JP2012506653A - Ｏｆｄｍセルラーシステム中のフェムトセルのダウンリンクネットワーク同期化メカニズム - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＦＤＭセルラーシステム中のフェムトセルのダウンリンクネットワーク同期化メカニズムを提供する。
【解決手段】セルラー直交波周波数分割多重 （ＯＦＤＭ） システム中、フェムト基地局のダウンリンク同期化方法が提供される。前記フェムト基地局は、まず、複数の隣接マクロ基地局から伝送される一つ、又は、それ以上の受信された参照信号をスキャンする。その後、スキャニング結果に基づいて、前記フェムト基地局は、受信された 一つ、又は、それ以上の参照信号から、所望の参照信号を決定する。最後に、前記フェムト基地局は、前記所望の参照信号に基づいて、そのダウンリンク無線信号伝送時間を配置し、前記フェムト基地局が複数の隣接マクロ基地局と同期化される。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＯＦＤＭセルラーシステムに関するものであって、特に、ＯＦＤＭセルラーシステム中、フェムト基地局のダウンリンクネットワーク同期化に関するものである。

室内無線ユーザーのバンド幅に対する要求が増加するにつれて、携帯操作者は、室内から供給されたバンド幅の調査を試み、更に、戸外からバンド幅を提供する。しかし、無線信号の物理的本質のため、携帯操作者は、室内ユーザーに、完全適用範囲を提供することが難しい。現在のシステムの解決方策の一つはセルラーリピータであるが、受信した信号品質を低下させ、且つ、信号処理を提供することができない。この問題を解決するもう一つの方策は中継局であるが、民間の中継局はまだ商業化されておらず、開発段階である。この難題を解決する更に別の方策はフェムトセルで、認可されたスペクトルをセルラーネットワーク基礎構造の一部として再利用することにより、室内領域を増加する。

図１ （公知技術）は、マクロ基地局 ＢＳ１１とフェムト基地局 ＢＳ１２を含む簡潔なセルラーネットワーク１０を示す図である。セルラーネットワーク１０は、戸外移動局 ＭＳ１４と室内移動局 ＭＳ１５も含む。図１で示されるように、物理的障害、及び／又は、ビル１３により生じる反射のために、マクロ ＢＳ１１は、強い信号強度を戸外 ＭＳ１４に提供し、弱い信号強度を室内 ＭＳ１５に提供する。一方、フェムト ＢＳ１２ がビル１３内に位置するので、フェムト ＢＳ１２、アクセスポイント基地局 （例えば、小型の室内基地局）は、強い信号強度とよい信号品質を室内 ＭＳ１５に提供することができる。

フェムトセルは、４Ｇ システムの超高速伝送をサポートする重要な解決方式になることが期待されている。ＩＥＥＥ ８０２．１６ｍ と ３ＧＰＰ ＲＡＮ１＆ＲＡＮ２ はどちらも、フェムトセル技術をＷｉＭＡＸ ２．０ と ＬＴＥ−高度化システムの一部の基準として開発している。超高速伝送が非常に高い電力消耗を導き、且つ、通常は、室内環境のユーザーにより要求されるマルチメディアサービスのサポートに用いられる。フェムト基地局を用いることにより、更に短い伝送距離と低い伝送電力を用いて、更に多くの無線リソースが節約される。図２ （公知技術）は、ＷｉＭＡＸ フェムトセルシステム ２０のシステム構築を示す図である。

通常、グローバル・ポジショニング・システム （ＧＰＳ）により、セルラーネットワーク中のダウンリンク伝送タイミングのネットワーク同期化が実行される。ＧＰＳは、確実な定位、ナビゲーション、タイミングサービスを提供する全地球的航法衛星システムである。しかし、フェムト ＢＳ は、ＧＰＳ信号を受信すること、及び、時間参照を得ることができない。図３ （公知技術） は、ＧＰＳ３１を含むセルラーネットワーク ３０ を示す図である。セルラーネットワーク３０ は、マクロＢＳ３２ と ＢＳ３３、フェムト ＢＳ３４も含む。 図３で示されるように、 ＢＳ３２ と ＢＳ３３ は、ＧＰＳ３１からＧＰＳ信号を受信し、ＢＳ３４は、ビル３５内に位置するので、ＧＰＳ信号を受信すること、時間参照を得ることができない。

ＧＰＳに加え、バックホールシグナリングも、異なるＢＳ間のネットワーク同期化の実現を補助する。しかし、フェムト ＢＳのバックホール接続は、時間参照を得るのに信頼性が高くない。図４ （公知技術）は、ＷｉＭＡＸ フェムトセルシステム ４０中のフェムトＢＳのバックホール接続を示す図である。図４で示されるように、フェムト ＢＳ バックホールは、低コストの ｘＤＳＬ、又は、ＤＯＣＳＩＳリンクになることが期待される。フェムトＢＳのバックホールの接続は、マクロ／ミクロ／ピコＢＳ に用いられる専用の接続ほど強固で信頼性があるわけではない。この他、ラウンドトリップ遅延も、時間と共に変化し、正確な時間微調整が難しい。よって、セルラー直交波周波数分割多重 （ＯＦＤＭ）、及び／又は、直交周波数分割多重接続 （ＯＦＤＭＡ） システム中のフェムトセルのダウンリンクネットワーク同期化は大きな課題である。

