JP4057111B2 - Cdma無線電話機におけるマッチド・フィルタを用いた高速パイロット・チャネル獲得方法および装置 - Google Patents
Cdma無線電話機におけるマッチド・フィルタを用いた高速パイロット・チャネル獲得方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にデジタル通信に関する。更に特定すれば、本発明は、符号分割多重アクセス(CDMA)セルラ電話システムのような、スペクトラム拡散通信システムにおけるパイロット・チャネル獲得方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
直接拡散符号分割多重アクセス(DS−CDMA:direct sequence code division multiple access )通信システムは、800MHzで動作するセルラ電話システム,および1800MHzのパーソナル通信システム(PCS)周波数帯域における使用のために提案された。DS−CDMAシステムでは、全セル内の全基地局が同一無線周波数を用いて通信を行う。基地局は、固有に割り当てられた拡散コードによって、システム内において個々に識別される。全基地局では、215ビット長の2つの指定された疑似ランダム・ノイズ(PN)シーケンスが用いられる。直交変調システムでは、一方のシーケンスはIチャネル・シンボルの同相(I)チャネル拡散に用いられ、他方はQチャネル・シンボルの直交(Q)チャネル拡散に用いられる。このシステムにおける移動局は、同じ2つの215ビット長拡散コードを有し、これらを用いてIチャネルおよびQチャネルの初期逆拡散を行う。
【0003】
IチャネルおよびQチャネル上で拡散を行う前に、送信用シンボルは、62次のアダマ−ル行列(a dimension-64 Hadamard matrix)の1行を用いて拡散される。これは、ウォルシュ・カバリング(Walsh covering)と呼ばれるプロセスである。呼においては、各移動局にはアダマ−ル・マトリクスの異なる行が使用されていると仮定し、基地サイトによって各移動局に固有のウォルシュ・コードが割り当てられ、所与のセル内の各移動局への送信が、1つ置きの移動局への送信に対して直交することを保証する。このようにして、基地局および移動局間の双方向通信のために、トラフィック・チャネルが確立される。
【0004】
トラフィック・チャネルに加えて、各基地局は、パイロット・チャネル,同期チャネル,およびページング・チャネルを同報通信する。パイロット・チャネルは、ウォルシュ・コード0によってカバーされる一定レベルの信号によって形成され、全てゼロで構成される。パイロット・チャネルは、範囲内の全移動局によって共通に受信され、移動局はこれを用いて、CDMAシステムの存在の確認,初期システム獲得,アイドル・モード・ハンドオフ,通信対象基地局および干渉基地局の初期電波(initial ray) および遅延電波(delayed ray) の識別,および同期チャネル,ページング・チャネル,およびトラフィック・チャネルのコヒーレントな復調を行う。
【0005】
全ての基地局は同一のPNシーケンスを用いてIチャネルおよびQチャネルを拡散するので、PNシーケンスに対する固有の開始位相を用いることによって、基地局は唯一に識別される。この開始位相のことを、開始時間または位相シフトとも呼ぶ。シーケンスは、毎秒1.2288メガチップのチップ・レートで生成されるので、26−2/3ミリ秒毎に繰り返す。最少時間分離(minimum time separations)は、64チップ長であり、基地局に合計512の異なるPNコード位相を割り当てることができる。他に許されている時間分離は、64チップに2の倍数を乗算した値である。
【0006】
移動局では、受信したRF信号は、近隣の全基地局からのパイロット・チャネル,同期チャネル,ページング・チャネル,およびトラフィック・チャネルを含む。移動局は、最も強いパイロット・チャネルを有する基地局からのパイロット信号を含む受信可能な全パイロット信号を識別しなければならない。従来の移動局では、相関器(correlator)を受信機のパイロット探索素子として用い、受信可能なパイロットのPN位相を直列的に探索していた。移動局が通信する基地局(群)のIチャネルおよびQチャネルの拡散PN位相がわかれば、当該基地局によって送信されるその他のコード・チャネル全てのコヒーレントな検出が可能となる。IチャネルおよびQチャネルの拡散PN位相が不正確な場合、残りのコード・チャネルを復調するためにこれを用いても、相関器からは出力が生成されない。
【0007】
IチャネルおよびQチャネルの拡散PNシーケンス位相空間は大きいので、従来技術の直列相関技法は、正しくパイロット信号エネルギを探し出すために、受け入れ難い程長い時間を要していた。最短でも、移動局の電源投入時に、強い信号で2.5秒を要する。受信可能なパイロットがない場合、15秒程度のシステム・タイム・アウトが発生するまで、移動局はIチャネルおよびQチャネルのPNシーケンスの位相空間全体を探索し続けることになる。次いで、移動局は他のRF周波数に移り、再びCDMAシステムを獲得しようとする。このため、可能なRFチャネルの割り当て時にはいつでも、CDMAパイロットが受信可能であるか否かを素早く確認することが重要となる。
【0008】
システム獲得における長時間の遅延は、殆どのユーザにとって不便であり望ましくないものである。ユーザは無線電話機をオンにすると、最短の遅延で、直ちに無線電話機が使用可能となることを期待する。2.5秒程度の遅延でさえも、多くのユーザには長過ぎであり、それよりも長い遅延が生じれば、例えば、緊急の「911」を呼び出す等、重大な結果をもたらしかねない。従来技術の方法では、全ての拡散PNシーケンス位相を相関付けるため、長い遅延は従来のDS−CDMA移動局には固有のものとなっている。
【0009】
従来技術のパイロット・チャネル探索方法では、更に、初期システム獲得の後も、パイロット・チャネルのその他の使用全般にわたって制限がある。典型的なDS−CDMA移動局受信機は、3つ以上の独立制御されるフィンガを有するレーキ受信機(rake receiver) を利用している。これらのフィンガは、受信機のパイロット位相探索素子によって決定されるパイロット・チャネル位相の知識を用いて、正しいPNシーケンス位相に時間整合される。レーキ・フィンガは通常、全通信基地局から受信される最も強い電波に割り当てられる。最も強い電波は、受信機のパイロット位相探索素子によって決定される。電波の割り当ては、パイロット位相探索素子の情報を用いて、保守プロセスにおいて更新される。パイロット位相探索素子が低速で、そのために最も強い電波をレーキ・フィンガに割り当てる保守動作も遅くなると、移動局の受信性能がフェーディング状態の下で低下する。
