JP4354765B2

JP4354765B2 - タイミング同期方法

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Publication number: JP4354765B2
Application number: JP2003319730A
Authority: JP
Inventors: 真衣子石川; 欽一日暮
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: JP2005086758A

Description

本発明は、受信機に関するもので、更に詳しくは、受信機におけるタイムアライメント制御時のタイミング制御方法に関するものである。

近年、端末局−基地局間で無線通信を行う移動体通信における通信方式は、デジタル方式を前提としたTDMA（Time Division Multiple Access）が採用されている。デジタル方式では、送信信号をフレームと呼ばれる一定の時間で分割し、更にTDMAでは、送信信号をスロットと呼ばれる一定の時間で分割し、それぞれを複数のチャネルに割り当てる。TDMAとは、複数のユーザが同一の周波数を共有して通信を行うことを可能とする方式である。ここでは、信号の構成、受信時の遅延、これに対する制御方法に触れた後、従来の受信信号のタイミング同期方法について説明する。

図２は、TDMAにおけるフレーム構成と通信用チャネルにおける送信信号フォーマットSC（Service Channel）の一例を示したものである。１フレームは複数のスロット301-1〜301-4で構成されており、ここでは多重数（1フレーム内の割当てスロット数）を４としている。基地局は、４つのスロット301-1〜301-4をそれぞれ別の端末局に割り当て、各スロットに割り当てられた端末局の送信情報を乗せて送信する。端末局は、送信したい情報を1スロット分のビット数毎に分割して、割り当てられたスロットを用いて送信する。スロットの送信信号フォーマットSCは、同図に示したように、バースト過渡応答用ガードタイム302、データ303-1、303-2、同期ワード304から構成されている。データ303-1、303-2は音声やデータなどの送信したい情報であり、バースト過渡応答用ガードタイム302と同期ワード304は規格によって予め決められた固定パターンとなっている。ここで、バースト過渡応答用ガードタイム302は、信号を送信する際の信号の立ち上がり方が急激であると、送信信号に高調波成分を多く含んでしまい、スプリアス（目的信号以外の不必要な信号）が発生してしまうことを防ぐために付加される。また、同期ワード304は、受信したフレームの開始位置を識別するために付加されるビット列である。受信機は、この受信信号に含まれている同期ワードを基に受信タイミングを検出し、受信を行う必要がある。しかし、基地局が複数の端末局の信号を受信する場合、受信の際に生じる伝搬遅延が同期確立に影響を及ぼす。

図３は移動体通信における伝搬遅延の原理を示している。ここでは、１つの基地局と２つの端末局間での相互通信の一例を示す。401は基地局、402-1、402-2は端末局であり、基地局401と端末局402-1間の伝搬遅延時間をT_d1、基地局401と端末局402-2間の伝搬遅延時間をT_d2とする。ここで、伝搬遅延時間は、信号が伝搬して相手先に届くまでに生じる時間の遅延であり、基地局と端末局との間の距離によってそれぞれ異なる。基地局401−端末局402-1間の通信において、基地局401から送信された信号は時間T_d1だけ遅れて端末局402-1で受信され、端末局402-1から送信された信号は時間T_d1だけ遅れて基地局401で受信される。従って、基地局401が端末局402-1に対して送信してから、それに対応する端末局402-1の応答信号が基地局401において受信されるまでに、往復で2T_d1の遅延時間を生じる。同様に、基地局401−端末局402-2間では、2T_d2の遅延時間を生じる。

図４は、多重数を４とし、図３の基地局401−端末局402-1、402-2間の伝搬遅延時間がT_d1＞T_d2のときの送受信タイミングを示したものである。ここで、スロット0には端末局402-1への信号を乗せ、スロット1には端末局402-2への信号を乗せる。図中、(a)は基地局401の４多重送信フレーム構成、(b)は基地局401における送受信信号、(c)は端末局402-1における送受信信号、(d)は端末局402-2における送受信信号のタイミングを示したものである。501は送受信オフセット、502はスロット間の干渉を示している。送受信オフセット501は、下り信号（基地局→移動局方向の信号）に対する上り信号（移動局→基地局方向の信号）の時間的遅れであり、例えば、社団法人電波産業会策定の標準規格ARIB STD-T79では、半フレーム（2スロット）とされている。また、スロット間の干渉502は、基地局401−端末局402-1、402-2間の伝搬遅延時間がT_d1＞T_d2であるため、端末局402-2から基地局402へのスロット1の受信開始タイミングが、端末局402-2から基地局401へのスロット0の受信終了タイミングより時間的に早くなることにより生じる。