本発明は、ＯＦＤＭセルラーシステム中のフェムトセルのダウンリンクネットワーク同期化メカニズムを提供し、上述の問題を解決することを目的とする。

セルラー直交波周波数分割多重 （ＯＦＤＭ） システム中のフェムト基地局に用いられるダウンリンク同期化方法が提供される。フェムト基地局は、まず、複数の隣接マクロ基地局から伝送される一つ、又は、それ以上の受信された参照信号をスキャンする。スキャニングの前、隣接マクロ基地局間のダウンリンク伝送時間は既に同期化されている。移動局の視点から、マクロ基地局により伝送される無線信号間の到着時間差は、ＯＦＤＭ符号のガードインターバル期間 （Ｔｇ）より小さい。
その後、フェムト基地局は、スキャニング結果に基づいて、受信された一つ、又は、それ以上の参照信号から、所望の参照信号を決定する。一態様中、所望の参照信号は、観測窓の期間中、最初にフェムト基地局により受信された参照信号である。一具体例中、観測窓長さはフレーム長さの半分より短いが、複数の基地局間の伝播遅延よりも長い。所望の参照信号の実際の到着時間は、デジタル信号処理に、タイミング検出器とタイミング抽出器を加えることにより、フェムト基地局により検出される。

最後に、所望の参照信号に基づいて、フェムト基地局は、そのダウンリンク無線信号伝送時間を配置し、フェムト基地局が複数の隣接マクロ基地局と同期化される。一具体例中、参照信号は、隣接ＢＳにより、始動ダウンリンクフレームの境界で伝送される。フェムト ＢＳ は、そのダウンリンク始動フレーム境界をタイミングとして設定し、このタイミングは、前記参照信号が、初めて、フェムト ＢＳにより受信される時のタイミングと同じである。別の具体例中、参照信号は、隣接ＢＳにより、ダウンリンクフレームのオフセットを加えた始動境界で伝送される。フェムト ＢＳは、そのダウンリンク始動フレーム境界をタイミングとして設定し、このタイミングは、参照信号が、初めて、フェムト ＢＳにより受信される時のタイミングに、同じオフセットを加えたものと同じである。

通信装置中の複数のワイヤレスコミュニケーションサービスの操作を調和し、信号干渉を回避することができる。

マクロ基地局とフェムト基地局を含む簡潔なセルラーネットワークを示す図である。 ＷｉＭＡＸ フェムトセルシステムのシステム構築を示す図である。 グローバル・ポジショニング・システムを含むセルラーネットワークを示す図である。 ＷｉＭＡＸ フェムトセルシステム中のフェムトＢＳのバックホール接続を示す図である。 本実施形態に係る中のフェムト基地局を有するＯＦＤＭセルラーネットワーク ５０ を示す図である。 本実施形態に係るフェムト基地局を示す図である。 ＯＦＤＭセルラーネットワーク中のフェムト基地局を起動する方法のフローチャートである。 孤立したフェムトセルと重複するフェムトセルを有するＯＦＤＭセルラーネットワークを示す図である。 ３つのマクロセルと重複するフェムトセルを有するＯＦＤＭセルラーネットワークを示す図である。 ＯＦＤＭセルラーネットワーク中のフェムトセルにより受信された複数の参照信号を示す図である。 新規のネットワーク同期化アプローチを説明する、ＯＦＤＭセルラーネットワークの汎用ネットワークトポロジーを示す図である。 新規のネットワーク同期化アプローチを説明する、ＯＦＤＭセルラーネットワークの特殊なネットワークトポロジーを示す図である。 複数の受信された参照信号からの所望の参照信号の到着時間を検出する一般方法を示す図である。 参照信号の到着時間を検出する第一具体例を示す図である。 マルチパス効果を有する参照信号の到着時間を検出する第二具体例を示す図である。 マルチパス効果を有する複数の参照信号の到着時間を検出する第三具体例を示す図である。 フェムト基地局により、ダウンリンク伝送時間を配置する第一具体例を示す図である。 フェムト基地局により、ダウンリンク伝送時間を配置する第二具体例を示す図である。

