JPH08289359A - 移動通信システムの基地局間フレーム同期方式およびこの方式を適用した基地局装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 同期ハイアラーキの制御を不要にして、簡便
に自律的従属同期による基地局間フレーム同期を確立で
きるようにする。 【構成】 各小サービスエリアＧ１，Ｇ２，…ごとに主
基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…と複数の従属基地局を配設
し、主基地局において、同期設定期間になるごとに高精
度時刻情報を基に基準フレームタイミングを生成して、
このタイミングに応じて制御チャネル信号を周辺の従属
基地局へ送信し、各従属基地局において、上記主基地局
の同期設定期間後に複数のフレーム同期制御期間を設定
して、このフレーム同期制御期間に上記主基地局もしく
は他の従属基地局から送信された制御チャネル信号を受
信してその受信タイミングを基に自局のフレームタイミ
ングを生成し、この生成された自局フレームタイミング
に同期して周辺の他の従属基地局へ制御チャネル信号を
送信するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばディジタル携帯
電話システムや簡易型携帯電話システムのように、ＴＤ
ＭＡ方式を用いて基地局と移動局との間を接続して無線
通信を行なう移動通信システムに係わり、特に基地局間
のフレーム同期方式を改良して無線周波数の有効利用を
図ったシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディジタル移動通信システムの一
つとして、マイクロセルを用いた簡易型携帯電話システ
ム（以下ＰＨＳと略称する）が開発され、近々実用化さ
れようとしている。

【０００３】ＰＨＳは例えば次のように構成される。図
７はその基本構成を示した図である。すなわち、サービ
スエリアには複数のＰＨＳ基地局ＣＳ１〜ＣＳｍが分散
配置され、これらのＰＨＳ基地局ＣＳ１〜ＣＳｍにより
それぞれ半径が１００〜５００メートルのセルと呼ばれ
る無線ゾーンＺ１〜Ｚｍが形成される。ＰＨＳ基地局Ｃ
Ｓ１〜ＣＳｍは、ＰＨＳ接続装置ＰＭを有するサービス
統合デジタル網（以下ＩＳＤＮと略称する）ＩＮＷにそ
れぞれ接続される。その接続インタフェースとしては
Ｉ’インタフェースが使用される。

【０００４】各移動局ＰＳ１〜ＰＳｎは、上記ＰＨＳ基
地局ＣＳ１〜ＣＳｍが形成する無線ゾーンＺ１〜Ｚｍ内
で、無線チャネルを介してＰＨＳ基地局ＣＳ１〜ＣＳｍ
に選択的に接続され、このＰＨＳ基地局ＣＳ１〜ＣＳｍ
から上記ＩＳＤＮもしくはこのＩＳＤＮと加入電話網Ｓ
ＮＷとを介して有線電話機ＴＥＬ１〜ＴＥＬｋに接続さ
れる。また、ＰＨＳ基地局ＣＳ１〜ＣＳｍで接続制御す
ることにより、移動局ＰＳ１〜ＰＳｎ相互間の直接通信
も可能である。

【０００５】またＰＨＳは、データベースや顧客情報管
理データベースなどを持つコントロールセンタＣＣを備
えている。このコントロールセンタＣＣには、上記移動
局ＰＳ１〜ＰＳｎおよびＰＨＳ基地局ＣＳ１〜ＣＳｍに
係わる情報がＩＳＤＮおよびパケット網ＰＮＷを介して
収集され、この情報を基に認証・課金および網管理等の
サービス管理・制御が行なわれる。

【０００６】ところでＰＨＳは、ＰＨＳ基地局ＣＳ１〜
ＣＳｍと移動局ＰＳ１〜ＰＳｎとの間のアクセス方式と
して時分割多元接続（ＴＤＭＡ；Time Division Multip
le Access ）方式を採用し、さらに伝送方式として時分
割双方向多重（ＴＤＤ；TimeDivision Duplex）方式を
採用している。

【０００７】ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式のフレーム構成は、
例えば図８に示すごとく４個の送信スロットＴ１〜Ｔ４
を時分割多重したフォワードリンクと、４個の受信スロ
ットＲ１〜Ｒ４を時分割多重したリバースリンクとから
なり、１フレーム長は５ｍsec 、送受の伝送速度は３８
４ｋbps 、１スロット長は６２５μsec 、１スロットあ
たりの伝送速度は誤り訂正符号などを除いて３２ｋbps
にそれぞれ設定されている。

【０００８】移動局ＰＳ１〜ＰＳｎの発着呼に際しＰＨ
Ｓ基地局ＣＳ１〜ＣＳｍは、それぞれ自局の無線ゾーン
Ｚ１〜Ｚｍ内に存在する各移動局に対し上記ＴＤＭＡ−
ＴＤＤフレームのタイミング情報を通知して各移動局の
送受タイミングを自局の送受信タイミングに同期させ
る。そして、この状態でフレーム内の４つのスロットの
うちの空きスロットと予め定められた範囲内の無線周波
数を通信用チャネルとして移動局に割り当て、以後この
通信用チャネルを使用して移動局との間で無線通信を行
なう。したがって、ＰＨＳ基地局ＣＳ１〜ＣＳｍの各々
についてみれば、その無線ゾーンＺ１〜Ｚｍ内に位置す
る複数の移動局は相互に同期がとられたうえで衝突を起
こすことなく無線通信を行ない得る。

【０００９】しかし、一般にＰＨＳでは、各ＰＨＳ基地
局ＣＳ１〜ＣＳｍがそれぞれＴＤＭＡフレームを独立に
生成して通信を行なっており、各ＰＨＳ基地局ＣＳ１〜
ＣＳｍ間におけるＴＤＭＡフレームの同期はとられてい
ない。このため、無線ゾーンが隣接する複数の基地局間
で干渉が生じることがある。例えば、図９に示すタイミ
ングでそれぞれ通信を行なっている各基地局ＣＳａ，Ｃ
Ｓｂ間では、基地局ＣＳｂの受信スロットＲ４において
隣接基地局ＣＳａの送信スロットＴ１の送信信号が受信
されるため、基地局ＣＳｂのスロットＲ４では干渉が発
生する。この干渉を避けるためには、干渉が発生したス
ロットの使用を諦めて他のスロットを使用するか、ある
いは上記干渉が発生したスロットにおいて使用する無線
周波数を他の周波数に変更しなければならない。

【００１０】しかし、１フレームのスロット数は送受各
４個しかないため、上記スロット変更による干渉回避は
行なえない場合が多く、周波数変更に頼らざるを得な
い。すなわち、ＰＨＳ基地局間でフレーム同期がとれて
いないばかりに、本来ならば使用できるはずの貴重な通
信用チャネルが使用できなくなり、この結果通信チャネ
ルの利用効率の低下を招く。これは、加入者が増大した
場合の呼損率の増加につながり、非常に好ましくない。

【００１１】そこで、従来よりＰＨＳ基地局間のフレー
ム同期をとるための提案が幾つかなされている。これら
の提案によるフレーム同期方式を分類すると、先ず同期
接続の面からは、固定的接続方式と自律的接続方式とに
分けられる。

【００１２】（Ａ）固定的接続方式 ある基地局がどの基地局から同期のためのタイミング信
号を得るかを予め決めておく方式である。各基地局の位
置は分かっているので基地局間の伝搬遅延時間は大体計
算でき、このため遅延時間の補正は簡単である。しか
し、各基地局にそれぞれ違うデータを入力設定しなけれ
ばならず、また新たな基地局を設置した場合や基地局の
設置位置を変更した場合にはその都度データの入力設定
をやり直す必要があるという欠点がある。

【００１３】（Ｂ）自律的接続方式 同期のためのタイミング信号を得る基地局をある一定の
ルールのもとに選ぶようにしておく方式である。例えば
受信レベルが大きい方から４つの基地局を選び、その平
均したタイミングを選ぶもので、基地局ごとに異なるデ
ータを入れる必要がなく基地局の新設や設置位置の変更
に対し容易に対応できるが、系全体の同期が収束するま
でにタイミングを決定するための演算を繰り返し行なう
必要があり、また遅延時間を正しく知ることが難しい。

【００１４】次に同期のハイアラーキの面からは、相互
同期方式と、従属同期または従属と相互のハイブリッド
同期方式とに分けられる。 （イ）相互同期 同期のおおもとになる主局を設けず、お互いに近隣の局
からの受信信号を基に自局のフレームタイミングを決定
する方式である。この方式は、基地局どうしがお互いに
影響しあうので収束するまでに多くの時間がかかり、ま
た収束した状態が遅延時間により影響を受ける等の問題
点を有する。

【００１５】（ロ）従属同期または従属と相互のハイブ
リッド同期方式 同期のおおもとになる主局を設け、すべての基地局は主
局に同期するように働く方式である。同期のハイアラー
キにより、すべての基地局が上位のハイアラーキの基地
局のタイミングを基に同期をとるようにすれば完全な従
属同期となり、また同位のハイアラーキの局からも同期
をとるようにするとハイブリッド同期となる。主局は例
えば衛星測位システム（ＧＰＳ）による測時システムを
具備し、この即時システムにより得られた時刻信号をト
リガ信号としてフレームの区切りを決定する。この方式
は同期は安定しているが、主局が故障した場合の対策等
が必要になる。

