JPH06334593A

JPH06334593A - 移動通信システム基地局同期法

Info

Publication number: JPH06334593A
Application number: JP11992493A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suzuki; 博鈴木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1994-12-02
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JP3250762B2

Abstract

(57)【要約】【目的】自律分散制御を基本とする移動通信システム
で、特別な設備を必要とせず簡易に基地局間のフレーム
タイミング同期を確立する。【構成】基地局Ａ，Ｂの中間に在る移動機Ｍで、基地
局Ａから時刻ｔ₁に送信した送信波Ｒ₁と、基地局Ｂか
ら時刻ｔ₂に送信した送信波Ｒ₂とを受信し、そのＲ₁
に対するＲ₂の受信タイミング差ｔ₁₂を検出し、タイミ
ング差ｔ₁₂を無線回線Ｓ₁，Ｓ₂で基地局Ａ，Ｂへ送信
する。。μを正の値として、基地局Ａでは送信信号
Ｒ₁′の送信タイミングをμｔ₁₂だけ遅らせ、基地局Ｂ
では送信信号Ｒ ₂′の送信タイミングをμｔ₁₂だけ進ま
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多数の基地局を有す
る移動通信システムにおいて、基地局間のフレームタイ
ミング同期を簡易に確立する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動通信の発展に伴って、ディジタル信
号を伝送するシステムが形成され、多様かつ高品質なサ
ービスが可能になりつつある。これらのシステムを高性
能に動作させるためには、基地局間の送信信号における
フレームタイミングを同期させる必要がある。以下で
は、フレームタイミングを単にタイミングとして記述す
る。基地局間にまたがるチャネル切替を行なうときにタ
イミングが同期していると次のような利点がある。すな
わちチャネル切り替え直後には、タイミング同期がない
と新しい基地局のフレームに再同期する必要があるが、
もともと基地局間のタイミングが同期していれば、
（ｉ）再同期の処理が不要である、（ii）再同期の時間
が必要ないので時間的に連続した受信が可能である。

【０００３】従来の移動通信システムでは基地局間のタ
イミング同期は正確には行なわれていない。階位の高い
基地局との間に有線回線が接続されている基地局群は、
この高い階位の基地局のフレームタイミングに同期して
いるが、その回線長が基地局ごとに異なり、しかも不明
の場合が多い。さらに、この長さは保守、回線異常等の
回線切替などで変動するので、基地局間のタイミングは
数十μｓ〜数ｍｓの範囲で不定である。この変動範囲は
数ｋ〜数十ｋｂ／ｓの伝送では数シンボル、数百ｋｂ／
ｓ以上では数十シンボルに及ぶことになる。したがっ
て、移動局では基地局間チャネル切替における再同期処
理は不可欠であった。このようなシステムを改善するた
めに、以下に示す２つの方法が考案されている。

【０００４】第１の方法（Ｙ．Ａｋａｉｗａ，Ｈ．Ａｎ
ｄｏｈａｎｄＴ．Ｋｏｈａｍａ，“Ａｕｔｏｎｏｍ
ｏｕｓｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｉｎｔｅｒ−ｂ
ａｓｅ−ｓｔａｔｉｏｎｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉ
ｏｎｆｏｒＴＤＭＡｍｉｃｒｏｃｅｌｌｕｌａｒ
ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ．ＶＴＣ，ｐ
ｐ．２５７−２６２，１９９１．）は、図４Ａに示すよ
うに、基地局が相互の送信波を受信し、そのタイミング
差を補正するものである。同図では３つの基地局Ａ，Ｂ
が、相互の送信波Ｕ₁，Ｕ₂を受信し、基地局Ｂ，Ｃが
相互の送信波Ｕ ₃，Ｕ₄を受信している。Ａ局はＢ局か
らの送信波Ｕ₂を受信し、ユニークワードを検出してそ
のタイミングからＢ局のタイミングを知ることができる
ので、自局（Ａ局）とＢ局とのタイミングの差分を検出
できる。一方、Ｂ局はＡ局からの送信波Ｕ₁を受信し、
同様にして自局（Ｂ局）とＡ局とのタイミングの差分を
検出する。これらのタイミングの差分をもとにその差分
が小さくなるように自局のタイミングを補正すれば両局
が同期する。Ｂ局とＣ局の間でも同様な処理をすること
により、これら２つの局が同期する。このような操作を
繰り返すことにより、システム全体、すなわちこの例で
は３つの基地局を同期させることができる。

