JP5023881B2

JP5023881B2 - 移動通信システム、信号転送方法、および受信装置

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Publication number: JP5023881B2
Application number: JP2007211717A
Authority: JP
Inventors: 玄弥岩崎
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2007-08-15
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-08-15
Also published as: US20090011717A1; JP2008172751A; CN101159482B; CN104202134A; CN101159482A

Description

本発明は移動通信システムの基地局装置と端末装置の間の通信に関する。

ＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）移動通信システムの基地局装置と端末装置の間のエアインタフェース上では、制御信号やデータ信号の論理チャネルはその種類に応じて各種トランスポートチャネルで転送される。トランスポートチャネルの一例であるＲＡＣＨ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＣｈａｎｎｅｌ）ではプリアンブルやメッセージが転送される。

ＲＡＣＨ上でプリアンブルを転送する場合、まず端末装置がプリアンブルを生成する。図８は、プリアンブルの一般的な生成方法について説明するための図である。図８に示されているように、プリンブルは、所定のパラメータから、ＺＣ−ＺＣＺ（Ｚａｄｏｆｆ−ＣｈｕＺｅｒｏＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＺｏｎｅ）系列の生成多項式を用いてＺＣシーケンスを生成し、ＺＣシーケンスをサイクリックシフトさせることにより、生成される。生成されたプリアンブルには、上述したパラメータの値、サイクリックシフトの量、あるいはそれらの双方によって示されるシグネチャと呼ばれる情報が付加されている。端末装置は生成したプリアンブルにＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）を挿入し、ＣＰを挿入したプリアンブルを、ＲＡＣＨを用いて上り回線に送信する。

基地局装置は、上り回線から受信するＲＡＣＨ上でプリアンブルの検出を行っている。具体的には、基地局装置は、予め定められている複数のプリアンブルパターンと受信した信号との相互相関値を算出し、それらの相互相関値に基づいて、プリアンブルを検出し、また端末装置から送出されプリアンブルを特定する。

基地局装置は、端末装置からプリアンブルを受信したことを確認すると、プリアンブルおよびシグネチャを特定するとともに、プリアンブルを検出したことを端末装置に通知する。端末装置は、その通知を受けると、共有チャネルを用いてメッセージを上り回線に送信する。
特開２００３−２４４１１８号公報

ＬＴＥ移動通信システムの基地局装置と端末装置の間の各種のトランスポートチャネル上では様々な信号が送受信される。上述したように例えばＲＡＣＨにてプリアンブルが送受信される。しかし、これらトランスポートチャネル上で送受信される信号の信号長について具体的な規定が定められていない。インプリメンテーションの観点から効果的な信号長を規定することが求められる。

本発明の目的は、インプリメンテーションの観点から好適な信号長の信号を用いた移動通信システムおよび信号転送方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の移動通信システムは、
時間長が、サンプリング周波数でのサンプリングでサンプル数が小さい方から所定個の素数の冪乗の積となる時間に規定された通知信号を送信する送信装置と、
前記送信装置から受信した信号に対し所定の信号処理を行うことにより前記通知信号を検出する受信装置と、を有している。

また、本発明の信号転送方法は、
相互に無線信号で通信する送信装置と受信装置を有する移動通信システムにおける信号転送方法であって、
前記送信装置から、時間長が、サンプリング周波数でのサンプリングでサンプル数が小さい方から所定個の素数の冪乗の積となる時間に規定された通知信号を送信し、
前記受信装置にて、前記送信装置から受信した信号に対し所定の信号処理を行うことにより前記通知信号を検出する。

本発明によれば、サンプル数が小さい方から所定個の素数の冪乗の積となるような時間長に通知信号の時間長が規定されているので、受信装置にて通知信号を検出するための演算量が少なくて済む。

本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態の移動通信システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると移動通信システム１０は基地局装置１１と端末装置１２とを有している。基地局装置１１と端末装置１２はエアインタフェース上の各種トランスポートチャネルで各種信号を送受信する。例えば端末装置１２はＲＡＣＨでプリアンブルを基地局装置１１に送信する。以下、ＲＡＣＨでのプリアンブルの転送に着目して説明する。

