JP2011004099A

JP2011004099A - 移動通信システムの移動局、送信タイミング調整装置、送信タイミング調整方法

Info

Publication number: JP2011004099A
Application number: JP2009144820A
Authority: JP
Inventors: Hideyori Sato; 秀頼佐藤; Shinji Imada; 晋司今田; Takashi Kamata; 隆志鎌田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2011-01-06
Also published as: US20100322190A1; KR20100136428A; EP2265063A2

Abstract

【課題】ハンドオーバ先無線基地局への送信タイミングを自局で決定する移動局を提供する。
【解決手段】移動局は、第１及び第２の基地局から送信される無線フレームの受信タイミングをそれぞれ検出する検出部と、第１の基地局における自局についての無線フレームの送信タイミングと受信タイミングとが所定の関係を満たすように第１の基地局についての自局の送信タイミングを調整する調整部とを備え、調整部は、調整した第１の基地局についての送信タイミングと、検出部で検出した第１の基地局についての受信タイミングと第２の基地局についての受信タイミングとの差分とを用いて第２の基地局についての送信タイミングを調整する。
【選択図】図５

Description

本発明は、移動通信システムにおいて、通信する無線基地局を切り替えるハンドオーバ処理を実行する移動局に関する。

移動通信分野では、現在、第三世代の移動通信方式であるW-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)の高速データ通信規格HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)を進化させたLTE(Long Term Revolution)方式の標準化が進められている。LTE方式の標準化作業は、3GPP (3rd Generation Partnership Project)により行われている。

LTE方式の移動通信システム（以下、LTEシステムと称する）では、無線基地局は、所定周期毎の基準タイミングに合わせて、通信中の移動局から上り信号を受信し、さらに、通信中の移動局に下り信号を送信する。そのため、無線基地局と移動局間の伝搬遅延を考慮して、無線基地局が基準タイミングで上り信号を受信するように、移動局は、基準タイミングより所定時間早いタイミングで上り信号を送信する。この上り信号の送信タイミングは、無線基地局により移動局に通知される。無線基地局と移動局間の伝搬遅延は、無線基地局と移動局間の距離により随時変化するため、無線基地局は、移動局の移動による距離の変化に応じて、送信タイミングを移動局に通知する。

また、無線基地局は、下り信号内に同期信号としてのPSC（Primary Synchronization Code）及びSSC（Secondary Synchronization Code）を多重して送信する。PSC及びSSCは無線基地局を識別するためのコードであって、移動局は、受信信号に含まれるPSC及びSSCからセル識別信号（セルID）の検出（セルサーチ）を行う。移動局が基地局との通信を開始する際に、移動局が存在するエリアの基地局のセルIDを検出する動作を初期セルサーチと称し、基地局と通信中の移動局が隣接するエリアの基地局のセルIDを検出する動作を周辺セルサーチと称す。

移動局は、移動によって通信中の無線基地局との通信状況が不良となり、より適切な無線基地局がある場合に、通信する無線基地局を切り替えるハンドオーバ処理を行う。そのため、移動局は、通信中の無線基地局以外にも周辺の基地局を検出しておく必要があり、周辺セルサーチを行う。

移動局が現在通信中の無線基地局のセル端付近まで移動すると、現在通信中の無線基地局から隣接する無線基地局に通信相手を切り替えるハンドオーバ処理が実施される。LTEシステムでは、移動局は、ハンドオーバ先の無線基地局との距離に応じた伝搬遅延に基づく送信タイミングを、RACHプロシージャにより取得する。RACHプロシージャの動作については、3GPP TS36.213 Ver. 8.6.0 6 Random access procedureで規定されている。移動局は、RA(Random access)チャネルにより、ハンドオーバ先の無線基地局に送信タイミングを要求し、ハンドオーバ先の無線基地局が送信タイミングを決定して、移動局に通知する。

