JP3858433B2

JP3858433B2 - パイロット信号検出方法及び受信機

Info

Publication number: JP3858433B2
Application number: JP8424698A
Authority: JP
Inventors: 勝也山本; 貴彦渡辺
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2018-03-30
Also published as: CN1134919C; CN1235444A; KR19990078219A; KR100697227B1; JPH11284548A; US6549545B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイロット信号検出方法及び受信機に関し、例えば符号分割多重（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access ）方式（以下ＣＤＭＡ方式と称する）により通信を行う場合に適用して好適なパイロット信号検出方法及びこのパイロット信号の検出処理を行う受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１つの基地局を多数の移動局が共有して通信を行う場合、各移動局との通信回線の干渉を回避するために、周波数分割方式，時分割多重方式，符号分割多重方式などの各種通信方式が用いられている。各方式には、それぞれ利点と欠点があり、運用される通信システムの目的に応じて使用される通信方式が選択される。
【０００３】
例えば、符号分割多重（以下ＣＤＭＡと呼ぶ）方式は、各回線毎に割り当てた特定の符号であるＰＮ（Pseudo random Noise sequence）符号を用いて、同一搬送周波数の変調波を元の周波数帯域より広い帯域に拡散（以下これをスペクトラム拡散と呼ぶ）すると共に、スペクトラム拡散処理を施した各変調波を多重化して送信する。また、受信したスペクトラム拡散信号と復調対象の回線を介して与えられるＰＮ符号との同期をとることにより、所望の回線のみを識別する。
【０００４】
すなわち送信側は、まず各回線に異なるＰＮ符号を割り当てる。ここでＰＮ符号は、擬似的な乱数系列符号でなる。送信側はこれらの各回線を介して送信する各変調波に異なる各ＰＮ符号をそれぞれ掛け合わせてスペクトラム拡散させる。因みに、各変調波はスペクトラム拡散処理される以前に所定の変調処理を施されている。こうしてスペクトラム拡散された各変調波は、多重化されて送信される。
【０００５】
次に受信側では送信側から伝送されてきた受信信号に、復調対象となる回線で割り当てられたものと同一のＰＮ符号を同期させながら掛け合わせる。こうして目的の回線を介して伝送された変調波のみを復調する。
【０００６】
このようにＣＤＭＡ方式では、送信側と受信側とで互いに同一の符号を設定しておきさえすれば、直接、呼毎に通信することができる。ＣＤＭＡ方式は各回線毎にそれぞれ異なるＰＮ符号を用いて変調波をスペクトラム拡散処理するため、受信側では復調対象の回線を介して伝送されたスペクトラム拡散信号しか復調し得ず、さらにＰＮ符号が擬似的な乱数系列でなるために秘匿性にすぐれていると言える。
【０００７】
また、ＣＤＭＡ方式を用いた移動通信システムにおいて、送信側の基地局は移動局側の同期獲得、維持、クロック再生のためにＰＮ符号を繰り返し送信する（以下、これをパイロット信号と呼ぶ）。受信側の移動局は複数の基地局が送信する各パイロット信号を検出して、検出されたタイミングをそれぞれ復調器に割り当てる。ここで移動局では復調器内でＰＮ符号を生成している。復調器はこのＰＮ符号を割り当てられたタイミングで、目的の基地局から伝送されてくるスペクトラム拡散信号に掛け合わせることにより復調する。
【０００８】
すなわちＣＤＭＡ方式を用いた移動通信システムにおいて、各基地局はそれぞれ異なるタイミングのＰＮ符号をパイロット信号として送信している。移動局側では、目的の基地局から供給されるパイロット信号のタイミングを検出し、復調器内で生成したＰＮ符号をこのタイミングに同期させることにより、目的の基地局から送信されたスペクトラム拡散信号のみを正しく復調することができる。