【０００５】この方法では、検出された他局のタイミン
グは基地局間の距離に応じて遅延しているので、この遅
延時間を補正するために距離補正が必要である。しかし
ながら、この距離は地図上の距離ではなく、電波伝搬路
上の距離であるから、その値を正確に知ることは難し
い。また、基地局送信波の周波数帯と基地局受信波の周
波数帯は一般に異なっており、基地局に他の基地局送信
波を受信する設備はない。したがって、隣接基地局から
の送信波を受けるためのアンテナ、共用器、および通常
の基地局用受信機ではなく移動局用受信機と同じものを
特別に設置する必要がある。このようにして受信したと
しても、一般に基地局は互いの送信波が干渉しないよう
に離して設置してあるので、他の基地局からの信号レベ
ルは低く、タイミング測定の精度が悪くなる。

【０００６】第２の方法（守倉正博、加藤修三、“ＴＤ
ＭＡ−ＴＤＤ通信システムにおけるＴＤＭＡフレーム同
期方式の一検討”、信学秋全大、Ｂ−２７９，１９９
２．）は、図４Ｂに示すように、第１の方法と同様に互
いの送信波を受信してタイミング差を検出するが、相互
間距離を知っている必要がない。そのかわり、同図に示
すように局Ａと局Ｂ間に回線Ｃ₁が、局Ｂと局Ｃ間に回
線Ｃ₂がそれぞれ設定されており、自局（Ａ局）で測定
されたタイミング差をＢ局に回線Ｃ₁でデータ伝送す
る。また、Ｂ局で検出されたタイミング差をＡ局に回線
Ｃ₁でデータ伝送する。各局では自局で検出されたタイ
ミング差と、相手局で検出されたタイミング差が同一に
なるように、自局のタイミングを制御する。

【０００７】この方法においても、相手局の送信波を受
信するための移動局用受信機を特別に設置する必要があ
る。また、基地局間でタイミング差の情報をやりとりす
るためのデータ回線の設置が必要である。このデータ回
線は、一般に階位の高い基地局を介して行なうことがで
きるが、そのためのプロトコルを設ける必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、伝
送特性の高品質化のためには基地局間のフレーム同期は
不可欠であるが、その際に、（ｉ）基地局に特別な設備
が不要であることが望ましい。さらに、将来は基地局数
が膨大となり、集中制御が困難になることが予想され、
自律分散的な制御が導入されると考えられる。このと
き、（ii）新しい置局などで状況が変化したとしても、
適応的に新しい状況に対応できること、（iii ）シンプ
ルなアルゴリズムで安定性が良いこと、などが要求され
る。

【０００９】この発明は、自律分散制御を基本とする移
動通信システムにおいて、特別な設備を必要とせずに簡
易に基地局間のフレームタイミング同期を確立する方法
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明では、移動局で
複数の基地局からの信号を受信してこれら基地局間の送
信タイミングの差分を検出し、その検出した送信タイミ
ング差分をこれら各基地局と移動局の間にすでに存在す
る各無線回線を用いて各基地局へデータ伝送し、各基地
局ではその伝送された送信タイミング差分の絶対値が小
さくなるようにその基地局の送信タイミングを制御す
る。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、基地局中の１つ乃至複数のものはマスタ基地局と
し、その送信タイミングの周波数を、基準局からの周波
数精度が高い送信タイミングに一致させ、移動局から伝
送された送信タイミング差分にもとづく修正は位相のみ
行う。この場合基準局はマスタ基地局を兼ていてもよ
く、その場合は、そのマスタ基地局は基準局であるから
送信タイミング差分にもとずく位相修正も行わないこと
になる。

【００１２】この発明の方法によれば、（ｉ）基地局間
距離を知る必要がない、（ii）基地局が他の基地局の送
信波を受信するための設備を必要としない、（iii ）基
地局間のタイミング情報をデータ伝送する特別な設備を
必要としない、効果が得られる。

