JP5265715B2 - タイミング前進およびタイミング偏差の同期化 - Google Patents

Description

本出願は、２０００年４月６日に出願された米国出願仮出願番号６０／１９５，０８７号の優先権を主張する。

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二重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伝送を同期化するためのシステムおよび方法に関する。更なる効果として、本システムは移動端末の地理的位置の特定を容易にする。

提唱される第三世代（３Ｇ）ワイヤレス・プロトコルのうち、時分割二重（ＴＤＤ）および時分割多元接続（ＴＤＭＡ）方式は、順次セル・フレーム番号（ＦＮ）によって固有に識別されるいわゆる無線フレームの反復的な時間期間に、割当てられた無線スペクトルを分割する。各無線フレームは、複数の固有な番号付きタイムスロット（ＴＳ）にさらに分割され、これらのタイムスロットはアップリンク（ＵＬ）伝送またはダウンリンク（ＤＬ）伝送のために個別に割当てられる。

無線伝送では、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、経時的に変化する。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。

変化する伝搬遅延を補償し、既知の受信時間を維持するために、送信のタイミングを周期的に調整する。送信タイミング調整は、ＢＳではなくＭＴにおいて行われるが、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伝送は経時的に変化せず、アップリンク無線フレーム伝送を同期化するためにＭＴによって利用される。

ＭＴは、伝搬遅延が生じたＢＳダウンリンク伝送に同期する。また、ＭＴアップリンク送信では、ダウンリンク伝搬遅延にほぼ等しい伝搬遅延を生じる。ＢＳにて受信したアップリンク送信は、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。タイミング調整が行われる前のＭＴにおける無線フレーム受信（ＤＬ）および中継伝送（ＵＬ）を図１ａに示す。図１ａは、ＭＴによって受信されるＢＳ送信ＤＬタイムスロット（ＴＳ）と、その直後のＭＴ送信ＵＬタイムスロット（ＴＳ）とを示す。タイミング調整が行われる前の基地局における無線フレーム送信（ＤＬ）および受信（ＵＬ）を図１ｂに示す。図１ｂは、一つのＭＴ送信ＵＬタイムスロットと、その直後のＢＳ送信ＤＬタイムスロットとを示す。

図１ａに示すように、ＭＴは、時間Ｔ１にてダウンリンク・タイムスロット受信で同期し、その後自局のアップリンク送信を開始する。図１ｂに示すように、ＢＳによるダウンリンク・タイムスロット（ＴＳ）送信の開始は時間Ｔ２にて生じ、ＢＳによって受信される直前のアップリンク・タイムスロット（ＴＳ）の終了は時間Ｔ３にて生じる。時間Ｔ２とＴ３との間の差はタイミング偏差（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。

ＴＤは、ＢＳにてアップリンク送信をダウンリンク受信と同期させるために、アップリンク・タイムスロット送信時間を調整すべくＭＴに指示するように識別し、利用できる。すでにダウンリンク伝搬遅延が生じた受信ダウンリンク・タイムスロットにＭＴは同期されるので、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ＴＤ和だけ、アップリンク・タイムスロットの伝送を前進させなければならない。これは、次式によって定義されるタイミング前進（ＴＡ）という。

（式１） Ｔ３−Ｔ２＝ＴＤ＝ＵＬ伝搬遅延＋ＤＬ伝搬遅延＝ＴＡ

ＴＡ調整後のＭＴにおける無線フレーム受信（ＤＬ）および中継伝送を図２ａに示す。図２ａは、ＢＳ送信ＤＬタイムスロットと、それに続くＭＴにおける時間前進されたＭＴ送信ＵＬタイムスロットとを示す。送信のＴＡ調整後の基地局における無線フレーム送信（ＤＬ）および受信（ＵＬ）を図２ｂに示す。図２ｂは、一つのＢＳ送信ＤＬタイムスロ
ットと、その直後にＢＳにて受信される時間前進されたＭＴ送信ＵＬタイムスロットとを示す。

ＭＴは、ＴＡコマンドに従ってＵＬタイムスロット送信を時間Ｔ５から時間Ｔ４に前進する。時間Ｔ５における受信タイムスロットはすでにＤＬ伝搬遅延が生じているので、新たなＭＴタイムスロット送信時間Ｔ４は、予想ＵＬ伝搬遅延だけ前進されたＢＳ受信ＵＬタイムスロットの受信時間Ｔ６を同期する。