次に、同図を基に信号の送受信タイミングについて説明する。図中の(b)に示すように、基地局401では、スロット0、スロット1に、それぞれ端末局402-1、402-2への信号を乗せ送信する。端末局では(c)、(d)のRxに示すように、端末局402-1では基地局401の送信タイミングから時間T_d1遅れて、端末局402-2では基地局401の送信タイミングから時間T_d2遅れて、それぞれ受信される。さらに、端末局402-1、402-2から送信された信号Txは伝搬遅延を生じ、基地局401で受信する際に基地局401の基準タイミングに対し、それぞれ、2T_d1、2T_d2の遅延時間を生じる。従って、T_d1＞T_d2の関係からスロット間の干渉502を生じ、この部分において信号が正しく復号できない。このスロット間の干渉502を防ぐために、送信側ではタイミング制御を行う必要があるが、これをタイムアライメント制御という。端末局402-1、402-2からの送信信号を基地局401で受信したときに伝搬遅延を生じているならば、基地局の基準タイミングと受信信号の受信タイミングとから往復の伝搬遅延時間（図４の例では、2T_d1、2T_d2）を求め、これに相当するタイムアライメント量指定値を次に送信する信号のデータ303-2に含めて送信することで、端末局の送信タイミングを指示する。端末局ではタイムアライメント量指定値から送信タイミングを変更するが、この制御により、基地局で受信する信号のタイミングは前フレームにおける受信タイミングから変化するので、基地局における受信処理はこのタイミングの変化に追従する必要がある。

次に基地局受信におけるタイミング同期を確立するため、従来のタイムアライメント制御時のタイミング同期方法の一実施例として、特許文献１を参照する。各ブロックにおける説明は同様であるので省略し、以下に用いる符号は特許文献１に対応している。

このタイミング同期方法でタイムアライメント制御を行う場合、基地局の復調部では、基準タイミングを基に伝搬遅延時間を測定し、無線制御部221へ出力する。無線制御部221では、伝搬遅延時間からタイミングの変化値を求め、これに相当するタイムアライメント量指定値により、送信タイミングを早めるように端末局へ指示する。このため、タイムアライメント制御前後に送信タイミングが変化するので、受信タイミングもこれに追従して変更する必要がある。ここでは、受信信号に含まれる同期ワードパターンと基準同期ワードパターンとの相関ピーク値をもとめ、このときの位置を検出し、相関ピーク位置に同期させて受信タイミングを得るため、タイミングの急な変化にも対応できる。従って、タイムアライメント制御により、送信タイミングが大きく変化した場合にも、受信タイミングを相関で検出したタイミングに追従させることで受信可能となる。しかし、ピーク値が本来得たい相関ピーク値以外に、雑音や相関ピーク値を検出する同期ワード周辺に同期ワードのパターンと似たパターン等の影響で検出された場合には、ピーク位置の誤検出をしてしまい、これに応じて誤動作してしまう。
特開２００３−１１５８２９号公報

従来のタイミング同期方法では、タイムアライメント制御により送信タイミングが大きく変化する場合、相関ピーク位置の検出から受信タイミングを変更できるが、雑音等の影響で本来得たい相関ピーク値以外のピーク値を検出した場合にも、ピーク位置の誤検出をしてしまい、これに応じて誤動作してしまうという問題があった。本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、タイムアライメント制御による受信タイミングの変化分を検出し、これを基に受信タイミングを変更するタイミング同期方法を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するために、端末局から送信された信号の基地局における受信タイミングに基づいて検出される前記端末局と前記基地局との間の伝搬遅延時間をタイムアライメント量として指定し、当該タイムアライメント量指定値だけ前記端末局の送信タイミングを変更するタイムアライメント制御を行うタイミング同期方法であって、前記基地局は、受信信号に含まれる同期ワードパターンと基準同期ワードパターンとの相関を求め、該相関が最大となる相関ピーク位置から受信タイミングを検出すると共に、前記端末局によって前記タイムアライメント制御が開始されるとき、受信タイミングを、前記タイムアライメント制御が開始される前の受信タイミングから前記タイムアライメント量指定値だけ早めるようにしたものである。

