(57)【要約】【課題】  SFN（Single Frequency Network）を、ＧＰＳ等の高価なデバイスを用いずに、安価に実現する。【解決手段】  ネットワークアドレスを有する複数の基地局が、マスタ基地局及びスレーブ基地局を備え、マスタ基地局は、マスタ基地局のネットワークアドレスを、無線を介して送信する基地局情報送信部を有し、スレーブ基地局は、マスタ基地局が無線を介して送信するネットワークアドレスを受信する基地局情報受信部を有し、複数の基地局が、ネットワークアドレスを用いて有線ネットワークを介して互いに通信可能とされている。そして、マスタ基地局は、同期信号を、無線を介して送信する同期信号送信部を有し、スレーブ基地局は、マスタ基地局が送信する同期信号を受信して同期信号の受信タイミングを測定する同期信号受信タイミング測定部を持ち、同期信号の受信タイミング測定結果に基づいて、基地局が有線ネットワークに同期する同期タイミングを決定することを特徴とする。【選択図】  図６
2008187552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークアドレスを有する複数の基地局が、マスタ基地局及びスレーブ基地局を備え、
前記マスタ基地局は、前記マスタ基地局のネットワークアドレスを、無線を介して送信する基地局情報送信部を有し、
前記スレーブ基地局は、前記マスタ基地局が無線を介して送信するネットワークアドレスを受信する基地局情報受信部を有し、
前記複数の基地局が、ネットワークアドレスを用いて有線ネットワークを介して互いに通信可能なことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
請求項１記載の通信システムにおいて、前記スレーブ基地局は、受信したマスタ基地局のネットワークアドレスを、無線を介して他のスレーブ基地局に再送することを特徴とする通信システム。
【請求項３】
請求項１記載の通信システムにおいて、前記マスタ基地局は、同期信号を、無線を介して送信する同期信号送信部を有し、
前記スレーブ基地局は、前記マスタ基地局が送信する同期信号を受信して同期信号の受信タイミングを測定する同期信号受信タイミング測定部を持ち、
同期信号の受信タイミング測定結果に基づいて、基地局が有線ネットワークに同期する同期タイミングを決定することを特徴とする通信システム。
【請求項４】
請求項３記載の通信システムにおいて、前記マスタ基地局の基地局情報送信部は、更に前記同期信号の受信をアシストするアシスト情報を送信し、
前記スレーブ基地局の基地局情報受信部は、前記マスタ基地局のネットワークアドレス及びアシスト情報を受信し、受信したネットワークアドレス及びアドレス情報を前記同期信号受信タイミング測定部に出力し、
前記同期信号受信タイミング測定部は、入力されたアシスト情報を用いて、マスタ基地局が送信する同期信号の受信を行い、その受信タイミングを測定することを特徴とする通信システム。
【請求項５】
請求項４記載の通信システムにおいて、前記スレーブ基地局は、受信したマスタ基地局のネットワークアドレスおよびアシスト情報を、基地局情報送信部の入力とし、無線を介して他のスレーブ基地局に再送することを特徴とする通信システム。
【請求項６】
請求項５記載の通信システムにおいて、複数の基地局は、自律的に得た他基地局の情報を用いて報知情報を作成し、無線回線において情報を報知することを特徴とする通信システム。
【請求項７】
請求項３記載の通信システムにおいて、前記スレーブ基地局は、前記基地局情報受信部が得た近接するマスタ基地局のネットワークアドレスに対して前記同期信号の受信をアシストするアシスト情報を要求し、
前記アシスト情報要求を受けた近接マスタ基地局は、アシスト情報を要求するスレーブ基地局に対し有線ネットワークを介して、少なくとも同期信号の符号系列の情報を含むアシスト情報を伝送し、
スレーブ基地局は、有線ネットワークから得たアシスト情報を前記の同期信号受信タイミング測定部に取り込み、
前記同期信号受信タイミング測定部は、得られたアシスト情報を用いて、マスタ基地局が送信する同期信号の受信を行い、その受信タイミングを測定することを特徴とする通信システム。
【請求項８】
請求項３記載の通信システムにおいて、
前記スレーブ基地局が、前記基地局情報受信部に受信された近接するマスタ基地局のネットワークアドレスに対し、有線ネットワークを介してスレーブ基地局が送信する同期信号の受信タイミング測定を要求するタイミング測定要求を行うステップと、
前記スレーブ基地局が、マスタ基地局からの了解信号（ＡＣＫ）を受信すると、スレーブ基地局の同期信号送信部から特定タイミングの特定周波数帯において特定の変調パタンからなる同期信号を送信するステップと、
前記マスタ基地局が、同期信号受信タイミング測定部を使い、前記スレーブ基地局が送信する同期信号を受信して同期信号の受信タイミングを測定し、有線ネットワークを介して測定結果をスレーブ基地局に通知するステップと、
前記スレーブ基地局が、通知された結果を用いて有線ネットワークに同期する同期タイミングを決定するステップとを備えることを特徴とする通信システム。
【請求項９】
ネットワークアドレスを有する基地局が、
基地局自身のネットワークアドレスを、無線を介して送信する基地局情報送信部と、
他の基地局のネットワークアドレスを、無線を介して受信する基地局情報受信部を有し、
前記ネットワークアドレスを用いて、他の基地局と有線ネットワークを介して互いに通信可能なことを特徴とする基地局。
【請求項１０】
請求項９記載の基地局において、受信した他の基地局のネットワークアドレスを、基地局情報送信部の入力とし、無線を介して、その他の基地局に再送することを特徴とする基地局。
【請求項１１】
請求項９記載の基地局において、更に、特定タイミングの特定周波数帯において特定の変調パタンからなる同期信号を、無線通信を介して送信する同期信号送信部と、
他の基地局が送信する同期信号を受信して同期信号の受信タイミングを測定する同期信号受信タイミング測定部とを持ち、