図２は、端末装置１２の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、端末装置１２は、信号生成部２１、ＤＦＴ部２２、サブキャリアマッピング部２３、ＩＤＦＴ部２４、およびＣＰ挿入部２５を有している。

信号生成部２１は基地局装置１１に送信すべきプリアンブル（ＲＡＣＨシーケンス）を生成する。プリンブルは、ＺＣ−ＺＣＺ（Ｚａｄｏｆｆ−ＣｈｕＺｅｒｏＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎＺｏｎｅ）系列の生成多項式を用いて所定のパラメータからＺＣシーケンスを生成し、そのＺＣシーケンスをサイクリックシフトさせることにより、生成される。生成されたプリアンブルには、上述したパラメータの値、サイクリックシフトのシフト量、あるいはそれらの双方によって示されるシグネチャと呼ばれる情報が付加されている。シグネチャはデータの転送に用いられてもよい。

信号生成部２１で生成されたプリアンブルは時間領域の信号であり、所定の時間長を有する。本実施形態では、この所定の時間長（以下「プリアンブル時間長」という）は、本移動通信システムで用いられているサンプリング周波数でサンプリングしたときに得られるサンプル数が、小さい方から所定個の素数の冪乗の積（以下「プリアンブルサンプル数」という）となるような、時間長に規定されている。

ＤＦＴ部２２は、信号生成部２１で生成された時間領域のＲＡＣＨシーケンスを、ＤＦＴ（ＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）によって、周波数領域の信号に変換する。

サブキャリアマッピング部２３は、ＤＦＴ部２２で周波数領域に変換された信号を所定のサブキャリア（割当周波数）にマッピングする。ＲＡＣＨをマッピングするサブキャリアは基地局パラメータ等によって予め定められている。

ＩＤＦＴ部２４は、サブキャリアマッピング部２３でサブキャリアにマッピングされた周波数領域の信号を、ＩＤＦＴ（ＩｎｖｅｒｓｅＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）によって、時間領域の信号に変換する。ＩＤＦＴによって時間領域に戻ったプリアンブルの時間長は上述したプリアンブル時間長となるので、ＩＤＦＴで用いるサンプル数はプリアンブルサンプル数とするのが好ましい。

ＣＰ挿入部２５は、ＩＤＦＴ部２４で時間領域の信号に戻ったプリアンブルの末尾の部分をＣＰ（ＣｙｃｌｉｃＰｒｅｆｉｘ）としてプリアンブルの先頭の前に付加する。ＣＰ挿入部２５でＣＰが付加されたプリアンブルはＲＡＣＨ上に送信される。

図３は、基地局装置１１の構成を示すブロック図である。図３を参照すると、基地局装置１１はＤＦＴ部３１、乗算部３２、ＩＤＦＴ部３３、電力変換部３４、および信号検出部３５を有している。

ＤＦＴ部３１は、端末装置１２からＲＡＣＨ上で受信した信号をＤＦＴによって周波数領域の信号に変換する。端末装置１２から送信されたプリアンブルはプリアンブル時間長なので、プリアンブルの全体をＤＦＴへの入力とするには、受信信号をサンプリング周波数でサンプリングしたサンプルを、プリアンブル時間長に相当するプリアンブルサンプル数分だけをＤＦＴの入力とすればよい。そこでＤＦＴ部３１はプリアンブルサンプル数でＤＦＴを行う。

ＤＦＴの演算量は複素乗算の回数に依存する。例えばＤＦＴをソフトウェアによって行う場合、複素乗算の回数が多いほど処理量が大きくなる。ＤＦＴをハードウェアによって実現する場合、複素乗算の回数が多いほど回路規模が大きくなる。またＤＦＴの複素乗算の回数はサンプル数によって変化する。サンプル数を小さい素数の冪乗の積で表現できるような値とすれば複素乗算の回数は少なくて済む。

乗算部３２は、予め定められたプリアンブルパターンを周波数領域に変換したパターンと、ＤＦＴ部３１で周波数領域に変換された信号とを乗算する。

なお、予め定められたプリアンブルパターン（ＺＣシーケンス）が１つであり、そのＺＣシーケンスに対するサイクリックシフトのシフト量だけでシグネチャが表現される場合、乗算部３２は、１つのプリアンブルパターンとＤＦＴ部３１の出力とを乗算するだけでよい。

