(57)【要約】【課題】  スループットの低下を抑えつつ、基地局間の同期ずれを抑制することができる基地局装置を提供する。【解決手段】  本発明の第二基地局装置２は、通信モードと銅モードとを切り替え制御する同期制御部２６と、前記同期モードにおいて受信した他の基地局装置の通信信号に基づいて、当該他の基地局装置の通信信号と、自己の通信信号との間における、前記単位フレーム当たりの同期ずれの推定値を求める推定部２３と、推定部２３が求めた同期ずれの推定値に基づいて、自己が送信する通信信号を前記他の基地局装置の通信信号に対して同期させる同期補正を行うフレームタイミング制御部３０と、を有している。フレームタイミング制御部３０は、次に同期モードに切り替わるまでの通信モードの間で、同期補正を複数回に分けて行う。【選択図】      図２
2010041713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信信号を送信して端末装置との間で通信を行う通信モードと、前記端末装置との間の通信を停止し他の基地局装置からの通信信号を受信して前記他の基地局装置との間で基地局間同期を行う同期モードと、を切り替えて実行する制御部と、
前記同期モードにおいて受信した前記他の基地局装置の通信信号に基づいて、当該他の基地局装置の通信信号と、自己の通信信号との間における同期ずれの推定値を求める推定部と、
前記推定部が求めた同期ずれの推定値に基づいて、自己が送信する通信信号を前記他の基地局装置の通信信号に対して同期させる同期補正を行う補正部と、を有し、
前記補正部は、次に同期モードに切り替わるまでの前記通信モードの間で、前記同期補正を複数回に分けて行うことを特徴とする基地局装置。
【請求項２】
前記補正部は、単位時間ごとに複数回に分けて同期補正を行う請求項１に記載の基地局装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記他の基地局装置の通信信号より当該他の基地局装置の通信タイミングを取得し、この通信タイミングと自己の通信タイミングとの間の通信タイミングオフセットに基づいて、前記同期ずれの推定値を求める請求項１又は２に記載の基地局装置。
【請求項４】
前記推定部は、前記通信タイミングオフセットを前記同期ずれの推定値とし、
前記補正部は、前記通信信号を構成する通信フレームの時間長さを調整することで通信タイミングの同期補正を行う通信タイミング補正部を有している請求項３に記載の基地局装置。
【請求項５】
前記推定部は、前記通信タイミングオフセットに基づいて、前記通信信号の搬送波周波数オフセットを前記同期ずれの推定値として求め、
前記補正部は、前記搬送波周波数の同期補正を行う周波数補正部を有している請求項３に記載の基地局装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他の基地局装置との間で基地局間同期を行う基地局装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）のように移動端末が通信可能な無線通信システムにおいては、基地局が各地に多数設置される。各基地局がカバーするエリア（セル）内にある移動端末は、当該エリアをカバーする基地局との間で通信を行うことができる。
【０００３】
移動端末が移動することにより、移動端末の通信相手となる基地局は変更されるが、基地局が変更される際、移動端末は、同時に二つの基地局（サービング基地局とターゲット基地局）からの信号を受信することになる。
このため、移動端末の基地局間移動をスムーズに行うには、隣接する基地局間で、送信タイミング及び搬送波周波数が揃っている基地局間同期が確保されている必要がある。
【０００４】
基地局間同期がとれていると、移動端末の基地局間移動の際、移動端末が同時に二つの基地局からの信号を受信でき、基地局間移動をスムーズに行える。
ここで、基地局間同期のための技術としては、例えば、下記特許文献１記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−６６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基地局間同期をとるには、上記特許文献１のように、各基地局装置が、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信し、各基地局が共通の同期信号によって動作することが考えられる。
しかし、ＧＰＳ信号を利用して同期をとる場合、各基地局装置が、ＧＰＳ受信機を備える必要があり、大型化・コストアップを招く。また、室内等のＧＰＳ信号を受信できない環境に設置される基地局装置の場合、基地局間同期をとることが不可能になる。
【０００７】
そこで、隣接する他の基地局が送信した信号の受信波に含まれるプリアンブル等の既知信号波を用いて、隣接する当該他の基地局の送信タイミングを検出し、当該送信タイミングで基地局間同期をとることが考えられる。
この場合、移動端末との通信を行う周波数と同じ周波数を用いた無線通信で同期をとれるので、ＧＰＳ信号を受信する場合のＧＰＳ受信機のように同期用の特別な受信系が必要ない。このため、基地局の小型化・コストダウンを図ることができ、室内等に設置される小型の基地局として適したものとなる。
【０００８】
ここで、前述のＷｉＭＡＸは、移動端末との間の無線通信に、送信と受信とを高速に切り替えるＴＤＤ（時分割複信）によってデュプレックス通信を実現する通信方式を採用する。
具体的には、図９に示すように、ＷｉＭＡＸでは、一つの基本フレームが、時間方向に並べて配置されて下りサブフレームＤＬ（基地局の信号送信時間）と上りサブフレームＵＬ（基地局の信号受信時間）とを含んで構成されている。なお、下りサブフレームは、先頭にプリアンブル（Preamble）を備えている。
【０００９】
図９は、複数の基地局間で、送信タイミング及び受信タイミングが一致し、同期がとれている様子を示している。
このような基地局間同期をとる同期処理は、基地局の起動時に行われ、基地局間同期がとれてから、移動端末との間での通常の通信が行われる。
【００１０】
ところが、両基地局が有しているクロック発生装置それぞれの精度誤差の違いによっては、時間の経過に伴って、同期にずれが生じる。
図１０は、一の基地局装置のクロック周波数に対する、他の基地局装置のクロック周波数のオフセットの経時変化の一例を示すグラフである。図のように、一の基地局装置のクロック周波数と他の基地局装置のクロック周波数との間には、時間の経過によってなだらかに変化するオフセット値が定常的に存在している。このオフセット値は、周囲の温度変化等の外的要因によっても変化するが、外的要因が無ければ、互いのクロック発生装置の精度誤差の違いによって線形的に序々に増加する傾向を有している。
【００１１】
基地局装置は、自己のクロック発生装置の発振に基づいて、上記の送信タイミングや、搬送波周波数を取得するので、図１０に示すように互いのクロック周波数にオフセット値が存在すると、他の基地局装置との間で、送信タイミングや搬送波周波数において同期ずれが発生する。
【００１２】
このため、例えば、端末装置との通信を一時的に中止し、他の基地局との同期処理を行うことで、上記のような同期ずれを解消することが考えられる。この場合、当該基地局装置は、端末装置との通信を停止している間に、改めて他の基地局装置との同期ずれがどの程度であるかを、他の基地局装置の受信波に含まれるプリアンブル波等の既知信号波から検出し、同期をとることができる。
【００１３】
しかし、上記基地局装置間のクロック周波数のオフセット値は、上述のように線形的に序々に増加する傾向を有している。このため、基地局装置において、端末装置との通信を中止して他の基地局装置との間の同期をとったとしても、その後に端末装置との通信を開始すると、上述の傾向を有するクロック周波数のオフセット値は序々に増加し、両基地局装置間に同期ずれが生じてしまう。
すなわち、同期処理によって一時的には基地局装置間の同期がとれた状態とすることができるが、その後、端末装置との通信を行っている間に再度同期ずれが生じる。そして、その同期ずれは時間の経過に伴って徐々に増加するので、端末装置との通信を行っている間の通信時間が長ければ、この通信時間の間における同期ずれが増大することとなり、基地局装置における経過時間全体として見ると、周期的に同期処理を行ったとしても、依然として同期ずれが存在することとなる。
【００１４】
