JP5147476B2 - 無線通信システム、基地局およびデータ送信タイミング制御方法 - Google Patents
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Description
但し、固有モード伝送方式は、受信側で測定したチャネル情報を送信側にフィードバックする必要があるため、無線伝搬路の変動が大きい通信環境には不向きである。固有モード伝送方式は、例えば、無線LANのように、無線伝搬路の変動が少ない準静的な通信環境を前提とした無線通信システムの通信速度向上に向いている。
BCの通信容量に関しては、例えば、非特許文献1に記載されたDirty Paper Codingがシステム容量の上限を与える方式であると、非特許文献2によって証明されている。但し、システム容量の上限を実現するための具体的な手段は未だ知られていない。また、Dirty Paper Codingは、送信側が、受信側で測定したチャネル情報を瞬時に把握しないと成立しないが、受信側で測定したチャネル情報をフィードバックリンクで送信側に通知する場合、チャネル変動によって性能劣化が大きくなるため、BC通信容量の上限を実現することは難しい。
本発明の他の目的は、複数の送信局から同一の受信局宛に並列送信されたデータが、受信局に許容範囲内の時間差で到達できるようにした無線通信システムおよび送信タイミング制御方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、他の基地局と連携して、受信局での信号受信タイミングのばらつき範囲をガードインターバル内に収まるように送信タイミングを制御して、1つあるいは複数の受信局宛にデータ送信する無線基地局を提供することにある。
上記第2送信局が、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内に、上記第1、第2送信局間および上記第1、第2送信局と上記受信局との間の信号伝播遅延時間を検出し、
上記第2送信局が、上記遅延時間測定期間内に検出された信号伝播遅延時間から、上記受信局宛のデータ信号の送信タイミングの調整量を算出し、
上記第1送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータ信号を送信し、
上記第2送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと上記調整量とで決まる送信タイミングで上記受信局宛のデータを送信することを特徴とする。
例えば、上記第1の時間情報が示す時間差をTab、第2の時間情報が示す時間差をT1、第3の時間情報が示す時間差をT2とした場合、上記送信タイミングの調整量は、Tab−(T2−T1)で表される。
この場合、上記第2送信局が、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内に、上記第1、第2送信局間および上記第1、第2送信局と上記各受信局との間の信号伝播遅延時間を検出し、
上記第2送信局が、上記遅延時間測定期間内に検出された信号伝播遅延時間から、上記受信局毎のデータの送信タイミングの調整量を算出し、
上記第1送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第2送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと上記送信タイミング調整量とで決まる受信局毎に異なった送信タイミングで、上記各受信局宛のデータを送信する。
上記基地局制御装置から主基地局に指定された場合、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内の第1TDMAスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信し、上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記遅延時間測定期間内の第2TDMAスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信するための手段と、
上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記遅延時間測定期間内の第1TDMAスロットで、上記他の基地局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第1TDMAスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第1の時間情報と、上記同期制御信号と応答信号との受信時刻時間差を示す第2の時間情報とをメモリに記憶し、上記第2TDMAスロットで、上記同期制御信号を送信してから、上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を検出し、該時間差を示す第3の時間情報を上記メモリに記憶するための手段と、
上記メモリに記憶された第1、第2、第3の時間情報に基づいて、上記受信局宛のデータ送信タイミングの調整量を算出し、上記メモリに記憶するための手段と、
上記基地局制御装置から主基地局に指定された場合、上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと上記メモリが示す調整量とで決まる送信タイミングで、上記受信局宛データを送信する送信タイミング制御部とを有することを特徴とする。