【００１３】

【実施例】請求項１の発明の実施例を図１Ａに示す。移
動通信システムには本来は多数の基地局があるが、同図
にはそれらのうち任意に選んだ隣接する２つの基地局
Ａ，Ｂを示している。移動局Ｍは基地局Ａと基地局Ｂの
送信波Ｒ₁とＲ₂を受信できるものとし、これら送信波
Ｒ₁，Ｒ₂を受信してその送信タイミングの差を測定す
る。ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）では、受信機におけ
る逆拡散によりこれら２つの送信波の受信タイミング差
が２つのパルスの時間差として得られる。またＴＤＭ
Ａ，ＦＤＭＡなどでは時間的にシリアルに受信して送信
タイミング差を測定する。例えば、先ず送信波Ｒ₁を受
信してそのフレームと移動局Ｍのフレームとの差を測定
し、次に送信波Ｒ₂を受信してそのフレームと移動局Ｍ
のフレームとの差を測定し、これら両フレーム差の差を
とって送信タイミング差を得る。このシリアル受信して
タイミングを測定している間、それぞれのタイミングは
大きく変動しないとする。すなわち、基地局Ａと基地局
Ｂのそれぞれのタイミングｔ ₁とｔ₂は変化しないとす
る。このようにして測定された基地局ＡとＢのタイミン
グ差を、移動局Ｍと基地局Ａ及びＢとの各間に設定され
ている無線回線を使って、移動局Ｍから基地局ＡとＢへ
それぞれデータ伝送Ｓ₁，Ｓ₂を行なう。

【００１４】移動局Ｍは一般に多数あり、基地局Ａ近
傍、基地局Ｂ近傍、および基地局ＡとＢの中間地点など
に分布している。基地局Ａ，Ｂ間の距離Ｌが短いマイク
ロセルでは、移動局の位置がタイミング検出の精度に及
ぼす影響は無視できる。しかし、セル半径が大きくなる
と移動局の位置によってはタイミング検出の誤差は無視
できなくなる。その場合には両局からの受信レベルがほ
ぼ同一になる移動局、または基地局間チャネル切替を行
なう移動局がデータ伝送したタイミング差分の検出をも
とに基地局は同期制御を行なう。この方法ではチャネル
切替制御の時に行なうプロトコルにデータ伝送Ｓ₁とＳ
₂を行なうシーケンスを挿入すれは回線使用効率が良く
なる。その他にも、受信レベルの差に応じて検出された
タイミング差分を補正する方法も考えられる。このよう
にタイミング検出を行なう移動機を上述した条件によっ
て限定するとタイミング差分のデータが減少するので、
制御の時定数を長くして、多数のデータの平均処理をし
たタイミング差情報をもとにして制御を行う必要があ
る。

【００１５】具体的な動作を図１Ｂに示す。上段は基地
局Ａのシーケンス、下段は基地局Ｂのシーケンス、中段
は移動局Ｍのシーケンスである。この図では移動局Ｍは
２つの基地局Ａ，Ｂの中間に位置しているとする。ま
ず、時刻ｔ₁にタイミング信号が基地局Ａから送信波Ｒ
₁により送信され、移動局Ｍが送信波Ｒ₁を受信する。
時刻ｔ₁から時間ｔ₁₂だけ遅延した時刻ｔ₂に基地局Ｂ
からタイミング信号が送信波Ｒ₂により送信される。送
信波Ｒ₂は送信波Ｒ₁より時間ｔ₁₂だけ遅延して移動局
Ｍで受信される。移動局Ｍは、この受信タイミングの差
分ｔ₁₂を検出する。ただし、移動局Ｍで受信された２つ
のタイミング信号には基地局Ａのものと基地局Ｂのもの
を識別できるものとする。また、時間ｔ₁₂は送信波Ｒ₁
に対する送信波Ｒ₂の遅れ時間を正の値にとるものとす
る。次に移動局Ｍは検出されたタイミング差分ｔ₁₂を送
信波Ｓ₁とＳ₂を用いて基地局ＡとＢにそれぞれ送信す
る。

【００１６】基地局ＡとＢはこの送信波Ｓ₁とＳ₂の情
報をもとにして自局のタイミングを修正する。たとえ
ば、基地局Ａではμを０＜μ≦１／２の値としてμｔ₁₂
だけ送信タイミングを遅延させる。図１Ｂではμ＝１／
２とした例を示している。同様にして、基地局Ｂでも送
信タイミングを同様に修正する。ただし、基地局Ｂでは
−μｔ₁₂の修正、すなわちタイミングを前の方に修正す
る。修正されたタイミングで送信された送信波Ｒ′₁と
Ｒ′₂が移動局Ｍで受信されると、図１Ｂに示すように
μ＝１／２では１回で受信タイミングを一致させること
ができる。μを１／２以下の正値とすれば、上述の操作
を複数回繰り返すことによりタイミングを一致させるこ
とができる。タイミングが収束するまでの時定数はほぼ
μに逆比例している。μが小さいと収束に時間を要する
が、タイミング検出に誤差があった場合でも、多数の平
均をとることになるので収束の精度が良くなる。