また、複数のプリアンブルパターン（ＺＣシーケンス）が予め定められており、それら複数のＺＣシーケンスによってシグネチャが表現されている場合、乗算部３２は、複数のプリアンブルパターンのそれぞれとＤＦＴ部３１の出力とを乗算する。その場合、乗算部３２に複数の乗算器を備え、ＤＦＴ部３１の出力を分割して各乗算器に入力する構成とすればよい。

ＩＤＦＴ部３３は、乗算部３２での乗算によって得られた信号をＩＤＦＴによって時間領域の信号に変換する。これによって、ＲＡＣＨ上で受信した信号とプリアンブルパターンとの相互相関値が得られる。なお、乗算部３１が１つの乗算器を備える構成であれば、ＩＤＦＴ部３３は１つのＩＤＦＴを備える構成とすればよい。また、乗算部３１が複数の乗算器を備える構成であれば、ＩＤＦＴ部３３は各乗算器のそれぞれに対応する複数のＩＤＦＴを備える構成とすればよい。

電力変換部３４は、ＩＤＦＴ部３３で得られた相互相関値を二乗演算によって電力相当の値に変換する。

信号検出部３５は、電力変換部３４の出力からプリアンブルを検出する。具体的には、電力変換部３４の出力に高い相互相関値があれば、信号検出部３５はプリアンブルが検出されたと判断する。また、そのとき信号検出部３５は高い相互相関値が得られたパターンのプリアンブルが端末装置１２の送出したプリアンブルであると特定する。

電力変換部３４で得られた相互相関値の遅延プロファイルにてピークの時刻がプリアンブルを検出した時刻を示す。信号検出部３５は、プリアンブルを検出した時刻からサイクリックシフトのシフト量を得ることができる。さらに、信号検出部３５は、特定されたプリアンブルのパターンとサイクリックシフトのシフト量のいずれかあるいは両方を基にシグネチャを特定することができる。

本実施形態の移動通信システムでは、サンプル数が小さい方から所定個の素数の冪乗の積となるような時間長にプリアンブルの時間長が規定されているので、基地局装置１１にてプリアンブルを検出するための演算量が少なくて済む。

また本実施形態の移動通信システムでは、基地局装置１１は受信した信号をＤＦＴによって周波数領域に変換し、その信号に周波数領域のプリアンブルパターンを乗算し、その信号をＩＤＦＴによって時間領域に戻すという構成において、ＤＦＴのサンプル数を小さい方から所定個の素数の冪乗の積となる数としているので、基地局装置１１におけるＤＦＴの演算量が少なくて済む。

また、移動通信システムには様々なセル半径のシステム設計が考えられる。セル半径が大きくなれば、それ応じてＣＰ長やガードタイムを長くするのが好ましい。そのためセル半径に応じてプリアンブルの時間長およびサンプル数に異なる値を用いるのが好ましい。

以下、本実施形態の具体的な実施例について説明する。

＜＜ＲＡＣＨプリアンブルの生成＞＞
端末装置１２（送信器）におけるＲＡＣＨプリアンブルの生成について説明する。まず、ＺＣシーケンスが時間領域で生成される。ここで生成されたＺＣシーケンスの数は素数であってもよい。次に、それが割当周波数にマッピングされる。このとき、生成されたＲＡＣＨシーケンスのサンプリング周波数は、通常１．９２×２^NＭＨｚである、送信器のサンプリング周波数に適合するように変換されるのが一般的である。

１つの典型的な方法を図４に示す。その方法は、ＤＦＴｓｐｒｅａｄＯＦＤＭ信号の通常の送信信号発生に類似している。ＩＤＦＴの後のサンプル数が２^Nではない可能性があるので、ＩＦＦＴの代わりにＩＤＦＴが使用される点が異なっている（１．９２ＭＨｚでの１ミリセカンド中のサンプル数は１９２０サンプルなので、（１９２０よりも小さい）最も近い２^Nの値は１０２４である）。

＜＜ＲＡＣＨプリアンブルの検出＞＞
ＲＡＣＨプリアンブルの検出については２つの方法が考えられる。１つの方法はスライディング相関器を使用するもの、他の方法は本実施形態のようにＤＦＴおよびＩＤＦＴを使用するものである。

