JP2008508803A - Ｏｆｄｍａまたはｏｆｄｍ通信システムにおける基準プリアンブル信号の送信及び受信 - Google Patents

Abstract

一定の振幅（ＣＡ）とゼロの自己相関（ＺＡＣ）の所望の特性を有するＣＡＺＡＣシーケンスに基づいてＯＦＤＭとＯＦＤＭＡ通信システムのプリアンブルシーケンスを発生する技術である。このようなプリアンブルシーケンスは個々の送信機の同期及び識別に使用されることができる。例えばＯＦＤＭＡシンボルは周波数ドメインのＣＡＺＡＣシーケンスを使用して構成され、結果的な時間ドメイン波形はＣＡＺＡＣシーケンスに近い。
【選択図】図１

Description

本発明は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）と直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）通信システムに関し、特にＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡ通信システムにおける高速度セル検索、時間同期、初期周波数オフセットの補正のための基準プリアンブル信号の発生及び送信に関する。

本出願は2004年７月27日出願の米国特許暫定出願第60/591,894号明細書（発明の名称“METHOD FOR THE TRANSMISSION AND RECEPTION OF REFERENCE PREAMBLE SIGNALS IN AN OFDMA SYSTEM”）の特権を主張しており、これは全ての目的でその全体がここで参考文献とされている。

ＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡシステムは、音声及びデータのような種々のタイプの通信サービスを提供するための有線及び無線通信システムを含む種々の電気通信システムで使用されることができる。無線通信システムは領域を複数のセルに分割することによって、ある地理的領域をカバーし、セルはさらに２以上のセクタに分割されることができる。概念上、それらのカバー区域のそれぞれのセルの中心に位置する基地局は、ダウンリンク（ＤＬ）無線信号によって情報を移動体加入者局（ＭＳＳ）へ送信する。移動局は移動局（ＭＳ）、加入者局（ＳＳ）、または無線局としても知られている。移動局はアップリンク（ＵＬ）無線信号によってそれらがサービスする基地局へ情報を送信する。

基地局から移動局へのダウンリンク無線信号は音声またはデータトラフィック信号またはその両者を含むことができる。さらに、基地局は通常、ダウンリンク無線信号が誘導かれるセル中の対応するセルおよび対応するセグメントを移動局に対して識別するためにそれらのダウンリンク無線信号中でプリアンブル信号を送信する必要がある。基地局からのこのようなプリアンブル信号によって、移動局はその受信機を時間と周波数の両者において観察されるダウンリンク信号と同期することができ、ダウンリンク信号を送信する基地局のＩＤｃｅｌｌ及びセグメントのようなアイデンティティを得ることができる。

ＩＥＥＥ ８０２．１６ ＯＦＤＭＡは直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）変調技術に基づいて無線通信を行うように開発されている。ＩＥＥＥ ８０２．１６ ＯＦＤＭＡに現在規定されているＤＬプリアンブルでは、ＭＳＳは隣接するセルのＩＤｃｅｌｌ番号とセグメント番号を識別するためのシーケンスのような予め規定され手作業で作られた擬似雑音（ＰＮ）を記憶している。動作において、ＭＳＳは受信されたダウンリンク信号でプリアンブルシンボルを捕捉し、それぞれ受信されたダウンリンク信号のプリアンブルを、その受信されたダウンリンク信号の特定のセクタにおけるＩＤｃｅｌｌ及びセグメントを決定するためのシーケンスのような記憶された擬似雑音（ＰＮ）と相関させる。これらのプリアンブルシーケンスは事前に手作業で作られ、一度に１つＭＳＳにより処理される。現在のＩＥＥＥ ８０２．１６ ＯＦＤＭＡの幾つかの実行ではこのようなシーケンスが１００を超えて存在する。このような多数のプリアンブルシーケンスとの相互相関を行うことは時間がかかり、ハードウェアの価格を増加する。さらに、ＭＳＳはプリアンブルシーケンスのセット全体を記憶し、この記憶はさらにハードウェアの価格を増加する。

プリアンブルの１つの重要な性能パラメータはピーク対平均パワー比（ＰＡＰＲ）である。システムの価格を減少させるために、プリアンブルのＰＡＰＲは可能な限り小さくしなければならない。ＯＦＤＭは通常他の変調よりも相対的に高いＰＡＰＲ比を有することが知られている。プリアンブルはフレーム毎に送信されるので、これはプリアンブルに対して特に重要である。

本発明は特に、一定の振幅（ＣＡ）とゼロの自己相関（ＺＡＣ）の所望の特性を有するＣＡＺＡＣシーケンスに基づいてＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡ通信システムのプリアンブルシーケンスを発生する技術を提供する。

１方法では、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡに基づく通信方法は、最初のＣＡＺＡＣシーケンスを選択し、周波数保護帯域を有する変更されたシーケンスを発生するために最初のＣＡＺＡＣシーケンスを変更し、基地局から移動局へのダウンリンク信号のプリアンブルの一部分として変更されたシーケンスを使用するステップを含むように行われる。