これに対して、同期処理を行う周期を短くし、同期ずれが大きくなる前に同期をとれば、同期ずれが大きくなるのを抑制することができる。しかし、同期処理を行うためには、端末装置との間の通信を停止しなければならいので、同期処理の周期を短くすると、端末装置との間のスループットを低下させてしまう。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スループット低下を抑えつつ、基地局間の同期ずれを抑制することができる基地局装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明は、通信信号を送信して端末装置との間で通信を行う通信モードと、前記端末装置との間の通信を停止し他の基地局装置からの通信信号を受信して前記他の基地局装置との間で基地局間同期を行う同期モードと、を切り替えて実行する制御部と、
前記同期モードにおいて受信した前記他の基地局装置の通信信号に基づいて、当該他の基地局装置の通信信号と、自己の通信信号との間における同期ずれの推定値を求める推定部と、
前記推定部が求めた同期ずれの推定値に基づいて、自己が送信する通信信号を前記他の基地局装置の通信信号に対して同期させる同期補正を行う補正部と、を有し、
前記補正部は、次に同期モードに切り替わるまでの前記通信モードの間で、前記同期補正を複数回に分けて行うことを特徴としている。
【００１６】
上記のように構成された基地局装置によれば、通信モードにおいて自己が送信する通信信号の同期補正を、次に同期モードに切り替わるまでの通信モードの間で複数回に分けて行うので、同期ずれが大きく生じるのを、通信モード全域に亘って抑制することができる。従って、同期モードにおいて行われる基地局間同期によって同期ずれを抑制するのみならず、通信モード時においても同期ずれが抑制されるので、同期ずれを効果的に抑制することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、端末装置との間の通信を行うための通信モードにおいても同期ずれが抑制されるので、同期ずれを抑制するために、端末装置との間の通信を停止する必要のある同期モードの周期を短くする必要がない。このため、端末装置との間のスループットの低下を抑えつつ、基地局間の同期ずれを抑制することができる。
【００１８】
前記補正部は、前記単位時間ごとに同期補正を行うものであることが好ましい。
この場合、通信モード全域に亘って単位時間ごとに均等に同期補正が行われるので、経時的に増加する同期ずれを効果的に抑制することができる。
【００１９】
また、前記推定部は、前記他の基地局装置の通信信号より当該他の基地局装置の通信タイミングを取得し、この通信タイミングと自己の通信タイミングとの間の通信タイミングオフセットに基づいて、前記同期ずれの推定値を求めるものであってもよい。
【００２０】
より具体的には、前記推定部は、前記通信タイミングオフセットを前記同期ずれの推定値とし、前記補正部は、前記通信信号を構成する通信フレームの時間長さを調整することで通信タイミングの同期補正を行う通信タイミング補正部を有していることが好ましく、この場合、通信タイミングに関する同期ずれを抑制することができる。
【００２１】
また、前記推定部は、前記通信タイミングオフセットに基づいて、前記通信信号の搬送波周波数オフセットを前記同期ずれの推定値として求め、前記補正部は、前記搬送波周波数の同期補正を行う周波数補正部を有しているものであってもよい。この場合、搬送波の周波数に関する同期ずれを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明の基地局装置によれば、スループットの低下をおさえつつ、基地局間の同期ずれを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る無線通信システムの全体図である。
【図２】第二及び第三基地局装置の構成を示したブロック図である。
【図３】通信フレームタイミングオフセットが生じたフレームを示す図である。
【図４】プリアンブルのタイミングを検出する方法の一例を示す図である。
【図５】前回と今回の同期モードにおけるタイミングオフセット量を示す説明図である。
【図６】第二及び第三基地局装置が、通信モードから、同期モードに切り替わる際のフローチャートを示す図である。
【図７】スレーブ基地局装置が、通信モードと同期モードとを繰り返し行ったときのマスタ基地局装置に対する通信タイミングオフセットの経時変化の態様を示す図である。
【図８】図７中の同期モードの部分の拡大図である。
【図９】基地局間同期がとれているときのフレームの状態を示す図である。
【図１０】一の基地局装置のクロック周波数に対する、他の基地局装置のクロック周波数のオフセットの経時変化の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明の第二の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す図である。
【図１２】ＬＴＥのフレーム構成図である。
【図１３】ＬＴＥのＤＬフレーム構成図である。
【図１４】基地局装置（子ＢＳ）の構成図である。
【図１５】同期処理部の構成図である。
【図１６】本実施形態における子ＢＳの他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
〔第一の実施形態〕
図１は、本発明の第一の実施形態に係る複数の基地局装置（ＢＳ：Base Station）１，２，３，・・・を有する無線通信システムを示している。この無線通信システムでは、例えば、広帯域無線通信を実現するために直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）方式をサポートするＩＥＥＥ８０２．１６に規定される「ＷｉＭＡＸ」に準拠した方式が採用されている。
【００２５】
各基地局装置１，２，３は、それぞれの基地局装置１，２，３がカバーするエリア（セル）内にある端末装置（移動端末ＭＳ；Mobile  Station）との間で通信が可能である。
図９に示したように、ＷｉＭＡＸでは、一つの基本フレームが、時間方向に並べて配置された下りサブフレームＤＬ（基地局装置の信号送信時間）と上りサブフレームＵＬ（基地局装置の信号受信時間）とを含んで構成されており、ＴＤＤ（時分割複信）によって送信と受信の複信を行う通信システムとされている。
【００２６】
一つの基本フレームの長さは、５ｍｓｅｃである。下りサブフレームＤＬは、基地局装置１，２，３が、自エリア内の端末装置へ信号を送信する時間帯であり、上りサブフレームＵＬは、基地局装置１，２，３が、自エリア内の端末装置からの信号を受信する時間帯である。
なお、下りサブフレームＤＬは、先頭に、既知信号であるプリアンブル（Preamble）を備えている。
また、一つの基本フレームは、下りサブフレームＤＬと上りサブフレームＵＬとの間、及び上りサブフレームＵＬと下りサブフレームＤＬとの間それぞれに、基地局装置及び端末装置双方共に送信を行わない切り替えギャップＴＴＧ（Transmit/Receive Transition Gap）、及び切り替えギャップＲＴＧ（Receive /Transmit Transition Gap）を含んでいる。
【００２７】
複数の基地局装置１，２，３には、少なくとも一つのマスタ基地局装置と、スレーブ基地局装置とが含まれている。
本無線通信システムでは、各基地局装置１，２，３間で、フレームタイミング同期及びキャリア周波数同期を取る処理がなされる。マスタ基地局装置は、フレームタイミング及びキャリア周波数の基準局である。一方、スレーブ基地局装置は、他の基地局装置としてのマスタ基地局装置に対して直接的に、又は、他の基地局装置としての他のスレーブ基地局装置を介して間接的に、フレームタイミング同期及びキャリア周波数同期を取る。
なお、以下では、図１に示す第一基地局装置１を、マスタ基地局装置とし、第二基地局装置２及び第三基地局装置３をスレーブ基地局装置として説明する。
【００２８】
前記フレームタイミング同期は、各基地局装置１，２，３の通信フレームが同じタイミングで送信されるように同期をとるものである。つまり、フレームタイミング同期によって、図９に示すように、ある基地局装置（第１基地局）が端末装置へ送信を行っている時間帯（下りサブフレームの時間帯）では、他の基地局装置（第２基地局）も端末装置へ送信を行い、ある基地局装置（第１基地局）が端末装置から受信を行っている時間帯（上りサブフレームの時間帯）では、他の基地局装置（第２基地局）も端末装置から受信を行うように、各基地局装置１，２，３の通信タイミングを合わせることができる。
【００２９】
基地局装置間でフレームタイミング同期がとれていることで、端末装置がハンドオーバ時などで、複数の基地局装置に対して通信を行う状態となっても、端末装置は円滑に各基地局装置と通信を行うことができる。
【００３０】