【００１７】以上のような修正において、タイミング差
ｔ₁₂が正の値となる場合には常に基地局Ｂのタイミング
の周波数に比べて基地局Ａの周波数の方が高いことを示
している。逆にタイミング差ｔ₁₂が常に負の値となる場
合には基地局Ａの周波数の方が低いことを示している。
このような場合には、タイミング位相だけでなく、さら
に基地局ＡとＢのタイミング周波数を修正することによ
り、一層安定した同期が確立する。これは位相同期ルー
プ（ＰＬＬ）の２次ループの動作と原理が同じである。

【００１８】以上のような原理に基づいて計算機シミュ
レーションを行なった結果を図２Ａに示す。このシミュ
レーションでは、各基地局のタイミング周波数は公称周
波数ｆ₀に一致しているとしている。この図ではｎ番目
の基地局のタイミングｔ_nをｆ₀で正規化した位相φ_n
＝ｆ₀ｔ_nでタイミング位相を表している。各φ_nが、
それぞれの初期値の平均値に収束していく様子が表され
ている。

【００１９】各基地局のタイミング周波数ｆ_nが分布し
ているときには、その分布の平均周波数ｆ₀′＝
〈ｆ_n〉、ただし〈〉は集合平均、を用いてｔ_nを正規
化してグラフを作ると図２Ａのようになる。しかしなが
ら、公称周波数ｆ₀で正規化してグラフを描くと図２Ｂ
のようになる。Δｆ＝ｆ₀′−ｆ₀で平均位相がドリフ
トしており、Δｔの間にΔφ＝ΔｆΔＴの位相が変化し
ている様子が表されている。

【００２０】上述したドリフトを防ぐための請求項２の
発明の実施例を図３に示す。この図の基準局Ｋには公称
周波数ｆ₀の精度の高い発振器が設置されている。基準
局Ｋはマスタ基地局ＰとＱへ、この周波数精度の高いタ
イミング信号を送出している。マスタ基地局ＰとＱは、
他の基地局とのタイミングの差分でタイミング位相の修
正は行なうが、タイミング周波数については修正を行な
わずに、基準局Ｋのタイミングに合わせる。その他の従
属基地局は図１に示した実施例と同様に動作する。この
ようにすると、タイミング位相は基地局相互関係から修
正されるが、タイミング周波数は基準局Ｋに従属するこ
とになる。したがって、公称周波数ｆ₀で正規化した位
相を用いても図２Ａに示したような特性が得られる。基
準局Ｋは１つのマスタ基地局を兼ねていてもかまわな
い。また、基準局Ｋの発振器周波数精度が十分に高けれ
ば、独立の高精度発振器を各マスタ基地局に設置しても
かまわない。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
特別な装置を設置することなく、容易に移動通信システ
ムの基地局を同期させることができる。基地局間の同期
により、ＴＤＭＡなどでは基地局間チャネル切替におけ
る処理が軽減される。処理の軽減は移動機の低消費電力
化に有効である。また、伝送特性の面から見ても、
（ｉ）チャネル切替をしてもデータ伝送が連続的に行な
える、（ii）ＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤ
ｕｐｌｅｘ）においては、同期により干渉が軽減するの
でシステムの容量が大幅に増大する、（iii ）ＣＤＭＡ
においてサイトダイバーシチ、ソフトハンドオーバーな
どの性能が向上する、などの利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは請求項１の発明の実施例を示すブロック
図、Ｂは動作原理を説明するためのタイムチャートであ
る。

【図２】Ａは各基地局のタイミング周波数が公称値のと
きの特性例を示す図、Ｂは基地局のタイミング周波数の
平均値が公称値と一致しない時の特性例を示す図であ
る。

【図３】請求項２の発明の実施例を示すブロック図。

【図４】従来の基地局同期法を示すブロック図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】移動機で複数の基地局からの信号を受信
してこれら基地局間の送信タイミングの差分を測定し、その測定した送信タイミング差分を上記複数の各基地局
へデータ伝送し、上記複数の各基地局で上記伝送された送信タイミング差
分のデータをもとにその送信タイミング差分の絶対値が
小さくなるようにその基地局の送信タイミングを修正し
て上記複数の基地局の送信タイミングの同期を確立させ
ることを特徴とする移動通信システム基地局同期法。
【請求項２】上記基地局中の１乃至複数はマスタ基地
局とし、マスタ基地局の送信タイミング周波数を基準局
からの送信タイミング周波数に一致させ、このマスタ基地局は上記伝送された送信タイミング差分
のデータをもとにその基地局の送信タイミングの位相の
みを修正することを特徴とする請求項１記載の移動通信
システム基地局同期法。