別の方法では、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡに基づく通信方法は、周波数の第１、第２、第３のシーケンス部分にスペクトル成分を含んでいる周波数の長さＬのＣＡＺＡＣシーケンスを選択し、第１の変更されたシーケンスを発生するためにＣＡＺＡＣシーケンスを変更するステップを含むように行われる。変更は、ＣＡＺＡＣシーケンスの第１の部分のスペクトル成分の振幅をゼロに設定し、第３の部分を変更せずに、第１の位相シフトをＣＡＺＡＣシーケンスの第２の部分のスペクトル成分に付加するステップを含んでいる。ＣＡＺＡＣシーケンスはその後、ＣＡＺＡＣシーケンスの第３の部分のスペクトル成分の振幅をゼロに設定し、第１の部分を変更せずに、ＣＡＺＡＣシーケンスの第２の部分の第２の位相シフトスペクトル成分を付加することによって、第２の変更されたシーケンスを発生するように変更される。第１及び第２の変更されたシーケンスはその後、組み合わせられ、長さ２Ｌの周波数の組み合わせられたシーケンスを形成する。第１の変更されたシーケンスからの第１の部分は、組み合わせられたシーケンスで第２の変更されたシーケンスからの第３の部分の隣に位置される。逆高速度フーリエ変換がその後、組み合わせられたシーケンスについて実行され、ＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡ通信で時間における第１のプリアンブルシーケンスを発生する。

別の方法では、ＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡに基づく通信方法は、周波数のオーバーラップを生成して振幅における変化を最小にするために移動局受信機で受信されたダウンリンク信号のプリアンブル信号をサブサンプリングし、ダウンリンク信号が発生される少なくとも１つの基地局を識別するためにプリアンブル信号の信号成分の順序を抽出するステップを含むように行われる。プリアンブル信号は最初のＣＡＺＡＣシーケンスの特性を維持するように最初のＣＡＺＡＣシーケンスから発生され、周波数保護帯域を有する。

幾つかの応用では、ここで説明される技術はダウンリンク（ＤＬ）プリアンブル設計を提供するために使用されることができ、プリアンブルシーケンスの構造的生成が高速度のセル探索、簡単な時間同期および初期的な周波数オフセットの補正を容易にする。新しいＤＬプリアンブル設計はＣＡＺＡＣシーケンスに基づいている。ＩＤｃｅｌｌおよびセグメントパラメータは、周波数ドメインのＣＡＺＡＣシーケンスのコード位相または時間ドメインのＣＡＺＡＣシーケンスに近いコード位相として符号化される。

これら及びその他の方法と、それらの変形、強化を添付図面、詳細な説明、特許請求の範囲でさらに詳細に説明する。

良好な相関特性と低いＰＡＰＲを有するプリアンブルのセットの設計は、これらの２つの要求が相容れない傾向があるため、困難な作業である。ＣＡＺＡＣシーケンスとして知られている数学的に良く研究されたシーケンスのファミリは（最低のＰＡＰＲを表す）一定の振幅（ＣＡ）およびゼロの自己相関（ＺＡＣ）の望ましい特性を有している、ＣＡＺＡＣシーケンスの良く知られた例はＣｈｕとＦｒａｎｋ−Ｚａｄｏｆｆシーケンスを含んでいる。

Ｃｈｕシーケンスは次式のように規定される。
ｃ（ｎ）＝ｅｘｐ（ｊθ_ｃｈｕ（ｎ）），ｎ＝０，１，…，Ｌ−１ （１）
ここで、Ｃｈｕシーケンスの位相は次式のとおりである。
θ_ｃｈｕ（ｎ）＝πｎ^２／Ｌ （２）
Ｌはシーケンスの長さであり、任意の正の整数であることができる。Ｆｒａｎｋ−Ｚａｄｏｆｆシーケンスも式（１）で規定されるが、位相は次式のように規定される：

ｃ＝［ｃ_Ｌ−１，ｃ_Ｌ−２，…，ｃ_０］^TをＣＡＺＡＣシーケンスとし、循環シフト演算子マトリックスＭを次式のように規定し、即ち、
Ｍ＝［ｅ_１ ｅ_２ … ｅ_Ｌ−１ ｅ_０］ （４）
ここでｅ_ｋは長さＬの標準的な基本ベクトルである。例えばｅ_ｋはユニティのｋ番目のエレメントを除いて、全てゼロのベクトルであってもよい。ＣＡＺＡＣシーケンスの循環マトリックスＣを以下のように規定する：

Ｌ×Ｌのフーリエマトリックスを以下のように規定する：

ここではω＝ｅｘｐ（−ｊ２π／Ｌ）である。循環マトリックスは次式のように特有に表されることができることが示されている。

ここで、Λ_ｃ＝ｄｉａｇ｛ｇ_０，ｇ_１，…，ｇ_Ｌ−１｝は循環マトリックスの固有のマトリックスであり、（・）^Ｈはエルミート転置を示している。

ゼロの自己相関シーケンスはそのアイデンティティ自己相関マトリックス、即ち次式により特徴付けされる：

式（８）は次式を得るために使用されることができる：

換言すると、循環マトリックスの固有値は等しい振幅、即ち｜ｇ_ｋ｜＝一定，ｋ＝０，…Ｌ−１を有する。さらに、これらの固有値は以下の等式で明白であるようにＺＡＣシーケンスの周波数スペクトル成分を構成する：

