JP4683243B2 - 送信タイミング制御システム及びその方法並びにそれに用いる移動局 - Google Patents

Description

本発明は移動通信システムにおけるデータの送信タイミング制御システム及びその方法、並びに、それに用いる移動局に関する。

昨今、携帯電話システムは高速化・高機能化の一途を辿っている。以前には、９．６ｋｂｐｓや２８．８ｋｂｐｓ程度であった伝送レートが、最近では、３８４ｋｂｐｓ、１４．４Ｍｂｐｓとなり、将来的には３０Ｍｂｐｓ、更には１００Ｍｂｐｓまで拡大される予定である。また、それを実現するために、ダイバーシチ受信や送信電力のパワーコントロールといった技術だけでなく、ＯＦＤＭ（0rthogonal Frequency Division Multiplexing）やＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）といった技術の導入が予定されている。

このような状況の下で、無線基地局には多くの機能や高い処理能力が要求されることになり、あらたな無線基地局の開発の際には製造コストの増大、消費電力の増加が懸念される。

本発明は、無線基地局の簡易化のために、無線移動局から送信される信号の受信タイミングを測るために用いるタイミング相関器に着目するものである。タイミング相関器とは、パスダイバーシチ受信を行うために、規定のパターンの信号と受信信号の相互相関を時間的タイミングをずらしながら複数点求め（これを遅延プロファイルと呼ぶ）、一番相関が高いタイミングを求めるための機能部である。タイミング相関器は、別名、パスサーチャとも呼ばれ、ＲＡＫＥ受信を行うＣＤＭＡ通信システムにおいては、必須の機能部といえる。

一般的に、特許文献１（特開２００３−２８３３７３号公報）の図８及び段落「０００４」に示されるように、タイミング相関器はその無線基地局がカバーするエリアの半径に応じて、相関を求めるタイミングの範囲も広がり、回路規模も大きくなる。これは各無線移動局が独自のタイミングで信号を送信するうえに、エリア内の各所に点在しているため、無線基地局までの伝搬遅延時間も異なるためである。従って、逆に無線移動局において、信号を送信するタイミングさえ考慮すれば、無線基地局に用意するタイミング相関器の検出範囲を最低限必要なものとし、その回路規模を縮小することが出来るといえる。

特開２００３−２８３３７３号公報

上述した様に、無線基地局は、その内部に無線移動局から送信された無線信号の受信タイミングを測るためのタイミング相関器を持つが、そのタイミング相関器の回路規模は、無線移動局と無線基地局の間の伝搬遅延時間のバラツキの大きさに依存する。一般的に、伝搬遅延時間のバラツキは、その無線基地局がカバーするエリアの大きさが広いほど大きくなり、それに伴い、大きな回路規模のタイミング相関器が必要となる。よって、無線基地局がカバーするエリアの大きさが広くなると、パスサーチを行うタイミング相関器の回路規模の増大、ひいては、回路の消費電力の増大が避けられないという問題がある。

本発明はかかる問題点を解消すべくなされたものであって、その目的とするところは、無線基地局におけるタイミング相関器の検出範囲を最低限必要なものとし、その回路規模及び消費電力を縮小することができる送信タイミング制御システム及びその方法並びにそれを用いた移動局を提供することである。

本発明による送信タイミング制御システムは、移動局から基地局へのデータ送信タイミング制御システムであって、前記移動局において、ある周期的な基準タイミングに対して、オフセット値を加えて求められる送信タイミングで前記基地局へ送信許可要求信号を送信する手段と、前記送信許可要求信号の前記基地局での受信に応答して前記基地局から送信される送信許可信号が受信できなかった場合、前記送信許可信号が受信できるまで、前記送信タイミングを変更しつつ繰返し前記送信許可要求信号の再送信をなす手段と、前記送信許可信号が受信できた場合、その直前の前記送信タイミングでデータ送信をなす手段とを含むことを特徴とする。