また、前記キャリア周波数同期は、各基地局装置１，２，３が端末装置へ対して送信する信号（ＯＦＤＭ（Ａ）信号）のキャリア周波数（搬送波周波数）を、各基地局装置間で合わせるものである。
基地局装置間で、キャリア周波数同期がとれていることで、端末装置がハンドオーバ時などで、複数の基地局装置に対して通信を行う状態となっても、端末装置は円滑に各基地局装置と通信を行うことができる。
【００３１】
ここで、各端末装置は、基地局装置から受信したＯＦＤＭ信号のキャリア周波数の誤差を検出し、受信ＯＦＤＭ信号におけるキャリア周波数誤差（送信側と受信側の間のキャリア周波数の差）を補正するＡＦＣ（自動周波数制御）機能を有している。
したがって、各端末装置は、基地局装置から受信したＯＦＤＭ信号のキャリア周波数に、誤差があっても、その誤差を補正した上で、ＯＦＤＭ復調を行うことができる。
【００３２】
しかし、端末装置がハンドオーバ時などで、複数の基地局装置に対して通信を行う状態になると、基地局間でキャリア周波数同期がとれておらず同期ずれが生じている場合には、端末装置はＡＦＣ機能を用いてもキャリア周波数誤差を補正するのが非常に困難である。
【００３３】
つまり、基地局間でキャリア周波数同期がとれていない場合には、ある端末装置からみて、一の基地局装置についてのキャリア周波数の誤差と、他の基地局装置についてのキャリア周波数に誤差とが異なるため、これらの複数の基地局装置と同時に通信を行う状態になると、キャリア周波数の誤差を補正できなくなる。
【００３４】
さて、前記第一基地局装置１は、フレームタイミングとキャリア周波数の基準局であるため、基地局間でのフレームタイミング同期ないしキャリア周波数同期をとるための信号を、他の基地局装置から取得する必要がない。
例えば、第一基地局装置１は、自装置の内蔵クロック発生器（水晶振動子）が発生するクロックに基づいて自ら信号の送信タイミングを決定する自走マスタ基地局装置として構成することができる。なお、第一基地局装置１は、ＧＰＳ受信機を備え、ＧＰＳ信号を用いて信号の送信タイミングを決定するものであってもよい。
【００３５】
これに対し、スレーブ基地局装置である両基地局装置２，３は、基地局間でのフレームタイミング同期ないしキャリア周波数同期をとるための信号を、他の基地局装置（マスタ基地局装置又は他のスレーブ基地局装置）から取得する。
【００３６】
図２は、両基地局装置２，３の構成を示したブロック図である。
両基地局装置２，３は、信号の受信のために、受信信号を増幅するアンプ１１、アンプ１１から出力された受信信号に対する直交復調（直交検波）処理を行う直交復調器１２、及び、直交復調器１２から出力された受信信号に対するＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換部１３を有している。デジタル信号に変換された受信信号は、ＤＳＰ（デジタル信号処理プロセッサ）２０に与えられる。
【００３７】
また、基地局装置２，３は、信号の送信のために、デジタル送信信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換部１５、Ｄ／Ａ変換部１５から出力された送信信号に対する直交変調処理を行う直交変調器１６、及び、直交変調器１６から出力された送信信号を増幅するアンプ１７を有している。
【００３８】
なお、前記直交復調部１２、前記Ａ／Ｄ変換部１３、前記Ｄ／Ａ変換部１５、及び前記直交変調部１６の動作クロックは、内蔵のクロック発生器（基準信号発生器）１８から与えられる。内蔵クロック発生器１８は、水晶振動子などを含み、所定周波数の動作クロックを発生する。なお、クロック発生器１８のクロックは、定倍部１９ａ，１９ｂを介して、前記Ａ／Ｄ変換部１３等へ与えられる。
また、内蔵クロック発生器１８の動作クロックは、ＤＳＰ２０にも与えられ、ＤＳＰ２０における動作クロックにもなる。
【００３９】
ここで、Ｄ／Ａ変換部１５に与えられる動作クロックの精度は、送信フレーム（下りサブフレーム）の時間長さの精度に影響する。したがって、基地局装置ごとにクロック発生器１８の精度が異なると、生成される送信フレームの時間長さが、基地局装置ごとに僅かに異なることになる。そして、フレームの送信が繰り返されると、フレームの時間長さの相違が蓄積され、基地局装置間でのフレームタイミングにずれ（通信フレームのタイミングオフセット）が生じる（図３参照）。
【００４０】
ＤＳＰ（信号処理部）２０は、受信信号及び／又は送信信号に対する信号処理を行う。
ＤＳＰ２０の主な機能は、受信信号に対するＯＦＤＭ復調器としての機能、送信信号に対するＯＦＤＭ変調器としての機能、送信と受信（送信フレームと受信フレーム）の切り替え機能、基地局間のフレームタイミング同期機能、及び基地局装置間のキャリア周波数同期機能である。図２において、ＤＳＰ２０内に示すブロックは、これらの機能を示すものである。
【００４１】
図２におけるキャリア周波数補正部２１は、受信信号のキャリア周波数を補正するものである。また、送信信号のキャリア周波数を補正するキャリア周波数補正部２２も設けられている。
キャリア周波数補正部２１，２２は、推定部２３で推定されたキャリア周波数オフセットに基づいて、受信信号及び／又は送信信号のキャリア周波数を補正する。
【００４２】
受信信号のキャリア周波数補正部２１の出力は、切り替えスイッチ２４を介して、復調部（ＤＥＭ）２５に与えられる。復調部２５では、キャリア周波数補正のなされた受信信号に対して復調（ＯＦＤＭ復調）処理がなされる。
前記切り替えスイッチ２４は、端末装置からの信号を受信可能な通信モードの間は、受信信号を復調部２５側へ与え、通信モードが停止（休止）された同期モードでは、受信信号を推定部２３へ与えるためのものである。スイッチ２４の切り替えは、同期制御部２６によって行われる。
なお、通信モードとは、端末装置に対して通信信号を送信することで端末装置との間で通信を行うモードであり、同期モードとは、端末装置との間の通信を停止し他の基地局装置が送信している通信信号を受信して当該他の基地局装置との間で基地局間同期の処理（同期処理）を行うためのモードである。これら通信モード及び同期モードについては後述する。
【００４３】
また、ＤＳＰ２０は、送信信号に対する変調（ＯＦＤＭ変調）処理を行う変調部（ＭＯＤ）２７を備えている。変調部２７では、クロック発生器１８のクロック周波数に基づいてキャリア周波数が決定されるため、クロック周波数の誤差は、送信信号のキャリア周波数に影響を与える。なお、送信信号のキャリア周波数にずれが生じると、各サブキャリアの周波数間隔は変わらないものの、各サブキャリアの中心周波数が一様にずれる。
【００４４】
この変調部２７から出力された送信信号は、切り替えスイッチ２８を介して、キャリア周波数補正部２２に与えられる。
前記切り替えスイッチ２８は、端末装置へ信号を送信可能な通信モードの間は、送信信号をＤ／Ａ変換部１５へ与え、通信モードが休止された同期モードでは、送信信号をＤ／Ａ変換部１５へ与えないようにするものである。
この、スイッチ２８の切り替えも、同期制御部２６によって行われる。すなわち、この同期制御部２６は、通信モードと、同期モードとを切り替えて実行する制御部を構成している。
【００４５】
前記推定部２３では、受信信号（通信信号）から同期信号であるプリアンブルを検出して、他の基地局装置との間での通信フレームのタイミングオフセットと、他の基地局装置との間でのキャリア周波数オフセット（搬送波周波数オフセット）と、を推定する。
このため、推定部２３は、受信信号に含まれるプリアンブルを検出するプリアンブル検出部２３ａと、他の基地局装置と自装置との間のクロック誤差を推定するクロック誤差推定部２３ｂと、他の基地局装置と自装置との間の単位時間当たりのタイミングオフセットを演算する演算部２３ｃとを有している。
【００４６】
本実施形態では、他の基地局装置が送信した下りサブフレームＤＬの先頭にあるプリアンブルを基地局間同期のための同期信号として用いる。このため、前記検出部２３ａは、他の基地局装置が送信した下りサブフレームＤＬの先頭にあるプリアンブルのタイミングを検出する。
なお、同期信号としては、ミッドアンブル、パイロット信号などであってもよい。
【００４７】
基地局装置２，３は、他の基地局装置１，２が使用する可能性のあるプリアンブルパターンを既知パターンとしてメモリに有している。基地局装置２，３の検出部２３ａは、これらの既知のプリアンブルパターンを用いて、プリアンブルのタイミング等を検出する。
【００４８】
ここで、プリアンブルは既知信号であるから、プリアンブルの信号波形も既知である。サンプリング後の受信信号をＸ（ｔ）、プリアンブルの離散時間領域での信号をＰ（ｎ）（ｎ＝０，・・・，Ｎ−１）とすると、図４（ａ）に示す受信波Ｘ（ｔ）に対して、下記式に基づいて、時間方向にＰ（ｎ）のスライディング相関をとる。
