JP4373004B2 - Ｃｄｍａ通信システムでの移動局アシストタイミング同期 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は通信システムに関する。特に、この発明は同期化基地局と同時に通信中である移動局から送信された信号により基地局を同期化する新規かつ改良された方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）変調技術を使用することは、非常に多くのシステムユーザが存在する通信を促進するいくつかある技術のうちの１つである。時分割多元接続（ＴＤＭＡ）や周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）のような他の多元接続通信システム技術が技術的に知られている。しかしながら、ＣＤＭＡのスペクトル拡散変調技術は、多元接続通信システムに対する他の変調技術に対して顕著な効果を有する。多元接続通信システムにおいてＣＤＭＡ技術を使用することは、“衛星または地上の中継器を使用するスペクトル拡散多元接続通信システム”と題する米国特許第４，９０１，３０７号および“ＣＤＭＡセルラ電話システムで信号波形を発生させるためのシステムおよび方法”と題する米国特許第５，１０３，４５９号に開示され、両特許は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。ＣＤＭＡ移動通信を提供する方法は、以下ＩＳ−９５として呼ぶ“デュアルモードワイドバンドスペクトル拡散セルラシステムに対する移動局−基地局互換性標準規格”と題するＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５−Ａにおいて電気通信工業協会により米国で標準化されている。
【０００３】
今言及した特許において多元接続技術が開示されており、この技術ではそれぞれトランシーバを有する非常に多くの移動局ユーザが符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）スペクトル拡散通信信号を使用し、衛星中継器または（セル基地局またはセルサイトとしても知られている）地上基地局を通して通信している。ＣＤＭＡ通信を使用することにより、周波数スペクトルを複数回再使用することができ、したがってシステムユーザ容量を増加させることができる。ＣＤＭＡ技術の使用は他の多元接続技術を使用して達成することができるものよりもスペクトル効率がかなり高くなる。
【０００４】
１つの基地局から異なる伝搬パスに沿って伝わったデータを同時に復調し、１つより多い基地局から冗長的に提供されるデータを復調する方法は、ＣＤＭＡセルラ電話システムにおけるダイバーシティ受信機”と題する米国特許第５，１０９，３９０号（第３９０号特許）に開示されており、この特許は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。第３９０号特許では、別々に復調された信号が合成されて、任意の１つのパスによりあるいは任意の１つの基地局から復調されたデータよりも高い信頼性を有する送信データの推定値を提供する。
【０００５】
ハンドオフは一般的にハードハンドオフとソフトハンドオフの２つのカテゴリーに分割される。ハードハンドオフでは、移動局が元の基地局を離れて目的の基地局に入るときに、移動局は元の基地局とのその通信リンクを切断して、その後に目的の基地局との新しい通信リンクを確立する。ソフトハンドオフでは、移動局は元の基地局とのその通信リンクを切断する前に目的の基地局との通信リンクを完成する。したがって、ソフトハンドオフでは、ある時間期間の間に元の基地局と目的の基地局の両方と冗長的に通信している。
【０００６】
ソフトハンドオフはハードハンドオフよりも通話を落とす可能性がかなり少ない。さらに、移動局が基地局のカバーレッジ境界近くを移動しているときに、移動局は環境におけるわずかな変化に応答して繰り返しのハンドオフ要求を行うかもしれない。この問題はピンポンとして呼ばれ、ソフトハンドオフによりかなり減らされる。ソフトハンドオフを実行するプロセスは、“ＣＤＭＡセルラ電話システムの通信においてソフトハンドオフを提供する方法およびシステム”と題する米国特許第５，１０１，５０１号に開示されており、この特許は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。
【０００７】
改良されたソフトハンドオフ技術は、“ＣＤＭＡセルラ通信システムにおける移動局アシストソフトハンドオフ”と題する米国特許第５，２６７，２６１号に開示されており、この特許は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。第２６１号特許のシステムでは、ソフトハンドオフプロセスは移動局において各基地局により送信される“パイロット”信号の強度を測定することにより向上する。これらのパイロット強度測定は、実行可能な基地局ハンドオフ候補の識別を促進することによりソフトハンドオフプロセス中で助けとなる。
【０００８】
基地局候補は４つの組に分割することができる。第１の組はアクティブセットとして呼ばれ、移動局と現在通信中である基地局を含む。第２の組は候補セットと呼ばれ、その信号が移動局に対して使用するのに十分な強度のものであるが、現在使用されていないとして決定されている基地局を含む。基地局はそれらの測定パイロットエネルギが予め定められたしきい値Ｔ_ADDを超えたときに候補セットに加えられる。第３の組は（アクティブセットまたは候補セットに含まれていない）移動局に近接している基地局のセットである。第４の組は他のすべての基地局から構成される残余セットである。
【０００９】
ＩＳ−９５では、基地局候補はそのパイロットチャネルの疑似雑音（ＰＮ）シーケンスの位相オフセットにより特徴付けられる。移動局がサーチして候補基地局からのパイロット信号の強度を決定したとき、移動局は相関動作を実行し、フィルタされた受信信号は１組のＰＮオフセット仮定と相関がとられる。相関動作を実行する方法および装置は、１９９６年７月２６日に出願され、“ＣＤＭＡ通信システムでサーチ捕捉を実行する方法および装置”と題する留保中の米国特許出願第０８／６８７，６９４号で詳細に説明されており、この特許出願は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。
【００１０】