認可されたスペクトルをセルラーネットワーク基礎構造の一部として再利用することにより、フェムトセルが開発されて、室内領域を増加する。ＷｉＭＡＸ フェムトセルシステム等のフェムトセルシステム中、室内サービスは、主に、ＷｉＭＡＸ フェムトセルアクセスポイント （ＷＦＡＰ）によりサービスされる。フェムトセルは、通常、マルチメディアサービス等の室内アプリケーションに、非常に小さいセル領域 （例えば、＜ ３５ メートル）と超高速伝送を提供する。マクロセルと同じ無線インターフェイスを再利用し、同じ認可されたスペクトルで操作することにより、ネットワーク操作者は、室内領域のマクロセルの開発コストを減少させ、室内ワイヤレスコミュニケーションからの収益を増加させる。しかし、セルラー直交波周波数分割多重 （ＯＦＤＭ）、及び／又は、直交周波数分割多重接続 （ＯＦＤＭＡ） ネットワークにおいて、フェムトセルとマクロセル間のダウンリンクネットワーク同期化は、副搬送波間の直交性を維持し、搬送波間干渉 （ＩＣＩ） を回避することが不可欠である。

ＯＦＤＭＡ は、既に、候補の ４Ｇ 技術のダウンリンク伝送スキームとして採用されている。ＯＦＤＭＡ は、ＷｉＭＡＸ ２．０ と ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ ダウンリンク伝送両方に用いることが検討されている。しかし、主に、周波数オフセットと時間変化により生じる搬送波間干渉 （ＩＣＩ） は、ＯＦＤＭネットワーク中の特殊で、且つ、顕著な難題である。ＩＣＩを防止するため、ＯＦＤＭネットワークは、各基地局による同期化伝送で、副搬送波間の直交性を維持することが必要である。よって、各基地局により伝送されるＯＦＤＭ符号タイミングもきちんと照準される。一般に、異なる基地局からの無線信号の到着時間の間の差異は、ＯＦＤＭ符号のガードインターバルより小さく、望ましくないＩＣＩを防止する。

図５は、本実施形態に係るフェムト基地局を有するＯＦＤＭセルラーネットワーク５０を示す図である。ＯＦＤＭセルラーネットワーク５０は、複数のマクロ基地局 ＢＳ５１−ＢＳ５７、フェムト基地局 ＢＳ５８、グローバル・ポジショニング・システム ＧＰＳ５９を含む。マクロ基地局 ＢＳ５１−ＢＳ５７ は、ＧＰＳ５９からＧＰＳ信号を受信し、これにより、信頼度が高く正確な時間参照を得ることができる。その結果、ＢＳ５１−ＢＳ５７のダウンリンク伝送時間がしっかり同期化される。移動局の視点から、ＢＳ５１−ＢＳ５７により伝送される無線信号間の到着時間差は、ＯＦＤＭ符号のガードインターバル期間 （Ｔｇ）より小さいことを意味する。一方、フェムト ＢＳ５８はＧＰＳ信号を受信して、時間参照を得ることができない。 一態様中、フェムト ＢＳ５８ は、複数のマクロ基地局 ＢＳ５１−ＢＳ５７から伝送される複数の参照信号を受信、スキャンし、所望の参照信号を決定する。その後、所望の参照信号に基づいて、ＢＳ５８は時間参照を得ることができるので、フェムト ＢＳ５８と別のマクロ基地局 ＢＳ５１−ＢＳ５７のダウンリンク伝送時間も同期化される。

図６は、本実施形態に係るＯＦＤＭセルラーネットワーク５０中のフェムト基地局を示す図である。ＢＳ５８ は、ストレージデバイス ６１、ＣＰＵ ６２、アンテナ６３に結合される無線周波数 （ＲＦ） モジュール ６４ 、信号処理モジュール ６５、タイミング検出器と抽出器 ６６、及び、タイミング設定モジュール ６７を含む。 図６の例中、ＲＦ モジュール ６４ は、アンテナ６３により、参照信号 ６８ （アナログ信号）を受信する。信号処理モジュール ６５ は、アナログ信号をデジタル信号に変換し、参照信号 ６８の対応するシーケンスコードを出力する。タイミング検出器と抽出器 ６６ は、シーケンスコードに基づいて、参照信号 ６８の到着時間を検出し、その後、参照信号 ６８の検出された到着時間に基づいて、所望の時間参照を決定する。所望の時間参照に基づいて、タイミング設定モジュール ６７ は、フェムト ＢＳ５８にダウンリンク伝送時間を設定して、ネットワーク同期化を達成する。

図７ は、ＯＦＤＭセルラーネットワーク中のフェムト基地局を起動する方法のフローチャートである。ステップ７１にて、フェムト ＢＳは、まず、そのバックホールサーバーと通信し、電源がオンになった後、セルラーネットワークに登録する。バックホールサーバーにより承認される前、フェムト ＢＳはいかなる無線信号も伝送できない。ステップ７２中、フェムト ＢＳ はバックホールサーバーと通信し、サポート可能なチャネルバンド幅、プロトコルバージョン、電力クラス、及び、マルチキャリアのサポート等、そのサービス能力を交換する。この他、バックホールサーバーは、例えば、中心周波数と割り当てられた周波数チャネルのバンド幅、伝送電力、置換スキーム、及び、支持できるスループット等のフェムトセル操作に用いる一組のパラメータを提供する。ステップ７３にて、フェムト ＢＳ は、割り当てられた周波数チャネル上の複数の参照信号をスキャンする。複数の参照信号は、複数の隣接マクロ基地局から伝送される。スキャニング結果に基づいて、フェムト ＢＳ は、複数の参照信号のそれぞれの到着時間を検出し、これにより、所望の参照信号を決定する （ステップ ７４）。最後に、フェムト ＢＳ は、所望の参照信号のタイミングに基づいて、そのダウンリンクフレーム境界を決定し、ダウンリンクネットワーク同期化は、フェムト ＢＳ と 別の隣接マクロ ＢＳ間で達成される （ステップ ７５）。適当なタイミング配置後、フェムト ＢＳ は、ダウンリンク伝送の起動の準備をする （ステップ ７６）。

