JP5476911B2 - 基地局装置、基地局装置用の信号処理装置、phy処理装置、及びmac処理装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、同期元となる他の基地局装置からの無線の受信波を用いて基地局間同期を行うことが開示されている。
このようなずれが生じて、例えば、PHY層におけるフレームの処理タイミングが、MAC層における処理タイミングよりも遅れると、MAC層の処理が先行するため、MAC層からPHY層に対し、必要以上の過大な情報が供給されるおそれがある。
逆に、PHY層におけるフレームの処理タイミングが、MAC層における処理タイミング処理よりも先行すると、MAC層の処理が遅くなっていることから、PHY層がMAC層から必要な情報を得ることができないおそれがある。
[1.通信システムの構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムの構成を示す概略図である。
この無線通信システムは、複数の基地局装置1と、この基地局装置1との間で無線通信を行うことができる複数の端末装置2(移動端末;Mobile Station)とを備えている。
複数の基地局装置1は、例えば数キロメートルの大きさの通信エリア(マクロセル)MCを形成する複数のマクロ基地局装置(Macro Base Station)1aと、各マクロセルMC内に設置され数十メートル程度の比較的小さなフェムトセルFCを形成する複数のフェムト基地局装置(Femto Base Station)1bとを含んでいる。
また、フェムト基地局装置1b(以下、フェムトBS1bともいう)は、例えば、屋内等、マクロBS1aの無線波を受信し難い場所等に配置され、上記フェムトセルFCを形成する。フェムトBS1bは、自己が形成するフェムトセルFC内にある端末装置2(以下、MS2ともいう)との間で無線通信が可能であり、本システムでは、マクロBS1aの無線波が受信し難い場所等においても、その場所に比較的小さいフェムトセルFCを形成するフェムトBS1bを設置することで、MS2に対して十分なスループットでのサービスの提供を可能にする。
このため、フェムトBS1bは、マクロBS1aや自己以外の他のフェムトBS1bといった、他の基地局装置における送信電力や使用周波数といった送信状況をモニタリング(メジャメント)する機能、及びその結果に基づいて、マクロセルMCにおける通信に対して影響を与えないように送信電力や使用周波数等の送信条件を調整する機能を有している。フェムトBS1bは、この機能によってマクロセルMCの通信に影響を与えることなく、マクロセルMC内にフェムトセルFCを形成することができる。
基地局間同期は、親(同期元)となる基地局装置が、自己のセル内のMS2に向けて送信した信号を、別の基地局装置が受信することで同期をとる「エア同期」によって実行される。
親となる基地局装置は、さらに他の基地局装置との間でエア同期をとるものであってもよいし、GPS信号によってフレームタイミングを自律的に決定する等、エア同期以外の方法によってフレームタイミングを決定するものであってもよい。
ただし、マクロBS1aは、他のマクロBS1aを親とすることはできるが、フェムトBS1bを親とすることはできない。フェムトBS1bは、マクロBS1aを親とすることもできるし、他のフェムトBS1bを親とすることもできる。
本実施形態の通信システムが準拠するLTEにおいて採用可能なFDD方式においては、上り信号(端末装置から基地局装置への送信信号)と、下り信号(基地局装置から端末装置への送信信号)との間で、互いに異なる使用周波数を割り当てることで、上り通信と下り通信とを同時に行う。
DLフレームを構成するサブフレームは、それぞれ2つのスロット(例えばスロット#0,#1)により構成されている。また、1つのスロットは、7個(♯0〜♯6)のOFDMシンボルにより構成されている(Normal Cyclic Prefixの場合)。
また、図中、データ伝送の上での基本単位であるリソースブロック(RB:Resource Block)は、周波数軸方向に12サブキャリア、時間軸方向に7OFDMシンボル(1スロット)で定められる。従って、例えば、DLフレームの周波数帯域幅が5MHzに設定されている場合、300個のサブキャリアが配列されるので、リソースブロックは、周波数軸方向に25個配置される。
同報チャネルには、通信帯域幅や、送信アンテナ数、制御情報の構造等の主要なシステム情報が格納される。