本発明による送信タイミング制御方法は、移動局から基地局へのデータ送信タイミング制御方法であって、前記移動局において、ある周期的な基準タイミングに対して、オフセット値を加えて求められる送信タイミングで前記基地局へ送信許可要求信号を送信するステップと、前記送信許可要求信号の前記基地局での受信に応答して前記基地局から送信される送信許可信号が受信できなかった場合、前記送信許可信号が受信できるまで、前記送信タイミングを変更しつつ繰返し前記送信許可要求信号の再送信をなすステップと、前記送信許可信号が受信できた場合、その直前の前記送信タイミングでデータ送信をなすステップとを含むことを特徴とする。

本発明による移動局は、ある周期的な基準タイミングに対して、オフセット値を加えて求められる送信タイミングで基地局へ送信許可要求信号を送信する手段と、前記送信許可要求信号の前記基地局での受信に応答して前記基地局から送信される送信許可信号が受信できなかった場合、前記送信許可信号が受信できるまで、前記送信タイミングを変更しつつ繰返し前記送信許可要求信号の再送信をなす手段と、前記送信許可信号が受信できた場合、その直前の前記送信タイミングでデータ送信をなす手段とを含むことを特徴とする。

本発明によるプログラムは、基地局へのデータ送信タイミングを制御する移動局の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、ある周期的な基準タイミングに対して、オフセット値を加えて求められる送信タイミングで基地局へ送信許可要求信号を送信する処理と、前記送信許可要求信号の前記基地局での受信に応答して前記基地局から送信される送信許可信号が受信できなかった場合、前記送信許可信号が受信できるまで、前記送信タイミングを変更しつつ繰返し前記送信許可要求信号の再送信をなす処理と、前記送信許可信号が受信できた場合、その直前の前記送信タイミングでデータ送信をなす処理とを含むことを特徴とする。

本発明の作用を述べる。先ず、無線移動局において、無線データ信号を送信する前に、送信タイミングを計るために送信許可要求信号、すなわちプリアンブル信号と呼ばれる信号を無線基地局に対して送信し、無線基地局では、制限された回路規模のタイミング相関器でそのプリアンブル信号を検出できた場合は、送信許可信号を無線移動局に対して送信する。

また、無線移動局において、プリアンブル信号を送信してから一定時間、送信許可信号を受信できない場合は、無線基地局から常時送信されている制御信号の受信電力とその信号に載せられている情報を元に、送信タイミングを変えてプリアンブル信号を再度送信する。これを送信許可信号が受信できるまで無線移動局は繰返し、無線基地局からの無線許可信号を受信できた場合は、その後、直前に送信したプリアンブル信号の送信タイミングを基準にして無線データ信号を送信する。

本発明によれば、無線基地局に用意するタイミング相関器の回路規模を縮小することができ、無線基地局の消費電力や製造コストを低減させることができるという効果がある。

本発明の実施例が適用される無線基地局の概略機能ブロック図である。 本発明の実施例が適用される無線移動局の概略機能ブロック図である。 本発明の実施例の動作を示すシーケンス図である。 本発明の実施例の動作を示すタイミングチャートの例である。

符号の説明

１ 無線基地局
２ 無線移動局
１１，２１ アンテナ部
１２，２２ 無線変調部
１３，２３ ベースバンド処理部
１４，２４ 制御部
１３１，２３１ タイミング相関器
１３２，２３２ ＲＡＫＥ受信機
１３３，２３３ シンボルレート信号処理部
１３４，２３５ 拡散器
２３４ 送信タイミング調整器

以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。図１および図２は本発明が適用される無線基地局１および無線移動局２の一実施例の概略構成を示すブロック図であり、一般的なＣＤＭＡ方式の無線基地局および無線移動局の構成である。

本実施例では無線基地局１に設けられるタイミング相関器１３１の回路規模を縮小することが可能でなっている。

図２に示す無線移動局２から送信された送信許可要求信号であるプリアンブル信号は、アンテナ部１１を介して無線変調部１２へ入力され、ベースバンド信号に復調された後、ベースバンド信号処理部１３へ供給される。

