JP2010518741A - 同期処理及びセルサーチのためのプリアンブル設計 - Google Patents

Abstract

無線ネットワークにおける信号を同期させる方法は、基地局と移動局との間の下りリンクで送信される２つ部分から成るプリアンブルを使用する。当該プリアンブルは、複数の基地局に対して共通の共通パイロットと、送信基地局に対して固有の専用パイロットとを含む。移動局は、共通パイロットに基づく粗同期と専用パイロットに基づく精密同期とを実行する。移動局はまた、隣接するセルによって送信される専用パイロットにおける固有のパイロット・トーンに基づいて、１つ以上の近隣のセルを識別する。

Description

本発明は、概して無線通信システムに関するものであり、具体的には、無線通信システムにおけるセル同期に関するものである。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムは、データ・ストリームの異なる複数の部分を、異なる周波数を使用して変調して、伝送用の複数の直交するデータ・ストリームを生成する。その際、ＯＦＤＭシステムは、広帯域無線伝送リンクを生成する。複数のアクセスシステムがＯＦＤＭを使用する際に、各リモート装置は、周波数多重化された信号を基地局へ送信する。直交性を維持し、かつ、干渉を最小化するために、ＯＦＤＭシステムは、異なるリモート装置からの周波数多重化された信号が基地局に同時に届くことを必要とする。従って、異なるリモート装置からのデータ・ストリームの受信を同期させることが重要である。

スーパーフレームに属するプリアンブルは、同期化の１つの方法を提供する。当該プリアンブルは、基地局制御装置からのいかなる支援もなしに、移動局を使用した自立したセル間同期のために使用され得る。この場合、移動局は、複数の基地局を識別し、それらのフレーム・タイミング及びキャリヤ周波数オフセットを推定するためのプリアンブルを含む、下りリンク信号を使用する。各移動局は、当該推定値を、当該移動局の待ち受け基地局へ報告する。各基地局は、受信した推定値に基づいて、タイミング及び周波数の情報を補正する。

従来のプリアンブルは、これまでのところ、セル間及びセル内の両方の同期について、十分な同期を提供していない。例えば、セル内の同期用に設計されたプリアンブルによって、当該移動局の自セルから受信する信号と隣接セルの信号とを、移動局が区別することを可能にすることはできない。

別のプリアンブルは、３つのＯＦＤＭシンボルを含み得る。当該３つのＯＦＤＭシンボルの各々は、各セルについて、連続するキャリヤで２つの固有のパイロット・トーンを含む。この種のプリアンブルは、複数の強いセル間における曖昧性を排除し、それによりセル間の同期に適している。一方で、２つのパイロット・トーンのみが各セルで使用されるため、セル検出及びセル同期は、周波数選択性の影響を極めて受けやすい。さらに、この例のプリアンブルは、１つのシンボル・オフセットにおいて、高いタイミングの曖昧性を有するため、フレーム・タイミングの測定に使用することができない。

別の例において、各セルに固有の擬似雑音（ＰＮ）符号が、セルの識別用及び粗同期用のプリアンブルを設計するために使用され得る。この種のプリアンブルを使用したセル識別及びセル同期は、高度な複雑性を有する。これは、セルを検出するために、移動局が、全てのタイミングの候補について、全ての符号に対して受信信号を相関処理しなければならないためである。さらに、発振器のドリフトに起因した周波数オフセットが、ＰＮ符号の相互相関に対して不利に作用する。

繰り返し（repeated）トレーニング系列を有するプリアンブルは、ＷｉＦｉシステムに対して同期に関する別の選択肢を提供する。繰り返しトレーニング系列は、周期性メトリックを使用して検出され、それにより、単一のステップでタイミング及び周波数オフセットを与える。この解決手法は、ＰＮ符号による解決手法よりも低い複雑性を有し、かつ、周波数オフセットに対してより耐性を有する（robust）。一方で、繰り返しトレーニング系列による解決手法は、非常に低いタイミング分解能を有する。

このように、同期処理及びセルの識別の代替的な解決手法の必要性が依然として残存している。

本発明は、無線通信ネットワークにおける基地局によって送信される、自セルの同期、セルサーチ及びセル識別、並びにセル間の同期のために使用され得るプリアンブルを提供する。当該プリアンブルは、粗同期のために使用される共通パイロットと、セルの識別及び精密同期のために使用される専用パイロットとを含む。共通パイロットは、バーカー符号化（Barker-encoded）され、繰り返されたトレーニング系列を含み、専用パイロットは、各セルに固有のパイロット・トーンを密に配置された２つのＯＦＤＭシンボルを含む。移動局は、共通パイロットを使用する粗同期を実行し、かつ、隣接する基地局から送信される専用パイロットにおける固有のパイロット・トーンを検出することによって、１つ以上の強いセルを識別する。移動局は、基地局からの専用パイロット・トーンにおける位相の変化を観測することによって、検出した各セルについて精密同期を実行する。

本発明に適用可能な無線通信システムを示す図である。 本発明に係る１つの典型的なプリアンブルを示す図である。 基地局で実行される、下りリンクでプリアンブルを送信するための典型的な手順を示す図である。 移動局で実行される、セル識別及びセル同期のための典型的な手順を示す図である。 移動局で実行される粗同期の典型的な手順を示す図である。 移動局で実行される精密同期及びセル識別のための典型的な手順を示す図である。 本発明に係る典型的な無線通信装置を示す図である。