基地局と移動局との間の伝搬遅延は知られていない。この未知の遅延はＰＮコードにおいて未知のシフトを生じさせる。サーチプロセスはＰＮコードにおける未知のシフトを決定するように試みる。これを行うために、移動局はそのサーチャーＰＮコード発生器の出力を時間的にシフトさせる。サーチシフトの範囲はサーチウインドウと呼ばれる。このサーチウインドウはＰＮシフト仮定に関して中心付けられる。基地局は移動局に対してその近接にある基地局パイロットのＰＮオフセットを示すメッセージを送信する。移動局はＰＮオフセット仮定の回りにそのサーチウインドウを中心付ける。
【００１１】
適切なサイズのサーチウインドウはパイロットの優先度、サーチプロセッサのスピード、マルチパス到着の予測される遅延拡散を含むいくつかの要因に基づいている。ＣＤＭＡ標準規格（ＩＳ−９５）は３つのサーチウインドウパラメータを規定している。アクティブセットと候補セットの両方におけるパイロットのサーチはサーチウインドウ“Ａ”により支配されている。隣接セットパイロットはウインドウ“Ｎ”に対してサーチされ、残余セットパイロットはウインドウ“Ｒ”に対してサーチされる。サーチャーウインドウのサイズは以下の表１に提供されており、ここでチップは１／１．２２８８ＭＨｚである。
【表１】

【００１２】
ウインドウのサイズを変更することは、サーチスピードとサーチウインドウの外側に位置する強いパスを見逃す確率との間のトレードオフとなる。
【００１３】
基地局は移動局に対してＰＮ仮定を指定するメッセージを送信し、このＰＮ仮定は移動局がその自己のＰＮオフセットに対してサーチすべきものである。例えば、元の基地局は移動局に対してその自己のＰＮオフセットの１２８ＰＮチップ前方のパイロットをサーチするように命令する。移動局は応答してそのサーチャー復調器を出力チップサイクルで１２８チップ前方にセットし、指定されたオフセットについて中心付けられたサーチウインドウを使用してパイロットをサーチする。ハンドオフを実行するために使用可能なリソースを決定するためにＰＮ仮定をサーチするように移動局がいったん命令されると、目的基地局のパイロットのＰＮオフセットは命令されたオフセットに時間的に非常に近いことが重要である。サーチのスピードは基地局境界に近い場合には非常に重要である。その理由は必要なサーチを完了する際の遅延は通話を失うことになり得るからである。
【００１４】
米国におけるＣＤＭＡシステムでは、基地局の同期化は各基地局にグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）受信機を備えることにより達成されている。しかしながら、基地局がＧＰＳ信号を受信できないかもしれないケースがある。例えば、地下鉄やトンネル内では、ＧＰＳ信号は基地局またはマイクロ基地局のタイミング同期の使用を妨げる程度に減衰される。
【００１５】
本発明はネットワークの小部分が中央タイミング信号を受信し、それらからタイミングを達成することができ、基地局の一部分が中央タイミング信号を受信することができないこれらの環境においてタイミング同期化を提供する方法およびシステムを提供する。
【００１６】
【発明の概要】
本発明は、いくつかの基地局が中央タイミング信号を受信することができるネットワーク中で中央タイミング信号を受信することができない基地局を時間同期化する新規かつ改良された方法および装置である。基準基地局は中央タイミング信号または他の手段の受信を通してのタイミング同期化を有する。例示的な実施形態では、基準基地局はグローバルポジショニング衛星（ＧＰＳ）受信機を使用して同期化する。スレーブ基地局は同期化を行う能力を欠いている。その理由は例えば中央タイミング信号を受信する能力がないからである。
【００１７】
本発明では、スレーブ基地局は基準基地局とスレーブ基地局との間のソフトハンドオフ領域にある移動局との間で送受信されるメッセージを通して基準基地局との同期化を達成する。第１に、移動局と基準基地局との間の往復遅延が基準基地局により測定される。次に、スレーブ基地局はリバースリンク信号として呼ばれる移動局により送信される信号を捕捉するまでサーチを行う。リバースリンク信号の捕捉に応答して、スレーブ基地局は移動局がフォワードリンク信号として呼ばれるその信号を捕捉できるようにそのタイミングを調整する。このステップはスレーブ基地局のタイミング誤差がひどくなければ不必要であるかもしれない。
【００１８】
いったん移動局がスレーブ基地局からの信号を捕捉すると、移動局は信号が基準基地局から移動局に伝わるのに要する時間と、信号がスレーブ基地局から移動局に伝わるのに要する時間との差を測定して報告する。最後に必要な測定は、スレーブ基地局が移動局からのリバースリンク信号を受信した時間と、スレーブ基地局が信号を移動局に送信した時間との時間差のスレーブ基地局による測定である。
【００１９】
ここで詳細に説明する一連の計算はスレーブ基地局と基準基地局との間の時間差を決定するために、測定された時間値に基づいて実行される。スレーブ基地局のタイミング調整は計算にしたがって実行される。好ましい実施形態では、言及したすべての測定はＩＳ−９５ＣＤＭＡ通信システムの通常の動作中に実行されることに留意すべきである。
【００２０】
本発明の特徴、目的および効果は同一の参照文字が全体を通して対応している図面とともに、以下に説明されている詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】
Ｉ．タイミング誤差計算の概要
図１を参照すると、移動局６０が基準基地局６２と通信中である一方、基地局カバーレッジ境界６１により線引きされているカバーレッジ領域内にほぼ入っている。基準基地局６２は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）のような中央タイミングシステムによりネットワークの残りと同期化されている。これに対して、スレーブ基地局６４は、基地局６２により使用可能であるＧＰＳのような独立した手段により中央タイミングシステムに同期化されていない。基地局制御装置６６はＴ１回線または他の手段により公衆電話交換ネットワーク（ＰＳＴＮ）から基地局６２または６４への通話をルーティングする。さらに、周波数同期がＴ１回線を通してスレーブ基地局６４に提供される。
【００２２】
