JP5097323B2 - タイミング進みおよびタイミングずれの同期化 - Google Patents
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Description
【０００１】
（産業上の利用分野）
本出願は２０００年４月６日提出の米国特許仮出願第６０／１９５，０８７号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、概括的にはデジタル通信システムに関する。さらに詳しくいうと、本発明は、無線伝搬遅延を補償するために時分割複信および時分割多元接続プロトコルでアップリンクおよびダウンリンク送信信号を同期化するためのシステムおよび方法に関する。また、移動端末の地理的位置の特定を容易にするシステムに関する。
【０００３】
（従来の技術）
提案中の第三世代（３Ｇ）無線プロトコルのうち、時分割複信（ＴＤＤ）方式および時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式は、割当てられた無線スペクトラムを、順次セルフレーム番号（ＦＮ）によって一義的に特定されるいわゆる反復無線フレームに分割する。各無線フレームを、複数の固有の番号付きの時間スロット（ＴＳ）にさらに再分割し、それら時間スロットをアップリンク（ＵＬ）送信またはダウンリンク（ＤＬ）送信に個別に割り当てる。
【０００４】
無線送信信号は送信機から受信機までの距離に伴う伝搬遅延を生じる。移動セルラー通信システムでは、これらの遅延は、移動端末（ＭＴ）と基地局（ＢＳ）との間の距離が変化するにつれて、時間的に変化する。通信信号を誤りなく受信するためには、受信のタイミングが受信機に既知でなければならない。
【０００５】
変化する伝搬遅延を補償し、受信タイミングを既知の状態に維持するために、送信信号のタイミングを周期的に調整する。送信信号タイミングの調整はＢＳではなくＭＴで行うが、これは多くのＭＴが共通のＢＳによってサポートされ、また各ＭＴの伝搬遅延が距離に応じて異なるためである。ＢＳダウンリンク無線フレーム送信は時間的に変化せず、アップリンク無線フレーム伝送の同期化のためにＭＴが利用する。
【０００６】
ＭＴは、伝搬遅延を受けたＢＳダウンリンク伝送信号に同期する。ＭＴアップリンク送信信号もダウンリンク送信信号の受けた伝搬遅延にほぼ等しい伝搬遅延を生じる。ＢＳで受信されるアップリンク送信信号は、ダウンリンク伝搬遅延とアップリンク伝搬遅延との和の遅延を伴う。ＭＴにおける無線フレーム受信（ＤＬ）およびそれに応答する無線フレーム送信（ＵＬ）をタイミング調整前について図１ａに示す。図１ａは、ＭＴが受信したＢＳ送信ＤＬ時間スロット（ＴＳ）と、その直後のＭＴ送信ＵＬ時間スロット（ＴＳ）とを示す。タイミング調整を施す前の基地局における送信無線フレーム（ＤＬ）および受信無線フレーム（ＵＬ）を図１ｂに示す。図１ｂは、一つのＭＴ送信ＵＬ時間スロットと、その直後のＢＳ送信ＤＬ時間スロットとを示す。
【０００７】
図１ａに示すとおり、ＭＴはダウンリンク受信時間スロットをＴ１に同期させ、その直後に自局からのアップリンク送信を開始する。図１ｂに示すとおり、ＢＳによるダウンリンク時間スロット（ＴＳ）送信の開始は時間Ｔ２で行われ、ＢＳが受信する直前のアップリンク時間スロット（ＴＳ）の末尾は時間Ｔ３で生ずる。時間Ｔ２とＴ３との間の差をタイミングずれ（ＴＤ）といい、アップリンク伝搬遅延とダウンリンク伝搬遅延との和に等しい。
【０００８】
ＢＳでアップリンク送信とダウンリンク受信とを同期させるためにアップリンク時間スロット送信時間を調整するようにＭＴに指示する目的でＴＤを測定し利用する。ＭＴはダウンリンク伝搬遅延をすでに受けた受信ダウンリンク時間スロットに同期しているので、ＭＴはアップリンク伝搬遅延とダウンリンク伝搬遅延との和ＴＤだけアップリンク時間スロットの送信のタイミングを進めなければならない。これは、タイミング進め（ＴＡ）と呼ばれ、次式で定義される。
【式１】
Ｔ３−Ｔ２＝ＴＤ＝ＵＬ伝搬遅延＋ＤＬ伝搬遅延＝ＴＡ
ＭＴにおける無線フレーム受信（ＤＬ）および応答送信をＴＡ調整ずみの状態で図２ａに示す。図２ａはＭＴにおけるＢＳ送信ＤＬ時間スロットと、それに続く時間進めずみのＭＴ送信ＵＬ時間スロットとを示す。基地局における無線フレーム送信（ＤＬ）および無線フレーム受信（ＵＬ）をＴＡ調整ずみの状態で図２ｂに示す。図２ｂは、ＭＴにおける一つのＢＳ送信ＤＬ時間スロットと、その直後に続く時間進めずみのＭＴ送信ＵＬ時間スロットとを示す。
【０００９】
ＭＴは、ＴＡコマンドに従ってＵＬ時間スロット送信を時間Ｔ５から時間Ｔ４に進めたのである。時間Ｔ５における受信時間スロットはすでにＤＬ伝搬遅延を受けているので、新たなＭＴ時間スロット送信時間Ｔ４は、予測ＵＬ伝搬遅延だけ進めたＢＳ受信ＵＬ時間スロットの受信時間Ｔ６と同期する。
【式２】
Ｔ４＝Ｔ５−ＴＡ（ＵＬ伝搬遅延とＤＬ伝搬遅延の和）
【式３】
Ｔ５＝Ｔ６（ＢＳの次の時間スロット）＋ＤＬ伝搬遅延
【式４】
Ｔ４＝Ｔ６（ＢＳの次の時間スロット）−ＵＬ伝搬遅延
従って、ＭＴ送信のＴＡ調整により、ＢＳにおけるＵＬ時間スロットとＤＬ時間スロットの同期が得られる。
【００１０】
ＢＳコントローラは算出ずみのＴＡに従ってアップリンク送信タイミングを調整するようにＭＴに指示する。ＢＳコントローラが生成するＴＡ調整のためのＭＴコマンドはかなりの量の物理リソースを必要とするが、シグナリングオーバヘッドを最小限に抑えるには、ＢＳコントローラによるＴＡ調整コマンドの生成の頻度をできるだけ減らすことが重要である。
【００１１】
各無線フレームの中で各時間スロットの送信データ相互間に時間スロット長よりもずっと短いガードタイム（ＧＰ）を挿入することによってこれを達成する。従来の時間スロット構成を図３に示す。ＧＰは、ＢＳおよびＭＴのいずれにおいても送信と受信との同時発生を防ぐ。ＧＰよりも実質的に小さい「物理受信時間窓」で許容タイミングずれを決める。この物理受信時間窓をＭＴ伝搬遅延の変化に応じてＧＰ内でシフトさせる。
【００１２】
ＴＤ測定値はＧＰ内の物理受信時間窓の位置を反映する。ＴＡはＧＰ内の物理受信時間窓の補正のためのシフトを行う。ＭＴおよびＢＳの両方におけるＴＡ調整を同期させることは、ＢＳ受信窓もシフトするので重要である。従来、ＢＳコントローラが各ＭＴについて互いに独立にＴＤを連続的にモニタし、許容物理受信時間窓を逸脱する前にＴＡコマンドを生成する構成にしていた。
【００１３】
ＴＡコマンドの生成の頻度を下げるために用いた論理は、無線送信が達成されなかった場合にＴＡコマンドのＭＴによる受信ができないという可能性も考慮しなければならない。したがって、ＭＴがＴＡ調整を行わなかった場合はそれを高速にしかも確実に検出する方法を必要とする。
【００１４】
ＴＤおよびＴＡはＭＴの位置の算定にも利用できる。伝搬遅延はＭＴとＢＳとの間の距離と同等であるので、特定のＭＴについて複数のＢＳからのＴＤが把握できればそのＭＴの位置を三角測量法により算出できる。
【００１５】
上記受信窓の維持、シグナリングオーバヘッドの最小化および地理的位置を考慮して正確なＴＡ信号を生成するには、ＴＤ測定の対象とした時間スロットについてのＴＡを把握することが重要である。本願出願人は、これを達成するための一つの方法として、特別に特定したフレーム内でＭＴにＴＡが効果を生じることを可能にする方法があることを認識した。
【００１６】
ＭＴにおけるＴＡ調整とＢＳにおけるＴＤ測定とを特定の順次無線フレームに調和させる必要性は充足が難しい。すなわち、ＢＳ生成ＴＡコマンドのＭＴにおける受信および処理のタイミングはＢＳコントローラには把握されないからである。一つの従来の方法は、周期的なフレーム相互間境界だけで調整を可能にするやり方である。無線フレームは順次に番号を付けられているので、周期的な順次フレーム番号が従来利用されているのである。しかし、次の周期のＴＤ測定に先立ってＴＡコマンドを確実に処理できるようにするには、上記周期を大きくする必要がある。
【００１７】
プロセス整合に必要なＴＡフレーム番号期間を定めるには、ＢＳコントローラにおけるＴＡコマンド生成とＭＴにおける処理との間の最悪時の潜伏時間を用いなければならない。すなわち、次のＴＡフレーム番号でＴＡ調整を保証するのに必要な最短時間を用いる必要がある。この場合、ＢＳコントローラは先行ＴＡフレーム番号期間の直後に手順を開始する必要がある。その結果、ＴＡ順次フレーム番号期間の二つ分までのＴＡ調整遅延が実効的に生じる。
