JPWO2020012582A1 - 無線通信システム、無線通信方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

複数の無線基地局（１０−１〜１０）を備える無線通信システム（１）において、複数の無線基地局のうち最上位以外の無線基地局（１０−２〜１０）は、上位の無線基地局から通知される同期タイミング情報に基づいてフレームタイミングを決定し、複数の無線基地局のうち最下位以外の無線基地局（１０−１〜９）は、下位の無線基地局に同期タイミング情報を通知し、複数の無線基地局のうち最上位の無線基地局から最下位の無線基地局に向かう通信経路は、分岐点および合流点を有し、合流点に設けられた無線基地局（１０−１０）である合流基地局は、分岐点から合流点に至る複数の通信経路のうちの１つである優先同期経路（２１）と、優先同期経路と異なる非優先同期経路（２２）との間の同期誤差を測定し、非優先同期経路（２２）上に設けられた複数の無線基地局（１０−６〜９）のそれぞれは、同期誤差に基づいて、フレームタイミングを調整することを特徴とする。

Description

本発明は、無線基地局間で同期をとる無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

無線通信システムを構成する無線基地局は、無線基地局間の干渉を回避したり、無線移動端末がシームレスに通信対象の無線基地局を切り替えるハンドオーバを実現するために、周辺の無線基地局との間で送信フレームタイミングを同期する必要がある。ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式を用いる無線通信システムではもちろん、周波数ホッピング、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）のように時間または周波数を無線基地局間、無線移動端末間で共用する無線通信システムでは、無線基地局間の送信フレームタイミングを同期する必要がある。

複数の無線基地局間で同期をとる方法としては、隣接する無線基地局から受信する無線フレームの受信タイミングに基づいて、フレームの先頭を送受信するタイミングであるフレームタイミングを生成する方法が考えられる。各無線基地局は、同期信号を生成するために発振器を用いており、発振器は固有の周波数誤差を有している。このため、無線フレームを送信する際に誤差が生じ、複数の隣接する無線基地局と通信可能な無線基地局では、一方の無線基地局からの受信タイミングから生成するフレームタイミングと、他方の無線基地局からの受信タイミングから生成するフレームタイミングとが異なる場合がある。特許文献１には、複数の隣接する無線基地局と通信可能な無線基地局が、複数の受信タイミングの平均値または中央値をフレームタイミングとすることで、複数の隣接する無線基地局と同期をとることが可能な技術が開示されている。

特開平０８−２８９３５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、同期経路が遮蔽物によって複数の同期経路に分岐した後、複数の同期経路が再び合流する場合、フレームタイミングの誤差が同期経路ごとに独立して蓄積するため、合流点において、同期経路間の同期誤差が大きくなる場合があるという問題があった。この場合、合流点に設けられた無線基地局が複数の受信タイミングの平均値または中央値をフレームタイミングとすると、隣接する複数の無線基地局のそれぞれとの同期誤差が許容タイミング差以上となってしまい、同期外れが発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線基地局の同期経路が遮蔽物によって複数の同期経路に分岐し、フレームタイミングの誤差が蓄積した場合の同期経路の合流点における同期外れを解消することが可能な無線通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる複数の無線基地局を備える無線通信システムにおいて、複数の無線基地局のうち最上位以外の無線基地局は、上位の無線基地局から通知される同期タイミング情報に基づいてフレームタイミングを決定し、複数の無線基地局のうち最下位以外の無線基地局は、下位の無線基地局に同期タイミング情報を通知し、複数の無線基地局のうちの最上位の無線基地局から複数の無線基地局のうちの最下位の無線基地局に向かう通信経路は、分岐点および合流点を有し、合流点に設けられた無線基地局である合流基地局は、分岐点から合流点に至る複数の通信経路のうちの１つである優先同期経路と、優先同期経路と異なる非優先同期経路との間の同期誤差を測定し、非優先同期経路上に設けられた無線基地局は、同期誤差に基づいて、フレームタイミングを調整することを特徴とする。

本発明にかかる無線通信システムは、無線基地局の同期経路が遮蔽物によって複数の同期経路に分岐し、フレームタイミングの誤差が蓄積した場合の同期経路の合流点における同期外れを解消することが可能であるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる無線通信システムの構成を示す図 図１に示す無線通信システムの同期経路の合流点に設けられる無線基地局の生成するフレームタイミングの説明図 図１に示す無線通信システムの同期経路の説明図 図３に示す無線通信システムを構成する無線基地局の機能構成を示す図 図４に示す基地局制御部および同期誤差測定部の詳細な構成を示す図 図４に示す無線基地局のハードウェア構成例を示す図 図３に示す無線通信システムの動作を示すフローチャート 図３に示す合流基地局である無線基地局の同期追尾動作を示すフローチャート 図３に示す合流基地局である無線基地局のフレームタイミング調整の第１の例を示す図 図３に示す合流基地局である無線基地局のフレームタイミング調整の第２の例を示す図 図３に示す無線基地局のフレームタイミング調整処理を示す図 図３に示す合流基地局である無線基地局が２回目以降に行うタイミング調整指示の開始処理を示す図 本発明の実施の形態２にかかる無線通信システムの構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる無線通信システムおよび無線通信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる無線通信システム１の構成を示す図である。無線通信システム１は、複数の無線基地局１０−１〜１０−１０を有する。以下、無線基地局１０−１〜１０−１０のそれぞれを区別する必要がない場合、無線基地局１０と称する。