同期信号の受信タイミング測定結果を利用して基地局が有線ネットワークに同期する同期タイミングを決定することを特徴とする基地局。
【請求項１２】
請求項１１記載の基地局において、前記基地局情報送信部は、更に前記同期信号の受信をアシストするアシスト情報を報知し、
前記基地局情報受信部は、他の基地局におけるネットワークアドレス及びのアシスト情報を受信し、受信したネットワークアドレス及びアシスト情報を前記の同期信号受信タイミング測定部に通知し、
前記同期信号受信タイミング測定部は、得られたアシスト情報を用いて、他の基地局が送信する同期信号の受信を行い、その受信タイミングを測定することを特徴とする基地局。
【請求項１３】
請求項１２記載の基地局において、前記基地局情報受信部が受信した他の基地局が送信するネットワークアドレスおよびアシスト情報を、前記基地局情報送信部の入力とし、その他の基地局に対して再送することを特徴とする基地局。
【請求項１４】
請求項１３記載の基地局において、自律的に得た他基地局の情報を用いて報知情報を作成し、端末に向けてブロードキャストチャネルを用いて基地局の情報を報知することを特徴とする基地局。
【請求項１５】
請求項１１記載の基地局において、前記の基地局情報受信部が得た近接する他の基地局のネットワークアドレスに対して前記同期信号の受信をアシストするアシスト情報を要求し、
有線ネットワークから得たアシスト情報を前記の同期信号受信タイミング測定部に取り込み、
前記同期信号受信タイミング測定部は、得られたアシスト情報を用いて、他の基地局が送信する同期信号の受信を行い、その受信タイミングを測定することを特徴とする基地局。
【請求項１６】
請求項１１記載の基地局において、他の基地局から有線ネットワークを介して、アシスト情報要求を受けると、アシスト情報を要求する他の基地局に対し有線ネットワークを介して、少なくとも同期信号の符号系列の情報を含むアシスト情報を伝送することを特徴とする基地局。
【請求項１７】
請求項１１記載の基地局において、前記の基地局情報受信部が得た近接する他の基地局のネットワークアドレスに対し、有線ネットワークを介して自身の基地局が送信する同期信号の受信タイミングの測定を要求するタイミング測定要求を行い、
他の基地局からの了解信号（ＡＣＫ）を受信すると、前記同期信号送信部から特定タイミングの特定周波数帯において特定の変調パタンからなる同期信号を送信し、
有線ネットワークを介して通知される測定結果を用いて基地局が有線ネットワークに同期する際の位相（あるいは同期タイミング）を決定することを特徴とする基地局。
【請求項１８】
請求項１１記載の基地局において、有線ネットワークを介して他の基地局が送信してきたタイミング測定要求を受け取ると、タイミング測定を予約し、
タイミング測定が可能な状況になった際に有線ネットワークを介してタイミング測定要求を送信してきた他の基地局に対して了解信号（ＡＣＫ）を送信し、
他の基地局から送信されてくる特定タイミングの特定周波数帯において特定の変調パタンからなる同期信号を同期信号受信タイミング測定部を使って受信タイミングを測定し、
測定結果を有線ネットワークを介して基地局に通知することを特徴とする基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルラシステムあるいは基地局装置に利用される。特にＴＤＤ（Time Division Duplex）を活用するシステムに有効である。
【０００２】
ＯＦＤＭＡ(Orthogonal Frequency Domain Multiple Access)では、予め周囲に置かれる基地局の情報を入力する、あるいは有線ネットワークから地理的に近くにある基地局の情報を入力するといったことをしなくても、各基地局が自律的に互いのバックボーンの有線ネットワークにおけるネットワークアドレスを報知し、それを受信することで近接する基地局を認知し、バックボーンの有線ネットワークを介して、基地局間の同期補正やハンドオーバを援助するための情報をやり取りすることで、貴重な周波数資源を使わずに効率のよい無線制御を確立させることができる。
【背景技術】
【０００３】
図２は、従来技術（PHS: Personal Handy phone System）において無線回線（あるいはチャネル）の時間的な配置（フレームフォーマット）を示す図である。120はスロットと呼ばれる時間単位で、複数の信号シンボルが集まって構成されている。
【０００４】
図２では、４つのスロットが集まって上り回線、あるいは下り回線のバーストが構成されている。上りと下りを合わせた８スロットで１つのフレームが構成される。更にフレームが８０集まった単位で、スーパーフレームが構成されている。
【０００５】
ここで、上り回線と下り回線はＴＤＤ方式と呼ばれる時多重方式により多重されている。ポイントとしては、同一の周波数を用い、時間を分けて上り回線と下り回線が確保されていることである。上り回線とは端末から基地局への無線回線であり、下り回線とは、基地局から端末への無線回線を意味する。
【０００６】
無線システムでは、複数の基地局が互いにセルと呼ばれるエリアをカバーすることで、面的なカバーエリアを実現している。ＴＤＤ方式では時間的に上り回線と下り回線が分割されている。
【０００７】
電波を送信する装置は、基地局と端末とに分かれる。このため、図８に示すように、例えば上り回線では、基地局には、通信中の端末からの信号の他に、隣接基地局からの干渉や、隣接した基地局と通信状態にある端末からの干渉が懸念される。システム内の複数の基地局間でＴＤＤのフレームが正確にとれていれば、基地局が受信するタイミングにおいては、全基地局が受信状態になるため、先に説明した基地局間の干渉は原理的に発生しない。したがってこれに起因する干渉を低減することができる。
【０００８】
また、図９に示すように、下り回線では、端末には、通信中の基地局からの信号の他に、近隣の端末からの干渉や、近隣の端末と通信中の基地局からの干渉が発生すると考えられる。この場合にもＴＤＤフレームが正確に守られていれば、端末間の干渉は防ぐことができるため、干渉を削減することができる。