【００１８】
図４に示すとおり、ＴＡ調整コマンドのＢＳにおける生成からＭＴにおける処理までの最悪時の潜伏時間は、ＴＡフレーム番号相互間の時間である。ＢＳは、ＴＡコマンドの発生をＴＡフレーム番号１よりも後の時間（Ｔ１）およびＴＡフレーム番号２よりも前の時間（Ｔ２）で行う必要があることを判定する。ＭＴとＢＳとの間でＴＡを生じる時間的整合を確実にするには、ＢＳは先行のフレーム番号の期間が経過するまで待って要求を時間（Ｔ３）に生成する必要がある。その結果、時間Ｔ１でＴＡ要求が認識されると、ＴＡ調整を整合させるための遅延は一つのフレーム番号ＴＡ期間よりも大きくなり、時間Ｔ２では遅延は二つのフレーム番号ＴＡ期間よりも小さくなる。
【式５】
（ＦＮ ＴＡ期間）＜（ＴＡ調整のための実際の時間）＜（２（ＦＮ ＴＡ期間））
本出願人は、特定フレーム番号ＴＡ期間を利用してＴＡ整合を行うこの方法は、ＴＡ遅延を生ずるものの、その遅延は回避できることを認識した。例えば、遅延は無線送信不首尾により生じ得る。その場合、新たなＴＡ調整コマンドを再生成できるように、ＢＳコントローラ内で送信不首尾をできるだけ速やかに検出する必要がある。上記フレーム番号ＴＡ期間手法を利用すると、ＢＳコントローラは、ＴＡコマンド再生成の必要があるかどうかの判定のために、予想ＴＡ調整よりも後の後続のＴＤ測定を待つ。この場合を図５に示す。
【００１９】
図５に示した従来例では、ＢＳコントローラは、時間Ｔ０における補正のためのＴＤの受信のあと、ＴＡ調整が行われなかったことを示す後続のＴＤ測定を時間Ｔ１で待たなければならない。このシグナリング方法の難点は、どのＴＤ測定値がＴＡ調整不首尾を示すのかをＢＳコントローラが正確に把握していないことである。その結果、ＢＳコントローラは、ＴＡコマンドを最少限に抑えるために、最悪時のＴＡ調整遅延を待ってから、受信ＴＤ測定値に基づいてＴＡコマンドを再生成しなければならない。
【００２０】
もう一つの従来の方法では、図６に示すとおりＭＴに各ＴＡコマンドを受信確認させる。この例では、ＴＡ受信確認時のタイムアウトに応答してＴＡコマンド再送信を行う。ＴＡ調整不首尾は、ＴＡフレーム番号期間の満了を待つよりも速やかに認識される。しかし、より高速なこの回復では、全てのコマンドの受信確認を行うので、約２倍のシグナリングを必要とする。主な目的はＴＡコマンド頻度を下げることであるので、これは望ましくない。
【００２１】
従って、コマンドシグナリング要件を厳しくすることなく高速で効率的な無線フレームタイミングの調整を可能にするシステムおよび方法が必要とされる。
【００２２】
（発明の概要）
本発明は、タイミングずれ（ＴＤ）測定からタイミング進み（ＴＡ）調整までの潜伏時間を短くするシステムおよび方法を対象とする。本発明は、送信不首尾または移動端末信号伝搬遅延をより高速に検出し補正できるように、タイミング進み（ＴＡ）コマンドおよびタイミングずれ（ＴＤ）測定値を整合させる確定論的手順を用いる。タイミング進みコマンドの頻度を効率的に下げることによりシグナリングオーバヘッドを最小限に抑え無線リソース効率を最大にする。この動作を、ＴＡコマンドに接続フレーム番号（ＣＦＮ）を挿入し、タイミング進め（ＴＡ）調整のための特定の無線フレームを指定することによって達成する。これによって、タイミングずれ（ＴＤ）測定が誤って処理される可能性は最小限に抑えられる。すなわち、ＭＴによるＴＡ調整を行うべきＣＦＮ指定ずみの無線フレームについてのＢＳにおけるＴＤ測定がＴＡの実際の調整が完了したか否かを反映するからである。
【００２３】
好適な通信システムは、順次番号を付けたシステム無線フレームを有する無線フレームフォーマットの利用により、基地局（ＢＳ）／移動端末（ＭＴ）無線双方向通信をサポートする。システムＢＳは、選択的にフォーマットされた通信データをシステム無線フレームでＭＴに送信する送信機と、システム無線フレームでＭＴから通信データを受信する受信機とを有する。ＢＳ受信機は、被選択ＭＴから受信した通信データの無線フレームのタイミングずれ（ＴＤ）を測定する関連のプロセッサを有する。
【００２４】
通常、ＴＤ測定値を全ての無線フレームについてモニタする。ＢＳプロセッサは、各順次フレーム番号と無線フレーム内で受信した送信信号の各ＴＤ測定とを関連づけて、各測定値に関連した時間を確立する。タイミング進め（ＴＡ）コマンドは、ＢＳによるＭＴへの送信のためのＴＡ調整コマンドを与えるＢＳに関連したＢＳコントローラによって生成される。ＴＡ調整コマンド発生器は直近の成功したＴＡコマンド調整と被選択ＭＴ用のＴＤ測定値とに基づいて算出したＴＡ調整値を含むＴＡ調整コマンドを生成する。また、ＴＡ調整コマンドは、被選択ＭＴがタイミング調整を行うべき特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号（ＣＦＮ）も含む。
【００２５】
被選択ＭＴから受信した送信信号の被測定ＴＤが被選択タイミング同期範囲、すなわちＴＤ閾値内に入らない場合は、ＴＡ信号発生器はその被選択ＭＴ用のＴＡ信号のみを発生するのが好ましい。このようなＴＤ閾値は、好ましくは、ＭＴおよびＢＳの上記の物理受信時間窓と相関するように選択される。
【００２６】
ＢＳコントローラが被選択ＭＴにＴＡ調整コマンドを送信したのち、被送信ＴＡコマンド信号のＣＦＮで指定されたフレーム内で被選択ＭＴから受信された通信データについて測定したＴＤ測定値を解析し、ＴＡ調整を行ったかどうか、新たなＴＡコマンドが必要かどうかを判定する。通常、新たなＴＡコマンドは先行のＴＡコマンドによる被選択ＭＴのＴＡ調整が不首尾に終わった場合だけ必要とされる。それ以外の場合はＣＦＮフレームのＴＤ測定値は、ＴＡコマンドにより生ずるはずの値を実質的に同じ量だけ変更され、ＴＤ閾値内に入る。
【００２７】
好ましい移動端末（ＭＴ）は、選択的にフォーマットした通信信号データをＭＴプロセッサにより同期ずみのシステム無線フレームでＢＳに送信する送信機と、システム無線フレームでＢＳから通信信号データを受信する受信機とを有する。ＭＴプロセッサは、受信ＴＡコマンドのＣＦＮ内で指定された無線フレームで始まる受信ＴＡ調整コマンド内のＴＡデータに応答して、関連ＭＴ送信機の送信のタイミングを調整する。
【００２８】
また、この通信システムは、ＢＳに関連づけられるＭＴの物理的位置を算定する地理的位置算出器を含む。慣用の三角測量法を利用する際に二つ以上のＢＳが対象のＭＴから指定のシステム無線フレームで受信した通信信号データについてＴＤを測定する。しかし、ＭＴの地理的位置の算出のためにＴＤ測定値を用いただけではＭＴ信号がＴＤ調整ずみである場合は、正確な結果は得られない。本発明では、ＭＴの送信のＴＡはほぼ全ての無線フレームについて既知である。すなわち、実際のＴＡはＭＴに問題なく送信された最新のＴＡコマンド信号のＴＡであるからである。各ＣＦＮ指定無線フレームのＴＤを推算するので、ＴＡコマンド送信の不首尾はそのＣＦＮフレームについてのＴＤ測定値の検査（ほぼ瞬時に行われる）により直ちに判明する。成功したＴＡコマンドについてそのＴＡ値をそのＣＦＮの指定するフレームおよび後続フレームで次の成功ＴＡコマンドのＣＦＮ識別フレームまで地理的位置計算に用いる。従って、地理的位置算定は、実行ずみであることが判明しているＴＡコマンドデータに基づき任意の無線フレームについて行うことができる。
【００２９】
また、本発明は、ＢＳで通信信号データを互いに同期させる方法を提供する。通信信号データを対象のＭＴからＢＳが受信した識別ずみの無線フレームでタイミングずれ（ＴＤ）を測定する。その対象ＭＴから受信した送信信号のＴＤ測定値が所定のタイミング同期範囲内に入らなかった場合は、ＴＡコマンド信号を生成する。そのＴＡコマンド信号は、ＴＤ測定値に基づいて計算したＴＡデータを含む。また、ＴＡコマンド信号は、対象のＭＴがタイミング調整を実行するために特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号ＣＮＦを含む。ＴＡコマンド信号は、対象のＭＴに送信する。そのＴＡコマンド信号を対象のＭＴが受信すると、そのＭＴの通信信号データ送信のタイミングをＴＡデータに基づき受信ＴＡコマンド信号のＣＦＮ指定無線フレームから始めて調整する。ＴＡコマンド信号の送信先である対象ＭＴから受信したデータのＴＤを被送信ＴＡコマンド信号のＣＦＮ内で指定した無線フレームについて検査し、ＴＡコマンドが対象ＭＴで実行されたことを確認する。好ましくは、ＴＡコマンド信号発生、送信および関連のＴＤ検査を、ＣＦＮ無線フレームで対象ＭＴから受信した送信信号のＴＤが所定のタイミング同期範囲内に入らない場合、あるいはＴＡ調整にほぼ等しい量だけ変化しない場合は反復する。すなわち、その場合は対象のＭＴによる送信ずみのＴＡコマンドの実行が不首尾に終わっていたと見られるからである。
