JP4972508B2

JP4972508B2 - 基地局装置

Info

Publication number: JP4972508B2
Application number: JP2007251175A
Authority: JP
Inventors: 昌志岩見; 克敏河合
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009081806A

Description

本発明は、無線通信技術に関し、特に、タイムスロットを規定して、端末装置と通信する基地局装置に関する。

マルチパスフェージング環境下では、複数の遅延波が存在する。受信装置は、タイミング同期を確立するために、一般的に、受信した信号に対して相関処理を実行する。マルチパスフェージング環境下において相関処理を実行すると、複数のピークが検出される。その際、適正なピークを選択しないと受信性能が悪化するので、マルチパスフェージング環境下において同期タイミングの推定方法は重要な技術となっている。ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）伝送方式は、有効シンボルにガードインターバルを付加することによって、遅延波の影響を低減する。このような、ＯＦＤＭ伝送方式では、一般的に、先行波の存在タイミングを同期タイミングとして捕捉する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２１１１３７号公報

シングルキャリア伝送方式のように、遅延波除去機能を有さない伝送方式では、同期タイミングへの依存が小さい等化技術等を利用する場合が多く、同期タイミングとして最大のピーク値が捕捉される。一方、ＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）を採用している場合、端末装置は受信したタイミングから送信タイミングを設定しており、端末装置の受信タイミングの変動によって、端末装置の送信タイミングが変動する。その結果、基地局装置の受信タイミングが変動する。つまり、同期タイミングのずれは、受信側だけではなく、送信側にも影響を及ぼす。

また、このようなＴＤＤシステムを採用している移動通信システムでは、同期タイミングの誤差が、主として距離遅延によって生ずるものと考えられている。例えば、基地局装置と端末装置との間が１ｋｍ異なれば、往復の時間差は０．６６μｓだけ異なる。端末装置の移動による時間差は、ＴＤＤ周期が５ｍｓである場合、移動速度が１００ｋｍ／ｈでも０．０４６ｎｓになり、これは、距離遅延に比べれば無視できるレベルである。そのため、基地局装置は、一度通信が確立した端末装置との通信において、ノイズ等による受信タイミングの推定精度の悪化を抑制するために、相関処理の際の同期窓を狭くしていた。あるいは、基地局装置は、過去の同期タイミングとの平均をとる場合もある。

一方、マルチパス環境下での同期タイミングの推定値を向上させる技術は、端末装置の負荷を大きくするので、すべての端末装置への適用が困難である。そのため、マルチパスフェージング環境下でのＴＤＤシステムにおいて、基地局装置が受信タイミングを適正に推定していても、端末装置での同期タイミングの推定能力に依存して、基地局装置の受信タイミングが変動することもある。その結果、同期窓を狭くしていた場合、受信できない状態が発生していた。

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、端末装置における同期タイミングの推定精度の変動にもとづく送信タイミングの変動が存在する場合でも、端末装置からの信号を受信するための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基地局装置は、複数のタイムスロットが含まれたフレームを規定する基地局装置であって、フレーム中の少なくともひとつのタイムスロットを端末装置に割り当てる割当部と、割当部において割り当てたタイムスロットにおいて、端末装置からの信号を受信する受信部と、受信部において受信した信号に対して、同期窓を設定しながら、受信タイミングを推定する推定部と、推定部において推定した受信タイミングによって、受信部において受信した信号を処理する処理部とを備える。割当部においてタイムスロットを割り当てた端末装置は、本基地局装置のフレームに同期するように送信タイミングを生成しており、受信部は、端末装置との間の伝送路特性を取得し、推定部は、受信部において取得した伝送路特性をもとに、端末装置での送信タイミングを推定し、推定した送信タイミングに応じて同期窓を設定する。

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、端末装置における同期タイミングの推定精度の変動にもとづく送信タイミングの変動が存在する場合でも、端末装置からの信号を受信できる。

本発明の実施例を具体的に説明する前に、まず、本発明の実施例の概要について述べる。本発明の実施例は、第２世代コードレス電話システムのごとく、ＴＤＭＡ／ＴＤＤを採用した通信システムに関する。基地局装置は、複数のタイムロットが含まれたフレームを規定し、端末装置は、基地局装置において規定されたフレームに同期するようにフレームを生成する。つまり、端末装置は、基地局装置から受信した信号をもとに受信タイミングを生成し、受信タイミングをもとに、送信タイミングを生成する。また、端末装置は、送信タイミングにて信号を送信する。