無線基地局１０−１〜１０−１０のうち、最上位以外の無線基地局１０−２〜１０−１０は、隣接する無線基地局１０のうち上位の無線基地局１０から通知される同期タイミング情報に基づいて、フレームの先頭を送受信するタイミングであるフレームタイミングを決定する。無線基地局１０−１〜１０−１０のうち、最下位以外の無線基地局１０−１〜１０−９は、決定したフレームタイミングに基づく同期タイミング情報を下位の無線基地局１０に通知する。これにより、複数の無線基地局１０間でフレームタイミングの同期をとることができる。図１の複数の無線基地局１０の間に示される矢印は、無線基地局１０間の関係を示しており、矢印の左の無線基地局１０が矢印の右の無線基地局１０の上位の無線基地局１０であることを示している。例えば無線基地局１０−２は、隣接する無線基地局１０−１，１０−３のうち上位の無線基地局１０−１から通知される同期タイミング情報に基づいてフレームタイミングを決定し、決定したフレームタイミングに基づく同期タイミング情報を下位の無線基地局１０−３に通知する。なお、図示していないが、無線基地局１０−１の上位にも無線基地局１０が配置されていてもよいし、無線基地局１０−１０の下位にも無線基地局１０が配置されていてもよい。

各無線基地局１０は、発振器を用いて同期信号を生成しており、発振器は、固有の周波数誤差を有している。このため、各無線基地局１０が同期タイミング情報を送信する際にフレームの先頭を送信するタイミングに誤差が発生する。周波数誤差は、温度変化、経年劣化などに起因して大きくなる。最上位の無線基地局１０−１から最下位の無線基地局１０−１０に向かう同期経路の中で、複数の隣接する無線基地局１０から同期タイミング情報を受信する無線基地局１０が存在すると、複数の同期タイミング情報を受信した無線基地局１０は、複数の同期タイミング情報を用いてフレームタイミングの誤差を補正することができる。例えば、フレームタイミングの誤差を補正する方法としては、複数の同期タイミング情報のそれぞれから決定した複数のフレームタイミングの平均値または中央値をとる方法がある。

しかしながら、例えば図１に示すように、無線基地局１０−２〜１０−５と、無線基地局１０−６〜１０−９との間が、電波を通さない遮蔽物２０によって分断されている場合、同期経路は、無線基地局１０−２〜１０−５を介する経路と、無線基地局１０−６〜１０−９を介する経路とに分岐する。無線基地局１０−１０は、無線基地局１０−５，１０−９の両方と通信可能である。このような状況は、トンネル、建物などの遮蔽物２０を有する鉄道環境、道路環境、または工場などの屋内環境で生じ得る。

この場合、分岐した２つの同期経路においてそれぞれ独立してフレームタイミングの誤差が蓄積してしまい、複数の同期経路の合流点に設けられる合流基地局である無線基地局１０−１０が受信する２つの同期タイミング情報のそれぞれから生成する２つのフレームタイミングの差である同期誤差が大きくなる。無線基地局１０がトンネル内または屋内環境に配置されている場合、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いてフレームタイミングを補正することもできない。

図２は、図１に示す無線通信システム１の同期経路の合流点に設けられる無線基地局１０−１０の生成するフレームタイミングの説明図である。無線基地局１０−１０は、無線基地局１０−５，１０−９のそれぞれから同期タイミング情報を受信する。フレームタイミングの誤差が各同期経路で蓄積した場合、無線基地局１０−５から受信した同期タイミング情報に基づくフレームタイミング３１と、無線基地局１０−９から受信した同期タイミング情報に基づくフレームタイミング３２との差異である同期誤差は大きくなってしまう。この場合、フレームタイミング３１，３２の平均値であるフレームタイミング３３と、フレームタイミング３１，３２のそれぞれとの差が、同期誤差の許容最大値４０よりも大きくなってしまい、同期外れが生じる。

同期外れが生じると、無線通信システム１がＴＤＭＡまたは周波数ホッピング方式を用いている場合、隣接する無線基地局１０と送信フレームタイミングが重複することによる干渉が発生し、無線通信システム１がＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）を用いている場合には符号間干渉が発生し、無線通信システム１がＦＤＭＡを用いている場合にはチャネル間干渉が発生する。また、同期外れが生じている場合、無線端末が、隣接する無線基地局１０間でハンドオーバに失敗することがある。このため、本実施の形態では、無線基地局１０の同期経路が遮蔽物２０によって複数の同期経路に分岐し、同期誤差が蓄積した場合であっても、同期経路の合流点に設けられた無線基地局１０−１０における同期外れを解消する方法を提案する。