【００３０】
また、本発明は通信システムにおいて移動端末（ＭＴ）の地理的位置を特定する方法の実施を容易にする。本方法は、対象のＭＴからＢＳが受信した信号のＴＤ測定値がＴＤ閾値を超えた場合に、タイミング進め（ＴＡ）コマンド信号をその対象のＭＴに伝達することにより、ＭＴタイミング調整を実行することを含む。ＴＡコマンド信号は、ＴＡデータと、特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号ＣＦＮとを含む。被選択ＭＴによる通信信号データ送信のタイミング調整を、ＣＦＮ指定無線フレームの中のＴＡコマンド信号のＴＡデータに基づいて行う。ＴＡコマンド信号のＣＦＮ指定無線フレームで被選択ＭＴから受信した通信データのＴＤをその被選択ＭＴにより各ＴＡコマンド信号の実行が首尾よく行われたか否かを判定し、それによりその被選択ＭＴの実際のＴＡを確実に既知にするように検査する。対象のＭＴから一つ以上のＢＳが被選択無線フレームについて受信した送信信号のタイミングずれ（ＴＤ）測定値を収集する。首尾よく実行された最新のＴＡコマンド信号のＴＡデータと、被選択無線フレームについてのＢＳによるＴＤ測定値とを被選択ＭＴの地理的位置の算出に用いる。
【００３１】
本システムおよび本方法の上記以外の目的および利点は、本発明の詳細な説明を参照することにより当業者には明白になろう。
【００３２】
（好適な実施例の説明）
全図を通じて同じ構成要素には同じ参照番号を付けて示した図面を参照して実施例を説明する。
【００３３】
図９を参照すると、複数の移動端末（ＭＴ）１４と、それら端末との間で無線通信を行う複数の基地局（ＢＳ）１２とから成る通信システム１０が示してある。各ＢＳは、通常地理的に互いに重複した領域を有するセルの中の複数のＭＴと無線通信を行う。ＭＴ１４が重複領域の中にある場合は、通常は最も強い信号伝送リンクを有するＢＳがそのＭＴ１４と双方向通信を行う。もう一つのＢＳの信号伝送リンクがより強くなり始めると、交信の「ハンドオフ」が行われる。「ハンドオフ」を実行するための所望のパラメータおよび手順はこの技術分野で周知である。
【００３４】
上記３Ｇ無線プロトコルなどの好適なシステムでは、一つ以上のＢＳと物理接続または論理接続したノードＢ１６を設ける。これらノードＢの接続先である無線回線網コントローラ（ＲＮＣ）１７がＢＳを制御し、通信システム１０経由の交信を調整する。複数のＲＮＣ１７によって、拡張システムの中の互いに異なるＢＳグループについての交信の調整を行う。これらＲＮＣ１７は、ノードＢの中のＢＳを制御するＢＳコントローラを含む。ＲＮＣ１７はＭＴ地理的位置特定装置を含むのが好ましいが、地理的位置特定装置をＲＮＣ１７の中に備えることは必要条件ではない。
【００３５】
各ＢＳ１２は関連のアンテナシステム２２とＢＳ信号処理回路２４とを備える送受信機２０を含む。各ＭＴ１４は関連のアンテナ２７とＭＴ信号処理回路２８とを備える送受信機２６を含む。これら送受信機の代わりに、ＢＳ送信機、ＢＳ受信機、ＭＴ送信機およびＭＴ受信機を個別の構成要素としてＢＳおよびＭＴにそれぞれ設けることもできる。
【００３６】
ダウンリンク通信信号（ＤＬ）は、ＢＳ信号処理回路２４で処理し、ＢＳ送受信装置２０経由でＢＳアンテナシステム２２から送信し、ＭＴ１４がそれを受信する。アップリンク通信信号（ＵＬ）は、ＭＴ１４から送信し、複数のＢＳ１２がＢＳアンテナシステム２２およびＢＳ送受信装置２０経由でそれを受信する。
【００３７】
ＢＳ信号処理回路２４は無線ＢＳ／ＭＴ通信信号を、複数の時間スロットを有する無線フレームフォーマット、すなわちＲＮＣ１７の制御下にある全ＢＳにわたるシステム全体で用いられるフレームフォーマットにフォーマット化する。そのためにＲＮＣとノードＢとの間で調整を行うのが好ましい。
【００３８】
無線フレームフォーマットの中では、各無線フレームに順次番号を割り当て、それによって上記信号処理回路が無線ＢＳ／ＭＴ通信信号の中の特定のシステムフレームを識別できるようにしている。ＢＳ信号処理回路２４は受信時間遅延（ＴＤ）を測定するように構成してあり、各ＴＤ測定値を受信ＭＴ送信信号、すなわちアップリンク通信信号のそれぞれの無線フレームで識別できるようにしている。これら無線フレームの順次フレーム番号をこの目的に用いる。
【００３９】
ＢＳはＴＤデータ、すなわちＢＳが記録したＴＤ測定値データと、ＵＬ測定値送信を行ったＭＴの識別番号と、ＵＬ測定値送信を受信したシステム無線フレーム番号とを好ましくは含むＴＤデータをＲＮＣ１７のＢＳコントローラに供給する。このＴＤ測定値データが指定の閾値を超えた場合は、ＢＳコントローラはそれぞれのＭＴへのＴＡコマンドを生ずる。ＴＤ測定値データを供給した測定中のＢＳを基準としたＭＴの動きの方向および速度の算定には、慣用のアルゴリズムを用いる。
【００４０】
通信信号時間スロットには、所定長のガードタイムを設け、この期間内で物理受信時間窓を動かせるようにするのが好ましい。ＴＤ閾値をその物理受信時間窓よりも少し短くし、調整不首尾と、不首尾の検出および調整再試行のための時間とを考慮に入れるのが好ましい。
【００４１】
初期ＴＤ測定値ＴＤ０は、ＴＡ調整前における特定のＭＴのＧＰ内における物理受信時間窓の初期位置を反映する。初期ＴＡ、すなわちＴＡ０は、ＴＡ０が首尾よく出された場合、物理受信時間窓を新たなタイミングずれ測定値ＴＤ１が反映する所望の位置に移動したＭＴで生ずる。初期ＴＡ，すなわちＴＡ０は、ＴＤ１＋ＴＡ０がＴＤ０にほぼ等しい場合は首尾よく行われたことになる。
【００４２】
ＭＴ送信のＴＡはＴＤ測定値が反映する次のＴＡ調整の成功まで一定のままである。例えば、初期成功コマンドＴＡ０はＭＴ送信のフレーム進めを８単位に設定し、次のＴＡコマンドＴＡ１はＭＴ送信の進めを３単位に変更するように指示できる。ＴＡ１の成功は、受信したＭＴ送信のＴＤ測定値の５単位後退に反映される。ＴＡ１が実行に成功しなかった場合は、ＭＴ送信のＴＡは８単位のままとなる。
【００４３】
ＴＡ調整が生じる時間を確定するために、本発明によるＴＡコマンドは、ＭＴがＴＡ調整を行うべき特定の無線フレームを指定する。従って、各ＴＡコマンド信号はＴＡデータと、ＭＴがＴＡコマンドを実行する特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号（ＣＦＮ）とを含む。
【００４４】
ＴＡ調整が必要であると判断すると、ＢＳコントローラは、図４で説明した周期的ＴＡフレーム番号利用の従来技術の調整方法で必要とされた遅延を伴うことなく、ＴＡコマンド信号を生ずる。ＭＴへの各ＴＡコマンドは、ＭＴがＴＡ調整を実行するフレームを特定するＣＦＮが表す特定のフレームを指示する。図７のシグナリング流れ図に示すとおり、ＢＳコントローラが時間Ｔ１において受信ＴＤ測定値に基づきＴＡ調整が必要と判断した場合、ＴＡコマンドを直ちに生成する。ＢＳコントローラ処理に伴う遅延は極めて短いので、時間Ｔ１は時間Ｔ２にほぼ等しい。このＴＡコマンドは、特定の無線フレームを指定するＣＦＮを時間Ｔ３に含み、この時点で図７に示すとおりＭＴがＴＡを実行する。ＢＳコントローラがＭＴ伝搬遅延およびＭＴ信号処理遅延を考慮に入れた時間でＴＡ調整を行い、またＭＴが送信したＣＦＮ特定ずみのフレームが補正ずみのＴＤでＢＳに到達するように行う。
【００４５】