【0010】
アイドル・ハンドオフ(idle hand-off) は、パイロット検出素子によって識別された最も強いパイロットを有する基地局のページング・チャネルに注目し、これを聴取するプロセスである。移動局がページを受信する場合またはシステムにアクセスして発呼する場合、移動局が最も強い受信パイロットに関連する基地局からのページを聴取する、即ち、この基地局にアクセスを試みることは重要である。このためには、特に、移動局が移動中の場合には、高速のパイロット位相探索素子が必要となる。
【0011】
バッテリ給電式の携帯移動局では、ページを待機している間バッテリの充電量を保存することも重要である。DS−CDMAはスロット・モード(slotted mode)を備えており、携帯局に割り当てられたページング・スロット情報が基地局から送信されている期間を除いて、携帯局の給電を停止可能としている。ページング・スロット間隔を1.28秒程度に短くし、1.28秒に2のべき乗を乗算した期間、バッテリを更に節約することができる。これらの間隔の間、移動局は低電力モードで「休止」する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
移動局は、起動する毎に、20カ所もの基地局の可能な位相空間を探索しなければならないこともある。起動後にページング・スロットを確実に受信するためには、移動局は、適当な信号強度を与えている基地局を聴取していなければならない。移動局が移動中の場合、デコードすべき正しい基地局は、あるページング間隔から次のページング間隔の間に容易に変化する可能性がある。したがって、高速パイロット探索機構を有し、割り当てられたページング・スロットの開始前に正しい基地局のパイロットを識別することは非常に重要である。従来のパイロット探索機構を用いる場合、携帯局は、ページング・スロットよりもかなり前に起動し、PNシーケンスの位相空間を連続的に探索する十分な時間を与えなければならない。このため、スロット・モードで得ることができる潜在的なバッテリの節約は大部分が無効となる。
【0013】
従来技術の探索機構の低い処理能力は、移動局のソフト・ハンドオフ性能(soft handoff performance)にも影響を与える。トラフィック・チャネル上の呼において、従来技術のパイロット探索機構は、トラフィック・チャネルの最適な変調のために適正なレーキ・フィンガの割り当てを維持し、干渉する基地サイトを識別するために用いられる。干渉する基地サイトを発見した場合、これは、移動局から基地局に、ソフト・ハンドオフの候補として報告される。ソフト・ハンドオフとは、移動局が同時に1カ所以上の基地サイトと通信している、DS−CDMAシステムの状態のことである。移動局が移動中の場合、従来技術の探索機構は、時として、レーキ・フィンガの最適化または新たな強い干渉基地局の識別のいずれかが余りに遅く、過度な通信エラーや、おそらくは、RF障害構造に沿って角を曲がる場合に起こり得る、突然の強い干渉による呼の中断の原因となる。
【0014】
したがって、同期チャネル,ページング・チャネル,およびトラフィック・チャネルのコヒーレントな復調ならびにソフト・ハンドオフの目的のために、パイロット・チャネルを用いてのDS−CDMAシステムの存在の確認,初期システム獲得,アイドル・モード・ハンドオフ,スロット・モードのバッテリ節約,ならびに通信対象基地局および干渉基地局の初期電波および遅延電波の識別に対する移動局の性能向上を図った、高速かつ高精度のパイロット探索機構が必要とされている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、CDMA無線電話機において、マッチド・フィルタを用いて迅速にパイロット・チャネルを獲得する方法および装置を提供する。基地局およびその他の近隣の基地局からの受信可能な全送信のパイロット・エネルギを捕獲するマッチド・フィルタを含む受信探索子を用いて、CDMA通信システムの無線電話機の処理能力を強化し、迅速にパイロット・チャネルを獲得する。検出されたPNシーケンスは、無線電話機に格納されている所定のPNシーケンスと比較される。所定のPNシーケンスは、例えば、同相チャネルおよび直交位相チャネルを拡散するために用いられる短いPNシーケンスにおける最後の512チップを含む。
【0016】
新規であることを確信する本発明の特徴は、特許請求の範囲に特定して記載されている。本発明、ならびにその目的および利点は、添付図面に関連付け以下の説明を参照することによって、最良に理解することができよう。尚、図面では、同様の参照番号が同一素子を識別するために用いられている図がある。
【0017】
【発明の実施の形態】
まず図1を参照すると、通信システム100は、無線電話機104のような1台以上の移動局と無線通信するように構成された、基地局102のような複数の基地局を含む。無線電話機104は、直接拡散符号分割多重化アクセス(DS−CDMA)信号の受信および送信を行い、基地局102を含む複数の基地局と通信するように構成されている。図示の実施例では、通信システム100は、TIA/EIAインターリム規格IS−95、"Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System" に準拠し、800MHzで動作する。あるいは、通信システム100は、1800MHzのPCSシステムを含む、他のDS−CDMAシステムに準拠して動作することも可能である。
【0018】
基地局102はスペクトラム拡散信号を無線電話機104に送信する。トラフィック・チャネル上のシンボルは、ウォルシュ・カバリングとして知られているプロセスにおいて、疑似ランダム・ノイズ(PN)ウォルシュ・コードを用いて拡散される。無線電話機104のような各移動局には、基地局102によって固有のウォルシュ・コードが割り当てられており、各移動局に対するトラフィック・チャネルの送信は、1つ置きの移動局に対するトラフィック・チャネルの送信に対して直交となる。拡散信号は直交変調され、同相(I)信号および直交位相(Q)信号を形成する。I信号およびQ信号は各々、長さが215ビットの指定された2つのPNシーケンスを用いて拡散される。通信システム100内の全基地局によって、同一のI拡散シーケンスおよびQ拡散シーケンスが用いられる。
