JP2010034819A

JP2010034819A - 基地局装置及び基地局間キャリア周波数同期方法

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Publication number: JP2010034819A
Application number: JP2008194494A
Authority: JP
Inventors: Yoji Okada; 洋侍岡田; Takashi Yamamoto; 剛史山本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: JP5083096B2

Abstract

【課題】内蔵クロック発生器によるクロックを、送信信号のキャリア周波数を決定する基準信号として用いつつも、各基地局間でキャリア周波数の同期をとる。
【解決手段】基地局装置は、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。基地局装置は、内蔵クロック発生器１８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。基地局装置は、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信号を受信し、そのＯＦＤＭ信号のキャリア周波数オフセットを推定し、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。
【選択図】図４

Description

本発明は、基地局装置及びデータ送信方法に関するものである。

ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）ように移動端末が通信可能な無線通信システムにおいては、基地局が各地に多数設置される。各基地局がカバーするエリア（セル）内にある移動端末は、当該エリアをカバーする基地局との間で通信を行うことができる。

移動端末が移動することにより、移動端末の通信相手となる基地局は変更されるが、基地局が変更される際、移動端末は、同時に二つの基地局（サービング基地局とターゲット基地局）からの信号を受けることになる。
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。

基地局間同期がとれていると、移動端末の基地局間移動の際、移動端末が同時に二つの基地局からの信号を受信でき、基地局間移動（ハンドオーバ）をスムーズに行える。
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。

特許文献１には、各基地局が、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号に基づいて、各基地局がタイミング同期をとる技術が開示されている。

特開昭５９−６６４２号公報

さて、ＷｉＭＡＸでは、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式が採用されている。ＯＦＤＭ信号では、サブキャリアが密に配置されており、サブキャリア間隔が小さいため、信号の送信側と受信側でキャリア周波数の誤差が大きいと、ＯＦＤＭ復調特性が劣化する。このため、キャリア周波数の誤差は、少ないことが要求される。
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。

一方、ＯＦＤＭ方式を前提として、移動端末の基地局間移動（ハンドオーバ）を考慮すると、基地局間においてもキャリア周波数同期が必要であるとの知見を本発明者らは得た。ただし、本発明者らの知見に基づくキャリア周波数同期は、各基地局が自エリア内の移動端末へ送信する信号のキャリア周波数を基地局間で合わせることをいい、基地局もしくは端末の受信部が、通信の相手方の信号を復調するために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キャリア周波数同期とは異なるものである。

信号送信側としての各基地局が、送信信号のキャリア周波数を一致させるには、各基地局が、共通の基準信号（クロック）で動作することが必要とされる。
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。

ここで、特許文献１のように各基地局が、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信できる場合には、ＧＰＳ信号に含まれるクロック信号を、キャリア周波数の基準信号とすることで、各基地局が、送信信号のキャリア周波数を一致させることができる。ＧＰＳ信号は各基地局が共通して利用できる信号であるため、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適している。

しかし、ＧＰＳ信号を利用する場合、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、ＧＰＳ信号の受信が不可能である。

また、各基地局に接続される上位ネットワークが、ＩＳＤＮ等のクロックを供給可能な通信回線である場合には、各基地局がＩＳＤＮからクロックを取得し、そのクロックを基準信号とすることで、送信信号のキャリア周波数を各基地局間で一致させることが可能である。

しかし、ＷｉＭＡＸのように、上位ネットワークとしてインターネットが想定される通信システムでは、上位ネットワークからクロックを取得することができない。

そこで、本発明は、一般には不適切であると考えられる内蔵クロック発生器によるクロックを、送信信号のキャリア周波数を決定する基準信号として用いつつも、各基地局間でキャリア周波数の同期をとることを目的とする。

本発明は、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周波数補正手段と、を備えることを特徴とする基地局装置である。

本発明によれば、基地局装置は、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。しかし、当該基地局装置は、他の基地局装置から送信されたＯＦＤＭ信号を受信して、当該基地局装置のキャリア周波数と他の基地局装置のキャリア周波数との差（キャリア周波数オフセット）を推定する。
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。