【００４９】
【数１】
2010041713.tif 000003
【００５０】
そして、図４（ｂ）に示すように、受信波Ｘ（ｔ）と既知プリアンブルパターンＰ（ｎ）の相関値がピークをとった位置を、プリアンブルのタイミングｔとして検出することができる。
【００５１】
検出部２３ａでは、自装置２，３の送信タイミングと、検出されたプリアンブルタイミングｔとの差を、通信タイミングオフセット（同期ずれ）として検出する。この通信タイミングオフセット（通信フレームのタイミングオフセット）は、検出される度に、記憶部２９に与えられ、記憶部２９にて蓄積される。
【００５２】
検出部２３ａにて検出された通信タイミングオフセットは、クロック誤差推定部２３ｂ及び演算部２３ｃに与えられる。
演算部２３ｃは、プリアンブル検出部２３ａによって検出された通信タイミングオフセットに基づいて、単位時間当たりでタイミングオフセットがどの程度増加しているかを求めることで、単位時間当たりのタイミングオフセットを求める。
なお、本実施形態では、前記単位時間を１基本フレームに係る時間幅である５ｍｓに設定される。
【００５３】
また、クロック誤差推定部２３ｂは、プリアンブル検出部２３ａによって検出された通信タイミングオフセットに基づいて、受信側である自装置の内蔵クロック発生器１８のクロック周波数と、送信側である他の基地局装置の内蔵クロック発生器１８のクロック周波数との差（クロック周波数誤差）を推定する。そして、このクロック周波数誤差の推定値から、同期ずれの推定値としてのキャリア周波数オフセットを求める。
【００５４】
前記クロック誤差推定部２３ｂは、同期モードが周期的に実行される状況下において、前回の同期モードにおいて検出された通信タイミングオフセットと、今回の同期モードにおいて検出された通信タイミングオフセットとに基づいて、クロック誤差を推定する。なお、前回のタイミングオフセットは、記憶部２９から取得することができる。
【００５５】
例えば、キャリア周波数が２．６［ＧＨｚ］である場合に、図５に示すように、前回の同期モード（同期タイミング＝ｔ１）において、タイミングオフセットとしてＴ１が検出され、Ｔ１分のタイミングの修正がなされたものとする。そして、１０秒後の今回の同期モード（同期タイミング＝ｔ２）においても、再びタイミングオフセットが検出され、そのタイミングオフセットはＴ２であったとする。
そして、今回のタイミングオフセットＴ２と前回のタイミングオフセットＴ１の差（Ｔ２−Ｔ１）が、０．１［ｍｓｅｃ］であったとする。
【００５６】
ここで、１つの基本フレームの時間長さが５［ｍｓｅｃ］であるから、５［ｍｓｅｃ］＝２πであり、前回の同期モードから今回の同期モードの間（Δｔ＝ｔ２−ｔ１＝１０［ｓｅｃ］の間）において、位相が、π／２５［ｒａｄ］ずれたことになる。つまり、位相回転量Δφ＝π／２５である。
【００５７】
そして、Δφ＝２πｆΔｔの関係が成り立つため、π／２５＝２πｆ×１０となる。
したがって、周波数誤差ｆ＝１／５００＝０．００２［Ｈｚ］となる。
ここで、１基本フレームのフレーム長が５［ｍｓｅｃ］であるため、このフレーム長を周波数に換算すると、１／０．００５＝２００［Ｈｚ］である。
つまり、２００［Ｈｚ］の周波数に対して（１基本フレーム当たり）、０．００２［Ｈｚ］の周波数誤差が生じていることになる。
【００５８】
したがって、この場合、送信側である他の基地局装置のクロック周波数と、受信側である基地局装置のクロック周波数に、１×１０-5＝１０［ｐｐｍ］の誤差があることになる。クロック誤差推定部２３ｂでは、上記のようにしてクロック周波数誤差を推定する。
【００５９】
そして、キャリア周波数とタイミングオフセットは同じようにずれるため、キャリア周波数にも、１０［ｐｐｍ］分のずれ、すなわち、２．６［ＧＨｚ］×１×１０-5＝２６［ｋＨｚ］のずれが生じる。
このように、クロック誤差推定部２３ｂでは、プリアンブル検出部２３ａによって検出された通信フレームタイミングオフセットに基づいて、クロック周波数誤差を求め、前回の同期モードとの間において生じた、同期ずれの推定値としてのキャリア周波数オフセット、及び、１基本フレーム当たり（単位時間当たり）のキャリア周波数オフセットを求めることができる。
【００６０】
上記のようにクロック誤差推定部２３ｂにて求められた、タイミングオフセット、及び、キャリア周波数オフセットの内、キャリア周波数オフセット（前回の同期モードとの間において生じたキャリア周波数オフセット、及び、１基本フレーム当たりのキャリア周波数オフセット）は、キャリア周波数補正部２１，２２に与えられる。
【００６１】
本実施形態では、通常のＡＦＣ（自動周波数制御）機能のように、受信信号のキャリア周波数を補正するだけでなく、送信信号のキャリア周波数も補正することができる。
つまり、他の基地局装置との間のキャリア周波数オフセットが、送信側のキャリア周波数補正部２２にも与えられ、このキャリア周波数補正部２２において、端末装置への送信信号のキャリア周波数が補正される。
キャリア周波数補正部２２は、同期モードにおいては、現状生じているキャリア周波数オフセットを解消するためにキャリア周波数を調整する処理（同期処理）を行う。
さらに、キャリア周波数補正部２２は、通信モードにおいては、自己が端末装置へ送信する通信信号を他の基地局装置の通信信号に対して同期させるために、上記の１基本フレーム当たりのキャリア周波数オフセットに基づいて、基本フレームごとのキャリア周波数を調整する処理（同期補正処理）を行う。
具体的には、各基本フレームごとに生じると推定される同期ずれ量である１基本フレーム当たりのキャリア周波数オフセットが、基本フレームごとに解消されるように、各基本フレームそれぞれのキャリア周波数を調整する。
つまり、キャリア周波数補正部２２は、次に同期モードに切り替わるまでの通信モードの間で、同期補正処理を１基本フレームごと（単位時間ごと）に複数回に分けて行い、前回の同期モードとの間において生じた、同期ずれの推定値としてのキャリア周波数オフセットを解消するようにキャリア周波数を調整する。
【００６２】
このように、本実施形態では、キャリア周波数同期として、上記の処理を行うことで、自己と他の基地局装置との間にクロック周波数誤差が存在しているとしても、キャリア周波数オフセットが生じるのを抑制することができ、自己と他の基地局装置との間における通信信号のキャリア周波数に関する同期ずれを抑制することができる。
【００６３】
検出部２３ａにて検出された通信タイミングオフセットは、同期ずれの推定値として、フレームタイミング制御部３０に与えられる。また、演算部２３ｃにて求められた１基本フレーム当たり（単位時間当たり）のタイミングオフセットについても、フレームタイミング制御部３０に与えられる。フレームタイミング制御部（ＴＤＤ制御部）３０は、これらに基づいて、送信と受信とを切り替える制御を行うとともに、通信フレーム（送信フレーム、受信フレーム）の時間長さを調整する処理を行う。
【００６４】
通信タイミングオフセットを受け取ったフレームタイミング制御部３０は、同期モードにおいては、自己の送信タイミング（送信サブフレームタイミング）を検出部２３ａにて検出された通信タイミングオフセットの分ほど、正しい方向にずらすといった処理（同期処理）を行う。これにより、自装置の送信タイミングを、他の基地局装置の送信タイミングと一致させて、基地局装置間でのフレームタイミングの同期をとることができる。
【００６５】
また、フレームタイミング制御部３０は、通信モードにおいては、自己が端末装置へ送信する通信信号を他の基地局装置の通信信号に対して同期させるための同期補正を、演算部２３ｃにて求められた１基本フレーム当たりのタイミングオフセットに基づいて、基本フレームごとの時間長さを調整することで行う（同期補正処理）。
具体的には、各基本フレームごとに生じると推定される同期ずれ量である１基本フレーム当たりのタイミングオフセットが、基本フレームごとに解消されるように、各基本フレームそれぞれの時間長さを調整する。
つまり、フレームタイミング制御部３０は、次に同期モードに切り替わるまでの通信モードの間で、同期補正処理を１基本フレームごと（単位時間ごと）に複数回に分けて行い、前回の同期モードとの間において生じた、同期ずれの推定値としての通信タイミングオフセットを解消するように各基本フレームそれぞれの時間長さを調整する。
なお、送信タイミングを他の基地局装置の送信タイミングと一致させれば、自然に、受信タイミングも一致する。すなわち、他の基地局装置との間でフレームタイミング同期がとれた状態となる。
【００６６】