【０００９】
このようにＴＤＤシステムでは、複数ある基地局間の同期を正確にとり、端末はそれに同期することで干渉の構造を特定のパタンに抑えることができ、干渉を抑制することができる。
【００１０】
また、近年ＯＦＤＭＡをベースとする無線通信方式が重要となってきている。ＯＦＤＭではＣＰ（Cyclic Prefix）をＯＦＤＭシンボルにつけることで、マルチパスの影響を低減する。この特長を利用すると、複数の基地局から出された信号を空間で合成することが可能となり、サイトダイバーシチ効果を得ることができる。例えば複数の基地局から同じ情報を同時に送信することで、端末側では空間合成された信号を受信するＳＦＮ（Single Frequency Network）を実現することができる。
【００１１】
非特許文献１には、ＯＦＤＭＡをベースとしたシステムの構成が記載されている。
【００１２】
ＳＦＮの実現により、例えばセル境界などのように複数の基地局からの信号が干渉するために感度が劣化してしまうようなエリアにおいても、サイトダイバーシチ効果により受信感度を向上させることができる。
【００１３】
ＳＦＮを実現するには複数の基地局から送信された信号の到達時間差がＣＰ長以内であることが要求される。そうであれば受信した信号は適当なタイミングにおいてＦＦＴ（Fast Fourier Transform）サイズのサンプルを取り出し、取り出した信号をＦＦＴ処理することで、空間合成を実現することができる。したがって、それぞれの基地局はＣＰ長の長さよりも十分に短い精度で、基地局間同期している必要がある。
【００１４】
ところで、高い精度で、基地局間の同期を確保する方法として、図３に示すＧＰＳを用いた方法が知られている。各基地局がＧＰＳ受信機とそれに同期する発振器を装備し、発信器に同期することで各基地局の同期を確立する仕組みである。
【００１５】
各ＧＰＳ受信機はＧＰＳ衛星の信号を受信し、緯度・経度などの位置情報とタイミングなどの時間情報を得る。この時間情報をトリガーに上記の発信器を補正することで、非常に精度の高いクロックを生成することが可能である。この方法は容易に同期が確立できる方式である一方で、各基地局が高価なＧＰＳ発振器を装備する必要があり、基地局の単価が安い小型基地局では採用が難しい方法であった。
【００１６】
さて、ＰＨＳでは有線ネットワークが高い精度のクロックを配信可能なＩＳＤＮ回線につながっている。そのため、有線ネットワークから配信されるクロックをベースとして、エアーで送信されている信号をもとに位相同期を取れば、ＧＰＳ発振器を持ちなくても基地局間の同期が可能である。
【００１７】
図４に示すように、マスタとなる基地局（１００−１）を設け、上記のマスタ基地局が電波を使って配信するタイミング信号に周囲の基地局（１００−２）が同期する仕組みが実用化されている。
【００１８】
図１は、基地局および端末を含むシステム全体の構成を示す。図１で、基地局１００−１はＧＰＳ受信機１１１を持つ構成の基地局である。
【００１９】
特許文献１には、回線クロックに周波数同期し、ＰＰＳに位相同期したタイミングクロックの生成が可能であり、多数の基地局が短時間で同期できる無線電話システムの基地局が開示されている。
【００２０】
ＧＰＳ受信機１１１が生成する基準信号に従い、クロック生成部１１２が基準クロックを生成する。これがマスタクロックとなって、ＲＦ部１０４やモデム部１０５が動作する。マスタクロックがＧＰＳに同期しているため、本基地局はシステムの基準時間に同期することができる。本基地局１００−１が送信する信号を受信し、それに同期する端末１０１もシステムに同期することができる。
【００２１】
図１に記載されている基地局１００−２はスレーブ基地局である。別途用意されたマスタ基地局に同期する機能を持つ。
【００２２】
特許文献２には、無線基地局が、予め設定された同期モードに従い、基準となる無線基地局（基準局）から制御ＣＨ信号を含むフレーム信号を受信し、このフレーム信号内の制御ＣＨ信号の送出位置に、自局の受信タイミングを合わせ、自局と基準局との無線区間でのフレーム同期を確立する方法が開示されている。
【００２３】
また、特許文献３には、複数の基地局間の同期を図るため、有線伝送路より供給される基準クロックとシステムフレーム信号とを使用しするとともに、他の基地局が送信しているフレーム同期信号を受信して、該同期信号の前記フレーム信号に対するおくれを前記基準クロックにより算出してシステムの同期補正を可能とした基地局間同期信号補正方法が開示されている。
【００２４】
基地局１００−１がマスタ基地局であるとすると、基地局１００−１のモデム部１０５は基準となる信号を生成する。その信号はＲＦ部に送られ、無線周波数に変換される。変換された信号は、アンテナ１０３−１から送信される。送信された信号は、スレーブ基地局１００−２のアンテナ１０３−２で、受信される。受信された信号は、ＲＦ部において、ベースバンド周波数に変換される。
【００２５】
ベースバンドに変換された信号は、モデム部においてタイミングが抽出され、基準信号となる。その基準信号に従い、クロック部が基準信号を生成する。これらの基地局が接続する有線ネットワーク１０８には、基地局制御部１１５の他、基準クロックを生成するマザークロック部１０９があり、生成されたマザークロックが、有線ネットワークで配信されている。
【００２６】
有線ネットワークインターフェース部１０７は、有線ネットワークで配信されているマザークロックを抽出する。そして、これに同期したクロック部１１２から基準クロックが、ＲＦ部やモデム部に配信される。有線ネットワークのマザークロックは、有線ネットワーク上にある基準となるため、システムで同期が確保される。
【００２７】
しかしながら、マザークロックの配信時に、伝送距離により伝送遅延が発生し、これを原因として位相ずれが発生する。このため、システムとして同期するための位相の検出が、必要である。これを行うのが、スレーブ基地局がアンテナ１０３−２で受信したマスタ基地局の信号である。受信信号の位相検出を行うことで、スレーブ基地局はマスタ基地局とのタイミングずれを補正することができる。