（式２） Ｔ４＝Ｔ５−ＴＡ（ＵＬ伝搬遅延とＤＬ伝搬遅延の和）
（式３） Ｔ５＝Ｔ６（ＢＳ次タイムスロット）＋ＤＬ伝搬遅延
（式４） Ｔ４＝Ｔ６（ＢＳ次タイムスロット）−ＵＬ伝搬遅延

従って、ＭＴ送信のＴＡ調整の結果、ＢＳにてＵＬタイムスロットとＤＬタイムスロットの同期が行われる。

ＢＳコントローラは、計算されたＴＡに従ってアップリンク送信を調整するようにＭＴに指示することを担う。ＢＳコントローラによって生成されるＴＡ調整のためのＭＴコマンドはかなりの物理的なリソースを必要とすることがあり、シグナリング・オーバヘッドを最小限に抑えるためには、ＢＳコントローラがＴＡ調整コマンドの生成をできるだけ少なくすることが重要である。

これは、各タイムスロットの送信データ間の各無線フレーム内で、タイムスロット期間に対して小さなガード期間（ＧＰ）を利用することによって促進される。従来のタイムスロット構造を図３に示す。ＧＰは、ＢＳまたはＭＴのいずれにおいても同時送信および受信を防ぐ。ＧＰよりも実質的に小さい動作の物理的な受信時間窓は、許容タイミング偏差を決定する。物理的な受信時間窓は、ＭＴ伝搬遅延が変化するにつれて、ＧＰ内でシフトする。

被測定ＴＤは、ＧＰ内の物理的受信時間窓の位置を反映する。ＴＡは、ＧＰ内の物理的受信時間窓の補正のためのシフトを行う。ＢＳ受信期間もシフトするので、ＭＴおよびＢＳ内のＴＡ調整を同期させることが重要である。従来、ＢＳコントローラは各ＭＴについて独立的にＴＤを連続監視しており、許容物理的受信時間窓を越える前にＴＡコマンドを生成する。

また、ＴＡコマンドの生成を少なくするために用いられる論理は、無線伝送失敗によりＴＡコマンドがＭＴによって受信できない可能性も考慮しなければならない。これは、ＭＴがＴＡ調整を実施しなかったときを認識する高速かつ決定的な方法を必要とする。

さらに、ＴＤおよびＴＡはＭＴの位置を判定するために利用できる。伝搬遅延はＭＴとＢＳとの間の距離に等しいので、特定のＭＴについて複数のＢＳからのＴＤは、ＭＴ位置を三角測量により算出するために利用できる。

受信期間の維持、シグナリング・オーバヘッドの最小化および地理位置に関連して、正確なＴＡ信号を生成するためには、ＴＤが測定されたタイムスロットのＴＡを把握することが重要である。本出願人は、これを達成するための一つの方法として、特別に識別されるフレーム上でＭＴにおいてＴＡが生じることを許す方法があることを認めた。

ＢＳ内のＭＴおよびＴＤ測定におけるＴＡ調整を特定の順次無線フレームに調和させる必要性は難しい。なぜならば、ＢＳ生成ＴＡコマンドのＭＴ内での受信および処理の時間は、ＢＳコントローラには把握されていないためである。一つの従来の方法は、周期的なフレーム境界上でのみ調整を許す。無線フレームは順次番号が振られているので、周期的な順次フレーム番号が従来利用された。ただし、次の周期的ＴＤ測定に先立ち、ＴＡコマンドを処理できることを保証するためには、期間を過剰に大きくする必要がある。

プロセスを調和させるために必要なＴＡフレーム番号期間を判定するため、ＢＳコントローラのＴＡコマンド生成とＭＴ処理との間の最悪時の潜伏時間を利用しなければならない。これは、次ＴＡフレーム番号上でＴＡ調整を保証するために必要な最小期間である。この場合、ＢＳコントローラは、前回の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。この結果、最大２つのＴＡ順次フレーム番号期間のＴＡ調整遅延が実質的に生じる。

図４に示すように、ＴＡ調整コマンドのＢＳ生成からＭＴ処理までの最悪時の潜伏時間は、ＴＡフレーム番号間の時間である。ＢＳは、ＴＡフレーム番号１より後の時間（Ｔ１）およびＴＡフレーム番号２より前の時間（Ｔ２）でＴＡコマンドを生成する必要があることを判定することがある。ＭＴとＢＳとの間でＴＡが生じる時間の調和を保証するためには、ＢＳは時間（Ｔ３）にて要求を生成するために、前回のＴＡフレーム番号期間が終了するのを待たなければならない。その結果、時間Ｔ１にてＴＡ要求が認識されると、ＴＡ調整を調和させるための遅延は１つのフレーム番号ＴＡ期間よりも大きくなり、時間Ｔ２にて遅延は２つのフレーム番号ＴＡ期間よりも小さくなる。