図１は、符号１０で一般に示される典型的な無線通信ネットワークを示す。無線通信ネットワーク１０は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）ネットワークで構成される。無線通信ネットワーク１０の地理的領域はセル１２に分割される。セル１２は、セクタにさらに分割されてもよい。少なくとも１つの基地局１４は、セル１２における移動局１６と通信するために、各セル１２に位置付けられる。セル１２がセクタに分割される場合、セル１２は全てのセクタに対して１つの基地局を含んでもよく、又はセルの各セクタに対して別個の基地局１４を含んでもよい。本発明の説明を簡単にするために、各セル１２は、単一の基地局１４を有する単一のセクタで構成されていることを前提とする。説明する原理は、複数セクタセル１２に対して簡単に拡張することができる。

基地局１４からの下りリンク伝送はフレームに分割されて、それらはスーパーフレームにグループ化される。基地局１４は、セルサーチ及びセル同期のために各スーパーフレームにおいてプリアンブルを送信する。基地局１４からの下りリンク伝送は、実線で示されている。下りリンクで伝送されるプリアンブルは、移動局１６が、近隣の基地局１４からの強い信号を検出し、それらのフレーム・タイミング及びキャリヤ周波数オフセットを推定することを可能にする。各移動局１６は、これらの推定値を待ち受け基地局１４へ報告し、基地局１４は、セル間同期のために当該推定値を使用し得る。移動局１６からの上りリンク伝送は、破線で示されている。基地局１６は、自らのタイミング及び周波数を調整するために、移動局１６から受信されたタイミング及び周波数の推定値を使用し得る。従って、セル間同期は、いかなる基地局制御装置による介入なしに、自立した手法でなされ得る。

図２は、自セルの同期、セルサーチ及びセル識別、並びにセル間同期のために設計された典型的な１つのプリアンブル２０を示す。プリアンブル２０は、２つの部分を含み、それらは、粗同期のために使用される共通パイロットと、セル識別及び精密同期のために使用される専用パイロットとである。共通パイロットは、バーカー符号化され、繰り返されたトレーニング系列を含み、専用パイロットは、各セル１２に固有の密に配置されたパイロット・トーンを有する２つのＯＦＤＭシンボルを含む。移動局１６は、共通パイロット１６を使用した粗同期を実行するとともに、近隣の基地局１４から送信された専用パイロット２４の、固有のパイロット・トーンを検出することによって、１つ以上の強いセル１２を識別する。移動局１６は、基地局１４からの当該専用パイロット・トーンにおける位相の変化を観測することによって、検出されたセル１２の各々について精密同期を実行する。

共通パイロット２２の、繰り返されたトレーニング系列は、長さＭを有し、Ｌ回繰り返される時間ブロックを含む。当該繰り返しトレーニング系列は、長さＮ_cのＯＦＤＭシンボルにおいて、Ｌ個の連続するサブキャリヤごとに１つのパイロット・トーンを挿入することによって、生成され得る。ここで、Ｌはパイロットの間隔を表し、ＯＦＤＭシンボルの逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を用いる。結果として生じる繰り返しトレーニング系列は、長さＮ_c＝ＬＭを有し、Ｍは挿入されたパイロット・トーンの数を表す。ある実施形態において、挿入されたパイロット・トーンは、異なるセルによって異なる各ブロックを作成するためにＩＦＦＴを用いる前に、ランダムに、又は擬似ランダムに位相変調され得る。次に、全てのセルで共通の、長さＬの一般化された差動バーカー系列を、位相変調されたＯＦＤＭシンボル（又は単なるＯＦＤＭシンボル）に対して乗算することによって、共通パイロットが生成される。一般化されたバーカー系列は、１以下の、０でない時間差の自己相関の振幅が１以下の、単位振幅の複素数の系列である。長さＬの一般化された差動バーカー系列は、本明細書において引用する、“Sixty-phase generalized Barker sequences”by N. Zhang and S.W. Golomb in IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 35, no. 4, pp.911-912, August 1989 に述べられているように、Ｌ−１の長さを有する一般化されたバーカー系列から取得されてもよい。

専用パイロット２４は、大きさＮ_dのＦＦＴ（高速フーリエ変換）と、大きさＮ_cpのサイクリック・プレフィックスを有する２つの連続するＯＦＤＭシンボル２６，２８を含む。ＯＦＤＭシンボル２６，２８は、図２において実線及び破線で示すように、交互に配置されたパターン（alternating pattern）で、各セルについて固有のパイロット・トーンを運ぶ。交互に配置されたパターンを使用する理由は、以下でさらに述べるセル識別方法の中で、直ちに明らかになろう。

同期処理を実行するために、プリアンブル２０は、タイミング及び周波数オフセットへの十分な耐性（robustness）を有しなければならない。共通パイロット２２は、Ｗを信号の帯域幅として表すと、最大でＭ/Ｗ秒までの遅延スプレッド、及び最大でＷ/(２Ｍ)Ｈｚまでの周波数オフセットに対して耐性を有するように設計される。そのため、共通パイロット２２のタイミングの分解能は、Ｍ/Ｗ秒であり、ピーク対再度ローブ比はＰ_s＝２０Ｌｏｇ_１０(Ｌ)である。専用パイロット２４は、Ｓ_pを専用パイロットのパイロット間隔とすると、最大でＮ₀/(ＷＳ_p)秒までの遅延スプレッドに対して耐性を有する。専用パイロット２４は、２Ｓ_p/３セルを、精密な周波数分解能Ｗ/(２Ｎ_d)Ｈｚで識別することを可能にする。