ここでは、複雑性を、それぞれの方法に必要な乗算の回数として評価する。

２つの方法を比較するために、実施例として、ＲＡＣＨプリアンブル長が、１．９２ＭＨｚで１８００サンプル、すなわち０．９３７５ミリセカンドと仮定する。

＜方法Ａ：スライディング相関器＞
この方法は、シグネチャごとに受信信号とＲＡＣＨシーケンスの相関関係を計算する。それは遅延ごとに計算されてもよい。複素乗算の回数Ｎ_CMLは次のように計算される。

ここで、Ｎ_PREはプリアンブル長、Ｎ_RANGEはサーチ範囲、Ｎ_SGNはシグネチャの数である。最大サーチ範囲は、通常、シグネチャの数でプリアンブル長を割ることによって得られるサイクリックシフト長と等しい、すなわちＮ_RANGE＝Ｎ_PRE／Ｎ_SGNとなる。したがって、

となり、Ｎ_PRE＝１８００の場合については、

となる。

＜方法Ｂ：ＤＦＴによる検出＞
この方法のブロックダイアグラムを図５に示す。受信信号は、まずＤＦＴにより周波数領域へ変換され、フーリエ変換されたＲＡＣＨシーケンスを乗算される。次に、ＩＤＦＴで時間領域へ戻すことによって相互相関が得られる。

この方式により、サイクリックな遅延を与えた場合の遅延プロファイルがプリアンブル長の範囲に渡って得られる。サイクリックシフトによりシグネチャを生成することは伝播遅延を与えることと等価なので、同一のＺＣシーケンスのサイクリックシフトによって生成された全てのシグネチャを、同時に検出することができる。

複素乗算の回数Ｎ_CMLは次のように計算される。

ここで、Ｎ_DFTはＤＦＴまたはＩＤＦＴに必要な複素乗算の回数である。周知の技術を使用して、それは以下のような回数で算出することができる。

Ｎ_PRE＝１８００の場合には、それは、

となる。

この実施例では、方法Ａ（スライディング相関器）と比較して、複素乗算の回数は１／４０まで減る。それは、ＤＦＴ点の数を小さな素数に因数分解することができる場合には、ＤＦＴの複素乗算の回数が低減されるという事実による。

上記の論議から、複素乗算の回数を低減するのに必要な条件は、ＲＡＣＨプリアンブルのサンプル数が小さな素数に因数分解することができるということである。したがって、発明者らは、ＲＡＣＨプリアンブル２^K×３^L×５^Mのサンプル数を作ることを提案する。ここで、Ｋ、Ｌ、およびＭは整数である。

この基準によれば、適切なＰＲＡＣＨプリアンブル長は図７の表のように得られる。ここで、サンプリング周波数は１．９２ＭＨｚと仮定されている。ＣＰ長、ガードタイム、および予期されるセル半径も示す。ここで、遅延スプレッドは５μｓであると想定している。

それに加え、ＲＡＣＨプリアンブル２^K×３^L×５^M×７^Nのサンプル数を作ることもまた効果的である。ここでＮも整数である。この数式によれば、図７に加えて、次の数がＲＡＣＨプリアンブルのサンプル数の候補となりえる。
１８９０，１７９２，１７６４，１７５０，１７１５，１７０１，１６８０，１５７５，１５６８，１５１２，１４７０，１３７２
他の応用例を図６に示す。この場合、シグネチャは、サイクリックシフトだけでなく、複数のＺＣシーケンスの使用によっても生成される。したがって、信号はＤＦＴの後に分離され、各ＺＣシーケンスと乗算され、次にそれぞれＩＤＦＴにより変換される。

なお、上述した実施形態および実施例では、端末装置１２から基地局装置１１にＲＡＣＨ上でプリアンブルを送信する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、送信装置から所定の時間長に規定された通知信号を送信し、受信装置にて受信信号に対して所定の信号処理を施すことにより通知信号を検出する移動通信システムに広く適用できる。本実施形態では、端末装置１２が送信装置に相当し、基地局装置１１が受信装置に相当し、プリアンブルが通知信号に相当する。また所定の信号パターンとの相互相関値の算出が所定の信号処理に相当する。