ここでｅ_０は式（４）で規定されたＭの最後の列ベクトルであり、ｇ＝［ｇ_０，ｇ_１，…，ｇ_Ｌ−１］^TはＣの固有値により形成される列ベクトルである。

特性１：ｃがＣＡＺＡＣシーケンスであるならば、その周波数ドメインスペクトル成分もまたＣＡＺＡＣシーケンスを形成する（必要な条件）。

証明：
Λ_Ｍを式（４）で規定された循環シフト演算子マトリックスＭの固有マトリックスとする。Λ_Ｍ＝ｄｉａｇ｛１，ω，ω^２，…，ω^Ｌ−１｝，ω＝ｅ^{−ｊ２π／Ｌ}が証明されることができる。Ｍは実数のマトリックスであるので、以下の式が得られる：

ｋ＝０，…Ｌ−１では、次式が書かれることができる：

それ故、列ベクトルｇはＺＡＣシーケンスである。ＣＡＺＡＣシーケンスの循環マトリックスＣの固有値は等しい振幅を有している、式（１２）により、ｇ＝［ｇ_０，ｇ_１，…，ｇ_Ｌ−１］^TシーケンスはＣＡＺＡＣシーケンスであることが証明される。

特性２：ｇ＝［ｇ_０，ｇ_１，…，ｇ_Ｌ−１］^Tが周波数ドメインにおけるＣＡＺＡＣシーケンスであるならば、その対応する時間ドメインシーケンスもＣＡＺＡＣシーケンスである（十分な条件）。

証明：
式（１０）と（１１）は次式を得るために使用されることができる：

これは時間ドメインのシーケンスがＺＡＣ特性を有していることを示している。

式（１０）から、ｇは以下のように書かれることができる：

ｇはＣＡＺＡＣシーケンスであるので、次式が得られる：

式（１５）をマトリックス形態で書きなおすと、次式が得られる：

式（１６）の解は以下のようになる：
｜ｃ_ｋ｜^２＝１／Ｌ，ｋ＝０，１，…，Ｌ−１ （１７）
それ故、時間ドメインの対応するシーケンスもまたＣＡＺＡＣシーケンスである。

特性１と特性２から、ＣＡＺＡＣシーケンスの一定の振幅及びゼロの自己相関の所望の特性は時間及び周波数ドメインの両者で保持される。それ故、ＣＡＺＡＣシーケンスは、移動局受信機によって時間及び周波数同期とチャンネル評価に使用されることができる。しかしながら、ＩＥＥＥ ８０２．１６ ＯＦＤＭＡシステムにおける保護帯域とチャンネル選択濾波のために、このようなＣＡＺＡＣシーケンスは保護帯域とチャンネル選択濾波のための送信周波数スペクトルマスクに合致するための周波数における適切な中断とボイドを有しないので、ＣＡＺＡＣシーケンスは直接的にプリアンブルを構成するために直接使用されることができない。

以下の幾つかの例示的な実施例では、Ｃｈｕまたはｆｒａｎｋ−ＺａｄｏｆｆシーケンスのようなＣＡＺＡＣシーケンスは、保護帯域及びチャンネル選択濾波のためのＩＥＥＥ ８０２．１６送信周波数スペクトルマスクを満足させる変更されたＣＡＺＡＣシーケンスを周波数ドメインで発生するために周波数ドメインで変更されることができる。変更されたＣＡＺＡＣシーケンスはもはや数学的に完全なＣＡＺＡＣシーケンスではないが、ＣＡＺＡＣシーケンスに近く、その振幅はほぼ一定であり、自己相関はほぼデルタ関数である。この変更されたＣＡＺＡＣシーケンスはＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡベースの通信システムに対して所望のプリアンブルシーケンスを生成するために逆ＦＦＴ下で、時間ドメインに変換される。同様に、時間ドメインのＣＡＺＡＣシーケンスもまた保護帯域及びチャンネル選択濾波のためのＩＥＥＥ ８０２．１６送信周波数スペクトルマスクを満足させる変更されたＣＡＺＡＣシーケンスを周波数ドメインで生成するために使用されることができる。

図１のＡおよび１のＢは、周波数ドメインにおいて長さＬを有するＣＡＺＡＣシーケンス120から時間ドメインの２Ｌの長さを有するプリアンブルシーケンス170を構成する１つの例示的な方法を示している。図１のＡは、例示的な動作フローに従った処理ステップを示しており、図１のＢは図１のＡの各処理ステップの結果的なシーケンスを示している。

最初に、図１のＡのステップ102で、長さＬのＣＡＺＡＣシーケンスがプリアンブルシーケンスの構成のベースとして選択される。周波数ドメインにおけるこのようなＣＡＺＡＣシーケンスの１例が図１のＢに示されており、ここではシーケンス120は左または第１の部分Ｃ１と、中央または第２の部分Ｃ２と、右または第３の部分Ｃ３とに区画されている。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の大きさは左の保護帯域のサイズ、右の保護帯域のサイズおよび長さＬの特別な要求にしたがって変化できる。次に、周波数ドメインにおけるＣＡＺＡＣシーケンス120はそれぞれ処理ステップ104と106を通して、図１のＢに示されているように、依然として周波数ドメインにおいて、第１の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス130と第２の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス140とに変換される。第１及び第２の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス130と140は任意の順序で、または同時に実行されることができる。