（ＦＮ ＴＡ期間）＜（ＴＡを調整する実際の時間）＜（２（ＦＮ ＴＡ期間））

本出願人は、特定のフレーム番号ＴＡ期間を利用してＴＡ調和するこの方法では、回避できる過剰なＴＡ遅延が生じることを認めた。例えば、過剰な遅延は、無線伝送失敗の可能性のために生じうる。この場合、新たなＴＡ調整コマンドを再生成できるように、ＢＳコントローラ内で伝送失敗をできるだけ速やかに認識する必要がある。フレーム番号ＴＡ期間方法を利用すると、ＢＳコントローラは、ＴＡコマンドを再生成する必要があるかどうかを判断するために、予想ＴＡ調整より後の次のＴＤ測定を待つ。この場合を図５に示す。

この従来例では、ＢＳコントローラは、時間Ｔ０にて補正のためにＴＤを受信した後、
ＴＡ調整が行われなかった旨を示す次のＴＤ測定を時間Ｔ１にて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測定がＴＡ調整失敗を識別するのかをＢＳコントローラが厳密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コマンドを最小限に押さえるために、最悪時のＴＡ調整遅延を待ってから、受信ＴＤ測定に基づいてＴＡコマンドを再生成しなければならない。

別の従来の方法では、図６に示すように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の結果、ＴＡコマンドが再送信される。ＴＡ調整失敗は、ＴＡフレーム番号期間が終了するのを待つよりも速やかに認識される。ただし、このより高速な回復では、全てのコマンドの受信が確認されるので、約２倍のシグナリングを必要とする。これは、主たる目的がＴＡコマンド頻度を低減することであるので、望ましくない。

従って、過剰なコマンド・シグナリング条件なしに高速かつ効率的な無線フレーム・タイミング調整を可能にするシステムおよび方法が必要とされる。

本発明は、タイミング偏差（ＴＤ）測定からタイミング前進（ＴＡ）調整までの潜伏時間を減らすためのシステムおよび方法に関する。本発明は、送信失敗または移動端末信号伝搬遅延をより高速に認識・補正できるように、タイミング前進（ＴＡ）コマンドおよびタイミング偏差（ＴＤ）測定を調和させる確定論的手順を採用する。無線リソース効率は、タイミング前進コマンドの頻度を効率的に低減することでシグナリング・オーバヘッドを最小限に抑えることによって最大になる。これは、ＴＡコマンドに接続フレーム番号（ＣＦＮ）を挿入することによって、タイミング前進（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される。そこで、タイミング偏差（ＴＤ）測定が不適切に処理される可能性は最小限に抑えられる。なぜならば、ＴＡ調整がＭＴによって行われたであろうＣＦＮ指定無線フレームに対してＢＳ内で行われたＴＤ測定は、ＴＡが実際に調整されたかどうかを反映するためである。

好適な通信システムは、順次番号が付されたシステム無線フレームを有する無線フレーム・フォーマットを利用することにより、基地局（ＢＳ）／移動端末（ＭＴ）ワイヤレス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内でＭＴに送信する送信機と、システム無線フレーム内で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識別された無線フレーム内のタイミング偏差（ＴＤ）を測定する関連プロセッサを有する。

通常、ＴＤ測定を全ての無線フレームについて監視する。ＢＳプロセッサは、各順次フレーム番号を、無線フレーム内で受信した送信の各ＴＤ測定とを関連付けて、各測定に関連した時間を確立する。タイミング前進（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に関連した基地局によって生成される。ＴＡ調整コマンド発生器は、最新の成功したＴＡコマンド調整と被選択ＭＴ用の被測定ＴＤとに基づいて計算される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予定の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。

被選択ＭＴから受信した送信の被測定ＴＤが選択されたタイミング同期範囲、すなわちＴＤ閾値内に入らない場合、ＴＡ信号発生器は被選択ＭＴ用のＴＡ信号のみを発生することが好ましい。このようなＴＤ閾値は、好ましくは、ＭＴおよびＢＳの物理的受信時間窓と相関するように選択される。

ＢＳコントローラが被選択ＭＴにＴＡ調整コマンドを送信すると、被送信ＴＡコマンド信号のＣＦＮにて指定されたフレーム内で被選択ＭＴから受信される通信データについて測定されたＴＤは解析され、ＴＡ調整を行ったかどうか、あるいは新たなＴＡコマンドが必要かどうかを判定する。通常、直前のＴＡコマンドが被選択ＭＴのＴＡ調整に成功しなかった場合にのみ、新規ＴＡコマンドは即必要とされる。それ以外の場合、ＣＦＮフレームのＴＤ測定は、ＴＡコマンドが実行する実質的に同じ量だけ変更され、ＴＤ閾値内に入る。