【0019】
トラフィック・チャネルに加えて、基地局102は、パイロット・チャネル,同期チャネルおよびページング・チャネルも同報通信する。パイロット・チャネルは、ウォルシュ・コードによってカバーされる一定レベル信号によって形成され、全てゼロで構成される。パイロット・チャネルは、範囲内にある全移動局によって共通に受信され、無線電話機104がこれを用いて、CDMAシステムの存在確認,初期システム獲得,アイドル・モード・ハンドオフ,通信対象基地局および干渉基地局の初期電波および遅延電波,ならびに同期チャネル,ページング・チャネル,およびトラフィック・チャネルのコヒーレント復調を行う。同期チャネルは、移動局のタイミングを基地局のタイミングに同期させるために用いられる。ページング・チャネルは、基地局102から無線電話機104を含む移動局にページング情報を送るために用いられる。
【0020】
全ての基地局は同一のPNシーケンスを用いてIチャネルおよびQチャネルを拡散するので、通信システム内の基地局102および全基地局は、固有の開始位相を用いることによって、個々に識別される。この開始位相のことを、IおよびQのPNシーケンスの開始時間または位相シフトとも呼ぶ。シーケンスは、毎秒1.2288メガチップのチップ・レートで生成され、したがって26−2/3ミリ秒毎に繰り返す。許される最少時間分離は64チップであり、合計で512の異なるPNコード位相の割り当てが可能である。拡散IチャネルおよびQチャネルは無線周波数(RF)キャリアを変調し、基地局102が担当する地理的領域内にある、無線電話機104を含む全移動局に送信される。
【0021】
無線電話機104は、アンテナ106,アナログ・フロント・エンド108,アナログ/デジタル変換器(ADC)110,レーキ受信機112および受信探索子114を含む受信経路,コントローラ116,ならびに送信路回路118およびデジタル/アナログ変換器120を含む送信経路から成る。アンテナ106は基地局102および近隣にある他の基地局からRF信号を受信する。受信したRF信号の内いくつかは直接送信される。即ち、基地局によって送信される見通し電波(line of sight rays)である。他の受信RF信号は反射電波であり、時間的に遅延している。
【0022】
受信RF信号は、アンテナ106によって電気信号に変換され、アナログ・フロント・エンド108に供給される。アナログ・フロント・エンド106はこれらの信号を濾波し、ベースバンドIおよびQ信号への変換を行う。アナログ・ベースバンドIおよびQ信号はADC110に供給され、これらをIおよびQデジタル・データのストリームに変換し、更に処理を行う。
【0023】
レーキ受信機112は、受信フィンガ122,受信フィンガ124および受信フィンガ126を含む、複数の受信フィンガを有する。図示の実施例では、レーキ受信機112は3つの受信フィンガを含む。しかしながら、適切な数であれば、受信フィンガはいくつでも使用可能である。受信フィンガは従来の設計通りである。以下で説明するように、レーキ受信機112の受信フィンガは、コントローラ116によって制御される。コントローラ116は、メモリ132およびクロック134を含む。クロック134は、無線電話機104のタイミングを制御する。例えば、クロック134はチップ・クロック信号を確立し、無線電話機104全体における受信PNシーケンスの処理タイミングを制御する。チップ・クロック信号は、チップ・レートの2倍とすることが好ましい。
【0024】
受信探索子114は、基地局102を含む複数の基地局から無線電話機104によって受信されるパイロット信号を検出する。本発明によれば、受信探索子114は、マッチド・フィルタ128およびメモリ130を含む。マッチド・フィルタ128は、ADC110から受信した検出IおよびQのPNシーケンスを、メモリに格納されている所定のPNシーケンスと比較し、応答を生成する。好適実施例では、所定のPNシーケンスがメモリ130に格納されている。
【0025】
マッチド・フィルタ128はADC110からIおよびQデータ・ストリームを受信する。データは、基地局102から受信した拡散直交変調信号に対応し、直接受信した電波即ち初期電波、および時間遅延を有する反射電波を含む。加えて、このデータは、通信システム100内にある他の基地局から受信した、直接および反射拡散直交変調信号にも対応する。データは、基地局102および他の善基地局においてIチャネルおよびQチャネルの拡散を行うために用いられるPNシーケンスを含む。
【0026】
マッチド・フィルタ128は、検出したIおよびQPNシーケンスを、所定のPNシーケンスと比較する。所定のPNシーケンスは、全基地局においてIチャネルおよびQチャネルを拡散する際に用いられる215要素の短いPNシーケンスの一部に対応する。無線電話機104は、メモリ130またはメモリ132のような記憶素子を含み、PN値の固定パターンを格納する。所定のPNシーケンスは、この固定パターンを含む。一実施例では、この固定パターンは、例えば、短いPNシーケンスのような、所定数のPNシーケンスのチップ、例えば、PNシーケンスの最後の512チップを含む。他の実施例では、コントローラ116は可変パターンを受信探索子114に供給する。可変パターンは、PNシーケンスの最後の512チップのような、所定数のPNシーケンスのチップから成る。
【0027】
図示の実施例では、パイロット信号は、同相(I)シンボルおよび直交位相(Q)シンボルを含むパイロット信号の各々によって、直交変調される。Iシンボルは、IPNシーケンスを用いて拡散され、QシンボルはQPNシーケンスを用いて拡散される。したがって、マッチド・フィルタ128は、検出したIPNシーケンスおよび格納されているIPNシーケンスを比較するIフィルタ140,ならびに検出したQPNシーケンスおよび格納されているQPNシーケンスを比較し、応答を生成するQフィルタ142を含む。一実施例では、格納されているIPNシーケンスの一部は第1固定パターンから成り、記憶されているQPNシーケンスの一部は第2固定パターンから成る。例えば、第1固定パターンは、IPNシーケンスの最後の512チップから成り、第2固定パターンはQPNシーケンスの最後の512チップからなる。これは、215要素の短いPNシーケンスと同様である。
【0028】