また、端末局から送信された信号の基地局における受信タイミングに基づいて検出される前記端末局と前記基地局との間の伝搬遅延時間をタイムアライメント量として指定し、当該タイムアライメント量指定値だけ前記端末局の送信タイミングを変更するタイムアライメント制御を行うタイミング同期方法であって、前記基地局は、受信信号に含まれる同期ワードパターンと基準同期ワードパターンとの相関を求め、該相関が最大となる相関ピーク位置から受信タイミングを検出すると共に、前記端末局によって前記タイムアライメント制御が開始されるとき、受信タイミングを、前記タイムアライメント制御が開始される前の受信タイミングから前記タイムアライメント量指定値だけ早めるようにしたものである。

本発明のタイミング同期方法及び無線通信システムによれば、基地局から端末局へのタイムアライメント制御により端末局の送信タイミングが大きく変化した場合、基地局における受信タイミングはタイムアライメント量指定値と端末局がタイムアライメント制御するタイミングを基に変更することができる。従って、相関ピーク値から受信信号のタイミングを検出した場合に生じた雑音等による誤動作を防ぐことが可能となる。

以下、本発明の一実施例を図１を参照にして説明する。図１は本発明のタイムアライメント制御時のタイミング同期方法を示すブロック図である。復調部111におけるベースバンド処理以降の構成は、特許文献１に示した構成と同様であるので、説明を省略する。

図１において、タイムアライメント制御時の受信タイミングの検出は受信タイミング処理部112で行われる。受信タイミング処理部112内の遅延回路125には、無線制御部221から送信するチャネルが同期バースト信号SBであるかデータSCであるかを示す送信チャネル種別120-1、スロット番号121-1、スロットパルス122が入力される。図４に示す送受信オフセット501により、受信スロットは送信したスロットの２スロット後となるので、遅延回路125では、スロットパルス122を基に、送信チャネル種別120-1とスロット番号121-1を２スロット分遅延させる。２スロット遅延した送信チャネル種別120-2はスイッチ126へ、２スロット遅延したスロット番号121-2は復調部へ、それぞれ入力される。スイッチ126には、遅延回路125からの２スロット遅延した送信チャネル種別120-2、無線制御部221からのタイムアライメント量指定値123、定数0が入力される。スイッチ126は、２スロット遅延した送信チャネル種別120-2が同期バースト信号SBを示している場合、端子aとcを接続し、データSCを示している場合、端子bとcを接続する。従って、受信タイミングは、２スロット遅延した送信チャネル種別120-2がデータSCを示しているときのみ、タイムアライメント量指定値123を基に変更され、これ以外のときは前フレームと同じタイミングとなるように制御される。復調部111では、受信タイミングをスイッチ126から入力された受信タイミング127に調節し、遅延回路125から入力された２スロット遅延したスロット番号121-2を基に受信を行う。

以上の処理により、送信チャネル種別120が同期バースト信号SBからデータSCに変わったときにも、復調部111ではこれに応じて受信タイミングを変更することが可能となる。

図５はタイムアライメント制御時の受信タイミングの一例を示している。図中、(a)は基地局における送受信信号、(b)は端末局における送受信信号である。601は受信タイミングの変化分、602はタイムアライメント実行スロット、603-1は基準タイミング（下り）、603-2は基準タイミング（上り）、604は基地局における変更前の受信タイミング、605は基地局における変更後の受信タイミングである。

基地局−端末局間の通信では、割り当てられた端末局との同期を確立するために、同期バースト信号SB1〜4を送受信する。この間、基地局から端末局へタイムアライメント指定をするために、復調部111では基準タイミング（上り）603-2を基に受信信号の伝搬遅延時間2T_dを測定し、無線制御部221へ出力する。無線制御部221では伝搬遅延時間2T_dから送信タイミングの変化分をシンボル単位で求め、これに対応するタイムアライメント量指定値を端末局へ送信する。端末局ではタイムアライメント量指定値を含んだ同期バースト信号を受信するが、この時点では端末局の送信タイミングに変化はないため、基地局において、SB2、SB4を受信するタイミングは、基地局における変更前の受信タイミング604で示されているように同じである。同期バーストSB1〜4の送受信により同期が確保できたならば、データSCの送受信を開始する。端末局がタイムアライメント制御するタイミングはデータSCの送受信開始時である。端末局は基地局からの送信信号であるデータSCを受信したら、基地局に対してデータSCの送信を行う。このとき、送信するデータSCは、図５のタイムアライメント実行スロット602であり、この送信タイミングは前スロットSB4の送信タイミングよりもタイムアライメント量指定値だけ早くなる。基地局が初めてデータSCを受信するのは、最初のデータSCを送信したスロットの２スロット後の受信スロットとなり、このスロットからタイムアライメント制御が実行される。従って、基地局では、受信タイミング処理部112により、データSCを送信したスロットの２スロット後の受信スロットで、無線制御部221からのタイムアライメント量指定値123を基に、受信タイミングを基地局における変更前の受信タイミング604から基地局における変更後の受信タイミング605に変更して受信する。