【０００９】
なおここで各基地局がそれぞれ異なるタイミングのＰＮ符号を送信していることは述べたが、ＰＮ符号事自体は同一の符号パターンでなる。すなわち、各基地局毎に異なるパイロット信号のタイミング差が、そのままＰＮ符号の差に相当している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、移動局は移動した状態で通信を行うことがあるため、受信電波の伝播環境が時々刻々と変化する。つまり基地局と移動局との間にはビル等の障害物があり、また遠方に電波を反射させる山などがあるために、移動局で受信される電波は常に複数の反射波の合成で構成されることになる。さらに、移動局自身がスピードを変えて移動するため、移動局で検出するパイロット信号の検出タイミングが時々刻々と変化して、フェージングと呼ばれる現象が発生し、時にはパイロット信号を検出できない状況が起こる。このようなフェージング環境下でパイロット信号を正しく検出し続けるために、例えばＣＤＭＡ方式を通信方式として使用した或る無線電話システムでは、移動局が受信した最も早いタイミングのパイロット信号を時間基準として、そのパイロット信号をパイロット信号検索ウィンドウの中央に設定することが決められている。
【００１１】
即ち、例えば図４のＡに示すように、パイロット信号検索ウィンドウが設定された状態で、そのウィンドウ内の最初のパイロット信号の検出タイミングＴref を、次のパイロット信号検出期間を決める基準タイミングとする。具体的には、図４のＢに示すように、この検出タイミングＴref から次にパイロット信号が送信される所定期間が経過したタイミング（旧Ｔref とする）を、パイロット信号検索ウィンドウの中央に設定し、そのウィンドウ内でパイロット信号を検出させる。ここで、このウィンドウ内の最初のパイロット信号の検出タイミングＴref が、次のウィンドウを設定する上で基準となるタイミングである新Ｔref となる。
【００１２】
ところが、このようにウィンドウを設定してパイロット信号の検出処理を行うと、そのときの信号状態によっては、伝送される全てのパイロット信号が検索ウィンドウ内に入らず、例えば図４のＢに示すように、一部のパイロット信号がウィンドウの外に存在して、そのパイロット信号が検出できなくなってしまう。特に、パイロット信号の到達タイミングが大きく変化するフェージング環境や、パイロット信号の到達タイミング遅延が大きい環境になった場合に、パイロット信号の検出に失敗する確率が高くなる。
【００１３】
このような事態を防止するためには、より広い検索ウィンドウを設定して、パイロット信号検出に失敗する確率を低下させることが考えられるが、このような処理では、パイロット信号の検出に時間がかかると共に、その検出に要する電力も増大し、好ましくない状態になってしまう。
【００１４】
本発明の目的は、パイロット信号の検出が簡単かつ確実に行えるようにすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的を解決するために、本発明は、所定の時間幅のウィンドウをほぼ所定期間毎に周期的に設定し、その設定したウィンドウ内に存在するパイロット信号を検出すると共に、各周期毎のウィンドウの位置の設定として、直前のウィンドウ内で最初にパイロット信号が検出されたタイミングから所定期間遅れたタイミングを、少なくともウィンドウの中央よりも前の位置に設定し、ウィンドウ内で複数のパイロット信号が検出された場合に、そのウィンドウ内で最も早く検出されたパイロット信号の検出タイミングと、最も遅く検出されたパイロット信号の検出タイミングとの時間差を検出し、その検出した時間差に応じて、次の周期のウィンドウの位置を設定するようにしたものである。
【００１６】
本発明によると、伝送されるパイロット信号の遅延量が大きい場合でも、その遅延量の大きい各パイロット信号が、各周期毎に設定されるウィンドウ内に存在する可能性が高くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