【００１６】また、上記各種方式を組み合わせた別の同
期方式も学会において幾つか発表されている。以下にそ
の簡単な説明と問題点を述べる。 （ａ）自律的接続相互同期方式 この方式は、常に周辺の複数の基地局から送信されたバ
ースト信号を受信し、その各受信電界強度を基にフレー
ム／スロットの立ち上がりタイミングの重み付け平均値
を求める。そして、その算出値に基づいて自局の送信バ
ースト信号のタイミングを決定して送信する。周辺の基
地局は、それも含めた複数のフレーム信号を受信して同
じく受信電界強度による重み付け平均値を求め、その算
出値から自局の送信バースト信号のタイミングを決め
る。このように、各基地局が自局の送信タイミングの誤
差がある一定の範囲内に収まるまで、上記プロセスを繰
り返す方式である。

【００１７】なお、同方式の詳細は、「Y.Akaiwa et a
l:"Autonoumous Decentralized Inter-base-station fo
rTDMA Microcellular Systems" Proceeding IEEE VTC'9
1,PP.257-262,May 1991」に述べられている。

【００１８】この方式は、各基地局が自律的に動作する
ため、コントロールセンタによる制御が不要である等の
長所がある。しかし、その一方で次のような各種問題点
を有している。(1) 常に周辺基地局を監視するための専
用の受信機が必要となるため基地局の大形化およびコス
トアップにつながる。(2) 基地局間のフレームタイミン
グの誤差を一定値に収束させるために必要な時間が、基
地局の数が増えるにつれて増大する。(3) 全基地局のフ
レームタイミングが、上記したプロセスの繰り返し動作
によって収束するまでの安定性に難がある。(4) 地域停
電の発生などによりこの相互同期系に擾乱が与えられた
場合の系の安定性に問題が予想される。(5) 各基地局間
の距離差による伝搬遅延時間のバラツキを補正するため
の補正値が一定値であるため、収束後のフレームタイミ
ングの精度が確保できない。

【００１９】（ｂ）固定的接続相互同期方式 この方式は、上記自律的接続相互同期方式の欠点を補う
ように提案されたもので、基本的には同方式と同じであ
るが、各基地局が自局周辺の他の基地局の送信バースト
信号を全て監視するのではなく、予め決められた複数の
基地局のみ監視し同期をとる方式である。そのため、各
基地局には、それぞれ自局周辺の監視対象となる基地局
の座標および自局の座標が予め入力される。各基地局
は、受信した送信バーストに含まれる基地局ＩＤ番号を
チェックし、その基地局の座標と自基地局の座標とから
両基地局間の距離を計算して、この算出値を基に伝搬遅
延時間を補正することにより自局の送信フレームタイミ
ングを決定する。

【００２０】なお、同方式の詳細は、「H.Kazama et a
l:"Semi-Autonoumous Synchronization among Base Sta
tion for TDMA-TDD Communication Systems",IEICE Tra
ns.Commun.,Vol.E77-B,pp862-867, July 1994」に述べ
られている。

【００２１】この方式は、伝搬遅延時間の補正精度が向
上するため、全体が収束するまでの時間が短くなるとい
う長所を有している。しかし、その一方で(1) 常に相手
基地局を監視するための専用の受信機が必要であり、製
品のコストアップにつながること、(2) 地域停電などこ
の基地局相互フレームタイミング相互同期系に擾乱が発
生した場合の収束の安定性に難があること、(3) 各基地
局に、周辺基地局の正確な座標等非常に多くの個別情報
を予め与えておくことが必要であり、その管理が大変で
あること、といった種々問題点を有している。

【００２２】（ｃ）自律的接続従属同期方式 この方式は、同期をとる際のもとになる主基地局と、こ
の主基地局の送信バーストを受信してそれを基に同期を
とる従属基地局とを予め定め、さらに従属基地局群を階
層化して順位をつけ、徐々に同期の輪を広げていく方式
である。同期のハイアラーキは、主局を最上位にその他
の局を最下位にそれぞれ設定し、各基地局は受信信号の
うち自局より上位の局の信号に同期するようにしてい
る。そして、自局のハイアラーキをその上位の局より１
段さげて設定し直すようにして、系の同期を自律的に進
めていく。

【００２３】なお、同方式の詳細は、「J.Chang:"Auton
oumous Time Synchronization Among Radio Ports in W
ireless Personal Communications",IEEE Trans.VT,Vo
l.43,No.1,pp27-32, Feb 1994」に述べられている。

【００２４】この方式は、相互同期をとる必要がないた
め、同期収束時間が短く済む等の長所を有している。し
かし、その一方で次のような各種問題点を有している。
(1)常に相手基地局を監視するための専用の受信機が必
要であり、また自局のハイアラーキを常に同期信号とと
もに送信せねばならないため、製品の大形化およびコス
トアップにつながる。(2) 実際に実用化する上での問題
点の対応策（例えば、突発的な事故等で親基地局が送信
できなくなった場合の対応方法等）が明確でない。(3)
階層がたくさん増えていった場合の基地局間の距離によ
る伝搬遅延時間誤差の積み重ねから階層に限界がある。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来より提案されている基地局間フレーム同期方式に
は、いずれも様々な問題点がある。そこで、本発明の第
１の目的は、同期ハイアラーキの制御を不要にして、簡
便に自律的従属同期による基地局間フレーム同期を確立
することができる移動通信システムの基地局間フレーム
同期方式を提供することである。

【００２６】また本発明の第２の目的は、基地局が多数
存在する場合でも短時間に効率良くシステム全体のフレ
ーム同期を確立することができる移動通信システムの基
地局間フレーム同期方式を提供することである。

【００２７】また本発明の第３の目的は、基地局間の伝
搬遅延や基地局内の回路遅延の影響を受け難くした移動
通信システムの基地局間フレーム同期方式を提供するこ
とである。

【００２８】さらに本発明の第４の目的は、主基地局で
障害が発生しても基地局間のフレーム同期を確立できる
ようにし、これにより信頼性の向上を図った移動通信シ
ステムの基地局間フレーム同期方式を提供することであ
る。

【００２９】さらに本発明の第５の目的は、基地局が通
信中の場合にはこの通信を切断することなくフレーム同
期を確立することができる移動通信システムの基地局間
フレーム同期方式を提供することである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために本発明の基地局間フレーム同期方式は、少なく
とも１つの主基地局と、この主基地局の周辺に配置され
た複数の従属基地局とを備えている。そして、主基地局
において、間欠的に設定される所定の同期設定期間に、
外部から受け取った高精度時刻情報に基づいて時分割多
元接続のための基準フレームタイミングを生成し、この
生成された基準フレームタイミングに同期して、自局の
周辺に位置する上記従属基地局に向け所定の制御チャネ
ル信号を送信するようにしている。また、上記各従属基
地局において、上記主基地局の同期設定期間後に複数の
フレーム同期制御期間を時分割に設定し、この設定され
た複数のフレーム同期制御期間のうちの任意のフレーム
同期制御期間に、上記主基地局もしくは他の従属基地局
から送信された制御チャネル信号を受信して、その受信
タイミングに基づいて自局のフレームタイミングを生成
し、この生成された自局フレームタイミングに同期し
て、上記任意のフレーム同期制御期間に続く他のフレー
ム同期制御期間に自局周辺の他の従属基地局に向け制御
チャネル信号を送信するようにしたものである。

【００３１】また上記第２の目的を達成するために本発
明の基地局間フレーム同期方式は、システムのサービス
エリアを複数の小サービスエリアに分割し、これらの小
サービスエリアごとに１つの主基地局を配設するように
したものである。

【００３２】上記各従属基地局において、複数の基地局
から制御チャネル信号を受信した場合に自局フレームタ
イミングを生成する方式としては、次のような各種方式
が適用可能である。すなわち、その方式とは、受信した
複数の制御チャネル信号のうち受信レベルが最も大きい
制御チャネル信号の受信タイミングに基づいて自局のフ
レームタイミングを生成する方式や、受信した複数の制
御チャネル信号ごとにその受信レベルの平均値を求め
て、この受信レベルの平均値が所定レベル以上となる制
御チャネル信号を選択してその受信タイミングの平均値
を基に自局のフレームタイミングを生成する方式であ
る。

【００３３】また上記第３の目的を達成するために本発
明の基地局間フレーム同期方式は、従属基地局の第２の
制御チャネル信号送信手段にタイミング調整手段を備
え、このタイミング調整手段において、制御チャネル信
号の送信タイミングを、想定される遅延情報に基づいて
可変設定するようにしたものである。

【００３４】上記タイミング調整の方式としては、制御
チャネル信号を送信した基地局から自局までの伝搬遅延
時間と、当該制御チャネル信号を受信した時点から当該
制御チャネル信号により表わされるフレームタイミング
を検出するまでに要する検出時間と、当該フレームタイ
ミングの検出時点から自局フレームタイミングを生成す
るまでに要する生成時間と、この生成した自局フレーム
タイミングに同期して制御チャネル信号を送信するまで
の送信時間との合計時間がフレーム周期の整数倍になる
ように、上記送信時間を可変設定する方式が適用可能で
ある。