示されているように、第１の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス130は、右バッファであり、Ｃ３の各成分の振幅をゼロに設定して、Ｃ２の各成分の位相シフト係数ｅ^ｊθを付加することにより形成される。左部分Ｃ１の周波数成分は変更されない。第２の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス140は、左バッファであり、Ｃ１の各成分の振幅をゼロに設定して、Ｃ２の各成分の位相シフト係数ｅ^−ｊθを付加することにより形成される。この位相シフトは第１の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス130の位相シフトと反対である。右部分Ｃ３は変更されない。これらの処理ステップはＯＦＤＭＡスペクトル成分の保護帯域の振幅をゼロに設定する。図１のＡでは、左バッファはナイキストサンプリング速度下の周波数スペクトルのＤＣ成分の左側にあり、右バッファはＤＣ成分の右側にある。ＤＣ成分は第１の変更されたＣＡＺＡＣシーケンスの第１の周波数成分であり、図１のＢのインデックス“１”により表される。したがって、名称の指示はこれらが図１のＢの左側または右側に現れるかを示さない。ステップ108で、例えばＩＥＥＥ ８０２．１６ＯＦＤＭＡシステムでのように、ＤＣサブキャリアが使用されないならば、ＤＣ成分の振幅はゼロに設定される。

次に、ステップ110で、第１及び第２の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス150と140は、長さ２Ｌの新しいシーケンス160を構成するために周波数ドメインで共に結合され、周波数ドメインで第１の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス150のＣ３は第２の変更されたＣＡＺＡＣシーケンス140のＣ１へ接続される。ステップ112で、逆ＦＦＴはその後、時間ドメインのプリアンブルシーケンスとしてＣＡＺＡＣに近いシーケンス170を形成するために、周波数ドメインの新しいシーケンス160について行われる。

前述のプロセスは、これらの近接するセルの基地局の無線範囲内の近接するセルの多くのセグメント中で、特定のセル中の特定のセルセクタまたはセグメントを識別するための１つのプリアンブルシーケンスを形成する。異なるＩＤｃｅｌｌと異なるセグメントに対する異なるプリアンブルシーケンスは異なる方法で発生されることができる。１つの例示的な実施例では、新しいプリアンブルシーケンスは新しい初期的ＣＡＺＡＣシーケンスを生成するために、最初に周波数ドメインの初期的なＣＡＺＡＣシーケンス120の成分の循環シフトを行うことによって生成されることができる。図２のＡは、周波数ドメインにおいてＬ成分の初期的なＣＡＺＡＣシーケンス120から２つの新しいＣＡＺＡＣシーケンス210と220を発生するための周波数成分の循環シフトを示している。その後、２つの新しい初期的なＣＡＺＡＣシーケンス210と220はそれぞれ図１のＡのステップ104からステップ112にしたがって処理され、時間ドメインで２つの対応するＣＡＺＡＣに近いシーケンスを発生する。この方法では、Ｌの異なるプリアンブルシーケンスの全体はＬ成分の循環シフトから発生されることができる。

図２のＢは、時間ドメインにおけるＣＡＺＡＣシーケンスの循環シフトに基づいて異なるプリアンブルシーケンスを発生する別の方法を示している。初期的なＣＡＺＡＣシーケンス120から発生されたＣＡＺＡＣに近いプリアンブルシーケンス170の成分は、時間において異なるＣＡＺＡＣに近いプリアンブルシーケンスを発生するために時間においてシフトされることができる。示されているように、プリアンブルシーケンス170の循環シフトは２つの新しいプリアンブルシーケンス230と240を生成するために使用される。２Ｌの異なるプリアンブルシーケンスの全体は２Ｌ成分の循環シフトから発生されることができる。これらのシーケンスは全てのＩＤｃｅｌｌとセルセクタ／セグメントを表すのに十分である。

１例として、図３は基地局がセルの３つの層に到達でき、各セルが６個までのセルセグメントと６個の近接セルとを有することのできる種々のＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡシステムで使用される３段階のセル設計を示している。すなわち、この特別な３段階のセル設計下では、１つの基地局から１９の到達可能なセルの全体中で最大のセルセグメント数は１９×６＝１１４である。それゆえ、少なくとも１１４の長さのＣＡＺＡＣシーケンスは、前述の方法に基づいたＩＤｃｅｌｌとセグメント数を伝送するために十分な数のシーケンスを有することができる。

例示の目的で、１０２４−ＦＦＴ（高速度フーリエ変換）サイズと、通常サブキャリアと呼ばれる８７ＦＦＴビンの左保護帯域と、８６サブキャリアの右保護帯域と、４つのプリアンブルキャリア-セットとを有する例示的なＯＦＤＭＡシステムをここで説明する。当業者にとって、ＦＦＴサイズ、左および右保護帯域サイズ、またはプリアンブルキャリア-セットの数に対して異なる値が使用されることができる。

各セルが４つのセクタを含んでいる４セクタ構成の場合、プリアンブルを発生する１方法は、１０２４の全体的なサブキャリアを、インターレースされた方法で配置されている４つの等しいサブセットに分割することである。効率的に、４つのプリアンブルキャリア-セットが存在する。サブキャリアは例えば、基地局のアイデンティティであるＩＤｃｅｌｌおよびセグメントにより規定されるコード位相により循環的にシフトされているＣＡＺＡＣシーケンスによるレベルブースト位相シフトキーイング（ＰＳＫ）変調を使用して変調される。特に厳密には、４つのプリアンブルキャリア-セットは次式を使用して規定され、
PreambleCarrierSet_ｍ＝ｍ＋４＊ｋ （１８）
ここで、PreambleCarrierSet_ｍは特定のプリアンブルに割当てられた全てのサブキャリアを特定し、ｍは０、１、２または３としてインデックスされているプリアンブルキャリア-セットの数であり、ｋはランニングインデックスである。セルの各セグメントはこの特定の例では４つの可能なプリアンブルキャリア-セットの１つを割当てられる。