図３は、図１に示す無線通信システム１の同期経路の説明図である。無線通信システム１において、上位の無線基地局１０から下位の無線基地局１０に向かう同期経路のうち、無線基地局１０−１〜１０−５，１０−１０を介する同期経路を優先同期経路２１とし、無線基地局１０−６〜１０−９を介する同期経路を非優先同期経路２２とする。合流基地局である無線基地局１０−１０は、優先同期経路２１と非優先同期経路２２との間の同期誤差を測定する。そして、非優先同期経路２２上の無線基地局１０−６〜１０−９のそれぞれは、測定された同期誤差に基づいて、フレームタイミングを調整する。

具体的には、無線基地局１０−１０が測定した同期誤差に基づく情報であって、フレームタイミングの調整量を示すタイミング調整情報を、非優先同期経路２２上の上位の無線基地局１０−９に通知すると、無線基地局１０−９は、上位の無線基地局１０−８から通知される同期タイミング情報から生成したフレームタイミングを、タイミング調整情報に基づいて調整する。無線基地局１０−９は、タイミング調整情報を無線基地局１０−８に通知する。無線基地局１０−８，１０−７，１０−６のそれぞれは、下位の無線基地局１０から通知されるタイミング調整情報と、上位の無線基地局１０から通知される同期タイミング情報とに基づいて、フレームタイミングを調整する。

上記のような無線通信システム１を実現するための構成について説明する。図４は、図３に示す無線通信システム１を構成する無線基地局１０の機能構成を示す図である。無線基地局１０は、アンテナ１１と、無線通信部１２と、基地局制御部１３と、同期誤差測定部１４と、同期誤差測定結果記憶部１５とを有する。

アンテナ１１は、無線通信部１２から入力された無線信号を電波として空中に放射し、空中を伝搬してきた無線信号を受信して、受信した無線信号を無線通信部１２に入力する。

無線通信部１２は、アンテナ１１から入力された無線信号に対して復調、復号といった受信処理を行って基地局制御部１３および同期誤差測定部１４に入力し、有線ネットワーク側から入力された送信データに符号化、変調といった送信処理を行ってアンテナ１１に入力する。

基地局制御部１３は、図示しない無線基地局制御局と有線ネットワークを介して接続されている。無線基地局制御局は、無線基地局１０の外部にある装置であり、無線基地局１０を制御する。基地局制御部１３は、無線基地局制御局から入力された送信データを無線通信部１２に入力し、無線通信部１２から入力された情報を有線ネットワーク側へ出力する。なお基地局制御部１３は、無線基地局１０が優先同期経路２１に属しているか非優先同期経路２２に属しているかを示す情報を有している。また基地局制御部１３は、上位の無線基地局１０および下位の無線基地局１０を示す情報を有している。これらの情報は、無線基地局１０を初期設定する際に設定される。

同期誤差測定部１４は、無線通信部１２から入力される受信信号に基づいて、無線基地局１０の送信フレームタイミングと、無線通信部１２が受信した信号の受信フレームタイミングとの差を同期誤差として測定する。同期誤差測定部１４は、測定した同期誤差を、基地局制御部１３に通知すると共に、同期誤差測定結果記憶部１５に記憶させる。同期誤差測定結果記憶部１５は、同期誤差測定部１４が測定した同期誤差を記憶する。

図５は、図４に示す基地局制御部１３および同期誤差測定部１４の詳細な構成を示す図である。基地局制御部１３は、メッセージ生成部１３１とフレームタイミング調整部１３２とを有する。同期誤差測定部１４は、フレームタイミング検出部１４１とフレームタイミング調整量算出部１４２とを有する。

フレームタイミング検出部１４１は、上位の無線基地局１０からの受信信号に含まれる同期タイミング情報に基づいて、フレームタイミングを検出する。同期タイミング情報は、例えば、同期専用の制御情報メッセージ、または、図示しない無線端末向けの報知情報メッセージを用いて、上位の無線基地局１０から送信される。報知情報メッセージはビーコンとも呼ばれ、無線端末向けのメッセージであるため、無線基地局１０は、メッセージを傍受することによって報知情報メッセージを取得する。同期専用の制御情報メッセージは、ブロードキャストされる。フレームタイミング検出部１４１は、検出したフレームタイミングをフレームタイミング調整量算出部１４２に入力する。

フレームタイミング調整量算出部１４２は、フレームタイミング検出部１４１から入力されるフレームタイミングに基づいて、自身のフレームタイミングを調整するための第１のフレームタイミング調整量を算出し、算出したフレームタイミング調整量をフレームタイミング調整部１３２に入力する。

また、無線基地局１０が合流基地局または非優先同期経路２２上の無線基地局１０である場合、フレームタイミング調整量算出部１４２は、自身のフレームタイミングを補正するための第１のフレームタイミング調整量に加えて、非優先同期経路２２上の無線基地局１０がフレームタイミングを調整するための第２のフレームタイミング調整量を算出する。この場合、フレームタイミング調整量算出部１４２は、第１のフレームタイミング調整量をフレームタイミング調整部１３２に入力し、第２のフレームタイミング調整量をメッセージ生成部１３１に入力する。