ベースバンド信号処理部１３では、タイミング相関器１３１でパスサーチ処理が行われて信号検出がなされる。信号が検出された場合には、その情報がＲＡＫＥ受信機１３２を経由してシンボルレート信号処理部１３３に通知される。シンボルレート信号処理部１３３では、送信許可信号を構成する符号列が生成され、その後、拡散器１３４で拡散処理、無線変調部１２で変調処理が、それぞれ行われ、アンテナ部１１より無線移動局に対して送信される。制御部１４は、上位の装置やネットワークとのインタフェース機能を有し、上位装置より通知される各種設定に従って、アンテナ部１１、無線変調部１２、ベースバンド信号処理部１３を制御するものである。

図２に示される無線移動局２は基本的には一般的な無線移動局の物理層の構成を備えるものであるが、本実施例では、シンボルレート信号処理部２３３と拡散器２３５との間に、送信タイミングを調整するための送信タイミング調整部２３４が設けられている。

プリアンブル信号や無線データ信号は、シンボルレート信号処理部２３３で構成する符号列として生成され、その後、送信タイミング調整部２３４で所定の送信タイミングまで保持された後、拡散器２３５に入力される。この拡散器２３５で拡散処理がなされた後、無線変調部２２で変調処理が行われ、アンテナ部２１より図１の無線基地局に対して送信される。

また、無線基地局１から送信された送信許可信号は無線変調部２２でベースバンド信号に復調された後、ベースバンド信号処理部２３へ供給される。このベースバンド信号処理部２３では、タイミング相関器２３１で信号検出処理が行われ、信号が検出された場合には、その情報がＲＡＫＥ受信機２３２を経由してシンボルレート信号処理部２３３及び制御部２４へと通知される。制御部２４は、上位レイヤ機能部とのインタフェース機能を有し、上位レイヤ機能部より通知される各種設定に従って、アンテナ部２１、無線変調部２２、ベースバンド信号処理部２３を制御するものである。

図３は本実施例の動作を示すシーケンス図であり、図４はその動作タイミングを示す図である。本実施例は、図１に示した無線基地局１と、図２に示した無線移動局２とからなる一般的なＣＤＭＡ方式の携帯電話システムに適用した場合の例である。また、前提として、動作を開始する前に、予め無線移動局は無線基地局に関する情報を含む制御信号を無線基地局から受信できているものとする。

無線移動局２は無線データ信号を送信する前に、無線基地局１との間で決められたプリアンブル信号を送信するが、この時の送信タイミングは、予め決められた基準タイミングに対し、無線基地局から通知された初期オフセットタイムＴa（または予め定められた初期オフセットタイム）を加えたものとする。

無線移動局２は制御信号を受信すると（ステップＳ１）、制御信号の受信電力Ｐrxを測定する（ステップＳ２）。制御信号には、上記の初期オフセットタイムＴa 、後で使用する他のパラメータである無線基地局のセルのエリア半径Ｒ、及び無線基地局から送信されている制御信号の無線基地局での送信電力Ｐtx、更には、プリアンブル信号情報、送信許可信号情報などが含まれており、無線移動局２は受信した制御信号から各種情報を取得する（ステップＳ３）。

次に、無線移動局２はステップＳ３で取得した初期オフセットタイムＴaを送信タイミングのオフセットとして設定して(ステップＳ４）、プリアンブル信号を送信し(ステップＳ５）、一定時間待機する（ステップＳ６）。

ステップＳ５にて送信されたプリアンブル信号は、無線基地局１に到達するが、ここでは無線基地局１が持つタイミング相関器１３１で信号検出が可能な範囲を超えたタイミングとなり、受信不可となる（ステップＳ７）。よって、無線基地局１は無線移動局２に対して応答を返さない。

無線移動局２はステップＳ６による一定時間が経過しても無線基地局からの応答、すなわち送信許可信号を受信できないため、送信タイミングを変更するための時間Ｔdiff、基準タイミングからのあらたなオフセットタイムTbを算出し(ステップＳ８）、ステップＳ８で取得したオフセットタイムＴbを送信タイミングのオフセットとして設定して(ステップＳ９）プリアンブル信号を再度送信する（ステップＳ１０）。

