JP5083096B2 - 基地局装置 - Google Patents
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Description
このため、移動端末の基地局間移動をスムーズに行うには、隣接する基地局間で、送信タイミングが揃っている基地局間同期が確保されている必要がある。
ここで、基地局間でタイミング同期をとるための技術としては、例えば、特許文献1記載のものがある。
したがって、基地局と移動端末との間のように、一般に通信が想定される通信装置間では、キャリア周波数同期をとることが必須である。このようなキャリア周波数同期は、受信側が、受信信号からキャリア周波数誤差を検出し、受信信号のキャリア周波数誤差を補正することによって達成される。この場合、受信信号のキャリア周波数誤差の検出及び補正は、受信回路に設けられたAFC(自動周波数制御)回路によって行われる。
しかし、各基地局が内蔵するクロック発生器(水晶振動子)の精度にはバラツキがあるため、各基地局の内蔵クロック発生器が発生するクロックを基準信号として、各基地局が所定のキャリア周波数で信号を送信しようとしても、クロック周波数精度の違いにより、必然的にキャリア周波数が基地局間で相違することになる。
したがって、内蔵クロック発生器が発生するクロックは、送信信号のキャリア周波数を各基地局間で一致させるための基準信号としては適していない、と一般には考えられる。
そして、当該基地局装置は、その推定値に基づいて、端末装置へ送信されるOFDM信号のキャリア周波数を補正する。したがって、当該基地局装置の送信信号のキャリア周波数は、他の基地局装置の送信信号のキャリア周波数と同期がとれたものとなる。
図1は、インターネットなどのTCP/IPネットワークNWを上位ネットワークとする移動体無線通信システムを示している。
この通信システムは、端末装置である移動端末(MS;Mobile Station)101,102,103に対する無線通信を行う基地局装置(BS;Base Station)1,2,3を複数備えている。複数(数千)の基地局1,2,3は、アクセス制御装置となるASN−GW(Access Service Network Gateway)105に接続されている。また、ASN−GW105は、HA(Home Agent)106を介して、インターネットなどの上位ネットワークNWに接続される。
図2に示すように、WiMAXでは、一つの基本フレームが、下りサブフレーム(基地局装置の信号送信時間)と上りサブフレーム(基地局装置の信号受信時間)とが時間方向に並べて配置されており、TDD(時分割複信)によって送信と受信の複信を行う通信システムとされている。
なお、下りサブフレームは、先頭に、既知信号であるプリアンブル(Preamble)を備えている。
本無線通信システムでは、各基地局装置1,2,3間で、フレームタイミング同期及びキャリア周波数同期を取る処理がなされる。マスタ基地局装置1は、フレームタイミング及びキャリア周波数の基準局であり、スレーブ基地局装置2,3は、マスタ基地局装置1に対して直接的に又は他のスレーブ基地局装置を介して間接的に、フレームタイミング同期及びキャリア周波数同期を取る。
基地局装置間で、キャリア周波数同期がとれていることで、端末装置がハンドオーバ時などで、複数の基地局装置に対して通信を行う状態となっても、端末装置は円滑に各基地局装置と通信を行うことができる。
したがって、各端末装置は、基地局装置から受信したOFDM信号のキャリア周波数に、誤差があっても、その誤差を補正した上で、OFDM復調を行うことができる。
例えば、マスタ基地局装置1は、自装置の内蔵クロック発生器(水晶振動子)が発生するクロックに基づいて自ら信号の送信タイミングを決定する自走マスタ基地局装置として構成することができる。なお、マスタ基地局装置1は、GPS受信機を備え、GPS信号を用いて信号の送信タイミングを決定するものであってもよい。
基地局装置2,3は、信号の受信のために、受信信号を増幅するアンプ11、アンプ11から出力された受信信号に対する直交復調(直交検波)処理を行う直交復調器12、及び、直交復調器12から出力された受信信号に対するA/D変換を行うA/D変換部13を有している。デジタル信号に変換された受信信号は、DSP(デジタル信号処理プロセッサ)20に与えられる。
また、内蔵クロック発生器18の動作クロックは、DSP20にも与えられ、DSP20における動作クロックにもなる。
