JP2008311856A - 制御装置およびそれを用いた基地局装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数オフセットの検出精度の劣化を低減すること。
【解決手段】基地局装置１０は、基準クロック取得部１８と、ＰＬＬ回路２０と、制御部１４と、無線通信部１６とを備える。基準クロック取得部１８は、基準のクロックを取得する。ＰＬＬ回路２０は、基準クロック取得部１８で取得した基準のクロックをもとに、無線通信処理に用いられるべきクロックの周波数を制御する。制御部１４は、無線通信処理すべき信号が存在する期間中は、ＰＬＬ回路２０の制御を変更する。無線通信部１６は、ＰＬＬ回路によって制御されたクロックをもちいて、無線通信処理を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に、信号の周波数を制御するための制御装置およびそれを用いた基地局装置に関する。

無線通信においては、自局と通信相手との間で同期を確立し、また、同期状態を維持する必要がある。しかしながら、自局と通信相手とが搭載しているそれぞれの水晶の精度が互いに異なる場合、周波数オフセットが発生し、通信品質が劣化する場合がある。このような場合、従来、通信相手から送信された既知信号を用いて、周波数オフセットを検出し、補正していた（たとえば、特許文献１参照）。
特開平８−１９５７７８号公報

本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。既知信号の送信時に、送信側において周波数変動やジッタが発生した場合、受信側で周波数オフセットの検出精度が劣化する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、周波数オフセットの検出精度の劣化を低減するための制御技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御装置は、基準のクロックを取得するクロック取得部と、クロック取得部で取得した基準のクロックをもとに、無線通信処理に用いられるべきクロックの周波数を制御するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ Ｌｏｏｐ）部と、無線通信処理すべき信号が存在する期間中は、ＰＬＬ部における周波数の制御を停止する制御部と、を備える。

本発明の別の態様は、基地局装置である。この装置は、別の基地局装置と接続された基地局装置であって、別の基地局装置から、基準のクロックを取得するクロック取得部と、クロック取得部で取得した基準のクロックをもとに、無線通信処理に用いられるべきクロックの周波数を制御するＰＬＬ部と、無線通信処理すべき信号が存在する期間中は、ＰＬＬ部における周波数の制御を変更する制御部と、ＰＬＬ部によって制御されたクロックをもちいて、無線通信処理を実行する無線通信部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、周波数オフセットの検出精度の劣化を低減できる。

本発明の実施形態を具体的に説明する前に、まず、本発明の実施形態の概要について述べる。本発明の実施形態は、無線通信システムにおける制御装置に関する。

従来、制御装置として、基準となるクロックと、無線通信等の処理に用いられている同期クロックとを比較し、その位相差により同期クロックの周波数を制御し、追従させるＰＬＬ回路が用いられている。一般的なＰＬＬ回路においては、基準クロックとの位相差を位相比較器により検出し、出力すべきクロックの周波数をどの程度遅らせるか、または進めるかを示す情報をループフィルタを介してＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）に伝達する。そのため、位相比較器で検出された位相差が零でない場合に、出力されるクロックの周波数が変動する。周波数の変動量については、ループフィルタの定数等で決定される。

また、一般に、基地局装置と端末装置との間において搬送波の周波数に差異が存在すると、受信側にて周波数オフセットが生じる。このような周波数オフセットは、受信特性を悪化させるので、受信側は、周波数オフセット補正を行うべきである。そのため、送信側は、周波数オフセットを検出させるため任意の既知信号を送信し、受信側にて、周波数のオフセット量を検出して補正する。しかしながら、送信側から出力される搬送波が、前述のＰＬＬ回路をもとに生成されている場合、既知信号の通信中であっても、周波数変動が生じる可能性がある。そのような場合、受信側における周波数オフセットの推定精度が劣化してしまう。また、受信側でＰＬＬ動作されたクロック信号を使用して受信処理を実行する場合、補正後のデータは、受信側のＰＬＬ回路のジッタの影響を受けるため、通信性能の劣化の要因となる。

したがって、本発明の実施形態における送信装置は、既知信号を送信する期間中に、ＰＬＬ回路での周波数の制御を変更する。変更とは、周波数の制御を停止することを含み、また、制御量をより小さくしたり、制御周期を長くしたりすることを含む。その結果、周波数変動を抑制し、受信側における周波数オフセットの推定への影響を低減させることとした。また、受信側においても、ＰＬＬ制御を変更することにより、周波数オフセット補正の精度向上を図っている。このような態様により、周波数オフセット補正の精度を向上でき、また、通信性能の向上を図る。