このように、本実施形態では、フレームタイミング同期として、上記の処理を行うことで、自己と他の基地局装置との間にクロック周波数誤差が存在しているとしても、通信フレームタイミングオフセットが生じるのを抑制することができ、自己と他の基地局装置との間における通信タイミングに関する同期ずれを抑制することができる。
【００６７】
以上のように、本実施形態の推定部２３は、他の基地局装置の通信信号より当該他の基地局装置のプリアンブルのタイミングｔ（通信タイミング）を取得し、このタイミングｔと、自装置２，３の送信タイミングとの差を、通信タイミングオフセット（同期タイミング誤差）として検出し、この通信タイミングオフセットに基づいて、他の基地局装置の通信信号と、自己の通信信号との間における同期ずれの推定値（通信タイミングオフセット、キャリア周波数オフセット）を求める。
また、補正部としてのキャリア周波数補正部２１，２２、及びフレームタイミング制御部３０は、通信モードにおいて自己が送信する通信信号を他の基地局装置に対して同期させるための（タイミングオフセット及びキャリア周波数オフセットに関する）同期補正処理を、前記同期ずれの推定値に基づいて行う。
また、キャリア周波数補正部２１，２２、及びフレームタイミング制御部３０は、次に同期モードに切り替わるまでの通信モードの間で、（タイミングオフセット及びキャリア周波数オフセットに関する）同期補正処理を、複数回に分けて行う。
【００６８】
なお、上記推定部２３及びフレームタイミング制御部３０により行われる、基地局装置間でのフレームタイミングに関する同期処理、及び、同期補正処理については、後に詳述する。
【００６９】
図２に戻り、前記同期制御部２６は、前述のように、通信モードを休止するタイミング（同期タイミング）を制御し、同期モードを実行させる。
同期モードは、次のようにして実行される。
【００７０】
まず、スレーブ基地局装置２，３は、起動時において、他の基地局装置（マスタ基地局装置又は他のスレーブ基地局装置）のうち、一の基地局装置をソース基地局装置として選択し、当該ソース基地局装置が送信した信号（プリアンブル；既知信号；同期信号）の受信波（ソース受信波）を検出して、基地局装置間のフレームタイミング同期とキャリア周波数同期をとる。
【００７１】
なお、基地局装置が起動したとき行われる基地局間同期のための処理を初期同期モードという。初期同期モードは、前述のように起動時に実行され、より具体的には、基地局装置が起動してから、端末装置との通信が開始されるまでの間に行われる。
【００７２】
初期同期モードの実行後、基地局装置は、自エリア内の端末装置との通信が可能になる。
しかし、基地局装置間では、クロック精度のばらつきによるクロック周波数オフセットが存在しているため、時間の経過によって、基地局装置間においてフレームタイミングやキャリア周波数にずれを生じる。
【００７３】
そこで、スレーブ基地局装置２，３は、所定のタイミングで、端末装置との通信（送信信号；下りサブフレーム）を休止（停止）し、同期ずれを解消するための同期モード（通信を休止した同期モード）になる。
図６は、基地局装置２，３が、端末装置との通信を行う（通常）通信モードから、他の基地局装置（マスタ基地局装置又はスレーブ基地局装置）からの信号を受信する同期モードに切り替わるためのフローチャートを示している。
【００７４】
図６に示すように、基地局装置２，３は、同期モードになるべき同期タイミングであるか否かの判定を行う（ステップＳ１）。同期タイミングは、例えば、同期モードになる周期（所定時間毎又は所定フレーム数毎）として設定されている。周期を時間で設定する場合、例えば、５分程度とすることができる。
端末装置との間で通信を行う通常通信モードであるときに、同期モードへ移行すべきタイミングになったと判定された場合（ステップＳ２）、基地局装置２，３は、同期モード（ステップＳ３）に移行する。同期モードが終了すると、再び通常通信モードに戻る（ステップＳ４）。
基地局装置２，３は、端末装置との間で通信を行いつつも、定期的又は必要に応じて随時、同期モードを実行することで、同期ずれが生じても、それを解消することができる。
【００７５】
基地局装置２，３が、同期モードになると、端末装置との間の通信（下りサブフレームの送信）は停止（休止）され、本来、下りサブフレームとなる時間においても、信号を受信する状態となる。
【００７６】
同期モードでは、他の基地局装置２が端末装置へ送信した信号（ＯＦＤＭ信号）を受信する。本実施形態では、他の基地局装置２が送信した下りサブフレームＤＬの先頭にあるプリアンブルを基地局間同期のための同期信号とし、フレームタイミング同期及びキャリア周波数同期をとる。
【００７７】
以上の同期モードが終了すると、基地局装置２，３は、同期モードから通常通信モードに戻り、端末装置との間の通信が可能な状態となる。
【００７８】
次に、上記同期モード、及び通常通信モードにおいて、基地局装置２，３が行う同期処理、及び同期補正処理について詳述する。
図７は、スレーブ基地局装置が、通信モードと同期モードとを繰り返し行ったときのマスタ基地局装置に対する通信タイミングオフセットの経時変化の態様を示す図である。なお、図７においては、第一基地局装置１と、第二基地局装置２との間の通信タイミングオフセットとして説明する。
【００７９】
図７において、第二基地局装置２が、所定時間幅の通信モードの実行後に同期モードを周期的に繰り返している態様を示している。また、図７において、通信タイミングオフセットが「０」のときに、第一基地局装置１と、第二基地局装置２との間のフレームタイミングが一致しフレームタイミングの同期がとれている状態を示している。
また、図７中、破線は、同期モードにおける同期処理のみでフレームタイミング同期をとった場合の通信タイミングオフセットの経時変化を示した線図であり、実線は、同期モードにおける同期処理と、通信モードにおける同期補正処理とによって、フレームタイミング同期をとった本実施形態による通信タイミングオフセットの経時変化を示した線図である。
【００８０】
通信モードにおいて、第二基地局装置２は、端末装置との間で通信を行うので、第一基地局装置１との関係では、別個独立して動作しており、フリーランの状態である。従って、図７中の破線で示すように、通信モードにおいて同期補正処理を行わない場合、通信タイミングオフセットは、同期モードにて同期処理を行うことで同期がとれた状態から、通信モードにおいては、両基地局装置１，２同士のクロック周波数誤差によって、経時的に増加し、同期ずれが生じる。このとき、通信モードから同期モードに切り替える際（通信モードの終了時）に同期ずれとして生じる通信タイミングオフセット値ΔＴn´は、両者間のクロック周波数誤差が経時的に累積することによって、概ね同程度の値として、各通信モードに対応して周期的に現れる。
これに対して、本実施形態では、通信モードにおいて同期補正処理を行うことで、図７中の実線で示すように、通信モードに対応して周期的に現れる通信タイミングオフセットが大きく生じるのが抑制されている。
【００８１】
図８は、図７中の同期モードの部分の拡大図である。
本実施形態に係る第二基地局装置２は、推定部２３ｂ及びフレームタイミング制御部３０によって、１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔnを求め、このタイミングオフセットｔnが解消されるように、通信モードにて送信される信号を構成する各基本フレームごとに同期補正を行う。
【００８２】
具体的には、フレームタイミング制御部３０は、各基本フレームにおける下りサブフレームＤＬの送信開始タイミングをタイミングオフセットｔnが解消される方向にずらすことで同期補正を行う。すなわち、フレームタイミング制御部３０は、基本フレームにおいて、次の基本フレームに隣接する切り替えギャップＲＴＧの時間幅を調整することで前記の同期補正を行うことができる。
フレームタイミング制御部３０は、各基本フレームごとに同期補正を行うので、通信モードにおける通信タイミングオフセットの値は、図８に示すように、各基本フレームの時間幅ごとで増加し、各基本フレーム同士の間のタイミングで、タイミングオフセットｔn分だけ減少するのを繰り返す。
【００８３】
このように、フレームタイミング制御部３０は、次に同期モードに切り替わるまでの通信モードの間で、同期補正を１基本フレームごとに複数回に分けて行い、前回の同期モードとの間において生じた、同期ずれの推定値としての通信タイミングオフセットを解消するように各基本フレームそれぞれの時間長さを調整する。
このように同期補正を行うと、通信モード全域に亘って均等に同期補正が行われるので、経時的に増加する同期ずれを効果的に抑制することができる。