【００３５】またその際、伝搬遅延時間の推定方式とし
ては、フレームタイミングの生成に用いる制御チャネル
信号が受信されるごとに、この制御チャネル信号の受信
レベルを基に当該制御チャネル信号の伝搬遅延時間を推
定する方式や、フレームタイミングの生成に用いる制御
チャネル信号が受信されるごとに、この制御チャネル信
号の受信レベルと当該制御チャネルにて送信側の基地局
から通知された送信レベルを表わす情報とに基づいて、
当該制御チャネル信号の伝搬遅延時間を推定する方式が
適用可能である。

【００３６】さらに上記第４の目的を達成するために本
発明の基地局間フレーム同期方式は、主基地局と隣接す
る位置に少なくとも一つの副主基地局を配置する。そし
て、この副主基地局において、主基地局の同期設定期間
後に設定された複数のフレーム同期制御期間に、上記主
基地局から送信された制御チャネル信号の受信の有無を
判定する。そして、主基地局からの制御チャネル信号が
受信されたと判定された場合には、当該制御チャネル信
号の受信タイミングに同期して自局のフレームタイミン
グを生成し、一方上記主基地局から制御チャネル信号が
受信されないと判定された場合には、外部から受け取っ
た高精度の時刻情報に基づいて、上記主基地局に代わり
代替基準フレームタイミングを生成する、そして、上記
生成した自局フレームタイミングおよび上記代替基準フ
レームタイミングのうちのいずれか一方に同期して、上
記任意の期間に続く他のフレーム同期制御期間に自局周
辺の従属基地局に向け制御チャネル信号を送信するよう
にしたものである。

【００３７】さらに、上記第５の目的を達成するために
本発明の基地局間フレーム同期方式は、従属基地局にお
いて、移動局との間の通信期間とフレーム同期制御期間
とが重なった場合には、少なくとも上記通信期間中にお
けるフレーム同期制御を中止するとともに、この中止期
間中に送信する信号中にフレーム同期制御を中止してい
ることを表わす情報を挿入して送信し、かつフレーム同
期制御期間に受信された制御チャネル信号に上記フレー
ム同期制御を中止していることを表わす情報が挿入され
ている場合には、当該制御チャネル信号をフレームタイ
ミングを生成するための信号から除外するようにしたも
のである。

【００３８】

【作用】この結果、本発明の基地局間フレーム同期方式
によれば、主基地局において高精度時刻情報に従って間
欠的に基準フレームタイミングが生成され、この基準フ
レームタイミングに同期して周辺の従属基地局に向け制
御チャネル信号が送信される。これに対し各従属基地局
では、それぞれ時分割構成の複数のフレーム同期制御期
間が設定され、このうちの任意の期間に上記主基地局ま
たは他の従属基地局から送信された制御チャネル信号を
受信して、この受信した制御チャネル信号の受信タイミ
ングに同期して自局のフレームタイミング信号を生成す
る動作が行なわれる。そして、この生成した自局フレー
ムタイミングに同期してさらに周辺の従属基地局に向け
制御チャネルが送信される。すなわち、主基地局から距
離に応じて段階的に周辺の従属基地局へフレーム同期の
輪が広がることになる。

【００３９】このため、自律的接続従属同期方式による
フレーム同期動作が行なわれることになり、これにより
基地局間の相互同期が繰り返されることがなくなって同
期確立に要する時間が短縮される。

【００４０】しかも、主基地局における基準フレームタ
イミングの生成動作、および各従属基地局におけるフレ
ーム同期制御動作は、例えば２４時間おきというように
間欠的に行なわれる。このため、上位階層側の基地局が
送信するフレーム同期用の制御チャネル信号を常時受信
する必要がなくなるのでフレーム同期専用の受信機が不
要となり、これにより基地局の構成を簡単小形化して製
品のコストダウンが期待できる。また自局のハイアラー
キを常に制御しかつ同期信号とともに常に送信する必要
がないので、その分制御を簡単化できる。

【００４１】また本発明によれば、システムのサービス
エリアを複数の小サービスエリアに分割して、これらの
小サービスエリアごとに１つの主基地局を配設し、各小
サービスエリアにおいて上記した本発明のフレーム同期
動作を実行するようにしたことによって、各小サービス
エリアごとにフレーム同期の確立動作が行なわれること
になり、これにより全サービスエリアに１個の主基地局
を設けてフレーム同期を確立する場合に比べて、システ
ム全体のフレーム同期時間を大幅に短縮することが可能
となる。

【００４２】なお、各小サービスエリア間のフレーム同
期は、各小サービスエリアの主基地局がそれぞれ例えば
ＧＰＳなどの外部システムから供給される共通の高精度
時刻情報に従って基準フレームタイミングを生成するの
で、常に一致した状態に保持される。

【００４３】また本発明によれば、各従属基地局の第２
の制御チャネル信号送信手段にタイミング調整手段が設
けられ、このタイミング調整手段により制御チャネル信
号の送信タイミングが想定遅延情報に基づいて可変設定
される。このため、各基地局間の伝搬遅延や基地局内で
発生される回路遅延を考慮してより高精度のフレーム同
期を確立することが可能となる。

【００４４】さらに本発明によれば、主基地局と隣接す
る位置に副主基地局が配設され、この副主基地局におい
て、主基地局からの制御チャネル信号が受信されない場
合には、主基地局に障害が発生したと判断して、外部か
ら受け取った高精度の時刻情報を基に主基地局に代わっ
て代替基準フレームタイミングが生成され、周辺の従属
基地局に通知される。このため、主基地局で障害が発生
したとしても、自動的にこの主基地局に代わって副主基
地局が基準フレームタイミングを生成することになり、
これによりシステムのフレーム同期は確実に確立され
る。また副主基地局は、主基地局が正常動作している期
間には従属基地局として動作するため、主基地局をただ
単に二重化する場合に比べて構成の簡単なシステムを構
築することができる。

【００４５】さらに本発明によれば、通信中にフレーム
同期制御期間になった場合には、通信が優先されて通信
終了後にフレーム同期制御が行なわれる。このため、通
信が途中で切断されたり、また通信を行なおうとしても
フレーム同期制御のために行なえなくなるといった不具
合が発生することはない。また通信中において、従属基
地局からはフレーム同期制御を中止している旨の情報が
通信信号に挿入されて送信される。このため、周辺の従
属基地局では上記通信信号をフレーム同期用の信号から
除外することができ、これにより常に正しいタイミング
で自局フレームタイミングを生成することが可能とな
る。

【００４６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例に係わる移動通信シ
ステムにおける基地局の配置図である。

【００４７】同図において、システムのサービスエリア
は複数の小サービスエリアＧ１，Ｇ２，…に分割されて
おり、これらの小サービスエリアＧ１，Ｇ２，…にはそ
れぞれ１個の主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…と、１個の副
主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２００，…と、多数の従属基
地局ＣＳ１０１，ＣＳ２０１，…とが配設されている。
このうち主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…の配設位置は、小
サービスエリアＧ１，Ｇ２，…のほぼ中心部分に設定さ
れ、また副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２００，…の設置
位置はそれぞれ上記主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…と隣接
する位置に設定される。

【００４８】上記主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…、副主基
地局ＣＳ１００，ＣＳ２００，…および各従属基地局Ｃ
Ｓ１０１，ＣＳ２０１，…は、それぞれ半径が１００〜
５００ｍの無線ゾーンを形成し、これらの無線ゾーン内
に存在する図示しない移動局との間でＴＤＭＡ−ＴＤＤ
方式による無線伝送を行なう。また、上記各基地局はそ
れぞれＩＳＤＮ加入回線を介してディジタル公衆網の一
つであるＩＳＤＮに接続され、さらにこのＩＳＤＮを介
して本システムのコントロールセンタに接続される。コ
ントロールセンタは、本システムに加入している移動局
に関する登録・認証、課金処理などの管理・制御を行な
う。

【００４９】なお、本システムが事業所用のシステムの
場合には、各基地局はディシタル内線を介してディジタ
ル構内交換装置に接続される。ところで、上記主基地局
ＣＳ１，ＣＳ２，…、副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２０
０，…、および従属基地局ＣＳ１０１，ＣＳ２０１，…
はそれぞれ次のように構成される。

【００５０】図２は、これらの基地局のうち主基地局Ｃ
Ｓ１，ＣＳ２，…の回路構成を示すブロック図である。
すなわち、主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…は、送受信部１
０と、制御部３０と、基準フレームタイミング信号発生
装置４０とから構成される。