本実施形態の移動通信システムの構成を示すブロック図である。端末装置１２の構成を示すブロック図である。基地局装置１１の構成を示すブロック図である。実施例におけるプリアンブルの生成を説明するための図である。実施例におけるプリアンブルの検出を説明するための図である。他の例におけるプリアンブルの検出を説明するための図である。適切なプリアンブル長の例を示す表である。プリアンブルの一般的な生成方法について説明するための図である。

符号の説明

１０移動通信システム
１１基地局装置
１２端末装置
２１信号生成部
２２ＤＦＴ部
２３サブキャリアマッピング部
２４ＩＤＦＴ部
２５ＣＰ挿入部
３１ＤＦＴ部
３２乗算部
３３ＩＤＦＴ部
３４電力変換部
３５信号検出部

Claims

時間長が、サンプリング周波数でのサンプリングでサンプル数が小さい方から所定個の素数の冪乗の積となる時間に規定された通知信号を送信する送信装置と、
前記送信装置から受信した信号に対し所定の信号処理を行うことにより前記通知信号を検出する受信装置と、を有する移動通信システム。
前記受信装置は、前記通知信号の検出に離散フーリエ変換および逆離散フーリエ変換を用いる、請求項１に記載の移動通信システム。
前記受信装置は、前記送信装置から受信した信号を離散フーリエ変換によって周波数領域の信号に変換し、周波数領域の該信号に対して周波数領域にて前記信号処理を施し、前記信号処理によって得られた信号を逆離散フーリエ変換によって時間領域の信号に変換することにより、前記通知信号を検出する、請求項２に記載の移動通信システム。
前記素数が２、３、および５である、請求項１から３のいずれか１項に記載の移動通信システム。
前記素数が２、３、５、および７である、請求項１から３のいずれか１項に記載の移動通信システム。
前記サンプル数に、セル半径に応じて異なる値を用いる、請求項１から５のいずれか１項に記載の移動通信システム。
前記信号処理は所定の信号パターンとの相互相関値を算出する処理である、請求項１から６のいずれか１項に記載の移動通信システム。
前記送信装置が端末装置であり、前記受信装置が基地局装置であり、前記通知信号がランダムアクセスに用いられるプリアンブルである、請求項７に記載の移動通信システム。
時間的にシフトすることにより情報を付加したプリアンブルのシーケンスをデータ転送に用いる、請求項８に記載の移動通信システム。
前記受信装置は、前記プリアンブルを検出したとき、該プリアンブルを検出した時刻から前記プリアンブルのシーケンスに付加されている前記情報を検出する、請求項９に記載の移動通信システム。
相互に無線信号で通信する送信装置と受信装置を有する移動通信システムにおける信号転送方法であって、
前記送信装置から、時間長が、サンプリング周波数でのサンプリングでサンプル数が小さい方から所定個の素数の冪乗の積となる時間に規定された通知信号を送信し、
前記受信装置にて、前記送信装置から受信した信号に対し所定の信号処理を行うことにより前記通知信号を検出する、信号転送方法。
前記受信装置における前記通知信号の検出に離散フーリエ変換および逆離散フーリエ変換を用いる、請求項１１に記載の信号転送方法。
前記受信装置にて、前記送信装置から受信した信号を離散フーリエ変換によって周波数領域の信号に変換し、周波数領域の該信号に対して周波数領域にて前記信号処理を施し、前記信号処理によって得られた信号を逆離散フーリエ変換によって時間領域の信号に変換することにより、前記通知信号を検出する、請求項１２に記載の信号転送方法。
送信装置とともに移動通信システムを構成する受信装置であって、
送信装置から受信した、サンプリング周波数でのサンプリングでサンプル数が小さい方から所定個の素数の冪乗の積となる時間に時間長が規定された通知信号を離散フーリエ変換によって周波数領域の信号に変換する離散フーリエ変換手段と、
前記離散フーリエ変換手段の出力に対して所定の信号処理を施す信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力を、逆離散フーリエ変換によって時間領域の信号に変換する逆離散フーリエ変換手段と、
前記逆離散フーリエ変換手段で時間領域に変換された信号に基づいて前記通知信号を検出する信号検出手段と、を有する受信装置。