Iフィルタ140およびQフィルタ142は、各々応答を生成する。Iフィルタ140およびQフィルタ142の応答のいずれかまたは双方は、マッチド・フィルタ128の応答として用いることができる。双方の応答を用いると、マッチド・フィルタ128の応答の質が向上する。図示の実施例では、加算素子144が、Iフィルタ140の応答およびQフィルタ142の応答を結合し、マッチド・フィルタ128の応答を生成する。応答が所定のスレシホルドを上回らない場合、比較器146がこの応答を抑制する。例えば、CDMAシステムがない場合またはノイズのみがある場合でも、マッチド・フィルタ128は連続して応答を生成する。スレシホルドを所定値に設定し、無意味の入力シンボルが受信された場合に、メモリ130に応答が格納されるのを防止する。
【0029】
マッチド・フィルタ128は、検出されたPNシーケンスおよび所定のPNシーケンスの比較に対する応答を与える。この応答は、例えば、メモリ130またはメモリ132に格納される。図示の実施例では、応答は二重バッファ(double buffer) される。即ち、応答が決定されると、マッチド・フィルタ128はその応答を(メモリ130のような)第1のメモリ位置集合に格納する。コントローラ116は、格納されている応答を、(メモリ132のような)第2のメモリ位置集合から読み出す。各メモリは、26−2/3msの応答値を含む。各26−2/3msの探索期間の後、第1のメモリ位置集合の内容は第2のメモリ位置集合に転送され、第1のメモリ位置集合の内容は新しいデータで上書きされる。
【0030】
以下で更に詳細に論ずるが、コントローラ116およびマッチド・フィルタ128を含む受信探索子114は、同期チャネル,ページング・チャネル,およびトラフィック・チャネルのコヒーレントな復調ならびにソフト・ハンドオフの目的のために、パイロット・チャネルを用いてのDS−CDMAシステムの存在の確認,初期システム獲得,アイドル・モード・ハンドオフ,スロット・モードでのバッテリ節約,ならびに通信対象基地局および干渉基地局の初期電波および遅延電波の識別のために用いられる。
【0031】
コントローラ116は、前述の応答に基づいて、DCS−CDMA信号の存在を判定する。また、図示の実施例では、コントローラ116は、応答に基づいて最も強いDS−CDMAパイロット信号を識別するように構成されている。コントローラ116は、最も強いDS−CDMAパイロット信号によって識別された基地局と通信を開始する。
【0032】
図示の実施例では、無線電話機は、周期的にアクティブ・モードによって中断される、低電力モード(休止モード(sleep mode)またはスロット・モード・バッテリ節約とも呼ばれる)に維持される。コントローラ116は、アクティブ・モードに入ると、応答に基づいて最も強いDS−CDMAパイロット信号を識別する。
【0033】
用途によっては、無線電話機104は、初期電波および反射電波即ち時間遅延電波の双方を受信する領域にいる場合がある。図示の実施例の受信探索子114は、基地局から発した1つ以上の電波を検出するように構成されている。コントローラ116は、応答に応じて1つ以上の最も強い電波を識別し、この1つ以上の最も強い電波に、レーキ受信機112の各受信フィンガを割り当てる。また、コントローラ116は、応答に基づいて、ある基地局からの最も強い電波を識別するように構成されている。コントローラ116は、レーキ受信機112の受信フィンガを最も強い電波に割り当てる。続いて、同一の応答から、コントローラ116は基地局からの0本以上の強い電波を識別し、この0本以上の強い電波に、0個以上の各受信フィンガを割り当てる。
【0034】
他の用途では、無線電話機104は、1カ所よりも多い基地局からパイロット・チャネル・エネルギを受信する領域に位置する。受信探索子114は、複数のパイロット信号を同様の複数の基地局から検出するように構成され、コントローラ116は応答に基づいて2つ以上の最も強いパイロット信号を識別する。コントローラ116は、レーキ受信機112の各受信フィンガを、2本以上の最も強い電波に割り当て、トラフィック・チャネル上にある間、ソフト・ハンドオフを制御する。
【0035】
次に図2を参照する。図2は、システム獲得の間、図1のCDMA通信システム100を動作させる方法を示すフロー・チャートである。この方法はステップ200から開始する。ステップ202において、無線電話機104の動作を開始する。例えば、無線電話機104への動作電力をオンにするか、あるいはいずれかの方法で無線電話機104を通信システム100に加入させる。この時点で、無線電話機104はシステムの識別および獲得を行おうとする。
【0036】
ステップ204において、無線電話機104はRFチャネルに同調する。アナログ・フロント・エンド108を用いて、特定のRFチャネルを選択する。RFチャネルは、IS−95のようなシステム・プロトコルに準拠して、通信システム100によって予め規定しておくことができる。あるいは、RFチャネルは、1800MHz周囲で動作する多くのPCSシステムの場合のように、1つ以上の周波数範囲のどこかに位置付ければよい。
【0037】
ステップ206において、受信探索子114はPNの整合を求める。受信探索子114は、コントローラ116の制御の下で、ADC110が供給する受信データ・ストリームを検査する。データは、基地局102のような1カ所以上の基地局から受信した拡散RF信号に対応する検出PNシーケンスを含む。マッチド・フィルタ128は、検出PNシーケンスを所定のPNシーケンスと比較し、応答を生成する。この応答は、メモリ130またはメモリ132、あるいは別のどこかに格納すればよい。所定のPNシーケンスは、無線電話機104の、例えば、メモリ130またはメモリ132に保持されている。所定のPNシーケンスは、例えば、512チップ長である。マッチド・フィルタ128は、所定の時間内に、受信可能な全基地局からの送信のパイロット・エネルギを捕獲する。通信システム100のようなIS−95DS−CDMA通信システムに好適な所定の時間は、26−2/3ミリ秒であり、これはIチャネルおよびQチャネルを拡散する際に用いられるPNシーケンスの全位相の繰り返しに必要な時間である。マッチド・フィルタ128は、IチャネルまたはQチャネルのいずれかを検査すればよい。あるいは、マッチド・フィルタ128は、Iチャネル用にIチャネル・マッチド・フィルタ,およびQチャネル用にQチャネル・マッチド・フィルタを含み、2つのマッチド・フィルタの出力を結合して、精度向上を図ることも可能である。
【0038】