この時、Ｔdiffは次に挙げるような変数（パラメータ）からなる関数により決まる。
（１）無線基地局がカバーするエリアの半径Ｒ：
（２）無線基地局から常時送信されている制御信号の無線基地局における送信電力Ｐtx：
（３）無線基地局から常時送信されている制御信号の無線移動局における受信電力Ｐrx：
（４）プリアンブル信号の送信回数Ｎp ：
具体的な関数としては、Ｔdiff＝αR(Ptx−Prx)＋βNp＋γ（α、β、γは補正係数）や、Ｔdiff＝αR＋δ(Ptx−Prx)＋βNp＋γ（α、δ、β、γは補正係数）が挙げられる。

Ｒ，Ｐtxに関しては、前述した様に、無線基地局からの制御信号によって、通知されるものとする。Ｒについては、値が大きくなるほど無線基地局から伝搬遅延が大きいことが考えられるため、１回の送信タイミングの変化を大きくするといった使用方法が考えられる。また、Ｐtx、Ｐrxについては、ＰtxとＰrxの差分を計算することにより、無線伝搬路での電力の減衰量が求められ、この値が大きいほど無線基地局から離れており、伝搬遅延が大きいことが考えられるため、１回の送信タイミングの変化を大きくするといった使い方ができる。Ｎp に関しては、送信回数に応じて送信タイミングの変化量を増やしたり、逆に減らしたりする使い方が考えられる。

無線移動局２では、送信タイミング調整部２３４において、時間Ｔdiffを変えてプリアンブル信号を送信するということを、無線基地局１のタイミング相関器１３１で検出できるまで、繰返し行う。ここでは、無線移動局２が基準タイミングに対しオフセットタイムＴb を加えたタイミングでプリアンブル信号を送信したときに、無線基地局１でプリアンブル信号を検出できたとする（ステップＳ１１）。

プリアンブル信号を検出した無線基地局１は、無線移動局２との間で予め定められている送信許可信号を送信する（ステップＳ１２）。続いて、送信許可信号を受信した無線移動局２は、無線データ信号を生成し(ステップＳ１３）、先にプリアンブル信号を送信したときの、基準タイミングに対しオフセットタイムＴb を加えたタイミングで無線データ信号を送信する（ステップＳ１４）。送信された無線データ信号は、無線基地局１においてタイミング相関器の検出範囲内で受信され（ステップＳ１５）、その後復号化されることになる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、他の方式の移動体通信ネットワークや自律分散的な無線ネットワークにおいても適用可能である。また、無線データ信号の種類は、ランダムアクセスチャネルでも個別チャネルでも良く、更にＴdiffを求めるための変数は、実施例に記載されているものに限られるものではない。

更にはまた、プリアンブル信号を無線移動局が送信する際の電力を工夫することにより、システムに特徴を持たせることもできる。例えば、いきなり最大電力でプリアンブル信号を送信すれば、他の無線移動局の送信信号に大きな干渉を与えてしまう可能性があるが、無線基地局においてタイミング相関器の検出範囲内に入りさえすれば、ほぼ確実に検出されるので、無線データ信号をすぐに送信できるようになり、スループット特性が良くなる。

逆に、他の無線移動局の出来るだけ干渉を与えないようにするのであれば、Ｔdiffの値を変えた後の直後の送信は送信電力を小さなものにし、送信許可信号が返ってこなければ、Ｔdiffの値はそのままで送信電力を少し上げてプリアンブル信号を送信するということを、送信許可信号が返ってくるまで繰返し行うということも可能である。

上記の実施例におけるタイミング制御動作は、予めその動作手順をプログラムとしてＲＯＭなどの記録媒体に格納しておき、これをコンピュータに読み取らせて実行させる様に構成できることは勿論である。

Claims (10)