図１は、本発明の実施形態にかかる無線通信システム１００の構成例を示す図である。無線通信システム１００は、基地局装置１０と端末装置６０とネットワーク８０とを含む。ネットワーク８０は、有線網である。また、ネットワーク８０は、基地局装置１０に対して、クロック信号を供給する。クロック信号の代わりに、もしくは、クロック信号とともに、ネットワーク８０は、基地局装置１０に対して、データを供給してもよい。基地局装置１０は、ネットワーク８０から取得したデータからクロックを再生してもよい。

基地局装置１０は、ネットワーク８０を介して、他の通信装置との間で有線通信を実行する。また、基地局装置１０は、端末装置６０との間で無線通信を実行する。無線通信には、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）／ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式が用いられる。

なお、本発明は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式に限定されない。たとえば、ＴＤＭＡでなく、符号分割多重方式や周波数分割多重方式であってもよい。また、ＴＤＤでなく、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）が用いられていてもよい。いずれの場合においても、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式と同様に適用することができる。

基地局装置１０は、端末装置６０に向けて既知信号を報知し、端末装置６０に同期処理を実行させる。また、基地局装置１０は、ネットワーク８０から、基準のクロックを取得する。基地局装置１０は、ＰＬＬ回路にて、取得した基準のクロックを用いて、クロックの周波数を制御する。ただし、端末装置６０に向けた既知信号が送信される期間において、基地局装置１０は、ＰＬＬ回路による周波数の制御を変更する。周波数制御を停止する場合、周波数を直前の状態に維持することによって、出力クロックの周波数を固定して、出力クロックの状態を安定させる。なお、以下において、既知信号は、データ信号などとともに送信されると仮定し、双方の信号を「無線通信すべき信号」と表記する。また、ＰＬＬ回路は、無線通信すべき信号の有無により制御されるものとして説明する。受信側において、データ信号は、既知信号により周波数オフセット補正される。そのため、既知信号だけでなく、データ信号なども含めた無線通信すべき信号の有無により、ＰＬＬ回路における制御を停止することによって、オフセット補正中の周波数変動の発生を低減することとした。

端末装置６０は、基地局装置１０との間で無線通信を実行することにより、基地局装置１０を介して、ネットワーク８０にアクセスしたり、他の通信装置との間で通信を実行する。端末装置６０は、基地局装置１０との間の無線通信に先立ち、基地局装置１０から送信された既知信号をもとに位相検波処理を実施し、搬送波の周波数を基地局装置１０に同期する。

前述したように、基地局装置１０は、既知信号の送信期間などにおいて、ＰＬＬ回路を停止する。そのため、その停止期間中における周波数変動が抑制され、端末装置６０における既知信号の推定への影響が低減される。したがって、端末装置６０は、周波数オフセット推定の精度を向上できる。

ここで、基地局装置１０の構成について詳細に説明する。図２は、図１の基地局装置１０の構成例を示す図である。基地局装置１０は、網側通信部１２と、制御部１４と、無線通信部１６と、基準クロック取得部１８と、破線で示すＰＬＬ回路２０とを含む。網側通信部１２は、ネットワーク８０との間における有線通信に関する変復調処理などの信号処理を実行する。無線通信部１６は、端末装置６０との間における無線通信に関する変復調処理などの信号処理を実行する。

制御部１４は、網側通信部１２と、無線通信部１６と、ＰＬＬ回路２０とを制御する。制御部１４は、端末装置６０に対して無線通信すべき信号が存在する期間中において、制御信号ＲＳＴ３１０を通知することによって、ＰＬＬ回路２０の動作を停止する。端末装置６０に対して無線通信すべき信号が存在する期間（以下、「通信期間」と表記する。）とは、無線通信部１６において、端末装置６０に対する信号を送信する期間や、端末装置６０から受信した信号を処理する期間を含む。すなわち、制御部１４は、送信期間中だけでなく受信期間中にもＰＬＬ回路２０を停止することによって、受信期間中の周波数変動を抑制でき、無線通信部１６における送受信性能を向上できることとなる。

基準クロック取得部１８は、ネットワーク８０から、基準のクロックを取得する。取得された基準のクロックは、ＰＬＬ回路２０に出力される。ＰＬＬ回路２０は、制御部１４の制御にしたがって動作する。具体的には、ＰＬＬ回路２０は、通信期間以外の期間において動作する一方、通信期間中は、動作が停止される。具体的に説明する。ＰＬＬ回路２０は、第１分周器２４と、第２分周器２６と、位相比較部２８と、ループフィルタ３０と、ＶＣＯ３２とを含む。