共通パイロット２２は、全てのセルで共通の１つの次元を有する。専用パイロット２４は、異なるセルを識別するための(２/３)Ｓ_pの固有の次元を有し、ここで、係数２/３は、交互に配置されたパイロット・パターンに起因する。識別されるセルの数が一定である場合、専用パイロット２４を周波数選択性に対してより耐性を有するために、専用パイロットの大きさＮ_dは増加され得る。Ｎ_dの増加は、プリアンブルのオーバヘッドを増加させ、周波数オフセットに対する耐性を減少させることが理解されよう。あるいは、専用パイロット２４を周波数オフセットに対してより耐性を有し、かつ、プリアンブルのオーバヘッドを減少させるために、専用パイロットの大きさＮ_dは、減少され得る。

プリアンブル２０が、Ｎ_bs個のセルを識別するために設計され、ガード時間Ｔ_g及び所望のピーク対サイドローブ比Ｐ_sを有する場合の一例について検討する。これらの拘束条件を満足するプリアンブル２０は、以下の特性を有する。

ここで、Ｃ_c≧１及びＣ_d≧１は、それぞれ、共通パイロット及び専用パイロットについて、（少ないプリアンブルのオーバヘッドと同様に）周波数オフセットへの耐性と、周波数選択性への耐性との間のトレードオフを可能にする設計パラメータを表す。Ｃ_c及びＣ_dの少なくとも１つが１に等しい場合、周波数選択性への耐性は最大である。Ｃ_c及びＣ_dの少なくとも１つが増加すると、周波数選択性への耐性が減少する一方で、周波数オフセットへの耐性が増加する。

この例について、Ｎ_fftがデータ・シンボルの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の大きさを表す場合に、Ｗ＝２０ＭＨｚ、Ｔ_g＝３．２μ秒、Ｎ_bs＝６４、Ｐ_s＝３０ｄＢ、Ｃ_c＝２、Ｃ_d＝３、及びＮ_fft＝５１２と想定する。この場合、プリアンブル２０は、Ｍ＝３２、Ｌ＝３２、Ｓ_p＝９６、Ｎ_c＝ＬＭ＝１０２４、及びＮ_d＝２０４８となるように設計され得る。結果として生じる共通パイロット２２は、ｆ_subがデータ・シンボルにおけるサブキャリヤ間隔である場合に、最大で１．６μ秒までの遅延スプレッド、及び最大で８ｆ_subＨｚまでの周波数オフセットに対して耐性を有する。結果として生じる専用パイロット２４は、最大で１．０６７μ秒、及び最大でｆ_sub/８Ｈｚまでの周波数オフセットに対して耐性を有する。Ｃ_d＝６の場合、Ｎ_d＝１０２４であり、かつ、専用パイロット２４は、最大で０．５３３μ秒までの遅延スプレッド、及び最大でｆ_sub/４Ｈｚまでの周波数オフセットに対して耐性を有する。周波数オフセットは、基地局よりも移動局の方がずっと大きいことが理解されよう。従って、共通パイロット２２は、大きなキャリヤ周波数オフセットを除去するために使用され得る。ここで、当該パイロットは、全ての受信信号で共通であって、移動局において受信される全ての信号に存在する。さらに、専用パイロット２４は、個別の基地局によって引き起こされる非常に小さな周波数オフセットを除去するために使用され得る。結果として、専用パイロット２４は、周波数オフセットに対して、共通パイロット２２と同じように耐性を有する必要はない。

図３は、基地局１４において実行される、プリアンブル２０を送信する方法５０を示す。基地局１４は、スーパーフレームの最初の部分を検出する（ブロック５２）。スーパーフレームの最初の部分が検出された場合、基地局１４は、共通パイロットを生成及び送信し（ブロック５４）、次に、専用パイロットを生成及び送信する（ブロック５６）。当該処理は、スーパーフレームが検出されるごとに繰り返される（ブロック５２）。

移動局１６は、上述のプリアンブル２０を含む受信信号を処理して、セル１２を検出するとともに、当該セル１２に対応するタイミング及び周波数オフセットを推定する。移動局１６は、受信したプリアンブル２０の共通パイロット２２を処理して、粗同期を実行するとともに、受信したプリアンブル２０の専用パイロット２４を処理して、セル識別及び精密同期を実行する。ある実施形態において、移動局１６は、検出したセル１２に関する周波数オフセットをも推定し得る。各移動局１６は、タイミングの推定値及び周波数の推定値の少なくとも１つを、当該移動局の待ち受け基地局１４に対して報告する。基地局１４は、受信した推定値に基づいて、タイミング及び周波数の情報を修正する。

図４は、移動局１６で実行される、同期を実現するために受信信号を処理する手順を示す。移動局１６は、１つ以上の近隣の基地局１６から信号を受信し（ブロック６２）、共通パイロット２２を用いた時間及び周波数の粗同期を実行する（ブロック６４）。その後、移動局１６は、専用パイロット２４における固有のパイロット・トーンを検出することによって１つ以上のセル１２を識別する。移動局１６は、１つ以上のセル１２を選択し、選択したセルについて精密同期を実行し得る（ブロック６８）。次に、移動局１６は、待ち受け基地局１４と同期するために、自らのタイミング及び周波数を調整し得る（ブロック７０）。移動局１６は、１つ以上の近隣の基地局に関する時間オフセット及び周波数オフセットを、待ち受け基地局１４へ報告してもよい（ブロック７２）。次に、当該処理は、終了するか、あるいは、例えばスーパーフレームごとに繰り返される（ブロック７４）。