図１のようなタイミング同期方法では、基地局からのタイムアライメント制御により、端末局の送信タイミングを変えた場合においても、基地局における受信タイミングは予め予測することが出来るので、送信タイミングの変化に応じて受信することができる。これにより、ピーク値を検出して受信信号のタイミングを得た場合に生じた、本来得たいピーク値以外の雑音等によるピーク値の誤検出を防ぐことができ、誤動作を生じない。

本発明のタイムアライメント制御時のタイミング同期方法を示すブロック図。 TDMAにおけるフレーム構成及び送信信号フォーマットの一例を示す図。移動体通信における伝搬遅延を示す図。 TDMA／FDD送受信タイミングの一例を示す図。タイムアライメント制御持の受信タイミングの一例を示す図。

符号の説明

101：絶対値演算回路、102-1〜2：比較器、103：判定器、104-1〜4：スイッチ、105：スイッチ、106：乗算器、107：最大値、110：受信信号入力端子、111：復調部、112：受信タイミング処理部、120-1：送信チャネル種別、120-2：２スロット遅延した送信チャネル種別、121-1：スロット番号、121-2：２スロット遅延したスロット番号、122：スロットパルス、123：タイムアライメント量指定値、125：遅延回路、126：スイッチ、127：受信タイミング、128：伝搬遅延時間、202：デシメータ、203：符号判定器、204：スイッチ、206-1〜2：バッファ、207：相関器、208：最大値検索回路、209-1：比較器、210-1〜4：ランダムウォークフィルタ、211：積分器、212：カウンタ、213：復調データ出力端子、215：フレームパルス、216：サンプルパルス、217：符号反転回路、220-1〜2：スイッチ、221：無線制御部、222：スロット番号、223：最大値の番号、301-1〜4：スロット、302：バースト過渡応答用ガードタイム、303-1〜2：データ、304：同期ワード、401：基地局、402-1〜2：端末局、501：送受信オフセット、502：スロット間の干渉、601：受信タイミングの変化分、602：タイムアライメント実行スロット、603-1：基準タイミング（下り）、603-2：基準タイミング（上り）、604：基地局における変更前の受信タイミング、605：基地局における変更後の受信タイミング。

Claims

端末局から送信された信号の基地局における受信タイミングに基づいて検出される前記端末局と前記基地局との間の伝搬遅延時間をタイムアライメント量として指定し、当該タイムアライメント量指定値だけ前記端末局の送信タイミングを変更するタイムアライメント制御を行うタイミング同期方法であって、
前記基地局は、受信信号に含まれる同期ワードパターンと基準同期ワードパターンとの相関を求め、該相関が最大となる相関ピーク位置から受信タイミングを検出すると共に、前記端末局によって前記タイムアライメント制御が開始されるとき、受信タイミングを、前記タイムアライメント制御が開始される前の受信タイミングから前記タイムアライメント量指定値だけ早めることを特徴とするタイミング同期方法。
端末局から送信された信号の基地局における受信タイミングに基づいて検出される前記端末局と前記基地局との間の伝搬遅延時間をタイムアライメント量として指定し、当該タイムアライメント量指定値だけ前記端末局の送信タイミングを変更するタイムアライメント制御を行うタイミング同期方法であって、
前記基地局は、受信信号に含まれる同期ワードパターンと基準同期ワードパターンとの相関を求め、該相関が最大となる相関ピーク位置から受信タイミングを検出すると共に、前記端末局によって前記タイムアライメント制御が開始されるとき、受信タイミングを、前記タイムアライメント制御が開始される前の受信タイミングから前記タイムアライメント量指定値だけ早めることを特徴とする無線通信システム。
前記端末局は、基地局との同期を確立するための同期バースト信号に続くデータ信号を送信するときに、前記タイムアライメント制御を開始することを特徴とする請求項１記載のタイミング同期方法。