好適な移動端末（ＭＴ）は、ＭＴプロセッサによって同期されたシステム無線フレーム内でＢＳに選択的にフォーマットされた通信データを送信する送信機および関連ＭＴプロセッサと、システム無線フレーム内でＢＳから通信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から開始する受信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。

また、通信システムは、ＭＴの物理的位置を判定する、ＢＳに関連する地理位置判定器を含む。従来の三角測量を利用する際、２つまたはそれ以上のＢＳは、指定されたシステム無線フレーム内で被選択ＭＴから受信した通信データに対してＴＤを測定する。ただし、ＭＴ地理位置を算出するためにＴＤ測定のみを利用しても、ＭＴ信号がＴＤ調整されていると、正確な結果は得られない。本発明では、ＭＴ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。なぜならば、実際のＴＡはＭＴへの送信に成功した最新のＴＡコマンド信号のＴＡであるためである。各ＣＦＮ指定無線フレームのＴＤが評価されるので、ＴＡコマンドの失敗はＣＦＮフレームの被測定ＴＤの検査（これはほぼ瞬時に行われる）が行われるとすぐに判明する。成功したＴＡコマンドについて、そのＴＡ値は、次の成功したＴＡコマンドのＣＦＮ識別フレームまで、そのＣＦＮによって指定されるフレームおよび全以降のフレームについて地理位置計算にて用いられる。従って、地理位置計算は、実行されたことが判明しているＴＡコマンド・データに基づいて、任意の無線フレームに対して行うことができる。

また、本発明は、ＢＳにて通信データを同期する方法を提供する。タイミング偏差（ＴＤ）は、通信データが被選択ＭＴからＢＳによって受信されるところの識別無線フレームにて測定される。被選択ＭＴから受信した送信の被測定ＴＤが選択されたタイミング同期範囲内に入らない場合、ＴＡコマンド信号が生成される。ＴＡコマンド信号は、被測定ＴＤに基づいて計算されたＴＡデータを含む。また、ＴＡコマンド信号は、被選択ＭＴによって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、被選択ＭＴに送信される。ＴＡ信号が被選択ＭＴによって受信されると、被選択ＭＴの通信データ送信のタイミングはＴＡデータに基づき、かつ、受信ＴＡコマンド信号のＣＦＮ指定無線フレームから開始して、調整される。ＴＡコマンド信号が送信された被選択ＭＴから受信したデータのＴＤは、被送信ＴＡコマンド信号のＣＦＮ内で指定された無線フレームについて検査され、ＴＡコマンドが被選択ＭＴにて実行されたことを保証する。好ましくは、ＴＡコマンド信号発生、送信および関連ＴＤ検査は、ＣＦＮ無線フレーム内で被選択ＭＴから受信した送信のＴＤが選択された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には反復される。なぜならば、これは被選択ＭＴが直前に送信されたＴＡコマンドの実行に失敗したことを示すためである。

また、本発明は、通信システムにおいて移動端末（ＭＴ）を地理位置判定する方法を促進する。本方法は、被選択ＭＴからＢＳによって受信された信号の被測定ＴＤがＴＤ閾値を越える場合に、タイミング前進（ＴＡ）コマンド信号を被選択ＭＴに通信することにより、ＭＴタイミング調整を実行することからなる。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による通信データ送信のタイミング調整は、ＣＦＮ指定無線フレーム内のＴＡコマンド信号のＴＡデータに基づいて行われる。ＴＡコマンド信号のＣＦＮ指定無線フレーム内で被選択ＭＴから受信した通信データのＴＤは検査され、被選択ＭＴによる各ＴＡコマンド信号の実行に成功したかどうかを判定し、それにより被選択ＭＴの実際のＴＡが判明していることを保証する。被選択ＭＴおよび一つまたはそれ以上のＢＳからの被選択無線フレームについて受信された送信の被測定タイミング偏差（ＴＤ）は収集される。最新の成功した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ＢＳによるＴＤ測定とは、被選択ＭＴの地理位置を算出するために利用される。