なお、１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔnの求め方については、後に説明する。
【００８４】
通信モードから同期モードへと切り替わると、推定部２３のプリアンブル検出部２３ａ（図２）は、通信タイミングオフセット値ΔＴnを現状の同期ずれとして検出する。
ついで、演算部２３ｃ（図２）は、上記通信タイミングオフセット値ΔＴnを、次の通信モードにおける同期ずれの推定値としてプリアンブル検出部２３ａから受け取り、１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔn+1を演算し、フレームタイミング制御部３０に出力する。
【００８５】
ここで、演算部２３ｃは、以下のようにして次の通信モードにおける１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔn+1を演算する。すなわち、現状の通信タイミングオフセット値ΔＴnは、基本フレームごとにタイミングオフセットｔnによって逐次同期補正された結果、生じた同期ずれである。仮に、現状の通信タイミングオフセット値ΔＴnがタイミングオフセットｔnと同じ値であれば、タイミングオフセットｔnとした同期補正によって、同期モードの時点においては、正確に同期ずれが解消されていることとなる。
しかし、現状の通信タイミングオフセット値ΔＴnには、両基地局装置のクロック発生器の状態や、通信環境の変化によって、通常、下記式（２）で示すようなずれ値δＴnが生じる。
ΔＴn  ＝  ｔn  ＋  δＴn  ・・・  （２）
【００８６】
なお、直前の通信モード全体において、同期補正を行わなかった場合に生じる通信タイミングオフセット値ΔＴn´は、基本フレームごとに同期補正により解消されるタイミングオフセットｔnに一の通信モードに含まれる基本フレーム数を乗じたものに上記ずれ値δＴnを加えた値として表される。
【００８７】
上記ずれ値δＴnは、直前の通信モード全体において、同期補正しつつ生じた同期ずれである。従って、演算部２３ｃは、下記式（３）に示すように、ずれ値δＴnを通信モードの時間幅に含まれる基本フレーム数で除することで、ずれ値δＴnの基本フレーム当たりの値を求め、これに先の１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔnを加えることで、次の通信モードにおける１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔn+1を求める。
ｔn+1  ＝  ｔn  ＋  δＴn／（通信モードに含まれる基本フレーム数）
・・・（３）
【００８８】
演算部２３ｃは、上記式（２）、及び（３）示すように、プリアンブル検出部２３ａが次の通信モードにおける同期ずれの推定値として検出した通信タイミングオフセット値ΔＴnをに基づいて、１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔn+1を求める。
なお、一の通信モードに含まれる基本フレーム数については、通信モードの時間幅は予め同期制御部２６により定められ、また、基本フレームの時間幅は上述のように５ｍｓと定められているので、演算部２３ｃは、これらの値から、一の通信モードに含まれる基本フレーム数を求めることができる。
【００８９】
なお、上記ずれ値δＴnが、予め定めた値よりも小さい場合には、当該ずれ値δＴnを考慮することなく、そのまま現状のタイミングオフセットｔnを次の通信モードにおけるタイミングオフセットｔn+1とすることもできる。この場合、補正する必要のない微細なずれ値δＴnに基づいて同期補正が行われるのを防止できる。
また、ずれ値δＴnが、極端に大きい値として現れた場合においても、当該ずれ値δＴnを考慮することなく、そのまま現状のタイミングオフセットｔnを次の通信モードにおけるタイミングオフセットｔn+1とすることもできる。この場合、ずれ値δＴnが、例えばマルチパス等に起因して突発的な異常値として現れたとしても、それに基づいた同期補正が行われるのを回避できる。
【００９０】
上記のように求められる１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔn+1を演算部２３ｃから受け取るとともに、プリアンブル検出部２３ａから通信タイミングオフセット値ΔＴnを受け取ると、フレームタイミング制御部３０は、現状の通信タイミングオフセット値ΔＴnを解消する方向に通信モードを開始する際の自己の送信タイミングをずらす処理を行うことで、同期処理を行う。
また、フレームタイミング制御部３０は、上記同期処理の後、通信モードに切り替わると、１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔn+1に基づいて、当該通信モードにおける各基本フレームごとに上述の同期補正を行う。
【００９１】
上記のように構成された第二及び第三基地局装置２，３によれば、通信モードにおいて自己が送信する通信信号の同期補正を、次に同期モードに切り替わるまでの通信モードの間で複数回に分けて行うので、同期ずれが大きく生じるのを、通信モード全域に亘って抑制することができる。従って、同期モードにおいて行われる基地局間同期によって同期ずれを抑制するのみならず、通信モード時においても同期ずれが抑制されるので、同期ずれを効果的に抑制することができる。
【００９２】
また、本実施形態の基地局装置２，３によれば、端末装置との間の通信を行うための通信モードにおいても同期ずれが抑制されるので、同期ずれを抑制するために、端末装置との間の通信を停止する必要のある同期モードの周期を短くする必要がない。このため、端末装置との間のスループットの低下を抑えつつ、基地局間の同期ずれを抑制することができる。
【００９３】
〔第二の実施形態〕
図１１は、本発明の第三の実施形態に係る無線通信システムの全体構成を示す図である。図１１において、基地局装置１０１ａ，１０１ｂとユーザ端末（移動端末；ＭＳ；Ｍｏｂｉｌｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ）１０２ａ，１０２ｂとの間で無線通信を行う通信システムを示している。この通信システムにおいては、基地局装置（ＢＳ；Ｂａｓｅ  Ｓｔａｔｉｏｎ）１０１ａ，１０１ｂは、複数設置されており、セル内のユーザ端末１０２ａ，１０２ｂとの間で通信を行うことができる。
【００９４】
この通信システムは、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）が適用されるシステムである。ＬＴＥでは、周波数分割複信（ＦＤＤ）を採用することができ、以下では、本通信システムは、周波数分割複信方式を採用しているものとして説明する。また、通信システムは、ＬＴＥ以外に、ＷＣＤＭＡ，ＣＤＭＡ２０００を採用するものであってもよい。
【００９５】
本実施形態の通信システムでは、複数の基地局装置１０１ａ，１０１ｂ間で同期をとる基地局間同期が行われる。本実施形態において、基地局間同期は、親となる他の基地局装置としての基地局装置（以下、「親ＢＳ」という）１０１ａが、当該親ＢＳ１０１ａのセル内の端末装置１０２ａへ向けて送信した信号を、別の基地局装置（以下、「子ＢＳ」という）１０１ｂ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。
なお、親ＢＳ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信号によって同期をとるなど、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。
【００９６】
〔ＬＴＥのフレーム構造〕
周波数分割複信においては、上り信号（端末装置から基地局装置への送信信号）の周波数ｆuと下り信号（基地局装置から端末装置への送信信号）の周波数ｆdとを異ならせることで、上り通信と下り通信とを同時に行う。
図１２に示すように、ＬＴＥにおける下りフレーム（ＤＬフレーム）及び上りフレーム（ＵＬフレーム）は、それぞれ時間長さが、１０ｍ秒であり、＃１〜＃１９までの２０個のスロットによって構成されている。また、ＬＴＥでは、２つのスロットの組み合わせをサブフレームという。なお、これらの下りフレームと上りフレームのタイミングは揃えられている。
【００９７】
図１３に示すように、下りフレーム（ＤＬフレーム）を構成するスロットそれぞれは、７個（Ｉ＝０〜６）のＯＦＤＭシンボルによって構成されている（Ｎｏｒｍａｌ  Ｃｙｃｌｉｃ  Ｐｒｅｆｉｘの場合）。