さらに説明するため、１０２４−ＦＦＴ ＯＦＤＭＡサンプリング速度をナイキストレートで２０ＭＨｚとする。基本的なプリアンブル時間ドメインシンボルレートは１０ＭＨｚである。周波数ドメイン成分は４周波数ビン毎にＣＡＺＡＣシンボルを１つ挿入することによって長さ512にゼロを挿入された長さ128の式（１）および（２）に示されているＣｈｕシーケンスから構成されている。以下説明するように、シンボルレート（１０ＭＨｚ）における時間ドメインＣＡＺＡＣシーケンスはスペクトルのフォールディング後、周波数ドメイン中にＣＡＺＡＣシーケンスを誘起することが確認できる。その周波数ドメインＣＡＺＡＣシーケンスは１０２４−ＦＥＴ演算の代わりに５１２−ＦＦＴ演算を使用して計算されることができる。

ｈ＝［ｈ_０，ｈ_１，…，ｈ_２Ｌ−１］^Tをナイキストレートにおける長さ２Ｌの時間ドメイン波形とする。そのスペクトル成分は以下のように式（１４）を使用して計算されることができる：

ここでＦ_２Ｌは大きさが２Ｌ×２Ｌのフーリエ変換マトリックスであり、ｇ_ＨＬとｇ_ＨＵは周波数スペクトルの下部及び上部である。ナイキストレートの半分のシンボルレートにおける移動局受信機の波形をサブサンプリング（即ちダウンサンプリング）するとき、周波数ドメインにおけるスペクトルフォールディングが、移動局のサンプルされた信号中に誘起される。ｈ_Ｅ＝［ｈ_０，ｈ_２，ｈ_４，…，ｈ_２Ｌ−２］^Tを偶数番号のサンプルのサブサンプルされたシーケンスとし、ｈ_０＝［ｈ_１，ｈ_３，ｈ_５，…，ｈ_２Ｌ−１］^Tを奇数番号のサンプルのサブサンプルされたシーケンスとする。Ｓを、マトリックスの列を偶数と奇数の列に再配列するマトリックス演算と規定する：

簡単化すると、以下の式を得ることができる：

ここで、ｇ_ＨＥとｇ_ＨＯは偶数と奇数サンプルシーケンスのスペクトル成分であり、Λ_ε＝ｄｉａｇ｛１，ε，ε^２，…，ε^Ｌ−１｝であり、ε＝ｅｘｐ（ｊπ／Ｌ）である。

式（２２）と（２３）は以下のスペクトルフォールディング関係を得るために使用されることができる：

式（２４）と（２５）は移動局におけるダウンリンクプリアンブル信号の波形のサブサンプリングのスペクトルフォールディング現象を要約している。すなわち、サブサンプリングは周波数フォールディングまたはスペクトルエイリアスを誘起しがちである。時間における受信されたプリアンブルシーケンスをサンプリングするときにサブサンプリング周波数が十分に低いならば、サンプルされた信号のスペクトル成分はオーバーラップし、その結果周波数フォールディングを生じる。幾つかのＯＦＤＭ／ＯＦＤＭＡ応用では、この現象は信号の復元を完全なものにするために意図的に回避される。

しかしながら、移動局受信機におけるサブサンプリングによるスペクトルフォールディングは、前述のスペクトル濾波により、不適切に切頭されたＣＡＺＡＣシーケンスのＣＡＺＡＣ特性を再生するための技術として有効に使用されることができる。これは部分的に、コヒーレントなチャンネル帯域幅がサブサンプルされた信号帯域幅よりも非常に小さいならば、プリアンブル信号に対する悪影響はほとんどない（しかしながら音声またはデータ信号に対してはそうではない）という認識に基づいている。１例として、１／２サブサンプリングは正確にＣＡＺＡＣシーケンスである“フォールドされた”または“エイリアスされた”スペクトルを意図的に生成する。ＣＡＺＡＣシーケンスの時間周波数の二重性特性のために、時間ドメインの対応するシーケンスもまたＣＡＺＡＣシーケンスである。サブサンプルされたシーケンスは所望のＣＡＺＡＣ特性を維持するが、サブサンプルされていない（送信された）シーケンスはＣＡＺＡＣ特性を維持しない。例えば図１のＢに示されている位相回転がθ＝π／３であるとき、ＰＡＰＲは約４．６ｄＢである。さらに低いＰＡＰＲを実現するために、位相θはπ／４に調節されることができる。“フォールドされたスペクトル”はもはや周波数ドメインの正確なＣＡＺＡＣシーケンスではないが、結果的な時間ドメイン波形は３．０ｄＢの低いＰＡＰＲを有する。