本例においては、複数の基地局からのスペクトラム拡散信号がＣＤＭＡ方式により無線伝送されている状態で、任意の基地局（最も良好に通信できる基地局）と通信を行う移動局としての端末装置として構成したものである。図１は本例の端末装置の構成を示す図で、端末装置１は、送受信兼用のアンテナ２を備え、このアンテナ２がアンテナ共用器３を介して送信系の回路と受信系の回路に接続してある。
【００１９】
受信系の回路としては、アンテナ２で受信した受信信号Ｓ１を、アンテナ共用器３を介して高周波増幅器４に供給して増幅処理し、この高周波増幅器４の増幅出力を直交検波回路５に供給して直交検波処理を行ってベースバンド信号とし、このベースバンド信号を直交検波回路５内でデジタル信号に変換する。直交検波回路５が出力するデジタルベースバンド信号Ｓ２を、複数（ここでは３個）の復調器６，７，８とタイミング検出器９に供給する。
【００２０】
タイミング検出器９は、基地局が送信するパイロット信号をベースバンド信号Ｓ２から検出する回路で、この端末装置１による通信を制御する制御部１１からの制御信号Ｓ９により、パイロット信号を検出するタイミングが制御される。その制御処理と、検出器９での検出処理については後述する。
【００２１】
各復調器６，７，８には、タイミング検出器９が検出したパイロット信号に基づいたタイミング情報が供給され、各復調器６，７，８ではそのタイミング情報で指示されたタイミングでベースバンド信号Ｓ２を復調し、それぞれで得られた復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を合成器１０に供給する。各復調器６，７，８での復調処理としては、ここではそれぞれの復調器でＰＮ符号を生成しており、このＰＮ符号をタイミング情報で指示されたタイミングでベースバンド信号Ｓ２に掛け合わせることにより復調を行う。各基地局では、送信信号に含まれるＰＮ符号のタイミングを各基地局に固有のタイミングに設定してある。従って、パイロット信号で示されるタイミングに復調器のＰＮ符号を同期させ、この同期したＰＮ符号を用いてベースバンド信号Ｓ２を復調することにより、復調対象の基地局から送信された信号のみを選択的に復調することができる。
【００２２】
合成器１０は複数の伝送路を介して受信されるマルチパスから得られた復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５を合成処理する。この際に、各復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５がそれぞれ異なるタイミングで復調されているために、各復調信号Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５のタイミングを同期させた上で合成する。合成器１０でこのように合成処理することで、合成された受信データＳ６として、対雑音比及び対妨害比の大きなデータを生成することができる。この合成器１０で合成された受信データＳ６を、後段の受信データ処理回路（図示せず）に供給する。
【００２３】
また、送信系の回路としては、送信データの生成回路（図示せず）で生成された送信データＳ７を変調部１２に供給する。この変調部１２では例えばスペクトラム拡散処理とオフセットＱＰＳＫ（４相位相変調）処理を施し、変調信号Ｓ８を生成させる。生成された変調信号Ｓ８は、高周波増幅器１３で増幅した後、アンテナ共用器３を介してアンテナ２に供給し、無線送信する。
【００２４】
次に、受信時に制御部１１の制御によりタイミング検出器９でパイロット信号を検出する処理を、図２及び図３を参照して説明する。タイミング検出器９でのパイロット信号の検出処理としては、ほぼ所定期間毎に周期的に所定の時間幅のパイロット信号検索ウィンドウを設定し、その設定した検索ウィンドウ内の受信信号に含まれるパイロット信号を検出する処理を行う。この場合、検索ウィンドウを設定する位置が、制御部１１からの制御により決まる。
【００２５】