ＢＳコントローラがＴＡ調整の行われるべきフレーム番号を指定しているので、ＢＳが受信したＣＦＮ指定時間スロットについてＢＳが行うＴ４におけるＴＤ測定は、ＭＴがＴＡを首尾よく実行したかどうかをＢＳコントローラに示す。ＢＳが受信したＣＦＮフレームのＴＤがＴＡコマンド信号により到達すべきタイミングに実質的に調整により変更された場合は、そのＴＡコマンドは成功したことになる。そうでない場合は、ＢＳコントローラはＴＡコマンド送信不首尾に迅速に対応でき、また時間Ｔ１以降にＢＳからの距離を大幅に変更したＭＴを新たなＴＡコマンド信号の発生により再調整するよう動作できる。
【００４６】
ＴＡ調整コマンド不首尾の例を図８に示す。このＴＡコマンドはＭＴで処理されず、そのためＴＡ調整済み信号はＭＴからＴ０にＣＦＮフレームで送信されることはない。従って、ＴＡコマンドで指定されたＣＦＮフレームの中で時間Ｔ１にＢＳが行ったＴＤ測定の測定値は、ＴＡ調整が行われたことを表示しない。その場合は、ＢＳコントローラは、時間Ｔ２に新たなＴＡコマンドを生成する。ＭＴおよびＢＳコントローラはＴＡ調整を既知のフレーム番号に同期させるために確定的方法を用いるので、上記新たなＴＡコマンド信号の生成にはほとんど時間を要しない。従って、時間Ｔ２は時間Ｔ１とほぼ同じである。
【００４７】
先行のＴＡコマンド内で指定されたフレーム番号についてのＴＤ測定値を受けるとＢＳコントローラは直ちに応答できるので、物理チャネル受信時間を超えることなく、または隣接時間スロットガードタイムを上書きすることなく、ＴＡコマンド生成のための時間を長くできる。その結果、ＴＡコマンドの所要頻度が低減され、ＴＡシグナリング機能のサポートに必要な物理リソースがそれだけ軽減される。
【００４８】
また、本発明はＢＳからの距離の変わったＭＴを、ＴＡコマンド不首尾の場合と迅速に区別することを可能にする。本発明方式におけるＢＳコントローラはＴＡを行うべき特定の無線フレームをＣＦＮ経由で指定するので、その特定の無線フレームについて受信したＴＤ測定値は、そのＴＡコマンドがＭＴで正しく受信され実行されたか否かを示す。従って、ＣＦＮ指定時間フレーム内で生ずる指定閾値外のＴＤ測定値はＴＡコマンド不首尾を通常示し、一方、それ以外の時間フレームの中のＴＤ測定値はＭＴ位置の変動を通常示す。受信したＣＦＮ指定時間フレームのＴＤ測定値がＭＴ移動に起因するものであっても、新たなＴＡ信号をそのＴＤ測定値に基づいて生成し、そのＭＴについて正確なＴＡを行うようにする。これは重要な機能である。すなわち、ＢＳコントローラが先行の不首尾ＴＡコマンド調整を把握しており、したがって、その不首尾ＴＡコマンドの繰返しを要することなく完全なＴＡコマンド調整ができるからである。
【００４９】
地理的位置の特定については、地理的位置算定装置が複数のＢＳによる対象ＭＴからの受信信号により高い信頼性で三角測量法を適用できる。対象ＭＴが通常の交信のためにＢＳと交信中である場合は、そのＢＳはＢＳコントローラの発生したＴＡコマンド信号をその対象ＭＴに通常送信する。本発明では、ＭＴ送信のＴＡは全無線フレームについて既知であるので、ＢＳの既知の位置と、最新の成功したＴＡコマンド信号のＴＡデータ（成功したＴＡコマンドがない場合は０）と、一つ以上のＢＳからのＴＤ測定値とに基づく慣用の三角測量法により地理的位置は容易に算出できる。ＴＡと二つのＢＳからのＴＤ測定値とに基づく三角測量法でも地理的位置の特定は可能であるが、ＴＤ測定値が少なくとも三つのＢＳから得られる場合は慣用の三角測量法の適用でも明確な地理的位置特定情報が得られる。
【００５０】
一つのＢＳのみを交信相手とするＴＤＤシステムにおけるＭＴはセル相互間の相対的フレーム受信時間差も測定する。セル受信時間差測定値と、ＢＳにおけるＴＤ測定値の反映する現在のセルからの距離の測定値とを組み合わせて、ＭＴのＴＡと単一のＢＳ ＴＤ測定値とに基づき地理的位置特定が可能になる。この計算において経路損測定値を利用することは周知である。
【００５１】
地理的位置特定要求を受けた場合は、地理的位置算定装置が、対象ＭＴから受信した送信信号のＢＳ ＴＤ測定値をそのＢＳからＴＤＤシステムの中の対象ＭＴとの一次交信中に収集するシステム時間フレーム、また慣用のＢＳ三角測量システムでは一つ以上のＢＳからも収集するシステム時間フレームを指定するのが好ましい。地理的位置は、その指定された時間フレームについて収集されたＴＤ測定値と、対象ＭＴが実行した最新の成功したＴＡコマンドが反映するＴＡとに基づいて算出する。従って、ＭＴの正確な地理的位置の特定を常に実行できる。すなわち、対象ＭＴのＴＡが、本発明に従って判定されるとおり、成功したＴＡコマンド信号から既知であるからである。
【００５２】
本発明を好適な実施例について上に説明してきたが、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で上記以外の変形が当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 移動端末におけるタイミング調整なしの無線フレーム受信および送信の概略的タイミング図。
【図１ｂ】 基地局におけるタイミング調整なしの無線フレーム受信および送信の概略的タイミング図。
【図２ａ】 移動端末におけるタイミング進め調整を伴う無線フレーム受信および送信の概略的タイミング図。
【図２ｂ】 基地局におけるタイミング進め調整を伴う無線フレーム受信および送信の概略的タイミング図。
【図３】 従来の時間スロットデータおよびガードタイム構成の説明図。
【図４】 周期的フレーム番号に基づく従来のタイミング調整方法のタイミング図。
【図５】 図４に示す従来の方法におけるタイミング調整コマンド不首尾および再送信のタイミング図。
【図６】 コマンド受信確認シグナリングを利用する別の従来のタイミング調整方法のタイミング図。
【図７】 本発明によるフレーム番号同期ずみ時間遅延測定およびタイミング調整のタイミング図。
【図８】 本発明によるタイミング調整不首尾からの回復のタイミング図。
【図９】 本発明により構成し通信システムの概略図。
【符号の説明】
ＵＬ アップリンク
ＤＬ ダウンリンク
ＴＳ 時間スロット
ＭＴ 移動端末
ＢＳ 基地局
ＧＰ ガードタイム（期間）
ＦＮ フレーム番号
ＴＤ タイミングずれ
ＴＡ タイミング進め
１０ 通信システム
１２ 基地局
１４ 移動端末
１６ ノードＢ
１７ 無線回線コントローラ（ＲＮＣ）
２０ 送受信装置
２２ アンテナシステム
２４ ＢＳ信号処理装置
２６ 送受信装置
２７ アンテナ
２８ ＭＴ信号処理装置
（産業上の利用分野）
本出願は２０００年４月６日提出の米国特許仮出願第６０／１９５，０８７号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、概括的にはデジタル通信システムに関する。さらに詳しくいうと、本発明は、無線伝搬遅延を補償するために時分割複信および時分割多元接続プロトコルでアップリンクおよびダウンリンク送信信号を同期化するためのシステムおよび方法に関する。また、移動端末の地理的位置の特定を容易にするシステムに関する。
【０００３】
（従来の技術）
提案中の第三世代（３Ｇ）無線プロトコルのうち、時分割複信（ＴＤＤ）方式および時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式は、割当てられた無線スペクトラムを、順次セルフレーム番号（ＦＮ）によって一義的に特定されるいわゆる反復無線フレームに分割する。各無線フレームを、複数の固有の番号付きの時間スロット（ＴＳ）にさらに再分割し、それら時間スロットをアップリンク（ＵＬ）送信またはダウンリンク（ＤＬ）送信に個別に割り当てる。
【０００４】
無線送信信号は送信機から受信機までの距離に伴う伝搬遅延を生じる。移動セルラー通信システムでは、これらの遅延は、移動端末（ＭＴ）と基地局（ＢＳ）との間の距離が変化するにつれて、時間的に変化する。通信信号を誤りなく受信するためには、受信のタイミングが受信機に既知でなければならない。
【０００５】
変化する伝搬遅延を補償し、受信タイミングを既知の状態に維持するために、送信信号のタイミングを周期的に調整する。送信信号タイミングの調整はＢＳではなくＭＴで行うが、これは多くのＭＴが共通のＢＳによってサポートされ、また各ＭＴの伝搬遅延が距離に応じて異なるためである。ＢＳダウンリンク無線フレーム送信は時間的に変化せず、アップリンク無線フレーム伝送の同期化のためにＭＴが利用する。
【０００６】
