯域幅の増減に対して柔軟に対応したセルサーチを行うことができる。さらに、各サブキャリアの割り当てチップが予め決まっていることから、一部分の帯域でもセルサーチを行うことができるという利点がある。

次に、パイロットチャネルに乗算するスクランブルコードを以下のように定義する。

ここで、Lは全サブキャリア数Nより大きな値である。Zは符号系列であり、Ｚには擬似ランダム系列であるPN系列またはGold系列などの長い符号系列を用いることが望ましい。例えばW-CDMAで使用しているスクランブルコード系列をそのまま利用することが可能であり、さらには同一のセル配置展開を行う場合には各セルへの符号割り当てを効率的に行うことが出来る。以上のような定義においてスクランブルコードを乗算したフレーム末尾のパイロットチャネルは、以下のように設定される。

また、フレーム先頭のパイロットチャネルは以下のように設定される。

フレーム末尾のパイロットチャネルとの違いは、スクランブルコード系列のグループを示すCkを乗算しておく点である。この設定により、フレーム境界における前後のシンボルのP_Eの複素共役とP_Tの乗算を行うとCkの項のみが残り、スクランブルコードグループの判定が可能になる。

ここで、フレーム先頭のパイロットチャネルと末尾のパイロットチャネルはそれぞれの配置を入れ替えることも可能である。

サブキャリア数N1のチャネル#1におけるパイロットの例を以下に示す。フレーム先頭パイロットチャネルは、以下の式で表される。

また、フレーム末尾パイロットチャネルは、以下の式で表される。

チャネル#2からチャネル#４に関しても、同様に各符号系列の任意の部分によりパイロットチャネルが設定される。

以上のようにして設定されたフレーム先頭と末尾とのパイロットチャネルを使用したフレーム境界の検出方法について以下に説明する。

移動局は、ガードインターバルの相関特性を利用しシンボル同期を行った後、ステップＳ３において、フレーム境界を検出するための処理を行う。フレーム境界検出処理は、時間的に連続するシンボルの前のシンボルの複素共役と後ろのシンボルを乗算することにより導出された値と移動局内に所持しているスクランブルコードグループを表す符号系列の値との相関をとることにより行われる。その相関値のピーク値が現れるところをフレーム境界と判断することができる（図８：ステップＳ３）。

ここで、上記相関検出処理に関する具体的手順について図９に示したフレーム境界での動作に基づいて説明する。図９は、＃Ｍフレームとその次のフレームである＃Ｍ+１フレームとのそれぞれのパイロットチャネルを、周波数-時間軸により画定される２次元座標内に示した図である。図９に示すように、この相関検出方法は、第１にＧＩによってシンボル同期（窓同期）を行い、第２に連続シンボルの前のシンボルの複素共役と後ろのシンボルを乗算器１０３−１〜５のそれぞれにより乗算した結果と移動局内に持つスクランブル符号グループを示す符号との相互相関値に基づいてスクランブル符号グループＣ_ｋｉを同定し（ステップＳ４）、第３にスクランブルコードが乗算されたパイロットシンボルと作成したパイロットシンボルのレプリカとの相関値が最も高いスクランブルコードを検出し（ステップＳ５）、処理を終了する（ステップＳ６）。

具体的には、先ず、連続するシンボルの乗算は、フレーム境界での場合のみCkが算出される。これは前述したようにフレーム先頭シンボルと末尾のシンボルの複素共役の各シンボルがZ,P,P^*,Z^*,Ckで構成されることから、雑音および干渉成分を無視するとCkのみが乗算結果として残るためである。従って、移動局はスクランブルコードグループを示すCkと相関を取ると高い相関値が得られることになる。すなわち、ピーク値が最も高い値を示す時間をフレーム境界と判定し、そのピークを示したCkからそのセルで使用されているスクランブルコードグループを判断する。フレーム境界でない場合には、Ckと相関を取っても雑音になり、ピークは現れない。

＃２から＃４の他のチャネルに関しても、各符号系列(Z,Z^*,Ck)は同一の長い符号系列から特定の場所を指定されているため、その場所さえ分かれば１つの符号系列で全チャネルに対応することが可能である。

第３に、第２段階において判断されたスクランブルコードグループ内の全てのスクランブルコードに対し、同様に第２段階で判定されたフレームタイミングでパイロットチャネルと移動局内で作成したパイロットチャネルの複製との相関を取る。最大相関値をとるスクランブルコードを、使用されているスクランブルコードと判断する。

以上のようにして、セルサーチ用のパイロットチャネルの設定を行っておくことにより、サブキャリア数の少ないチャネルに関しても有効に拡散符号を割り当てることが出来る。さらに、各シンボルに対し符号が1対1で割り当てられているため、チャネル帯域の変更または複数のチャネルの使用などに柔軟に対応することが可能になる。