図３に示す例において、合流基地局である無線基地局１０−１０は、複数の上位の無線基地局１０−５，１０−９からの複数の同期タイミング情報を受信する。無線基地局１０−１０のフレームタイミング調整量算出部１４２は、優先同期経路２１上の上位の無線基地局１０−５から受信する同期タイミング情報に基づいて、第１のフレームタイミング調整量を算出する。また無線基地局１０−１０のフレームタイミング調整量算出部１４２は、優先同期経路２１上の上位の無線基地局１０−５から受信する同期タイミング情報に基づいて検知されたフレームタイミングと、非優先同期経路２２上の上位の無線基地局１０−９から受信する同期タイミング情報に基づいて検知されたフレームタイミングとの差を用いて、第２のフレームタイミング調整量を算出する。

また、図３に示す例において、非優先同期経路２２上の無線基地局１０−６〜１０−９のそれぞれは、下位の無線基地局１０から、後述するメッセージ生成部１３１において生成されたタイミング調整情報を含むメッセージを受信し、上位の無線基地局１０から同期タイミング情報を受信する。非優先同期経路２２上の無線基地局１０−６〜１０−９のそれぞれが有するフレームタイミング調整量算出部１４２は、上位の無線基地局１０から受信する同期タイミング情報と、タイミング調整情報とに基づいて、第１のフレームタイミング調整量と、第２のフレームタイミング調整量とを算出する。

メッセージ生成部１３１は、フレームタイミング調整量算出部１４２から第２のフレームタイミング調整量が入力されると、第２のフレームタイミング調整量に基づいて、他の無線基地局１０にフレームタイミングの調整を指示するためのタイミング調整情報を含むメッセージを生成する。メッセージ生成部１３１は、生成したメッセージを無線通信部１２に入力する。メッセージ生成部１３１が生成したメッセージは、無線通信部１２およびアンテナ１１を介して、上位の無線基地局１０に通知される。

フレームタイミング調整部１３２は、フレームタイミング調整量算出部１４２から第１のフレームタイミング調整量が入力されると、第１のフレームタイミング調整量に基づいて、自身のフレームタイミングを調整する。フレームタイミング調整部１３２は、調整後のフレームタイミングを無線通信部１２に通知する。無線通信部１２は、フレームタイミング調整部１３２から通知されたフレームタイミングを用いて、送受信を行うことになる。

図６は、図４に示す無線基地局１０のハードウェア構成例を示す図である。無線基地局１０は、アンテナ１１と、無線通信モジュール９１と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９２と、メモリ９３と、有線ネットワークインタフェース９４と、電源９５とを有する。

無線通信モジュール９１は、無線通信の高周波回路および変復調回路を有する。ＣＰＵ９２は、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などとも呼ばれるプロセッサである。メモリ９３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクなどである。有線ネットワークインタフェース９４は、有線ネットワークと接続するためのインタフェースである。電源９５は、無線通信モジュール９１、ＣＰＵ９２、メモリ９３および有線ネットワークインタフェース９４のそれぞれに電力を供給する。

無線通信部１２は、無線通信モジュール９１を用いて実現される。基地局制御部１３および同期誤差測定部１４は、ＣＰＵ９２がメモリ９３に記憶されたコンピュータプログラムを読み出し、読み出したコンピュータプログラムを実行することによって実現される。メモリ９３は、ＣＰＵ９２が実行する各処理における一時メモリとしても用いられる。同期誤差測定結果記憶部１５は、メモリ９３によって実現される。

図７は、図３に示す無線通信システム１の動作を示すフローチャートである。図７に示す処理は、無線基地局１０の電源を投入したとき、および、無線基地局１０が再起動を行ったときに開始される。まず、各無線基地局１０は、上位の無線基地局１０から初期同期捕捉用の同期タイミング情報を受信する（ステップＳ１０１）。同期タイミング情報を受信すると、各無線基地局１０は、受信した同期タイミング情報に基づいて、初期フレームタイミングを生成する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０１およびステップＳ１０２の処理を合わせて、非同期状態から同期を確立する初期同期捕捉処理という。

具体的には、上位の無線基地局１０は、電源投入後、電波の送出を始める。上位の無線基地局１０が送出する電波によって、同期タイミング情報を含むメッセージである、同期専用の制御メッセージまたは報知情報メッセージが送信される。下位の無線基地局１０は、受信した同期タイミング情報を受信し、受信した同期タイミング情報を用いて初期フレームタイミングを生成する。下位の無線基地局１０は、初期フレームタイミングを生成すると、電波の送出を始めて、同期タイミング情報を含むメッセージである、同期専用の制御メッセージまたは報知情報メッセージを送信する。

ステップＳ１０１およびステップＳ１０２の処理は、図３に示す例では、無線基地局１０−１から無線基地局１０−２，１０−３，１０−４，１０−５，１０−１０に向けて順に行われ、同時に、無線基地局１０−１から無線基地局１０−６，１０−７，１０−８，１０−９に向けて順に行われる。