図１は、従来のハンドオーバ処理を説明する図である。無線基地局eNB(e-Node B)1のセル内にある移動局UE(User Equipment)が無線基地局eNB(e-Node B)1と通信しながら、無線基地局eNB2のセル方向に移動する（図１（ａ））。移動局UEからの上り信号は、送信タイミングX1で送信される。移動局UEにおける無線基地局eNB1への送信タイミングX1は、無線基地局eNB1より通知される。移動局UEは、無線基地局eNB2のセル内に入り、無線基地局eNB1のセル端付近にくると、無線基地局eNB2へのハンドオーバ処理を開始する（図１（ｂ））。ハンドオーバ処理の開始により、移動局UEは無線基地局eNB1との通信を切断し、無線基地局eNB2とのRACHプロシージャを開始する。移動局UEは、RACHプロシージャにより、送信タイミングを要求する信号を無線基地局eNB2に送信し、無線基地局eNB2は、移動局UEからの信号の受信タイミングと基準タイミングとの時間差から送信タイミングX2を決定し、移動局に通知する。移動局UEは、送信タイミングを受信すると、その送信タイミングX2に合わせて上り信号を送信し、無線基地局eNB2との通信を開始する（図１（ｃ））。

また、下記特許文献１は、ハンドオーバ元の無線基地局が、ハンドオーバ先の無線基地局との通信における送信タイミングを通知する方法について開示している。ハンドオーバ先の無線基地局は、移動局からの上り信号の受信タイミングと基準タイミングとの位相差により割り出した送信タイミング情報を、上位の基地局制御装置を介してハンドオーバ元の無線基地局に通知する。

特開平９−１６３４３２号公報

3GPP TS36.213 Ver. 8.6.0 6 Random access procedure

しかしながら、上述のRACHプロシージャが実行されている間は、移動局はハンドオーバ元の無線基地局及びハンドオーバ先の無線基地局のいずれともデータ通信を行うことができない。そのため、通信速度の低下や音声の途切れなどのサービス品質が低下するおそれがある。特に、ハンドオーバ処理時は、移動局UEがハンドオーバ先の無線基地局装置eNB2のセル端付近にいるため、無線基地局装置eNB2での受信条件が相対的に低下するので再送処理が起きやすく、RACHプロシージャ期間が長引く可能性もある。

そこで、本発明の目的は、RACHプロシージャを実行しない場合でも、ハンドオーバ先無線基地局への送信タイミングを自局で決定することができる移動局を提供することにある。

上記目的を達成するための移動局は、無線基地局と無線通信を行う移動局において、第１及び第２の基地局から送信される無線フレームの受信タイミングをそれぞれ検出する検出部と、第１の基地局における自局についての無線フレームの送信タイミングと受信タイミングとが所定の関係を満たすように、該第１の基地局についての自局の送信タイミングを調整する調整部とを備え、調整部は、調整した第１の基地局についての送信タイミングと、検出部で検出した該第１の基地局についての受信タイミングと第２の基地局についての受信タイミングとの差分とを用いて該第２の基地局についての送信タイミングを調整する。

移動局は、ハンドオーバ先の無線基地局への送信タイミングを自局で決定することができる。また、ハンドオーバ時において、無線基地局に対して送信タイミングを要求するRACHプロシージャの実行に伴うデータ通信不能状態が解消され、通信速度の低下や音声の途切れなどの通信サービスの品質劣化を防止することができる。

従来のハンドオーバ処理を説明する図である。移動局における送信タイミング決定方法を説明する図である。送信タイミングt2sの算出例を説明する図である。本実施の形態における移動通信システムの構成例を示す図である。本実施の形態における移動局UEの構成例を示す図である。本実施の形態における送信タイミング調整処理のフローチャートである。

本実施の形態における移動局は、ハンドオーバ処理時に、RACHプロシージャを行わずに、自局において、ハンドオーバ先の無線基地局への送信タイミングを決定する。移動局における送信タイミング決定方法について説明する。

図２は、移動局における送信タイミング決定方法を説明する図である。移動局UEと現在通信中（ハンドオーバ元）の無線基地局eNB1との距離をD1とし、移動局UEとハンドオーバ先の無線基地局eNB1との距離をD2とする（図２（ａ））。また、移動局UEが無線基地局eNB1に上り信号を送信する送信タイミングをt1s、移動局UEが無線基地局eNB1から下り信号を受信する受信タイミングをt1rとする。さらに、移動局UEが無線基地局eNB2に上り信号を送信する送信タイミングをt2s、移動局UEが無線基地局eNB2から下り信号を受信する受信タイミングをt2rとする（図２（ｂ））。