次に、本発明の第２の実施の形態による移動通信システムについて説明する。
本実施の形態は、その基本部分が第1の実施の形態と同一の処理および装置構成を有するが、以下に、相違点について説明を行う。

図６は、周波数と時間との２軸により画定される２次元平面により示された上記マルチキャリア無線通信方式におけるフレーム構成上に、本実施の形態によるスクランブルコードの乗算方法を示した図である。図６においては、第１の実施の形態と同様に、周波数軸方向のチャネル数が４チャネルの場合について例示している。図７は、スクランブリングコードの一例を示す図である。

図７に示すように、本実施の形態によるスクランブリングコードは、矢印に示す方向に続く多数のチップの集合として構成されるスクランブリング符号系列を成している。このスクランブリングコードの各チップを、図６に示すフレーム構成に対して順次割り当てていく。

例えば、図６に示すように、フレーム内のチャネル構成例９１としては、連続する２フレームの前後の各１シンボルをセルサーチ用パイロットチャネル(PLCH : Pilot Channel)８３、８５、８７、９１及び９３、９５，９７、１０１とし、それ以外の領域をデータチャネル(Data Channel)としている。第１の実施の形態と同様に、上記セルサーチ用パイロットチャネル(PLCH : Pilot Channel) ８３、８５、８７、９１及び９３、９５，９７、１０１には、図７に示すスクランブリング符号系列が順次割り当てられていることがわかる。データチャネルの割り当てに関しては、上述の第１の実施の形態と同様の手法（図１０参照）によって行われる。但し、例えば、セルサーチ用パイロットチャネル８３と９３とは、チャネル＃１において２フレーム毎に周期的に割り当てられる。

本実施の形態における移動通信技術は、フレームの前後にあるセルサーチ用パイロットチャネルに乗算されるスクランブルコードの乗算方法が、図６に示すように、２フレームで１周期となるように乗算する点を特徴としている。すなわち、本発明の第１の実施の形態におけるセルサーチの第２段階におけるフレーム境界の検出方法とスクランブルコードグループの判定方法とにおいては１フレームで動作が完了するのに対し、第２の実施の形態においては２フレームにわたって第２段階の処理を行う。これにより、フレーム境界検出の制度を上げることができる。すなわち、この方法によれば、フレーム境界のピーク位置をより正確に検出することができ、また、スクランブルコードグループの判定に関してもより確実な判定を行うことができる。

図６に示すフレーム構成においては、２フレーム毎に先頭と末尾のパイロットチャネルに乗算される拡散符号系列が繰り返されている。ここで、パイロットチャネルの基本チップ系列Ｐを以下のように規定する。

上式において、p_nはパイロットチャネルの第nサブキャリアにおけるチップを示す。ここで、上式においてp₀からp_N-1とp_Nからp_2N-1は同一のパターンを繰り返して使用することも可能である。次にサブキャリア数Nの2倍より大きい数Jのチップ数を有する符号系列Ckを以下のように定義する。

ここで、C_kは第１の実施の形態の場合と同様に、スクランブリングコードを幾つかのグループに分けたグループを表す符号系列を示し、kはそのグループ番号を示す。本実施の形態においては、C_kも前述のPと同様に全帯域のサブキャリア数の2倍である2Nより多いチップ数の符号系列から予め各チャネルに定義された部分の符号系列が割り当てられる。

本実施の形態によれば、十分に長いチップ系列の符号系列から各チャネルに決められた部分の符号系列を２箇所に割り当てることにより、第１の実施の形態より確実にフレーム同期を行うことが可能になり、また、スクランブルコードグループの判定に関しても、より精度の高い判定を行うことができる。また、第1の実施の形態と同様に、帯域幅の増減に柔軟に対応したセルサーチを行うことができ、さらに各サブキャリアの割り当て符号が予め決まっていることから１つのチャネルのみでもセルサーチを行うことができるという利点がある。次にパイロットチャネルに乗算するスクランブルコードを以下のように定義する。

ここで、Lは全サブキャリア数Nより大きな値である。以上のような定義においてスクランブルコードを乗算したフレーム末尾のパイロットは以下のように設定される。

また、フレーム先頭のパイロットチャネルを以下のように設定する。

フレーム先頭のパイロットチャネルとフレーム末尾のパイロットチャネルとの違いは、スクランブルコード系列のグループを示すCkを乗算しておくことにある。これにより、P_Eの複素共役とP_Tとの乗算を行うと、Ckの項のみが残り、スクランブルコードグループの判定が容易になる。ここで、サブキャリア数N1のチャネル1におけるパイロットチャネルは、以下のようになる。パイロットチャネルの構造が2フレーム繰り返しであるため、それぞれ、第1フレームおよび奇数番目フレームの先頭パイロットチャネルは以下の式で表される。