【００５１】送受信部１０は、例えばスペースダイバー
シティを行なうために２基のアンテナ１１ａ，１１ｂを
備えており、これらのアンテナ１１ａ，１１ｂで受信さ
れた移動局からの無線変調波信号は、アンテナ切替器１
２で選択されたのち送受切替器１３を介して受信回路１
４に入力される。受信回路１４では、上記無線変調波信
号が周波数シンセサイザ１５から発生された無線チャネ
ルに対応する局部発振信号とミキシングされて中間周波
信号に変換される。この受信中間周波信号は、復調器１
６でディジタル復調されたのち時分割多重・分離回路１
７でスロットごとに分離される。そして、この分離され
た復調信号は、復号化回路１８で誤り訂正復号処理およ
び音声復号処理が行なわれ、これにより再生された音声
データはＩＳＤＮへ伝送される。

【００５２】これに対し、ＩＳＤＮから到来した音声デ
ータは、符号化回路１９で音声符号化処理および誤り訂
正符号化処理が行なわれたのち時分割多重・分離回路１
７に入力され、ここで他チャネルの音声データとスロッ
ト多重される。そして、この多重化された送信データは
変調器２０に入力され、この変調器２０においてディジ
タル変調信号に変換されたのち送信回路２１に入力され
る。送信回路２１では、上記ディジタル変調信号が、周
波数シンセサイザ１５から発生された無線チャネルに対
応する局部発信信号とミキシングされて無線変調は信号
に周波数変換され、この無線変調は信号は送受切替器１
３およびアンテナ切替器１２を介してアンテナ１１ａ，
１１ｂに供給され、これらのアンテナ１１ａ，１１ｂか
ら移動局に向けて送信される。

【００５３】基準フレームタイミング信号発生装置４０
は、高精度の時刻情報を得ることができるシステム、例
えば衛星測位システム（ＧＰＳ）から送信される時刻情
報を受信し、この受信時刻情報を基に予め決められた時
刻において基準となるフレームタイミング信号を発生す
る。ここで、この基準フレームタイミング信号の発生時
刻としては、主基準局における通話頻度が最も少なくな
る時間帯である、例えば午前２時が選ばれる。すなわ
ち、基準フレームタイミング信号発生装置４０は、毎日
午前２時を同期期間設定期間に設定し、この期間が到来
するごとに基準フレームタイミングを発生する。

【００５４】制御部３０は、時計・制御回路３１と、ク
ロック同期抽出回路３２と、タイミングクロック発生回
路３３と、フレームタイミング検出・制御回路３４とを
備えている。

【００５５】時計・制御回路３１は、コントロールセン
タや移動局からの制御信号を受け、基地局全体の動作を
制御する。また、コントロールセンタより予め設定され
た期間に時刻情報を受け取り、この時刻情報を基に計時
を行なう機能を持っている。なお、上記時刻情報は同期
設定期間等の設定を行なうために使用されるもので、前
記基準フレームタイミング信号発生装置４０が基準フレ
ームタイミング信号を発生するために使用する高精度の
時刻情報ほどの精度を必要としない。したがって、コン
トロールセンタからＩＳＤＮを通って基地局に至るまで
の遅延時間は問題にならない。

【００５６】クロック同期抽出回路３２は、例えばＰＬ
Ｌ回路により構成され、ＩＳＤＮからＩＳＤＮ回線を経
て伝送された信号からクロックを抽出する。このとき、
ＩＳＤＮから各ＩＳＤＮ回線へ送出されるクロックは位
相が同期しているので、すべての基地局は同一のクロッ
クにより動作することが可能となる。

【００５７】フレームタイミング検出・制御回路３４
は、上記基準フレームタイミング信号発生装置４０から
発生された基準フレームタイミング信号に同期して基準
フレームタイミングを設定する。

【００５８】タイミングクロック発生回路３３は、上記
フレームタイミング検出・制御回路３４において生成さ
れた基準フレームタイミングと、上記クロック同期抽出
回路３２により抽出されたクロックとに同期して、主基
地局の内部動作クロックを発生する。

【００５９】主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…は、上記フレ
ームタイミング検出・制御回路３４において基準フレー
ムタイミングが設定されると、時計・制御回路３１によ
り上記基準フレームタイミングに同期したタイミングで
制御チャネル信号を周辺の従属基地局に向け送信する。

【００６０】一方、図３は従属基地局ＣＳ１０１，ＣＳ
２０１，…の回路構成を示すブロック図である。なお、
同図において図２と同一部分には同一符号を付して詳し
い説明は省略する。

【００６１】各従属基地局ＣＳ１０１，ＣＳ２０１，…
は、送受信部１０と、制御部５０とを備えている。制御
部５０は、時計・制御回路５１と、クロック同期抽出回
路５２と、タイミングクロック発生回路５３と、フレー
ムタイミング検出制御回路５４とを備えている。

【００６２】時計・制御回路５１は、前記主基地局ＣＳ
１，ＣＳ２，…の時計・制御回路３１と同様に、コント
ロールセンタや移動局からの制御信号を受け、基地局全
体の動作を制御する。また、コントロールセンタより予
め設定された期間に時刻情報を受け取り、この時刻情報
を基に計時を行なう。

【００６３】クロック同期抽出回路５２も、前記主基地
局ＣＳ１，ＣＳ２，…のクロック同期抽出回路３２と同
様に、ＰＬＬ回路を用いて、ＩＳＤＮからＩＳＤＮ回線
を経て伝送された信号からクロックを抽出する。

【００６４】フレームタイミング検出・制御回路５４
は、フレーム同期制御期間の設定機能と、自局フレーム
タイミングの設定機能と、通信中判定機能とを有してい
る。フレーム同期制御期間の設定機能は、上記時計・制
御回路５１により計時されている現在時刻が前記主基地
局ＣＳ１，ＣＳ２，…で設定される同期設定期間に、つ
まり午前２時になった時点でフレーム同期制御期間を開
始させる。このフレーム同期制御期間は、例えば図５に
示すごとく複数の小期間Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎに分かれて
おり、これらの小期間Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎの時間長は制
御チャネルの送信周期（例えば１００ｍsec ）の数〜数
十倍に設定される。

【００６５】通信中判定機能は、上記設定されたフレー
ム同期制御期間が通信中に設定されたか否かを判定し、
通信中でない場合に自局フレームタイミング設定機能に
設定動作を行なわせ、通信中の場合には自局フレームタ
イミング設定動作を通信が終了するまで延期させる。

【００６６】自局フレームタイミングの設定機能は、上
記通信中判定機能により通信中ではないと判定された場
合に、上記各小期間Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎの一つにおいて
主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…もしくは他の従属基地局か
ら送信されたフレームタイミング設定用の制御チャネル
信号を受信し、この制御チャネル信号が受信されるとそ
の受信タイミングを基に自局のフレームタイミングを設
定する。その際、複数の基地局から制御チャネル信号が
受信された場合には、これらの制御チャネル信号の中か
ら受信レベルが最も大きい制御チャネル信号を選択し
て、その受信タイミングを基に自局のフレームタイミン
グを設定するか、または制御チャネル信号ごとにその受
信レベルの平均値を求めて、この受信レベルの平均値が
所定レベル以上となる制御チャネル信号を選択してその
受信タイミングの平均値を求め、この受信タイミングの
平均値を基に自局のフレームタイミングを設定する。

【００６７】タイミングクロック発生回路５３は、前記
主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…のタイミングクロック発生
回路３３と同様に、上記フレームタイミング検出・制御
回路５４において生成された基準フレームタイミング
と、上記クロック同期抽出回路５２により抽出されたク
ロックとに同期して、主基地局の内部動作クロックを発
生する。

【００６８】さらに時計・制御回路５１は、フレームタ
イミング設定用の制御チャネル信号の送信制御機能を有
している。すなわち、この送信制御機能は、上記フレー
ムタイミング検出・制御回路５４において自局フレーム
タイミングが設定されると、フレーム同期制御期間の次
の小期間において上記自局フレームタイミングに同期し
たタイミングでフレームタイミング設定用の制御チャネ
ル信号を周辺の従属基地局に向け送信する。また、この
制御チャネル信号の送信タイミングを設定する際に、基
地局間における制御チャネル信号の伝搬遅延や基地局内
における回路処理遅延等を考慮して送信タイミングを補
正する。さらに、上記通信中判定機能において通信中と
判定された場合には、通信チャネル信号にフレームタイ
ミングの設定用ではないことを表わす情報を挿入して送
信する。

【００６９】また、副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２０
０，…は次のように構成される。すなわち、副主基地局
ＣＳ１００，ＣＳ２００，…は、先に述べた主基地局Ｃ
Ｓ１，ＣＳ２，…（図２）と同様に、送受信部と、制御
部と、基準フレームタイミング信号発生装置とを備えて
いる。このうち送受信部および基準フレームタイミング
信号発生装置の構成および機能は主基地局のそれと同一
であり、制御部のフレームタイミング検出・制御回路の
機能が異なっている。

【００７０】すなわち、フレームタイミング検出・制御
回路は、設定したフレーム同期制御期間中の第１番目の
小期間Ｔ１において主基地局からフレームタイミング設
定用の制御チャネル信号が受信されるか否かを判定する
機能を有している。そして、当該制御チャネル信号が受
信された場合にはその受信タイミングを基に自局フレー
ムタイミングを設定する。これに対し上記制御チャネル
信号が受信されなかった場合には、上記基準フレームタ
イミング信号発生装置から発生される基準フレームタイ
ミング信号にしたがって代替基準フレームタイミングを
設定する。