図２は本例のタイミング検出器９での検索ウィンドウの設定状態の一例を示す図で、例えば或るタイミングで設定された検索ウィンドウにより、図２のＡに示す状態で、受信信号（ベースバンド信号Ｓ２）からパイロット信号が検出されたとする。ここで制御部１１は、検索ウィンドウ内での検出状態から、電波伝播状況を評価する。例えば、検索ウィンドウ内で最も早く検出されるパイロット信号の検出タイミングＴref と、検索ウィンドウ内で最も遅く検出されるパイロット信号の検出タイミングＴlastとを制御部１１が判断し、そのタイミングＴref とＴlastとの遅延量（時間差）から電波伝播状況を評価する。この遅延量と評価される電波伝播状況との対応としては、例えば遅延量が大きい場合には、パイロット信号の到達タイミングが大きく変化するフェージング環境やパイロット信号の到達タイミング遅延が大きい環境になった場合と判断する。この判断した環境に応じて、制御部１１はタイミング検出器９で次のタイミングに検索ウィンドウを設定する位置を補正する制御を行う。
【００２６】
この制御部１１の制御による検索ウィンドウの設定位置としては、図２のＡに示すようにパイロット信号が検出されてその遅延量を判断したとき、次に検索ウィンドウを設定する状態を図２のＢに示すと、検索ウィンドウ内で時間基準となるパイロット信号（ここでは最も早く検出されたパイロット信号を時間基準とする）の検出タイミングＴref から１周期遅れたタイミング（旧Ｔref ）を、検索対象ウィンドウの中央よりも前半位置に設定する。
【００２７】
例えば、検索ウィンドウの時間幅を１として、遅延量が所定の閾値以上であると判断したとき、基準となるタイミング（旧Ｔref ）を、検索ウィンドウの先頭からほぼ１／８の位置に設定する。また、遅延量が所定の閾値を越えていないと判断したとき、基準となるタイミング（旧Ｔref ）を、検索ウィンドウの先頭からほぼ１／４の位置に設定する（例えば図２のＢに示す状態）。また、直前の検索ウィンドウ内でパイロット信号の検出ができなかったとき、それ以前に検出されたパイロット信号の基準タイミングから、パイロット信号が伝送される１周期の期間の整数倍遅れたタイミングを、検索ウィンドウのほぼ中央とした位置に設定する。この基準となるタイミングを検索ウィンドウのほぼ中央に設定する状態は、例えば図４のＢに従来例として示した状態と同じである。
【００２８】
このようにしてタイミング検出器９で設定された検索ウィンドウ内に検出されたパイロット信号に基づいて、各復調器６，７，８でＰＮ符号を掛け合わせるタイミングが設定されて、ＣＤＭＡ方式の受信信号の復調処理が行われる。
【００２９】
次に、制御部１１の制御に基づいてタイミング検出器９でパイロット信号検索ウィンドウを設定する処理の一例を、図３のフローチャートを参照して説明する。まず、直前の検索ウィンドウ内でパイロット信号が検出されたか否か判断する（ステップ１０１）。なお、パイロット信号は時々刻々と変化しているので、必ずしも毎回検出できるとは限らない。
【００３０】
直前の検索ウィンドウ内でパイロット信号が検出された場合には、その検索ウィンドウ内での遅延プロファイルを評価する（ステップ１０２）。具体的には、ここでは検索ウィンドウ内の最も早い検出タイミングＴref と最も遅い検出タイミングＴlastとの時間差（遅延量）を判断して、評価する。次に、ここで評価した状態から、パイロット信号の到達タイミングが大きく変化するフェージング環境やパイロット信号の到達タイミング遅延が大きい環境であるか否か判断する（ステップ１０３）。ここでの具体的な判断としては、例えば遅延量が閾値を越えているか否か判断する。
【００３１】
この判断で遅延量が閾値を越えているとき、前回の時間基準パイロット信号タイミング（Ｔref ）から１周期遅れたタイミング（旧Ｔref ）を、検索ウィンドウの先頭からほぼ１／８の位置に設定する（ステップ１０４）。また、ステップ１０３の判断で遅延量が閾値を越えていないと判断したとき、前回の時間基準パイロット信号タイミング（Ｔref ）から１周期遅れたタイミング（旧Ｔref ）を、検索ウィンドウの先頭からほぼ１／４の位置に設定する（ステップ１０５）。さらに、ステップ１０１で直前の検索ウィンドウでパイロット信号が検出できなかったとき、それ以前に検出された時間基準パイロット信号タイミング（Ｔref ）から所定周期遅れたタイミング（旧Ｔref ）を、検索ウィンドウのほぼ中央とした位置に設定する。
【００３２】