ＭＴは、伝搬遅延を受けたＢＳダウンリンク伝送信号に同期する。ＭＴアップリンク送信信号もダウンリンク送信信号の受けた伝搬遅延にほぼ等しい伝搬遅延を生じる。ＢＳで受信されるアップリンク送信信号は、ダウンリンク伝搬遅延とアップリンク伝搬遅延との和の遅延を伴う。ＭＴにおける無線フレーム受信（ＤＬ）およびそれに応答する無線フレーム送信（ＵＬ）をタイミング調整前について図１ａに示す。図１ａは、ＭＴが受信したＢＳ送信ＤＬ時間スロット（ＴＳ）と、その直後のＭＴ送信ＵＬ時間スロット（ＴＳ）とを示す。タイミング調整を施す前の基地局における送信無線フレーム（ＤＬ）および受信無線フレーム（ＵＬ）を図１ｂに示す。図１ｂは、一つのＭＴ送信ＵＬ時間スロットと、その直後のＢＳ送信ＤＬ時間スロットとを示す。
【０００７】
図１ａに示すとおり、ＭＴはダウンリンク受信時間スロットをＴ１に同期させ、その直後に自局からのアップリンク送信を開始する。図１ｂに示すとおり、ＢＳによるダウンリンク時間スロット（ＴＳ）送信の開始は時間Ｔ２で行われ、ＢＳが受信する直前のアップリンク時間スロット（ＴＳ）の末尾は時間Ｔ３で生ずる。時間Ｔ２とＴ３との間の差をタイミングずれ（ＴＤ）といい、アップリンク伝搬遅延とダウンリンク伝搬遅延との和に等しい。
【０００８】
ＢＳでアップリンク送信とダウンリンク受信とを同期させるためにアップリンク時間スロット送信時間を調整するようにＭＴに指示する目的でＴＤを測定し利用する。ＭＴはダウンリンク伝搬遅延をすでに受けた受信ダウンリンク時間スロットに同期しているので、ＭＴはアップリンク伝搬遅延とダウンリンク伝搬遅延との和ＴＤだけアップリンク時間スロットの送信のタイミングを進めなければならない。これは、タイミング進め（ＴＡ）と呼ばれ、次式で定義される。
【式１】
Ｔ３−Ｔ２＝ＴＤ＝ＵＬ伝搬遅延＋ＤＬ伝搬遅延＝ＴＡ
ＭＴにおける無線フレーム受信（ＤＬ）および応答送信をＴＡ調整ずみの状態で図２ａに示す。図２ａはＭＴにおけるＢＳ送信ＤＬ時間スロットと、それに続く時間進めずみのＭＴ送信ＵＬ時間スロットとを示す。基地局における無線フレーム送信（ＤＬ）および無線フレーム受信（ＵＬ）をＴＡ調整ずみの状態で図２ｂに示す。図２ｂは、ＭＴにおける一つのＢＳ送信ＤＬ時間スロットと、その直後に続く時間進めずみのＭＴ送信ＵＬ時間スロットとを示す。
【０００９】
ＭＴは、ＴＡコマンドに従ってＵＬ時間スロット送信を時間Ｔ５から時間Ｔ４に進めたのである。時間Ｔ５における受信時間スロットはすでにＤＬ伝搬遅延を受けているので、新たなＭＴ時間スロット送信時間Ｔ４は、予測ＵＬ伝搬遅延だけ進めたＢＳ受信ＵＬ時間スロットの受信時間Ｔ６と同期する。
【式２】
Ｔ４＝Ｔ５−ＴＡ（ＵＬ伝搬遅延とＤＬ伝搬遅延の和）
【式３】
Ｔ５＝Ｔ６（ＢＳの次の時間スロット）＋ＤＬ伝搬遅延
【式４】
Ｔ４＝Ｔ６（ＢＳの次の時間スロット）−ＵＬ伝搬遅延
従って、ＭＴ送信のＴＡ調整により、ＢＳにおけるＵＬ時間スロットとＤＬ時間スロットの同期が得られる。
【００１０】
ＢＳコントローラは算出ずみのＴＡに従ってアップリンク送信タイミングを調整するようにＭＴに指示する。ＢＳコントローラが生成するＴＡ調整のためのＭＴコマンドはかなりの量の物理リソースを必要とするが、シグナリングオーバヘッドを最小限に抑えるには、ＢＳコントローラによるＴＡ調整コマンドの生成の頻度をできるだけ減らすことが重要である。
【００１１】
各無線フレームの中で各時間スロットの送信データ相互間に時間スロット長よりもずっと短いガードタイム（ＧＰ）を挿入することによってこれを達成する。従来の時間スロット構成を図３に示す。ＧＰは、ＢＳおよびＭＴのいずれにおいても送信と受信との同時発生を防ぐ。ＧＰよりも実質的に小さい「物理受信時間窓」で許容タイミングずれを決める。この物理受信時間窓をＭＴ伝搬遅延の変化に応じてＧＰ内でシフトさせる。
【００１２】
ＴＤ測定値はＧＰ内の物理受信時間窓の位置を反映する。ＴＡはＧＰ内の物理受信時間窓の補正のためのシフトを行う。ＭＴおよびＢＳの両方におけるＴＡ調整を同期させることは、ＢＳ受信窓もシフトするので重要である。従来、ＢＳコントローラが各ＭＴについて互いに独立にＴＤを連続的にモニタし、許容物理受信時間窓を逸脱する前にＴＡコマンドを生成する構成にしていた。
【００１３】
ＴＡコマンドの生成の頻度を下げるために用いた論理は、無線送信が達成されなかった場合にＴＡコマンドのＭＴによる受信ができないという可能性も考慮しなければならない。したがって、ＭＴがＴＡ調整を行わなかった場合はそれを高速にしかも確実に検出する方法を必要とする。
【００１４】
ＴＤおよびＴＡはＭＴの位置の算定にも利用できる。伝搬遅延はＭＴとＢＳとの間の距離と同等であるので、特定のＭＴについて複数のＢＳからのＴＤが把握できればそのＭＴの位置を三角測量法により算出できる。
【００１５】
上記受信窓の維持、シグナリングオーバヘッドの最小化および地理的位置を考慮して正確なＴＡ信号を生成するには、ＴＤ測定の対象とした時間スロットについてのＴＡを把握することが重要である。本願出願人は、これを達成するための一つの方法として、特別に特定したフレーム内でＭＴにＴＡが効果を生じることを可能にする方法があることを認識した。
【００１６】
ＭＴにおけるＴＡ調整とＢＳにおけるＴＤ測定とを特定の順次無線フレームに調和させる必要性は充足が難しい。すなわち、ＢＳ生成ＴＡコマンドのＭＴにおける受信および処理のタイミングはＢＳコントローラには把握されないからである。一つの従来の方法は、周期的なフレーム相互間境界だけで調整を可能にするやり方である。無線フレームは順次に番号を付けられているので、周期的な順次フレーム番号が従来利用されているのである。しかし、次の周期のＴＤ測定に先立ってＴＡコマンドを確実に処理できるようにするには、上記周期を大きくする必要がある。
【００１７】
プロセス整合に必要なＴＡフレーム番号期間を定めるには、ＢＳコントローラにおけるＴＡコマンド生成とＭＴにおける処理との間の最悪時の潜伏時間を用いなければならない。すなわち、次のＴＡフレーム番号でＴＡ調整を保証するのに必要な最短時間を用いる必要がある。この場合、ＢＳコントローラは先行ＴＡフレーム番号期間の直後に手順を開始する必要がある。その結果、ＴＡ順次フレーム番号期間の二つ分までのＴＡ調整遅延が実効的に生じる。
【００１８】
図４に示すとおり、ＴＡ調整コマンドのＢＳにおける生成からＭＴにおける処理までの最悪時の潜伏時間は、ＴＡフレーム番号相互間の時間である。ＢＳは、ＴＡコマンドの発生をＴＡフレーム番号１よりも後の時間（Ｔ１）およびＴＡフレーム番号２よりも前の時間（Ｔ２）で行う必要があることを判定する。ＭＴとＢＳとの間でＴＡを生じる時間的整合を確実にするには、ＢＳは先行のフレーム番号の期間が経過するまで待って要求を時間（Ｔ３）に生成する必要がある。その結果、時間Ｔ１でＴＡ要求が認識されると、ＴＡ調整を整合させるための遅延は一つのフレーム番号ＴＡ期間よりも大きくなり、時間Ｔ２では遅延は二つのフレーム番号ＴＡ期間よりも小さくなる。
【式５】
（ＦＮ ＴＡ期間）＜（ＴＡ調整のための実際の時間）＜（２（ＦＮ ＴＡ期間））
本出願人は、特定フレーム番号ＴＡ期間を利用してＴＡ整合を行うこの方法は、ＴＡ遅延を生ずるものの、その遅延は回避できることを認識した。例えば、遅延は無線送信不首尾により生じ得る。その場合、新たなＴＡ調整コマンドを再生成できるように、ＢＳコントローラ内で送信不首尾をできるだけ速やかに検出する必要がある。上記フレーム番号ＴＡ期間手法を利用すると、ＢＳコントローラは、ＴＡコマンド再生成の必要があるかどうかの判定のために、予想ＴＡ調整よりも後の後続のＴＤ測定を待つ。この場合を図５に示す。
【００１９】
図５に示した従来例では、ＢＳコントローラは、時間Ｔ０における補正のためのＴＤの受信のあと、ＴＡ調整が行われなかったことを示す後続のＴＤ測定を時間Ｔ１で待たなければならない。このシグナリング方法の難点は、どのＴＤ測定値がＴＡ調整不首尾を示すのかをＢＳコントローラが正確に把握していないことである。その結果、ＢＳコントローラは、ＴＡコマンドを最少限に抑えるために、最悪時のＴＡ調整遅延を待ってから、受信ＴＤ測定値に基づいてＴＡコマンドを再生成しなければならない。
【００２０】