続いて、合流基地局である無線基地局１０−１０は、同期経路間、つまり優先同期経路２１および非優先同期経路２２の間の同期誤差を測定する（ステップＳ１０３）。無線基地局１０−１０は、同期経路間の同期誤差の測定結果を非優先同期経路２２上の上位の無線基地局１０−９に通知し、非優先同期経路２２上の各無線基地局１０は、測定結果を順次上位の無線基地局１０に通知する（ステップＳ１０４）。非優先同期経路２２上の無線基地局１０−６，１０−７，１０−８，１０−９のそれぞれが、同期誤差に基づいてフレームタイミングを調整する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０３，ステップＳ１０４，ステップＳ１０５の処理を合わせて、同期を維持、調整するための同期追尾処理と称する。ステップＳ１０５の処理は、非優先同期経路２２上で、下位の無線基地局１０から上位の無線基地局１０に向けて、無線基地局１０−９，１０−８，１０−７，１０−６の順に行われる。同期追尾処理は、無線基地局１０がシステム運用中の場合にも実行される。システム運用中とは、無線基地局１０とその周辺にある無線端末とが通信を行っている状態を指す。

図８は、図３に示す合流基地局である無線基地局１０−１０の同期追尾動作を示すフローチャートである。なお、ここでは、同期タイミング情報を含むメッセージは、無線端末に向けて送出される報知情報メッセージとする。無線基地局１０−１０は、初期同期捕捉では、無線基地局１０−５とのみ同期をとっている状態である。

無線基地局１０−１０は、隣接する上位の無線基地局１０−５，１０−９の報知情報メッセージの受信を試行する（ステップＳ２０１）。続いて無線基地局１０−１０は、無線基地局１０−５，１０−９の両方から報知情報メッセージを取得できたか否かを判断する（ステップＳ２０２）。無線基地局１０−５，１０−９の両方から報知情報メッセージを取得できなかった場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、つまり、無線基地局１０−５，１０−９のうち少なくとも１つから報知情報メッセージの取得に失敗した場合、無線基地局１０−１０は、受信時間、ウィンドウのうち少なくとも１つを拡張し（ステップＳ２０３）、ステップＳ２０１の処理に戻る。

無線基地局１０−５，１０−９の両方から報知情報メッセージを取得できた場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、無線基地局１０−１０は、取得した報知情報メッセージに含まれる同期タイミング情報を再生する（ステップＳ２０４）。無線基地局１０−１０は、再生した同期タイミング情報を用いて、優先同期経路２１上の無線基地局１０−５のフレームタイミングと、非優先同期経路２２上の無線基地局１０−９のフレームタイミングとの差である同期経路間の同期誤差を算出する（ステップＳ２０５）。

無線基地局１０−１０は、算出した同期誤差に基づく第２のタイミング調整量を示すタイミング調整情報を報知情報内に含めて、報知情報メッセージを送信する（ステップＳ２０６）。タイミング調整情報は、同期誤差が存在するか否かを示す情報、第２のタイミング調整量などを含んでいる。無線基地局１０−１０が送信した報知情報メッセージは、無線基地局１０−９によって受信され、無線基地局１０−９では、フレームタイミングの調整が行われる。この間、無線基地局１０−１０は、無線基地局１０−５，１０−９の送信する報知情報メッセージの受信を試行する(ステップＳ２０７)。

無線基地局１０−１０は、受信した報知情報メッセージに含まれる同期タイミング情報に基づいて算出した同期誤差が閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０８）。同期誤差が閾値以下である場合（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、無線基地局１０−１０は、報知情報内の同期誤差をゼロに設定して送信する（ステップＳ２０９）。同期誤差が閾値を超える場合（ステップＳ２０８：Ｎｏ）、無線基地局１０−１０は、ステップＳ２０１から処理を繰り返す。

なお、上記のステップＳ２０６において、タイミング調整情報を報知情報内に付加する前に、無線基地局１０−１０は、自身のフレームタイミングを調整してもよい。具体的には、無線基地局１０−１０は、無線基地局１０−５からの同期タイミング情報に基づいて生成するフレームタイミングを、無線基地局１０−９からの同期タイミング情報に基づいて生成するフレームタイミングに近づくように調整する。

図９は、図３に示す合流基地局である無線基地局１０−１０のフレームタイミング調整の第１の例を示す図である。ここでは、優先同期経路２１上に設けられた上位の無線基地局１０−５のフレームタイミング３１から生成するフレームタイミング３４を、非優先同期経路２２上に設けられた上位の無線基地局１０−９のフレームタイミング３２に近づくように調整している。具体的には、図９に示す第１の例において、無線基地局１０−１０の調整後のフレームタイミング３３は、無線基地局１０−５のフレームタイミング３１と無線基地局１０−９のフレームタイミング３２との中央値である。