無線信号の空気中の伝搬速度をVとすると、以下の(1)式及び(2)が成立する。

2 × D1 = (t1r-t1s) × V …(1)
2 × D2 = (t2r-t2s) × V …(2)

また、無線基地局eNB1と無線基地局eNB2の基準タイミングは同期している。従って、受信タイミングt1r、t2rの差分から、以下の(3)式が成立する。

D2 - D1 = (t2r - t1r) × V …(3)

(3)式に(2)式及び(1)式を代入して、送信タイミングt2sについて整理すると、送信タイミングt2s は(4)式により求められる。

t2s = t1s + t1r - t2r …(4)

このように、ハンドオーバ(HO)先無線基地局eNB2への送信タイミングt2sは、HO元無線基地局eNB1への送信タイミングt1s、及びHO元無線基地局eNB1からの受信タイミングとHO先無線基地局eNB2からの受信タイミングとの差分(t1r - t2r)を用いて算出することができる。

図３は、送信タイミングt2sの算出例を説明する図である。図３（ａ）は、ハンドオーバ処理開始前において、無線基地局eNB1と通信している移動局UEの受信タイミングt1rと送信タイミングt1sを示す。受信タイミングt1rは、無線基地局eNB1から下り無線フレーム（DL Subframe）を移動局UEが受信するタイミングであり、移動局UEによって検出される。

送信タイミングt1sは、移動局UEが無線基地局eNB1に上り無線フレーム（UL Subframe）を送信するタイミングである。無線基地局eNB1から通知される送信タイミングt1sの初期値は、受信タイミングt1rに対する時間差情報である。図３（ａ）では、送信タイミングt1sは、受信タイミングtlr-333.3[μs]である。移動局UEは、無線基地局eNB1と通信を開始する際に、RACHプロシージャにより送信タイミングを要求する信号(preamble)を上り無線フレームとして送信する。移動局UEは、そのpreamble信号を下り無線フレームの受信タイミングt1rのタイミングで送信する。無線基地局eNB1は、preamble信号の受信タイミングと基準タイミングとの時間差を送信タイミング信号情報として送信する。従って、送信タイミングt1sの初期値は、受信タイミングt1rとの時間差となる。その後、移動局UEの移動により送信タイミングt1sが変化する場合は、無線基地局eNB1は、現在の送信タイミングt1sとの時間差を移動局UEに通知する。その場合においても、送信タイミングt1sの変化の差分値を積算することで、移動局UEは、送信タイミングt1sを受信タイミングt1rに対する時間差情報として把握することができる。移動局UEと無線基地局eNB1との距離が離れるほど、送信タイミングt1sは、受信タイミングt1rに対して早くなる。

図３（ｂ）は、ハンドオーバ処理時において、ハンドオーバ元の無線基地局eNB1からの下り無線フレームの受信タイミングt1rとハンドオーバ先の無線基地局eNB2からの下り無線フレームの受信タイミングt2rを示す。移動局UEと無線基地局eNB1間の距離と移動局UEと無線基地局eNB2間の距離差により、受信タイミングが異なる。図３（ｂ）の例では、無線基地局eNB2からの無線フレームを受信する受信タイミングt2rは、無線基地局eNB1からの無線フレームを受信する受信タイミングt1rより66.6[μs]早い。

図３（ｃ）は、ハンドオーバ先の無線基地局eNB2と通信する移動局UEの受信タイミングt2rと送信タイミングt2sを示す。上述の(4)式により、受信タイミングt1r、送信タイミングt1s及び受信タイミングt2rに基づいて、送信タイミングt2sを求めることができる。送信タイミングt2sを受信タイミングt2rに対する時間差情報として計算すると、送信タイミングt2sは、(4)式より、
t2s = t1r + t1s - t2r
= (t2r+66.6) + (t2r+66.6-333.3) -t2r
= t2r - 200
と求められる。

このように、移動局UEは、ハンドオーバ先の無線基地局t2sに対する送信タイミングt2sを自局で求めることができる。従って、ハンドオーバ処理時に、無線基地局eNB2に送信タイミングt2sの通知を要求するRACHプロシージャを不要とし、RACHプロシージャによる通信不能期間をなくすことができる。