もう一つの従来の方法では、図６に示すとおりＭＴに各ＴＡコマンドを受信確認させる。この例では、ＴＡ受信確認時のタイムアウトに応答してＴＡコマンド再送信を行う。ＴＡ調整不首尾は、ＴＡフレーム番号期間の満了を待つよりも速やかに認識される。しかし、より高速なこの回復では、全てのコマンドの受信確認を行うので、約２倍のシグナリングを必要とする。主な目的はＴＡコマンド頻度を下げることであるので、これは望ましくない。
【００２１】
従って、コマンドシグナリング要件を厳しくすることなく高速で効率的な無線フレームタイミングの調整を可能にするシステムおよび方法が必要とされる。
【００２２】
（発明の概要）
本発明は、タイミングずれ（ＴＤ）測定からタイミング進み（ＴＡ）調整までの潜伏時間を短くするシステムおよび方法を対象とする。本発明は、送信不首尾または移動端末信号伝搬遅延をより高速に検出し補正できるように、タイミング進み（ＴＡ）コマンドおよびタイミングずれ（ＴＤ）測定値を整合させる確定論的手順を用いる。タイミング進みコマンドの頻度を効率的に下げることによりシグナリングオーバヘッドを最小限に抑え無線リソース効率を最大にする。この動作を、ＴＡコマンドに接続フレーム番号（ＣＦＮ）を挿入し、タイミング進め（ＴＡ）調整のための特定の無線フレームを指定することによって達成する。これによって、タイミングずれ（ＴＤ）測定が誤って処理される可能性は最小限に抑えられる。すなわち、ＭＴによるＴＡ調整を行うべきＣＦＮ指定ずみの無線フレームについてのＢＳにおけるＴＤ測定がＴＡの実際の調整が完了したか否かを反映するからである。
【００２３】
好適な通信システムは、順次番号を付けたシステム無線フレームを有する無線フレームフォーマットの利用により、基地局（ＢＳ）／移動端末（ＭＴ）無線双方向通信をサポートする。システムＢＳは、選択的にフォーマットされた通信データをシステム無線フレームでＭＴに送信する送信機と、システム無線フレームでＭＴから通信データを受信する受信機とを有する。ＢＳ受信機は、被選択ＭＴから受信した通信データの無線フレームのタイミングずれ（ＴＤ）を測定する関連のプロセッサを有する。
【００２４】
通常、ＴＤ測定値を全ての無線フレームについてモニタする。ＢＳプロセッサは、各順次フレーム番号と無線フレーム内で受信した送信信号の各ＴＤ測定とを関連づけて、各測定値に関連した時間を確立する。タイミング進め（ＴＡ）コマンドは、ＢＳによるＭＴへの送信のためのＴＡ調整コマンドを与えるＢＳに関連したＢＳコントローラによって生成される。ＴＡ調整コマンド発生器は直近の成功したＴＡコマンド調整と被選択ＭＴ用のＴＤ測定値とに基づいて算出したＴＡ調整値を含むＴＡ調整コマンドを生成する。また、ＴＡ調整コマンドは、被選択ＭＴがタイミング調整を行うべき特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号（ＣＦＮ）も含む。
【００２５】
被選択ＭＴから受信した送信信号の被測定ＴＤが被選択タイミング同期範囲、すなわちＴＤ閾値内に入らない場合は、ＴＡ信号発生器はその被選択ＭＴ用のＴＡ信号のみを発生するのが好ましい。このようなＴＤ閾値は、好ましくは、ＭＴおよびＢＳの上記の物理受信時間窓と相関するように選択される。
【００２６】
ＢＳコントローラが被選択ＭＴにＴＡ調整コマンドを送信したのち、被送信ＴＡコマンド信号のＣＦＮで指定されたフレーム内で被選択ＭＴから受信された通信データについて測定したＴＤ測定値を解析し、ＴＡ調整を行ったかどうか、新たなＴＡコマンドが必要かどうかを判定する。通常、新たなＴＡコマンドは先行のＴＡコマンドによる被選択ＭＴのＴＡ調整が不首尾に終わった場合だけ必要とされる。それ以外の場合はＣＦＮフレームのＴＤ測定値は、ＴＡコマンドにより生ずるはずの値を実質的に同じ量だけ変更され、ＴＤ閾値内に入る。
【００２７】
好ましい移動端末（ＭＴ）は、選択的にフォーマットした通信信号データをＭＴプロセッサにより同期ずみのシステム無線フレームでＢＳに送信する送信機と、システム無線フレームでＢＳから通信信号データを受信する受信機とを有する。ＭＴプロセッサは、受信ＴＡコマンドのＣＦＮ内で指定された無線フレームで始まる受信ＴＡ調整コマンド内のＴＡデータに応答して、関連ＭＴ送信機の送信のタイミングを調整する。
【００２８】
また、この通信システムは、ＢＳに関連づけられるＭＴの物理的位置を算定する地理的位置算出器を含む。慣用の三角測量法を利用する際に二つ以上のＢＳが対象のＭＴから指定のシステム無線フレームで受信した通信信号データについてＴＤを測定する。しかし、ＭＴの地理的位置の算出のためにＴＤ測定値を用いただけではＭＴ信号がＴＤ調整ずみである場合は、正確な結果は得られない。本発明では、ＭＴの送信のＴＡはほぼ全ての無線フレームについて既知である。すなわち、実際のＴＡはＭＴに問題なく送信された最新のＴＡコマンド信号のＴＡであるからである。各ＣＦＮ指定無線フレームのＴＤを推算するので、ＴＡコマンド送信の不首尾はそのＣＦＮフレームについてのＴＤ測定値の検査（ほぼ瞬時に行われる）により直ちに判明する。成功したＴＡコマンドについてそのＴＡ値をそのＣＦＮの指定するフレームおよび後続フレームで次の成功ＴＡコマンドのＣＦＮ識別フレームまで地理的位置計算に用いる。従って、地理的位置算定は、実行ずみであることが判明しているＴＡコマンドデータに基づき任意の無線フレームについて行うことができる。
【００２９】
また、本発明は、ＢＳで通信信号データを互いに同期させる方法を提供する。通信信号データを対象のＭＴからＢＳが受信した識別ずみの無線フレームでタイミングずれ（ＴＤ）を測定する。その対象ＭＴから受信した送信信号のＴＤ測定値が所定のタイミング同期範囲内に入らなかった場合は、ＴＡコマンド信号を生成する。そのＴＡコマンド信号は、ＴＤ測定値に基づいて計算したＴＡデータを含む。また、ＴＡコマンド信号は、対象のＭＴがタイミング調整を実行するために特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号ＣＮＦを含む。ＴＡコマンド信号は、対象のＭＴに送信する。そのＴＡコマンド信号を対象のＭＴが受信すると、そのＭＴの通信信号データ送信のタイミングをＴＡデータに基づき受信ＴＡコマンド信号のＣＦＮ指定無線フレームから始めて調整する。ＴＡコマンド信号の送信先である対象ＭＴから受信したデータのＴＤを被送信ＴＡコマンド信号のＣＦＮ内で指定した無線フレームについて検査し、ＴＡコマンドが対象ＭＴで実行されたことを確認する。好ましくは、ＴＡコマンド信号発生、送信および関連のＴＤ検査を、ＣＦＮ無線フレームで対象ＭＴから受信した送信信号のＴＤが所定のタイミング同期範囲内に入らない場合、あるいはＴＡ調整にほぼ等しい量だけ変化しない場合は反復する。すなわち、その場合は対象のＭＴによる送信ずみのＴＡコマンドの実行が不首尾に終わっていたと見られるからである。
【００３０】
また、本発明は通信システムにおいて移動端末（ＭＴ）の地理的位置を特定する方法の実施を容易にする。本方法は、対象のＭＴからＢＳが受信した信号のＴＤ測定値がＴＤ閾値を超えた場合に、タイミング進め（ＴＡ）コマンド信号をその対象のＭＴに伝達することにより、ＭＴタイミング調整を実行することを含む。ＴＡコマンド信号は、ＴＡデータと、特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号ＣＦＮとを含む。被選択ＭＴによる通信信号データ送信のタイミング調整を、ＣＦＮ指定無線フレームの中のＴＡコマンド信号のＴＡデータに基づいて行う。ＴＡコマンド信号のＣＦＮ指定無線フレームで被選択ＭＴから受信した通信データのＴＤをその被選択ＭＴにより各ＴＡコマンド信号の実行が首尾よく行われたか否かを判定し、それによりその被選択ＭＴの実際のＴＡを確実に既知にするように検査する。対象のＭＴから一つ以上のＢＳが被選択無線フレームについて受信した送信信号のタイミングずれ（ＴＤ）測定値を収集する。首尾よく実行された最新のＴＡコマンド信号のＴＡデータと、被選択無線フレームについてのＢＳによるＴＤ測定値とを被選択ＭＴの地理的位置の算出に用いる。
【００３１】
本システムおよび本方法の上記以外の目的および利点は、本発明の詳細な説明を参照することにより当業者には明白になろう。
【００３２】
（好適な実施例の説明）
全図を通じて同じ構成要素には同じ参照番号を付けて示した図面を参照して実施例を説明する。
【００３３】