図1は、本発明が適用される無線通信システムに全体構成の1例を示している。
ここに示した無線通信システムは、ネットワークNWに接続された基地局制御装置20−1と、回線21を介して基地局制御装置20−1に接続された複数の基地局10(10A、10B、・・・)と、これらの基地局と通信する複数の端末50(50−1、50−2、・・・)とからなる。基地局10と端末50は、複数のアンテナを備えている。基地局制御装置20−1は、支配下にある複数の基地局10A、10B、・・・を管理し、幾つかの基地局を連携させて、基地局協調制御モードで端末と通信させる。
基地局10Bが端末50−1に送信したデータ信号Sb1も、異なる経路を経て、信号Sb1(3)、Sb1(4)となって、端末50−1に到達する。Tbは、データ信号Sb1の伝播遅延時間を示している。
ここでは、基地局10Aが主基地局、基地局10Bが従基地局となって互いに連携し、基地局10Aからの送信信号と、基地局10Bからの送信信号が端末50−1に同時に到達するように、従基地局10Bが、端末50−1宛の信号送信タイミングを調整する(同期制御)。但し、ここで説明する同期制御は、複数端末を対象としたデータの送信タイミング制御、例えば、図1に示した端末50−1と50−3の双方において、基地局10Aからの送信信号と基地局10Bからの送信信号の受信タイミングとを一致させるための送信タイミング制御にも拡張できる。
遅延時間測定期間には、例えば、TDMAスロット1で、主基地局10Aから端末50−1にSYNCパイロット信号を送信し(ステップ1)、これを受信した端末50−1が、予め決められた待ち時間Tが経過した時点で、SYNC応答信号を返送する(ステップ2)。
従基地局10Bは、遅延時間測定期間に測定されたT2とT1の時間差ΔT(=T2−T1)を利用して、基地局協調送信期間に端末50−1宛の信号の送信タイミングを調整することにより、端末50−1が基地局10A、10Bからの送信信号を同時受信可能な同期制御を実現する。
ΔT=Tb−Ta+Tab =(D2/c)−(D1/c)+D12/c
だけずれたタイミングt0で、データ信号Sb1を送信すれば、図2で説明した伝搬遅延時間差と同期誤差を吸収して、端末50−1におけるデータ信号Sa1とSb1の受信タイミングを揃えることが可能となる。Tabの値は、遅延時間測定期間に測定できる。ΔTが、遅延時間測定期間に測定されたT2とT1との時間差に一致することは、以下の説明で明らかになる。
TDMAスロット1では、主基地局10Aが、スロット基準タイミングで、端末50−1に同期制御信号(SYNCパイロット)を送信する(SQ01)。端末50−1は、SYNCパイロットを受信すると(S51)、一定時間Tが経過した時、主基地局10AにSYNC応答を送信する(SQ02、S52)。従基地局10Bは、主基地局10Aと端末50−1との間の送受信信号を傍受し、SYNCパイロットの受信時刻とSYNC応答の受信時刻を記憶し(S11、S12)、時間差T1(B)を算出して、その値を記憶する(S13)。一方、主基地局10Aも、SYNCパイロットを送信してからSYNC応答が受信されるまでの時間差T2(A)を算出して、その値を記憶する。ここで、括弧内のA、Bは、時間差T1、T2を測定した基地局を区別するために付されている。
T1(B)=(D1/c)+T+(D2/c)−(D12/c) ・・・・式(1)
T2(A)=(D1/c)×2+T ・・・・式(2)
TDMAスロット2では、従基地局10Bから端末50−1に同期制御信号(SYNCパイロット)を送信し(SQ03)、SYNCパイロットの送信時刻を記憶する(S14)。端末50−1は、SYNCパイロットを受信すると(S53)、一定時間Tが経過した時、従基地局10BにSYNC応答を送信する(SQ04、S54)。従基地局10Bは、SYNC応答を受信すると、その受信時刻を記憶し(S15)、SYNCパイロットを送信してからSYNC応答が受信されるまでの時間差T2(B)と、ΔT=T2−T1の値を算出する(S16)。
T2(B)とT1(A)の値は、次式(3)と(4)で表すことができる。
T1(A)=(D2/c)+T+(D1/c)−(D12/c)
=T1(B) ・・・・式(4)
式(3)と式(1)より、次式(5)が得られる。
=Tb−Ta+Tab(=ΔT) ・・・・式(5)
すなわち、従基地局10Bからのデータ信号Sb1の送信タイミングt0は、主基地局10Aからのパイロット信号Paの受信時刻t2を基準にして、ΔT=T2−T1だけずらせばよいことが分かる。尚、データ信号の送信タイミングt0は、Tabの値と、TbとTaとの大小関係によって、TDMAスロット3の基準タイミングt1よりも前になる場合もあれば、後になる場合もある。
本実施例では、基地局10B(10A)は、SYNC応答の受信時に、受信したSYNC応答に含まれる端末IDを識別して、遅延時間情報T1(i)、T2(i)を端末50−iのIDと対応付けて記憶しておく。
主基地局10Aは、TDMAスロット3の基準タイミングt1で、端末50−1宛のデータ信号Sa1と、端末50−2宛のデータ信号Sa2を送信する。データ信号Sa1は、伝播遅延時間Ta1後に、端末50−1で受信され、データ信号Sa2は、伝播遅延時間Ta2後に、端末50−2で受信される。
基地局10は、無線信号を送受信するための複数のアンテナ110(110a〜110d)を備えた無線部11と、無線部11に接続されたモデム部12と、モデム部12に接続された制御部18および局間インタフェース19とからなっている。