【００７１】すなわち、副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２
００，…は、通常時には従属基地局の一つとして動作す
るが、フレーム同期制御期間に主基地局から基準フレー
ムタイミングを表わす制御チャネル信号が到来しない場
合には主基地局に代わってその主基地局としての動作を
行なう。

【００７２】次に、以上のように構成されたシステムの
基地局間フレーム同期方式を説明する。なお、ここでは
図１に示した各小サービスエリアＧ１，Ｇ２，…のうち
小サービスエリアＧ１を例にとって説明する。図４乃至
図６はその動作説明に使用するタイミング図である。

【００７３】先ず、主基地局ＣＳ１では、それぞれ午前
２時になると基準フレームタイミング信号発生装置４０
においてＧＰＳから送信された高精度時刻情報を基に基
準フレームタイミング信号が発生される。そうすると、
フレームタイミング検出・制御回路３４において上記基
準フレームタイミング信号を基に基準フレームタイミン
グが設定され、この基準フレームタイミングに同期した
タイミングで周辺の従属基地局に向け図５に示すごとく
制御チャネル信号が送信される。

【００７４】この制御チャネル信号の送信周期は、例え
ば図４に示すように２０フレーム周期に、つまり１００
ｍsec に設定される。また、制御チャネル信号には図４
に示すように基地局番号を表わすＣＳ−ＩＤ信号および
付加ビットが含まれる。

【００７５】これに対し、副主基地局ＣＳ１００を含む
各従属基地局ＣＳ１０１，１０２，…では、時計・制御
回路５１で計時されている現在時刻が上記同期設定期間
である午前２時になると、この同期設定期間後にフレー
ム同期制御期間をスタートさせる。フレーム同期制御期
間は、図５に示すごとく複数の小期間Ｔ１，Ｔ２，…，
Ｔｎに分かれており、その長さは制御チャネル信号の送
信周期（１００ｍsec）の数〜数十倍の長さに設定され
る。各従属基地局は、フレーム同期制御期間になるとＴ
ＤＭＡフレームのフォワードリンクを含む全期間で受信
のみを行なうモードとなる。

【００７６】いま仮に主基地局ＣＳ１の無線ゾーンが図
１のＧ１０だったとする。そうすると、主基地局ＣＳ１
から送信されたフレームタイミング設定用の制御チャネ
ル信号は、上記無線ゾーンＧ１０内に位置する各従属基
地局ＣＳ１００，ＣＳ１０１〜ＣＳ１０４において受信
される。図５ではこのうちの従属基地局ＣＳ１０１，Ｃ
Ｓ１０２における受信タイミングを示している。

【００７７】上記制御チャネル信号が受信されると各従
属基地局ＣＳ１００，ＣＳ１０１〜ＣＳ１０４は、それ
ぞれフレームタイミング検出・制御回路５４においてこ
の制御チャネル信号の受信タイミングを基に自局のフレ
ームタイミングをフレーム同期制御期間の最初の小期間
Ｔ１内に設定する。そして、続く小期間Ｔ２において全
受信モードを解消し、上記自局フレームタイミングに同
期して制御チャネル信号を送出する。なお、このとき各
従属基地局ＣＳ１００，ＣＳ１０１〜ＣＳ１０４におけ
る制御チャネル信号の送信タイミングはそれぞれランダ
ムに設定される。このため、各従属基地局の制御チャネ
ル信号が無線回線上で衝突する確率は低い。また制御チ
ャネル信号が衝突した場合には、該当する基地局におい
て送信タイミングの設定のし直しが行なわれる。

【００７８】上記各従属基地局ＣＳ１００，ＣＳ１０１
〜ＣＳ１０４が制御チャネル信号を送信すると、これら
の制御チャネル信号はそれぞれ各従属基地局ＣＳ１０
０，ＣＳ１０１〜ＣＳ１０４の無線ゾーン内に設けられ
ている他の従属基地局において受信される。例えば、従
属基地局ＣＳ１０１から送信された制御チャネル信号
は、図１に示すごとくその無線ゾーンＧ１１内に存在す
る各従属基地局ＣＳ１１０〜ＣＳ１１２で受信される。
また同様に、従属基地局ＣＳ１０４から送信された制御
チャネル信号は、その無線ゾーンＧ１２内に存在する各
従属基地局ＣＳ１０５〜ＣＳ１０７で受信される。

【００７９】これらの各従属基地局は、それぞれフレー
ム同期制御期間の小期間Ｔ２において上記制御チャネル
信号を受信すると、フレームタイミング検出・制御回路
５４においてこの制御チャネル信号の受信タイミングを
基に自局のフレームタイミングをフレーム同期制御期間
の小期間Ｔ２内で設定する。そして、続く小期間Ｔ３に
おいて全受信モードを解消し、上記自局フレームタイミ
ングに同期して制御チャネル信号を送出する。図５には
上記各従属基地局のうち従属基地局ＣＳ１１２における
制御チャネルの受信タイミングおよび送信タイミングを
示してある。

【００８０】そうして各従属基地局ＣＳ１１０〜ＣＳ１
１２，ＣＳ１０５〜ＣＳ１０７が制御チャネル信号を送
信すると、これらの制御チャネル信号はそれぞれ各従属
基地局ＣＳ１１０〜ＣＳ１１２，ＣＳ１０５〜ＣＳ１０
７の無線ゾーン内に設けられているさらに他の従属基地
局において受信される。例えば、従属基地局ＣＳ１１１
から送信された制御チャネル信号は、図１に示すごとく
その無線ゾーンＧ１３内に存在する各従属基地局ＣＳ１
１３，ＣＳ１１４で受信される。

【００８１】以下同様に、従属基地局が送信する制御チ
ャネル信号はそれよりも遠方の従属基地局へ順次伝えら
れ、それぞれこの受信制御チャネル信号に同期してフレ
ーム同期が確立される。

【００８２】すなわち、各従属基地局では主基地局ＣＳ
１，ＣＳ２，…からの距離に応じて自律的に自己のハイ
アラーキの設定が行なわれて、これにより自律的接続従
属同期方式によるフレーム同期動作が行なわれることに
なる。

【００８３】ところで、本実施例のシステムでは、以上
のようなフレーム同期確立動作を行なう際に、次のよう
な特徴的な各種制御を行なっている。先ず、複数の基地
局からの制御チャネル信号が受信された場合の自局フレ
ームタイミングの設定機能について説明する。

【００８４】例えば小期間Ｔ２において、図５に示すご
とく従属基地局ＣＳ１０１，ＣＳ１０２が制御チャネル
信号の送信を始めると、これらの基地局ＣＳ１０１，Ｃ
Ｓ１０２と比較的近い位置に存在する従属基地局ＣＳ１
１２では、上記各従属基地局ＣＳ１０１，ＣＳ１０２か
ら送信された制御チャネル信号をそれぞれ受信すること
になる。そこで、従属基地局ＣＳ１１２は、上記受信し
た各制御チャネル信号の受信レベルをそれぞれ検出し、
このうち受信レベルの大きい方の制御チャネル信号を選
択する。そして、この選択した制御チャネル信号の受信
タイミングを基に自局フレームタイミングを設定し、こ
のフレームタイミングに同期したタイミングで制御チャ
ネル信号を送出する。

【００８５】また、複数の制御チャネル信号が受信され
た場合の他の自局フレームタイミング設定機能として
は、各制御チャネル信号の受信タイミングの平均をとっ
てこの平均値を基に自局フレームタイミングを設定する
方法や、受信レベルでウェイトを掛けた平均をとる方法
が考えられる。

【００８６】次に、基地局間における制御チャネル信号
の伝搬遅延や基地局内で生じる回路動作遅延を補正する
機能について説明する。図６はこの機能を説明するため
のタイミング図である。

【００８７】いま、基地局ＣＳａの制御チャネル信号を
基に他の基地局ＣＳｂのフレーム同期を確立する場合を
考える。基地局ＣＳａの制御チャネル信号の送信タイミ
ングはアンテナ端で見て図６（ａ）のようになる。この
信号が伝搬中に遅延Ｄ２を受け、基地局ＣＳｂのアンテ
ナ端に図６（ｂ）のタイミングで到達する。この信号
は、受信回路１４および復調器１６などを通ったのちフ
レームタイミング検出・制御回路５４に入力され、ここ
でフレームタイミングとして図６（ｃ）のタイミングで
検出される。アンテナ端に信号を受けてフレームタイミ
ングを検出するまでの時間Ｄ３は受信側の遅延時間であ
る。

【００８８】このフレームタイミング検出からフレーム
タイミング信号を発生するまでにＤ４の時間のずれがあ
るとする。このＤ４が後ほど述べる遅延時間の調整値に
関係する。フレーム周期を例えば５ｍsec とする。制御
チャネル信号は、図６（ｄ）に示す自局フレーム同期タ
イミングに応じて図６（ｅ）のタイミングで発生する。
したがって、図６（ｃ）から（ｅ）までの時間はＤ４＋
５ｍsec ×ｉになる。ここでｉは整数である。この制御
チャネル信号の符号が変調器２０および送信回路２１等
を通ってアンテナ１１ａ，１１ｂ端より図６（ｆ）に示
すタイミングで送信されるまでに要する時間が送信側の
遅延時間Ｄ５となる。なお、ここでは図６（ｄ）に示す
自局フレームタイミングに同期して制御チャネル信号が
発生するとしたが、もしその発生に時間がかかったとす
ると、その時間は送信側の遅延時間としてＤ５に加えれ
ばよい。