ステップ208において、無線電話機104は、DS−CDMAシステムが存在するか否かについて判定を行う。コントローラ116は、マッチド・フィルタ128が生成した応答を検査する。DS−CDMAシステムが存在する場合、応答は、無線電話機104の付近にある基地局の位相に対応する強い整合指示を含む。応答は整合集合(match set) を含むこともある。これは、緊密にクラスタ化(clustered) された2つ以上の強い整合指示である。これらの強い整合指示は、単一の基地局から時間的に遅れて受信された多数の強い電波に対応する。整合集合は、25チップのように、互いの予め規定したチップ距離(即ち、時間)内にある。単一の強い整合指示または整合集合が存在することは、DS−CDMAが存在することを示す。
【0039】
DS−CDMAが存在しない場合、ステップ210において、無線電話機104は、全てのRFチャネルを使い果たしたか否かについて判定を行う。DS−CDMAシステムによっては、システム獲得のために2本以上のRFチャネルを予め規定している場合もある。CDMAエネルギに対して全てを検査していない場合、ステップ212において、無線電話機104を別のRFチャネルに同調させ、制御はステップ206に戻り、マッチド・フィルタ128によるパイロット信号の検出を行う。
【0040】
ステップ210において全RFチャネルを使い果たしていた場合、ステップ214において、無線電話機104がマルチモード無線機であるか否かについて判定を行う。用途によっては、無線電話機104は、通信システム100のようなDS−CDMAシステム以外のシステムにおいて動作するために必要な回路を含む場合もある。他に可能性のあるシステムには、AMPS(Advanced Mobile Phone system :先進移動電話システム) ,GSM(Global System for Mobile communication :移動通信用全地球システム) システム,North American Digital Cellular (北アメリカ・デジタル・セルラ)またはJapan Digital Cellular(日本デジタル・セルラ)システムのようなTDMA(時分割多重アクセス)システム,Iridium, LLCによって提案されたIridium システムのような衛星システム,またはDECT(Digital Extended Cordless Telephone:デジタル拡張コードレス電話) やPHS(Personal Handyphone System :パーソナル・ハンディフォン・システム) のようなコードレス・システムが含まれる。無線電話機104がマルチモード無線機ではない場合、制御はステップ204に戻り、CDMAシステムの探索を続ける。あるいは、この方法は、タイム・アウトを設けたり、さもなければ終了させることによって無線電話機104内のバッテリ電力を保存する。無線電話機104がマルチモード無線機である場合、ステップ216において、無線電話機104は、DS−CDMAシステム以外のシステムを探し出そうとする。
【0041】
ステップ208において、無線電話機器104が、CDMAシステムが存在すると判定した場合、コントローラ116は、最も強い電波または最も強い整合集合のいずれかに、受信フィンガを割り当てる。単一の電波が識別された場合、受信フィンガ122のような単一の受信フィンガがこの電波に割り当てられ、この電波を受信する。多数の電波が識別された場合、受信フィンガ122および受信フィンガ124のように多数の受信フィンガがこれらの電波に割り当てられ、これらの電波を受信する。
【0042】
ステップ220において、無線電話機104は同期チャネルを検出し、システム同期を獲得する。同期チャネルに応答して、無線電話機104のタイミングを、この同期チャネルを送信した基地局のタイミングに同期させる。ステップ222において、無線電話機104は、この基地局によって同報通信されたページング・チャネルを獲得する。ページング・チャネルは、基地局と通信する全移動局を対象とする、システム・パラメータ・メッセージと呼ばれるシステム情報を含む。また、ページング・チャネルは、ページまたは無線電話機104に送出される他の情報を含む場合もある。ステップ224において、システム・パラメータ・メッセージ内のデータが格納され、ステップ226において無線電話機104はアイドル・モードに入る。アイドル・モードでは、無線電話機は、基地局から受信した1つ以上の電波を含むRF信号を監視し、ページング・チャネルを受信する目的のために、最も強い受信電波に受信フィンガを割り当てる。
【0043】
次に図3を参照する。図3は、アイドル・モードの間、図1のCDMA通信システムを動作させる方法を示すフロー・チャートである。この方法はステップ300から開始する。
【0044】
ステップ302において、受信探索子114は、ADC110から供給された受信データ・ストリームにおいてPNの整合を求める。図示の実施例では、受信探索子114は、26−2/3ミリ秒に等しい時間、受信データ・ストリームをマッチド・フィルタ128に印加する。この時間は、IチャネルおよびQチャネルを拡散する際に用いられるPNシーケンスの全位相の繰り返しに要する時間である。マッチド・フィルタ128は、受信データ・ストリーム内の検出PNシーケンスを所定のPNシーケンスと比較し、比較結果を応答として格納する。この応答はメモリ130またはメモリ132に格納される。応答は断続的に更新されるので、二重バッファするとよい。即ち、マッチド・フィルタ128が現探索からの応答をあるメモリ位置集合に書き込み、コントローラ116が別のメモリ位置集合から最新の探索からの応答を読み出す。受信探索子114の動作は連続的であり、図3に示す方法の残りの部分の動作とは独立している。
【0045】
ステップ304において、コントローラ116は、格納されている応答を検査する。コントローラは、格納されている応答に応答して、受信フィンガ122,受信フィンガ124および受信フィンガ126を含む複数の受信フィンガを制御する。即ち、コントローラ116は、最新の探索応答の最も強い整合集合に受信フィンガを割り当てる。整合集合は、単一の基地局から送信された1つ以上の最も強い電波を含む場合もある。
【0046】
ステップ306において、無線電話機104は、基地局から同報通信されたページング・チャネルを受信する。ステップ308において、無線電話機104は、このページング・チャネルが無線電話機104に宛てたページを含むか否かについて判定を行う。含む場合、ステップ310において、無線電話機104はアクセス状態に入り、基地局との双方向通信を開始する。かかる動作は、通信システム100を制御する、IS−95のような通信プロトコルに準拠するものである。ページング・チャネルが無線電話機104に宛てたページを含まない場合、ステップ312において、無線電話機104は、このページング・チャネルが、システムを制御するための新たなパラメータを含むか否かについて判定を行う。含む場合、ステップ314において、パラメータを無線電話機104に格納し、制御はステップ316に進む。新たなパラメータがページング・チャネルに含まれていない場合、制御は直接ステップ316に移行する。