例えば、図8に示したように、端末50−1宛のデータ信号Sb1の調整時間ΔT(1)=T2(1)−T1(1)が、端末50−2宛のデータ信号Sb2の調整時間ΔT(2)=T2(2)−T1(2)よりも大きい場合、Δt=ΔT(1)−ΔT(2)に相当する期間、データ信号Sb2の前にダミーデータを挿入する。
各端末50は、無線部51と、無線部51に接続されたモデム部52と、モデム部52に接続された制御部58およびコーデック(CODEC)59とからなる。
無線部51のアンテナ本数は、基地局より少数でよく、本実施例では、無線部51が2本のアンテナ510a、510bを備えている。アンテナ510a(510b)には、共用器511a(511b)を介して、受信器512a(512b)と送信器513a(513b)とが接続されている。
コーデック(CODEC)59は、図示しない音声通話機能部に接続され、携帯電話で規定の音声符号化/復号化処理を行う。音声通話機能部から出力された音声信号は、コーデック59で符号化した後、誤り訂正復号器571bに入力される。
ここでは、基地局10Aと10Bが、それぞれ4本のアンテナを備え、ユーザ端末50(50−1、50−2、50−3、・・・)も、それぞれ4本のアンテナを備えた場合を想定している。図11において、横軸はユーザ端末数を表し、縦軸は、図1に示した基地局10Aと10Bで構成される無線通信システムの全体スループットをユーザ端末数で除算して得られる1ユーザ端末当たりのスループットの平均値を表している。
11、51:無線部、12、51:モデム部、13、53:受信部、
14、54:送信タイミング制御部、15、55:多重化回路、
16、56:パイロット生成部、17、57:送信部、18、58:制御部、
19:局間インタフェース、110、510:アンテナ、
131、531:MIMO復調器、132、532:P/S変換器、
133、533:誤り訂正復号器、171、571:誤り訂正符号器、
172、572:多重化回路、173、573:S/P変換器、
174、574:MIMO変調器、181、581:信号分離回路、
182、582:パイロット信号処理部、184、584:主制御部、
183:遅延制御情報ファイル。
Claims (12)
- それぞれが複数のアンテナを備える第1送信局と第2送信局とが連携して、一連のTDMAスロットで、同一受信局宛に並列的にデータ信号を送信する無線通信システムにおけるデータ送信タイミング制御方法であって、
上記第2送信局が、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内に、上記第1、第2送信局間の信号伝播遅延時間、および上記第1、第2送信局と上記受信局との間の信号伝播遅延時間によって決まる上記受信局宛データの送信タイミングの調整量を算出し、
上記第1送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、
上記第2送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第1、第2送信局間の信号伝播遅延時間と、上記調整量とで決まる送信タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、
上記第1、第2送信局から上記データ送信期間内の各TDMAスロットで並列的に送信されたデータが、宛先受信局に許容範囲内の時間差で到達するようにしたことを特徴とするデータ送信タイミング制御方法。 - それぞれが複数のアンテナを備える第1送信局と第2送信局とが連携して、一連のTDMAスロットで同一受信局宛に並列的にデータ信号を送信する無線通信システムにおけるデータ送信タイミング制御方法であって、
データ送信期間に先行して、第1TDMAスロットと第2TDMAスロットとからなる遅延時間測定期間を有し、
上記第1送信局が、上記第1TDMAスロットの基準タイミングで、前記受信局に同期制御信号を送信し、上記受信局が、上記同期制御信号を受信してから所定時間Tが経過した時点で、上記第1送信局に応答信号を送信し、
上記第2送信局が、上記第1TDMAスロットで、上記第1送信局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第1TDMAスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第1の時間情報と、上記同期制御信号と上記応答信号との受信時刻時間差を示す第2の時間情報とを記憶しておき、
上記第2送信局が、上記第2TDMAスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信し、上記受信局が、上記同期制御信号を受信してから所定時間Tが経過した時点で、上記第2送信局に応答信号を送信し、
上記第2送信局が、上記第2TDMAスロットで、上記同期制御信号を送信してから上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を測定し、該時間差を示す第3の時間情報と、上記第2の時間情報とに基づいて、上記受信局宛データの送信タイミングの調整量を算出し、
上記第1送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、