図５は、受信信号の共通パイロット２２を使用する、１つの典型的な粗同期処理１００を示す。一般的に、移動局１６は、受信信号に基づいて周期性メトリックΛ(ｎ)を算出し（ブロック１１０）、当該周期性メトリックを最大化する粗タイミングの仮推定値ｎ^を特定する（ブロック１２０）。粗タイミングの仮推定値ｎ^の各々について、移動局１６は、粗周波数オフセットｆ^を推定する（ブロック１３０）。

移動局１６は、周期性メトリックΛ(ｎ)を、

によって算出し得る（ブロック１１０）。ここで、Ｅ(ｎ)は受信信号の電力を表し、

によって与えられ得る。また、Ｐ(ｎ)は受信信号に対応する自己相関を表し、

によって与えられ得る。式(３)及び(４)において、ｒ(ｎ)は、チップレートでサンプリングされた受信信号のｎ番目のチップを表し、ｄ(ｋ)は、一般化された差動バーカー系列を表す。受信信号ｒ(ｎ)は、上述のプリアンブル２０の共通パイロット２２及び専用パイロット２４を含む。差動バーカー系列ｄ(ｋ)は、

によって与えられ得る。ここで、ｋ＝０，１，...，Ｌ−１について、ｂ(ｋ)は、一般化されたバーカー系列を表し、ｂ(−１)は、任意に１に設定される。

粗タイミング推定値ｎ^を仮推定するために（ブロック１２０）、移動局１６は、周期性メトリックΛ(ｎ)を最大化する粗タイミング推定値ｎ^を選択する。粗タイミング推定値ｎ^が異なるセルに対応することを保証するために、移動局１６は、Ｋ₁個のタイミング推定値ｎ^を選択する。ここで、選択されるタイミング推定値は、少なくともＭサンプル離れている。選択された粗タイミング推定値ｎ^の各々について、移動局１６は、粗周波数オフセットｆ^を、

によって任意に推定してもよい。ここで、ＲＰ(ｎ^)はＰ(ｎ^)の位相をラジアンで表す。

図６は、セル識別及び精密同期を実行するために、受信信号の専用パイロット２４を使用する１つの典型的な処理２００を示す。Ｋ₁個のタイミング推定値の各々について、移動局１６は、専用パイロット２４に基づいて各セル１２に関する検出メトリックΓ(ｊ)を決定し（ブロック２１０）、当該検出メトリックを最大化するセル１２として最も強いセルを識別する（ブロック２２０）。次に、移動局１６は、識別した各セル１２について、専用パイロット２４に基づいて精密タイミング推定値ｔ(ｊ)を算出する（ブロック２３０）。移動局１６は、部分周波数オフセットｆ^％(ｊ)を任意に推定してもよい（ブロック２４０）。

検出メトリックΓ(ｊ)を算出するために（ブロック２１０）、移動局１６は、専用パイロット２４における２個のＯＦＤＭシンボル２６，２８のＦＦＴを、

によって計算する。次に、移動局１６は、ｊ番目のセルについて、検出メトリックΓ(ｊ)を、

によって算出する（ブロック２１０）。ここで、ｌ_k(ｊ)はｊ番目のセルに属するｋ番目のシンボルにおけるパイロット・トーンの指数のセットを表す。式(８)は、検出メトリックΓ(ｊ)がｊ番目のセルに属する全てのパイロット・トーンにおける累積的なエネルギーを表すことを示している。移動局１６は、検出メトリックΓ(ｊ)を最大化する、最も強いＫ₂個のセルを選択する。Ｋ₁個の粗タイミングの仮推定値と、Ｋ₂個のセルの仮推定に基づいて、移動局１６は、Ｋ₁Ｋ₂個のセルの仮推定の候補から、Ｋ個のセルを識別する。

識別されたセル１２の各々について、移動局１６は、精密タイミング推定値ｔ(ｊ)を算出する（ブロック２３０）。そのために、移動局１６は、部分的な残留タイミング推定値ｎ^％(ｊ)を、

によって算出する。ここで、ｌ'_k(ｊ)は、連続するサブキャリヤにおいてパイロット・トーンを有するｊ番目のセルに属するシンボルｋにおける、パイロット・トーンの指数のセットを表し、また、ｗ'_k(ｉ)は、

によって与えられる重みを表す。式(９)に示すように、部分タイミング推定値ｎ^％(ｊ)は、専用パイロット２４の２個のＯＦＤＭシンボル２６，２８の連続するサブキャリヤにおける、ｊ番目のセルに属する全てのパイロット・トーンの間の位相差の、重み付けされた合計値を表す。次に、移動局１６は、各セル１２について、精密タイミング推定値ｔ(ｊ)を、

によって算出する（ブロック２３０）。

移動局１６は、識別された各セル１２について、２個のシンボル２６，２８の同一のサブキャリヤにおける、ｊ番目のセルに属する全てのパイロット・トーン間の位相差の、重み付けされた合計値として、部分周波数オフセットｆ^％(ｊ)を任意に算出してもよい（ブロック２４０）。式(１２)は、部分周波数オフセットｆ^％(ｊ)を算出するための１つの方法を示す。

ここで、ｌ"(ｊ)は、専用パイロット２４の両方のシンボル２６，２８における、ｊ番目のセルに属するパイロット・トーンの指数のセットを表し、また、ｗ"(ｉ)は、

によって与えられる重みを表す。ｆ^＜Ｗ/(２Ｎ_d)の場合、精密周波数オフセットｆ(ｊ)は、部分周波数オフセットｆ^％(ｊ)と等しい。ｆ^＞Ｗ/(２Ｎ_d)の場合、移動局１６は、式(７)によってＲ₁及びＲ₂を算出する前に、受信信号ｒ(ｎ)における粗周波数オフセットｆ^を補償し、次に、精密周波数オフセットｆ(ｊ)を、