基地局装置は、端末装置からの信号を受信するが、その際、同期窓を設定し、同期窓にて相関処理を実行する。一般的に、信号の誤検出率を低減するために、同期窓の時間間隔は、通信前よりも通信後の方に小さな値に設定される。しかしながら、端末装置において生成される送信タイミングが大きく変動すると、基地局装置における同期窓から外れたタイミングにて、端末装置からの信号は基地局装置に到達する。その結果、端末装置からの信号は基地局装置に受信されなくなる。これに対応するために、本実施例に係る基地局装置は、次の処理を実行する。

基地局装置は、端末装置との間の伝送路特性、例えば、遅延プロファイルを取得し、取得した伝送路特性から遅延波の存在タイミングを特定する。また、基地局装置は、特定したタイミングに端末装置が送信タイミングを設定していると推定し、特定したタイミングを含むように同期窓を設定する。ここで、複数の遅延波の存在タイミングが特定された場合、基地局装置は、複数の同期窓を設定する。その結果、基地局装置は、伝送路特性に応じた同期窓を設定できる。

図１は、本発明の実施例に係る通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、基地局装置１０、端末装置１２を含む。基地局装置１０は、基地局用アンテナ１４、ＲＦ部１６、送信部１８、受信部２０、制御部２２を含む。また、受信部２０は、ＡＤ部２４、伝送路特性推定部２６、パラメータ決定部２８、同期処理部３０、復調部３２を含む。また、端末装置１２は、端末用アンテナ４０を備える。

端末装置１２は、端末用アンテナ４０を介して、基地局装置１０と通信を実行する。例えば、通信システム１００は、第２世代コードレス電話システムに相当するので、端末装置１２は、第２世代コードレス電話システムに対応した装置であり、公知の装置であってもよい。つまり、端末装置１２は、基地局装置１０にタイムスロットを割り当てられ、割り当てられたタイムスロットにて、基地局装置１０からの信号を受信するとともに、基地局装置１０へ信号を送信する。また、端末装置１２は、基地局装置１０から受信した信号をもとに、受信タイミングおよび送信タイミングを生成する。そのため、端末装置１２は、基地局装置１０において規定されるフレームに同期する。

制御部２２は、複数のタイムスロットが含まれたフレームを規定する。図２（ａ）−（ｃ）は、通信システム１００におけるフレームの構成を示す。図２（ａ）は、制御部２２において生成されるフレームの構成を示す。図の横方向が時間に相当する。フレームは、８つのタイムスロットによって形成されている。また、８つのタイムスロットは、４つの下りタイムスロットと４つの上りタイムスロットから構成されている。ここでは、４つの下りタイムスロットを「第１下りタイムロット」から「第４下りタイムスロット」として示し、４つの上りタイムスロットを「第１上りタイムスロット」から「第４上りタイムスロット」として示す。また、図示したフレームは、連続して繰り返される。

制御部２２は、フレーム中の少なくともひとつのタイムスロットを端末装置１２に割り当てる。例えば、第２下りタイムスロットと第２上りタイムスロットとが、端末装置１２に割り当てられる。ここでは、説明を簡潔にするために、制御部２２は、ひとつの下りタイムスロットとひとつの上りタイムスロットとを対称的に端末装置１２に割り当てるものとする。図２（ｂ）は、端末装置１２において生成されるフレームの構成を示す。前述のごとく、端末装置１２は、基地局装置１０から受信した信号をもとに、基地局装置１０でのフレームに同期するようにフレームや、送信タイミングを生成する。端末装置１２が信号を受信するタイミングは、基地局装置１０が信号を送信するタイミングよりも遅れているので、図示のごとく、端末装置１２において生成されるフレームは、基地局装置１０でのフレームよりも遅れている。そのため、端末装置１２が第２上りタイムスロットの先頭にて送信した信号は、実線矢印の示すとおり、基地局装置１０での第２上りタイムスロットの先頭ではないタイミングにて、基地局装置１０に受信される。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）と同様に、端末装置１２において生成されるフレームの構成を示す。図２（ｃ）は、端末装置１２において生成された受信タイミングが、図２（ｂ）のときよりも後方になるように変動した場合に相当する。その結果、図示のごとく、図２（ｃ）に示されたフレームは、図２（ｂ）に示されたフレームよりも後方に遅れている。その結果、端末装置１２が第２上りタイムスロットの先頭にて送信した信号は、点線矢印の示すとおり、図２（ｂ）の場合よりもさらに後方のタイミングにて、基地局装置１０に受信される。図１に戻る。