第１フレームおよび奇数番目フレームの末尾パイロットチャネルは以下の式で表される。

第2フレームおよび偶数番目フレームの先頭パイロットチャネルは以下の式で表される。

第2フレームおよび偶数番目フレームの末尾パイロットチャネルは以下の式で表される。

ここでxはN1以上の任意の整数である。また、チャネル2からチャネル４に関しても同様に各符号系列の任意の部分によりパイロットチャネルが設定される。

本実施の形態によるパイロットチャネルに乗算されるスクランブルコードは図６に示すように、各チャネルのサブキャリア数と同数のチップ数の符号系列を複数利用する。フレーム内の先頭と末尾とに設定されるパイロットチャネルは、互いに異なった部分のスクランブルコード系列を使用する。

フレーム間の連続するパイロットチャネルを利用したフレーム境界の検出方法とスクランブルコードグループを判定する方法に関しては第１の実施の形態と同様であるが、移動局が所有するスクランブルコードグループを示すCkに関して２フレームにわたって相関を検出することにより、フレーム境界を検出することができる。この際、Ckに関して複数のパイロットチャネルに対応する部分を検出することにより、より精度の高い検出を行うことができる。

この点に関して、再び図８を参照しながら説明する。第1段階として、ガードインターバルの相関を利用してシンボル同期を行う（ステップＳ２）。第２に、フレーム境界の検出（ステップＳ３）とスクランブルコードグループの判定（ステップＳ４）とを行う。

以下、フレームM-1、フレームM、フレームM+1の連続する３つのフレームにおけるサブキャリアNに乗算されるスクランブルコードを判定する手順について説明する。先ず、移動局は、第１の実施の形態における第２の手順と同様に連続するシンボルを乗算し、スクランブルコードグループを示すCk系列との相関を取る。フレームM-1とフレームMとの境界の連続するシンボルの乗算値との相関を取ったときのみ、相関値が高くなるためフレーム２周期分の境界を判定することができる。

次に、フレームMとフレームM+1の境界を検出するには、別の部分からなるCk系列に関して相関値のピークを検出する。このようにしてフレーム境界とスクランブルコードグループが判定できた後に、そのグループ内の各スクランブルコードに関して複製を作成しパイロットチャネルと相関を取り、最大相関値をとるスクランブルコードを使用されているスクランブルコードと判断する（ステップＳ５）。

以上のような手順によりセルサーチ用のパイロットチャネルの設定を行っておくことにより、サブキャリア数の少ないチャネルに関しても有効に拡散符号を割り当てることができる。さらに、各シンボルに対して符号が1対1で割り当てられているため、チャネル帯域の変更又は複数のチャネルの使用などに柔軟に対応することが可能になる。さらに、第２の実施の形態においては、２フレームにわたって相関の検出を行うため、１フレームだけの場合よりもより正確なセルサーチに関する判定を行うことが可能になるという利点がある。

本発明は、移動体通信技術に利用することができる。

本発明の第１の実施の形態による移動通信システムにおいて使用されるダウンリンクのフレーム構成例を示す図である。 本実施の形態による無線通信装置のうちの送信装置（基地局）の一構成例を示す機能ブロック図である。 本実施の形態による無線通信装置のうちの受信装置（移動局）の一構成例を示す機能ブロック図である。 周波数と時間との２軸により画定される２次元平面により示された上記マルチキャリア無線通信方式におけるフレーム構成上に、本実施の形態によるスクランブルコードの乗算方法を示した図である。 スクランブリングコードの一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による２フレーム毎に先頭と末尾のパイロットチャネルに乗算される拡散符号系列が繰り返されている構成を示す図である。 スクランブリングコードの一例を示す図である。 移動局が本実施の形態によるフレーム構成を有する受信信号を受信した場合のセルサーチ方法を示すフローチャート図である。 フレーム同期の方法を示す図である。 データチャネルの割り当て処理を示す図である。

符号の説明

Ａ…送信装置、１１…送信データ生成部、１５…マルチプレックス部、１７…S/P変換部、２３…符号乗算部、２５…IFFT部、２７…GI挿入部、３１…D/A変換部、３３…無線送信部、３５…アンテナ部、３７…符号生成部、Ｂ…受信装置、４１…アンテナ部、４３…無線受信部、４５…A/D変換部、４７…GI除去部、５１…シンボル境界検出部、５３…FFT部、５５…相関検出器、５７…符号乗算部、６１…符号生成部、６５…P/S変換部、６７…受信データ復調部。

Claims (18)