【００２８】
図５は上述の位相の同期を説明する図である。マスタ基地局であるBaseStation#1では、例えばＧＰＳに同期したクロック（GPS_CLK）が基準となっている。有線ネットワークから配信されるクロック（NW_CLK）に同期してクロック（Gene_CLK）が生成される。NW_CLKの立ち上がりをキッカケに周波数補正（ＡＦＣ）が働き、安定したクロックを生成する。そしてGPS_CLKに同期して無線の信号バーストを生成し、送信する（図でWireless Burst Tx）。
【００２９】
次に、ＧＰＳなどの基準信号を持たないスレーブ基地局であるBaseStation#2では、同じく有線ネットワークから配信されるクロック（NW_CLK）に同期してクロック（Gene_CLK）が生成される。
【００３０】
しかし、有線ネットワークで発生する遅延差によって、BaseStation#1と#2のNW_CLKの位相はＴ０‘（１）−Ｔ０’（２）だけずれている。スレーブ基地局は、マスタ基地局が送信する無線バーストの先頭を検出することで、有線ネットワーク遅延ではなく無線伝搬の遅延以内に、位相を特定することができる。
【００３１】
スレーブ基地局では、受信した無線バーストの先頭と自身が送信する無線バーストの先頭が一致するようにフレームのタイミングを調整する。一度調整が終われば、マスタ局も、スレーブ局も同じ有線ネットワークのクロックに同期しているため、位相のスリップが発生しない限りは同期が確保されている。
【００３２】
【特許文献１】特開2001-285177
【特許文献２】特開2006-211016
【特許文献３】特開平9-69811
【非特許文献１】IEEE C802.20-06/04.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかしながら、SFNを実現するには、高い精度で基地局間同期が必要となる。従来技術として、各基地局がＧＰＳ受信機を持ち、その精度によって同期する方法がある。
【００３４】
さて、今後発展が期待される広帯域通信では、端末も広帯域な信号を出す必要があることから、日本におけるＰＨＳ（Personal Handy phone System）のように、数１００ｍ間隔で小型の基地局を設置するサービス形態も有力になると考えられる。
【００３５】
そうした場合には、小型な基地局に対して、安定な発振器が組み込まれたＧＰＳ受信機を具備する必要がある。しかしながら、基地局は小型で安価であるが、ＧＰＳ受信機はとても高価なため、ＧＰＳ受信機を具備させることは、コストの点が課題となっていた。
【００３６】
また、従来のＰＨＳでは、有線ネットワークから高精度のクロックを供給してもらい、通常時にはそれに同期することで、基地局間の同期ずれを防止する仕組みが組み込まれている。そして、夜間などの通信閑散期に特定のマスタ基地局が出す信号を受信して、周囲のスレーブ基地局が絶対タイミングを補正する仕組みが組み込まれていた。
【００３７】
この方法においても、マスタ局からスレーブ局に、信号を十分な強度で届かせる必要があった。このため、測定精度の点や、伝搬遅延が補正できない点から、マスタ−スレーブ局間の距離が限られるなどの課題があった。
【００３８】
タイミング補正方法を低コストで提供するためには、各基地局に対して高価なＧＰＳ受信機を具備させることは困難である。したがって、コストの面からは、従来のマスタ−スレーブ式のタイミング補正方法が望ましい。
【００３９】
但し、従来の方法では、第1の課題として、「受信感度の点から、離れた基地局間の補正は難しい。」ことがあり、第２の課題として、「基地局間距離の拡大により、伝搬遅延に伴う誤差が増大する。」ことがあった。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下の（１）〜（３）を備えることを特徴とする。
（１）自律分散的に近接する基地局の、有線のネットワークアドレスを取得するための仕組みを設ける。そのためにマスタとなる基地局は、夜間などの閑散期において特定周波数の特定タイミングにおいて有線のネットワークアドレス情報を持たせた電波を送信する仕組みを設ける。
【００４１】
スレーブ基地局はその信号を受信し、マスタ基地局の有線のネットワークアドレスを取得できるようにする。これによって、予め基地局の配置情報などを入力しなくても、各基地局は近接する基地局の有線ネットワークを用いた通信手段を獲得することができる。（このプロセスは、後述の第１の段階に相当する。）
（２）有線のネットワークアドレスを取得したスレーブ基地局は、取得したネットワークアドレスを用いて、有線回線でマスタ基地局にアクセスし、スレーブ基地局の存在をマスタ基地局に知らせ、スレーブ基地局から送信された信号を受信して、伝搬時間を測定するための準備を依頼するプロセスをもつ。（このプロセスは、後述の第２の段階に相当する。）
（３）スレーブ局から、マスタ局に対して情報を戻すフィードバック式のタイミング補正方法を使うことで、伝搬に伴う遅延の影響を測定し、伝搬遅延によるスレーブ局間のタイミングずれを補正し、マスタ−スレーブ局間の距離を伸ばすことを可能とする。（このプロセスは、後述の第３の段階に相当する。）
更に本発明は、以下のプロセス（４）（５）（６）及び（７）の少なくとも何れか１つをを、上記（１）（２）（３）のプロセスに追加することで、マスタ基地局とスレーブ基地局間の距離を伸ばしたり、タイミング測定精度を向上させる等、更なる効果を期待できる。
（４）マスタ局あるいはスレーブ局は単一ではなく、複数回の同期用の信号を送信し、受信機側ではそれを合成する機能を具備することで、微弱な電波でも受信タイミングが測定できる仕組みを具備する。
【００４２】
更には、それをサポートするために、有線ネットワーク経由で、基地局間が直接あるいは間接的に通信できる仕組みを具備し、有意な信号（情報）を無線で送ることができない遠方の基地局間においても、同期シーケンスの実施を可能とする。
