JP5451853B2 - 基地局装置、及び同期信号取得方法 - 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、基地局間同期の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。
しかし、GPS信号を利用して同期をとる場合、各基地局が、GPS受信機を備える必要があり、大型化・コストアップを招く。また、室内等のGPS信号を受信できない環境に設置される基地局の場合、基地局間同期をとることが不可能になる。
この場合、移動端末との通信を行う周波数と同じ周波数を用いた無線通信で同期をとれるので、GPS信号を受信する場合のGPS受信機のように同期用の特別な受信系が必要ない。
このため、基地局の小型化・コストダウンを図ることができ、室内等に設置される小型の基地局として適したものとなる。
具体的には、図17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(基地局の信号送信時間)と上りサブフレーム(基地局の信号受信時間)とが時間方向に並べて配置されている。なお、下りサブフレームは、先頭にプリアンブル(Preamble)を備えている。
このような基地局間同期をとる処理は、基地局の起動時に行われ、基地局間同期がとれてから、移動端末との間での通常の通信が行われる。
つまり、基地局間同期をとるには、移動端末に対して信号を送信すべき時間において、移動端末への信号送信を休止しなければならない。
この結果、前記第3の基地局における基地局間同期の取り直しが妨げられる。
上記本発明によれば、同期信号取得のための同期モードを、他の基地局装置と同時に開始しても、同期信号の取得タイミングは、ずらすことができる。
上記本発明によれば、同期モードの周期がランダムに変更されるため、同期信号取得のための同期モードが、他の基地局装置と同時に行われる可能性が低い。
上記本発明によれば、同期モードの設定タイミング値が、当該基地局装置固有のユニークな値であるため、同期信号取得のための同期モードが、他の基地局装置と同時に行われることを防止できる。
上記本発明によれば、同期信号取得のための同期モードを、他の基地局装置と同時に開始しても、同期信号の取得タイミングは、ずらすことができる。
[第1実施形態]
図1は、複数の基地局装置(BS:Base Station)1,2,3,・・・を有する無線通信システムを示している。この無線通信システムでは、例えば、広帯域無線通信を実現するために直交周波数分割多元接続(OFDMA)方式をサポートするIEEE802.16に規定される「WiMAX」に準拠した方式が採用されている。
図17に示したように、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。
マスタ基地局装置は、基地局間同期のためのタイミングを他の基地局装置が送信した信号の受信波から検出して取得する必要がない基地局装置である。例えば、マスタ基地局装置は、自装置が発生する同期信号(クロック)に基づいて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。
以下では、図1に示す第1基地局装置1を、マスタ基地局装置とし、第2基地局装置2及び第3基地局装置3をスレーブ基地局装置とする。
ただし、スレーブ基地局装置のクロック発生器の精度が十分でなかったり、基地局装置間でクロック精度にばらつきがあったりすると、時間の経過によって、同期ずれが生じる。つまり、基地局装置が、端末装置との通信を行っていると、次第に、他の基地局装置の送受信タイミング(通信タイミング)とずれ(同期ずれ)が生じる。
すなわち、基地局装置が具備するクロック発生器のクロック周波数の誤差が、基地局装置間で存在するため、そのクロック周波数(基準信号)に基づいて生成される一つの通信フレーム(下りサブフレーム)の時間長さ(例えば、規格上は5msec)が、基地局装置間で僅かに異なることになる。一フレームの時間長さの誤差が僅かでも、端末装置へのフレームの送信が繰り返されると、前記誤差が蓄積して、比較的大きな同期ずれ(例えば、1μsec程度)となるおそれもある。
このように、初期同期処理にて基地局装置間の通信タイミングを揃えても、端末装置との通信の間に、同期ずれが次第に大きくなる。
図2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。
端末装置のスリープモードは、少なくとも、基地局装置2,3が同期処理を行う間は、継続するようにスリープ時間が設定される。
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。
