(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが複数のアンテナを備える第１送信局と第２送信局とが連携して、一連のＴＤＭＡスロットで、同一受信局宛に並列的にデータ信号を送信する無線通信システムにおけるデータ送信タイミング制御方法であって、
上記第２送信局が、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内に、上記第１、第２送信局間の信号伝播遅延時間、および上記第１、第２送信局と上記受信局との間の信号伝播遅延時間によって決まる上記受信局宛データの送信タイミングの調整量を算出し、
上記第１送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、
上記第２送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第１、第２送信局間の信号伝播遅延時間と、上記調整量とで決まる送信タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、
上記第１、第２送信局から上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットで並列的に送信されたデータが、宛先受信局に許容範囲内の時間差で到達するようにしたことを特徴とするデータ送信タイミング制御方法。
【請求項２】
それぞれが複数のアンテナを備える第１送信局と第２送信局とが連携して、一連のＴＤＭＡスロットで同一受信局宛に並列的にデータ信号を送信する無線通信システムにおけるデータ送信タイミング制御方法であって、
データ送信期間に先行して、第１ＴＤＭＡスロットと第２ＴＤＭＡスロットとからなる遅延時間測定期間を有し、
上記第１送信局が、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、前記受信局に同期制御信号を送信し、上記受信局が、上記同期制御信号を受信してから所定時間Ｔが経過した時点で、上記第１送信局に応答信号を送信し、
上記第２送信局が、上記第１ＴＤＭＡスロットで、上記第１送信局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第１の時間情報と、上記同期制御信号と上記応答信号との受信時刻時間差を示す第２の時間情報とを記憶しておき、
上記第２送信局が、上記第２ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信し、上記受信局が、上記同期制御信号を受信してから所定時間Ｔが経過した時点で、上記第２送信局に応答信号を送信し、
上記第２送信局が、上記第２ＴＤＭＡスロットで、上記同期制御信号を送信してから上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を測定し、該時間差を示す第３の時間情報と、上記第２の時間情報とに基づいて、上記受信局宛データの送信タイミングの調整量を算出し、
上記第１送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、
上記第２送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第１の時間情報と、上記調整量とで決まる送信タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、
上記第１、第２送信局から上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットで並列的に送信されたデータが、宛先受信局に許容範囲内の時間差で到達するようにしたことを特徴とするデータ送信タイミング制御方法。
【請求項３】
前記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットの基準タイミングをｔ１、前記第１の時間情報が示す時間差をＴａｂ、前記第２の時間情報が示す時間差をＴ１、前記第３の時間情報が示す時間差をＴ２とした場合、前記送信タイミングの調整量ΔＴが（Ｔ２−Ｔ１）で表され、前記第２送信局が、上記基準タイミングｔ１に時間差Ｔａｂを加算した時刻ｔ２を基準にして、上記調整量ΔＴで前記受信局宛のデータ送信タイミングを決定することを特徴とする請求項２に記載のデータ送信タイミング制御方法。
【請求項４】
それぞれが複数のアンテナを備える第１送信局と第２送信局とが連携して、一連のＴＤＭＡスロットで、複数の受信局宛に並列的にデータ送信する無線通信システムにおけるデータ送信タイミング制御方法であって、
上記第２送信局が、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内に、上記第１、第２送信局間の信号伝播遅延時間、および上記第１、第２送信局と上記各受信局との間の信号伝播遅延時間によって決まる上記受信局毎のデータ送信タイミングの調整量を算出し、
上記第１送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第２送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第１、第２送信局間の信号伝播遅延時間と、上記送信タイミング調整量とで決まる受信局毎に異なった送信タイミングで、上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第１、第２送信局から上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットで並列的に送信されたデータが、宛先となる各受信局に許容範囲内の時間差で到達するようにしたことを特徴とするデータ送信タイミング制御方法。
【請求項５】
それぞれが複数のアンテナを備える第１送信局と第２送信局とが連携して、一連のＴＤＭＡスロットで同一受信局宛に並列的にデータ信号を送信する無線通信システムにおけるデータ送信タイミング制御方法であって、
データ送信期間に先行して、第１ＴＤＭＡスロットと第２ＴＤＭＡスロットとからなる遅延時間測定期間を有し、
上記第１送信局が、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで同期制御信号を送信し、上記同期制御信号を受信した上記各受信局が、受信局毎の異なった個別の待ち時間が経過した時点で、上記第１送信局に応答信号を送信し、
上記第２送信局が、上記第１ＴＤＭＡスロットで、上記第１送信局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記各受信局からの応答信号の受信時刻を検出し、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第１の時間情報と、上記受信局毎に上記同期制御信号と応答信号との時間差を示す第２の時間情報を記憶しておき、
上記第２送信局が、上記第２ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、同期制御信号を送信し、上記同期制御信号を受信した上記各受信局が、上記個別の待ち時間が経過した時点で、上記第２送信局に応答信号を送信し、
上記第２送信局が、上記第２ＴＤＭＡスロットで、上記同期制御信号を送信してから、上記各受信局からの応答信号を受信するまでの時間差を測定し、上記受信局毎に、上記同期制御信号を送信して応答信号を受信するまでの時間差を示す第３の時間情報と、上記第２の時間情報とに基づいて、上記受信局毎のデータ送信タイミングの調整量を算出し、
上記第１送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第２送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第１の時間情報と、上記送信タイミング調整量とで決まる受信局毎に異なった送信タイミングで、上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第１、第２送信局から上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットで並列的に送信されたデータが、宛先となる各受信局に許容範囲内の時間差で到達するようにしたことを特徴とするデータ送信タイミング制御方法。