第二同期信号は、時間軸方向において、サブフレーム♯0及びサブフレーム♯5それぞれにおけるスロット♯0の最後から2番目のOFDMシンボルであるシンボル♯5の位置に1つのシンボル幅で配置され、周波数軸方向において、DLフレームの帯域幅の中央の位置に6リソースブロック幅分(72サブキャリア)で配置されている。この第二同期信号は、端末装置が、複数の基地局装置の通信エリア(セル)それぞれを識別するための情報であり、168パターン定義されている。
第一同期信号及び第二同期信号がとり得る複数のパターンは、通信規格において予め定められており、各基地局装置及び各端末装置において既知である。つまり、第一同期信号及び第二同期信号は、それぞれ、複数のパターンをとり得る既知信号である。
DL共有通信チャネルに格納されるユーザデータの割り当てについては、各サブフレームの先頭に割り当てられている上記制御チャネル内のリソース割当情報により規定されており、端末装置は、このリソース割当情報によって、そのサブフレーム内に自己に対するデータが格納されているか否かを判断できる。
図4は、図1中、フェムト基地局装置の構成を示すブロック図である。なお、ここでは、フェムトBS1bの構成について説明するが、マクロBS1aの構成も、フェムトBS1bとほぼ同様である。
フェムトBS1b1は、アンテナ3と、アンテナ3が接続されたRF部(アナログ信号処理回路)4、及びRF部と接続された信号処理装置(デジタル信号処理装置)を備えている。
信号処理装置は、通信のPHY層に関する処理を行うPHY部(PHY処理装置)5、および、通信のMAC層に関する処理を行うMAC部(MAC処理装置)6を備えている。なお、図示しないが、信号処理装置には、MAC層よりも上位層の処理を行う機能も備わっている。
PHY部5は、RF部4との間で授受が行われる送受信信号の信号処理(変復調処理)の他、基地局間同期についての処理や、メジャメント等を行う。
MAC部6は、前記送受信信号に格納される各種データについてのリソース割り当て等の処理を行うとともに、基地局間同期やメジャメントに基づく送信条件の調整等についての制御を行う
なお、PHY部は、DSP(Didital Signal Processor)によって構成されておりハードウェアロジックによって処理が行われ、MAC部6は、CPU及びメモリを有し、コンピュータプログラムによるソフトウェアロジックによって処理が行われる。
図5は、RF部4の詳細を示すブロック図である。RF部4は、上り信号受信部11、下り信号受信部12、及び送信部13を備えている。上り信号受信部11は、端末装置2からの上り信号を受信するためのものであり、下り信号受信部12は、他のマクロBS1a又は他のフェムトBSからの下り信号を受信するためのものである。送信部13は、端末装置2へ下り信号を送信するためのものである。
このように、上り信号受信部11は、端末装置からの上り信号を受信するために上り信号周波数fuに適合して構成された受信部であって、基地局装置として本来的に必要な受信部である。
直交変調器132の出力は、周波数fdだけを通過させる第3フィルタ133を経て、第3増幅器134によって増幅され、さらに周波数fdだけを通過させる第4フィルタ135を得て、アンテナ3から送信され、端末装置への下り信号となる。
この下り信号受信部12は、第5フィルタ121、第4増幅器(高周波増幅器)122、第3周波数変換部123、第6フィルタ124、第5増幅器(中間周波増幅器)125、第4周波数変換部126、及びA/D変換部127を備えている。
PHY部5は、RF部4との間で授受が行われる送受信信号の信号処理を行うための機能を有しており、MAC部6から与えられる各種送信データを送信信号に変調するとともに、RF部4から与えられる受信信号を受信データに復調する処理を行う変復調部5aを備えている。変復調部5aでは、後述の同期処理部5bによって算出された同期誤差(タイミングオフセット、周波数オフセット)に基づき、同期誤差を補正した状態で変復調の処理が行われる。
また、PHY部5は、他の基地局装置から送信された下り信号を処理するための処理部として、他の基地局装置との間で基地局間同期をとる同期処理を行うための同期処理部5bと、メジャメントを行うためのメジャメント部5cとを備えている。さらに、PHY部5は、RF部4に与える送信信号についてのサブフレームごとの送信タイミングを決定するためのフレームカウンタ5dを備えている。
以下、同期処理部5bの構成について説明する。
図6は、他の基地局装置との間で基地局間同期をとる同期処理を行うための同期処理部5bの構成を示すブロック図である。