周波数及び時間ドメインの両者でフォールドされた周波数スペクトルのＣＡＺＡＣシーケンス特性を維持するためのこの技術をさらに、以下説明する。

前述の例に続いて、図１のＡと図１のＢのＣＡＺＡＣシーケンスについての前述の構成は、１２８−エレメントのＣｈｕシーケンスの４：１ゼロ挿入された５１２−エレメントの周波数ドメインＣＡＺＡＣシーケンスを使用して、１０２４のサブキャリアを再構成するために使用され、それによって移動局受信機におけるダウンサンプリングによるスペクトルフォールディング後、フォールドされた５１２のスペクトル成分はＣｈｕシーケンスの周波数ドメインＣＡＺＡＣシーケンスを形成する。

ｃ_ｃｈｕは時間ドメイン５１２−エレメントのＣＡＺＡＣシーケンスを表すとし、その周波数ドメインＣＡＺＡＣシーケンスはｇ_ｃｈｕ（５１２エレメント）を表すとすると、次式のように表されるとする：

ここで、ｋは固定されたプリアンブルキャリア-セットを表している。ｃ_ｃｈｕとｇ_ｃｈｕは時間周波数対を形成し、それらの関連は次式により表される：
ｃ_ｃｈｕ＝ＩＦＦＴ_５１２（ｇ_ｃｈｕ） （２７）

ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１６ｅ／Ｄ３では、１０２４−ＦＦＴ ＯＦＤＭＡは左側に８６、右側に８７の保護サブキャリアを有する。ＤＣ（直流）サブキャリアはインデックス512に位置している。左側及び右側の１０２４−ＦＦＴ ＯＦＤＭＡプリアンブルのｇ_Ｌとｇ_Ｒをアセンブルする構成手順を以下に示す。
ｇ_Ｒ（１：８６）＝ｇ_Ｃｈｕ（１：８６） （２８）
ｇ_Ｒ（８７：４２５）＝ｅ^{−ｊπ／３}ｇ_Ｃｈｕ（８７：４２５） （２９）
ｇ_Ｒ（４２６：５１２）＝０ （３０）
ｇ_Ｌ（１：８６）＝０ （３１）
ｇ_Ｌ（８７：４２５）＝ｅ^ｊπ／３ｇ_Ｃｈｕ（８７：４２５） （３２）
ｇ_Ｌ（４２６：５１２）＝ｇ_Ｃｈｕ（４２６：５１２） （３３）
さらに、例えばＩＥＥＥ Ｐ８０２．１６ ＯＦＤＭＡシステムでＤＣ成分が使用されないならば、
ｇ_Ｒ（１）＝０ （３４）
プリアンブルシンボルの最終的に再構成された１０２４−ＦＦＴ周波数成分を以下に示す：

ナイキストレートにおけるその最終的に再構成された１０２４時間ドメインプリアンブルシーケンスは、
ｃ＝ＩＦＦＴ_１０２４（ｑ） （３６）
時間ドメインのシンボルレートにおけるサブサンプリングによるスペクトルフォールディングの後、偶数番号のサンプルについての結果的にフォールドされた周波数スペクトル成分は式（２４）に基づいて、
ｇ（１：５１２）〜ｇ_Ｌ（１：５１２）＋ｇ_Ｒ（１：５１２） （３７）
オーバーラップ領域は次のような関係を有する。
ｇ（８７：４２５）∝（ｅ^ｊπ／３＋ｅ^{−ｊπ／３}）ｇ_Ｃｈｕ（８７：４２５）＝
ｇ_Ｃｈｕ（８７：４２５） （３８）
式（２８）−（３３）はＣＡＺＡＣ特性が保持されることを示唆している。奇数番号を付けられたサンプルのオーバーラップされた領域は、式（２５）にしたがって以下の関係を有することにも注意すべきである：

それ故、再構成された時間シーケンスは、偶数番号を付けられたサンプルされたシーケンスに対して最低のＰＡＰＲを有し、奇数番号を付けられたサンプルされたシーケンスに対して非常に低いＰＡＰＲを有し、これらは保護帯域の要求のために正確なＣＡＺＡＣシーケンスから僅かに変位するだけである。時間ドメインサブサンプルされたシーケンスの公称のＰＡＰＲは全ての異なるコード位相で３ｄＢよりも小さい。プリアンブルシーケンスにおける再構成された１０２４−ＦＦＴの周波数成分は一定の振幅を有し、したがってチャンネル評価を助けるために使用されることができる。

１実施例では、高速度のセル検索は次のように行われることができる。異なるセクタに対するＩＤＣｅｌｌとセグメントの割当ては、式（２８）−（３６）で説明した方法と同じ方法でｇ_ｃｈｕシーケンスの循環シフトの異なるＣＡＺＡＣコード位相を割当て、時間ドメインシーケンスを形成することにより行われる。

図４は、セグメント０のプリアンブルシーケンスのサブキャリア割当ての１例を示している。

図５は、時間ドメインにおける波形の対応する振幅を示している。周波数ドメインのスペクトル成分はＣＡＺＡＣシーケンスを形成するので、スペクトル成分のシーケンスを循環的にシフトすることにより形成される（サブサンプルされた）時間ドメイン中の新しいシーケンスもまたＣＡＺＡＣシーケンスを形成する。良好に規定されたゼロの自己相関特性のために、コード位相の識別と、それによるＩＤｃｅｌｌとセグメントの識別とは最適な決定によって行われることができる。ＰＮシーケンスの異なるコンポーネントの順番の循環シフトによって、ＭＳＳは他にシーケンスをシフトせずにＰＮシーケンスの１つのコピーを維持することが許容される。簡単な検索表は、循環シフトと、対応する基地局及び関連されるセルセクタに基づいて、全てのシーケンス間に関係を与えるために使用されることができる。それ故、本発明の技術は高速のセル検索を可能にする。