【0047】
ステップ316において、無線電話機104は、休止モードに入るべきか否かについて判定を行う。休止モードは、バッテリの消費を低減することによりバッテリの長寿命化を図るための低電力モードである。休止モードでは、アナログ・フロント・エンド108,ADC110,レーキ受信機112,送信路回路118およびDAC120(図1)のような、高電力回路素子には給電を停止する。無線電話機104が休止モードに入るべきでない場合、制御はステップ304に戻り、コントローラ116は、受信探索子114によって格納された最新の探索応答を再度検査し、それにしたがって受信フィンガを割り当てる。その他の場合、ステップ318において、無線電話機104は所定時間休止モードに入る。IS−95によれば、休止モードは1.28秒間、またはその2のべき乗の倍数だけ続く。
【0048】
ステップ320において、無線電話機104は、休止モードから出るべきか否かについて判定を行う。休止タイマは、休止モードの持続時間を計時するように維持される。タイマが終了した場合、制御はステップ322に移行し、無線電話機104は、アナログ・フロント・エンド108、ならびにADC110,レーキ受信機112および受信探索子114を含む受信経路を起動する。これらの素子は、電力をこれらに供給することによって、「起動(wakened) 」する。次に、制御はステップ302に移り、受信探索子114はパイロット・エネルギを探し出そうとする。未だ休止モードから出る時間ではない場合、制御はステップ318に戻り、無線電話機114は休止モードに留まる。
【0049】
図4は、呼モードの間の、図1のCDMA通信システム100の動作を示すフロー・チャートである。呼モードでは、無線電話機104および基地局102はトラフィック・チャネルを用いて双方向通信を行っている。加えて、無線電話機104は、近隣にある他の基地局のパイロット信号を監視し、強いパイロット信号を有する基地局を報告することにより、ソフト・ハンドオフのプロセスを開始しようとしている。ソフト・ハンドオフでは、無線電話機は1カ所以上の基地局と通信する。システムはパイロット信号強度報告を用いて、ソフト・ハンドオフを設定すべきか、維持すべきかまたは解除(tear down) すべきかについて判定を行う。
【0050】
この方法はステップ400から開始する。ステップ402において、無線電話機104は、呼モードに入り、基地サイトと双方向通信を行う。
【0051】
ステップ404およびステップ406は連続的に、かつ本方法の残りの部分とは独立して行われる。ステップ404において、受信探索子114はマッチド・フィルタ128を用いて、ADC110からのデータ・ストリーム内に受信されている検出PNシーケンス、および無線電話機104に格納されている所定のPNシーケンス間の整合を調べる。ステップ406において、マッチド・フィルタ128の応答がメモリ130またはメモリ132に格納される。図示の実施例では、26−2/3msの持続時間の応答が二重バッファされ、マッチド・フィルタ128は現探索結果を第1のメモリ位置集合に格納し、コントローラ116は直前の探索結果を第2のメモリ位置集合から読み出す。
【0052】
ステップ408において、コントローラ116はマッチド・フィルタ128によって生成された応答を読み出し、無線電話機104と現在通信中の基地局からの最も強い整合集合に、レーキ受信機112のレーキ・フィンガを割り当てる。この決定は、主に、マッチド・フィルタ128によって格納されたパイロット・チャネル・エネルギの記録にしたがって行われる。一例では、無線電話機104は単一の基地局と通信し、この基地局からの単一の強い電波を受信する。その場合、受信フィンガ122のような単一の受信フィンガのみがその電波に割り当てられる。他の例では、無線電話機104は単一の基地局と通信しているが、この基地局から複数の電波を受信する。その場合、電波がトラフィック・チャネルの検出に使用可能なエネルギを与える限り、多数の受信フィンガが多数の電波に割り当てられる。更に他の例では、無線電話機104は第1基地局から1つ以上の電波を受信し、第2基地局からも1つ以上の電波を受信する。その場合、無線電話機104は、第1基地局からの最も強い整合集合および第2基地局からの最も強い整合集合に受信フィンガを割り当てる。
【0053】
ステップ410において、無線電話機104は、無線電話機104が未だ通信していない他の基地局から他の強い整合があるか否かについて判定を行う。即ち、無線電話機104は、受信した電波の強度が、他の基地局との可能なソフト・ハンドオフを保証する程に十分であるか否かについて判定を行う。否定の場合、制御はステップ408に戻り、コントローラ116による受信フィンガの保守を行う。他の基地局からの強い整合がある場合、ステップ412において、無線電話機104は、無線電話機104におけるパイロット信号の受信信号強度を示すパイロット強度メッセージを送る。また、無線電話機104が通信している基地サイトからの永続的な弱い応答も、パイロット強度メッセージ内で報告される。パイロット強度メッセージは、通信システム100がソフト・ハンドオフの制御を行うために用いる。続いて、制御はステップ408に戻り、コントローラ116による受信フィンガの保守が行われる。
【0054】
図5は、図1のマッチド・フィルタ128の別の実施例のブロック図である。受信探索子114がPNの整合(図2、ステップ206)を求める場合、512チップの整合が不正確な応答を与える可能性がある。これが発生する可能性があるのは、受信機104が同調しているRF周波数が、基地局(群)によって送信されるRF周波数から余りに離れている場合である。
【0055】