上記第2送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第1の時間情報と、上記調整量とで決まる送信タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、
上記第1、第2送信局から上記データ送信期間内の各TDMAスロットで並列的に送信されたデータが、宛先受信局に許容範囲内の時間差で到達するようにしたことを特徴とするデータ送信タイミング制御方法。 - 前記データ送信期間内の各TDMAスロットの基準タイミングをt1、前記第1の時間情報が示す時間差をTab、前記第2の時間情報が示す時間差をT1、前記第3の時間情報が示す時間差をT2とした場合、前記送信タイミングの調整量ΔTが(T2−T1)で表され、前記第2送信局が、上記基準タイミングt1に時間差Tabを加算した時刻t2を基準にして、上記調整量ΔTで前記受信局宛のデータ送信タイミングを決定することを特徴とする請求項2に記載のデータ送信タイミング制御方法。
- それぞれが複数のアンテナを備える第1送信局と第2送信局とが連携して、一連のTDMAスロットで、複数の受信局宛に並列的にデータ送信する無線通信システムにおけるデータ送信タイミング制御方法であって、
上記第2送信局が、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内に、上記第1、第2送信局間の信号伝播遅延時間、および上記第1、第2送信局と上記各受信局との間の信号伝播遅延時間によって決まる上記受信局毎のデータ送信タイミングの調整量を算出し、
上記第1送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第2送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第1、第2送信局間の信号伝播遅延時間と、上記送信タイミング調整量とで決まる受信局毎に異なった送信タイミングで、上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第1、第2送信局から上記データ送信期間内の各TDMAスロットで並列的に送信されたデータが、宛先となる各受信局に許容範囲内の時間差で到達するようにしたことを特徴とするデータ送信タイミング制御方法。 - それぞれが複数のアンテナを備える第1送信局と第2送信局とが連携して、一連のTDMAスロットで同一受信局宛に並列的にデータ信号を送信する無線通信システムにおけるデータ送信タイミング制御方法であって、
データ送信期間に先行して、第1TDMAスロットと第2TDMAスロットとからなる遅延時間測定期間を有し、
上記第1送信局が、上記第1TDMAスロットの基準タイミングで同期制御信号を送信し、上記同期制御信号を受信した上記各受信局が、受信局毎の異なった個別の待ち時間が経過した時点で、上記第1送信局に応答信号を送信し、
上記第2送信局が、上記第1TDMAスロットで、上記第1送信局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記各受信局からの応答信号の受信時刻を検出し、上記第1TDMAスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第1の時間情報と、上記受信局毎に上記同期制御信号と応答信号との時間差を示す第2の時間情報を記憶しておき、
上記第2送信局が、上記第2TDMAスロットの基準タイミングで、同期制御信号を送信し、上記同期制御信号を受信した上記各受信局が、上記個別の待ち時間が経過した時点で、上記第2送信局に応答信号を送信し、
上記第2送信局が、上記第2TDMAスロットで、上記同期制御信号を送信してから、上記各受信局からの応答信号を受信するまでの時間差を測定し、上記受信局毎に、上記同期制御信号を送信して応答信号を受信するまでの時間差を示す第3の時間情報と、上記第2の時間情報とに基づいて、上記受信局毎のデータ送信タイミングの調整量を算出し、
上記第1送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第2送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第1の時間情報と、上記送信タイミング調整量とで決まる受信局毎に異なった送信タイミングで、上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第1、第2送信局から上記データ送信期間内の各TDMAスロットで並列的に送信されたデータが、宛先となる各受信局に許容範囲内の時間差で到達するようにしたことを特徴とするデータ送信タイミング制御方法。 - 前記各受信局が、前記個別の待ち時間として、各受信局に付随する固有の値を使用することを特徴とする請求項5に記載のデータ送信タイミング制御方法。
- 前記各受信局が、前記個別の待ち時間として、前記第1送信局または第2送信局から指定された値を使用することを特徴とする請求項5に記載のデータ送信タイミング制御方法。
- 前記各受信局が、前記個別の待ち時間として、乱数に依存した値を使用することを特徴とする請求項5に記載のデータ送信タイミング制御方法。
- 前記データ送信期間内の各TDMAスロットの基準タイミングをt1、前記第1の時間情報が示す時間差をTab、前記第2の時間情報が示す時間差をT1、前記第3の時間情報が示す時間差をT2とした場合、前記送信タイミングの調整量ΔTが(T2−T1)で表され、前記第2送信局が、上記基準タイミングt1に時間差Tabを加算した時刻t2を基準にして、上記調整量ΔTで前記受信局毎のデータ送信タイミングを決定することを特徴とする請求項5に記載のデータ送信タイミング制御方法。