本システムおよび方法の他の目的および利点は、本発明の詳細な説明を読むことにより、当業者に明白になろう。

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タイミング図。 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タイミング図。 移動端末におけるタイミング前進を伴う無線フレーム受信および送信の概略タイミング図。 基地局におけるタイミング前進調整を伴う無線フレーム受信および送信の概略タイミング図。 従来のタイムスロット・データおよびガード期間構成の説明図。 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４に示す従来の方法におけるタイミング調整コマンド失敗および再送信のタイミング図。 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。 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。 本発明によるタイミング調整失敗からの回復のタイミング図。 本発明により構成し通信システムの概略図。

実施例について、図面を参照して説明するが、図面を通じて同様な参照番号は同様な要素を表すものとする。

図９を参照すると、移動端末（ＭＴ）１４とワイヤレス通信を行う複数の基地局（ＢＳ）１２からなる通信システム１０を示す。各ＢＳは、地理的セル内でＭＴとワイヤレス通信を行い、これらのセル・エリアは通常一部重複している。ＭＴ１４が重複エリア内にある場合、ＭＴとの最強信号リンクを有するＢＳによって双方向通信が一般に行われる。別のＢＳがより強い信号リンクを持ち始めると、通信のハンドオフが生じる。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当技術分野で周知である。

３Ｇワイヤレス・プロトコルなど、好適なシステムでは、ノードＢ１６は、一つまたはそれ以上のＢＳとの物理的もしくは論理的接続で設けられる。ノードＢ１６が接続される無線回線網コントローラ（ＲＮＣ）１７はＢＳを制御し、通信システム１０上の通信を調整する。複数のＲＮＣ１７は、拡張システムにおいて異なるＢＳグループの通信を調整する。ＲＮＣ１７は、ノードＢ内のＢＳを制御するＢＳコントローラを含む。好ましくは、ＲＮＣ１７はＭＴ地理位置判定器を含むが、地理位置判定器をＲＮＣ１７内で実装する必要はない。

各ＢＳ１２は、関連アンテナ・システム２２とＢＳ信号処理回路２４とを具備するトランシーバ２０を好ましくは含む。各ＭＴ１４は、関連アンテナ２７とＭＴ信号処理回路２８とを具備するトランシーバ２６を好ましくは含む。トランシーバの代わりに、ＢＳ送信機および受信機ならびにＭＴ送信機および受信機を個別の構成要素として内蔵してもよい。

ダウンリンク通信（ＤＬ）は、ＢＳ処理回路２４によって処理され、ＢＳトランシーバ２０を介してＢＳアンテナ・システム２２から送信され、ＭＴ１４によって受信される。アップリンク通信（ＵＬ）信号は、ＭＴ１４から送信され、基地局１２のＢＳアンテナ・システム２２およびＢＳトランシーバ２０を介して受信される。

ＢＳ処理回路２４は、ワイヤレスＢＳ／ＭＴ通信信号を、複数のタイムスロットを有する被選択無線フレーム・フォーマットにフォーマット化し、このフォーマットは、ＲＮＣ１７によって制御される全ＢＳについてシステム全体で利用される。好ましくは、ＲＮＣおよびノードＢはこの実装を調整する。

無線フレーム・フォーマット内で、各無線フレームには順次番号が割当てられ、これにより処理回路はワイヤレスＢＳ／ＭＴ通信内の特定のシステム・フレームを識別することが可能になる。ＢＳ回路２４は、受信時間遅延（ＴＤ）を測定するように構成されるため、各ＴＤ測定は受信ＭＴ送信、すなわちアップリンク通信の各無線フレームで識別される。無線フレームの順次フレーム番号は、この目的のために利用される。

ＢＳはＴＤデータをＲＮＣ１７のＢＳコントローラに与え、このＴＤデータはＢＳにて記録したＴＤ測定データと、被測定ＵＬ送信を行ったＭＴの識別と、被測定ＵＬ送信が受信されたシステム無線フレーム番号とを好ましくは含む。ＴＤ測定データが指定された閾値を越える場合、ＢＳコントローラは各ＭＴについてＴＡコマンドを生成する。ＴＤ測定に基づく測定ＢＳに対してＭＴの方向および速度を判定するために、従来のインテリジェント・アルゴリズムが採用される。

好ましくは、通信タイムスロットは所定長のガード期間を有し、この期間内で物理的受信時間窓が移動する。ＴＤ閾値は、好ましくはこの物理的受信期間よりも若干短く、調整失敗と、失敗を検出し調整をリトライするための時間とを考慮に入れる。