ＯＦＤＭセルラーネットワーク中のフェムトセルを起動する困難な課題は、いかにして、ダウンリンクネットワーク同期化を達成するかである。この問題を解決するため、幾つかの問題を考慮しなければならない。まず、ダウンリンクネットワーク同期化の領域が識別される必要がある。つまり、フェムトセルは、ＯＦＤＭネットワーク中のどのマクロ基地局と同期化されるかを決定する必要がある。次に、ＯＦＤＭネットワーク中、所望の参照信号は、複数のマクロ基地局から伝送される複数の参照信号から決定される必要がある。所望の参照信号に基づいて、ダウンリンク伝送時間を設定することにより、フェムトセルと別のマクロ基地局間のネットワーク同期化が達成される。三つ目に、所望の参照信号の実際の到着時間が検出される必要がある。フェムトセルは、そのダウンリンク伝送に所望の参照信号の正確な到着時間を用いて、ネットワーク同期化を達成する。各論点は以下で詳細に説明する。

図８ は、孤立したフェムトセルと重複するフェムトセルを有するＯＦＤＭセルラーネットワーク ８０ を示す図である。ＯＦＤＭセルラーネットワーク ８０ は、マクロ基地局 ＢＳ８１、第一フェムト基地局 ＢＳ８２、第二フェムト基地局 ＢＳ８３、及び、移動局 ＭＳ８４を含む。マクロ ＢＳ８１ は、セル８５に信号領域を提供し、且つ、ＭＳ８４のサービング基地局である。フェムト ＢＳ８２は、セル８６に信号領域を提供し、フェムト ＢＳ８３ は、セル８７に信号領域を提供する。基地局のセル領域は、移動局が接続を構築することができる最長距離である。図８で示されるように、セル８６ はセル８５から孤立し、セル８７ は セル８５と重複する。例えば、ＭＳ８４ はセル８６のセル領域の外側に位置するので、フェムト ＢＳ８２から弱い干渉を受信する。一方、ＭＳ８４ はセル８７のセル領域の内側に位置するので、フェムト ＢＳ８３から強い干渉を受信する。その結果、フェムトセル領域がマクロセル領域と重複する時だけ、フェムトセルにより生じるマクロセルによりサービスされる移動局の干渉問題が顕著になる。フェムトセルが孤立したセルである場合、非同期化伝送による干渉は無視され、これにより、ＯＦＤＭセルラーネットワーク中、フェムトセルは、重複するセル領域を有する近隣のマクロセルだけと同期化する。つまり、フェムトセルは、重複するマクロセルから伝送される参照信号だけをスキャンする必要がある。

ダウンリンクネットワーク同期化の目標を決定後、フェムトセルは、近隣のマクロ基地局により伝送される一つ、又は、それ以上の参照信号から、所望の参照信号を決定する必要がある。図９は、３つのマクロセルと重複するフェムトセルを有するＯＦＤＭセルラーネットワーク ９０ を示す図である。ＯＦＤＭセルラーネットワーク ９０ は、セル９６にセル領域を提供する第一マクロ基地局 ＢＳ９１、セル９７にセル領域を提供する第二マクロ基地局 ＢＳ９２、セル９８にセル領域を提供する第三マクロ基地局 ＢＳ９３、及び、セル９９にセル領域を提供するフェムト基地局 ＢＳ９４ を含む。図９の例中、セル９９ は、全部で３つの マクロセル９６−９７で領域され、フェムト ＢＳ９４ と 別のマクロ ＢＳ９１−９３間の非同期伝送による干渉は無視できない。全部で３つのマクロ ＢＳ９１−ＢＳ９３と同期化するために、フェムト ＢＳ９４ は、全部で３つのマクロ ＢＳ９１−ＢＳ９３により伝送される複数の参照信号をスキャンし、その後、どの参照信号が、用いられる所望の参照信号であるかを決定し、ダウンリンク同期化は、フェムト ＢＳ９４と全部で３つの マクロ ＢＳ９１−ＢＳ９３間で達成される。