【００８９】ここで、図６（ａ）と（ｆ）とはフレーム
同期の観点から見て、同じ位相にあることが望まれる。
つまり、その発生時間差ＤＴはフレーム周期５ｍsec の
整数倍であることが望ましい。つまり、（Ｄ２＋Ｄ３＋
Ｄ４＋Ｄ５）が５ｍsec の整数倍になればよい。Ｄ４は
調整値であり、一般的にＤ２，Ｄ３，Ｄ５はフレーム周
期よりかなり短い時間であるので、実際上は上記の時間
の和は５ｍsec にすればよい。したがって、調整時間Ｄ
４は Ｄ４＝５ｍsec −Ｄ２−Ｄ３−Ｄ４ となる。

【００９０】ここで、Ｄ３，Ｄ５は基地局の回路の設計
あるいは実測により予め分かる値である。またＤ２は基
地局間の伝搬遅延時間であり、その距離や状態により違
った値をとる。しかし、一般的には数μsec であるの
で、無視して零と仮定しても大きな劣化にはならない。

【００９１】しかし、この劣化を嫌う場合には平均的な
遅延時間を仮定してこれを固定値として与えるようにし
てもよい。また、個別に基地局間の伝搬遅延量を想定で
きるとすれば、この想定値を用いるとさらに効果的であ
る。

【００９２】すなわち、基地局において、自局フレーム
タイミングに同期して制御チャネルの符号が生成され、
これがアンテナから制御チャネル信号となって送信され
るまでの送信側遅延時間と、アンテナ端に制御チャネル
信号を受けてからフレームタイミングを検出するまでの
受信側遅延時間とを予め知り、また基地局間の伝搬遅延
時間を想定することにより、フレームタイミングを検出
してからフレームタイミング信号を生成するまでの調整
時間をフレーム周期時間より送信側遅延時間、受信側遅
延時間および仮定もしくは想定された基地局間の伝搬遅
延時間を引いた値に設定することにより、基地局間のフ
レームタイミングをより正確に設定することができる。

【００９３】次に上記伝搬遅延時間を想定するための具
体例について述べる。すなわち、空中伝搬の減衰特性を
表わすモデルは幾つか知られている。例えば、減衰量は
通常の市街地空間では距離の３．５乗に比例するという
モデルが知られている。その他にもある距離までは距離
の３乗に比例し、ある距離以上は４乗に比例するという
モデルもある。いずれにしても、減衰値Ｑは距離Ｍの関
数で推定できる。すなわち、 Ｑ＝ｆ（Ｍ） と表わすことができる。

【００９４】したがって、いま仮にある基地局ＣＳｋの
制御チャネル信号の送信電力をＰＴｋとし、別の基地局
ＣＳｍにおける当該制御チャネル信号の受信電力をＰＲ
m,kとすると、二つの基地局ＣＳｋ，ＣＳｍ間の減衰値
Ｑkmは Ｑkm＝ＰＴk ／ＰＲm,k により算出される。

【００９５】この場合、受信電力はフェーディングの影
響で大きく変動するので、一つの基地局ＣＳから複数個
の制御チャネル信号を受信して、これらの受信レベルの
平均値をＰＲm,k とすることが必要である。このように
すると、前記した距離と減衰値の関係の逆関数を利用す
れば、基地局ＣＳｋと基地局ＣＳｍとの間の距離Ｍkm
は、 Ｍkm＝ｆ−１（Ｑkm） で計算できる。

【００９６】すなわち、距離および伝搬遅延は比例関係
にあるので、相手の基地局の送信電力および自局に届い
た受信電力が分かれば、基地局間の距離Ｄkmが想定でき
る。一般的にはビルなどの反射などによって生じるマル
チパスの影響により、減衰値と距離との関係は前記した
式よりずれることが考えられるが、基地局は比較的見通
しの良い所に設置されるし、また、減衰値の小さいもの
を採用すれば、局間は直接波による可能性が大きく、比
較的正しい伝搬遅延量が推定できる。

【００９７】一般的にはすべての基地局の送信電力は等
しいので、受信電力さえ分かれば遅延量は想定できる。
これはフレームタイミング検出・制御回路５４から受信
レベルを表わす信号をもらうことにより、伝搬遅延時間
を求めることができる。例えば、受信レベルと伝搬遅延
時間との関係を表わすメモリテーブルをフレームタイミ
ング検出・制御回５４に設けておけばよい。

【００９８】また、もし基地局の送信電力が同じでない
場合には、制御チャネル信号の内容の一部である付加ビ
ットに送信電力を直接表わす信号または送信電力をクラ
ス分けしたクラス値のように送信電力を間接的に表わす
信号を挿入して送信する。このようにすると、受信側で
正しい減衰値が分かり、これから伝搬遅延時間を想定で
きる。

【００９９】また、送信電力を表わす信号を制御チャネ
ル信号で送らなくても、基地局において近隣の基地局番
号と送信レベルを表わす表を持っていれば、制御チャネ
ル信号にある送信側基地局を表わす信号ＣＳ−ＩＤによ
り送信レベルを知ることができる。これにより、より正
確に基地局間のフレーム同期を確立することができる。

【０１００】次に、主基地局が故障した場合の対応策に
ついて述べる。主基地局を持つ従属同期方式または従属
・相互ハイブリット方式では、主基地局が故障するとそ
の周りの従属基地局のフレーム同期が大きく影響を受け
る。他の主基地局からフレーム同期が段階的に確立して
くるのを待つことも可能であるが、そのためにはフレー
ム同期制御期間を長くしなければならない。また、サー
ビス範囲が狭くて主基地局が一つしかないような地域も
ある。

【０１０１】そこで、本実施例のシステムでは、先に図
１にて述べたように主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…の近傍
に副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２００，…を設け、主基
地局の故障時にこの副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２０
０，…に主基地局ＣＳ１，ＣＳ２，…の代行をさせるよ
うにしている。

【０１０２】すなわち、副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２
００，…は、それぞれ先に述べたように主基地局ＣＳ
１，ＣＳ２，…が正常動作をしている時には従属基地局
と同じ動作をする。これに対し、フレーム同期制御期間
が始まってから一定時間が経過しても主基地局ＣＳ１，
ＣＳ２，…から制御チャネル信号が到来しなかったとす
ると、副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ２００，…は主基地
局ＣＳ１，ＣＳ２，…で障害が発生したと判断する。そ
して、ＧＰＳからの高精度時刻情報を基に独自に基準フ
レームタイミング信号を発生し、この信号のタイミング
を基に制御チャネル信号を送信する。

【０１０３】したがって、たとえ主基地局ＣＳ１，ＣＳ
２，…が障害でダウンしたとしても、この主基地局ＣＳ
１，ＣＳ２，…に代わり、副主基地局ＣＳ１００，ＣＳ
２００，…を起点として周囲の従属基地局へフレーム同
期が伝わることになり、これによりシステムのフレーム
同期は確実に確立される。

【０１０４】次に、基地局間のフレーム同期制御期間
に、通信中、つまり通話またはデータ伝送を行なってい
る基地局があった場合の対応について述べる。フレーム
同期制御期間は、先に述べたように通信頻度が極めて少
ない真夜中に設定される。しかし、フレーム同期制御期
間に通信が行なわれないとは言い切れず、フレーム同期
制御期間に通信が行なわれた場合にこの通信を強切する
ことはサービス上非常に好ましくない。しかし、だから
と言って、通信中の基地局を放置しておくと、この通信
中の基地局が送信する制御チャネルのフレームタイミン
グに、周辺の従属基地局がフレームタイミングの位相を
合わせてしまうことになり、好ましくない。

【０１０５】そこで、本実施例のシステムでは、各基地
局において通信中にフレーム同期制御期間になった場
合、もしくはフレーム同期制御期間に通信が開始された
場合には、制御チャネル信号中の付加ビットに、通信中
であることを示す「通信中モード」をセットして送信す
る。また、とれとともにフレームタイミング検出・制御
回路５４によるフレームタイミング設定動作を停止さ
せ、現状の自局フレームタイミングを維持する。そし
て、通信が終了すると、上記「通話中モード」を解除
し、さらにフレーム同期制御期間を新たに設定してフレ
ームタイミング検出・制御回路５４を動作させることに
より、既にフレーム同期制御を終了した周囲の基地局か
らの制御チャネル信号を受信して、自局のフレームタイ
ミングを設定するための制御を実行する。