（５）5MHzを超える広帯域な同期用の信号を送受信する仕組みにより、高い精度でのタイミング測定を可能とし、SFN実施に必要な同期性能を保証する。
（６）周囲にあるマスタ局のサーチを援助するために、マルチホッピング技術を用いて、定期的にマスタ局にアクセスするためのＩＰアドレスあるいは代替情報を無線で報知する仕組みを持たせる。
（７）一定条件を満たすスレーブ局は、リライアブル・スレーブ局として定義し、準マスタ局として動作させる。スレーブ局は複数のマスタ局あるいは準マスタ局を使って同期シーケンスを行うことで、障害物などの影響を回避し、安定した同期確立を行うようにできる。
【発明の効果】
【００４３】
ＧＰＳ搭載基地局の数を従来に比べ削減可能になり、安価なシステム構築が可能となる。また、高い精度（< 0.5us）での同期が可能であり、SFNがＧＰＳなしに実現可能となる。さらには同期だけでなく、ＰＨＳは自立分散の干渉制御機能が必要だが、マルチホップを使うと、周囲の干渉局を把握することができるため、基地局間の連携によるチャネルアサインにも活用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明を適用した通信システムについて、図面を参照して詳細に説明する。この有線ネットワークの構成は、有線ネットワークから基準となるクロックが配信され、それに同期するクロック部を持つ基地局とを備える。
【実施例１】
【００４５】
各基地局は、有線ネットワークに存在する同一のマザークロックからクロック配信を受けて、ローカル発振器の発振周波数を制御する。このため、有線ネットワークから配信されるクロックの精度で周波数は安定し、ジッタは発生しない。但し、マザークロックからクロックが配信される伝送距離は各基地局によって異なるため、配信されるクロックの位相にはバラツキが発生してしまう。
【００４６】
さて、従来技術からなる基地局では、マスタ局から無線で既知のバースト信号を送り、各スレーブ局は上記バースト信号を受信し、上記バースト信号に同期することで、位相バラツキを抑えていた。しかしながら、上記無線で伝送されるバースト信号への同期では、バースト信号の伝搬遅延が固定の誤差要因（位相ずれ）として残る課題があった。
【００４７】
そこで、本発明を適用した通信システムでは、上記の基地局毎に発生する固定の誤差要因を補正するための手段を備えている。
【００４８】
図６は、本発明を適用した実施例１に関し、手順を示す図である。実施例は大きく分けて３つの段階に分けられる。
【００４９】
まず、第１の段階（Stage #1）は、マスタ基地局から無線を使って、「同期用の信号」が送信される段階である。送信される「同期用の信号」は３つに種類に分けられる。
【００５０】
第１の信号は、受信タイミングを計るためのパイロット信号(図中のSync Signal)である。パイロット信号は、マスタ局固有のスクランブルコードあるいはスクランブルコードの位相からなる、既知の情報である。
【００５１】
周囲のスレーブ基地局は、受信した信号に対してスクランブルコードとマッチングを取ることで、受信タイミングを測定することができる。測定の精度は、パイロット信号の帯域に反比例する。例えば、10MHz帯域で送信された信号では、光速/帯域幅＝299792458[m/s]/10000000[Hz]＝約30mの分解能でタイミングを測定することができる。
【００５２】
第２の情報はパイロット信号を受信するためのアシスト情報（図中のSync Signal Assist）である。
【００５３】
アシスト情報には、上記のスクランブルコードそのものに関する情報が含まれる。スレーブ局は、受信したパイロット信号とスクランブルコードとのマッチングによりタイミング測定を行うが、マッチングを取るスクランブルコードを特定するためにアシスト情報を利用する。
【００５４】
マスタ局がスクランブルコードを送信する場合、スクランブルコードは例えばＰＮ系列から生成されるが、そのＰＮ系列の周期（系列長）が長いほど受信側では自己相関を低く抑えることが可能となり、同相で加算できる期間を長くとることができる。結果、微弱な信号であってもタイミングを測定することが可能となる。
【００５５】
しかし、スクランブルコードの周期が長くなるほど、マッチングを取るスクランブルコードの種類や位相の特定が難しくなる。そこで、アシスト情報を使い、スクランブルコードの生成多項式や現在の位相情報を伝送することで、受信タイミングに合わせたスクランブルコードの生成を可能とし、タイミング測定に掛かる時間を低減することができる。
【００５６】
第３の情報は、マスタ局のＩＰアドレス情報（なお、ＩＰアドレス情報とは、有線のネットワークアドレス情報の一種。）である。後に説明するが、本発明からなるシステムでは、タイミング測定のための情報を無線で送るだけでなく、有線ネットワークを通じても行う。これによって、限られた無線リソースを極力使わずに、タイミング測定を行うことができる。こうした有線ネットワークを介する通信を確保するには、マスタ局のＩＰアドレスが必要である。
【００５７】
このスレーブ局は、受信した「同期用の信号」をマルチホップ（再送）によって、他のスレーブ局に再送する仕組みを持つ。再送される情報は、上記第２（アシスト情報）と、第３（マスタ局のＩＰアドレス）と、マルチホップの回数である。送信された情報を受け取った基地局は、この情報を元にマスタ局のＩＰアドレスを知ることができる。
【００５８】
スレーブ基地局は、マルチホップの回数が規定の値以下で、且つ周囲の基地局がマルチホップを行っていなければ、得られた情報を再送する。再送されるタイミングは乱数により決められ、数回再送を行う。
【００５９】
この再送操作により、より遠い基地局に対してもマスタ局のスクランブルコードの情報とマスタ局のＩＰアドレスを伝送することができる。
【００６０】
パイロット信号そのものは、先に説明したように、既知のスクランブルコードから構成される信号である。長い符号長を利用してマッチングを取ることで、微弱な信号でも検出することが可能となり、測定可能な距離は長い。一方でアシスト情報やＩＰアドレスなどの情報は、受信側にとっては未知の情報を含む信号であり、受信可能な距離は短くなってしまう。マルチホップの機能は、この両者の利得差を埋めるための技術である。