図１０ は、ＯＦＤＭセルラーネットワーク ９０中のフェムト ＢＳ９４により受信される複数の参照信号を示す図である。マクロ ＢＳ９１−ＢＳ９３は、フェムト ＢＳ９４と重複するマクロセルなので、フェムト ＢＳ９４ は、ＢＳ９１−９３により伝送される参照信号 （例えば、プリアンブル、又は、同期化信号） をスキャンする。プリアンブルは、周波数ドメイン中、副搬送波上で変調され、時間ドメインで、第一ＯＦＤＭ信号として伝送される所定シーケンスである。図１０中、ＢＳ９１−９３から伝送される各プリアンブル信号の到着時間は異なり、それは、マルチパス効果と伝播遅延により生じる。異なる到着時間中、基地局間の到着時間の差異は伝播遅延により生じ、基地局内の到着時間差はマルチパス効果により生じる。フェムトＢＳ９４ は、どの参照信号が用いられて、そのダウンリンク伝送の所望の参照信号となり、ダウンリンクネットワーク同期化を達成するかを判断する必要がある。一態様中、参考信号がどのマクロＢＳにより伝送されるかにかかわらず（通常、フェムト ＢＳに最も近接するマクロＢＳ）、フェムトＢＳ９４ は、いつも、最も早い到着時間を有する参照信号を所望の参照信号として選択する。選択する所望の参照信号の数理解析は、以下で詳細に説明する。

図１１ は、新規のネットワーク同期化アプローチを説明する、ＯＦＤＭセルラーネットワーク１００ の汎用ネットワークトポロジーを示す図である。ＯＦＤＭセルラーネットワーク１００中、信号をフェムト ＢＳ３に伝送する時、ＢＳ１は最短の伝播遅延を有するマクロ基地局である。信号をフェムトＢＳ３に伝送する時、ＢＳ２ は、ＢＳ１より長い伝播遅延を有する任意に配置されるマクロ基地局である。参照信号をフェムト ＢＳ３に伝送するＢＳ１ の時間はｔ１で、参照信号を移動局 ＭＳ４に伝送するＢＳ２の時間はｔ２である。ＭＳ４ とフェムト ＢＳ３間の距離が １５０ｍより小さいと仮定すると、フェムトセル領域は、通常、３５ｍ未満である。その他の時間変化 τ、 τ１、及び、 τ２ は図１１で示され、 ｜τ｜＞＝ ｜τ１｜ 及び ｜τ｜＞＝ ｜τ２｜である。マクロ基地局 ＢＳ１ と ＢＳ２ は、既に、同期化されているので （例えば、 ＧＰＳ、又は、バックホールネットワークにより）、別の重要な前提は、Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ１， ＢＳ２） ＝ ｜ｔ１ ＋ τ１ − ｔ２｜ ＜＝ Ｔ_ＳＹＮＣと仮定され、Ｔ_ＤＩＦＦ（Ａ，Ｂ） は、ＭＳ４の視点より、ＡとＢにより伝送される信号間の到着時間差で、且つ、Ｔ_ＳＹＮＣは、二個の異なる基地局間のネットワーク同期化状況を満たす最大ＯＦＤＭ符号到着時間差である。ネットワーク同期化の定義に基づくと、Ｔ_ＳＹＮＣ は、常に、ガードインターバル期間 ＴＧ （例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１６ｍ システムの１１μｓ、又は、３ＧＰＰ ＬＴＥ システムの８μｓ ）より小さいが、１μｓ より大きいと仮定できる（例えば、３ＧＰＰ ＬＴＥ システムの３μｓ）。フェムト ＢＳ３ が、その伝送時間を ｔ１に設定する場合 （例えば、フェムト ＢＳ３が、近接するマクロ ＢＳ１から参照信号を受信すると同時）、ダウンリンクネットワーク同期化状況が適合できることが認められる。つまり、フェムト ＢＳ３ が最も近いのマクロ ＢＳ１と同期化する場合、フェムト ＢＳ３は、任意で配置されるマクロ ＢＳ２とも同期化する （例えば、 Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ１， ＢＳ３）＜＝Ｔ_ＳＹＮＣ 、且つ、 Ｔ_ＴＩＦＦ（ＢＳ２， ＢＳ３）＜＝Ｔ_ＳＹＮＣ）。

図１２ は、上述の観察されたネットワーク同期化アプローチを説明する、ＯＦＤＭセルラーネットワーク １００の特殊なネットワークトポロジーを示す図である。図１２の例中、マクロ ＢＳ１ と ＢＳ２、フェムト ＢＳ３、及び、ＭＳ４ は全て、物理的に同一線上に配置する。フェムト ＢＳ３がそのダウンリンク伝送時間 を ｔ１に設定すると仮定する。その結果、Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ１， ＢＳ３）＝｜（ｔ１＋τ１）−（ｔ１＋τ１）｜＝０、且つ、 Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ２， ＢＳ３）＝｜（ｔ２−（ｔ１＋τ１）｜ ＝ Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ２， ＢＳ１）＜＝ Ｔ_ＳＹＮＣとなる。これにより、フェムト ＢＳ３がＢＳ１と同期化される場合、マクロ ＢＳ１ と ＢＳ２両方と同期化される。