第１分周器２４は、基準クロック取得部１８で取得したクロックを分周する。第２分周器２６は、無線通信部１６で使用されているクロックを分周する。第１分周器２４と第２分周器２６は、制御部１４から通知される制御信号ＲＳＴ３１０に基づいて動作する。制御信号ＲＳＴ３１０は、通信期間中にＬｏｗとなり、通信期間以外の期間でＨｉｇｈとなる。第１分周器２４と第２分周器２６は、制御信号ＲＳＴ３１０がＨｉｇｈの場合、それぞれに入力されたクロック信号を分周して、Ｓｉｎ３０６とＣｉｎ３０８のそれぞれを位相比較部２８に出力する。制御信号がＬｏｗの場合、第１分周器２４と第２分周器２６は、位相比較部２８に対する出力を停止する。

位相比較部２８は、第１分周器２４と第２分周器２６のそれぞれから入力されたクロックＳｉｎ３０６とＣｉｎ３０８の位相を比較する。通信期間中は、双方の分周器からの出力が停止されるため、２つの入力は零を示す信号となり、位相差Ｃｏｍｐ３１４は零となる。通信期間中以外においては、位相比較部２８は、入力された２つのクロックの位相差Ｃｏｍｐ３１４をループフィルタ３０に出力する。

ＶＣＯ３２は、ループフィルタ３０を介して、位相比較部２８から、検出された位相差Ｃｏｍｐ３１４を取得する。ＶＣＯ３２は、取得した位相差に応じて、周波数を補正したクロックを発生する。通信期間中は、位相差Ｃｏｍｐ３１４が零となるため、出力されるクロックの周波数は補正されない。したがって、通信期間中にＶＣＯ３２から出力されるクロックの周波数は、通信期間中以外の期間から通信期間に遷移する直前に設定された周波数に固定され、維持する。ＶＣＯ３２が出力したクロックは、無線通信部１６にて用いられ、また、第２分周器２６に帰還される。

上述したこれらの構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

つぎに、タイミングチャートを用いて、基地局装置１０の動作例について具体的に説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、図１の基地局装置１０における動作例を示すタイミングチャートである。横軸は時間を示す。なお、図３（ａ）〜（ｃ）は、フレームタイミング、および、スロットタイミングが検出された後のタイミングチャートを示す。

図３（ａ）は、図１の基地局装置１０における１フレーム内の動作例を示す第１タイミングチャート２１０である。第１タイミングチャート２１０において、１フレームは、８つのスロットから構成される。ここで１フレームのうち、前半４スロットが送信用のスロットであり、後半４スロットが受信用のスロットとなる。各スロットは、送信信号３００と受信信号３０２を含む。送信信号３００と受信信号３０２は、それぞれガードタイム３２０を含む。ガードタイム３２０とは、送信の対象もしくは受信の対象となる信号が存在しない期間を示す。

フレーム同期信号３０４は、下り処理のときにＬｏｗとなり、上り処理のときにＨｉｇｈとなる。基地局装置１０において、下り処理は送信処理に、上り処理は受信処理に対応する。ＲＳＴ３１０は、図２の制御部１４によって、各スロット中のガードタイム３２０の期間においてＨｉｇｈとなり、ガードタイム３２０以外の期間においてＬｏｗとなるように制御される。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の１フレーム中の任意の１スロットにおける基地局装置１０の動作例を示す第２タイミングチャート２２０である。送受信信号３１２は、図３（ａ）の送信信号３００あるいは受信信号３０２に相当し、ランプタイム３２２と、送受信区間を示す「Ｔｘ／Ｒｘ」と、ガードタイム３２０とを含む。ランプタイム３２２は、スロットの先頭において設けられる冗長期間であり、送受信処理を開始する前における立ち上がり期間を示す。図示するごとく、ＲＳＴ３１０は、ガードタイム３２０の期間のみＨｉｇｈとなる。そのため、Ｓｉｎ３０６とＣｉｎ３０８は、ガードタイム３２０以外の期間は、強制的にＬｏｗとなる。

図３（ｃ）は、図３（ｂ）の１スロット中のガードタイム期間における基地局装置１０の動作例を示す第３タイミングチャート２３０である。図示するごとく、ＲＳＴ３１０がＨｉｇｈとなる期間において、Ｓｉｎ３０６とＣｉｎ３０８の位相差を示すＣｏｍｐ３１４が出力される。

以上のように、既知信号の送信期間において、ＰＬＬ回路を停止することによって、周波数変動の発生を抑制できる。また、周波数変動の発生を抑制することによって、端末装置６０における既知信号からの周波数オフセット推定への影響を低減できる。これにより、端末装置６０は、周波数オフセット補正誤差による通信性能劣化を抑制できることとなる。