基地局間同期は、各基地局装置がGPS受信機を備えて、GPS信号によって同期をとったり、基地局間を有線で接続して同期をとったりしてもよいが、本実施形態では、無線信号(下り信号)によって同期を行う「エア同期」による基地局間同期を採用している。
なお、送信タイミングの検出は、受信した下り信号のフレーム中の所定位置にある既知信号(波形も既知)である、第一同期信号及び第二同期信号のタイミングを検出することで行える。
また、同期誤差検出部14は、検出したフレーム同期誤差をフレームカウンタ補正部15の他、検出される度に記憶部18に与える。記憶部18は、これら検出されたフレーム同期誤差を蓄積する。
すなわち、同期誤差(タイミングオフセット)とクロック周期の間には以下の等式が成り立つ。
同期元基地局のクロック周期:同期先基地局のクロック周期=T:(T+T2)=10:(10+0.0001)
(同期元基地局のクロック周波数−同期先基地局のクロック周波数)
=同期元基地局のクロック周波数×T2/(T+T2)
≒同期元基地局のクロック周波数×0.00001
となる。
周波数補正部17は、このキャリア周波数誤差に基づいて、キャリア周波数の補正を行う。なお、キャリア周波数の補正は、上り信号のキャリア周波数だけでなく、下り信号のキャリア周波数についておこなうことができる。
次に、メジャメント部5cの機能について説明する。
メジャメント部5cは、他の基地局装置における送信電力や使用周波数といった下り信号の送信状況のメジャメントを行うための機能部であり、下り信号受信部12が受信する他の基地局装置の下り信号を取得して、当該下り信号のフレームのDL共有通信チャネル(PDSC)における受信電力を経時的に観測し、その観測結果をMAC部6に出力する。
例えば、DLフレームの周波数帯域幅が5MHzに設定されている場合、リソースブロックは、上述したように、周波数軸方向に25個配置されるので、メジャメント部5cは、リソースブロックごとに計25個の電力平均値を求める。
メジャメント部5cは、上記電力平均値を求めると、その結果をMAC部6に出力する。メジャメントの結果は、干渉防止等のため、送信電力の制御、送信周波数の制御、リソース割当制御に用いられる。
MAC部6は、リソース割当制御部6aと、基地局間同期やメジャメントなどの制御を行う制御を備えている。この制御部は、同期処理部5aによる基地局間同期のタイミングを決定する同期制御部6bと、メジャメント部5cによるメジャメントのタイミングを決定するメジャメント制御部6cと、フレームカウンタ6dと、を備えている。
メジャメント制御部6cは、メジャメントのタイミングを適応的に制御する機能を有している。また、メジャメント制御部6cは、決定したメジャメントのタイミングを特定するための情報を、PHY部5のメジャメント部5c及びリソース割当制御部6aに通知する。
また、リソース割当制御部6aは、同期処理のために端末装置2が通信を行えない区間及び、メジャメントのために端末装置2が通信を行えない区間については、端末装置2(ユーザ)への割り当てが行われないように、リソース割り当てを制限する。
前述のようにPHY部5のフレームカウンタ5dは、同期元となる他の基地局装置におけるフレーム処理タイミングに対してタイミング同期がとれたものとなっている。PHY部5は、通信中において、他の基地局装置との同期を何度も取り直して、フレームカウンタにおける同期誤差を補正するために、PHY部5におけるフレームカウンタ5dのカウントアップの周期は必ずしも一定ではなく、変動する。
さらに、例えば、図9に示すように、PHY部5とMAC部6の両カウンタ5d,6dを、基地局装置の起動時に合わせておき、フレームカウンタをカウントアップさせるためのカウントアップ情報を同期情報として、PHY部5からMAC部6に通知するようにしてもよい。この場合、サブフレーム番号やフレーム番号を通知する場合に比べて、通知すべき情報量を少なくできる。
図10に示すように、前記リソース割当制御部6aは、エア同期区間又はメジャメント同期区間であるか否かを判定する判定部6a−1と、複数のユーザ端末2によって共有される共有通信チャネルにおけるリソースブロックを各ユーザ端末2bに割り当てる割当部41とを備えている。
なお、ここでは、下り(DL)サブフレームにおいて、PDCCH以外のエリアを共有通信チャネル(PDSCH;Physical Downlink Shared Channel)とする。また、上り(UL)サブフレームにおいても、先頭に制御チャネルが確保され、それ以外のエリアが共有通信チャネル(PUSCH;Physical Uplink Shared Channel)となっている。