短い時間期間に対して、周波数同期は技術的によく知られている方法によりＴ１回線を通して許容可能な程度の精度で提供することができる。しかしながら、周波数情報を提供するＴ１回線に基づいている方式において共通した問題がある。これらの問題はタイミング誤差となり、これは本発明を使用することにより補正することができる。位相と周波数との間の関係のために、本発明の位相の間欠補正は必要な場合にさらに精度の低い周波数源を利用できるようにする。
【００２３】
図２を参照すると、送信と、スレーブ基地局６４のタイミングを基準基地局６２の同期化されたタイミングと同期化させるために使用される対応した時間間隔の例示が示されている。信号パス５００は基準基地局６２から移動局６０へのフォワードリンク信号の送信を図示している。この送信が生じる時間間隔はτ₁として表されている。移動局６０では、リバースリンク上のフレーム送信の開始がフォワードリンク上のフレーム到着の開始と時間的に整列されている。この時間的な整列はＩＳ−９５において標準化されており、これに適合するように設計されたハードウェア中に組み込まれている。したがって、この整列を実行する方法および装置は技術的によく知られていることを理解すべきである。
【００２４】
送信５０２は移動局６０から基準基地局６２へのリバースリンクフレームの送信を図示している。信号５００が基準基地局６２から移動局６０へ伝わる時間（τ₁）は、信号５０２が基準基地局６２から移動局６０に伝わる時間（これもまたτ₁）に等しい。基準基地局６２には、基準基地局６２が信号５００を送信した時間が分かっており、基準基地局６２が信号５０２を受信した時間が分かるので、基準基地局６２は往復遅延時間（ＲＴＤ₁）を計算することができ、これは時間誤差（Ｔ₀’−Ｔ₀）を計算する際に必要な第１の値である。
【００２５】
信号パス５０４は移動局６０から異なる伝搬パスに沿ってスレーブ基地局６４に伝わるリバースリンク信号送信である。信号５０４が移動局６０からスレーブ基地局６４に伝わるのに要する時間はτ₂として示されている。リバースリンク信号５０４がスレーブ基地局６４に到着する時間はＴ₂として示されている。フォワードリンク信号５０６がスレーブ基地局６４から移動局６０に伝わるのに要する時間もτ₂に等しい。さらに、スレーブ基地局６４は、移動局６０からリバースリンク信号を受信した時間と、そのフォワードリンク信号を移動局６０に送信した時間との時間差を測定することができる。この時間差はＲＴＤ₂として示されている。これらの時間を知ることにより、時間誤差（Ｔ₀’−Ｔ₀）の計算が可能になる。時間誤差（Ｔ₀’−Ｔ₀）を計算する方法を以下に説明する。
【００２６】
最初に、図２から次のことを認めることができる。
【数１】

【００２７】
式（１）および（２）の項を操作することにより次のことが認められる。
【数２】

【００２８】
表記を簡単にするために、新しい変数ＲＴＤ₂を次のように定義する。
【数３】

【００２９】
したがって、次のことが分かる。
【数４】

【００３０】
したがって、
【数５】

【００３１】
置換することにより、時間誤差（Ｔ₀’−Ｔ₀）は次のものに等しくなることが分かる。
【数６】

【００３２】
いったんスレーブ基地局６４がその時間誤差（Ｔ₀’−Ｔ₀）の量を知ると、基準基地局６２のタイミングに同期するようにそのタイミングを調整する。これらの測定値は誤差を受けやすいことから、好ましい実施形態では、測定の多くがタイミング補正の精度を確実に高めるために冗長的になされる。
【００３３】
式（１２）において必要な各時間値を測定する方法および装置をこれから説明する。
【００３４】
ＩＩ．往復遅延（ＲＴＤ₁）の測定
図３はスレーブ基地局６４を基準基地局６２のタイミングに同期化させる本発明の方法を図示しているフローチャートである。ステップ３００において、同期化方法は、基準基地局６２と通信しており、スレーブ基地局６４と通信する範囲内にある移動局６０で始まる。ステップ３０２において、信号が基準基地局６２から移動局６０へ伝わり、移動局６０から基準基地局６２に戻る往復遅延（ＲＴＤ₁）時間が測定される。これは、移動局６０により受信されているフレームのフレーム境界を移動局６０により送信されているフレームのフレーム境界と整列させることによりなされる。この整列をもたらす方法および装置は技術的によく知られている。したがって、往復遅延（ＲＴＤ₁）は、基準基地局６２により送信されるフレームの開始と、基準基地局６２により受信される移動局６０からのフレームの開始との間の時間差として測定される。
【００３５】
図４を参照すると、基準基地局６２からのデータのフォワードリンクフレームはアンテナ２において受信されて、デュプレクサ３を通して受信機（ＲＣＶＲ）４に提供される。受信機４は受信信号をダウンコンバートし、フィルタし、増幅して、それをサーチャー５０とトラフィック復調器（ＴＲＡＦＦＩＣ ＤＥＭＯＤＳ）５４に提供する。サーチャー５０は基準基地局６２により提供される隣接リストにしたがってパイロットチャネルをサーチする。隣接リストはシグナリングデータとしてトラフィックチャネル上で基準基地局６２から提供される。基準基地局６２からの受信フレームの開始を示す信号が制御プロセッサ５５に提供される。制御プロセッサ５５は時間整列信号を発生させてトラフィック変調器５８に提供し、この時間整列信号は移動局６０から送信されるフレームの開始を、移動局６０において受信されるフレームの開始と整列させる。
【００３６】
移動局６０のユーザからのデータフレームはトラフィック変調器５８に提供され、このトラフィック変調器５８は制御プロセッサ５５からのタイミング信号に応答して、送信機（ＴＭＴＲ）５６を通して送信されるフレームを、移動局６０により受信された基準基地局６２からフレームと整列させる。リバースリンクフレームは送信機５６によりアップコンバートされ、フィルタされ、増幅され、そしてアンテナ２を介しての送信のためにデュプレクサ３を通して提供される。
【００３７】
ＩＩＩ．スレーブ基地局による移動局の捕捉
図６は移動局６０のトラフィックチャネル変調器５８を図示している。データフレームはフレームフォーマッタ２００に提供される。例示的な実施形態では、フレームフォーマッタ２００は１組の巡回冗長検査（ＣＲＣ）ビットを発生させて付加し、１組のテールビットを発生させる。例示的な実施形態では、フレームフォーマッタ２００は、ＩＳ−９５で標準化されており、“送信チャネル誘導誤りのマスキング用ボコーダデータ整列のための方法および装置”と題する米国特許第５，６００，７５４号で詳細に説明されているフレームフォーマットプロトコルにしたがい、この米国特許は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。