図１１のネットワーク１００の汎用のネットワークトポロジーを再度参照すると、フェムト ＢＳ３ は、そのダウンリンク伝送時間も ｔ１に設定する。フェムト ＢＳ３がマクロ ＢＳ１に同期化される場合、ネットワーク同期化状況Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ１， ＢＳ３） ＜＝ Ｔ_ＳＹＮＣ と Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ２， ＢＳ３） ＜＝ Ｔ_ＳＹＮＣ が満たされることが分かる。まず、Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ１， ＢＳ３）＝｜（ｔ１＋τ）−（ｔ１＋τ１）｜ ＝ ｜τ−τ１｜ ＜＝ ２τ （τ＞＝τ１より） ＝ ２＊（フェムトセル領域 ／ 伝播速度） ＜＝ ２ｘ１５０／（３ｘ１０８） ＝ １０−６ ｓｅｃ ＝ １μｓ ＜＝ Ｔ_ＳＹＮＣであることが分かる。よって、マクロ ＢＳ１とフェムト ＢＳ３間のネットワーク同期化状況が満たされる。

次に、Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ２， ＢＳ３）＝｜（ｔ１＋τ）−ｔ２｜であることが分かる。この等式は更に、異なる状況下で更に拡張できる。第一状況において、（ｔ１＋τ）＞＝ｔ２の場合、 Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ２， ＢＳ３）＝ ｔ１＋τ−ｔ２ ＜＝ （ｔ２＋τ２）＋τ−ｔ２ （０＜ｔ１＜＝ｔ２＋τ２より） ＝ τ＋τ２ ＜＝ ２τ （ｂｅｃａｕｓｅ τ＞＝τ２） ＝ ２＊（フェムトセル領域 ／ 伝播速度） ＜＝ ２ｘ１５０／（３ｘ１０^８） ＝ １０^−６ ｓｅｃ ＝ １μｓ ＜＝ Ｔ_ＳＹＮＣである。第二状況において、（ｔ１＋τ）＜ｔ２の場合、Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ２， ＢＳ３）＝ ｔ２−ｔ１−τ ＝ （ｔ２−ｔ１−τ１）＋（τ１−τ） ＝ Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ１， ＢＳ２）＋（τ１−τ） ＜＝ Ｔ_ＳＹＮＣ ＋ （τ１−τ） ＜＝ Ｔ_ＳＹＮＣ （ｂｅｃａｕｓｅ Ｔ_ＤＩＦＦ（ＢＳ１， ＢＳ２）＜＝Ｔ_ＳＹＮＣ、且つ、 τ＞＝τ１により）である。よって、マクロ ＢＳ２とフェムト ＢＳ３ 間のネットワーク同期化状況も二種の状況下で満たされる。これにより、フェムト ＢＳ３が最も近いマクロ ＢＳ１から伝送される参照信号と同期化される場合、ネットワーク同期化条件が満たされる。

ダウンリンクネットワーク同期化の目標が決定され、また、その近接するマクロ基地局から伝送される第一受信参照信号を所望の参照信号として決定された後、フェムトセルは、所望の参照信号の実際の到着時間を検出することができることが必要で、その後、所望の参照信号の到着時間に基づいて、そのダウンリンク伝送時間を配置する。
図１３ は、複数の受信された参照信号から所望の参照信号の到着時間を検出する一般の方法を示す図である。参照信号は、通常、隣接マクロ ＢＳにより、周期的 （例えば、５ｍｓで１フレーム）に伝送され、よって、第一受信参照信号は、所定の観測窓により識別される。例えば、観測窓の長さは、参照信号の周期的長さの半分（例えば、フレーム期間の半分）より短くてもよい。図１３で示されるように、伝播遅延とマルチパス効果は、一般に、フレーム期間の半分より小さいので、フェムト ＢＳ は、一観測窓内で、異なるＢＳにより伝送される全参照信号の到着時間を捕捉することができる。よって、フェムト ＢＳ は、一観測窓内で、第一到着参照信号を観察し、所望の参照信号として検出することができる。

図１４ は、フェムト ＢＳにより、参照信号の到着時間を検出する第一具体例を示す図である。フェムト ＢＳ は、ＲＦ モジュール、Ａ／Ｄ コンバータ、ＦＦＴ モジュール、アンテナに結合される相関モジュール、タイミング検出器、タイミング抽出器、及び、タイミング設定モジュールを含む。図１４の例中、一つの参照信号だけが、マルチパス効果なしで、マクロ基地局により伝送される。ＲＦ モジュールは、まず、時間ドメイン中に、アナログ参照信号を受信する。その後、アナログ参照信号は、Ａ／Ｄ コンバータによりデジタル信号にデジタル化され、周波数ドメイン中、時間インスタンス ｔ０で、ＦＦＴ モジュールにより、受信されたシーケンスに転換される。その後、受信されたシーケンスは、相関モジュールにより、異なるシーケンス入力と関連付けされる。最後に、タイミング検出器は、時間インスタンス ｔ０で、相関性があるシーケンスコードを有する参照信号を検出する。その後、タイミング抽出器は、ｔ０ を参照信号の到着時間として選択する。