図12に示すように、まず、リソース割当制御部6aの判定部6a−1は、割当対象のリソースブロックが、エア同期区間内のものであるか否かを判定する(ステップS1)。この判定は、リソース割当制御部6aが、エア同期制御部6b又はメジャメント制御部6cから、エア同期のタイミングを示す情報(エア同期区間情報;休止区間情報)又はメジャメントのタイミングを示す情報(メジャメント区間情報;休止区間情報)を取得し、割当対象のリソースブロックが、休止区間内に属するものであるか否かを判定することによって行われる。
一方、上り(UL)サブフレーム#4の共有通信チャネルについてのリソース割当情報(USG)を有する下りDLサブフレーム#4のPDCCHには、休止区間を含む、上り(UL)サブフレーム#4の共有通信チャネル全体についての、リソース割当情報が存在することになる。
また、本実施形態では、上り信号受信部11とは別に下り信号受信部12が設けられているため、エア同期区間内においても、通常通り、端末装置2からの受信が行える。したがって、図11に示すように、上りについては、エア同期区間内においても、リソース割当を行うことができる。
図12のステップS4では、割当対象のリソースブロック(の一部又は全部)が、エア同期区間内に属すると判定され、そのリソースブロックが上り(UL)のものである場合、ユーザ割り当てを行うのに対し、図14のステップS4では、割当対象のリソースブロック(の一部又は全部)が、休止区間内に属すると判定され、そのリソースブロックが下り(DL)のものである場合、ユーザ端末の割り当てを行わない。
これにより、エア同期やメジャメント処理のために、基地局装置1が、端末装置2からの上り信号を受信できない区間において、端末装置2が、割り当てられたリソースブロックを用いて、基地局装置1に情報を送信してしまい、基地局装置1が、それを受信できないという事態の発生を防止できる。
エア同期制御部6b及びメジャメント制御部6cは、それぞれの処理が実行される周期を適応的に調整する制御を行う。なお、エア同期処理とメジャメント処理とは、同時期に実行されてもよいし、それぞれが独立して実行されてもよい。
レポート情報を用いたタイミング(周期)決定処理は、図16に示すように行われる。ここでは、同期制御部6bを例として説明すると、同期制御部6bは、レポート情報を受信すると(ステップS11)、レポート情報が示す同期誤差の平均値を、所定の閾値と比較する(ステップS12)。同期誤差の平均値が、閾値よりも大きい場合、同期誤差が生じやすい状況であると判断できるため、端末装置との通信を多少犠牲にしても、より頻繁に基地局間同期をとり直すべきである。したがって、同期周期を短く設定し(ステップS13)、基地局間同期が頻繁に行われるようにする。
このように、本実施形態では、同期誤差の大きさに応じて、適応的に同期間隔が調整されるため、基地局間同期の精度と通信品質とのバランスを適切にとることができる。
図17は、基地局装置(フェムト基地局)の他の例を示している。図17に示す基地局装置では、図4に示す基地局装置においてMAC部6に設けられていた制御部6b、6cが、PHY部5に設けられている。PHY部5は、DSPによって構成されているため、制御部6b,6cとして適応的なタイミング制御を行うものを構成しようとすると比較的困難となるが、定期的なタイミングでエア同期処理又はメジャメント処理を実行させるタイミング処理程度であれば、PHY部5においても比較的容易に実現することができる。
なお、図17に関し、特に説明しない点については、図4に示すものと同様である。
Claims (11)
- 通信のPHY層に関する処理を行うPHY処理装置と、
通信のMAC層に関する処理を行うMAC処理装置と、
を備えた基地局装置であって、
前記PHY処理装置は、当該PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングを、同期元となる他の基地局装置の通信フレーム処理タイミングに同期させるための同期処理を行う同期処理部を備えており、
前記MAC処理装置は、当該MAC処理装置における通信フレーム処理タイミングを、前記PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングに同期させるための同期情報を、前記PHY処理装置から取得するよう構成されている