基地局装置2,3は、他の基地局装置1,2が使用する可能性のあるプリアンブルパターンを既知パターンとしてメモリに有している。基地局装置2,3は、これらの既知のプリアンブルパターンを用いて、プリアンブルのタイミング等を検出する。
そして、図4(b)に示すように、受信波X(t)と既知プリアンブルパターンP(n)の相関値がピークをとった位置を、プリアンブルのタイミングtとして検出することができる。
このプリアンブルタイミングtが、自装置2,3が下りサブフレームを送信する際の送信タイミングとなる。
なお、送信タイミングを他の基地局の送信タイミングと一致させれば、自然に、受信タイミングも一致する。すなわち、他の基地局との間でフレーム同期がとれた状態となる。
このように、端末装置との間で通信を行う通信モードを休止して、他の基地局装置からの同期信号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。
また、スリープモード等にある端末装置は、設定されたスリープ時間(アイドル時間)が経過すると、自動的に、基地局装置2,3との通信を行う通常通信モードとなる。つまり、基地局装置2,3及び端末装置がともに通常通信モードに戻ると、両者の通信が再開される。
前記同期モードは、随時、通信モードを休止して、繰り返し行われるため、通信モード中に同期ずれが生じても、他の基地局装置との同期を維持することができる。
ここでは、図1のスレーブ基地局装置3(BS3)が、プリアンブルを検出できなかったものとする。また、スレーブ基地局装置3は、スレーブ基地局装置2(BS2)からプリアンブルが送信されていれば、それを受信できるものとする。
また、スキャニングを行う周期を予め設定しておき、プリアンブルが検出できなかったときには次の周期で再スキャニングを行うようにした場合、スキャニング(同期モード)のタイミングが両基地局装置2,3で一致してしまうと、当然に、次の周期でも、両基地局装置のスキャニング(同期モード)のタイミングが両基地局装置2,3で一致してしまい、再スキャニングを成功させることができない。
基地局装置2は、フレームF2のタイミングでスキャニングをすれば、基地局装置1(BS1)から同期信号(プリアンブル)を取得できる。その代わり、基地局装置2は、フレームF2の下りサブフレームDLに対応する時間内において、信号を送信することができない。
また、基地局装置3が、次のフレームF3においても、同期信号を取得できなければ、さらに次のフレームで再スキャニングを行えばよい。
したがって、上りサブフレームULに関しては、フレームF2の下りサブフレームDLが休止されることから、次のフレームF3の上りフレームULが休止となる。
つまり、複数の基地局装置において同期信号取得タイミングをずらすには、基地局装置の設置時に、個々の基地局装置をそのように手動設定することも考えられるが、そのような設置時の手動設定は、基地局装置の設置作業を繁雑にして好ましくないが、各基地局装置2,3が、自動的に同期信号取得タイミングをずらす機能を有することで、基地局装置の設置作業が容易となる。
図7は、同期信号を取得するタイミングを基地局装置2,3間でずらすための他の方法を示している。図7に示す第2実施形態において、特に説明をしない点は、第1実施形態のものと同様である。また、第2実施形態の方法は、第1実施形態における次フレームでの再スキャニングの方法に加えて、又は代えて、適用することができる。
つまり、第2実施形態の基地局装置では、同期タイミング周期を変更する変更周期が設定されており、この周期ごとに同期タイミングを変更する機能を有する。
変更後の同期タイミング周期は、乱数等を用いてランダムに決定される。
図8〜図10は、同期信号を取得するタイミングを基地局装置2,3間でずらすための更に他の方法を示している。図8〜図10に示す第3実施形態において、特に説明をしない点は、第1実施形態のものと同様である。また、第3実施形態の方法は、第1実施形態における次フレームでの再スキャニングの方法に加えて、又は代えて、適用することができる。
フレームカウンタのカウンタ値は、端末装置へ送信される下りサブフレーム内にフレーム番号を示すフレームインデックス情報として含められる。フレームインデックス情報は、全端末装置が読み取り可能な制御信号(FCH;フレームコントロールヘッダ))としてブロードキャスト送信されるため、基地局間同期をとった後の他の基地局装置は、これを読み取ることができる。
なお、図8において、ステップS11,S12,S13,S15,は、それぞれ、図3のステップS11,S12,S13,15と同じ処理である。
つまり、第2実施形態のように、単に同期信号取得タイミングをランダムにするだけも通常、スキャニングのタイミングは基地局装置間でずれることになるが、スキャニングのタイミングが一致してしまう可能性も残る。そこで、確実に同期信号取得タイミングをずらすには、第1実施形態のような方法を併用する必要がある。