周波数に同調するために、無線電話機104のような無線機は、従来通りにクリスタル発振器を含む。クリスタル発振器は所定周波数の出力信号を供給し、これを用いてアナログ・フロント・エンド108を同調させる。しかしながら、クリスタル発振器の出力周波数は、温度や経年変化のようなファクタによって変動する。このために同調精度の低下を招く可能性があるので、この変動を補償するための技法が開発された。その一例は、無線電話機104および基地局102間で通信が開始された後に、例えば、基地局102からの既知の周波数を有する受信信号に同期させることによって補償するというものである。CDMAシステム獲得の前に、受信機104はそれ自体のクリスタル発振器の周波数精度を有するに過ぎない。この精度は、温度および経年変化の変動を含み、典型的に2.5ppmである。例えば900MHzでは、周波数のずれの最大値は2250Hzである。この精度では、無線電話機104における同調受信周波数および基地局102における送信周波数間で周波数のずれを起こす可能性がある。
【0056】
周波数のずれは、その周波数のずれに等しい割合で変調の位相回転が生じる原因となる。180度の位相回転があると、+1の値を有して送信されるチップは、−1の値を有して受信されることになる。したがって、従来の探索方法においてチップを加算する場合、またはマッチド・フィルタを用いる場合、加算および整合可能な連続チップ数には、実際上限界がある。
【0057】
2250Hzの周波数ずれがある場合、111.1ミリ秒で90度の位相回転が生ずる。IS−95を基本とするシステムにおけるチップは、時間長が0.8138ミリ秒である。したがって、111.1ミリ秒では136.5回チップが発生するので、位相のコヒーレンスを維持しつつ安全に加算または整合が可能なのは136チップである。
【0058】
512チップを整合すべき場合、90度の位相回転に対する最大の周波数ずれは600Hzである。この要件は、CDMAシステムの獲得、および受信機104の同調周波数を基地局の送信周波数に固定した後では、容易に満たすことができる。しかしながら、システム獲得の前では、600Hzより大きな周波数ずれがある場合に512チップの整合応答精度を得るには、他の手段が必要となる。図5では、Iフィルタ140は、マッチド・フィルタ502,マッチド・フィルタ504,マッチド・フィルタ506およびマッチド・フィルタ508を含む、多数のマッチド・フィルタから成る。同様に、Qフィルタ142も、マッチド・フィルタ510,マッチド・フィルタ514,マッチド・フィルタ516およびマッチド・フィルタ518を含む、多数のマッチド・フィルタから成る。各集合の最初のマッチド・フィルタ、即ち、Iフィルタ140のマッチド・フィルタ502およびQフィルタ142のマッチド・フィルタ510は、入力がADC110に結合され、IPNシーケンスおよびQPNシーケンスをそれぞれ受信する。各集合内の後続のマッチド・フィルタは、各々、直前のマッチド・フィルタの出力に入力が結合され、検出されたPNシーケンスを後の時点で受信し、整合を行う。
【0059】
各マッチド・フィルタは、検出されたPNシーケンスの一部および所定のPNシーケンスを比較し、各応答を生成する。各マッチド・フィルタは、それぞれの出力が加算素子520に結合されている。加算素子520は、各フィルタの応答を結合し、総合的な応答を生成する。この総合的な応答をメモリ522に格納する。
【0060】
図示の実施例では、Iフィルタ140およびQフィルタ142は各々4つのマッチド・フィルタから成る。勿論、ハードウエアの複雑性の受容レベル,整合すべきチップ数,およびその他のファクタにしたがって、あらゆる数のマッチド・フィルタでも備えることができる。4つのマッチド・フィルタを備え512チップの整合を行う場合、検出されたIPNシーケンスの内最初に受信された128チップはマッチド・フィルタ508において整合し、IPNシーケンスの内2回目に受信された128チップはマッチド・フィルタ506において整合し、IPNシーケンスの内3回目に受信された128チップはマッチド・フィルタ504において整合し、IPNシーケンスの内最後に受信された128チップはマッチド・フィルタ502において整合する。同様に、検出されたQPNシーケンスの内最初に受信された128チップはマッチド・フィルタ518において整合し、QPNシーケンスの内2回目に受信された128チップはマッチド・フィルタ516において整合し、QPNシーケンスの内3回目に受信された128チップはマッチド・フィルタ514において整合し、QPNシーケンスの内最後に受信された128チップはマッチド・フィルタ510において整合する。受信されたチップは、例えば、チップ・クロック信号を用いて、マッチド・フィルタ全てに順次送り込む。各クロック時間において、加算素子520はメモリ522に応答を供給する。したがって、マッチド・フィルタは、チップ整合長が短い多数のマッチド・フィルタに分割され、600Hzよりも大きい周波数ずれがあっても、512チップの整合応答精度が得られる。
【0061】
過度の周波数ずれがあっても、例えば、512チップの整合応答特性を維持するための第2の代替実施例は、更に短いチップ長のマッチド・フィルタを用い、連続する26−2/3ミリ秒のPNシーケンス時間からの出力を結合するというものである。例えば、図1に示す実施例を再び参照するが、この代替実施例を用いて512チップの整合を行うために、Iフィルタ140およびQフィルタ142の各々の長さを128チップとする。第1の26−2/3ミリ秒のPNシーケンス時間の間、第1の128チップが各フィルタによって整合され、その応答が格納される。第2の26−2/3ミリ秒のPNシーケンス時間の間、第2のチップが各フィルタによって整合され、その応答が格納されるか、あるいは第1の応答と結合される。続いて、第3および第4の128チップが整合され、それらの応答が第1および第2の応答と結合され、総合的な応答を生成する。
【0062】
このように、マッチド・フィルタは、所定数の連続整合処理からの応答を結合し、総合的な応答を生成する。
【0063】
第2の代替実施例は、図5に示した実施例の精度と同様の精度を提供する。第2の代替実施例は、ハードウエアの複雑性を軽減するが、整合には約4倍の時間、即ち、4x26−2/3ミリ秒=106−2/3ミリ秒を要する。この処理能力でも、CDMAシステム獲得の初期プロセスの間であれば満足できるものである。
【0064】
以上の説明からわかるように、本発明は、移動局におけるマッチド・フィルタを用いた高速パイロット・チャネル獲得方法および装置を提供する。受信探索子114はマッチド・フィルタ128を含み、検出されたPNシーケンスを所定のPNシーケンスと比較し、比較結果を格納する。比較は、IチャネルおよびQチャネルに対する基地局のPNシーケンスの繰り返しレートに対応する、26−2/3ms毎に完了することができる。比較は、移動局における他のプロセスには独立して、連続的に繰り返される。このプロセスを用いると、26−2/3msの探索時間以内に、CDMAエネルギを確実に検出し受信フィンガを割り当てることができるので、従来の受信探索子では必要であった探索時間を大幅に短縮するという効果がある。また、このプロセスは、アイドル・モード・ハンドオフ,スロット・モード動作およびソフト・ハンドオフの間、パイロット・チャネル探索時間を短縮することによって、移動局の処理能力を改善するという効果もある。