【００６１】
なお、上記で、マスタ局から送信される信号およびスレーブ局から再送される信号は、ＯＦＤＭで変調された信号であってもよいし、ＣＤＭ信号であってもよい。
【００６２】
次に、第２の段階（Stage #2）は、スレーブ基地局が有線ネットワークを通じてマスタ局に対して「測定リクエスト」を送信し、マスタ局に対してスレーブ局の存在を知らせ、ラウンドトリップ遅延の測定準備に入ることを依頼する段階である。リクエストには、スレーブ局のパイロット信号を受信するためのアシスト情報（当該スレーブ局固有のスクランブルコードに関する情報）が含まれる。
【００６３】
マスタ局は準備の完了をＡＣＫ信号の送信により当該スレーブ局に知らせる。このＡＣＫ信号の伝送も有線ネットワークを通じて行われる。
【００６４】
次に、第３の段階（Stage #3）はスレーブ基地局から無線を使って同期用の信号が送信される段階である。マスタ局からのＡＣＫ信号の受信をキッカケにスレーブ基地局はこの段階に入る。
【００６５】
第３段階のスレーブ局は、自身のＩＰアドレス情報と第２段階でマスタ局に通知したアシスト情報に基づくパイロット信号を送信する。マスタ局では、予め知っているスクランブルコードとその位相を使い、受信信号とのマッチングをとることで、スレーブ局が送信した信号の受信タイミングを測定する。
【００６６】
測定結果は、有線ネットワークを介して信号を送信したスレーブ局に回答される。スレーブ局とは既に有線ネットワークにおいて、ＡＣＫ情報を送信しているので、誤りなく受信タイミングの結果を通知することができる。
【００６７】
第３の段階で、スレーブ局もＩＰアドレスを報知している。その周囲にある他の基地局は上記の第３段階にあるスレーブ局のＩＰアドレスを受信することにより、スレーブ局の存在をしり、また、ＩＰアドレスの情報を入手する。
【００６８】
ＩＰアドレスの情報は遠方では受信できないため、当該基地局のＩＰアドレスを入手できるのは、当該スレーブ局周辺のマスタあるいはスレーブ基地局だけである。ここで得られたＩＰアドレスは、基地局間連携などのオペレーションに利用される。
【００６９】
さて、無線を使った情報のやり取りでは、貴重な周波数リソースを消費してしまう。特に遠方の基地局間の通信には、1ビットを伝送するためのエネルギ密度を大きくする必要があり、大きな周波数リソースが必要となってしまう。一方、有線ネットワークを介した有線伝送では、無線リソースを使わずにほぼ確実に情報の伝達が可能である。
【００７０】
そこで、本発明を適用した実施例１では、上述の第１の段階、第２の段階及び第３の段階を備え、伝搬遅延の測定では無線回線を使い、こうした測定を行う上での制御情報のやり取りには有線ネットワークを使い、通信システムを構築することで、貴重な無線リソースの消費を最小限としながらもタイミング測定を行うことが可能であるという効果が達成される。
【００７１】
次に、本実施例に関する送信信号を生成する仕組みを説明する。
【００７２】
ＯＦＤＭ信号の場合、送信機の構成（無線基地局情報送信部）は図１３に示される。図１３は、スクランブルコードの情報を送信する送信機の構成である。例えば有線のネットワークＩＤをベースにＰＮ生成部１００１では、ＰＮ符号系列の種が作られる。
【００７３】
例えば有線のネットワークＩＤが32ビットのアドレスである場合、そのLSB２４ビットをMSBとし、下位４ビット０パディングした値を32タップからなるＰＮ符合系列の初期位相とする。初期位相は、システムで決まった時刻を０時とし、この時間を基準に位相が更新されていく。
【００７４】
このようにすることで、周囲の基地局とは独立な位相をもつ、ＰＮ系列を作ることができる。続くＭＡＰ部１００２では、その種に従って生成されたスクランブルコードを時間軸、周波数軸で構成される２次元のリソースにマッピングする。マッピングされた情報は、ＩＦＦＴ部１００３において、時間信号に変換される。必要に応じてＣＰ（Cyclic Prefix）が付加される。ＩＦＦＴ部の出力はＲＦ部１００４において無線周波数に変換され、アンテナから送信される。
【００７５】
また、本発明からなる実施例の受信機（無線基地局情報受信部）は、図１４に示す構成で実現される。本構成では、２種類の遅延プロファイル作成方法を実現できる。
【００７６】
アンテナが受信した信号は、ＲＦ部１１０１によって増幅・周波数変調が施され、ベースバンド周波数に変換される。
【００７７】
変換された信号は、マッチドフィルタ部１１０５において受信に必要となるパイロット信号や、タイミングを検出するために挿入された特定のパタン（スクランブルコードおよびその位相）の検出により受信タイミングの検出に、利用される（第１の方法）。
【００７８】
この第１の方法の場合、同期信号受信タイミング測定部として、マッチドフィルタ部１１０５が用いられる。
【００７９】
得られたタイミングに応じ、ＦＦＴ部１１０２は、ＲＦ部１１０１出力のベースバンド信号をＦＦＴ処理し、周波数領域の信号に変換する。変換された信号から、特定の周波数や時間の情報が取り出されて、相関器１１０６の入力となる。
【００８０】
相関器１１０６では、パイロット信号など予め用意したパタンによるスクランブル解除が行われ、ＩＦＦＴ演算による遅延プロファイル作成が行われる（第２の方法）。
【００８１】
この第２の方法の場合、同期信号受信タイミング測定部として、マッチドフィルタ部１１０６が用いられる。
【００８２】
遅延プロファイルのピークが所定のレベルを超えていれば、上記の用意したパタンに対する信号が検知される。検知された信号は、遅延プロファイルの遅延量から時間測定が完了する。
【００８３】
ここでは２つの遅延プロファイル作成方法を提示しているが、その他の方法であっても遅延プロファイルを作成する方法であれば、本発明の効果を得ることができる。例えば、第１の方法で得られた遅延プロファイルを合成して、微弱な信号であっても信号を検出することも可能である。有線のネットワークＩＤなどの情報は、デマップ部１１０３でＦＦＴ部１１０２の出力から特定の周波数や時間の情報が取り出され、デモッド部１１０４で復調されて取り出される。