しかも、上記本発明では、基地局装置は、時分割複信によって端末装置との間の通信を行うものである。したがって、通常は、当該基地局装置が受信状態となる時間帯においては他の基地局装置も受信状態であり、当該基地局装置が送信状態となる時間帯においては、他の基地局装置も送信状態となる時間帯となる。このため、当該基地局装置は、他の基地局装置からのＯＦＤＭ信号を受信することができない。

しかし、本発明では、基地局装置は、端末装置への送信を停止して、端末装置に対する送信停止中に他の基地局装置から送信されたＯＦＤＭ信号を受信するため、時分割複信であっても、他の基地局装置から送信されたＯＦＤＭ信号を受信することができる。

なお、本発明において、ＯＦＤＭには、ＯＦＤＭを拡張したＯＦＤＭＡ（直交周波数分割多元接続）を当然に含む。

前記推定手段は、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のが好ましい。

さらに、前記推定手段は、第１の送信停止時点において求めた通信タイミングオフセットの第１推定値と、前記第１の送信停止時点とは異なる時点である第２の送信停止時点において求めた通信タイミングオフセットの第２推定値と、の差分に基づいて、第１送信停止時点と第２送信停止時点との間におけるＯＦＤＭ信号の位相回転量を算出する位相回転量算出手段と、前記位相回転量に基づいて、前記クロック周波数の誤差を算出するクロック誤差算出手段と、を有するとともに、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、ものであるのが好ましい。

前記基地局装置は、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のが好ましい。

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のが好ましい。

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のが好ましい。

また、端末装置への送信停止を周期的に行うのが好ましい。この場合、端末装置への送信を停止する周期は、一定であってもよいし、変動してもよい。

本発明によれば、内蔵クロック発生器によるクロックを、送信信号のキャリア周波数を決定する基準信号として用いつつも、各基地局間でキャリア周波数の同期をとることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
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；ＭｏｂｉｌｅＳｔａｔｉｏｎ）１０１，１０２，１０３に対する無線通信を行う基地局装置（ＢＳ；ＢａｓｅＳｔａｔｉｏｎ）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（ＡｃｃｅｓｓＳｅｒｖｉｃｅＮｅｔｗｏｒｋＧａｔｅｗａｙ）１０５に接続されている。また、ＡＳＮ−ＧＷ１０５は、ＨＡ（ＨｏｍｅＡｇｅｎｔ）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。

したがって、インターネット等の上位ネットワークＮＷ上のサーバ１０７，１０８から端末へ送信されるパケット（ダウンリンクのデータ）は、基地局装置１，２，３を経由して、端末装置１０１，１０２，１０３へ送信されることになる。

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に準拠した「ＷｉＭＡＸ」（モバイルＷｉＭＡＸ）方式が採用されている。

各基地局装置１，２，３は、それぞれの基地局装置１，２，３がカバーするエリア（セル）内にある端末装置（移動端末）１０１，１０２，１０３との間で通信が可能である。
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。

一つの基本フレームの長さは、５ｍｓｅｃである。下りサブフレームは、基地局装置１，２，３が、自エリア内の端末装置１０１，１０２，１０３へ信号を送信する時間帯であり、上りサブフレームは、基地局装置１，２，３が、自エリア内の端末装置１０１，１０２，１０３からの信号を受信する時間帯である。
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。

図３に示すように、本無線通信システムにおける複数の基地局装置１，２，３には、少なくとも一つのマスタ基地局装置（マスタＢＳ）１と、複数のスレーブ基地局装置（スレーブＢＳ）２，３とが含まれている。
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。