【０１０６】一方、通信中の基地局の近隣にある基地局
は、フレーム同期制御期間中に、フレームタイミング検
出・制御回路５４において、受信した制御チャネル信号
中の付加ビットの状態から当該受信信号が通信中の基地
局から送信されたものか否かを判定する。そして、通信
中と判定された場合には、当該制御チャネル信号をフレ
ーム同期制御のタイミングの基準から除く。したがっ
て、通信中の基地局が周囲に存在しても、その影響を受
けることなく正常なフレーム同期を確立することができ
る。

【０１０７】なお、フレーム同期制御期間中において
は、移動局や他の基地局、他の網等からの新たな通信接
続要求を受け付けないようにしてもよい。このようにす
ると、フレーム同期制御期間中には新たな通信が行なえ
なくなるが、フレーム同期制御を通信制御により中断す
ることなく効率良く行なうことができる。なお、この様
に新たな通信要求の受付けを拒否しても、フレーム同期
制御期間はわずか数秒のであり、しかもフレーム同期制
御は通信トラフィックの少ない期間に設定されるので、
通信に対する影響は少ない。以上の制御は、時計・制御
回路５１において行なわれる。

【０１０８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、前記実施例ではＰＨＳを例にとっ
て説明したが、ディジタル携帯電話システムなどの他の
ＴＤＭＡ移動通信システムに適用してもよい。また、伝
送方式としてはＴＤＤ方式以外にＦＤＤ方式を採用した
システムに適用してもよい。

【０１０９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の基地局間フ
レーム同期方式では、主基地局において、間欠的に設定
される所定の同期設定期間に、外部から受け取った高精
度時刻情報に基づいて時分割多元接続のための基準フレ
ームタイミングを生成し、この生成された基準フレーム
タイミングに同期して、自局の周辺に位置する上記従属
基地局に向け所定の制御チャネル信号を送信するように
し、各従属基地局において、上記主基地局の同期設定期
間後に複数のフレーム同期制御期間を時分割に設定し、
この設定された複数のフレーム同期制御期間のうちの任
意のフレーム同期制御期間に、上記主基地局もしくは他
の従属基地局から送信された制御チャネル信号を受信し
て、その受信タイミングに基づいて自局のフレームタイ
ミングを生成し、この生成された自局フレームタイミン
グに同期して、上記任意のフレーム同期制御期間に続く
他のフレーム同期制御期間に自局周辺の他の従属基地局
に向け制御チャネル信号を送信するようにしている。

【０１１０】したがって本発明によれば、同期ハイアラ
ーキの制御を不要にして、簡便に自律的従属同期による
基地局間フレーム同期を確立することができる移動通信
システムの基地局間フレーム同期方式を提供することが
できる。

【０１１１】また本発明の基地局間フレーム同期方式に
よれば、システムのサービスエリアを複数の小サービス
エリアに分割し、これらの小サービスエリアごとに１つ
の主基地局を配設するようにしたことによって、基地局
が多数存在する場合でも短時間に効率良くシステム全体
のフレーム同期を確立することができる移動通信システ
ムの基地局間フレーム同期方式を提供することができ
る。

【０１１２】さらに本発明の基地局間フレーム同期方式
によれば、従属基地局の第２の制御チャネル信号送信手
段にタイミング調整手段を備え、このタイミング調整手
段において、制御チャネル信号の送信タイミングを、想
定される遅延情報に基づいて可変設定するようにしたこ
とによって、基地局間の伝搬遅延や基地局内の回路遅延
の影響を受け難くした移動通信システムの基地局間フレ
ーム同期方式を提供することができる。

【０１１３】さらに本発明の基地局間フレーム同期方式
では、主基地局と隣接する位置に少なくとも一つの副主
基地局を配置し、この副主基地局において、主基地局の
同期設定期間後に設定された複数のフレーム同期制御期
間に、上記主基地局から送信された制御チャネル信号の
受信の有無を判定する。そして、主基地局からの制御チ
ャネル信号が受信されたと判定された場合には、当該制
御チャネル信号の受信タイミングに同期して自局のフレ
ームタイミングを生成し、一方上記主基地局から制御チ
ャネル信号が受信されないと判定された場合には、外部
から受け取った高精度の時刻情報に基づいて、上記主基
地局に代わり代替基準フレームタイミングを生成する、
そして、上記生成した自局フレームタイミングおよび上
記代替基準フレームタイミングのうちのいずれか一方に
同期して、上記任意の期間に続く他のフレーム同期制御
期間に自局周辺の従属基地局に向け制御チャネル信号を
送信するようにしている。

【０１１４】したがって本発明によれば、主基地局で障
害が発生しても基地局間のフレーム同期を確立すること
ができ、これにより信頼性の向上を図った移動通信シス
テムの基地局間フレーム同期方式を提供することができ
る。

【０１１５】さらに本発明の基地局間フレーム同期方式
では、従属基地局において、移動局との間の通信期間と
フレーム同期制御期間とが重なった場合には、少なくと
も上記通信期間中におけるフレーム同期制御を中止する
とともに、この中止期間中に送信する信号中にフレーム
同期制御を中止していることを表わす情報を挿入して送
信し、かつフレーム同期制御期間に受信された制御チャ
ネル信号に上記フレーム同期制御を中止していることを
表わす情報が挿入されている場合には、当該制御チャネ
ル信号をフレームタイミングを生成するための信号から
除外するようにしている。

【０１１６】したがって本発明にによれば、基地局が通
信中の場合にはこの通信を切断することなくフレーム同
期を確立することができる移動通信システムの基地局間
フレーム同期方式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる移動通信システムに
おける基地局の配置構成を示す概略図。