そして、下りフレームを構成する＃０〜＃１９の２０個のスロットのうち、０番目（＃０）及び１０番目（＃１０）のスロットには、基地局装置としての識別符号として、Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｉｔｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ及びＳｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌが設けられている。
【００９８】
Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｉｔｏｎ  Ｓｉｇｎａｌは、スロットを構成する７個のＯＦＤＭシンボルのうち、最後シンボル（Ｉ＝６）に配置されている。このＳｉｇｎａｌは、基地局装置の通信エリア（セル）を分割した複数（３個）のセクタそれぞれを識別するための情報であり、３種類ある。
Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌは、スロットを構成する７個のＯＦＤＭシンボルのうち、最後から２番目（Ｉ＝５）のシンボルに配置されている。このＳｉｇｎａｌは、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種類ある。
【００９９】
Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｉｔｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ及びＳｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌの２つによって、５０４種類（１６８×３）の識別符号を構成する。ユーザ端末は、基地局装置から送信されたこれらのＳｉｇｎａｌを取得することで、自端末が、どの基地局装置のどのセクタに存在するかを認識することができる。
また、これらの信号は、ユーザ端末が、基地局装置と同期をとるための信号であり、ユーザ端末は、これらの信号を取得することで、通信相手である基地局装置との間で、同期をとることができる。
【０１００】
〔基地局装置の構成〕
図１４は、基地局装置（子ＢＳ）１０１ｂの構成を示している。子ＢＳ１０１ｂは、アンテナ１４１、第１受信部１１０、第２受信部１２０、及び送信部１３０を備えている。第１受信部１１０は、ユーザ端末１０２ｂからの上り信号を受信するためのものであり、第２受信部１２０は、他の基地局装置である親ＢＳ１０１ａからの信号を受信するためのものである。送信部１３０は、ユーザ端末１０２ｂへ下り信号を送信するためのものである。
【０１０１】
また、子ＢＳ１０１ｂは、サーキュレータ１４０を備えている。このサーキュレータ１４０は、アンテナ１４１からの受信信号を、第１受信部１１０及び第２受信部１２０側へ与え、送信部１３０から出力された送信信号を、アンテナ１４１側へ与えるためのものである。このサーキュレータ１４０と送信部１３０の第４フィルタ１３５によって、アンテナ１４１からの受信信号が送信部１３０側へ伝わることが防止されている。
また、サーキュレータ１４０と第１受信部の第１フィルタ１１１によって、送信部１３０から出力された送信信号が第１受信部１１０へ伝わることが防止されている。さらに、サーキュレータ１４０と第５フィルタ１２１によって、送信部１３０から出力された送信信号が第２受信部１２０へ伝わることが防止されている。
【０１０２】
この第１受信部１１０は、スーパーヘテロダイン受信機として構成されており、ＩＦ（中間周波数）サンプリングを行うよう構成されている。より具体的には、第１受信部１１０は、第１フィルタ１１１、第１増幅器１１２、第１周波数変換部１１３、第２フィルタ１１４、第２増幅器１１５、第２周波数変換部１１６、及びＡ／Ｄ変換部１１７を備えている。
【０１０３】
第１フィルタ１１１は、ユーザ端末２ｂからの上り信号だけを通過させるためのものであり、上り信号の周波数ｆuだけを通過させる帯域通過フィルタによって構成されている。第１フィルタ１１１を通過した受信信号は、第１増幅器（高周波増幅器）１１２によって増幅され、第１周波数変換部１１３によって周波数ｆuから第１中間周波数への変換がなされる。なお、第１周波数変換部１１３は、発振器１１３ａ及びミキサ１１３ｂによって構成されている。
【０１０４】
第１周波数変換部１１３の出力は、第１中間周波数だけを通過させる第２フィルタ１１４を経て、第２増幅器（中間周波増幅器）１１５によって再び増幅される。第２増幅器１１５の出力は、第２周波数変換部１１６によって、第１中間周波数から第２中間周波数に変換され、さらにＡ／Ｄ変換部１１７によってデジタル信号に変換される。なお、第２周波数変換部１１６も発振器１１６ａ及びミキサ１１６ｂによって構成されている。
【０１０５】
Ａ／Ｄ変換部１１７の出力（第１受信部１１０の出力）は、復調回路１５０（デジタル信号処理装置）に与えられ、ユーザ端末１０２ｂからの受信信号の復調処理が行われる。
このように、第１受信部１１０は、アンテナ１４１にて受信したアナログの上り信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号処理装置として構成された復調回路１５０に対し、デジタルの上り信号を与えるものである。
【０１０６】
また、前記送信部１３０は、変調回路１６０（デジタル信号処理装置）から出力された変調信号Ｉ，Ｑを受け取り、アンテナ１４１から信号を送信させるものであり、ダイレクトコンバージョン送信機として構成されている。この送信部１３０は、Ｄ／Ａ変換器１３１ａ，１３１ｂと、直交変調器１３２と、第３フィルタ１３３、第３増幅器（高出力増幅器；ＨＰＡ）１３４、及び第４フィルタ１３５を備えている。
【０１０７】
前記Ｄ／Ａ変換器１３１ａ，１３１ｂは、変調信号Ｉ，ＱそれぞれについてＤ／Ａ変換を行う。Ｄ／Ａ変換器１３１ａ，１３１ｂの出力は、直交変調器１３２に与えられ、この直交変調器１３２によって、搬送波周波数がｆd（下り信号周波数）である送信信号が生成される。
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１４１から送信され、ユーザ端末１０２ｂへの下り信号となる。
【０１０８】
以上の第１受信部１１０、送信部１３０は、ユーザ端末との間の本来的な通信を行うために必要な機能であるが、本実施形態の子ＢＳ１０１ｂは、更に第２受信部１２０を備えている。この第２受信部１２０は、エア同期をとるため、親ＢＳ１０１ａが送信した下り信号を受信する。
【０１０９】
ここで、子ＢＳ１０１ｂが、エア同期によって親ＢＳ１０１ａとの同期をとるには、子ＢＳ１０１ｂは、親ＢＳ１０１ａが送信した下り信号を受信する必要がある。しかし、下り信号の周波数はｆdであり、上り信号の周波数ｆuとは異なるため、第１受信部１１０では受信できない。
【０１１０】
つまり、第１受信部１１０には、周波数ｆuの信号だけを通過させる第１フィルタ１１１や、周波数ｆuから変換された第１中間周波数だけを通過させる第２フィルタ１１４が備わっているため、周波数ｆu以外の周波数（下り信号の周波数ｆd）の信号が第１受信部１１０に与えられても、第１受信部１１０を通過することはできない。
すなわち、第１受信部１１０は、第１受信部１１０内に備わったフィルタ１１１，１１４によって、上り信号周波数ｆuの信号の受信に適合したものとなっており、他の周波数の信号の受信はできない。
【０１１１】
そこで、本実施形態の子ＢＳ１０１ｂには、第１受信部１１０とは別に、親ＢＳ１０１ａが送信した周波数ｆdの下り信号の受信を行うための第２受信部１２０が備わっている。
この第２受信部１２０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。
【０１１２】
第５フィルタ１２１は、親ＢＳ１０１ａからの下り信号だけを通過させるためのものであり、下り信号の周波数ｆdだけを通過させる帯域通過フィルタによって構成されている。第５フィルタ１２１を通過した受信信号は、第４増幅器（高周波増幅器）１２２によって増幅され、第４増幅器１２２の出力は、第３周波数変換部１２３によって下り信号周波数ｆdから第１中間周波数への変換がなされる。なお、第３周波数変換部１２３は、発振器１２３ａ及びミキサ１２３ｂによって構成されている。
【０１１３】
第３周波数変換部１２３の出力は、第３周波数変換部１２３から出力された第１中間周波数だけを通過させる第６フィルタ１２４を経て、第５増幅器（中間周波増幅器）１２５によって再び増幅される。第５増幅器１２５の出力は、第４周波数変換部１２６によって、第１中間周波数から第２中間周波数に変換され、さらにＡ／Ｄ変換部１２７によってデジタル信号に変換される。なお、第４周波数変換部１２６も発振器１２６ａ及びミキサ１２６ｂによって構成されている。