また、無線基地局１０−１０のフレームタイミングは、同期誤差の許容最大値４０に基づいて決定することもできる。図１０は、図３に示す合流基地局である無線基地局１０−１０のフレームタイミング調整の第２の例を示す図である。図１０に示す第２の例において、無線基地局１０−１０の調整後のフレームタイミング３５は、無線基地局１０−５のフレームタイミング３１から、同期誤差の許容最大値４０だけ、無線基地局１０−９のフレームタイミング３２に近づけた時点とすることができる。なお、無線基地局１０−１０は、中央値を用いたフレームタイミング３３と、同期誤差の許容最大値４０を用いたフレームタイミング３５とを比較して、より無線基地局１０−９のフレームタイミング３２に近い方を無線基地局１０−１０の調整後のフレームタイミングとすることができる。この場合、図９および図１０の例では、無線基地局１０−１０は、図１０に示すフレームタイミング３５を用いることになる。

なお、図８のステップＳ２０６で送信された報知情報メッセージは、無線基地局１０−５，１０−９のそれぞれが受信することとなる。無線基地局１０−５は、優先同期経路２１上にあるため、無線基地局１０−１０からの報知情報メッセージは破棄する。無線基地局１０-９は、非優先同期経路２２上にあるため、報知情報メッセージに含まれるタイミング調整情報に基づいて、無線基地局１０−９自身のフレームタイミングを調整する。以下、無線基地局１０−９のフレームタイミング調整処理について説明する。

図１１は、図３に示す無線基地局１０−９のフレームタイミング調整処理を示す図である。無線基地局１０−９は、無線基地局１０−１０の報知情報メッセージを受信する（ステップＳ３０１）。無線基地局１０−９は、受信した報知情報メッセージ内の同期誤差が０以外であるか否かを判断する（ステップＳ３０２）。

同期誤差が０である場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、無線基地局１０−９は、フレームタイミングを調整する必要がないため、処理を終了する。同期誤差が０以外である場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、無線基地局１０−９は、タイミング調整情報に含まれる第２のタイミング調整量に基づいて、無線基地局１０−９のフレームタイミング調整量を決定する（ステップＳ３０３）。

続いて無線基地局１０−９は、無線基地局１０−９がシステム運用中であるか否かを判断する（ステップＳ３０４）。システム運用中とは、無線基地局１０−９が無線端末と通信を行っている状態である。システム運用中である場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、無線基地局１０−９は、ステップＳ３０３で決定したフレームタイミング調整量を一度に調整してしまうと、フレームタイミングが急激に変化するため、通信中の無線端末との通信が途絶してしまったり、無線端末がハンドオーバに失敗してしまったりする可能性がある。このため、システム運用中の場合には、無線基地局１０−９は、フレームタイミングを複数回に分けて段階的に調整し、単位時間あたりフレームタイミング調整量のｎ分の１ずつフレームタイミングを調整する（ステップＳ３０５）。ｎの値は、無線基地局１０−９に予め設定しておいてもよいし、無線基地局１０−９の起動時に外部装置から設定されてもよい。システム運用中でない場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、無線基地局１０−９は、ステップＳ３０３で決定したフレームタイミング調整量をもとに無線基地局１０−９のフレームタイミングを調整する（ステップＳ３０６）。無線基地局１０−９は、ステップＳ３０５またはステップＳ２０６の処理によってフレームタイミングを調整した後、ステップＳ３０１の処理に戻る。このため、無線基地局１０−９は、報知情報メッセージ内の同期誤差が０となるまで、図１１に示す処理を繰り返すことになる。

無線基地局１０−９は、自身のフレームタイミングを調整した後、図８に示した処理と同様の処理を行う。ここで、図８の無線基地局１０−５は無線基地局１０−８、無線基地局１０−９は無線基地局１０−１０と読み替える。また、ステップＳ２０４の同期タイミング情報は、同期タイミング情報およびタイミング調整情報と読み替える。

同様に、非優先同期経路２２上の無線基地局１０−８，１０−７，１０−６についても、下位の無線基地局１０から上位の無線基地局１０に向けて、無線基地局１０−８，１０−７，１０−６の順番で、図８に示した処理と同様の処理を行う。これにより、各無線基地局１０−８，１０−７，１０−６は、無線基地局１０−１０が測定した同期誤差に基づいて、フレームタイミングを調整することとなる。

図１２は、図３に示す合流基地局である無線基地局１０−１０が２回目以降に行うタイミング調整指示の開始処理を示す図である。無線基地局１０−１０は、図８のステップＳ２０８において同期誤差が閾値以下であると判断すると、ステップＳ２０９において、報知情報内の同期誤差を０に設定して送信する。ステップＳ２０９の処理を行った後、無線基地局１０−１０は、無線基地局１０−９に対するフレームタイミング調整指示を一旦完了している。その後、無線基地局１０−１０が無線基地局１０−５，１０−９間の同期誤差を検知した場合、図１２の処理が開始される。