前記フレームタイミング同期は、各基地局装置１，２，３の通信フレームが同じタイミングで送信されるように同期をとるものである。つまり、フレームタイミング同期によって、図２に示すように、ある基地局装置（第１基地局）が端末装置へ送信を行っている時間帯（下りサブフレームの時間帯）では、他の基地局装置（第２基地局）も端末装置へ送信を行い、ある基地局装置（第１基地局）が端末装置から受信を行っている時間帯（上りサブフレームの時間帯）では、他の基地局装置（第２基地局）も端末装置から受信を行うように、各基地局装置１，２，３の通信タイミングを合わせることができる。

基地局装置間でフレームタイミング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。

また、前記キャリア周波数同期は、各基地局装置１，２，３が端末装置へ対して送信する信号（ＯＦＤＭ（Ａ）信号）のキャリア周波数を、各基地局装置間で合わせるものである。
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。

ここで、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の誤差を検出し、受信ＯＦＤＭ信号におけるキャリア周波数誤差（送信側と受信側の間のキャリア周波数の差）を補正するＡＦＣ（自動周波数制御）機能を有している。
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。

しかし、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になると、基地局間でキャリア周波数同期がとれていない場合には、端末装置はＡＦＣ機能を用いてもキャリア周波数誤差を補正するのが非常に困難である。

つまり、基地局間でキャリア周波数同期がとれていない場合には、ある端末装置からみて、一の基地局装置についてのキャリア周波数の誤差と、他の基地局装置についてのキャリア周波数の誤差とが異なるため、これらの複数の基地局装置と同時に通信を行う状態になると、キャリア周波数の誤差を補正できなくなる。

さて、前記マスタ基地局装置１は、フレームタイミングとキャリア周波数の基準局であるため、基地局間でのフレームタイミング同期ないしキャリア周波数同期をとるための信号を、他の基地局装置から取得する必要がない。
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。

これに対し、前記スレーブ基地局装置２，３は、基地局間でのフレームタイミング同期ないしキャリア周波数同期をとるための信号を、他の基地局装置（マスタ基地局装置又は他のスレーブ基地局装置）から取得する。

図４は、スレーブ基地局装置２，３の構成を示している。
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、基地局装置２，３は、信号の送信のために、デジタル送信信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部１５、Ｄ／Ａ変換部１５から出力された送信信号に対する直交変調処理を行う直交変調器１６、及び、直交変調器１６から出力された送信信号を増幅するアンプ１７を有している。

なお、前記直交復調部１２、前記Ａ／Ｄ変換部１３、前記Ｄ／Ａ変換部１５、及び前記直交変調部１６の動作クロックは、内蔵のクロック発生器（基準信号発生器）１８から与えられる。内蔵クロック発生器１８は、水晶振動子などを含み、所定周波数の動作クロックを発生する。なお、クロック発生器１８のクロックは、逓倍部１９ａ，１９ｂを介して、前記Ａ／Ｄ変換部１３等へ与えられる。
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。

ここで、Ｄ／Ａ変換部１５に与えられる動作クロックの精度は、送信フレーム（下りサブフレーム）の時間長さの精度に影響する。したがって、基地局装置ごとにクロック発生器１８の精度が異なると、生成される送信フレームの時間長さが、基地局装置ごとに僅かに異なることになる。そして、フレームの送信が繰り返されると、フレームの時間長さの相違が蓄積され、基地局装置間でのフレームタイミングにズレ（通信フレームのタイミングオフセット）が生じる（図５参照）。

ＤＳＰ（信号処理部）２０は、受信信号及び／又は送信信号に対する信号処理を行う。
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。

図４におけるキャリア周波数補正部２１は、受信信号のキャリア周波数を補正するものである。また、送信信号のキャリア周波数を補正するキャリア周波数補正部２２も設けられている。
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。

受信信号のキャリア周波数補正部２１の出力は、切り替えスイッチ２４を介して、復調部（ＤＥＭ）２５に与えられる。復調部２５では、キャリア周波数補正のなされた受信信号に対して復調（ＯＦＤＭ復調）処理がなされる。
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。