ＲＦ部１６は、受信処理として、基地局用アンテナ１４を介して、端末装置１２から受信した無線周波数の信号に対して周波数変換および直交検波を実行し、ベースバンドの信号を生成する。さらに、ＲＦ部１６は、ベースバンドの信号をＡＤ部２４に出力する。一般的に、ベースバンドの信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、ふたつの信号線によって伝送されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするためにひとつの信号線だけを示すものとする。また、ＲＦ部１６には、ＡＧＣも含まれる。ＲＦ部１６は、送信処理として、送信部１８から入力したベースバンドの信号に対して直交変調および周波数変換を実行し、無線周波数の信号を生成する。さらに、ＲＦ部１６は、無線周波数の信号を基地局用アンテナ１４から送信する。なお、ＲＦ部１６は、受信した信号と同一の無線周波数帯を使用しながら、信号を送信する。つまり、図２（ａ）のごとく、ＴＤＤが使用されているものとする。また、ＲＦ部１６には、ＰＡ（ＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）も含まれる。

ＡＤ部２４は、端末装置１２に割り当てたタイムスロットにおいて、端末装置１２からのベースバンドの信号を入力する。ＡＤ部２４は、ベースバンドの信号に対して、アナログ・デジタル変換を実行することによって、デジタル信号を生成する。ＡＤ部２４は、デジタル信号を伝送路特性推定部２６および同期処理部３０に出力する。伝送路特性推定部２６は、端末装置１２との間の伝送路特性を取得する。ここで、伝送路特性推定部２６は、端末装置１２からの信号に含まれた既知信号の部分を使用しながら、相関処理によって遅延プロファイルを導出する。なお、遅延プロファイルの導出方法として公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。また、端末装置１２において下り回線での遅延プロファイルが推定され、伝送路特性推定部２６は、端末装置１２から送信された遅延プロファイルのデータを取得してもよい。伝送路特性推定部２６は、取得した遅延プロファイルをパラメータ決定部２８へ出力する。

パラメータ決定部２８は、取得した遅延プロファイルをもとに、端末装置１２での送信タイミングを推定する。具体的には、パラメータ決定部２８は、遅延プロファイルに含まれた電力のピークを検出することによって、遅延波の存在を確認する。なお、複数のピークが検出された場合、パラメータ決定部２８は、複数の遅延波の存在を確認したとする。なお、雑音の影響を低減するため、パラメータ決定部２８は、所定の時間幅を規定し、時間幅の中で複数のピークを検出したとき、その中の最大のピークのみを選択する。また、パラメータ決定部２８は、確認した遅延波のタイミングを端末装置１２での送信タイミングと推定する。

パラメータ決定部２８は、確認した遅延波を含むように、推定した送信タイミングに応じて同期窓を設定する。ここで、複数の遅延波が確認された場合、パラメータ決定部２８は、複数の送信タイミングの候補を検出したとして、それぞれに対応した複数の同期窓を設定する。ここで、パラメータ決定部２８は、各同期窓の時間間隔を所定の値に固定する。これとは別に、パラメータ決定部２８は、複数の遅延波の存在を確認した場合、複数の遅延波を含むように、同期窓の期間を設定してもよい。つまり、パラメータ決定部２８は、複数の遅延波の存在状況に応じて同期窓の期間を広げたり狭くしたりしてもよい。例えば、遅延波の時間間隔が長くなれば、同期窓の期間も長くされる。

同期処理部３０は、パラメータ決定部２８にて設定した同期窓の期間において、ＡＤ部２４からのデジタル信号に対して相関処理を実行する。同期処理部３０は、既知信号のパターンを予め記憶しており、デジタル信号と既知信号との相互相関を計算する。図３（ａ）−（ｂ）は、同期処理部３０において導出される相関値を示す。ここでは、横軸に時間を示し、縦軸に相関値を示す。図３（ａ）は、複数の同期窓を設定する場合に相当する。図３（ａ）では、複数の同期窓を「Ｗ１」、「Ｗ２」と示す。このような場合、同期処理部３０は、Ｗ１およびＷ２における相関値の最大値を検出し、検出した最大値に対応したタイミングを受信タイミングとする。図３（ｂ）は、同期窓の期間を調節する場合に相当する。図３（ｃ）では、同期窓を「Ｗ３」と示す。このような場合、同期処理部３０は、Ｗ３における相関値の最大値を検出し、検出した最大値に対応したタイミングを受信タイミングとする。図１に戻る。

なお、同期処理部３０は、検出したピークに対応したタイミングをそのまま受信タイミングとしてもよいが、同期処理部３０は、過去の受信タイミングを反映させながら現在の受信タイミングを特定してもよい。例えば、同期処理部３０は、現在の受信タイミングを次のように導出する。
（現在の受信タイミング）＝α×（過去の受信タイミング）＋（１−α）×（瞬時受信タイミング）
０≦α≦１