ことを特徴とする基地局装置。 - 前記MAC処理装置は、端末装置への送信休止処理及び/又は端末装置からの受信休止処理が行われるべきタイミングを制御する制御部を備えている
請求項1記載の基地局装置。 - 前記MAC処理装置は、通信フレームにおけるリソース割当を制御するリソース割当制御部を備え、
前記リソース割当制御部は、端末装置への送信休止処理及び/又は端末装置からの受信休止処理が行われる期間についてのリソース割当を制限する
請求項2記載の基地局装置。 - 端末装置への送信休止処理及び/又は端末装置からの受信休止処理は、他の基地局装置から送信された信号を受信するために行われる
請求項2又は3記載の基地局装置。 - 前記同期処理部は、同期元となる前記他の基地局装置から送信された信号に基づいて他の基地局装置の通信フレーム処理タイミングとの誤差を算出するとともに、当該誤差に基づいて当該PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングを補正することで前記同期処理を行うよう構成されている
請求項1〜4のいずれか1項に記載の基地局装置。 - 前記MAC処理装置は、前記同期処理部に前記同期処理を実行させるタイミングを制御して、前記同期処理を実行させるタイミングを前記PHY処理装置に通知する同期制御部を備え、
前記PHY処理装置の前記同期処理部は、通知されたタイミングに従って受信した前記他の基地局装置からの送信信号に基づいて、前記他の基地局装置の通信フレーム処理タイミングとの誤差を算出するとともに、当該誤差に基づいて当該PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングを補正することで前記同期処理を行うよう構成されている
請求項1〜5のいずれか1項に記載の基地局装置。 - 前記同期制御部は、前記同期処理部に前記同期処理を実行させるタイミングを適応的に制御する
請求項6記載の基地局装置。 - 前記PHY処理装置は、前記同期処理部に前記同期処理を実行させるタイミングを制御し、
前記同期処理部は、当該タイミングに従って受信した前記他の基地局装置からの送信信号に基づいて、前記他の基地局装置の通信フレーム処理タイミングとの誤差を算出するとともに、当該誤差に基づいて当該PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングを補正することで前記同期処理を行うよう構成されている
請求項1〜5のいずれか1項に記載の基地局装置。 - 通信のPHY層に関する処理を行うPHY処理装置と、
通信のMAC層に関する処理を行うMAC処理装置と、
を備えた基地局装置用の信号処理装置であって、
前記PHY処理装置は、当該PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングを、同期元となる他の基地局装置の通信フレーム処理タイミングに同期させるための同期処理を行う同期処理部を備えており、
前記MAC処理装置は、当該MAC処理装置における通信フレーム処理タイミングを、前記PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングに同期させるための同期情報を、前記PHY処理装置から取得するよう構成されている
ことを特徴とする基地局装置用の信号処理装置。 - 通信のPHY層に関する処理を行うPHY処理装置であって、
当該PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングを、同期元となる他の基地局装置の通信フレーム処理タイミングに同期させるための同期処理を行う同期処理部を備えており、通信のMAC層に関する処理を行うMAC処理装置における通信フレーム処理タイミングを前記PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングに同期させるための同期情報を、前記MAC処理装置に通知するよう構成されている
ことを特徴とするPHY処理装置。 - 通信のMAC層に関する処理を行うMAC処理装置であって、
同期元となる他の基地局装置の通信フレーム処理タイミングに同期させるための同期処理を行う機能を備えたPHY処理装置から、同期情報を取得するよう構成され、
前記同期情報は、MAC処理装置における通信フレーム処理タイミングを、前記PHY処理装置における通信フレーム処理タイミングに同期させるための情報である
ことを特徴とするMAC処理装置。
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