初期ＴＤ測定ＴＤ０は、ＴＡ調整前の特定のＭＴについてＧＰ内の物理的受信時間窓の初期位置を反映する。初期ＴＡ、すなわちＴＡ０はＭＴにて行われ、ＭＴは、ＴＡ０が成功であると仮定すると、物理的受信時間窓を新規タイミング偏差測定ＴＤ１によって反映される所望の位置に移動する。初期ＴＡ，すなわちＴＡ０は、ＴＤ１＋ＴＡ０がＴＤ０にほぼ等しいと成功したことになる。

ＭＴ送信のＴＡは、被測定ＴＤによって反映されるように次のＴＡ調整の成功まで、一定のままである。例えば、最初の成功したコマンドＴＡ０は、ＭＴ送信のフレーム前進を８ユニットに設定でき、次のＴＡコマンドＴＡ１はＭＴ送信の前進を３ユニットに変更するように指示できる。ＴＡ１の成功は、受信したＭＴ送信の被測定ＴＤの５ユニット後退に反映される。ＴＡ１の実行に成功しなかった場合、ＭＴ送信のＴＡは８ユニットのままとなる。

ＴＡ調整が生じる時間を確立するため、本発明によるＴＡコマンドは、ＴＡ調整がＭＴによって行われる際の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ところ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。

ＴＡ調整が必要と判断すると、ＢＳコントローラは、従来技術の図４で説明したような従来の周期的ＴＡフレーム番号方式の調整方法で必要とされる遅延を伴わずに、ＴＡコマンド信号を生成する。ＭＴに送信される各ＴＡコマンドは、ＭＴがＴＡ調整を実行する際に、ＣＦＮによって識別される特定のフレームを指示する。図７のシグナリング・フロー図に示すように、時間Ｔ１にて受信ＴＤ測定に基づいてＴＡ調整が必要とＢＳコントローラが判断した場合、ＴＡコマンドは即生成される。極めて短いＢＳコントローラ処理遅延のみが生じるので、時間Ｔ１は時間Ｔ２にほぼ等しい。ＴＡコマンドは、図７に示すようにＭＴがＴＡを実行する際に、時間Ｔ３にて特定の無線フレームを指定するＣＦＮを含む。予想されるＢＳコントローラを考慮に入れた時間にてＴＡ調整がＭＴ伝搬遅延およびＭＴ処理遅延に適用され、かつＭＴによって送信されるＣＦＮ識別フレームが補正されたＴＤにてＢＳに着信するように、ＣＦＮは選択される。

ＢＳコントローラはＴＡ調整が行われるであろうフレーム番号を指定したので、ＢＳにて受信したＣＦＮ指定タイムスロットについてＢＳによって実行されるＴ４におけるＴＤ測定は、ＴＡのＭＴによる実行に成功したかどうかをＢＳコントローラに通知する。ＢＳにて受信したＣＦＮフレームのＴＤが、ＴＡコマンド信号によって実行されたタイミングに対する実質的な調整によって変更される場合、ＴＡコマンドは成功した。そうでない場合、ＢＳコントローラはＴＡコマンド送信失敗に極めて迅速に反応でき、また新たなＴＡコマンド信号を発行することにより、時間Ｔ１以降にＢＳからの距離を大幅に変更したＭＴを再調整すべく機能できる。

ＴＡ調整コマンド失敗の例を図８に示す。ＴＡコマンドはＭＴによって処理されず、そのためＴＡ調整済み信号はＭＴによってＴ０にてＣＦＮフレーム内で送信されない。従って、ＴＡコマンド内で指定されたＣＦＮフレーム上の、時間Ｔ１でのＢＳにおけるＴＤ測定は、ＴＡ調整が生じたことを通知しない。それから、基地局コントローラは、時間Ｔ２にて新規ＴＡコマンドを生成する。ＭＴおよびＢＳコントローラにより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利用するので、新規ＴＡコマンド信号を生成するのにほんのわずかな時間しか必要としない。従って、時間Ｔ２は時間Ｔ１にほぼ等しい。

前回のＴＡコマンド内で指定されたフレーム番号上でＴＤ測定の受信時時にＢＳコントローラが即座に反応できることにより、物理的なチャネル受信期間を越えずに、もしくは隣接するタイムスロット・ガード期間を上書きせずに、ＴＡコマンドを生成するためにより多くの時間が許される。この結果、ＴＡコマンドの所要頻度が低減され、またそれに応じて、ＴＡシグナリング機能をサポートするために必要な物理的リソースが軽減される。