図9に示す同期タイミング算出関数は、各基地局装置2,3が有する共通の関数(演算式)である。この関数は、基地局装置のユニークな識別子(以下、「BSのID」という)から、各基地局装置にとってユニークなフレームカウンタ値(フレームインデックス)Isを決定するものである。この関数によって決定される値は、フレームカウンタ最小値から最大値までの値をとる。
このような関数は、例えば、ハッシュ関数(完全ハッシュ関数でなくてもよい)によって実現される。
しかも、基地局装置自身が自動的に同期信号取得タイミングを決定しても、各基地局装置間で共通のフレームカウンタ値を基準としているため、確実に基地局装置間でタイミングをずらすことができる。
図11及び図12は、同期信号を取得するタイミングを基地局装置2,3間でずらすための更に他の方法を示している。図11〜図12に示す第4実施形態において、特に説明をしない点は、第1実施形態のものと同様である。また、第4実施形態の方法は、あるフレームで同期信号を取得できなかった場合に、第1実施形態のように次フレームで再スキャニングを行うのではなく、暫定的に通常通信モードを再開し、その後、再スキャニングを行うものである。
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。基地局間同期に成功して同期モードが終了すると(ステップS5)、再び通常通信モードに戻る(ステップS4)。
再同期タイミングは、前記同期タイミングが到来する前のタイミングとなるように、予め設定されているか、あるいは乱数を用いてランダムに決定される。また、再同期タイミングとして、予め設定された値を用いる場合、基地局装置間で再同期タイミングを異ならせるのが好ましい。
ステップS5〜S9の処理は、ステップS9の同期モードによる基地局間同期が成功するまで繰り返し行われるが、ステップS1で判定される同期タイミングを超える前に、繰り返しは、終了する。
図12に示すように、基地局装置2,3が、同期モードになると、まず、自エリア内の全端末装置へ、ブロードキャストにて、端末装置をスリープモード又はアイドルモード(省電力モード)にするための通知を行う(ステップS11)。
ステップS15での基地局間同期が成功した場合、同期成功のフラグが設定され、同期モードが終了する。
スキャニングを継続する所定時間が経過してもプリアンブルを検出できなかった場合(ステップS17)、同期失敗のフラグが設定され、同期モードが終了する。
このように、本第4実施形態では、同期に失敗して同期モードを終了することもある。
図13は、第5実施形態に係る基地局装置1,2,3の構成を示している。第5実施形態の基地局装置は、同期モード実行のために端末装置との通信を休止する周期(タイミング)を変更することができるものである。この周期変更機能は、既述の実施形態においても既に説明したところであるが、第5実施形態においては、この周期変更機能について更に詳述する。なお、第5実施形態において特に説明しない点については、第1〜第4実施形態のものと同様にすることができる。
また、送信部20は、デジタル信号である送信信号を変調する変調部(MOD)21、送信信号をD/A変換するD/A変換部22、及び、送信信号を増幅するアンプ23を備えている。
基地局装置は、TDD(時分割複信)で端末装置との通信を行うため、アンテナ30との接続を、受信部10側と送信部20側とに切り替えるための切り替えスイッチ(SW)31を備えている。つまり、送信フレーム(下りサブフレーム)のタイミングでは、スイッチ31が送信部20側へ切り替えられ、受信フレーム(上りサブフレーム)のタイミングでは、スイッチ31が受信部10側へ切り替えられる。
前述のように、スレーブ基地局装置の通信フレーム一つ一つの誤差は僅かでも、フレーム送信が繰り返されると、フレームの時間長さの誤差が蓄積し、図14に示すように、同期ずれ(タイミングオフセット)が大きくなる。
図15(a)は、マスタ基地局装置1のクロック周波数に対する、スレーブ基地局装置2のクロック周波数のオフセットを示している。図15(a)に示すように、スレーブ基地局装置2のクロック周波数は、時間の経過によって、マスタ基地局装置1のクロック周波数に対して、オフセットが大きくなる。このオフセットの変化の原因として環境温度の変化が挙げられる。
したがって、パケット損ができるだけ生じないようにするという観点からは、同期モードが実行される頻度が少ない方が良い。一方、同期ずれが大きくなりやすい状況では、多少のパケット損があっても、同期モードが実行される頻度は大きくすべきである。