【００８４】
上記の実施例では、特定の周波数や時間領域にスクランブルパタンと情報を分割して送っているが、スクランブルパタンそのものにネットワークＩＤなどの情報を織り込み、遅延プロファイル作成過程で得られるスクランブルパタンとのマッチングから情報を取り出す方法も本特許の範疇である。得られたネットワークＩＤから、該当基地局は、周囲にあるマスタ基地局のネットワークＩＤを知ることができる。
【００８５】
また、スレーブ局も周囲の基地局にマスタ局の情報をマルチホップにより伝えるために、図１３の構成を具備し、これを用いて伝達情報を生成し送信することができる。
【００８６】
図１２は、本発明を適用した実施例１のフレームフォーマットを示してる。縦軸が周波数であり、本例では通常の信号の占有帯域が１．２７５ＭＨｚであることを示している。横軸は時間であり、フレームは本例では５ｍｓの単位を８分割したＴＤＭＡフレームとなっている。
【００８７】
分割された単位をスロットと呼ぶことにすると、最初の４スロットが下り回線用であり、後の４スロットが上り回線用である。Ｎ個のＴＤＭＡフレームをまとめて１つのベースフレームが構成され、ベースフレームの先頭の第１スロットは、下り回線用の同期信号と共通制御チャネル用のスロットである。また、第５スロットは、上り回線用のアクセスプローブを送信するためのスロットである。
【００８８】
本発明の特徴となる基地局間で互いのタイミング調整用の信号を送る制御信号の無線チャネルを、基地局間連携用チャネル（ＢＳＣＣＨ）と呼ぶことにすると、マスタ基地局の送信するＢＳＣＣＨは、第２ＴＤＭＡフレームの第１スロットに置かれる。
【００８９】
これに対して、スレーブ基地局の送信するマスタ基地局へのタイミング測定用の信号は、第３ＴＤＭＡフレームの第１スロットに置かれる。また、スレーブ基地局がマスタ基地局から送信される信号をマルチホップする信号は、第４ＴＤＭＡフレームの第１スロットに置かれる。
【００９０】
このように、特定のスロットに複数のサブバンドを用いて情報を送信することで、周波数選択性の影響をさけ、通常の通信との干渉も避けて時間同期を行うことができる。さらには、一連の測定動作は、夜間などの通信閑散期に実施するように予めプログラミングされていると、通常の通信への影響を殆どなくすことができる。
【００９１】
通常の時間では、図１１に示すように、基地局間連携用チャネル（ＢＳＣＣＨ）はデータ送信用のチャネル（ＤＣＨ）に割当てられている。
【００９２】
第１の実施例の手順を、図７を用いて説明する。まず、マスタ基地局（BaseSation#1）は、同期信号あるいは規定の信号であるパイロット信号と自身のＩＰアドレス、同期信号あるいはパイロット信号を受信するためのアシスト情報を送信する（S201-1、あるいはS202）。
【００９３】
マルチホップする場合には、スレーブ基地局（BaseStation#n）が情報を受信し、再送する（S201-2）。再送される情報は、マスタ基地局のＩＰアドレスと同期信号を受信するための、アシスト情報である。ここでアシスト情報とは、スクランブルコードの種類や位相などの情報であり、同期信号を受信するための演算量を削減するために利用される。
【００９４】
スレーブ基地局（BaseStation#2）は同期信号を受信し、受信できた場合は、有線のネットワークインターフェース（ＮＷ−ＩＦ）を通じて、マスタ基地局に対して同期信号の「測定リクエスト」を送信する（S203, S204）。リクエスト情報には、将来スレーブ基地局が送る同期信号を受信するための、アシスト情報が含まれる。リクエスト（S204）は、有線ネットワークを介して送信されるため、無線リソースの消費はない。
【００９５】
マスタ局は、有線のネットワークインターフェース（ＮＷ−ＩＦ）を通じてリクエストを受信したら（S205,S206）、他のリクエストとの衝突などの阻害要因がないかを判定し、測定がいつ可能であるかを判断する。そして、可能な時刻になれば有線のネットワークインターフェースを通じてＡＣＫ（S206,S207,S208）を送信する。
【００９６】
スレーブ基地局は、ＡＣＫを受信すると、同期信号を無線で送信する（S209）。マスタ基地局は、リクエストの受信段階で同期信号のアシスト情報を受け取っているため、これを用いて同期信号を受信する。マスタ局は、マスタ基地局が同期信号を送ってから、スレーブ基地局の同期信号を受信するまでの時間（D304）を測定する。
【００９７】
この時間測定は、基準となるクロックに対しての相対量でも構わない。測定結果は、有線ネットワークを介してスレーブ基地局に返される（S210,S211,S212）。スレーブ基地局では、マスタ基地局の同期信号を受信してから、スレーブ局の同期信号を送信するまでの時間（D302）（この時間も基準クロックに対しての相対亮でも構わない）を測定しておき、マスタ基地局から返された測定結果（D304）からD302を引いて２で割ることにより、伝搬遅延時間（D301=D303）を算出する。
【００９８】
同期信号を受信したタイミングに対して測定した伝搬遅延時間をさかのぼった時間が、同期信号の送信タイミングであり、スレーブ基地局は上記の送信タイミングに合わせてフレームの同期を行う。よって、伝搬遅延を考慮したタイミング同期が可能となり、課題は解決される。
【００９９】
図１５は、周波数選択性が存在する場合の伝搬路の模式図である。横軸が周波数で、縦軸が周波数の品質を表す。
【０１００】
マルチパスの影響から、伝搬路には、図１５にあるように周波数選択性が発生する。このとき、例えば＃１のサブバンドだけで信号を送信していると、伝搬路の品質から信号を伝えることができない。特にここで議論しているのは基地局間の伝送であり、伝搬路の品質は時間的には殆ど変化しない。
【０１０１】
したがって、安定して情報を伝えるには広帯域で送信する必要がある。また、広帯域の情報を使えば時間方向の分解能が高くなる。例えば１ＭＨｚのバンド幅では、時間方向の分解能は約1usとなるが、１０ＭＨｚのバンド幅では、0.1usまで改善することができる。