次に、本発明の実施形態の変形例を示す。本変形例の基地局装置１０においては、図２に示す構成と同様の構成をとる。また、本変形例は、前述した実施形態とくらべ、制御部１４における制御信号ＲＳＴ３１０の生成条件が異なる。なお、前述した実施の形態と共通する部分については同一の符号を付して説明を簡略化する。

無線装置においては、通常、厳しいジッタ性能が要求される。特に、無線通信部１６の変調処理における変調多値数が大きいほど、その要求が厳しくなる。したがって、本変形例においては、制御部１４は、無線通信部１６の変調処理において、所定の変調多値数より大きい変調多値数を用いる場合に、制御信号ＲＳＴ３１０をＬｏｗに設定し、それ以外の場合はＨｉｇｈに設定することとした。このような態様をとることによって、厳しいジッタ性能を満足することができる。なお、所定の変調多値数は、シミュレーションや実験で定めることができる値であり、たとえば、１６や３２が設定される。

なお、制御部１４は、前述の実施形態のように、無線通信処理すべき信号が存在することも、ＰＬＬ回路２０の制御停止の条件にしてもよい。たとえば、制御部１４は、無線通信処理すべき信号が存在する期間中であって、かつ、変調処理における変調多値数が予め定めた変調多値数より大きい場合、制御信号ＲＳＴ３１０をＬｏｗになるように設定し、ＰＬＬ回路２０による周波数制御を停止してもよい。このような態様であっても、所望のジッタ性能を満たすことができる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施形態、変形例において、ＰＬＬ回路２０は、第１分周器２４や第２分周器２６が搭載されているとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、分周器の代わりに、周波数カウンタが搭載されていてもよい。この場合、周波数カウンタは、制御部１４からの制御信号ＲＳＴ３１０をもとに、ガードタイム３２０の期間中はカウンタ処理を実行し、それ以外の期間では、カウント処理をリセットすればよい。

また、ガードタイム３２０の期間以外の期間において、第１分周器２４と第２分周器２６を停止するかわりに、制御部１４は、ＶＣＯ３２からの出力が固定値になるように、位相比較部２８、ループフィルタ３０、もしくは、ＶＣＯ３２に対して、固定値を出力してもよい。固定値は、予め定められた値でもよいし、動的に変化する値、たとえば、ガードタイム３２０の期間から、それ以外の期間に移る直前の値であってもよい。

また、基地局装置１０のＰＬＬ回路２０において適用されるとして説明したが、端末装置６０に適用されてもよい。このような態様により、端末装置６０におけるジッタの発生を抑制できる。また、基地局装置１０がスレーブの基地局装置であってもよい。この場合、基地局装置１０は、当該基地局装置１０を制御するマスタの基地局装置から、基準のクロックを取得すればよい。以上のいずれの態様であっても、前述した効果と同様の効果を得られることはいうまでもない。

本発明の実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 図１の基地局装置の構成例を示す図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、図１の基地局装置における動作例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 基地局装置、 １２ 網側通信部、 １４ 制御部、 １６ 無線通信部、 １８ 基準クロック取得部、 ２０ ＰＬＬ回路、 ２４ 第１分周器、 ２６ 第２分周器、 ２８ 位相比較部、 ３０ ループフィルタ、 ３２ ＶＣＯ、 ６０ 端末装置、 ８０ ネットワーク、 １００ 無線通信システム、 ３００ 送信信号、 ３０２ 受信信号、 ３０４ フレーム同期信号、 ３０６ Ｓｉｎ、 ３０８ Ｃｉｎ、 ３１０ ＲＳＴ、 ３１２ 送受信信号、 ３１４ Ｃｏｍｐ、 ３２０ ガードタイム、 ３２２ ランプタイム。

Claims (3)

1. 基準のクロックを取得するクロック取得部と、
   前記クロック取得部で取得した基準のクロックをもとに、無線通信処理に用いられるべきクロックの周波数を制御するＰＬＬ部と、
   無線通信処理すべき信号が存在する期間中は、前記ＰＬＬ部における周波数の制御を変更する制御部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記制御部は、無線通信処理すべき信号が存在する期間中であっても、変調処理における変調多値数が予め定めた変調多値数より小さい場合、前記ＰＬＬ部における周波数の制御を実行させることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 別の基地局装置と接続された基地局装置であって、
   別の基地局装置から、基準のクロックを取得するクロック取得部と、
   前記クロック取得部で取得した基準のクロックをもとに、無線通信処理に用いられるべきクロックの周波数を制御するＰＬＬ部と、
   無線通信処理すべき信号が存在する期間中は、前記ＰＬＬ部における周波数の制御を停止する制御部と、
   前記ＰＬＬ部によって制御されたクロックをもちいて、無線通信処理を実行する無線通信部と、
   を備えることを特徴とする基地局装置。

Images