図９を参照すると、複数の移動端末（ＭＴ）１４と、それら端末との間で無線通信を行う複数の基地局（ＢＳ）１２とから成る通信システム１０が示してある。各ＢＳは、通常地理的に互いに重複した領域を有するセルの中の複数のＭＴと無線通信を行う。ＭＴ１４が重複領域の中にある場合は、通常は最も強い信号伝送リンクを有するＢＳがそのＭＴ１４と双方向通信を行う。もう一つのＢＳの信号伝送リンクがより強くなり始めると、交信の「ハンドオフ」が行われる。「ハンドオフ」を実行するための所望のパラメータおよび手順はこの技術分野で周知である。
【００３４】
上記３Ｇ無線プロトコルなどの好適なシステムでは、一つ以上のＢＳと物理接続または論理接続したノードＢ１６を設ける。これらノードＢの接続先である無線回線網コントローラ（ＲＮＣ）１７がＢＳを制御し、通信システム１０経由の交信を調整する。複数のＲＮＣ１７によって、拡張システムの中の互いに異なるＢＳグループについての交信の調整を行う。これらＲＮＣ１７は、ノードＢの中のＢＳを制御するＢＳコントローラを含む。ＲＮＣ１７はＭＴ地理的位置特定装置を含むのが好ましいが、地理的位置特定装置をＲＮＣ１７の中に備えることは必要条件ではない。
【００３５】
各ＢＳ１２は関連のアンテナシステム２２とＢＳ信号処理回路２４とを備える送受信機２０を含む。各ＭＴ１４は関連のアンテナ２７とＭＴ信号処理回路２８とを備える送受信機２６を含む。これら送受信機の代わりに、ＢＳ送信機、ＢＳ受信機、ＭＴ送信機およびＭＴ受信機を個別の構成要素としてＢＳおよびＭＴにそれぞれ設けることもできる。
【００３６】
ダウンリンク通信信号（ＤＬ）は、ＢＳ信号処理回路２４で処理し、ＢＳ送受信装置２０経由でＢＳアンテナシステム２２から送信し、ＭＴ１４がそれを受信する。アップリンク通信信号（ＵＬ）は、ＭＴ１４から送信し、複数のＢＳ１２がＢＳアンテナシステム２２およびＢＳ送受信装置２０経由でそれを受信する。
【００３７】
ＢＳ信号処理回路２４は無線ＢＳ／ＭＴ通信信号を、複数の時間スロットを有する無線フレームフォーマット、すなわちＲＮＣ１７の制御下にある全ＢＳにわたるシステム全体で用いられるフレームフォーマットにフォーマット化する。そのためにＲＮＣとノードＢとの間で調整を行うのが好ましい。
【００３８】
無線フレームフォーマットの中では、各無線フレームに順次番号を割り当て、それによって上記信号処理回路が無線ＢＳ／ＭＴ通信信号の中の特定のシステムフレームを識別できるようにしている。ＢＳ信号処理回路２４は受信時間遅延（ＴＤ）を測定するように構成してあり、各ＴＤ測定値を受信ＭＴ送信信号、すなわちアップリンク通信信号のそれぞれの無線フレームで識別できるようにしている。これら無線フレームの順次フレーム番号をこの目的に用いる。
【００３９】
ＢＳはＴＤデータ、すなわちＢＳが記録したＴＤ測定値データと、ＵＬ測定値送信を行ったＭＴの識別番号と、ＵＬ測定値送信を受信したシステム無線フレーム番号とを好ましくは含むＴＤデータをＲＮＣ１７のＢＳコントローラに供給する。このＴＤ測定値データが指定の閾値を超えた場合は、ＢＳコントローラはそれぞれのＭＴへのＴＡコマンドを生ずる。ＴＤ測定値データを供給した測定中のＢＳを基準としたＭＴの動きの方向および速度の算定には、慣用のアルゴリズムを用いる。
【００４０】
通信信号時間スロットには、所定長のガードタイムを設け、この期間内で物理受信時間窓を動かせるようにするのが好ましい。ＴＤ閾値をその物理受信時間窓よりも少し短くし、調整不首尾と、不首尾の検出および調整再試行のための時間とを考慮に入れるのが好ましい。
【００４１】
初期ＴＤ測定値ＴＤ０は、ＴＡ調整前における特定のＭＴのＧＰ内における物理受信時間窓の初期位置を反映する。初期ＴＡ、すなわちＴＡ０は、ＴＡ０が首尾よく出された場合、物理受信時間窓を新たなタイミングずれ測定値ＴＤ１が反映する所望の位置に移動したＭＴで生ずる。初期ＴＡ，すなわちＴＡ０は、ＴＤ１＋ＴＡ０がＴＤ０にほぼ等しい場合は首尾よく行われたことになる。
【００４２】
ＭＴ送信のＴＡはＴＤ測定値が反映する次のＴＡ調整の成功まで一定のままである。例えば、初期成功コマンドＴＡ０はＭＴ送信のフレーム進めを８単位に設定し、次のＴＡコマンドＴＡ１はＭＴ送信の進めを３単位に変更するように指示できる。ＴＡ１の成功は、受信したＭＴ送信のＴＤ測定値の５単位後退に反映される。ＴＡ１が実行に成功しなかった場合は、ＭＴ送信のＴＡは８単位のままとなる。
【００４３】
ＴＡ調整が生じる時間を確定するために、本発明によるＴＡコマンドは、ＭＴがＴＡ調整を行うべき特定の無線フレームを指定する。従って、各ＴＡコマンド信号はＴＡデータと、ＭＴがＴＡコマンドを実行する特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号（ＣＦＮ）とを含む。
【００４４】
ＴＡ調整が必要であると判断すると、ＢＳコントローラは、図４で説明した周期的ＴＡフレーム番号利用の従来技術の調整方法で必要とされた遅延を伴うことなく、ＴＡコマンド信号を生ずる。ＭＴへの各ＴＡコマンドは、ＭＴがＴＡ調整を実行するフレームを特定するＣＦＮが表す特定のフレームを指示する。図７のシグナリング流れ図に示すとおり、ＢＳコントローラが時間Ｔ１において受信ＴＤ測定値に基づきＴＡ調整が必要と判断した場合、ＴＡコマンドを直ちに生成する。ＢＳコントローラ処理に伴う遅延は極めて短いので、時間Ｔ１は時間Ｔ２にほぼ等しい。このＴＡコマンドは、特定の無線フレームを指定するＣＦＮを時間Ｔ３に含み、この時点で図７に示すとおりＭＴがＴＡを実行する。ＢＳコントローラがＭＴ伝搬遅延およびＭＴ信号処理遅延を考慮に入れた時間でＴＡ調整を行い、またＭＴが送信したＣＦＮ特定ずみのフレームが補正ずみのＴＤでＢＳに到達するように行う。
【００４５】
ＢＳコントローラがＴＡ調整の行われるべきフレーム番号を指定しているので、ＢＳが受信したＣＦＮ指定時間スロットについてＢＳが行うＴ４におけるＴＤ測定は、ＭＴがＴＡを首尾よく実行したかどうかをＢＳコントローラに示す。ＢＳが受信したＣＦＮフレームのＴＤがＴＡコマンド信号により到達すべきタイミングに実質的に調整により変更された場合は、そのＴＡコマンドは成功したことになる。そうでない場合は、ＢＳコントローラはＴＡコマンド送信不首尾に迅速に対応でき、また時間Ｔ１以降にＢＳからの距離を大幅に変更したＭＴを新たなＴＡコマンド信号の発生により再調整するよう動作できる。
【００４６】
ＴＡ調整コマンド不首尾の例を図８に示す。このＴＡコマンドはＭＴで処理されず、そのためＴＡ調整済み信号はＭＴからＴ０にＣＦＮフレームで送信されることはない。従って、ＴＡコマンドで指定されたＣＦＮフレームの中で時間Ｔ１にＢＳが行ったＴＤ測定の測定値は、ＴＡ調整が行われたことを表示しない。その場合は、ＢＳコントローラは、時間Ｔ２に新たなＴＡコマンドを生成する。ＭＴおよびＢＳコントローラはＴＡ調整を既知のフレーム番号に同期させるために確定的方法を用いるので、上記新たなＴＡコマンド信号の生成にはほとんど時間を要しない。従って、時間Ｔ２は時間Ｔ１とほぼ同じである。
【００４７】
先行のＴＡコマンド内で指定されたフレーム番号についてのＴＤ測定値を受けるとＢＳコントローラは直ちに応答できるので、物理チャネル受信時間を超えることなく、または隣接時間スロットガードタイムを上書きすることなく、ＴＡコマンド生成のための時間を長くできる。その結果、ＴＡコマンドの所要頻度が低減され、ＴＡシグナリング機能のサポートに必要な物理リソースがそれだけ軽減される。
【００４８】
また、本発明はＢＳからの距離の変わったＭＴを、ＴＡコマンド不首尾の場合と迅速に区別することを可能にする。本発明方式におけるＢＳコントローラはＴＡを行うべき特定の無線フレームをＣＦＮ経由で指定するので、その特定の無線フレームについて受信したＴＤ測定値は、そのＴＡコマンドがＭＴで正しく受信され実行されたか否かを示す。従って、ＣＦＮ指定時間フレーム内で生ずる指定閾値外のＴＤ測定値はＴＡコマンド不首尾を通常示し、一方、それ以外の時間フレームの中のＴＤ測定値はＭＴ位置の変動を通常示す。受信したＣＦＮ指定時間フレームのＴＤ測定値がＭＴ移動に起因するものであっても、新たなＴＡ信号をそのＴＤ測定値に基づいて生成し、そのＭＴについて正確なＴＡを行うようにする。これは重要な機能である。すなわち、ＢＳコントローラが先行の不首尾ＴＡコマンド調整を把握しており、したがって、その不首尾ＴＡコマンドの繰返しを要することなく完全なＴＡコマンド調整ができるからである。