によって算出する。

上述の同期及びセル識別は、セル内（自セル）の同期のためにも使用され得る。より具体的には、移動局１６は、ｊ番目のセルに属するｈ番目のスーパーフレームについて算出された、検出メトリックΓ_j(ｈ)、精密タイミング推定値ｔ_j(ｈ)、及び精密周波数オフセットｆ_j(ｈ)を平滑化することによって、各セル１２について、平滑化された検出メトリックΓ'_j(ｈ)、及び平滑化された周波数オフセットｆ'_j(ｈ)を決定し得る。式(１５)は、平滑化された検出メトリックΓ'_j(ｈ)、及び平滑化された周波数オフセットｆ'_j(ｈ)を算出するための、１つの典型的な方法を提供する。

式(１５)において、μ_Γ及びμ_ｔは、平滑化フィルタの極である。平滑化された検出メトリックΓ'_j(ｈ)、及び平滑化された周波数オフセットｆ'_j(ｈ)の初期値は、最初のスーパーフレームで算出される検出メトリックΓ_j(１)及び周波数オフセット値ｆ_j(１)と等しく設定されてもよい。移動局１６は、最も大きな平滑化検出メトリックΓ'_j(ｈ)を有するセル１２を、待ち受けセルとして識別する。それに応じて、移動局１６は、識別した待ち受けセル１２の平滑化周波数オフセットｆ'_j(ｈ)に基づいて、局部発振器を調整する。

上述の同期及びセル識別は、セル間の同期及びセル識別のためにも使用され得る。より具体的には、各移動局１６は、待ち受けセルに対する隣接セル１２の、平滑化検出メトリックの差分ΔΓ'、精密タイミングの差分Δｔ'、及び精密周波数オフセットの差分Δｆ'を算出及び報告する。例えば、セルｊが移動局の待ち受けセル１２を表し、かつ、セルｋが２番目に強いセル１２を表す場合、ｈ番目のスーパーフレームに関する差分値は、

によって算出され得る。

各基地局１４は、受信した差分値を使用して、当該基地局のタイミングを、隣接基地局１４のタイミングに対して同期させる。例えば、Ｔ_mが、選択された閾値を表す場合に、ΔΓ'_j,k(ｈ)＜Ｔ_mを満たす全ての隣接セル１２のセットをＡ_j(ｈ)と表す。従って、セットＡ_j(ｈ)は、十分に強い信号を送信する基地局１４を有する全てのセル１２を含む。Ａ_j(ｈ)のセル１２は、信頼性の高い同期推定値を提供すると考えられる。待ち受け基地局１４は、ｈ番目のスーパーフレームについて、そのフレーム・タイミング及びキャリヤ周波数オフセットを、

によって算出する。ここで、μ_t*及びμ_f*は、平滑化フィルタの極を表し、また、ＥΔｔ_j及びＥΔｆ_jは、それぞれ、時間及び周波数の差分の平均値を表し、

によって与えられる。式(１８)において、Ｎ_j(ｈ)は、セットＡ_j(ｈ)の大きさを表す。また、ｗ_j,k(ｈ)は、タイミング及び周波数オフセットの各推定値の重み又は信頼性を表し、

によって算出され得る。

セル間同期は、２つのフェーズを有していてもよく、それらは、位相の捕捉と、位相のトラッキングである。位相捕捉の間は、パラメータを迅速に適応させる必要がある。従って、位相捕捉の間に、基地局１４は、平滑化の極μ_t*及びμ_f*に大きな値を使用する。位相捕捉の間に、パラメータが既に捕捉されていると、それらを迅速に適応させる必要はない。その結果、位相捕捉の間に、基地局１４は、平滑化の極μ_t*及びμ_f*に小さな値を使用する。

基地局１４は、２つのフェーズを区別するために、タイミングの分散を使用してもよい。例えば、待ち受けセル１４は、待ち受け基地局１４のｈ番目のスーパーフレームについて、タイミング誤差ＶΔｔ_j(ｈ)、及び周波数誤差ＶΔｆ_j(ｈ)を、

によって算出してもよい。Ｔ_tがタイミングの閾値であり、式(２１)が満たされる場合、待ち受け基地局１４のタイミングは、位相捕捉のフェーズにある。それ以外の場合、待ち受け基地局１４のタイミングは、トラッキングのフェーズにある。

Ｔ_fが周波数の閾値であり、式(２２)が満たされる場合、待ち受け基地局１４の周波数は、位相捕捉のフェーズにある。それ以外の場合、待ち受け基地局１４の周波数は、トラッキングのフェーズにある。

図７は、本発明の同期処理及びセル識別処理を実行するために使用され得る、典型的な無線通信装置３００のブロック図を示す。図示した無線通信装置３００は、基地局１４又は移動局１６で構成されることが理解されよう。通信装置３００は、通信インタフェース３０２、プロセッサ３０４、及び記憶装置３０６を含む。通信インタフェース３０２は、ＯＦＤＭを使用する既知の標準規格に従って無線信号を送信及び受信する、任意の既知の無線インタフェースで構成され得る。プロセッサ３０４は、記憶装置３０６に格納されたプログラムに従って通信装置３００の動作を制御する。さらに、プロセッサ３０４は、上述の同期処理及びセル識別処理を実行する。当該プロセッサは、他のセルのタイミング及び周波数オフセットを平滑化することができる。瞬時的な推定値よりも信頼性が高い、他のセルの平滑化された推定値は、セル間の同期を改善するために使用され得る。