図１５ は、マルチパス効果を有する参照信号の到着時間を検出する第二具体例を示す図である。図１５の例中、マクロ基地局により伝送される一参照信号だけがマルチパス効果を有する。よって、フェムト ＢＳ は、タイミング検出器により異なる時間インスタンスで受信された同じ参照信号を検出する。タイミング検出器からの入力に基づいて、タイミング抽出器は、最初の参照信号を選択することにより、最適な時間参照を決定する。その後、タイミング設定モジュールは時間参照を用いて、フェムト ＢＳにダウンリンク伝送時間を設定し、ネットワーク同期化を達成する。

図１６ は、マルチパス効果を有する複数の参照信号の到着時間を検出する第三具体例を示す図である。図１６の例中、複数の参照信号は、複数のマクロ基地局 により伝送され、各参照信号は、マルチパスフェージングチャネルを経る。よって、フェムト ＢＳ は、タイミング検出器により、異なる時間インスタンスで受信される異なる参照信号を検出する。どのＢＳが選択された参照信号を伝送するかにかかわらず、タイミング検出器からの入力に基づき、タイミング抽出器は、最初の参照信号を選択することにより、最適な時間参照を決定する。その後、タイミング設定モジュールは、時間参照を用いて、フェムト ＢＳにダウンリンク伝送時間を設定し、ネットワーク同期化を達成する。

図１７ は、フェムト ＢＳにより、ダウンリンク伝送時間を設定する第一具体例を示す図である。図１７の例中、参照信号 （例えば、プリアンブル、又は、同期化信号） は、隣接ＢＳにより、ダウンリンクフレームのスターティング境界で伝送される。フェムト ＢＳは、そのダウンリンク始動フレーム境界を、参照信号が初めてフェムト ＢＳにより受信される時と同じタイミングに設定する。

図１８ は、フェムト ＢＳにより、ダウンリンク伝送時間を設定する第二具体例 を示す図である。図１８の例中、参照信号 （例えば、ミッドアンブル、又は、ポストアンブル） は、隣接ＢＳ により、ダウンリンクフレームのスターティング境界で伝送されない。この場合、フェムト ＢＳ は、まず、参照信号とプリアンブル間のオフセットを推定する。その後、フェムト ＢＳは、そのダウンリンク始動フレーム境界を、参照信号が初めに、フェムト ＢＳと同じオフセットにより受信された時と同じタイミングになるよう設定する。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１０…セルラーネットワーク；
１１，８１…マクロ基地局；
１２，５８，８２，８３，９４…フェムト基地局；
１３，３５…ビル；
１４，１５，８４…移動局；
２０，４０…ＷｉＭＡＸ フェムトセルシステム；
３０…ＧＰＳを含むセルラーネットワーク；
３１…ＧＰＳ；
３２〜３４，５１〜５７，９１〜９３…基地局；
５０，８０，９０，１００…ＯＦＤＭセルラーネットワーク；
６１…ストレージデバイス；
６２…ＣＰＵ；
６３…アンテナ；
６４…ＲＦモジュール；
６５…信号処理モジュール；
６６…タイミング検出器と抽出器；
６７…タイミング設定モジュール；
６８…参照信号；
７１〜７６…ステップ；
８５〜８７，９６〜９９…セル

Claims (22)