周期制御部34は、同期誤差の履歴情報に基づいて、同期誤差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、過去の同期誤差が大きければ、周期を短くし(頻度を高くし)、過去の同期誤差が小さければ、周期を長く(頻度を低く)する。
ここで、クロック周波数オフセットは、時間の経過によって、急激に変化するわけではなく、図15(a)に示すように、時間の変化に対してなだらかに変化する。したがって、同期誤差の過去の傾向に基づくと、適切に周期を変更することができる。
2 基地局装置
3 基地局装置
32 フレームタイミングカウンタ
33 同期誤差検出部
34 周期制御部
35 同期誤差履歴記憶部
Claims (8)
- 端末装置との間で時分割複信による無線通信を行う基地局装置を複数有する無線通信システムにおける基地局装置の同期信号取得方法であって、
基地局装置が、端末装置を省電力モードに移行させるための通知を端末装置へ行った後、端末装置との間で通信を行うための通信モードを休止して、当該休止中に他の基地局装置からの送信信号から同期信号を取得するための同期モードを実行するステップを含み、
通信モードを休止して前記同期信号を取得するタイミングが、基地局装置毎に異なることを特徴とする同期信号取得方法。 - 前記基地局装置及び前記他の基地局装置は、それぞれ、通信フレームのカウントを行うフレームカウンタを備え、
前記基地局装置が、前記他の基地局装置からの送信信号に含まれるフレームインデックス情報を取得して、取得した前記フレームインデックス情報に基づいて、前記基地局装置における通信フレームのフレームカウンタ値を、前記他の基地局装置におけるフレームカウンタの値と一致させ、
前記同期信号を取得するタイミングを、当該基地局装置固有のユニークなフレームカウンタ値により定める請求項1記載の同期信号取得方法。 - 基地局装置固有のユニークなフレームカウンタ値を、当該基地局装置固有の識別子情報から求める請求項2記載の同期信号取得方法。
- 端末装置との間で時分割複信による無線通信を行う基地局装置であって、
端末装置を省電力モードに移行させるための通知を端末装置へ行った後、端末装置との間で通信を行うための通信モードを休止して、当該休止中に他の基地局装置からの送信信号を受信して同期信号を取得するための同期モードを実行する手段と、
前記同期モードが、設定されたタイミングで行われるように制御する手段と、
前記同期モードの設定タイミング値が、当該基地局装置固有のユニークな値であることを特徴とする基地局装置。 - 端末装置との間で時分割複信による無線通信を行う基地局装置であって、
端末装置を省電力モードに移行させるための通知を端末装置へ行った後、端末装置との間で通信を行うための通信モードを休止して、当該休止中に他の基地局装置からの送信信号を受信して同期信号を取得するための同期モードを実行する手段と、
前記同期モードにおいて前記同期信号を取得できなかった場合には、次の通信フレームのタイミングにおいても、前記同期信号の取得を試みる手段と、
を備えることを特徴とする基地局装置。 - 端末装置との間で時分割複信による無線通信を行う基地局装置であって、
他の基地局装置からの送信信号を受信して同期信号を取得するための同期モードを実行する手段と、
設定されたタイミングになると、端末装置との間で通信を行うための通信モードを休止して、前記同期モードが行われるように制御する手段と、
を備え、
前記同期モードを行っても同期信号を取得できなかった場合には、前記通信モードを再開し、その後、前記通信モードを休止して、再び前記同期モードを行うよう構成されていることを特徴とする基地局装置。 - 端末装置との間で通信を行う通信モードを周期的に休止する手段と、
前記通信モードの周期的な休止中に、他の基地局装置からの送信信号を受信して同期信号を取得するための同期モードを実行する手段と、
前記通信モードを休止する周期を、ランダムに変更する手段と、を備え、
前記通信モードの休止前に、前記端末装置を省電力モードに移行させるための通知を端末装置へ行い、前記同期モードでは、前記同期信号に基づいて、前記通信モード中に生じた同期ずれを修正することを特徴とする基地局装置。 - 端末装置との間で時分割複信による無線通信を行う基地局装置であって、
端末装置を省電力モードに移行させるための通知を端末装置へ行った後、端末装置との間で通信を行うための通信モードを休止して、当該休止中に他の基地局装置からの送信信号を受信して同期信号を取得するための同期モードを実行する手段と、
前記同期モードが、設定された周期で行われるように制御する手段と、
前記周期の設定値をランダムに変更する手段と、
を備えることを特徴とする基地局装置。
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