1. 移動局から基地局へのデータ送信タイミング制御システムであって、
   前記移動局において、
   ある周期的な基準タイミングに対して、オフセット値を加えて求められる送信タイミングで前記基地局へ送信許可要求信号を送信する手段と、
   前記送信許可要求信号の前記基地局での受信に応答して前記基地局から送信される送信許可信号が受信できなかった場合、前記送信許可信号が受信できるまで、前記送信タイミングを変更しつつ繰返し前記送信許可要求信号の再送信をなす手段と、
   前記送信許可信号が受信できた場合、その直前の前記送信タイミングでデータ送信をなす手段と、
   を含むことを特徴とする送信タイミング制御システム。
2. 前記移動局での前記送信タイミングの変更量は、前記基地局がカバーするエリアの半径、前記基地局から送信されている制御信号の前記基地局での送信電力、前記制御信号の前記移動局での受信電力及び前記送信許可要求信号の送信回数に応じて決定されることを特徴とする請求項１記載の送信タイミング制御システム。
3. 前記基地局において、
   前記送信許可要求信号の受信に応答して前記送信許可信号を前記移動局へ送信する手段を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の送信タイミング制御システム。
4. 移動局から基地局へのデータ送信タイミング制御方法であって、
   前記移動局において、
   ある周期的な基準タイミングに対して、オフセット値を加えて求められる送信タイミングで前記基地局へ送信許可要求信号を送信するステップと、
   前記送信許可要求信号の前記基地局での受信に応答して前記基地局から送信される送信許可信号が受信できなかった場合、前記送信許可信号が受信できるまで、前記送信タイミングを変更しつつ繰返し前記送信許可要求信号の再送信をなすステップと、
   前記送信許可信号が受信できた場合、その直前の前記送信タイミングでデータ送信をなすステップと、
   を含むことを特徴とする送信タイミング制御方法。
5. 前記移動局での前記送信タイミングの変更量は、前記基地局がカバーするエリアの半径、前記基地局から送信されている制御信号の前記基地局での送信電力、前記制御信号の前記移動局での受信電力及び前記送信許可要求信号の送信回数に応じて決定されることを特徴とする請求項４記載の送信タイミング制御方法。
6. 前記基地局において、
   前記送信許可要求信号の受信に応答して前記送信許可信号を前記移動局へ送信するステップを含むことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の送信タイミング制御方法。
7. ある周期的な基準タイミングに対して、オフセット値を加えて求められる送信タイミングで基地局へ送信許可要求信号を送信する手段と、
   前記送信許可要求信号の前記基地局での受信に応答して前記基地局から送信される送信許可信号が受信できなかった場合、前記送信許可信号が受信できるまで、前記送信タイミングを変更しつつ繰返し前記送信許可要求信号の再送信をなす手段と、
   前記送信許可信号が受信できた場合、その直前の前記送信タイミングでデータ送信をなす手段と、
   を含むことを特徴とする移動局。
8. 前記送信タイミングの変更量は、前記基地局がカバーするエリアの半径、前記基地局から送信されている制御信号の前記基地局での送信電力、前記制御信号の前記移動局での受信電力及び前記送信許可要求信号の送信回数に応じて決定されることを特徴とする請求項７記載の移動局。
9. 基地局へのデータ送信タイミングを制御する移動局の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   ある周期的な基準タイミングに対して、オフセット値を加えて求められる送信タイミングで基地局へ送信許可要求信号を送信する処理と、
   前記送信許可要求信号の前記基地局での受信に応答して前記基地局から送信される送信許可信号が受信できなかった場合、前記送信許可信号が受信できるまで、前記送信タイミングを変更しつつ繰返し前記送信許可要求信号の再送信をなす処理と、
   前記送信許可信号が受信できた場合、その直前の前記送信タイミングでデータ送信をなす処理と、
   を含むことを特徴とするプログラム。
10. 前記送信タイミングの変更量は、前記基地局がカバーするエリアの半径、前記基地局から送信されている制御信号の前記基地局での送信電力、前記制御信号の前記移動局での受信電力及び前記送信許可要求信号の送信回数に応じて決定されることを特徴とする請求項９記載のプログラム。

Images