図４は、本実施の形態における移動通信システムの構成例を示す図である。移動通信システムは、LTE方式を採用したLTEシステムである。LTEシステムは、移動局(UE : User Equipment)、無線基地局（eNB : evolved Node B）、ゲートウェイ装置（SGW：Serving Gateway）とを備えて構成される。無線基地局eNBは複数配置され、図４では、上述で説明した無線基地局に対応する二つのeNB（eNB1、eNB2）を含む複数の無線基地局が示される。各無線基地局とSGWはルーターを介して接続する。各無線基地局eNBは自セル内の複数の移動局UEと無線通信可能である。ゲートウェイ装置SGWは無線フレームをIPネットワークに転送する上位装置である。

図５は、本実施の形態における移動局UEの構成例を示す図である。移動局UEは、受信部１１、受信タイミング検出部１２、受信タイミング記憶部１３、受信信号復調部１４、送信タイミング調整部１５、送信部１６、送信データ生成部１７とを備える。受信部１１は、無線基地局eNBからの下り無線フレームを受信する。受信部１１は、アナログ受信信号を周波数変換し、さらにAD変換によりデジタル信号に変換する。受信タイミング検出部１２は、サンプリングタイミングから下り無線フレームの受信タイミングを検出し、検出した受信タイミングを送信タイミング調整部１５に通知する。また、受信タイミング記憶部１３は、送信タイミング調整部１５の内部バッファであり、無線基地局を識別して受信タイミングを記憶する。受信信号復調部１４は、デジタルの制御情報及びデータ情報を復調する。復調部１４は、制御情報を復調し、制御情報に送信タイミング情報が含まれている場合は、それを送信タイミング調整部１５に通知する。また、受信信号復調部１４は、制御情報を復調することにより、ハンドオーバ処理の開始／完了、ハンドオーバ先の無線基地局に関するハンドオーバ情報を送信タイミング調整部１５に通知する。

送信タイミング調整部１５は、通常通信時において、受信信号復調部１４から通知される送信タイミング情報に従って、上り無線フレームの送信タイミングを調整する。上述のように、送信タイミングの初期値は受信タイミングを基準とするので、送信タイミング調整部１５は、受信タイミングを記憶する受信タイミング記憶部１３を内部バッファとして有する。制御情報に送信タイミングが含まれていない場合は、受信タイミング記憶部１３に記憶されている直近の送信タイミングが適用され、送信タイミングは変更されない。無線基地局は、移動局UEとの距離が変化し、送信タイミングを変更する必要がある場合に、移動局UEに送信タイミングの変更値を通知する。

送信タイミング調整部１５は、受信信号復調部１４から通知されるハンドオーバ情報に基づいて、ハンドオーバ処理の実施を判断すると、ハンドオーバ先の無線基地局に対する送信タイミングを算出し、送信タイミングを算出した値に調整する。送信部１６は、送信信号生成部１７で生成された送信信号を変調処理し、DA変換によりアナログ信号に変換してから無線周波数に変換し、タイミング調整部１５により指定される送信タイミングで送信する。

図６は、本実施の形態における送信タイミング調整処理のフローチャートである。受信タイミング検出部１２は、受信された下り無線フレームの受信タイミングを検出する（S100）。受信信号復調部１４は、受信信号を復調し（S101）、制御情報に送信タイミング情報が含まれている場合は、当該送信タイミング情報を送信タイミング調整部１５に通知する。送信タイミング調整部１５は、所定の判定周期毎に、送信タイミング情報の通知の有無を判定する（S102）。送信タイミング情報が通知された場合は、その送信タイミング情報に含まれる指定値に送信タイミングを調整する（S103）。送信タイミング調整部１５は、送信タイミング情報が通知されない場合、受信信号復調部１４からのハンドオーバ情報に基づいて、ハンドオーバ処理実施中であるかどうか判定する(S104)。ハンドオーバ処理実施中である場合、送信タイミング調整部１５は、ハンドオーバ元の無線基地局の受信タイミングとハンドオーバ先の無線基地局の受信タイミングを受信タイミング記憶部１３から抽出する(S105)。そして、送信タイミング調整部１５は、上述した送信タイミング決定方法に従って、当該２つの受信タイミング及び現在設定されているハンドオーバ元無線基地局に対する送信タイミングに基づいて、ハンドオーバ先無線基地局に対する送信タイミングを算出する（S106）。送信タイミング調整部１５は、送信タイミングを算出した値に調整する（S107）。ステップS104でハンドオーバ処理実施中でない場合は、送信タイミングの指定値も通知されていないので、送信タイミングは変更されず、現在の設定値が維持される(S108)。