無線基地局１０−１０は、無線基地局１０−９の報知情報メッセージを受信する（ステップＳ４０１）。無線基地局１０−１０は、受信した報知情報メッセージに含まれる報知情報内の同期誤差が０であるか否かを判断する（ステップＳ４０２）。同期誤差が０である場合（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、無線基地局１０−１０は、報知情報内に無線基地局１０−５，１０−９の同期誤差を付加して送信する（ステップＳ４０３）。同期誤差が０以外の場合（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、無線基地局１０−１０は、ステップＳ４０１から処理を繰り返す。

無線基地局１０−９の報知情報メッセージに含まれるフレームタイミング調整指示は、無線基地局１０−８に向けたものである。このため、ステップＳ４０１において受信した報知情報メッセージに含まれる同期誤差が０以外であり、無線基地局１０−９が無線基地局１０−８に対してフレームタイミングの調整指示を出している状態にある場合、無線基地局１０−９にフレームタイミングの調整指示を出してしまうと、無線基地局１０−８に対するタイミング調整指示が過制御または指示の不整合となってしまうと考えられる。このため、無線基地局１０−１０は、無線基地局１０−９が無線基地局１０−８に対してフレームタイミングの調整指示を出していない状態の場合に限って、ステップＳ４０３の処理を実行するようにしている。

無線基地局１０−１０からフレームタイミングの調整指示を含む報知情報メッセージを受け取った無線基地局１０−９は、図１１に示す処理および図８に示す処理を再び繰り返す。これにより、優先同期経路２１のフレームタイミングと非優先同期経路２２のフレームタイミングとの差が縮まっていく。

なお、上記の説明では、無線基地局１０−１０は、同期誤差が閾値以下となるまで図８に示す処理を繰り返すこととしたが、予め定めた時間が経過しても同期誤差が閾値以下とならない場合、無線基地局１０−１０は、報知情報内の同期誤差を０に設定して、フレームタイミングの調整を一旦終了してもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態１によれば、複数の無線基地局１０のそれぞれが、上位の無線基地局１０から通知される同期タイミング情報に基づいてフレームタイミングを決定し、下位の無線基地局１０に同期タイミング情報を通知する無線通信システム１は、複数の無線基地局１０−１〜１０−１０のうち最上位の無線基地局１０−１から複数の無線基地局１０−１〜１０−１０のうち最下位の無線基地局１０−１０に向かう通信経路が分岐点および合流点を有する。合流点に設けられた無線基地局１０−１０である合流基地局は、分岐点から合流点に至る複数の通信経路のうちの１つである優先同期経路２１と、非優先同期経路２２との間の同期誤差を測定する。非優先同期経路２２上に設けられた複数の無線基地局１０−９，１０−８，１０−７，１０−６のそれぞれは、同期誤差に基づいて、フレームタイミングを調整する。このため、合流基地局である無線基地局１０−１０における同期誤差が小さくなるように各無線基地局１０のフレームタイミングが調整される。したがって、同期経路が遮蔽物２０によって複数の同期経路に分岐し、フレームタイミングの誤差が蓄積した場合の同期経路の合流点における同期外れを解消することが可能になる。

実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２にかかる無線通信システム２の構成を示す図である。無線通信システム２は複数の無線基地局１０−１〜１０−１８を有する。以下、実施の形態１と同様に、無線基地局１０−１〜１０−１８のそれぞれを区別する必要がない場合、単に無線基地局１０と称する。また、実施の形態２では実施の形態１と異なる部分について主に説明し、実施の形態１と同様の部分については説明を省略する。

無線通信システム２において、上位の無線基地局１０から下位の無線基地局１０に向かう通信経路は、複数の分岐点と複数の合流点とを有する。無線基地局１０−１０，１０−１４は、複数の上位の無線基地局１０から同期タイミング情報を受信することができる。また、無線基地局１０−１〜１０−５と、無線基地局１０−６〜１０−９との間は、電波を通さない遮蔽物２０−１によって分断されており、無線基地局１０−１１〜１０−１３と、無線基地局１０−１５〜１０−１８との間は、遮蔽物２０−２によって分断されている。このとき、同期経路は、無線基地局１０−２〜１０−５を介する経路と、無線基地局１０−６〜１０−９を介する経路とに分岐し、無線基地局１０−１０において合流する。さらに、同期経路は、無線基地局１０−１０〜１０−１３を介する経路と、無線基地局１０−１５〜１０−１６を介する経路とに分岐し、無線基地局１０−１４において再び合流する。

この場合、無線基地局１０−１〜１０−１０は、実施の形態１と同様の動作を行い、無線基地局１０−９〜１０−１８のそれぞれは、実施の形態１の無線基地局１０−１〜１０−１０のそれぞれと同様の動作を行えばよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、同期経路が複数の分岐点および複数の合流点を有する場合であっても、合流基地局である無線基地局１０−１０，１０−１４における同期誤差が小さくなるように各無線基地局１０のフレームタイミングが調整される。したがって、同期経路が遮蔽物２０−１，２０−２によって複数の同期経路に分岐し、フレームタイミングの誤差が蓄積した場合の同期経路の合流点における同期外れを解消することが可能になる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