また、ＤＳＰ２０は、送信信号に対する変調（ＯＦＤＭ変調）処理を行う変調部（ＭＯＤ）２７を備えている。なお、変調部２７で生成された信号のキャリア周波数は、クロック発生器１８のクロック周波数に基づいて、直交変調器１６において決定される。また、直交変調器１６におけるキャリア周波数の誤差は、直交復調器１２と同じなので、後述するように、受信信号から推定部２３で推定したキャリア周波数の誤差分を、そのままキャリア周波数補正部２２で逆にずらせば、基地局送信信号のキャリア周波数が正確に合うことになる。

この変調部２７から出力された送信信号は、切り替えスイッチ２８を介して、キャリア周波数補正部２２に与えられる。
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。

前記推定部２３では、受信信号から同期信号であるプリアンブルを検出して、他の基地局装置との間での通信フレームタイミングオフセットと、他の基地局装置との間でのキャリア周波数オフセットと、を推定する。
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。

本実施形態では、他の基地局装置２が送信した下りサブフレームＤＬの先頭にあるプリアンブルを基地局間同期のための同期信号として用いる。このため、前記検出部２３ａは、他の基地局装置２が送信した下りサブフレームＤＬの先頭にあるプリアンブルのタイミングを検出する。
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の検出部２３ａ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。

ここで、プリアンブルは既知信号であるから、プリアンブルの信号波形も既知である。サンプリング後の受信信号をＸ（ｔ）、プリアンブルの離散時間領域での信号をＰ（ｎ）（ｎ＝０，・・・，Ｎ−１）とすると、図６（ａ）に示す受信波Ｘ（ｔ）に対して、下記式に基づいて、時間方向にＰ（ｎ）のスライディング相関をとる。

そして、図６（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。

検出部２３ａでは、自装置２，３の送信タイミングと、検出されたプリアンブルタイミングｔとの差を、通信タイミングオフセット（同期タイミング誤差）の推定値として検出する。この通信タイミングオフセット（通信フレームのタイミングオフセット）は、検出される度に、記憶部２９に与えられ、記憶部２９にて蓄積される。

検出部２３ａにて検出された通信フレームタイミングオフセットは、フレームタイミング制御部３０に与えられる。フレームタイミング制御部（ＴＤＤ制御部）３０は、送信と受信とを切り替える制御を行うものである。
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。

なお、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、他の基地局装置との間でフレームタイミング同期がとれた状態となる。
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。

前記クロック誤差推定部２３ｂは、プリアンブル検出部２３ａによって検出された通信フレームタイミングオフセットに基づいて、受信側である自装置の内蔵クロック発生器１８のクロック周波数と、送信側である他の基地局装置の内蔵クロック発生器１８のクロック周波数との差（クロック周波数誤差）を推定する。

前記クロック誤差推定部２３ｂは、同期モードが周期的に実行される状況下において、前回の同期モードにおいて検出された通信フレームタイミングオフセットｔ１と、今回の同期モードにおいて検出された通信フレームタイミングオフセットｔ２とに基づいて、クロック誤差を推定する。なお、前回のタイミングオフセットｔ１は、記憶部２９から取得することができる。

例えば、キャリア周波数が２．６［ＧＨｚ］である場合に、図７に示すように、前回の同期モード（同期タイミング＝ｔ１）において、タイミングオフセットとしてＴ１が検出され、Ｔ１分のタイミングの修正がなされたものとする。修正後のタイミングオフセットは０［ｍｓｅｃ］である。そして、Ｔ＝１０秒後の今回の同期モード（同期タイミング＝ｔ２）においても、再びタイミングオフセットが検出され、そのタイミングオフセットはＴ２＝０．１［ｍｓｅｃ］であったとする。

このとき、１０秒間の間に生じた０．１［ｍｓｅｃ］のタイミングオフセットは同期元基地局のクロック周期と同期先基地局のクロック周期の誤差の蓄積値である。
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）

そして、クロック周波数はクロック周期の逆数であるから、
（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。