ここで、αは忘却係数である。つまり、同期処理部３０は、過去の受信タイミングを忘却係数にて反映させながら、受信タイミングを推定する。また、同期処理部３０は、パラメータ決定部２８において検出した遅延波の時間間隔に応じて、忘却係数を調節する。例えば、同期処理部３０は、遅延波の時間間隔が大きくなるほど、忘却係数を小さな値に設定する。復調部３２は、同期処理部３０において推定した受信タイミングによって、デジタル信号を復調する。また、復調部３２は、誤り訂正符号化に対する復号処理を実行してもよい。送信部１８は、下りタイムスロットのタイミングにて、端末装置１２へ送信すべき信号を生成し、生成した信号をＲＦ部１６へ出力する。送信部１８において生成される信号は、ベースバンドの信号であるが、ここでは、説明を省略する。

この構成は、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通信機能のある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。

以上の構成による通信システム１００の動作を説明する。図４は、基地局装置１０における受信処理の手順を示すフローチャートである。伝送路特性推定部２６は、遅延スプレッドを導出する（Ｓ１０）。パラメータ決定部２８は、遅延波を特定する（Ｓ１２）。パラメータ決定部２８は、遅延波のタイミングに応じて同期窓を設定する（Ｓ１４）。同期処理部３０は、同期窓にて相関処理を実行する（Ｓ１６）。同期処理部３０は、相関値をもとに、受信タイミングを設定する（Ｓ１８）。復調部３２は、受信タイミングにて受信処理を実行する（Ｓ２０）。

本発明の実施例によれば、取得した伝送路特性をもとに、端末装置での送信タイミングを推定し、推定した送信タイミングに応じてタイミング推定のための同期窓を設定するので、端末装置において送信タイミングが変動しても、端末装置からの信号を受信できる。また、端末装置において送信タイミングが変動しても、端末装置からの信号を受信するので、タイミング同期の精度が低い端末装置とも通信できる。また、タイミング同期の精度が低い端末装置とも通信するので、端末装置のコストを低減できる。また、各端末装置に対して、同期窓を設定するので、他の端末装置に与える影響を低減できる。

また、複数の遅延波の存在を確認した場合に、確認した複数の遅延波を含むように複数の同期窓を設定するので、遅延波に同期した端末装置からの信号を受信できる。また、端末装置での送信タイミングと想定されるタイミングに同期窓を設定するので、誤検出率の悪化を抑制しながら、送信タイミングの変動に追従できる。また、遅延波の存在を確認し、確認した遅延波を含むように、同期窓の期間を設定するので、遅延波に同期した端末装置からの信号を受信できる。また、伝送路特性をもとに、忘却係数を調節するので、環境の変動に応じて過去のタイミングを反映できる。また、マルチパスフェージングが影響しやすいマクロセル環境において、通信品質を安定できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、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。

本発明の実施例に係る通信システムの構成を示す図である。図２（ａ）−（ｃ）は、図１の通信システムにおけるフレームの構成を示す図である。図３（ａ）−（ｂ）は、図１の同期処理部において導出される相関値を示す図である。図１の基地局装置における受信処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０基地局装置、１２端末装置、１４基地局用アンテナ、１６ＲＦ部、１８送信部、２０受信部、２２制御部、２４ＡＤ部、２６伝送路特性推定部、２８パラメータ決定部、３０同期処理部、３２復調部、４０端末用アンテナ、１００通信システム。

Claims

複数のタイムスロットが含まれたフレームを規定する基地局装置であって、
フレーム中の少なくともひとつのタイムスロットを端末装置に割り当てる割当部と、
前記割当部において割り当てたタイムスロットにおいて、前記端末装置からの信号を受信する受信部と、
前記受信部において受信した信号に対して、同期窓を設定しながら、受信タイミングを推定する推定部と、
前記推定部において推定した受信タイミングによって、前記受信部において受信した信号を処理する処理部とを備え、
前記割当部においてタイムスロットを割り当てた端末装置は、本基地局装置のフレームに同期するように送信タイミングを生成しており、
前記受信部は、前記端末装置との間の伝送路特性を取得し、
前記推定部は、前記受信部において取得した伝送路特性をもとに、前記端末装置での送信タイミングを推定し、推定した送信タイミングに応じて同期窓を設定し、
前記推定部は、過去の受信タイミングを忘却係数にて反映させながら、受信タイミングを推定しており、前記受信部において取得した伝送路特性をもとに、忘却係数を調節することを特徴とする基地局装置。
前記推定部は、前記受信部において取得した伝送路特性をもとに、遅延波の存在を確認し、確認した遅延波を含むように複数の同期窓を設定することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。
前記推定部は、前記受信部において取得した伝送路特性をもとに、遅延波の存在を確認し、確認した遅延波を含むように、同期窓の期間を設定することを特徴とする請求項１に記載の基地局装置。