上述した本実施の形態は、LTE方式の移動通信システムの移動局に限られず、ハンドオーバ処理により無線基地局が送信タイミングを移動局に通知する他方式の移動通信システムの移動局にも適用可能である。

本実施の形態では、無線基地局が、所定周期の基準タイミングで移動局からの上り信号を受信し且つ下り信号を移動局へ送信するものとして説明した。ただし、該基準タイミングにおいて、無線基地局での受信タイミングと送信タイミングが一致する場合に限らず、上り信号を受信する基準タイミングと下り信号を送信する基準タイミングに時間差があってもよい。その場合、上り信号を受信する基準タイミングと下り信号を送信する基準タイミングの周期は同一であり、時間差は一定である。また、該時間差がある場合も、上述の(4)式により送信タイミングを算出することができる。

１１：受信部、１２：受信タイミング検出部、１３：受信タイミング記憶部、１４：受信信号復調部、１５：送信タイミング調整部、１６：送信部、１７：送信信号生成部、UE:移動局、eNB：無線基地局

Claims

基地局と無線通信を行う移動局において、
第１及び第２の基地局から送信される無線フレームの受信タイミングをそれぞれ検出する検出部と、
前記第１の基地局における自局についての無線フレームの送信タイミングと受信タイミングとが所定の関係を満たすように、該第１の基地局についての自局の送信タイミングを調整する調整部と、
を備え、
前記調整部は、調整した前記第１の基地局についての送信タイミングと、前記検出部で検出した該第１の基地局についての受信タイミングと第２の基地局についての受信タイミングとの差分と、を用いて該第２の基地局についての送信タイミングを調整する、
ことを特徴とする移動局。
請求項１に記載の移動局において、
前記調整部は、前記第１の基地局から前記第２の基地局へのハンドオーバ時に、調整した前記第１の基地局についての送信タイミングと、前記検出部で検出した該第１の基地局についての受信タイミングと第２の基地局についての受信タイミングとの差分と、を用いて前記第２の基地局についての送信タイミングを算出する、
ことを特徴とする移動局。
基地局と無線通信を行う移動局の送信タイミングを調整する送信タイミング調整装置において、
第１及び第２の基地局から送信される無線フレームの受信タイミングをそれぞれ検出する検出部と、
前記第１の基地局における自局についての無線フレームの送信タイミングと受信タイミングとが所定の関係を満たすように、該第１の基地局についての自局の送信タイミングを調整する調整部と、
を備え、
前記調整部は、調整した前記第１の基地局についての送信タイミングと、前記検出部で検出した該第１の基地局についての受信タイミングと第２の基地局についての受信タイミングとの差分と、を用いて該第２の基地局についての送信タイミングを調整する、
ことを特徴とする送信タイミング調整装置。
請求項３に記載の送信タイミング調整装置において、
前記調整部は、前記第１の基地局から前記第２の基地局への前記移動局のハンドオーバ時に、調整した前記第１の基地局についての送信タイミングと、前記検出部で検出した該第１の基地局についての受信タイミングと第２の基地局についての受信タイミングとの差分と、を用いて前記第２の基地局についての送信タイミングを算出する、
ことを特徴とする送信タイミング調整装置。
基地局と無線通信を行う移動局の送信タイミング調整方法において、
第１及び第２の基地局から送信される無線フレームの受信タイミングをそれぞれ検出し、
前記第１の基地局における自局についての無線フレームの送信タイミングと受信タイミングとが所定の関係を満たすように、該第１の基地局についての自局の送信タイミングを調整し、
調整した前記第１の基地局についての送信タイミングと、前記検出部で検出した該第１の基地局についての受信タイミングと第２の基地局についての受信タイミングとの差分と、を用いて該第２の基地局についての送信タイミングを調整する、
ことを特徴とする送信タイミング検出方法。