ＣＡＺＡＣシーケンスはチャンネルのサウンディングに使用されており、それによってＣＩＲ（チャンネルインパルス応答）はＣＡＺＡＣシーケンスのゼロ自己相関特性のために特有に決定されることができる。ＯＦＤＭＡまたはＯＦＤＭシステムでは、これをＣＩＲの識別だけではなく、微細なタイミング同期を得るために使用することができ、それによりＩＳＩを最小限にするようにＧＩ（保護インターバル）を排他的に除去することができる。

図６は、チャンネル歪なしに、（シンボルにより隔てられている）ＣＡＺＡＣに近いシーケンスの整合された濾波の結果の時間波形を示しており、図７は、マルチパスフェーディング環境におけるＣＡＺＡＣに近いシーケンスの整合された濾波の結果を示している。波形は試験されたＲＦマルチパス環境のＣＩＲである。

高感度で廉価のＴＣＸＯのために、クロックの正確度は通常、幾つかのシステムでは基地局と移動局の両者で約５ｐｐｍである。１０ＧＨｚで、周波数オフセットは５０ｋＨｚになる。１１ｋＨｚのＦＦＴ間隔では、これは両方向で５個のサブキャリアにまたがっている。

周波数ドメインにおけるＣＡＺＡＣに近いシーケンスは、相互相関のピーク位置の識別を簡単にするために使用されることができる。例えば、高感度で廉価のＴＣＸＯのために、クロックの正確度は通常、約５ｐｐｍ（ＢＳ＋ＳＳ）である。１０ＧＨｚのキャリア周波数では、周波数オフセットは５０ｋＨｚになる。１１ｋＨｚ ＦＦＴ間隔では、これは両方向で５個のサブキャリアにまたがっている。大きい周波数オフセットにより±５のサブキャリアドリフトに適合する少なくとも１０コードの位相だけ離れた異なるＩＤＣｅｌｌとセグメントを有する異なるセクタに対してコード位相を割当てることができ、その後、容易に１１ｋＨｚ内まで周波数オフセットの消去を行うことができる。さらに微細な補正にはパイロットチャンネルの追跡を使用する。

現在のプリアンブル設計のＰＡＰＲは４．６ｄＢである。ＰＡＰＲはさらに式（２９）と（３２）で異なる位相係数を選択することにより減少されることができる。例えば式（２９）と（３２）の位相係数を式（４０）と（４１）に示されているように、ｅ^ｊπ／３からｅ^ｊπ／４へ変更するならば、ＰＡＰＲはＣＡＺＡＣ性能とを妥協することにより、３．０ｄＢまで減少される。

ｇ_Ｒ（８７：４２５）＝ｅ^{−ｊπ／４}ｇ_Ｃｈｕ（８７：４２５） （４０）
ｇ_Ｌ（８７：４２５）＝ｅ^ｊπ／４ｇ_Ｃｈｕ（８７：４２５） （４１）

少数の実施形態のみを説明した。変更、変化、強化がここで説明し示した内容に基づいて行われることができるであろう。

１つの例示的なプリアンブルシーケンスの構造方法の処理ステップと、そこに示されている例示的な方法の各処理ステップの結果的なシーケンスを示す図。 周波数ドメインにおいて２つの新しい初期的なＣＡＺＡＣシーケンスを発生するため周波数ドメインの初期的なＣＡＺＡＣシーケンスの循環シフトを使用する１例と、時間ドメインにおいて２つの新しいプリアンブルシーケンスを発生するため時間ドメインのプリアンブルシーケンスの循環シフトを使用する１例とを示す図。 種々のＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡシステムで使用される３段階のセル設計の１例を示す図。 セグメント０のプリアンブルシーケンスの周波数ドメインにおけるサブキャリア割当ての１例を示す図。 図４の例に対応する時間ドメインの波形の対応する振幅を示す図。 チャンネル歪なく、（シンボルにより隔てられている）ＣＡＺＡＣシーケンスの整合された濾波の結果の時間波形を示す図。 マルチパスフェーディング環境におけるＣＡＺＡＣシーケンスの整合された濾波の結果を示す図。

Claims (22)

1. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスを選択し、
   周波数保護帯域を有する変更されたシーケンスを生成するために初期的なＣＡＺＡＣシーケンスを変更し、
   基地局から移動局へのダウンリンク信号のプリアンブルの一部分として変更されたシーケンスを使用するステップを含んでいるＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡに基づいた通信方法。
2. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスはＣｈｕシーケンスである請求項１記載の方法。
3. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスはＦｒａｎｋ−Ｚａｄｏｆｆシーケンスである請求項１記載の方法。
4. さらに、基地局の送信機を識別するためにプリアンブルシーケンスの周波数成分の順序を使用し、
   異なる基地局の送信機を識別するために周波数成分の順序の循環シフトに基づいて、プリアンブルシーケンスの周波数成分の異なる順序を使用するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
5. さらに、基地局の各セル中の異なるセルセクタを識別するために、周波数成分の順序の循環シフトに基づいて、プリアンブルシーケンスの周波数成分の異なる順序を使用するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
6. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスの変更は、
   周波数保護帯域を生成するために初期的なＣＡＺＡＣシーケンスにおける周波数成分を選択し、
   周波数保護帯域を生成するために、初期的なＣＡＺＡＣシーケンス中の選択された周波数成分の振幅をゼロに設定するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
7. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスの変更はさらに、
   振幅が変更されていない初期的なＣＡＺＡＣシーケンス中の隣接する周波数成分の選択されたグループの位相を調節するステップを含んでいる請求項６記載の方法。
8. さらに、周波数のオーバーラップを生成して振幅における変化を最小にするために、移動局受信機のプリアンブルをサブサンプリングするステップを含んでいる請求項１記載の方法。
9. 周波数の第１、第２、第３の連続的な部分にスペクトル成分を含んでいる周波数の長さＬのＣＡＺＡＣシーケンスを選択し、
   第１の変更されたシーケンスを生成するために、ＣＡＺＡＣシーケンスの第１の部分のスペクトル成分の振幅をゼロに設定し、第３の部分を変更せずに、第１の位相シフトをＣＡＺＡＣシーケンスの第２の部分のスペクトル成分に付加することにより、ＣＡＺＡＣシーケンスを変更し、
   第２の変更されたシーケンスを発生するために、ＣＡＺＡＣシーケンスの第３の部分のスペクトル成分の振幅をゼロに設定し、第１の部分を変更せずに、ＣＡＺＡＣシーケンスの第２の部分の第２の位相シフトスペクトル成分を付加することによって、ＣＡＺＡＣシーケンスを変更し、
   第１及び第２の変更されたシーケンスを組み合わせて、長さ２Ｌの周波数の組み合わせられたシーケンスを形成し、第１の変更されたシーケンスからの第１の部分は、組み合わせられたシーケンスで第２の変更されたシーケンスからの第３の部分の隣に位置され、
   ＯＦＤＭおよびＯＦＤＭＡ通信のために時間において第１のプリアンブルシーケンスを生成するように、逆高速度フーリエ変換を組み合わせられたシーケンスにおいて実行するステップを含んでいるＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡに基づいて通信する方法。
10. さらに、所望のＯＦＤＭＡ保護帯域を得るために、ＣＡＺＡＣシーケンスの第１および第３の部分の幅を設定するステップを含んでいる請求項９記載の方法。
11. さらに、ＤＣサブキャリアが使用されていないとき、ＤＣサブキャリアの振幅をゼロに設定するステップを含んでいる請求項９記載の方法。
12. さらに、第１の位相シフトと第２の位相シフトを相互に反対にするステップを含んでいる請求項９記載の方法。
13. 第１及び第２の変更されたシーケンスを発生する前に、初期的なＣＡＺＡＣシーケンスの周波数成分の循環シフトを行い、その後組み合わせられたシーケンスの生成に使用されるＣＡＺＡＣシーケンスを生成し、
    ダウンリンク信号の一部として第１のプリアンブルシーケンスを送信する基地局の少なくとも１つのアイデンティティを識別するためにＣＡＺＡＣシーケンスのスペクトル成分の順序を使用するステップを含んでいる請求項９記載の方法。
14. さらに、少なくとも異なる基地局と、異なる基地局のセルの異なるセルセクタを識別するために、周波数において周波数成分の異なる順序を発生するために初期的なＣＡＺＡＣシーケンスの周波数成分の循環シフトを使用することを含んでいる請求項１３記載の方法。
15. さらに、第２のプリアンブルシーケンスを発生するために第１のプリアンブルシーケンスの時間成分の循環シフトを行うステップを含んでいる請求項９記載の方法。
16. さらに、少なくとも異なる基地局を識別するために時間成分の異なる順序を生成するために、初期的なＣＡＺＡＣシーケンスの時間成分の循環シフトを使用するステップを含んでいる請求項１５記載の方法。
17. さらに、異なる基地局に加えて、異なる基地局のセルの異なるセルセクタを表すために時間成分の異なる順序を生成するために、初期的なＣＡＺＡＣシーケンスの時間成分の循環シフトを使用するステップを含んでいる請求項１６記載の方法。
18. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスはＣｈｕシーケンスである請求項９記載の方法。
19. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスはＦｒａｎｋ−Ｚａｄｏｆｆシーケンスである請求項９記載の方法。
20. 周波数のオーバーラップを生成して振幅における変化を最小にするために移動局受信機で受信されたダウンリンク信号中のプリアンブル信号をサブサンプリングし、前記プリアンブル信号は、初期的なＣＡＺＡＣシーケンスの特性を維持するように初期的なＣＡＺＡＣシーケンスから発生され、周波数保護帯域を有し、
    ダウンリンク信号が発生される少なくとも１つの基地局を識別するために、プリアンブル信号の信号成分の順序を抽出するステップを含んでいるＯＦＤＭまたはＯＦＤＭＡに基づいて通信する方法。
21. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスはＣｈｕシーケンスである請求項２０記載の方法。
22. 初期的なＣＡＺＡＣシーケンスはＦｒａｎｋ−Ｚａｄｏｆｆシーケンスである請求項２０記載の方法。

Images