【図２】図１に示したシステムの主基地局の構成を示す
回路ブロック図。

【図３】図１に示したシステムの従属基地局の構成を示
す回路ブロック図。

【図４】制御チャネル信号の送信動作の一例を示すタイ
ミング図。

【図５】図１に示したシステムの基地局間フレーム同期
動作を説明するためのタイミング図。

【図６】図３に示した基地局における遅延時間の補正機
能を説明するためのタイミング図。

【図７】ＰＨＳの基本構成を示す概略図。

【図８】ＴＤＭＡ−ＴＤＤ方式のフレーム構成の一例を
示す図。

【図９】従来のＰＨＳシステムの問題点の説明に用いる
図。

【符号の説明】

Ｇ１，Ｇ２，…小サービスエリア ＣＳ１，ＣＳ２，…主基地局 ＣＳ１００，ＣＳ２００，…副主基地局 ＣＳ１０１，ＣＳ２０１，…従属基地局 １０…送受信部 １１ａ，１１ｂ…アンテナ １２…アンテナ切替器 １３…送受切替器 １４…受信回路 １５…周波数シンセサイザ １６…復調器 １７…時分割多重・分離回路 １８…復号化回路 １９…符号化回路 ２０…変調器 ２１…送信回路 ３０…主基地局の制御部 ３１…主基地局の時計・制御回路 ３２…主基地局のクロック同期抽出回路 ３３…主基地局のタイミングクロック発生回路 ３４…主基地局のフレームタイミング検出・制御回路 ４０…基準フレームタイミング信号発生装置 ５０…従属基地局の制御部 ５１…従属基地局の時計・制御回路 ５２…従属基地局のクロック同期抽出回路 ５３…従属基地局のタイミングクロック発生回路 ５４…従属基地局のフレームタイミング検出・制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三島 克彦 東京都日野市旭が丘３丁目１番地の１ 株 式会社東芝日野工場内 (72)発明者 辻村 諭 東京都日野市旭が丘３丁目１番地の21 東 芝コミュニケーションテクノロジ株式会社 内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サービスエリア内に各々有線通信網と接
   続される複数の基地局を分散配置し、これらの基地局と
   複数の移動局との間を時分割多元接続方式により無線接
   続することにより、前記基地局を介して移動局相互間お
   よび移動局と前記有線通信網との間で通信を可能とする
   移動通信システムにおいて、 少なくとも１つの主基地局と、 この主基地局の周辺に配置された複数の従属基地局とを
   具備し、 前記主基地局は、 外部より供給される高精度の時刻情報を受け取る時刻情
   報受信手段と、 間欠的に設定される所定の同期設定期間に、前記時刻情
   報受信手段により受け取った時刻情報に基づいて前記時
   分割多元接続のための基準フレームタイミングを生成す
   る基準フレームタイミング生成手段と、 この基準フレームタイミング生成手段により生成された
   基準フレームタイミングに同期して、自局の周辺に位置
   する前記従属基地局に向け所定の制御チャネル信号を送
   信する第１の制御チャネル信号送信手段とを備え、 前記各従属基地局は、 前記主基地局の同期設定期間後に複数のフレーム同期制
   御期間を時分割に設定する同期制御期間設定手段と、 この同期制御期間設定手段により設定された前記複数の
   フレーム同期制御期間のうちの任意のフレーム同期制御
   期間に、前記主基地局もしくは他の従属基地局から送信
   された制御チャネル信号を受信し、その受信タイミング
   に基づいて自局のフレームタイミングを生成する自局フ
   レームタイミング生成手段と、 この自局フレームタイミング生成手段により生成された
   自局フレームタイミングに同期して、前記任意のフレー
   ム同期制御期間に続く他のフレーム同期制御期間に自局
   周辺の他の従属基地局に向け制御チャネル信号を送信す
   る第２の制御チャネル信号送信手段とを備えたことを特
   徴とする移動通信システムの基地局間フレーム同期方
   式。
2. 【請求項２】 前記サービスエリアを複数の小サービス
   エリアに分割し、これらの小サービスエリアごとに１つ
   の主基地局を配設したことを特徴とする請求項１記載の
   移動通信システムの基地局間フレーム同期方式。
3. 【請求項３】 自局フレームタイミング生成手段は、複
   数の基地局から制御チャネル信号を受信した場合に、こ
   れらの制御チャネル信号のうち受信レベルが最も大きい
   制御チャネル信号の受信タイミングに基づいて自局のフ
   レームタイミングを生成することを特徴とする請求項１
   または２記載の移動通信システムの基地局間フレーム同
   期方式。
4. 【請求項４】 自局フレームタイミング生成手段は、複
   数の基地局から制御チャネル信号を受信した場合に、こ
   れらの制御チャネル信号ごとにその受信レベルの平均値
   を求め、この受信レベルの平均値が所定レベル以上とな
   る制御チャネル信号を選択してその受信タイミングの平
   均値に基づいて自局のフレームタイミングを生成するこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の移動通信システ
   ムの基地局間フレーム同期方式。
5. 【請求項５】 第２の制御チャネル信号送信手段は、自
   局のフレームタイミングに同期して制御チャネル信号を
   発生する手段と、この制御チャネル信号の送信タイミン
   グを想定される遅延情報に基づいて可変設定するタイミ
   ング調整手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれかに記載の移動通信システムの基地局間フレ
   ーム同期方式。
6. 【請求項６】 タイミング調整手段は、制御チャネル信
   号を送信した基地局から自局までの伝搬遅延時間と、当
   該制御チャネル信号を受信した時点から当該制御チャネ
   ル信号により表わされるフレームタイミングを検出する
   までに要する検出時間と、当該フレームタイミングの検
   出時点から自局フレームタイミングを生成するまでに要
   する生成時間と、この生成した自局フレームタイミング
   に同期して制御チャネル信号を送信するまでの送信時間
   との合計時間がフレーム周期の整数倍になるように、前
   記送信時間を可変設定することを特徴とする請求項５記
   載の移動通信システムの基地局間フレーム同期方式。
7. 【請求項７】 タイミング調整手段は、フレームタイミ
   ングの生成に用いる制御チャネル信号が受信されるごと
   に、この制御チャネル信号の受信レベルを基に当該制御
   チャネル信号の伝搬遅延時間を推定することを特徴とす
   る請求項６記載の移動通信システムの基地局間フレーム
   同期方式。
8. 【請求項８】 タイミング調整手段は、フレームタイミ
   ングの生成に用いる制御チャネル信号が受信されるごと
   に、この制御チャネル信号の受信レベルと当該制御チャ
   ネルにて送信側の基地局から通知された送信レベルを表
   わす情報とに基づいて、当該制御チャネル信号の伝搬遅
   延時間を推定することを特徴とする請求項６記載の移動
   通信システムの基地局間フレーム同期方式。
9. 【請求項９】 前記主基地局に対し隣接する位置に少な
   くとも一つの副主基地局を配置し、 この副主基地局は、 外部より供給される高精度の時刻情報を受け取る時刻情
   報受信手段と、 前記主基地局の同期設定期間後に複数のフレーム同期制
   御期間を時分割に設定する同期制御期間設定手段と、 この同期制御期間設定手段により設定された前記複数の
   フレーム同期制御期間のうちの任意のフレーム同期制御
   期間に、前記主基地局から送信された制御チャネル信号
   の受信の有無を判定する判定手段と、 この判定手段により前記主基地局からの制御チャネル信
   号が受信されたと判定された場合に、当該制御チャネル
   信号の受信タイミングに同期して自局のフレームタイミ
   ングを生成するための自局フレームタイミング生成手段
   と、 前記判定手段により前記主基地局から制御チャネル信号
   が受信されないと判定された場合に、前記時刻情報受信
   手段により受け取った時刻情報に基づいて、前記主基地
   局に代わり代替基準フレームタイミングを生成するため
   の代替基準フレームタイミング生成手段と、 前記自局フレームタイミング生成手段により生成された
   自局フレームタイミングおよび前記代替基準フレームタ
   イミング生成手段により生成された代替基準フレームタ
   イミングのうちのいずれか一方に同期して、前記任意の
   期間に続く他のフレーム同期制御期間に自局周辺の従属
   基地局に向け制御チャネル信号を送信するための第３の
   制御チャネル信号送信手段とを備えたことを特徴とする
   請求項１または２記載の移動通信システムの基地局間フ
   レーム同期方式。
10. 【請求項１０】 従属基地局は、移動局との間の通信期
    間とフレーム同期制御期間とが重なった場合には、少な
    くとも前記通信期間中におけるフレーム同期制御を中止
    するとともに、この中止期間中に送信する信号中にフレ
    ーム同期制御を中止していることを表わす情報を挿入し
    て送信し、かつフレーム同期制御期間に受信された制御
    チャネル信号に前記フレーム同期制御を中止しているこ
    とを表わす情報が挿入されている場合には、当該制御チ
    ャネル信号をフレームタイミングを生成するための信号
    から除外することを特徴とする請求項１または２記載の
    移動通信システムの基地局間フレーム同期方式。
11. 【請求項１１】 サービスエリア内に各々有線通信網と
    接続される複数の基地局を分散配置し、これらの基地局
    と複数の移動局との間を時分割多元接続方式により無線
    接続することにより、前記基地局を介して移動局相互間
    および移動局と前記有線通信網との間で通信を可能とす
    る移動通信システムにあって主基地局として使用される
    基地局装置において、 外部より供給される高精度の時刻情報を受け取る時刻情
    報受信手段と、 間欠的に設定される所定の同期設定期間に、前記時刻情
    報受信手段により受け取った時刻情報に基づいて前記時
    分割多元接続のための基準フレームタイミングを生成す
    る基準フレームタイミング生成手段と、 この基準フレームタイミング生成手段により生成された
    基準フレームタイミングに同期して、自局の周辺に位置
    する従属基地局に向け所定の制御チャネル信号を送信す
    る制御チャネル信号送信手段とを具備したことを特徴と
    する基地局装置。
12. 【請求項１２】 サービスエリア内に各々有線通信網と
    接続される複数の基地局を分散配置し、これらの基地局
    と複数の移動局との間を時分割多元接続方式により無線
    接続することにより、前記基地局を介して移動局相互間
    および移動局と前記有線通信網との間で通信を可能とす
    る移動通信システムにあって従属基地局として使用され
    る基地局装置において、 時分割に構成された複数のフレーム同期制御期間を間欠
    的に設定する同期制御期間設定手段と、 この同期制御期間設定手段により設定された前記複数の
    フレーム同期制御期間のうちの任意のフレーム同期制御
    期間に、他の基地局から送信された制御チャネル信号を
    受信し、その受信タイミングに基づいて自局のフレーム
    タイミングを生成する自局フレームタイミング生成手段
    と、 この自局フレームタイミング生成手段により生成された
    自局フレームタイミングに同期して、前記任意のフレー
    ム同期制御期間に続く他のフレーム同期制御期間に自局
    周辺の他の従属基地局に向け制御チャネル信号を送信す
    る制御チャネル信号送信手段とを具備したことを特徴と
    する基地局装置。
13. 【請求項１３】 サービスエリア内に各々有線通信網と
    接続される複数の基地局を分散配置し、これらの基地局
    と複数の移動局との間を時分割多元接続方式により無線
    接続することにより、前記基地局を介して移動局相互間
    および移動局と前記有線通信網との間で通信を可能とす
    る移動通信システムにあって副主基地局として使用され
    る基地局装置において、 外部より供給される高精度の時刻情報を受け取る時刻情
    報受信手段と、 主基地局の同期設定期間後に複数のフレーム同期制御期
    間を時分割に設定する同期制御期間設定手段と、 この同期制御期間設定手段により設定された前記複数の
    フレーム同期制御期間のうちの任意のフレーム同期制御
    期間に、前記主基地局から送信された制御チャネル信号
    の受信の有無を判定する判定手段と、 この判定手段により前記主基地局からの制御チャネル信
    号が受信されたと判定された場合に、当該制御チャネル
    信号の受信タイミングに同期して自局のフレームタイミ
    ングを生成するための自局フレームタイミング生成手段
    と、 前記判定手段により前記主基地局から制御チャネル信号
    が受信されないと判定された場合に、前記時刻情報受信
    手段により受け取った時刻情報に基づいて、前記主基地
    局に代わり代替基準フレームタイミングを生成するため
    の代替基準フレームタイミング生成手段と、 前記自局フレームタイミング生成手段により生成された
    自局フレームタイミングおよび前記代替基準フレームタ
    イミング生成手段により生成された代替基準フレームタ
    イミングのいずれか一方に同期して、前記任意の期間に
    続く他のフレーム同期制御期間に自局周辺の従属基地局
    に向け制御チャネル信号を送信するための制御チャネル
    信号送信手段とを具備したことを特徴とする基地局装
    置。