【００３８】
フォーマットされたデータフレームはエンコーダ２０２に提供され、このエンコーダ２０２は誤り訂正および検出のためにデータをエンコードする。例示的な実施形態では、エンコーダ２０２は畳み込みエンコーダである。エンコードされたデータシンボルはインターリーバ２０４に提供され、このインターリーバ２０４は予め定められたインターリーブフォーマットにしたがってシンボルを再順序付けする。再順序付けされたシンボルはウォルシュマッピング装置２０６に提供される。例示的な実施形態では、ウォルシュマッピング装置２０６は８つのコード化シンボルを受け取って、この１組のシンボルを６４チップウォルシュシーケンスにマッピングする。ウォルシュシンボルは拡散手段２０８に提供され、この拡散手段２０８はロング拡散コードにしたがってウォルシュシンボルを拡散する。ロングＰＮコード発生器２１０は疑似雑音（ＰＮ）シーケンスを発生させ、このＰＮシーケンスはデータを拡散し、近接の他の移動局からのリバースリンク送信データからこの拡散データを識別させる。
【００３９】
例示的な実施形態では、データは１／４位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）変調フォーマットにしたがって送信され、ＩとＱチャネルはショートＰＮシーケンスにしたがって拡散される。拡散データは拡散手段２１４および２１６に提供され、この拡散手段２１４および２１６はそれぞれＰＮ発生器（ＰＮ_IおよびＰＮ_Q）２１２および２１８により提供されるショートＰＮシーケンスにしたがってデータに第２の拡散演算を実行する。
【００４０】
ステップ３０４において、スレーブ基地局６４は移動局６０により送信されたリバースリンク信号を捕捉する。基地局制御装置６６は、移動局６０がそのリバースリンク信号を拡散するのに使用しているＰＮコードオフセットを示す信号をスレーブ基地局６４に送る。基地局制御装置６６からのこの信号に応答して、スレーブ基地局６４は、基地局制御装置６６からの信号により示されるＰＮオフセットを中心として移動局６０に対するサーチを実行する。
【００４１】
例示的な実施形態では、スレーブ基地局６４のバンクは、基地局制御装置６６からの信号にしたがって、（図９に図示されている）そのサーチャーロングコードＰＮ発生器１０６とそのショートコードＰＮ発生器１０８および１１０にロードを行う。スレーブ基地局６４のサーチャープロセスをさらに詳細に説明する。
【００４２】
図７はスレーブ基地局６４の装置を図示している。スレーブ基地局６４では、移動局６０のＰＮを示す基地局制御装置６６からの信号が受信される。このメッセージは制御プロセッサ１００に提供される。これに応答して、制御プロセッサ１００は特定のＰＮオフセットを中心とするウインドウサーチ範囲を計算する。制御プロセッサ１００はサーチパラメータをサーチャー１０１に提供し、これらのパラメータに応答して、スレーブ基地局６４は移動局６０により送信された信号に対するサーチを行う。スレーブ基地局６４のアンテナ１０２により受信された信号は受信機１０４に提供され、この受信機１０４は受信信号をダウンコンバートし、フィルタし、増幅して、それをサーチャー１０１に提供する。さらに、受信信号はトラフィック復調器１０５に提供され、このトラフィック復調器１０５はリバースリンクトラフィックデータを復調して、そのデータを基地局制御装置６６に提供する。基地局制御装置６６は次にそれをＰＳＴＮに提供する。
【００４３】
図９はサーチャー１０１をさらに詳細に図示している。リバースリンク信号の復調は、１９９５年１月１３日に出願された“スペクトル拡散多元接続通信システム用のセルサイト復調器アーキテクチャ”と題する留保中の米国特許出願第０８／３７２，６３２号および１９９４年９月３０日に出願された“スペクトル拡散多元接続通信システム用のマルチパスサーチプロセッサ”と題する留保中の米国特許第０８／３１６，１７７号において詳細に説明されており、この両米国特許出願は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。移動局６０のＰＮオフセットの推定値は基地局制御装置６６から制御プロセッサ１００に提供される。基地局制御装置６６から提供されるＰＮオフセット推定値に応答して、制御プロセッサ１００はスレーブ基地局６４により実行されるべきサーチに対する最初のロングＰＮシーケンス仮定と最初のショートＰＮシーケンス仮定を発生させる。例示的な実施形態では、制御プロセッサ１００バンクはＰＮ発生器１０６、１０８および１１０のシフトレジスタにロードする。
【００４４】
信号はアンテナ１０２により受信され、ダウンコンバートされ、フィルタされ、増幅され、相関器１１６に送られる。相関器１１６は受信信号を合成されたロングおよびショートＰＮシーケンス仮定と相関させる。例示的な実施形態では、ＰＮシーケンス仮定はＰＮ発生器１０８および１１０により発生されたショートＰＮ仮定を、ＰＮ発生器１０６により発生されたロングＰＮシーケンスで乗算することにより発生される。合成されたＰＮシーケンス仮定の１つを使用してＩチャネルを逆拡散し、他のものを使用して受信ＱＰＳＫ信号のＱチャネルを逆拡散する。
【００４５】
２つのＰＮ逆拡散信号は高速アダマール変換（ＦＨＴ）プロセッサ１１８および１２０に提供される。高速アダマール変換プロセッサの設計および動作は、１９９３年１２月２２日に出願された、“高速アダマール変換を実行する方法および装置”と題する留保中の米国特許第０８／１７３，４６０号で詳細に説明されており、この米国特許出願は本発明の譲受人に譲渡され、参照によりここに組み込まれている。ＦＨＴプロセッサ１１８および１２０は逆拡散信号を可能性あるすべてのウォルシュシンボルと相関して、結果として得られる振幅のマトリクスをエネルギ計算手段（Ｉ²＋Ｑ²）１２２に提供する。エネルギ計算手段１２２は振幅のマトリクス要素のエネルギを計算し、エネルギ値を最大検出器１２４に提供し、この最大検出器１２４は最大のエネルギ相関を選択する。最大の相関エネルギは累積器１２６に提供され、この累積器１２６は複数のウォルシュシンボルに対するエネルギを累積し、これらの累積エネルギに基づいて、移動局６０をそのＰＮオフセットで捕捉できるか否かの決定がなされる。
【００４６】
ＩＶ．スレーブ基地局による初期タイミング調整