1. 基地局と複数の移動局とを備え、前記基地局が、下り方向の無線通信に複数のキャリアにより構成される複数の周波数チャネルを用いて前記移動局と通信を行う移動通信システムであって、
   前記基地局は、
   通信フレームの境界の検出を行うために前記通信フレーム内の先頭と末尾においてパイロットチャネルを送信する手段と、
   前記パイロットチャネルに任意のコード系列の一部を割り当てる手段と、
   前記パイロットチャネルに割り当てられた前記コード系列により、前記移動局に制御情報を伝送する制御情報伝達手段と
   を有することを特徴とする移動通信システム。
2. 前記割り当て手段は、同じ時間軸上における異なる周波数チャネルの複数のパイロットチャネルに対して、第１のコード系列の異なる部分を割り当てるとともに、フレーム内の先頭と末尾の前記パイロットチャネルのいずれかに前記制御情報を伝送するための第２のコード系列を割り当て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。
3. 前記移動局は、前記基地局から送信された時間方向に連続するパイロットシンボル間において、前記連続するパイロットシンボルの一方のシンボルの複素共役ともう一方のシンボルの乗算結果と前記移動局の所有するコード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とともにコード系列グループの同定を行う手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動通信システム。
4. 前記第１のコード系列は、セル毎に異なるコード系列であることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の移動通信システム。
5. 前記第２のコード系列は、前記第１のコード系列をいくつかのグループに分けたグループを示すコード系列であることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに１項に記載の移動通信システム
6. 前記制御情報は、前記基地局が使用するコードグループであることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の移動通信システム。
7. 基地局と複数の移動局とを備え、前記基地局が、下り方向の無線通信に複数のキャリアにより構成される複数の周波数チャネルを用いて前記移動局と通信を行う移動通信システムであって、
   前記基地局は、異なる周波数チャネルのそれぞれのデータチャネルに同一の第１のコード系列を割り当てる手段を有することを特徴とする移動通信システム。
8. 前記データチャネルへのコード系列の割り当て手段は、周波数チャネル毎にデータチャネルの先頭シンボルから周波数方向に割り当てるとともに前記第１のコード系列をフレームもしくはTTI(Transmission Time Interval)毎に繰り返して使用することを特徴とする請求項７に記載の移動通信システム。
9. 前記第１のコード系列は同一周波数帯域を使用する他の通信方式で使用するセル固有のコード系列であることを特徴とする請求項４から８までのいずれか１項に記載の移動通信システム。
10. 前記第１のコード系列は、擬似ランダム系列であることを特徴とする請求項９に記載の移動通信システム。
11. 前記第１のコード系列として、W-CDMA通信方式と同じ符号系列を使用することを特徴とする請求項９に記載の移動通信システム。
12. 前記移動通信システムは分割された周波数チャネルのうちの一部を使用することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の移動通信システム。
13. 前記第１および第２のコード系列は各周波数チャネルのパイロットチャネルで使用するチップ間に各周波数チャネルのスペクトラムマスクを満たすために、使用されていないサブキャリアに対応するチップが設定されていることを特徴とする請求項４から１２までのいずれか１項に記載の移動通信システム。
14. 基地局と複数の移動局とを備え、前記基地局が、下り方向の無線通信に複数のキャリアにより構成される複数の周波数チャネルを用いて前記移動局と通信を行う通信方法であって、
    前記基地局が、フレーム境界の検出を行うために前記通信フレーム内の先頭と末尾においてパイロットチャネルを形成するステップと、前記パイロットチャネルに任意のコード系列の一部を割り当てるステップと、前記パイロットチャネルに割り当てられた前記コード系列により前記移動局に制御情報を伝送するステップとを有することを特徴とする通信方法。
15. 前記通信フレームは、同じ時間軸上における異なる周波数チャネルの複数のパイロットチャネルに対して、第１のコード系列の異なる部分が割り当てられていることを特徴とするとともにフレーム内の先頭と末尾の前記パイロットチャネルのいずれかに前記制御情報を伝送するための第２のコード系列が割り当てられていることを特徴とする請求項１４に記載の通信方法。
16. 前記移動局が、前記基地局から送信された時間方向に連続するパイロットシンボル間において、前記連続するパイロットシンボルの一方のシンボルの複素共役ともう一方のシンボルの乗算結果と前記移動局の所有するコード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ステップと、コード系列グループの同定を行うステップと、を有することを特徴とする請求項１４又は１５のいずれかに記載の通信方法。
17. 前記相互相関の値は、フレーム境界の場合のみ高くなることを特徴とする請求項１６に記載の通信方法。
18. 前記相互相関は、コード系列グループが同定された場合のみ相関値が高くなることを特徴とする請求項１６に記載の通信方法。

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