このように本例の端末装置によると、パイロット信号の遅延状態を評価して、パイロット信号時間基準を決定し、パイロット信号検索ウィンドウ内における時間基準の位置を、そのときの評価状態に基づいて可変設定する補正処理を行って、検索ウィンドウ内でパイロット信号の検出処理を行うことで、パイロット信号の到達タイミングが大きく変化するフェージング環境やパイロット信号の到達タイミング遅延が大きい環境になった場合であっても、パイロット信号の検出に失敗する確率を低く抑えることができ、基地局との通信状態を良好に維持することができる。即ち、検出した遅延量が大きい場合には、検索ウィンドウ内における時間基準の位置を中央よりも大幅に早い位置に設定して、遅延量の大きいパイロット信号がウィンドウ内で全て検出できる状態に設定され、遅延量が小さい場合には、検索ウィンドウ内における時間基準の位置を中央よりも若干早い位置に設定して、遅延量の小さいパイロット信号に対応した適切なウィンドウ位置が設定されて、それぞれの状態で良好にパイロット信号の検出が行える。従って、検索ウィンドウの時間幅を広げることなく、良好にパイロット信号が検出できる。また、直前の検索ウィンドウでパイロット信号が検出できない状況であるときには、以前に時間基準とした位置を中央としてウィンドウを設定するので、次のパイロット信号の位置がどのような状況であっても、良好にパイロット信号の検出が行える。
【００３３】
なお、上述した実施の形態では、そのときの状態によって、３段階に検索ウィンドウの設定位置を可変させる処理を行うようにしたが、より細かく検索ウィンドウの設定位置を可変設定しても良い。或いは、２段階（例えば時間基準を中央から１／８の位置と１／４の位置）に可変設定しても良い。また、単に時間基準となるタイミングを、検索ウィンドウの中央よりも前の位置（例えば中央から１／４の位置）に常時固定設定しても良い。この中央よりも前の位置に固定設定した場合でも、パイロット信号が検出できなくなる可能性を従来よりも低減させることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のパイロット信号検出方法によると、伝送されるパイロット信号の遅延量が大きい場合でも、その遅延量の大きい各パイロット信号が、各周期毎に設定されるウィンドウ内に存在する可能性が高くなり、伝送されるパイロット信号を全て検出できる可能性が高くなり、ウィンドウの時間幅を広げることなく、短時間で伝送されるパイロット信号を良好に検出できるようになる。
【００３５】
また、それぞれのウィンドウ内で検出されるパイロット信号の検出タイミングの時間差を検出し、その検出した時間差に応じて、次の周期のウィンドウの位置を設定することで、そのときのパイロット信号の受信状況に応じた適切なウィンドウ位置を、可変で設定することが可能になり、より良好なパイロット信号の検出が行えるようになる。
【００３６】
さらに、そのときの状態により第１，第２，第３のウィンドウ位置を設定するようにしたことで、それぞれの状態でのウィンドウ位置の設定が、簡単な判断で良好に行える効果を有する。
【００３７】
また、本発明の受信機によると、受信したパイロット信号の遅延量が大きい場合でも、その遅延量の大きい各パイロット信号が、ウィンドウ設定手段で設定されるウィンドウ内に存在する可能性が高くなり、例えば短い時間幅のウィンドウであっても受信したパイロット信号を全て検出できる可能性が高くなり、伝送されるパイロット信号を短時間で確実に検出して、そのパイロット信号を基準にした受信処理が良好に行えるようになる。
【００３８】
また、受信したパイロット信号の検出タイミングの時間差に応じて、ウィンドウ位置補正手段で補正するウィンドウ位置を可変設定することで、そのときのパイロット信号の受信状況に応じた適切なウィンドウ位置を、可変で設定することが可能になり、より良好にパイロット信号を検出して、良好な受信処理が行えるようになる。
【００３９】
さらに、そのときの状態により第１，第２，第３のウィンドウ位置を設定するようにしたことで、それぞれの状態での適切なウィンドウ位置の設定が、簡単な判断処理を行う構成で実現できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による移動局の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるパイロット信号検出処理の一例を示すタイミング図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるパイロット信号検索ウィンドウ設定手順の例を示すフローチャートである。