いったん移動局６０が捕捉されると、ブロック３０６において、スレーブ基地局６４は、移動局６０がそのフォワードリンク送信の捕捉に成功できるようにそのタイミングを調整する。スレーブ基地局６４は、移動局６０からのリバースリンク信号を捕捉したＰＮオフセットと、基準基地局６２が移動局６０からのリバースリンク信号の受信に使用したＰＮオフセットとの差を決定することにより初期のタイミング調整を計算する。このＰＮオフセット差を使用して、スレーブ基地局６４は、移動局６０がそのパイロット信号をサーチしたときに移動局６０のサーチウインドウ内にあるような方法で、そのパイロット信号のタイミングを調整する。
【００４７】
Ｖ．移動局によるスレーブ基地局の捕捉
移動局信号をサーチする際に、スレーブ基地局６４が何らかの時間表示を持つことが必要である。好ましい実施形態では、スレーブ基地局６４の時間誤差は代替同期方式により１ｍｓあるいはこれより下に維持される。ＧＰＳ信号を受信することができないスレーブ基地局６４が時間をより精度の低いレベルで維持できるようにする方式がある。ある程度の初期同期を獲得する１つの可能性ある方法は、ある間隔でスレーブ基地局６４の時間を手動でセットすることである。第２の方法はＷＷＶ受信機を使用して時間をセットすることであり、この構成は技術的によく知られている。ＧＰＳ信号と異なり、ＷＷＶ中央タイミング信号は非常に低い周波数で送信され、トンネルや地下鉄に入り込むことができる。しかしながら、ＷＷＶ受信機はＣＤＭＡ通信を提供するために必要な程度の時間同期を提供することができない。
【００４８】
例示的な実施形態では、スレーブ基地局６４は、移動局６０がスレーブ基地局６４にすぐに隣接して位置しているとの仮定にしたがってそのタイミングを調整する。したがって、初期タイミング調整は、スレーブ基地局６４と移動局６０との伝搬遅延がないとの仮定の下で行われる。その後に、スレーブ基地局６４は、スレーブ基地局６４と移動局６０との間のより大きな伝搬遅延時間を考慮して、そのＰＮシーケンス発生器７２および７４を時間的に前方向に調整する。いったん移動局６０がスレーブ基地局６４のパイロットチャネルを捕捉すると、通常のプロシージャを使用し、先に説明した計算にしたがって、スレーブ基地局６４に対するタイミングの最終的な調整を実行することができる。
【００４９】
技術的に知られ、ＩＳ−９５において標準化されているように、異なる基地局のパイロットチャネルはそれらのＰＮ発生器の位相により互いに識別される。基準基地局６２は移動局６０に命令して隣接リストによりスレーブ基地局６４をサーチさせる。基準基地局６２は、基準基地局６２の受信ＰＮオフセットに関して先に説明したようにＰＮ位相オフセットにおいてスレーブ基地局６４のパイロットを捕捉できることをシグナリングデータにより示す。このメッセージはトラフィック復調器５４により復調されてデコードされ、サーチャー５０に提供される。これに応答して、サーチャー５０は基準基地局６２からの信号で示されているＰＮ位相を中心としてＰＮ位相オフセット上でサーチを実行する。
【００５０】
パイロット信号は線形フィードバックシフトレジスタにより一般的に発生され、その構成は先に言及した特許で詳細に説明されている。スレーブ基地局６４からのパイロット信号を捕捉するために、移動局６０は位相φおよび周波数ωの両方でスレーブ基地局６４からの受信信号に同期しなければならない。サーチャー動作の目的は受信信号の位相φを見つけることである。先に説明し、技術的に知られているように、基地局制御装置６６からのＴ１リンクにより比較的正確な周波数同期をスレーブ基地局６４に提供することができる。移動局が受信信号の位相を発見する方法は、サーチウインドウとして呼ばれる１組の位相仮定を試験し、オフセット仮定の１つが正しいか否かを決定することによるものである。
【００５１】
図５は移動局サーチャー５０をさらに詳細に図示している。スペクトル拡散信号がアンテナ２において受信される。装置の目的はＰＮシーケンス発生器２０により発生される疑似ランダム雑音（ＰＮ）シーケンスと、スレーブ基地局６４により送信された未知の位相の同一ＰＮシーケンスにより拡散された受信スペクトル拡散信号との間の同期を獲得することである。例示的な実施形態では、（図８の）パイロット信号発生器７６とＰＮ発生器２０の両方は最大長のシフトレジスタであり、これらはそれぞれパイロット信号を拡散および逆拡散するためのＰＮコードシーケンスを発生させる。したがって、受信パイロット信号を逆拡散するのに使用されるコードと、受信パイロット信号のＰＮ拡散コードとの間の同期を獲得する動作は、シフトレジスタの時間オフセットを決定することを含む。
【００５２】
スペクトル拡散信号はアンテナ２により受信機４に提供される。受信機４はこの信号をダウンコンバートして、フィルタして、増幅し、この信号を逆拡散素子６に提供する。逆拡散素子６は受信信号をＰＮ発生器２０から発生されたＰＮコードにより乗算する。ＰＮコードのランダム雑音のような特性のために、ＰＮコードと受信信号の積は同期点を除いて本質的にゼロであるべきである。
【００５３】
サーチャー制御装置１８はオフセット仮定をＰＮ発生器２０に提供する。オフセット仮定は基準基地局６２により移動局６０に送信される信号にしたがって決定される。例示的な実施形態では、受信信号は１／４位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）により変調されるので、ＰＮ発生器２０はＩ変調成分用のＰＮシーケンスとＱ変調成分用の別のシーケンスを逆拡散素子６に提供する。逆拡散素子６はＰＮシーケンスをその対応する変調成分により乗算して、２つの出力成分の積をコヒーレント累積器８および１０に提供する。
【００５４】
コヒーレント累積器８および１０は積シーケンスの長さに対して積を合計する。コヒーレント累積器８および１０はサーチャー制御装置１８からの信号に応答して、合計期間をリセット、ラッチおよびセットする。積の合計は合計器８および１０から２乗手段１２に提供される。２乗手段１２は各合計を２乗して、２乗したものを相互に加算する。
【００５５】
２乗の合計は２乗手段１２により非コヒーレント合成器１４に提供される。非コヒーレント合成器１４は２乗手段１２の出力からエネルギ値を決定する。非コヒーレント累積器１４は基地局送信クロックと移動局受信クロックとの間の周波数不一致の影響を打ち消すように機能し、フェーディング環境における統計量の検出を助ける。非コヒーレント累積器１４はエネルギ信号を比較手段１６に提供する。比較手段１６はエネルギ値をサーチャー制御手段１８により供給される予め定められたしきい値と比較する。そして各比較の結果はサーチャー制御装置１８にフィードバックされる。サーチャー制御装置１８にフィードバックされる結果にはエネルギの相関と、測定値となったＰＮオフセットの両方が含まれている。