さらに、本発明は、ＢＳに対する距離を変更したＭＴの場合を、ＴＡコマンド失敗の場合から迅速に区別することを可能にする。ＢＳコントローラはＴＡが行われる特定の無線フレームをＣＦＮを介して指定するので、この特定の無線フレームについて受信したＴＤ測定は、ＴＡコマンドがＭＴによって正しく受信・実行されたかどうかを示す。従って、ＣＦＮ指定時間フレーム内にて生じる、指定された閾値外のＴＤ測定は、ＴＡコマンド失敗を通常示し、一方、他の時間フレーム内のＴＤ測定はＭＴ位置の変更を通常示す。受信したＣＦＮ指定時間フレームのＴＤ測定がＭＴ移動に起因するものであっても、新規ＴＡ信号はこのＴＤ測定に基づいて生成され、該ＭＴについて正確なＴＡを行う。これは重要な機能である。なぜならば、ＢＳコントローラは前回失敗したＴＡコマンド調整を把握しており、そのため完全な調整が可能になり、失敗したＴＡコマンドを繰り返す必要がなくなるためである。

地理位置について、地理位置判定器は、複数のＢＳによって被選択ＭＴから受信した信号の三角測量を、より高い信頼度で採用できる。被選択ＭＴが通常の通信を行うためにＢＳと通信中である場合、該ＢＳはＢＳコントローラによって生成されたＴＡコマンド信号をこの被選択ＭＴに通常送信する。本発明によると、ＭＴ送信のＴＡは全無線フレームについて既知であるため、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（あるいは、成功したＴＡコマンドがない場合には、０）と、一つまたはそれ以上のＢＳからのＴＤ測定とを利用して、従来の三角測量法により地理位置は容易に算出できる。ＴＡに基づく三角測量と、２つのＢＳからのＴＤ測定を利用して地理位置を与えることは可能であるが、ＴＤ測定が少なくとも３つのＢＳから得られる場合には、従来の三角測量を介して明確な地理位置情報が得られる。

一つのＢＳとの通信しかないＴＤＤシステムでは、ＭＴはセル間の相対的フレーム受信差も測定する。セル受信差測定は、ＢＳにて測定されるＴＤによって反映されるような現セルからの距離とあいまって、ＭＴのＴＡと、一つのＢＳ ＴＤ測定とに基づいて、このようなシステムにおける地理位置判定を可能にする。また、このような計算において経路損測定を利用することも知られている。

好ましくは、地理位置要求が受信されると、地理位置判定器は、被選択ＭＴから受信された送信のＢＳ ＴＤ測定が、ＴＤＤシステムにおいて被選択ＭＴと一次通信を行っているＢＳから、また従来のＢＳ三角測量システムにおいて一つまたはそれ以上のＢＳから収集されるところのシステム時間フレームを指定する。地理位置は、指定された時間フレームについて収集されたＴＤ測定と、被選択ＭＴによって実行された最新の成功したＴＡコマンドによって反映されるＴＡとに基づいて計算される。従って、ＭＴの正確な地理位置はほぼいつでも実行できる。なぜならば、被選択ＭＴのＴＡは、本発明に従って判定されるように、成功したＴＡコマンド信号から判明しているためである。

本発明について好適な実施例の観点から説明してきたが、特許請求の範囲に概説するような発明の範囲内である他の変形例は当業者に明白であろう。

ＵＬ アップリンク
ＤＬ ダウンリンク
ＴＳ タイムスロット
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 タイミング偏差
ＴＡ タイミング前進
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

Claims (12)