- 前記第1送信局が、前記データ送信期間内の各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで前記データと共にパイロット信号を送信し、
前記第2送信局が、上記データ送信期間内の各TDMAスロットで、スロット基準タイミングと上記パイロット信号の受信時刻との時間差を検出し、該時間差を前記Tabの最新値として、次のTDMAスロットに適用すべき送信タイミングを決定することを特徴とする請求項3または請求項9に記載のデータ送信タイミング制御方法。 - 基地局制御装置に接続された複数の基地局からなり、各基地局が複数のアンテナを備え、上記基地局制御装置で指定された第1基地局と第2基地局が連携して、一連のTDMAスロットで同一受信局宛に並列的にデータを送信する無線通信システムであって、
上記第1基地局が、
データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内の第1TDMAスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信する手段と、
上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータを送信する送信タイミング制御部とを有し、
上記第2基地局が、
上記遅延時間測定期間内の第1TDMAスロットで、上記第1基地局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第1TDMAスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第1の時間情報と、上記同期制御信号と応答信号との受信時刻時間差を示す第2の時間情報とをメモリに記憶するための手段と、
上記遅延時間測定期間内の第2TDMAスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信するための手段と、
上記第2TDMAスロットで、上記同期制御信号を送信してから、上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を検出し、該時間差を示す第3の時間情報を上記メモリに記憶するための手段と、
上記メモリに記憶された上記第2、第3の時間情報に基づいて、上記受信局宛のデータ送信タイミングの調整量を算出し、上記メモリに記憶するための手段と、
上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第1の時間情報と、上記メモリが示す調整量とで決まる送信タイミングで、上記受信局宛のデータを送信する送信タイミング制御部とを有することを特徴とする無線通信システム。 - 基地局制御装置に接続され、上記基地局制御装置に接続された他の基地局と連携して、一連のTDMAスロットで受信局宛に並列的にデータを送信する複数のアンテナを備えた基地局であって、
上記基地局制御装置から主基地局に指定された場合、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内の第1TDMAスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信し、上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記遅延時間測定期間内の第2TDMAスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信するための手段と、
上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記遅延時間測定期間内の第1TDMAスロットで、上記他の基地局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第1TDMAスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第1の時間情報と、上記同期制御信号と応答信号との受信時刻時間差を示す第2の時間情報とをメモリに記憶し、上記第2TDMAスロットで、上記同期制御信号を送信してから、上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を検出し、該時間差を示す第3の時間情報を上記メモリに記憶するための手段と、
上記メモリに記憶された上記第2、第3の時間情報に基づいて、上記受信局宛のデータ送信タイミングの調整量を算出し、上記メモリに記憶するための手段と、
上記基地局制御装置から主基地局に指定された場合、上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛にデータを送信し、上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各TDMAスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第1の時間情報と、上記メモリが示す調整量とで決まる送信タイミングで、上記受信局宛のデータを送信する送信タイミング制御部とを有することを特徴とする基地局。
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