【０１０２】
図１６は、マスタ基地局の動作を示すフロー図である。基地局は、特定の時間帯になると本プロセスが投入される。まず、自身がマスタ局であるかを判定する（２００１）。マスタ局であれば、基地局間連携チャネル（ＢＣＳＣＣＨ）を送信する。
【０１０３】
送信するスロットは、図１２の５００になる。次に有線ネットワークからの「測定リクエスト」を待ち、測定リクエストを受信したら、その情報（スクランブルパタン）に基づき、スレーブ局からの基地局間連携チャネルの受信を準備する（２００２）。
【０１０４】
受信するスロットは、図１２の５０１になる。受信したら、測定結果を当該スレーブ局に有線ネットワークを通じて返信する（２００３）。トラヒック閑散期の基地局間連携が、許可されている時間帯であるかをチェックし（２００４）、時間内であれば観測を続ける。時間外になれば、基地局間連携チャネルの送信を止める。
【０１０５】
図１７、はスレーブ基地局の動作を示すフロー図である。基地局は、特定の時間帯になると本プロセスが投入される。
【０１０６】
まず、自身がスレーブ局であるかを判定する（２１０１）。スレーブ局であれば、基地局間連携チャネル（ＢＣＳＣＣＨ）を受信する（２１０２）。受信するスロットは、図１２の５００になる。自身のフレームと受信した信号との関係を測定する（２１０３）。
【０１０７】
測定ができたら任意のタイミングで、マスタ局に対して有線ネットワークを通じて「測定リクエスト」を送信する（２１０４）。そして、マスタ局からのＡＣＫに応じて適当なタイミングにおいて基地局間連携チャネルを送信し、適当なタイミングで送信を止める（２１０５）。
【０１０８】
送信するスロットは、図１２の５０１になる。有線ネットワーク経由でマスタ局から送られてくる測定結果を待ち（２１０６）、結果を用いて補正する時間を計算する（２１０７）。
【０１０９】
以上に説明したように、本発明を適用した実施例１によれば、事前あるいは有線ネットワーク経由で近接する無線基地局のネットワークアドレス情報を通知しなくても、自律的に周囲に配置された無線基地局のネットワークアドレスを収集し、且つ前記ネットワークアドレスを使って有線ネットワークを介して近接する無線基地局間で情報通信を行うことができることが可能となる。
【実施例２】
【０１１０】
さて、第１の実施例では、マスタ基地局とスレーブ基地局の関係は一律であったが、正しい方法により同期がとれたスレーブ基地局は、マスタ基地局と同程度の精度をもってシステムに同期している。よって、一連の動作を終えたスレーブ基地局をマスタ基地局として動作することができる。
【０１１１】
これが第２の実施例である。第２の実施例では、マスタ基地局が複数測定できるスレーブ基地局も存在する。その場合、最小二乗法を用いて同期精度を上げることが可能である。図１０には第４段階として、スレーブ基地局が準マスタ基地局になった場合の手順が示されており、複数の基地局（マスタあるいは準マスタ局）を使って測定した結果を使い、最小二乗法を使って１つの同期タイミングを求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、無線通信インフラに活用できる。特にTDD方式を採用する無線通信において効果的である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】従来技術からなる無線システムの構成図。
【図２】従来技術からなる無線システムのフレーム構成。
【図３】従来技術からなる無線システムの同期方法。
【図４】従来技術からなる無線システムの同期方法。
【図５】従来技術からなる無線システムの同期方法。
【図６】本発明からなる第１の実施例の段階を示す図。
【図７】本発明からなる第１の実施例のフロー。
【図８】無線システムの干渉を示す図。
【図９】無線システムの干渉を示す図。
【図１０】本発明からなる第２の実施例の段階を示す図。
【図１１】本発明からなる第１の実施例の通常期のフレーム構成。
【図１２】本発明からなる第１の実施例の同期プロセス時のフレーム構成。
【図１３】本発明からなる第１の実施例の送信機。
【図１４】本発明からなる第１の実施例の受信機。
【図１５】無線システムの周波数選択性を示す模式図。
【図１６】本発明からなる第１の実施例のマスタ局のフロー。
【図１７】本発明からなる第１の実施例のスレーブ局のフロー。
【符号の説明】
【０１１４】
１００...基地局装置
１０１...端末装置
１０２...アンテナ
１０３...アンテナ
１０４...ＲＦ部
１０５...ベースバンドモデム部
１０６...ＭＡＣ処理部
１０７... 有線のネットワークインターフェース
１０８... 有線ネットワーク
１０９...マザークロック
１１０...同期部
１１１...ＧＰＳ受信機
１１２...クロック生成部
１１３...制御部
１１４...記憶部
１１５...基地局制御装置。
【図１】
2008187552.tif 000003
【図２】
2008187552.tif 000004
【図３】
2008187552.tif 000005
【図４】
2008187552.tif 000006
【図５】
2008187552.tif 000007
【図６】
2008187552.tif 000008
【図７】
2008187552.tif 000009
【図８】
2008187552.tif 000010
【図９】
2008187552.tif 000011
【図１０】
2008187552.tif 000012
【図１１】
2008187552.tif 000013
【図１２】
2008187552.tif 000014
【図１３】
2008187552.tif 000015
【図１４】
2008187552.tif 000016
【図１５】
2008187552.tif 000017
【図１６】
2008187552.tif 000018
【図１７】
2008187552.tif 000019