例えば、無線通信システム１，２で示した無線基地局１０の数は一例であり、分岐した経路上に配置される無線基地局１０の数も、図示した例に限定されない。分岐した経路上に配置される無線基地局１０の数が多いほど、蓄積する誤差が大きくなり、本実施の形態１，２の技術を適用してフレームタイミングを調整することが有用である。

１，２ 無線通信システム、１０，１０−１〜１０−１４ 無線基地局、１１ アンテナ、１２ 無線通信部、１３ 基地局制御部、１４ 同期誤差測定部、１５ 同期誤差測定結果記憶部、２０，２０−１，２０−２ 遮蔽物、２１ 優先同期経路、２２ 非優先同期経路、３１，３２，３３，３４，３５ フレームタイミング、４０ 同期誤差の許容最大値、９１ 無線通信モジュール、９２ ＣＰＵ、９３ メモリ、９４ 有線ネットワークインタフェース、９５ 電源、１３１ メッセージ生成部、１３２ フレームタイミング調整部、１４１ フレームタイミング検出部、１４２ フレームタイミング調整量算出部。

Claims (12)

1. 複数の無線基地局を備える無線通信システムにおいて、
   前記複数の無線基地局のうち最上位以外の無線基地局は、上位の無線基地局から通知される同期タイミング情報に基づいてフレームタイミングを決定し、前記複数の無線基地局のうち最下位以外の無線基地局は、下位の無線基地局に同期タイミング情報を通知し、
   前記複数の無線基地局のうちの最上位の無線基地局から前記複数の無線基地局のうちの最下位の無線基地局に向かう通信経路は、分岐点および合流点を有し、
   前記合流点に設けられた無線基地局である合流基地局は、前記分岐点から前記合流点に至る複数の通信経路のうちの１つである優先同期経路と、前記優先同期経路と異なる非優先同期経路との間の同期誤差を測定し、
   前記非優先同期経路上に設けられた無線基地局は、前記同期誤差に基づいて、フレームタイミングを調整することを特徴とする無線通信システム。
2. 前記合流基地局は、複数の上位の無線基地局から通知される複数の前記同期タイミング情報に基づいて前記同期誤差を測定し、測定した前記同期誤差に基づいて、タイミング調整情報を生成し、生成したタイミング調整情報を前記非優先同期経路上に設けられた上位の無線基地局に通知することを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記合流基地局は、前記タイミング調整情報を通知する前に、前記同期誤差に基づいてフレームタイミングを調整することを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記合流基地局は、前記優先同期経路上に設けられた上位の無線基地局から通知される前記同期タイミング情報に基づいて決定したフレームタイミングを、前記非優先同期経路上に設けられた上位の無線基地局のフレームタイミングに近づくように調整することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
5. 前記合流基地局は、前記同期誤差の許容最大値に基づいて、前記フレームタイミングを調整することを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
6. 前記合流基地局は、前記優先同期経路上のフレームタイミングと前記非優先同期経路上のフレームタイミングとの中央値、および、優先同期経路上のフレームタイミングから前記許容最大値を用いて、前記非優先同期経路上のフレームタイミングに近づくように調整したフレームタイミングのうち前記非優先同期経路上のフレームタイミングとの誤差が小さい方を前記合流基地局のフレームタイミングとすることを特徴とする請求項５に記載の無線通信システム。
7. 前記合流基地局は、調整後のフレームタイミングと前記非優先同期経路上のフレームタイミングとの差異を前記同期誤差として前記タイミング調整情報を生成することを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
8. 前記タイミング調整情報が通知された無線基地局は、上位の無線基地局から通知される前記同期タイミング情報に基づいて決定したフレームタイミングを、通知されたタイミング調整情報に基づいて調整することを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
9. 前記非優先同期経路上の無線基地局は、当該無線基地局が無線端末と通信中である場合、フレームタイミングを複数回に分けて段階的に調整することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の無線通信システム。
10. 上位の無線基地局から下位の無線基地局に向かう前記通信経路は、複数の前記分岐点および複数の前記合流点を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の無線通信システム。
11. 前記同期タイミング情報および前記タイミング調整情報は、同期専用の制御情報メッセージまたは報知情報メッセージを用いて通知されることを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
12. 複数の無線基地局のうち最上位以外の無線基地局が、上位の無線基地局から通知される同期タイミング情報に基づいてフレームタイミングを決定し、前記複数の無線基地局のうち最下位以外の無線基地局が、下位の無線基地局に同期タイミング情報を通知するステップと、
    前記複数の無線基地局のうち最上位の無線基地局から前記複数の無線基地局のうち最下位の無線基地局に向かう通信経路の合流点に設けられた無線基地局である合流基地局が、前記通信経路の分岐点から前記合流点に至る複数の通信経路のうちの１つである優先同期経路と、前記優先同期経路と異なる非優先同期経路との間の同期誤差を測定するステップと、
    前記非優先同期経路上に設けられた複数の無線基地局のそれぞれが、前記同期誤差に基づいて、フレームタイミングを調整するステップと、
    を含むことを特徴とする無線通信方法。

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