【００５６】
本発明では、サーチャー制御装置１８は、スレーブ基地局６４に同期化したＰＮ位相を出力する。このオフセットを使用してここでさらに説明するような時間誤差を計算する。
【００５７】
例示的な実施形態では、移動局６０がスレーブ基地局６４を捕捉するとき、移動局６０はスレーブ基地局６４からの信号を受信した時間と、基準基地局６２からの信号を受信した時間との差を計算する。この値はメッセージ発生器５２に提供され、このメッセージ発生器５２は差値を示すメッセージを発生させる。このメッセージはシグナリングデータとしてリバースリンク上で基準基地局６２とスレーブ基地局６４に送信され、これらの基地局はメッセージを基地局制御装置６６に送り戻す。
【００５８】
ＶＩ．スレーブ基地局からのフォワードリンク信号の送信とスレーブ基地局におけるリバースリンク信号の受信との間の遅延の測定
ステップ３１１において、スレーブ基地局６４はスレーブ基地局６４が移動局６０からのリバースリンク信号を受信した時間（Ｔ₂）とスレーブ基地局６４がそのフォワードリンク信号を移動局６０に送信した時間（Ｔ₁）との差を測定する。スレーブ基地局６４はそのフォワードリンク信号を送信した時間におけるＰＮオフセットを記憶し、移動局６０からのリバースリンク信号を検出したときに、時間差ＲＴＤ₂を計算する。例示的な実施形態では、この計算された時間差はスレーブ基地局６４により基地局制御装置６６に提供され、タイミング調整の計算が基地局制御装置６６において行われる。計算が基地局または移動局において実行されるケースに本発明を容易に拡張できることは当業者により理解されるであろう。
【００５９】
ＶＩＩ．スレーブ基地局のタイミング調整
基地局制御装置６６はこれに応答して式（１２）に記載されている計算を実行して、必要なタイミング調整の表示をスレーブ基地局６４に送る。図７に戻って参照すると、タイミング調整信号は制御プロセッサ１００においてスレーブ基地局６４により受信される。制御プロセッサ１００は制御信号を発生させてタイミング調整プロセッサ９９に提供する。タイミング調整プロセッサ９９は信号を発生させ、この信号は基地局制御装置６６からの信号で示されている量だけタイミング源９８の時間を変化させる。
【００６０】
ＶＩＩＩ．ソフトハンドオフでないときの時間転送
先の調整プロシージャは移動局６０がソフトハンドオフにあるケース（すなわち移動局６０が基準基地局６２とスレーブ基地局６４の両方とリンクを確立しているとき）に対して有効である。基準基地局６２とスレーブ基地局６４の両方とリンクを確立すると、基準基地局６２がＲＴＤ₁を決定し、スレーブ基地局６４がＲＴＤ₂を決定することができる。ＲＴＤ₁およびＲＴＤ₂の値から、時間誤差Ｔ₀’の推定を行うことができる。しかしながら、本発明の１つの実施形態にしたがうと、移動局６０が基準基地局６２およびスレーブ基地局６４の両方と通信していないときに、次のようにスレーブ基地局６４は基準基地局６２と同期化させることができる。
【００６１】
移動局６０が基準基地局６２と通信していると仮定すると、ＲＴＤ₁の値は先に説明したように決定することができる。さらに、移動局６０と基準基地局６２が基地局制御装置６６を通して通信していることが好ましい。移動局６０が基準基地局６２に対するそのリバースリンク送信を拡散するロングＰＮコードは基準基地局６２に知られている。本発明にしたがうと、基準基地局６２はロングＰＮコードを基地局制御装置６６を通してスレーブ基地局６４に通信する。さらに、基地局制御装置６６を通る通信パスを使用することにより、基準基地局６２はスレーブ基地局６４に対してＲＴＤ₁値のリストを送り、この各値は基準基地局６２と通信している移動局６０により送信されるリバースリンクを拡散するために１つの移動局６０により使用される１つのＰＮコードと関係している。各移動局６０は１つの特定なロングＰＮコードとＲＴＤ₁値とに関係することになることを理解すべきである。スレーブ基地局６４はその後ロングＰＮコード情報を使用して、移動局６０からの１つ以上のリバースリンク送信を受信しようと試みる。移動局６０はソフトハンドオフとなっていないことから、スレーブ基地局６４により受信される移動局６０からの信号は弱くなる。したがって、スレーブ基地局６４は基準基地局６２により取り扱われている移動局６０を検出するために非常に多くのＰＮチップを一般的に累積する必要がある。
【００６２】
スレーブ基地局６４は、スレーブ基地局６４が基準基地局６２から受信したロングＰＮコードに基づいて、一度に１つの移動局６０をサーチする。したがって、相応の時間後にスレーブ基地局６４が第１の移動局６０からのリバースリンク送信の検出に不成功のままである場合には、スレーブ基地局６４は第２の移動局６０からのリバースリンク送信のサーチを始める。本発明の１つの実施形態にしたがうと、基準基地局６２は、スレーブ基地局６４がどの移動局６０を最も検出でき易いかを決定する際にアシストする。これは基準基地局６２からの移動局６０の距離を決定することによりなされることが好ましい。さらに、各移動局６０が送信しているセクタに関する情報が使用される。すなわち、（例えば電力制御アルゴリズムを実行している間に到達する情報により示されるように）移動局が基準基地局から比較的遠い距離にあり、移動局６０がスレーブ基地局６４に隣接するセクタ中に存在している場合に、移動局６０がスレーブ基地局６４により検出される尤度はさらに大きくなる。どの移動局６０がスレーブ基地局６４により最も検出され易いかを決定する際に基準基地局６２がアシストすることにより、スレーブ基地局６４が移動局６０を検出するのに必要な時間量が減少することは明らかである。
【００６３】