上記では、１つ以上の基地局１６に関連するタイミング、周波数オフセット、及び識別情報を決定する移動局１６に関して、本発明を説明している。当該移動局１６が、他の移動局１６に関連する識別情報を決定するための上述の技術をも使用し得ることは、理解されよう。

さらに、同期処理及びセル識別処理をさらに改善するためのプリアンブル２０とともに、チャネル推定用のパイロットも使用し得ることが、理解されよう。また、上記では、共通パイロット及び専用パイロットに関する同期処理及びセル識別処理を説明しているものの、専用パイロット２４の代わりに、共通パイロット２２とともにチャネル推定用のパイロットを使用し得ることが、理解されよう。

プリアンブル２０は、セル識別、セル内の同期、及びセル間の同期のための、新たな、かつ、改善した手段を提供し、簡易で、かつ周波数に多様性がある。より具体的には、プリアンブル２０は、セル間同期のために使用され得るため、従来のプリアンブルに対する改良である。また、プリアンブル２０は、周波数に多様性があるため、周波数選択性の悪影響を受けない。さらに、プリアンブル２０は、全てのセルの粗タイミングをサーチするために共通の符号を使用するため、マルチコードＰＮによる解決手法よりも低い複雑性を有する。最後に、プリアンブル２０と関連するバーカー符号化された繰り返しトレーニング系列は、ＷｉＦｉ用に使用されている従来の繰り返しトレーニング系列よりも、高いタイミングの分解能を有する。従って、本発明のプリアンブル２０は、先行技術に対して改善された解決手法を提供する。

本発明は、当然ながら、本発明の本質的な特徴から逸脱することなく、本明細書で具体的に説明した手段以外の手段によっても実行され得る。本実施形態は、あらゆる点で例示として考慮され、限定的するものではなく、添付した特許請求の範囲の意義及び均等の範囲内から生じる全ての変更は、本発明の範囲に包含されることを意図している。

Claims (67)