【００４９】
地理的位置の特定については、地理的位置算定装置が複数のＢＳによる対象ＭＴからの受信信号により高い信頼性で三角測量法を適用できる。対象ＭＴが通常の交信のためにＢＳと交信中である場合は、そのＢＳはＢＳコントローラの発生したＴＡコマンド信号をその対象ＭＴに通常送信する。本発明では、ＭＴ送信のＴＡは全無線フレームについて既知であるので、ＢＳの既知の位置と、最新の成功したＴＡコマンド信号のＴＡデータ（成功したＴＡコマンドがない場合は０）と、一つ以上のＢＳからのＴＤ測定値とに基づく慣用の三角測量法により地理的位置は容易に算出できる。ＴＡと二つのＢＳからのＴＤ測定値とに基づく三角測量法でも地理的位置の特定は可能であるが、ＴＤ測定値が少なくとも三つのＢＳから得られる場合は慣用の三角測量法の適用でも明確な地理的位置特定情報が得られる。
【００５０】
一つのＢＳのみを交信相手とするＴＤＤシステムにおけるＭＴはセル相互間の相対的フレーム受信時間差も測定する。セル受信時間差測定値と、ＢＳにおけるＴＤ測定値の反映する現在のセルからの距離の測定値とを組み合わせて、ＭＴのＴＡと単一のＢＳ ＴＤ測定値とに基づき地理的位置特定が可能になる。この計算において経路損測定値を利用することは周知である。
【００５１】
地理的位置特定要求を受けた場合は、地理的位置算定装置が、対象ＭＴから受信した送信信号のＢＳ ＴＤ測定値をそのＢＳからＴＤＤシステムの中の対象ＭＴとの一次交信中に収集するシステム時間フレーム、また慣用のＢＳ三角測量システムでは一つ以上のＢＳからも収集するシステム時間フレームを指定するのが好ましい。地理的位置は、その指定された時間フレームについて収集されたＴＤ測定値と、対象ＭＴが実行した最新の成功したＴＡコマンドが反映するＴＡとに基づいて算出する。従って、ＭＴの正確な地理的位置の特定を常に実行できる。すなわち、対象ＭＴのＴＡが、本発明に従って判定されるとおり、成功したＴＡコマンド信号から既知であるからである。
【００５２】
本発明を好適な実施例について上に説明してきたが、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で上記以外の変形が当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 移動端末におけるタイミング調整なしの無線フレーム受信および送信の概略的タイミング図。
【図１ｂ】 基地局におけるタイミング調整なしの無線フレーム受信および送信の概略的タイミング図。
【図２ａ】 移動端末におけるタイミング進め調整を伴う無線フレーム受信および送信の概略的タイミング図。
【図２ｂ】 基地局におけるタイミング進め調整を伴う無線フレーム受信および送信の概略的タイミング図。
【図３】 従来の時間スロットデータおよびガードタイム構成の説明図。
【図４】 周期的フレーム番号に基づく従来のタイミング調整方法のタイミング図。
【図５】 図４に示す従来の方法におけるタイミング調整コマンド不首尾および再送信のタイミング図。
【図６】 コマンド受信確認シグナリングを利用する別の従来のタイミング調整方法のタイミング図。
【図７】 本発明によるフレーム番号同期ずみ時間遅延測定およびタイミング調整のタイミング図。
【図８】 本発明によるタイミング調整不首尾からの回復のタイミング図。
【図９】 本発明により構成し通信システムの概略図。
【符号の説明】
ＵＬ アップリンク
ＤＬ ダウンリンク
ＴＳ 時間スロット
ＭＴ 移動端末
ＢＳ 基地局
ＧＰ ガードタイム（期間）
ＦＮ フレーム番号
ＴＤ タイミングずれ
ＴＡ タイミング進め
１０ 通信システム
１２ 基地局
１４ 移動端末
１６ ノードＢ
１７ 無線回線コントローラ（ＲＮＣ）
２０ 送受信装置
２２ アンテナシステム
２４ ＢＳ信号処理装置
２６ 送受信装置
２７ アンテナ
２８ ＭＴ信号処理装置
Claims (7)
- 順次特定されるシステム無線フレームを有する無線フレームフォーマットの利用により無線通信をサポートする通信システムのための移動端末（ＭＴ）であって、前記移動端末（ＭＴ）が、送信機と、関連のプロセッサすなわちそのプロセッサによって同期したシステム無線フレーム内で選択的にフォーマットされた通信信号データを送信するための関連のプロセッサと、システム無線フレーム内で通信信号データを受信する受信機とからなる移動端末（ＭＴ）において、
前記ＭＴが、ＴＡデータと、ＭＴによるタイミング調整を実行するための特定の無線フレームを指定する接続フレーム番号（ＣＦＮ）とを含むタイミング進め（ＴＡ）コマンド信号を受信し、
前記ＭＴプロセッサが、受信したＴＡコマンド信号のＣＦＮにより指定された無線フレームから始めて、前記受信ＴＡコマンド信号の中のＴＡ信号データに応答して前記ＭＴプロセッサからの通信信号データのタイミングを調整すること
を特徴とする移動端末（ＭＴ）。 - 順次特定されるシステム無線フレームを有する時間フレームフォーマットを使用する基地局との無線通信をサポートする移動端末であって、
タイミング前進データと、タイミング調整を実行するための特定のフレームを指定する接続フレーム番号とを含むタイミング前進信号を受信するように構成されている受信機と、
送信機および関連のプロセッサを含み、前記送信機が、選択的にフォーマットされた通信データを、前記プロセッサによって同期化されたシステム時間内で基地局に送信するように構成され、
前記プロセッサが、受信したタイミング前進信号の接続フレーム番号において指定された時間フレームから始めて、前記受信したタイミング前進信号の中のタイミング前進データに応答して前記送信機の送信のタイミングを調整するように構成されている
ことを特徴とする移動端末。 - 移動端末であって、
受信機と、送信機と、関連のプロセッサとを含み、
前記受信機が、タイミング前進データと、タイミング調整を実行するための特定の時間フレームを指定する情報とを含むタイミング前進信号を受信するように構成され、
前記送信機が、選択的にフォーマットされた無線通信信号を、前記プロセッサによって同期化した指定済みの時間フレーム内で送信するように構成され、
前記プロセッサが、受信したタイミング前進信号の接続フレーム番号において指定された時間フレームから始めて、前記受信したタイミング前進信号の中のタイミング前進データに応答して前記送信機の送信のタイミングを調整するように構成されている
ことを特徴とする移動端末。 - 前記受信機および送信機は、それぞれ、番号が付けられたフレームと、タイミング調整を実行するために特定の無線フレームを指定するタイミング前進信号に含まれる情報とで受信しおよび送信するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の移動端末。
- 移動端末によって無線通信信号を同期化する方法であって、
タイミング前進データと、タイミング調整を実行するために特定の時間フレームを指定する情報とを含むタイミング前進信号を受信する過程と、
受信したタイミング前進信号により指定された特定の時間フレームから開始するタイミング前進信号内のタイミング前進データに応答して、前記移動端末の無線通信信号の送信を調整する過程と
を含むことを特徴とする方法。 - 無線通信信号の受信および送信は、前記番号が付けられた時間フレームに対して行われ、タイミング調整を実行するために特定の時間フレームを指定するタイミング前進信号に含まれる情報は、接続フレーム番号であることを特徴とする請求項５記載の方法。
- 移動端末が、順次特定されるシステム時間フレームを有する時間フレームフォーマットを利用する基地局との双方向通信で移動端末から基地局へのアップリンク送信を同期化する方法であって、
タイミング前進データと、タイミング調整を実行するために特定のフレームを指定する接続フレーム番号とを含むタイミング前進信号を受信する過程と、
前記受信したタイミング前進信号の接続フレーム番号で指定された時間フレームから開始する受信済みのタイミング前進信号内のタイミング前進データに応答して、アップリンク送信のタイミングを調整する過程と
を含むことを特徴とする方法。
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