いったんスレーブ基地局６４がリバースリンクを介する移動局６０からの送信を捕捉すると、スレーブ基地局６４はリバースリンク送信の到着時間Ｔ₂を決定し、τ₂（移動局６０からスレーブ基地局６４への遅延）の推定値を獲得し、これはγ₂として示される。その後スレーブ基地局６４はＴ₀’＝Ｔ₂−（γ₂＋τ₁）＝Ｔ₂−（γ₂＋ＲＴＤ₁／２）を推定する。γ₂は直接的に測定されないことに留意すべきである。移動局６０の位置が知られているのであれば、γ₂は移動局６０とスレーブ基地局６４との間の距離に基づいて推定することができる。その理由はスレーブ基地局６４の位置が知られているからである。移動局６０の位置が知られていない場合には、γ₂は値の表からあるいは経験に基づいたデータベースから推定することができる。すなわち、移動局６０とスレーブ基地局６４との間のパス損失を使用してγ₂を推定することができる。パス損失はスレーブ基地局６４において送受信される電力量を測定することにより決定することができる。代わりに、（スレーブ基地局６４により送信され、移動局６０による受信されるパイロット信号のような）移動局６０において受信される信号の強度を使用して移動局６０とスレーブ基地局６４との間のパス損失を決定することができる。本発明のこのような実施形態では、移動局６０は受信される信号の強度の表示をリバースリンクを通してスレーブ基地局６４に送信する。
【００６４】
時間誤差はγ₂−τ₂の値に等しい。したがって、時間転送精度はγ₂の精度に直接関係している。推定は一般的にセル半径よりも小さい精度である。すなわち、γ₂の推定値とγ₂の実際の値との差はセル半径よりも小さい。したがって、Ｋマイルの半径を有するセルに対して、τ₂によるタイミング誤差は約５Ｋμｓである。
【００６５】
γ₂の推定値の不正確さに関わらず、時間転送のこの方法はバックホールによるような他の多くの手段により提供することができるものより、より良いタイミングを提供することができる。したがって、先に説明したような本発明にしたがったγ₂の推定はサーチウインドウのサイズを減少させることができ、したがってウインドウが過度とならないことは確実である。本発明はまた２つの基地局からの受信信号が同じパイロットＰＮ位相で到着しないくらい十分な精度を持つタイミングを提供し、したがって異なる発生源からパイロットを識別できるようにする。
【００６６】
移動局６０がスレーブ基地局６４と通信しており、基準基地局６２と通信していない場合に、補足的なプロシージャを使用してもよいことにも留意すべきである。このようなケースでは、τ₂の代わりにτ₁を推定する必要がある。
【００６７】
ＩＸ．スレーブ基地局の初期化
先の調整プロシージャは、スレーブ基地局のシステム時間が比較的基準基地局のシステム時間に近いケースに対して有効である。しかしながら、ケースの中には、スレーブ基地局のシステム時間と基準基地局のシステム時間との間の差がこのプロシージャを無効にするくらい大きくなることがある。例えば、スレーブ基地局が最初に動作中となるときには、システム時間を初期化しなければならない。外部的な基準がないと、スレーブ基地局のシステム時間は任意の値となる。他の例では、比較的長い時間期間に基準基地局とスレーブ基地局との間の領域中に移動局がないときには、スレーブ基地局のシステム時間は、基準基地局により使用される基準に対してドリフトしているシステム時間を維持している発振器のために、大きな誤差（すなわち基準基地局のシステム時間からのドリフト量が大きい）を累積するかもしれない。このようなケースでは、本発明にしたがって以下の初期化プロシージャが提供される。
【００６８】
スレーブ基地局６４が最初に電源投入されたとき、そのスレーブ基地局６４は適切なタイミングを持っていないかもしれない。その理由はスレーブ基地局６４と、ＧＰＳ信号源や基準基地局６２のような任意の外部のタイミング基準との間に時間転送が依然として生じていないからである。したがって、本発明の１つの実施形態にしたがうと、電源が最初にスレーブ基地局６４に加えられたとき、そのスレーブ基地局から送信されるべきフォワードリンクはイネーブルにされていない。さらに精度の良い手段が利用可能でないと仮定して、初期タイミングはバックホールを使用して獲得することが好ましい。スレーブ基地局６４は、セクションＶＩＩＩにおいて先に説明したリバースリンク方法を通してスレーブ基地局６４がタイミングを捕捉できるのに十分適切なタイミングについて相応な推定値を持つ。いったんこれが行われると、スレーブ基地局６４は低い電力でフォワードリンク送信をイネーブルにする。移動局６０がソフトハンドオフ領域中にある場合には、移動局６０は新しいパイロットの存在を報告し、先に説明した本発明のさらに精度の良いソフトハンドオフ方法を使用して時間を転送することができる。いったんこれがなされると、この基地局のフォワードリンク電力をスレーブ基地局６４に適切な通常の動作電力に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、基準基地局とスレーブ基地局とを含むワイヤレス通信システムのネットワーク構成を図示しているブロック図である。
【図２】 図２は、移動局、同期基地局および非同期基地局間のさまざまな送信と対応する時間間隔を図示している図である。
【図３】 図３は、中央タイミング信号を受信することができない基地局を同期化させる方法を図示しているフローチャートである。
【図４】 図４は、本発明の移動局のブロック図である。
【図５】 図５は、本発明の移動局におけるサーチャーのブロック図である。
【図６】 図６は、本発明の移動局におけるトラフィックチャネル変調器のブロック図である。
【図７】 図７は、本発明の基地局のブロック図である。
【図８】 図８は、本発明の基地局における送信システムのブロック図である。
【図９】 図９は、本発明の基地局における受信システムのブロック図である。

Claims (27)

1. 第２の基地局を第１の基地局と時間同期させる方法において、
   前記第１の基地局から前記第１の基地局と通信している移動局への送信と前記移動局から前記第１の基地局への戻り送信との往復遅延間隔を測定するステップと、
   情報を前記第１の基地局から前記第２の基地局に通信して、前記移動局からの通信を受信する際に前記第２の基地局をアシストするステップと、
   前記第２の基地局において、前記移動局により送信された通信を受信して受信時間を記録するステップと、
   前記第２の基地局において、前記移動局による送信と前記第２の基地局による受信との間に生じる遅延の推定値を決定するステップと、
   前記遅延の推定値と、前記移動局から前記第２の基地局への送信の前記第２の基地局における前記受信時間と、前記測定された往復遅延間隔とに基づいてタイミング補正値を計算するステップとを含む方法。
2. 前記第２の基地局において、前記移動局の識別子を示すメッセージを受信するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
3. 前記メッセージは、前記第１の基地局から前記第２の基地局に送信される請求項２記載の方法。