したがって、この場合、送信側である他の基地局装置のクロック周波数と、受信側である基地局装置のクロック周波数に、０．００００１＝１０［ｐｐｍ］の誤差があることになる。クロック誤差推定部２３ｂでは、上記のようにしてクロック周波数誤差を推定する。

そして、キャリア周波数とタイミングオフセットは同じようにずれるため、キャリア周波数にも、１０［ｐｐｍ］分のズレ、すなわち、２．６［ＧＨｚ］×１×１０^-5＝２６［ｋＨｚ］のずれが生じる。このように、クロック誤差推定部２３ｂでは、クロック周波数誤差から、キャリア周波数誤差（キャリア周波数オフセット）も推定することができる。

クロック誤差推定部２３ｂが推定したキャリア周波数誤差は、キャリア周波数補正部２１，２２に与えられる。本実施形態では、通常のＡＦＣ（自動周波数制御）機能のように、受信信号のキャリア周波数を補正するだけでなく、送信信号のキャリア周波数も補正することができる。
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。

また、本実施形態では、通常のＡＦＣ機能を用いて、受信信号のキャリア周波数誤差を推定するのではなく、フレームタイミング同期をとる上で必要とされる通信フレームタイミングオフセットの推定値を求めた上で、これを利用して、キャリア周波数誤差を推定するため、構成上有利である。
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。

図４に戻り、前記同期制御部２６は、前述のように、通信モードを休止する周期（同期タイミング）を制御し、同期モードを実行させる。
同期モードは、次のようにして実行される。

まず、スレーブ基地局装置２，３は、起動時において、他の基地局装置（マスタ基地局装置又は他のスレーブ基地局装置）のうち、一の基地局装置をソース基地局装置として選択し、当該ソース基地局装置が送信した信号（プリアンブル；既知信号；同期信号）の受信波（ソース受信波）を検出して、基地局装置間のフレームタイミング同期とキャリア周波数同期をとる。

なお、基地局装置が起動したとき行われる基地局間同期のための処理を初期同期モードという。初期同期モードは、前述のように起動時に実行され、より具体的には、基地局装置が起動してから、端末装置との通信が開始されるまでの間に行われる。

初期同期モードの実行後、基地局装置は、自エリア内の端末装置との通信が可能になる。
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。

そこで、スレーブ基地局装置２，３は、所定のタイミングで、端末装置との通信（送信信号；下りサブフレーム）を休止（停止）し、同期ずれを解消するための同期モード（通信を休止した同期モード）になる。
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。

図８に示すように、基地局装置２，３は、同期モードになるべき同期タイミングであるか否かの判定を行う（ステップＳ１）。同期タイミングは、例えば、同期モードになる周期（所定時間毎又は所定フレーム数毎）として設定されている。周期を時間で設定する場合、例えば、５分程度とすることができる。
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。

基地局装置２，３が、同期モードになると、端末装置との間の通信（下りサブフレームの送信）は停止（休止）され、本来、下りサブフレームとなる時間においても、信号を受信する状態となる。

同期モードでは、他の基地局装置２が端末装置へ送信した信号（ＯＦＤＭ信号）を受信する。本実施形態では、他の基地局装置２が送信した下りサブフレームＤＬの先頭にあるプリアンブルを基地局間同期のための同期信号とし、フレームタイミング同期及びキャリア周波数同期をとる。

以上の同期モードが終了すると、基地局装置２，３は、同期モードから通常通信モードに戻り、端末装置との間の通信が可能な状態となる。

また、同期制御部２６は、通信モードを休止する周期を変更する機能を有している。つまり、周期制御部２６は、通信モードを休止する周期を、例えば、あるときは５分とし、またあるときは６分とすることができる。つまり、周期制御部２６は、通信モードを休止する周期（同期タイミング）の適応制御を行うことができる。