DSP20の主な機能は、受信信号に対するOFDM復調器としての機能、送信信号に対するOFDM変調器としての機能、送信と受信(送信フレームと受信フレーム)の切り替え機能、基地局間のフレームタイミング同期機能、及び基地局装置間のキャリア周波数同期機能である。図4において、DSP20内に示すブロックは、これらの機能を示すものである。
キャリア周波数補正部21,22は、推定部23で推定されたキャリア周波数オフセットに基づいて、受信信号及び/又は送信信号のキャリア周波数を補正する。
前記切り替えスイッチ24は、端末装置からの信号を受信可能な通信モードの間は、受信信号を復調部25側へ与え、通信モードが停止(休止)された同期モードでは、受信信号を推定部23へ与えるためのものである。
なお、スイッチ24の切り替えは、同期制御部26によって行われる。また、通信モード及び同期モードについては後述する。
前記切り替えスイッチ28は、端末装置へ信号を送信可能な通信モードの間は、送信信号をD/A変換部15へ与え、通信モードが休止された同期モードでは、送信信号をD/A変換部15へ与えないようにするものである。
この、スイッチ28の切り替えも、同期制御部26によって行われる。
このため、推定部23は、受信信号に含まれるプリアンブルを検出するプリアンブル検出部23aと、他の基地局装置と自装置との間のクロック誤差を推定するクロック誤差推定部23bと、を有している。
なお、同期信号としては、ミッドアンブル、パイロット信号などであってもよい。
通信フレームタイミングオフセットを受け取ったフレームタイミング制御部30は、自装置の送信タイミング(送信サブフレームタイミング)を、検出された通信フレームタイミングオフセットの分ほど、正しい方向にずらす。これにより、自装置の送信タイミングを、他の基地局装置の送信タイミングと一致させて、基地局装置間でのフレームタイミング同期をとることができる。
また、本実施形態では、端末装置との間で通信を行う通信モードを停止して、他の基地局装置が端末装置に対して送信した同期信号(プリアンブル)を用いて同期をとるため、同期をとるための制御用チャネルがなくても、同期をとることができる。
すなわち、タイミングオフセットとクロック周期の間には以下の等式が成り立つ。
同期元基地局のクロック周期:同期元基地局のクロック周期=T:(T+T2)=10:(10+0.0001)
(同期元基地局のクロック周波数−同期先基地局のクロック周波数)
=同期元基地局のクロック周波数×T2/(T+T2)
≒同期元基地局のクロック周波数×0.00001
となる。
つまり、他の基地局装置から送信されたOFDM信号のキャリア周波数誤差の推定値が、送信側のキャリア周波数補正部22にも与えられ、このキャリア周波数補正部22において、端末装置への送信信号のキャリア周波数が補正される。この結果、クロック周波数誤差があっても、自装置と他の基地局装置との間で送信信号のキャリア周波数がほぼ一致することになる。
なお、通常のAFC機能を用いて、他の基地局装置から送信されたOFDM信号のキャリア周波数誤差の推定値を求め、その推定値を、送信側のキャリア周波数補正部22に与えても良い。
また、本実施形態では、説明を簡略化するため、アナログ直交変復調器を用いて直接無線周波数(RF Radio Frequency)信号を受信・生成するダイレクトコンバージョン送受信機構成としたが、直交変復調器からRF信号ではなく中間周波数(IF Intermediate Frequency)信号を受信・生成するスーパーヘテロダイン送受信機構成にしてもよい。あるいは、送信をダイレクトコンバージョン、受信をスーパーヘテロダイン構成にしたり、その逆構成にすることも可能である。さらに、直交変復調器をデジタル回路で実現し、IF周波数を直接A/Dでサンプリング、D/Aで生成する構成であっても構わない。
同期モードは、次のようにして実行される。
しかし、基地局装置間では、クロック精度にばらつきがあるため、時間の経過によって、基地局装置間においてフレームタイミングやキャリア周波数にずれを生じる。
図8は、基地局装置2,3が、端末装置との通信を行う(通常)通信モードから、他の基地局装置(マスタ基地局装置又はスレーブ基地局装置)からの信号を受信する同期モードに切り替わるためのフローチャートを示している。
端末装置との間で通信を行う通常通信モードであるときに、同期モードへ移行すべきタイミングになったと判定された場合(ステップS2)、基地局装置2,3は、同期モード(ステップS3)に移行する。同期モードが終了すると、再び通常通信モードに戻る(ステップS4)。
基地局装置2,3は、端末装置との間で通信を行いつつも、定期的又は必要に応じて随時、同期モードを実行することで、同期ずれが生じても、それを解消することができる。