4. 前記メッセージは、前記第１の基地局および前記第２の基地局と通信している基地局制御装置を通して、前記第１の基地局によって前記第２の基地局に送信される請求項３記載の方法。
5. 複数の移動局からの通信を受信するステップと、
   前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局を選択するステップと、
   前記移動局の識別子を示す前記メッセージを送信するステップとをさらに含む請求項２記載の方法。
6. 前記移動局を選択するステップは、前記第１の基地局から最も遠い移動局を選択することによって実行される請求項５記載の方法。
7. 前記第１の基地局は、前記移動局のＰＮ拡散器の状態にしたがって、前記第１の基地局から最も遠い前記移動局を決定する請求項６記載の方法。
8. 前記選択ステップは、前記移動局と通信している前記第１の基地局のセクタにしたがって実行される請求項６記載の方法。
9. 第２の基地局を第１の基地局と時間同期させる方法において、
   前記第１の基地局から前記第１の基地局と通信している移動局への送信と前記移動局から前記第１の基地局への戻り送信との往復遅延間隔を測定し、
   前記第２の基地局において、前記移動局により送信された通信を受信して受信時間を記録し、
   前記移動局による送信と前記第２の基地局による受信との間に生じる遅延の推定値を決定し、
   前記遅延の推定値と、前記記録された受信時間と、前記測定された往復遅延間隔とにしたがって、タイミング補正値を計算することを含む方法。
10. 前記第２の基地局において、前記移動局の識別子を示すメッセージを受信し、前記移動局からの通信の前記受信の際に前記第２の基地局をアシストすることをさらに含む請求項９記載の方法。
11. 前記第１の基地局から前記第２の基地局に前記移動局の識別子を示すメッセージを送信することをさらに含む請求項１０記載の方法。
12. 前記第１の基地局から前記第２の基地局への前記メッセージ送信は、前記第１の基地局および前記第２の基地局と通信している基地局制御装置を通して、前記第１の基地局から前記第２の基地局にメッセージを送信することを含む請求項１１記載の方法。
13. 前記第１の基地局から前記第２の基地局への前記メッセージ送信は、前記第１の基地局において複数の移動局からの通信を受信し、前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局を選択し、前記移動局の識別子を示すメッセージを送信することを含む請求項１１記載の方法。
14. 前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局の前記選択は、前記第１の基地局から最も遠い移動局を選択することを含む請求項１３記載の方法。
15. 前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局の前記選択は、前記第１の基地局から最も近い移動局を選択することを含む請求項１３記載の方法。
16. 前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局の前記選択は、前記移動局のＰＮ拡散器の状態にしたがって、移動局を選択することを含む請求項１３記載の方法。
17. 前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局の前記選択は、移動局との通信のために使用されている前記第１の基地局のセクタにしたがって、移動局を選択することを含む請求項１３記載の方法。
18. 前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局の前記選択は、前記測定された往復遅延間隔にしたがって、移動局を選択することを含む請求項１３記載の方法。
19. 第２の基地局を第１の基地局と時間同期させる装置において、
    前記第１の基地局から前記第１の基地局と通信している移動局への送信と前記移動局から前記第１の基地局への戻り送信との往復遅延間隔を測定するように構成された第１の基地局と、
    前記移動局により送信された通信を受信して受信時間を記録し、前記移動局による送信と前記第２の基地局による受信との間に生じる遅延の推定値を決定し、前記遅延の推定値と、前記受信時間と、前記測定された往復遅延間隔とに基づいて、タイミング補正値を計算するように構成された第２の基地局とを具備する装置。
20. 前記第２の基地局は、前記移動局の識別子を示すメッセージを受信して、前記第２の基地局が前記移動局からの通信を受信するのをアシストされるようにさらに構成されている請求項１９記載の装置。
21. 前記第１の基地局は、前記移動局の識別子を示すメッセージを前記第２の基地局に送信するようにさらに構成されている請求項２０記載の装置。
22. 前記第１の基地局は、前記第１の基地局および前記第２の基地局と通信している基地局制御装置を通して、前記メッセージを前記第２の基地局に送信するようにさらに構成されている請求項２１記載の装置。
23. 前記第１の基地局は、複数の移動局からの通信を受信し、前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局を選択するようにさらに構成されている請求項２１記載の装置。
24. 前記第１の基地局は、前記第１の基地局から最も近い移動局のような、前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局を選択するように構成されている請求項２３記載の装置。
25. 前記第１の基地局は、前記移動局のＰＮ拡散器の状態にしたがって、前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局を選択するように構成されている請求項２３記載の装置。
26. 前記第１の基地局は、前記移動局との通信のために使用されている前記第１の基地局のセクタにしたがって、前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局を選択するように構成されている請求項２３記載の装置。
27. 前記第１の基地局は、前記測定された往復遅延間隔にしたがって、前記第２の基地局と通信できる可能性が最もある移動局を選択するように構成されている請求項２３記載の装置。

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