1. 無線ネットワークにおける信号を同期させる方法であって、
   複数の基地局で共通する共通パイロットと、送信基地局に固有の専用パイロットとを含む信号を、該送信基地局から受信するステップと、
   前記送信基地局に対する粗タイミングの推定値を決定するために、前記共通パイロットに基づいて粗同期を実行するステップと、
   前記送信基地局に対する精密タイミングの推定値を決定するために、前記専用パイロットに基づいて精密同期を実行するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 粗同期を実行する前記ステップは、
   前記共通パイロットに基づいて周期性メトリックを算出するステップと、
   前記周期性メトリックに基づいて前記粗タイミングの推定値を決定するステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記周期性メトリックを算出する前記ステップは、
   相関値を決定するために、受信した前記信号と当該信号自体との相関処理を実行するとともに、受信した前記信号と前記共通パイロットに関連付けられた既知の符号化系列との相関処理を実行するステップと、
   前記相関値に基づいて前記周期性メトリックを算出するステップと
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記粗タイミングの推定値を決定する前記ステップは、
   前記周期性メトリックを最大化する、粗タイミングの１つ以上の推定値を特定するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 精密同期を実行する前記ステップは、
   前記専用パイロットに基づいて部分的なタイミングの推定値を算出するステップと、
   前記部分的なタイミングの推定値と前記粗タイミングの推定値とに基づいて、前記精密タイミングの推定値を決定するステップと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記部分的なタイミングの推定値を算出する前記ステップは、
   前記専用パイロットにおける複数のパイロット・トーン間の位相差を決定するステップと、
   決定された前記位相差に基づいて前記部分的なタイミングの推定値を算出するステップと
   を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記精密タイミングの推定値を決定する前記ステップは、
   前記部分的なタイミングの推定値に基づいて前記粗タイミングの推定値を調整するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記共通パイロットに基づいて粗周波数オフセットを算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記粗周波数オフセットを算出する前記ステップは、
   相関値を決定するために、受信した前記信号と当該信号自体との相関処理を実行するとともに、受信した前記信号と前記共通パイロットに関連付けられた既知の符号化系列との相関処理を実行するステップと、
   前記相関値の位相を決定するステップと、
   前記相関値の前記位相に基づいて、前記粗周波数オフセットを算出するステップと
   を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記専用パイロットに基づいて精密周波数オフセットを算出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記精密周波数オフセットを算出する前記ステップは、
    前記専用パイロットに基づいて部分的な周波数オフセットを算出するステップと、
    前記部分的な周波数オフセットに基づいて前記精密周波数オフセットを決定するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記部分的な周波数オフセットを算出する前記ステップは、
    前記専用パイロットにおける同一のキャリヤ周波数を有する複数のパイロット・トーン間の位相差を決定するステップと、
    決定された前記位相差に基づいて前記部分的な周波数オフセットを算出するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記精密周波数オフセットを決定する前記ステップは、
    前記部分的な周波数オフセットを使用して前記粗周波数オフセットを調整するステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 待ち受けセルに関連する前記粗周波数オフセット及び前記精密周波数オフセットのうちの１つに基づいて、前記移動局の周波数を調整するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. １つ以上の隣接する基地局に関する前記粗周波数オフセット及び前記精密周波数オフセットのうちの１つを、待ち受けセルに報告するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. １つ以上の隣接する基地局に関する前記粗タイミングの推定値及び前記精密タイミングの推定値のうちの１つを、待ち受けセルに報告するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 前記専用パイロットのパイロット・トーンに基づいて基地局を識別するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 前記専用パイロットのパイロット・トーンに基づいて前記基地局を識別する前記ステップは、
    各基地局から受信される前記信号の前記専用パイロットに基づいて、１つ以上の基地局の各々について検出メトリックを決定するステップと、
    最大の検出メトリックを有する前記基地局を、前記移動局に関する待ち受け基地局として選択するステップと
    を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. １つ以上の基地局の各々について前記検出メトリックを平滑化するステップと、
    平滑化された前記検出メトリックに基づいて前記待ち受けセルを選択するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記専用パイロットに基づいて精密周波数オフセットを決定するステップと、
    前記精密周波数オフセットを平滑化するステップと、
    平滑化された前記精密周波数オフセットに基づいて、前記移動局の周波数を調整するステップと
    をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記検出メトリックに基づいて１つ以上の隣接する基地局を識別するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
22. １つ以上の基地局から信号を受信する、無線ネットワークにおける移動局であって、
    複数の基地局で共通する共通パイロットと、送信基地局に固有の専用パイロットとを含む信号を、該送信基地局から受信する送受信機と、
    前記共通パイロットに基づいて前記送信基地局に対する粗タイミングの推定値を決定するとともに、前記専用パイロットに基づいて前記送信基地局に対する精密タイミングの推定値を決定するプロセッサと
    を備えることを特徴とする移動局。
23. 前記プロセッサは、
    前記共通パイロットに基づいて周期性メトリックを算出し、
    前記周期性メトリックに基づいて前記粗タイミングの推定値を決定することによって、
    前記粗タイミングの推定値を決定することを特徴とする請求項２２に記載の移動局。
24. 前記プロセッサは、
    相関値を決定するために、受信した前記信号と当該信号自体との相関処理を実行するとともに、受信した前記信号と前記共通パイロットに関連付けられた既知の符号化系列との相関処理を実行し、
    前記相関値に基づいて前記周期性メトリックを算出することによって、
    前記周期性メトリックを算出することを特徴とする請求項２３に記載の移動局。
25. 前記プロセッサは、
    前記周期性メトリックを最大化する、粗タイミングの１つ以上の推定値を特定することによって、
    前記粗タイミングの推定値を決定することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
26. 前記プロセッサは、
    前記専用パイロットに基づいて部分的なタイミングの推定値を算出し、
    前記部分的なタイミングの推定値と前記粗タイミングの推定値とに基づいて、前記精密タイミングの推定値を決定することによって、
    前記精密タイミングを決定することを特徴とする請求項２２に記載の移動局。
27. 前記プロセッサは、
    前記専用パイロットにおける複数のパイロット・トーン間の位相差を決定し、
    決定された前記位相差に基づいて前記部分的なタイミングの推定値を算出することによって、
    前記部分的なタイミングの推定値を算出することを特徴とする請求項２６に記載の移動局。