1. セルラー直交波周波数分割多重システム中のダウンリンク伝送同期化方法であって、前記方法は、 フェムト基地局により、複数の隣接マクロ基地局から伝送された一つ、又は、それ以上の参照信号をスキャニング、及び、受信するステップと、前記の受信された一つ、又は、それ以上の参照信号から、所望の参照信号を決定するステップと、 前記所望の参照信号に基づいて、前記フェムト基地局のダウンリンク無線信号伝送を配置して、前記フェムト基地局が複数の隣接マクロ基地局と同期化するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記フェムト基地局により、前記の一つ、又は、それ以上の参照信号をスキャニングする前に、前記の複数の隣接マクロ基地局により伝送されるダウンリンク無線信号が同期化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記の二個の基地局から伝送される無線信号の到着時間差が直交波周波数分割多重符号のガードインターバルより小さい時、前記の二個の基地局が同期化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記所望の参照信号は、前記フェムト基地局によリ、観測窓の期間中に初めに受信された参照信号であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記観測窓長さはフレーム長さの半分より小さいが、前記の複数の隣接マクロ基地局間の伝播遅延より大きいことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記所望の参照信号は、ダウンリンクフレームのスターティング境界で伝送されるダウンリンクプリアンブルで、前記プリアンブルは、前記フェムト基地局により、一定のタイミングで受信され、前記フェムト基地局は、前記の同じ一定のタイミングで、ダウンリンクフレームを伝送することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記所望の参照信号は、ダウンリンクフレームとオフセット期間で伝送され、前記所望の参照信号は、前記フェムト基地局により、一定のタイミングで受信され、前記フェムト基地局は、前記の同じ一定のタイミングと前記の同じオフセットで、ダウンリンクフレームを伝送することを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記の一つ、又は、それ以上の参照信号は、基地局により伝送されるマルチパス効果を有する参照信号を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記フェムト基地局は、前記セルラー直交波周波数分割多重システム中の室内領域に用いられるアクセスポイント基地局で、前記フェムト基地局は、一般のブロードバンド物理結合により、バックホールサーバーに結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記フェムト基地局と前記の複数の隣接マクロ基地局のそれぞれは、重複したセル領域を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. セルラー直交波周波数分割多重 システム中のフェムト基地局であって、前記フェムト基地局は、
    複数の隣接マクロ基地局により伝送される一つ、又は、それ以上の参照信号を受信する無線周波数モジュールと、
    前記参照信号のそれぞれの対応到着時間を検出するタイミング検出器と、
    所望の参照信号の前記の検出された到着時間に基づいて、所望の時間参照を決定するタイミング抽出器と、
    前記の所望の時間参照に基づいて、前記フェムト基地局のダウンリンク伝送タイミングを配置するタイミング設定モジュールと、
    を備え、前記フェムト基地局は前記の複数の隣接マクロ基地局と同期化されることを特徴とするフェムト基地局。
12. 前記の二個の基地局から伝送される無線信号の到着時間差が直交波周波数分割多重符号のガードインターバルより小さい時、前記の二個の基地局が同期化されることを特徴とする請求項１１に記載のフェムト基地局。
13. 前記所望の参照信号は、観測窓期間で、初めに、前記フェムト基地局により受信される参照信号で、前記観測窓長さは直交波周波数分割多重フレーム長さより小さいが、前記の複数の隣接マクロ基地局間の伝播遅延より大きいことを特徴とする請求項１１に記載のフェムト基地局。
14. 前記所望の参照信号は、ダウンリンクフレームの始動境界で伝送されるダウンリンクプリアンブルで、前記プリアンブルは、前記フェムト基地局により、前記参照タイミングで受信され、前記フェムト基地局は、前記の同じ参照タイミングで、ダウンリンクフレームを伝送することを特徴とする請求項１１に記載のフェムト基地局。
15. 前記所望の参照信号は、ダウンリンクフレームとオフセット期間に伝送され、前記所望の参照信号は、前記フェムト基地局により、前記参照タイミングで受信され、前記フェムト基地局は、前記の同じ参照タイミングと前記同じオフセットで、ダウンリンクフレームを伝送することを特徴とする請求項１１に記載のフェムト基地局
16. 前記の一つ、又は、それ以上の参照信号は、基地局により伝送されるマルチパス効果を有する参照信号であることを特徴とする請求項１１に記載のフェムト基地局。
17. 周波数ドメインの一つ、又は、それ以上の受信されたシーケンスを関連付ける相関モジュールをさらに有し、前記タイミング検出器は、時間ドメインで、前記の一つ、又は、それ以上の受信された参照信号の前記対応到着時間を検出することを特徴とする請求項１１に記載のフェムト基地局。
18. 前記フェムト基地局は、前記セルラー直交波周波数分割多重システムの室内領域に用いられるアクセスポイント基地局で、前記フェムト基地局は、一般のブロードバンド物理結合により、バックホールサーバーに接続されることを特徴とする請求項１１に記載のフェムト基地局。
19. セルラー直交波周波数分割多重システムのフェムト基地局であって、前記フェムト基地局は、
    複数の隣接マクロ基地局により伝送される一つ、又は、それ以上の参照信号を受信する無線周波数モジュールと、
    前記参照信号それぞれの対応到着時間を検出し、これにより、所望の参照信号の所望の時間参照を決定する手段と、
    を備え、前記フェムト基地局は、前記の所望の時間参照に基づいて、ダウンリンク伝送タイミングを設定し、前記フェムト基地局は前記の複数の隣接マクロ基地局と同期化されることを特徴とするフェムト基地局。
20. 前記の二個の基地局から伝送される無線信号の到着時間差が所定値より小さい時、前記の二個の基地局が同期化され、前記所定値は、直交波周波数分割多重符号のガードインターバルより小さいことを特徴とする請求項１９に記載のフェムト基地局。
21. 前記所望の参照信号は、前記フェムト基地局により、観測窓の期間に初めて受信される参照信号で、前記観測窓長さはフレーム長さの半分より小さいが、前記の複数の隣接マクロ基地局間の伝播遅延より大きいことを特徴とする請求項１９に記載のフェムト基地局。
22. 前記手段は、所望の時間参照を検出し、決定するタイミング検出器とタイミング抽出器を含むことを特徴とする請求項１９に記載のフェムト基地局。

Images