【０１１４】
Ａ／Ｄ変換部１２７から出力された信号は、同期処理部１７０に与えられる。これにより、同期処理部１７０は、親ＢＳ１０１ａからの下り信号を取得することができる。
【０１１５】
同期処理部１７０は、親ＢＳ１０１ａから取得した下り信号のフレームに含まれるＰｒｉｍａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｉｔｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ及びＳｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌに基づいて、自装置１０１ｂの通信タイミング及び通信周波数の同期をとるための処理を行う。
【０１１６】
同期処理部１７０は、エア同期制御部１８０によって制御される。エア同期制御部１８０は、上記第一の実施形態における同期制御部２６と同様の機能を有している。
すなわち、エア同期制御部１８０は、一定の周期によって定期的に又は必要に応じて、エア同期のために、ユーザ端末１０２ｂへの下り信号の送信を行う通信モードを休止して、親ＢＳ１０１ａが送信した下り信号を受信するエア同期状態（同期モード）とする。エア同期制御部１８０は、このエア同期状態となっている時間帯を示す情報であるエア同期区間情報を、変調回路１６０及び同期処理部１７０に出力することで当該変調回路１６０及び同期処理部１７０の制御を行う。
【０１１７】
図１５は、同期処理部の構成図である。図１５に示すように、同期処理部１７０は、推定部１７１、フレームタイミング制御部１７２、キャリア周波数補正部１７３、及び記憶部１７４を備えている。
同期処理部１７０は、エア同期制御部１８０から与えられるエア同期区間情報に基づいて、自装置１０１ｂが通信モードであるか同期モードであるかを認識し、エア同期するか否かを決定する。
推定部１７１は、エア同期することが決定されると、親ＢＳ１０１ａからの下り信号を取得し、下り信号に含まれるＰｒｉｍａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｉｔｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ及びＳｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ（以下、両Ｓｉｇｎａｌを総称して「同期信号」という）を利用して、親ＢＳ１０１ａのフレーム送信タイミングを検出し、親ＢＳ１０１ａと自装置１０１ｂとの間での通信フレームのタイミングオフセットと、キャリア周波数オフセットとを推定する。
【０１１８】
推定部１７１は、上記第一の実施形態における推定部２３と同様の機能を有しており、下り信号に含まれる同期信号を検出する検出部１７１ａと、親ＢＳ１０１ａと自装置１０１ｂとの間のクロック誤差を推定するクロック誤差推定部１７１ｂと、親ＢＳ１０１ａと自装置１０１ｂとの間の単位時間当たりのタイミングオフセットを演算する演算部１７１ｃと、を備えている。これら機能部についても、上記第一の実施形態と同様の機能を有している。
検出部１７１ａは、受信した下りフレーム中の所定位置にある前記同期信号のタイミングを検出して、親ＢＳ１０１ａのフレーム送信タイミングを検出する。そして、検出した親ＢＳ１０１ａのフレーム送信タイミングと自装置１０１ｂのフレーム送信タイミングとを比較し、その差を通信タイミングオフセット（同期ずれ）として検出する。この通信タイミングオフセットは、検出される度に、記憶部１７４に与えられ、記憶部１７４にて蓄積される。
【０１１９】
また、本実施形態におけるフレームタイミング制御部１７２、及びキャリア周波数補正部１７３も、それぞれ、上記第一の実施形態におけるフレームタイミング制御部３０、及びキャリア周波数補正部２１，２２と対応しており、同様の機能を有している。
つまり、フレームタイミング制御部１７２、及びキャリア周波数補正部１７３は、それぞれ、同期モードにおいては、現状検出されるタイミングオフセット、及びキャリア周波数オフセットを解消するための同期処理を行い、通信モードにおいては、基本フレーム当たりのタイミングオフセット、及びキャリア周波数オフセットに基づいて、基本フレームごとの時間長さ及びキャリア周波数の調整を行う同期補正処理を行う。なお、これら同期処理及び同期補正処理は、上記第一の実施形態と同様に行われる。
【０１２０】
この結果、本実施形態によれば、親ＢＳ１０１ａと子ＢＳ１０１ｂとの間で同期をとることができるとともに、自己が送信する下り信号の同期補正を、次に同期モードに切り替わるまでの通信モードの間で行うので、同期ずれが大きく生じるのを通信モード全域に亘って抑制することができる。
なお、同期誤差（同期ずれ）の検出・補正対象は、フレームタイミングに限定されるものではなく、シンボルタイミングやスロットタイミングであってもよい。
【０１２１】
上記のようにして、親ＢＳ１０１ａと子ＢＳ１０１ｂとの間で同期がとれると、両基地局装置１０１ａ，１０１ｂから、同一内容の情報を、同時に多数の端末装置へ送信するブロードキャスト送信を行っても、両基地局装置１０１ａ，１０１ｂからの信号が干渉することが防止できる。
また、両基地局装置１０１ａ，１０１ｂの同期がとれているため、両基地局装置１０１ａ，１ｂから同じ内容の信号を送信すれば、端末装置１０１ａ，１０１ｂ側でマクロダイバーシティあるいは空間多重伝送を行うことができる。なお、受信ダイバーシティの実現方式として、選択性ダイバーシティ、最大比合成を採用することができる。
【０１２２】
また、本実施形態において、子ＢＳ１０１ｂは、以下に示す構成を採用することもできる。
図１６は、本実施形態における子ＢＳ１０１ｂの他の構成の例を示している。この子ＢＳ１０１ｂでは、図１４に示す子ＢＳ１０１ｂと同様に、第１受信部１１０と第２受信部１２０とを独立して設け、第１受信部１１０及び第２受信部１２０とをダイレクトコンバージョン受信機として構成したものである。つまり、第１受信部１１０及び第２受信部１２０は、アンテナ１４１によって受信した上り信号又は下り信号だけを通過させる帯域通過フィルタ１１１，１２１と、フィルタ１１１，１２１を通過した信号を増幅する増幅器１１２，１２２とを備えている。更に、増幅器１１２，１２２の出力を復調信号Ｉ，Ｑに復調する直交復調器１１８，１２８、及び復調信号Ｉ，Ｑをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１７ａ，１１７ｂ，１２７ａ，１２７ｂを備えており、これらの変調信号Ｉ，Ｑが、復調回路１５０又は同期処理部１７０に与えられる。
なお、図１６中、送信部１３は、図１４に示す送信部１３における増幅器１３４及びフィルタ１３５の間に、周波数変換部１３６及び増幅器１３７を追加して構成されている。
このように、第１受信部１１０及び第２受信部１２０の種類は特に限定されるものではない。
【０１２３】
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、通信モードにおける同期補正を一の通信タイミングオフセット値ΔＴnに基づいて行ったが、例えば、過去の同期モードにおいて検出された通信タイミングオフセット値ΔＴを複数記憶しておき、これら複数の通信タイミングオフセット値ΔＴについての平均値を求め、この平均値に基づいて、同期補正を行うこともできる。
また上記実施形態では、１基本フレームの時間幅を単位時間として、１基本フレーム当たりのタイミングオフセットｔn+1に基づいて、通信モードにおける各基本フレームごとに複数回に分けて同期補正を行ったが、例えば、基本フレーム複数個の時間幅を単位時間として同期補正を行ってもよく、この場合、同期補正処理を分けて行う回数を減らすことができ、当該処理の自由度が高まる。
【０１２４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２５】
１      第一基地局装置
２      第二基地局装置
３      第三基地局装置
２２    キャリア周波数補正部（周波数補正部、補正部）
２３    推定部
２６    同期制御部（制御部）
３０    フレームタイミング制御部（通信タイミング補正部、補正部）
１０１ａ，１０１ｂ  基地局装置
１７１  推定部
１７２  フレームタイミング制御部（通信タイミング補正部、補正部）
１７３  キャリア周波数補正部（周波数補正部、補正部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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