【図４】従来のパイロット信号検出処理の一例を示すタイミング図である。
【符号の説明】
１…移動局、５…直交検波回路、６，７，８…復調器、９…タイミング検出器、１１…制御部

Claims

スペクトラム拡散信号を受信して、その受信したスペクトラム拡散信号から任意のパイロット信号を検出するパイロット信号検出方法において、
所定の時間幅のウィンドウをほぼ所定期間毎に周期的に設定し、その設定したウィンドウ内に存在するパイロット信号を検出すると共に、
上記周期毎のウィンドウの位置の設定として、直前のウィンドウ内で最初にパイロット信号が検出されたタイミングから上記所定期間遅れたタイミングを、少なくともウィンドウの中央よりも前の位置に設定し、
上記ウィンドウ内で複数のパイロット信号が検出された場合に、そのウィンドウ内で最も早く検出されたパイロット信号の検出タイミングと、最も遅く検出されたパイロット信号の検出タイミングとの時間差を検出し、その検出した時間差に応じて、次の周期のウィンドウの位置を設定する
パイロット信号検出方法。
請求項１記載のパイロット信号検出方法において、
直前のウィンドウ内で基準となるパイロット信号を検出できないとき、過去のウィンドウ内で最初にパイロット信号を検出したタイミングから上記所定期間の整数倍遅れたタイミングを、ウィンドウのほぼ中央とした第１のウィンドウ位置を設定し、
直前のウィンドウ内で基準となるパイロット信号を検出でき、最も早く検出されたパイロット信号の検出タイミングと、最も遅く検出されたパイロット信号の検出タイミングとの時間差が所定量以下のとき、上記第１のウィンドウ位置よりも前の第２のウィンドウ位置とし、
直前のウィンドウ内で基準となるパイロット信号を検出でき、最も早く検出されたパイロット信号の検出タイミングと、最も遅く検出されたパイロット信号の検出タイミングとの時間差が所定量以上のとき、上記第２のウィンドウ位置よりもさらに前の第３のウィンドウ位置とした
パイロット信号検出方法。
スペクトラム拡散信号を受信して、その受信したスペクトラム拡散信号から任意のパイロット信号を検出する受信機において、
所定の時間幅のウィンドウをほぼ所定期間毎に周期的に設定するウィンドウ設定手段と、
ウィンドウ設定手段で設定されたウィンドウ内の期間に受信信号に存在するパイロット信号を検出するパイロット信号検出手段と、
上記ウィンドウ設定手段で設定させるウィンドウ位置として、直前のウィンドウ内で最初にパイロット信号が検出されたタイミングから上記所定期間遅れたタイミングを、少なくともウィンドウの中央よりも前の位置に設定するウィンドウ位置補正手段と、
上記パイロット信号検出手段で１つのウィンドウ内に複数のパイロット信号が検出された場合に、そのウィンドウ内で最も早く検出されたパイロット信号の検出タイミングと、最も遅く検出されたパイロット信号の検出タイミングとの時間差を検出する時間差検出手段とを備え、
この時間差検出手段が検出した時間差に応じて、上記ウィンドウ位置補正手段で補正するウィンドウ位置を設定する
受信機。
請求項３記載の受信機において、
上記ウィンドウ位置補正手段での補正により設定されるウィンドウ位置として、
直前のウィンドウ内で基準となるパイロット信号を検出できないとき、過去のウィンドウ内で最初にパイロット信号を検出したタイミングから上記所定期間の整数倍遅れたタイミングを、ウィンドウのほぼ中央とした第１のウィンドウ位置を設定し、
直前のウィンドウ内で基準となるパイロット信号を検出でき、最も早く検出されたパイロット信号の検出タイミングと、最も遅く検出されたパイロット信号の検出タイミングとの時間差が所定量以下のとき、上記第１のウィンドウ位置よりも前の第２のウィンドウ位置とし、
直前のウィンドウ内で基準となるパイロット信号を検出でき、最も早く検出されたパイロット信号の検出タイミングと、最も遅く検出されたパイロット信号の検出タイミングとの時間差が所定量以上のとき、上記第２のウィンドウ位置よりもさらに前の第３のウィンドウ位置とした
受信機。