【0065】
以上、本発明の特定実施例について示しかつ説明したが、修正も可能である。したがって、本発明の真の精神および範囲に該当するかかる変更および修正は全て、特許請求の範囲に含まれることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】CDMA通信システムのブロック図。
【図2】システム獲得における図1のCDMA通信システムの動作を示すフロー・チャート。
【図3】アイドル・モードにおける図1のCDMA通信システムの動作を示すフロー・チャート。
【図4】呼モードにおける図1のCDMA通信システムの動作を示すフロー・チャート。
【図5】図1のマッチド・フィルタの別の実施例のブロック図。
【符号の説明】
100 通信システム
102 基地局
104 無線電話機
106 アンテナ
108 アナログ・フロント・エンド
110 アナログ/デジタル変換器(ADC)
112 レーキ受信機
114 受信探索子
116 コントローラ
118 送信路回路
120 デジタル/アナログ変換器
122,124,126 受信フィンガ
128 マッチド・フィルタ
130 メモリ
132 メモリ
134 クロック
140 Iフィルタ
142 Qフィルタ
144 加算素子
146 比較器
502,504,506 Iマッチド・フィルタ
510,514,516 Qマッチド・フィルタ
520 加算素子
522 メモリ
Claims (10)
- 複数の基地局を含む無線システム(100)においてDS−CDMA信号を受信するように構成された無線電話機(104)であって、各基地局(102)は、既知の疑似ランダム・ノイズ(PN)シーケンスの固有の開始位相によって識別され、前記無線電話機は:
複数の受信フィンガ(122,124,126)を有するレーキ受信機(112);
前記複数の基地局からのパイロット信号を検出する受信探索子(114)であって、検出されたPNシーケンスおよび基地局においてコードを拡散するために利用されるPNシーケンスよりも短いPNシーケンスを比較し(206,302,404)、応答を生成するマッチド・フィルタ(128)を含む受信探索子(128);および
前記受信探索子および前記レーキ受信機に結合されるコントローラ(116)であって、該コントローラは前記応答を格納応答として格納するメモリ(132)を含み、前記格納応答に応答して、前記複数の受信フィンガを制御するコントローラ(116);
から成ることを特徴とする無線電話機(104)。 - 前記パイロット信号は直交変調され、前記パイロット信号の各々は同相(I)シンボルおよび直交位相(Q)シンボルを含み、前記IシンボルはIPNシーケンスを用いて拡散され、前記QシンボルはQPNシーケンスを用いて拡散され、前記マッチド・フィルタは、検出されたIPNシーケンスおよび格納されているIPNシーケンスを比較するIフィルタ(140)と、検出されたQPNシーケンスおよび格納されているQPNシーケンスを比較し応答を生成するQフィルタ(142)とを含むことを特徴とする請求項1記載の無線電話機。
- 前記マッチド・フィルタは、前記応答が所定のスレシホルドを越えない場合、該応答を抑制する比較器(146)を含むことを特徴とする請求項1記載の無線電話機。
- 前記コントローラは、前記応答に基づいて、DS−CDMA信号(208)の存在を判定することを特徴とする請求項1記載の無線電話機。
- 前記コントローラは、前記応答に基づいて、最も強いDS−CDMAパイロット信号を識別するように構成され、前記コントローラは、前記最も強いDS−CDMAパイロット信号(218)によって識別された基地局との通信を開始することを特徴とする請求項1記載の無線電話機。
- 前記無線電話機は、周期的にアクティブ・モード(322)によって割り込まれる低電力モード(318)に維持され、前記コントローラは、前記アクティブ・モードに入るとき、前記応答に基づいて最も強いDS−CDMAパイロット信号(304)を識別することを特徴とする請求項1記載の無線電話。
- 前記受信探索子は、基地局から発した1つ以上の電波を検出するように構成され、前記コントローラは、前記応答に基づいて1つ以上の最も強い電波を識別し、前記コントローラは、前記1つ以上の最も強い電波(408)に各受信フィンガを割り当て、前記基地局によって送信されたページング・チャネルを検出することを特徴とする請求項6記載の無線電話機。
- 前記受信探索子は、複数のパイロット信号を、同様の複数の基地局から検出するように構成され、前記コントローラは前記応答に基づいて2つ以上の最も強いパイロット信号を識別し、前記コントローラは前記2つ以上の最も強いパイロット信号に各受信フィンガを割り当て、前記複数の基地局からのトラフィック・チャネルを受信しつつ、ソフト・ハンドオフを制御することを特徴とする請求項1記載の無線電話機。
- 前記コントローラは、前記応答に基づいて、基地局からの最も強い電波を識別するように構成され、前記コントローラは前記最も強いパイロット信号に受信フィンガを割り当て、前記コントローラは、続いて、前記応答に基づいて前記基地局からの1つ以上の他の強いパイロット信号を識別し、前記コントローラは前記1つ以上の強い電波に1つ以上の各受信フィンガを割り当てることを特徴とする請求項1記載の無線電話機。
- 通信システムにおけるDS−CDMA信号の検出方法であって:
パイロット信号(206)を検出する段階であって、各々、基地局によってコードを拡散するために利用される擬似ランダム・ノイズ(PN)シーケンスよりも短い擬似ランダム・ノイズによってカバーされる前記パイロット信号(206)を検出する段階;
マッチド・フィルタを用いて、基地局においてコードを拡散するために利用されるPNシーケンスよりも短いPNシーケンスおよび所定のPNシーケンス(206)を比較する段階;および
基地局においてコードを拡散するために利用されるPNシーケンスよりも短いPNシーケンスが前記所定のPNシーケンスと整合した場合、整合信号を生成する段階;
から成ることを特徴とする方法。
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