通信モードを休止する周期（同期タイミングの間隔）の適応制御とは、同期ずれ（タイミングオフセット又はキャリア周波数オフセット）が大きくなりやすい状況では、通信モードを休止する周期等を短くして、頻繁に同期モードを実行するようにして同期ずれが大きくならないようにし、同期ずれがあまり生じない状況では、通信モードを停止（休止）する周期等を長くして、同期モードを実行する頻度を低くするものである。

本実施形態では、同期制御部２６は、過去の同期ずれ（タイミングオフセット）に基づいて、周期の変更を行う。

前記記憶部２０は、過去の所定期間分の同期ずれ履歴情報（過去の１又は複数のタイミングオフセット）を記憶することができる。
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。

なお、同期ずれの過去の傾向を示す情報（統計量）は、過去の同期ずれの平均であってもよいし、過去の同期ずれの分散値、標準偏差、又は二乗平均値であってもよい。

なお、同期モードになる周期（間隔）の変更は、同期ずれに影響を与える他の情報に基づいてもよい。例えば、環境温度は、クロック周波数の精度に影響を与えるため、基地局装置に温度センサを具備させて温度情報を取得し、温度情報に基づいて同期モードの周期（間隔）を変更してもよい。具体的には、温度センサによって検出される温度の変化が大きければ、同期モードの周期（間隔）を小さくし、温度の変化が小さければ同期モードの周期（間隔）を大きくするように制御することができる。

また、同期精度は、マスタ基地局装置１からの段数にも影響を受けるため、マスタ基地局装置１からの段数に応じて、同期モードの周期を変更してもよい。ここで、マスタ基地局装置１からの段数とは、マスタ基地局装置１を第１段目とすると、図３に示すように、マスタ基地局装置１をソース基地局とするスレーブ基地局装置２が第２段目となり、第２段目の基地局装置２をソース基地局とするスレーブ基地局装置３が第３段目となる。マスタ基地局装置１からの段数が大きい基地局装置ほど、同期精度が下がるため、同期モードの周期を小さくし、段数が小さい基地局装置ほど、同期モードの周期を大きくすることができる。

なお、マスタ基地局装置１からの段数は、予め、各基地局装置に設定されていてもよいし、同期モードの際に、他の基地局装置（ソース基地局装置）の段数を取得し、当該段数に１を加えた値を自装置の段数としてもよい。他の基地局装置（ソース基地局装置）の段数を取得するには、例えば、ＷｉＭＡＸの場合、プリアンブルのパターンとして複数種類が規定されているため、これを利用することができる。具体的には、各段に、所定のプリアンブルパターンを予め割り当てておけば、同期処理を行う基地局装置は、プリアンブルパターンの識別によって、他の基地局装置（ソース基地局装置）の段数を把握することができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

インターネット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す図である。基地局間同期がとれているときのＷｉＭＡＸフレームの状態を示す図である。無線通信システムにおけるマスタ基地局装置とスレーブ基地局装置を示す図である。基地局装置の機能ブロック図である。タイミングオフセットが生じたフレームを示す図である。プリアンブルのタイミングを検出するための説明図である。前回と今回の同期モードにおけるタイミングオフセット量を示す説明図である。通常通信モードと同期モードの切り替えを示すフローチャートである。

符号の説明

１基地局装置
２基地局装置
３基地局装置
１８クロック発生器
２０ＤＳＰ
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

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周波数補正手段と、
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記載の基地局装置。
前記推定手段は、
第１の送信停止時点において求めた通信タイミングオフセットの第１推定値と、前記第１の送信停止時点とは異なる時点である第２の送信停止時点において求めた通信タイミングオフセットの第２推定値と、の差分に基づいて、第１送信停止時点と第２送信停止時点との間におけるＯＦＤＭ信号の位相回転量を算出する位相回転量算出手段と、
前記位相回転量に基づいて、前記クロック周波数の誤差を算出するクロック誤差算出手段と、
を有するとともに、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２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２又は３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１〜４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１〜５のいずれか１項に記載の基地局装置。
端末装置への送信停止を周期的に行う請求項１〜６のいずれか１項に記載の基地局装置。