同期制御部26は、同期ずれの履歴情報に基づいて、同期ずれの過去の傾向を示す情報(統計量)を計算し、その情報(統計量)の大きさに合わせて、同期モードが実行される周期(頻度)を変更する。つまり、過去の同期ずれが大きければ、周期を短くし(頻度を高くし)、過去の同期ずれが小さければ、周期を長く(頻度を低く)する。
2 基地局装置
3 基地局装置
18 クロック発生器
20 DSP
21 キャリア周波数補正部
22 キャリア周波数補正部
23 推定部
23a プリアンブル検出部
23b クロック誤差推定部
24 切り替えスイッチ
25 復調部
26 同期制御部
27 変調部
28 切り替えスイッチ
29 記憶部
Claims (10)
- 端末装置との間で時分割複信によってOFDM信号の無線通信を行うよう構成されているとともに、動作クロックを発生させる内蔵クロック発生器を備え、前記内蔵クロック発生器によって発生するクロック周波数の精度によってOFDM信号のキャリア周波数の精度が影響を受ける基地局装置であって、
端末装置への送信停止中に他の基地局装置から送信されたOFDM信号を受信する手段と、
端末装置への送信停止中に受信したOFDM信号に基づいて、そのOFDM信号のキャリア周波数オフセットの推定値を求める推定手段と、
前記推定値に基づいて、端末装置へ送信されるOFDM信号のキャリア周波数を補正することで他の基地局装置との同期をとる周波数補正手段と、
過去の同期ずれの履歴情報を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された過去の同期ずれの履歴情報に基づいて、端末装置への送信停止をする周期を変更する同期制御部と、
を備えることを特徴とする基地局装置。 - 前記推定手段は、端末装置への第1の送信停止が終了して端末装置との通信が再開された後に前記同期制御部によって制御される周期に応じて再び行われる第2の送信停止中に受信したOFDM信号に基づいて、前記他の基地局装置に対するクロック周波数誤差を算出し、算出された前記クロック周波数誤差に基づいて、前記キャリア周波数オフセットの推定値を求める
請求項1記載の基地局装置。 - 前記推定手段は、端末装置への第1の送信停止が終了して端末装置との通信が再開された後に前記同期制御部によって再び行われる第2の送信停止中に受信したOFDM信号に基づいて、そのOFDM信号の通信タイミングオフセットの推定値を求め、
通信タイミングオフセットの推定値と、前記第1の送信停止から前記第2の送信停止までの時間と、に基づいて、そのOFDM信号のキャリア周波数オフセットの推定値を求めるよう構成されている請求項1又は2記載の基地局装置。 - 前記推定手段は、通信タイミングオフセットの推定値と、前記第1の送信停止から前記第2の送信停止までの時間と、に基づいて、クロック周波数の誤差を算出し、算出された前記クロック周波数の誤差に基づいて、前記キャリア周波数オフセットの推定値を求める、
ものである請求項3記載の基地局装置。 - 前記通信タイミングオフセットの推定値に基づいて、通信フレームタイミングを補正する手段を更に備える請求項3又は4記載の基地局装置。
- 端末装置への送信停止中に他の基地局装置から受信するOFDM信号は、前記他の基地局装置が端末装置に対して送信したプリアンブル信号である請求項1〜5のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 前記周波数補正手段は、前記キャリア周波数オフセットの前記推定値に基づいて、受信したOFDM信号のキャリア周波数を補正する請求項1〜6のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 受信したOFDM信号のキャリア周波数、及び、送信するOFDM信号のキャリア周波数の精度が、同一の前記内蔵クロック発生器によって発生するクロック周波数の精度によって、影響を受けるよう構成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の基地局装置。
- 受信したOFDM信号をA/D変換するA/D変換部と、
送信するOFDM信号をD/A変換するD/A変換部と、
を備え、
前記内部クロック発生器によって発生するクロックは、前記A/D変換部及び前記D/A変換部にも与えられる
請求項1〜8のいずれか1項に記載の基地局装置。 - 前記推定手段及び前記周波数補正手段による処理は、デジタル信号処理プロセッサによって行われる
請求項1〜9のいずれか1項に記載の基地局装置。
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