28. 前記プロセッサは、前記部分的なタイミングの推定値に基づいて前記粗タイミングの推定値を調整することによって、前記精密タイミングの推定値を決定することを特徴とする請求項２６に記載の移動局。
29. 前記プロセッサは、前記共通パイロットに基づいて粗周波数オフセットを算出することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
30. 前記プロセッサは、
    相関値を決定するために、受信した前記信号と当該信号自体との相関処理を実行するとともに、受信した前記信号と前記共通パイロットに関連付けられた既知の符号化系列との相関処理を実行し、
    前記相関値の位相を決定し、
    前記相関値の前記位相に基づいて、前記粗周波数オフセットを算出することによって、
    前記粗周波数オフセットを算出することを特徴とする請求項２９に記載の移動局。
31. 前記プロセッサは、さらに、
    前記専用パイロットに基づいて精密周波数オフセットを算出することを特徴とする請求項２９に記載の移動局。
32. 前記プロセッサは、
    前記専用パイロットに基づいて部分的な周波数オフセットを算出し、
    前記部分的な周波数オフセットに基づいて前記精密周波数オフセットを決定することによって、
    前記精密周波数オフセットを算出することを特徴とする請求項３１に記載の移動局。
33. 前記プロセッサは、
    前記専用パイロットにおける同一のキャリヤ周波数を有する複数のパイロット・トーン間の位相差を決定し、
    決定された前記位相差に基づいて前記部分的な周波数オフセットを算出することによって、
    前記部分的な周波数オフセットを算出することを特徴とする請求項３２に記載の移動局。
34. 前記プロセッサは、前記部分的な周波数オフセットを使用して前記粗周波数オフセットを調整することによって、前記精密周波数オフセットを決定することを特徴とする請求項３２に記載の移動局。
35. 前記プロセッサは、さらに、
    待ち受けセルに関連する前記粗周波数オフセット及び前記精密周波数オフセットのうちの１つに基づいて、前記移動局の周波数を調整することを特徴とする請求項３４に記載の移動局。
36. 前記プロセッサは、さらに、
    １つ以上の隣接する基地局に関する前記粗周波数オフセット及び前記精密周波数オフセットのうちの１つを、待ち受けセルに報告することを特徴とする請求項３２に記載の移動局。
37. 前記プロセッサは、さらに、
    １つ以上の隣接する基地局に関する前記粗タイミングの推定値及び前記精密タイミングの推定値のうちの１つを、待ち受けセルに報告することを特徴とする請求項２２に記載の移動局。
38. 前記プロセッサは、さらに、
    前記専用パイロットのパイロット・トーンに基づいて基地局を識別することを特徴とする請求項２２に記載の方法。
39. 前記プロセッサは、
    各基地局から受信される前記信号の前記専用パイロットに基づいて、１つ以上の基地局の各々について検出メトリックを決定し、
    最大の検出メトリックを有する前記基地局を、前記移動局に関する待ち受け基地局として選択することによって、
    前記専用パイロットのパイロット・トーンに基づいて前記基地局を識別することを特徴とする請求項３８に記載の移動局。
40. 前記プロセッサは、さらに、
    １つ以上の基地局の各々について前記検出メトリックを平滑化し、
    平滑化された前記検出メトリックに基づいて前記待ち受けセルを選択することを特徴とする請求項３９に記載の移動局。
41. 前記プロセッサは、さらに、
    前記専用パイロットに基づいて精密周波数オフセットを決定し、
    前記精密周波数オフセットを平滑化し、
    平滑化された前記精密周波数オフセットに基づいて、前記移動局の周波数を調整することを特徴とする請求項４０に記載の移動局。
42. 前記プロセッサは、さらに、
    前記検出メトリックに基づいて１つ以上の隣接する基地局を識別することを特徴とする請求項３９に記載の移動局。
43. 基地局から伝送される、プリアンブルを有する信号であって、
    無線ネットワークにおける複数の基地局で共通の共通パイロットと、
    前記信号を送信する基地局に固有の専用パイロットと
    を含むことを特徴とする信号。
44. 前記共通パイロットは、バーカー符号化され、繰り返されたトレーニング系列を含むことを特徴とする請求項４３に記載の信号。
45. バーカー符号化され、繰り返された前記トレーニング系列は、等間隔の複数のパイロット・トーンを含むことを特徴とする請求項４４に記載の信号。
46. 前記複数のパイロット・トーンは、ランダムに位相変調されることを特徴とする請求項４５に記載の信号。
47. 前記専用パイロットは、前記信号を送信する前記基地局に固有の、一組のパイロット・トーンを含むことを特徴とする請求項４３に記載の信号。
48. 前記専用パイロットは、２つのシンボルを含み、
    前記一組のパイロット・トーンは、交互に配置されるパターンに従って前記２つのシンボルにわたって分散配置されることを特徴とする請求項４７に記載の信号。
49. 前記一組のパイロット・トーンは、隣接するパイロット・トーンから成る複数の組と、各シンボル内で交互に間隔があいた複数の単一のパイロット・トーンとを含むことを特徴とする請求項４８に記載の信号。
50. 前記信号は、ＯＦＤＭ信号から成ることを特徴とする請求項４３に記載の信号。
51. 無線ネットワークにおける基地局からプリアンブルを有する信号を送信する方法であって、
    無線ネットワークにおける複数の基地局で共通の共通パイロットを、前記プリアンブルの第１の部分として送信するステップと、
    専用パイロットを、前記プリアンブルの第２の部分として送信基地局に送信するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
52. 前記共通パイロットは、バーカー符号化され、繰り返されたトレーニング系列を含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
53. バーカー符号化され、繰り返された前記トレーニング系列は、等間隔の複数のパイロット・トーンを含むことを特徴とする請求項５２に記載の方法。
54. 前記共通パイロットの前記複数のパイロット・トーンをランダムに位相変調するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
55. 前記専用パイロットは、前記信号を送信する前記基地局に固有の、一組のパイロット・トーンを含むことを特徴とする請求項５１に記載の方法。
56. 前記専用パイロットは、２つのシンボルを含み、
    前記一組のパイロット・トーンは、交互に配置されるパターンに従って前記２つのシンボルにわたって分散配置されることを特徴とする請求項５５に記載の方法。
57. 前記一組のパイロット・トーンは、隣接するパイロット・トーンから成る複数の組と、各シンボル内で交互に間隔があいた複数の単一のパイロット・トーンとを含むことを特徴とする請求項５６に記載の方法。
58. 前記信号は、ＯＦＤＭ信号から成ることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
59. 無線ネットワークにおける、信号を移動局へ送信する基地局であって、
    前記無線ネットワークにおける複数の基地局で共通のシンボルを含む共通パイロットと、前記信号を送信する前記基地局に固有の専用パイロットとを含む、前記信号用のプリアンブルを生成するプロセッサと、
    前記信号とともに前記プリアンブルを前記移動局へ送信するための送受信機と
    を備えることを特徴とすることを特徴とする基地局。
60. 前記共通パイロットは、バーカー符号化され、繰り返されたトレーニング系列を含むことを特徴とする請求項５９に記載の基地局。
61. バーカー符号化され、繰り返された前記トレーニング系列は、等間隔の複数のパイロット・トーンを含むことを特徴とする請求項６０に記載の基地局。
62. 前記複数のパイロット・トーンは、ランダムに位相変調されることを特徴とする請求項６１に記載の基地局。
63. 前記専用パイロットは、前記信号を送信する前記基地局に固有の、一組のパイロット・トーンを含むことを特徴とする請求項５９に記載の基地局。
64. 前記専用パイロットは、２つのシンボルを含み、
    前記一組のパイロット・トーンは、交互に配置されるパターンに従って前記２つのシンボルにわたって分散配置されることを特徴とする請求項６３に記載の基地局。
65. 前記一組のパイロット・トーンは、隣接するパイロット・トーンから成る複数の組と、各シンボル内で交互に間隔があいた複数の単一のパイロット・トーンとを含むことを特徴とする請求項６４に記載の基地局。
66. 前記信号は、ＯＦＤＭ信号から成ることを特徴とする請求項５９に記載の基地局。
67. 前記送受信機は、前記移動局から同期情報を受信し、
    前記同期情報は、送信された前記プリアンブルに基づいて前記移動局によって導出され、
    前記プロセッサは、さらに、受信した前記同期情報に基づいて１つ以上の近隣の基地局のタイミングに対して、前記基地局のタイミングを同期させることを特徴とする請求項５９に記載の基地局。

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