1. 識別されるシステム無線フレームを有する順次無線フレーム・フォーマットの利用を介して、基地局（ＢＳ）と複数の移動端末（ＭＴ）との間でワイヤレス双方向通信をサポートする通信システムのため、基地局において通信データを同期化する方法であって、前記ＢＳが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内でＭＴに送信し、システム無線フレーム内でＭＴから通信データを受信し、少なくとも一つの移動端末（ＭＴ）が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内でＢＳに送信し、システム無線フレーム内で前記ＢＳから通信データを受信する、前記同期化方法であって、
   被選択ＭＴから受信した通信データのタイミング偏差（ＴＤ）をＢＳにおいて測定する過程と、被測定ＴＤが選択されたタイミング同期範囲内に入らない場合に、
   ＴＡコマンド信号、すなわち被選択ＭＴから受信した通信データの被測定ＴＤに基づいて算出されるＴＡデータと、被選択ＭＴによって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（ＣＦＮ）とを含むＴＡコマンド信号を生成する過程と、
   前記ＴＡコマンド信号を前記被選択ＭＴに送信する過程と、
   前記ＴＡコマンド信号が前記被選択ＭＴによって受信されることを条件に、ＴＡデータに基づき、かつ受信ＴＡコマンド信号のＣＦＮによって指定された無線フレームから開始するＴＡコマンド信号に応答して、被選択ＭＴの送信した通信信号のタイミングを調整する過程と、
   被送信ＴＡコマンド信号のＣＦＮによって指定された無線フレーム内で被選択ＭＴから受信した通信データについてＴＤを測定する過程と
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記被選択ＭＴから受信した送信の被測定ＴＤが前記選択されたタイミング同期範囲内に入らない場合に、前記送信する過程、前記生成する過程、および、調整する過程を反復する過程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 被選択ＭＴから受信した通信データの被測定ＴＤが前記選択されたタイミング同期範囲内に入らない場合に、常に前記送信する過程、前記生成する過程、および、調整する過程を行うことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 識別されるシステム無線フレームを有する順次無線フレーム・フォーマットの利用を介して、ワイヤレス双方向基地局（ＢＳ）／移動端末（ＭＴ）通信をサポートする、複数の基地局（ＢＳ）を有する通信システムにおいて、移動端末（ＭＴ）を地理位置判定する方法であって、前記ＢＳが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内でＭＴに送信し、システム無線フレーム内でＭＴから通信データを受信し、また前記ＭＴが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内でＢＳに送信し、システム無線フレーム内で前記ＢＳから通信データを受信する、前記方法において、
   ＴＡデータと、被選択ＭＴによって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（ＣＦＮ）とを含むタイミング前進（ＴＡ）コマンド信号を被選択ＭＴに伝達する過程と、
   ＢＳにおいて被選択ＭＴから受信した通信データの各ＣＦＮ指定無線フレームによりタイミング偏差（ＴＤ）を測定して、各コマンド信号が成功したかどうかを判定する過程と、
   前記ＢＳにおいて被選択無線フレームにより被選択ＭＴから受信したＭＴ送信のタイミング偏差（ＴＤ）を測定する過程と、
   被選択無線フレームからの被測定ＴＤと、被選択ＭＴに送信された最新のＴＡコマンド信号のＴＡデータとを利用して、被選択ＭＴの地理位置を算出する過程と
   を含むことを特徴とする方法。
5. 被選択無線フレームにより第２のＢＳによって被選択ＭＴについて受信した通信データのタイミング偏差（ＴＤ）を測定し、被選択ＭＴの地理位置の算出にも用いることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 被選択無線フレームにより第２のＢＳによって被選択ＭＴについて受信した通信データのタイミング偏差（ＴＤ）を測定し、被選択ＭＴの地理位置の算出にも用いることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 被選択ＭＴが、セル間の相対的フレーム受信差を測定し、前記セル受信差測定を、地理位置の算出にも用いることを特徴とする請求項４記載の方法。
8. 無線通信のための装置であって、
   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内で移動端末に送信するように構成されている送信機と、
   システム無線フレーム内で移動端末から通信データを受信するように構成されている受信機と、
   被選択移動端末から受信した通信データの指定された無線フレーム内で受信した移動端末送信のタイミング偏差を測定するように構成されているコントローラと、を備え、
   前記送信機が、
   被選択移動端末のために指定された無線フレーム内で測定されたタイミング偏差に基づいて算出されるタイミング前進データと、
   前記被選択移動端末により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情報と、を含むタイミング前進コマンド信号を送信するように構成されており、
   前記コントローラが、前記送信されたタイミング前進コマンド信号により指定された特定の無線フレーム内でタイミング前進コマンド信号が送信された被選択移動端末から受信した無線データについてタイミング偏差を測定するように構成されていることを特徴とする装置。
9. 前記コントローラは、特定の無線フレームを指定する情報として、接続フレーム番号を含むタイミング前進コマンド信号を生成するように構成されている請求項８記載の装置。
10. 無線通信において信号を同期化するための方法であって、
    被選択移動端末から指定された無線フレーム内で測定されたタイミング偏差に基づいて算出されたタイミング前進データと、
    前記被選択移動端末により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情報と、を含むタイミング前進コマンド信号を被選択移動端末に送信する過程を含むことを特徴とする方法。
11. 前記タイミング前進コマンド信号は、特定の無線フレームを指定する情報として、接続フレーム番号を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 前記送信されたタイミング前進コマンド信号によって指定された特定の無線フレーム内で前記被選択移動端末から通信データを受信する過程と、
    さらなるタイミング調整が前記被選択移動端末に必要かどうかを決定するために、前記送信されたタイミング前進コマンド信号によって指定された特定の無線フレーム内で前記被選択移動端末から受信した無線データについてタイミング偏差を測定する過程とをさらに含むことを特徴とする請求項１０または１１記載の方法。

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