【請求項６】
前記各受信局が、前記個別の待ち時間として、各受信局に付随する固有の値を使用することを特徴とする請求項５に記載のデータ送信タイミング制御方法。
【請求項７】
前記各受信局が、前記個別の待ち時間として、前記第１送信局または第２送信局から指定された値を使用することを特徴とする請求項５に記載のデータ送信タイミング制御方法。
【請求項８】
前記各受信局が、前記個別の待ち時間として、乱数に依存した値を使用することを特徴とする請求項５に記載のデータ送信タイミング制御方法。
【請求項９】
前記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットの基準タイミングをｔ１、前記第１の時間情報が示す時間差をＴａｂ、前記第２の時間情報が示す時間差をＴ１、前記第３の時間情報が示す時間差をＴ２とした場合、前記送信タイミングの調整量ΔＴが（Ｔ２−Ｔ１）で表され、前記第２送信局が、上記基準タイミングｔ１に時間差Ｔａｂを加算した時刻ｔ２を基準にして、上記調整量ΔＴで前記受信局毎のデータ送信タイミングを決定することを特徴とする請求項５に記載のデータ送信タイミング制御方法。
【請求項１０】
前記第１送信局が、前記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで前記データと共にパイロット信号を送信し、
前記第２送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットで、スロット基準タイミングと上記パイロット信号の受信時刻との時間差を検出し、該時間差を前記Ｔａｂの最新値として、次のＴＤＭＡスロットに適用すべき送信タイミングを決定することを特徴とする請求項３または請求項９に記載のデータ送信タイミング制御方法。
【請求項１１】
基地局制御装置に接続された複数の基地局からなり、各基地局が複数のアンテナを備え、上記基地局制御装置で指定された第１基地局と第２基地局が連携して、一連のＴＤＭＡスロットで同一受信局宛に並列的にデータを送信する無線通信システムであって、
上記第１基地局が、
データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内の第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信する手段と、
上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータを送信する送信タイミング制御部とを有し、
上記第２基地局が、
上記遅延時間測定期間内の第１ＴＤＭＡスロットで、上記第１基地局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第１の時間情報と、上記同期制御信号と応答信号との受信時刻時間差を示す第２の時間情報とをメモリに記憶するための手段と、
上記遅延時間測定期間内の第２ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信するための手段と、
上記第２ＴＤＭＡスロットで、上記同期制御信号を送信してから、上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を検出し、該時間差を示す第３の時間情報を上記メモリに記憶するための手段と、
上記メモリに記憶された上記第２、第３の時間情報に基づいて、上記受信局宛のデータ送信タイミングの調整量を算出し、上記メモリに記憶するための手段と、
上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第１の時間情報と、上記メモリが示す調整量とで決まる送信タイミングで、上記受信局宛のデータを送信する送信タイミング制御部とを有することを特徴とする無線通信システム。
【請求項１２】
基地局制御装置に接続され、上記基地局制御装置に接続された他の基地局と連携して、一連のＴＤＭＡスロットで受信局宛に並列的にデータを送信する複数のアンテナを備えた基地局であって、
上記基地局制御装置から主基地局に指定された場合、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内の第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信し、上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記遅延時間測定期間内の第２ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信するための手段と、
上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記遅延時間測定期間内の第１ＴＤＭＡスロットで、上記他の基地局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第１の時間情報と、上記同期制御信号と応答信号との受信時刻時間差を示す第２の時間情報とをメモリに記憶し、上記第２ＴＤＭＡスロットで、上記同期制御信号を送信してから、上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を検出し、該時間差を示す第３の時間情報を上記メモリに記憶するための手段と、
上記メモリに記憶された上記第２、第３の時間情報に基づいて、上記受信局宛のデータ送信タイミングの調整量を算出し、上記メモリに記憶するための手段と、
上記基地局制御装置から主基地局に指定された場合、上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛にデータを送信し、上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと、上記第１の時間情報と、上記メモリが示す調整量とで決まる送信タイミングで、上記受信局宛のデータを送信する送信タイミング制御部とを有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、無線通信システムに関し、更に詳しくは、複数の基地局が協調して、同一端末宛に並列的にデータ送信することによってシステムスループットを増大させた無線通信システム、基地局およびデータ送信タイミング制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信速度の高速化に伴って、無線ＬＡＮや移動通信システムでは、周波数利用効率を向上できるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）技術が採用されている。ＭＩＭＯは、送信局が、複数のアンテナでデータを並列的に送信し、受信局が、送信装置から送信されたデータを複数のアンテナで受信する。
【０００３】
送信局と受信局が１対１で通信する無線通信システムでは、無線伝搬路の持つ通信容量を最大限に引き出す方式として、固有モード伝送方式が知られている。固有モード伝送方式では、送受信アンテナ間の無線伝搬路特性を示すチャネル行列Ｈを固有分解（Singular Value Decomposition）し、送信ベクトル信号と受信ベクトル信号に、固有分解で得られた行列を重み付け計算することによって、伝送路の持つ容量を最大限に引き出している。
但し、固有モード伝送方式は、受信側で測定したチャネル情報を送信側にフィードバックする必要があるため、無線伝搬路の変動が大きい通信環境には不向きである。固有モード伝送方式は、例えば、無線ＬＡＮのように、無線伝搬路の変動が少ない準静的な通信環境を前提とした無線通信システムの通信速度向上に向いている。
【０００４】
１つの送信局と複数の受信局が通信する１対Ｎの無線通信（ＢＣ：Broadcast Channel）や、複数の送信局と１つの受信局が通信するＭ対１の無線通信（ＭＡＣ：Multiple Access Channel）における通信容量に関しては、情報理論の観点から多くの研究がなされている。
ＢＣの通信容量に関しては、例えば、非特許文献１に記載されたDirty Paper Codingがシステム容量の上限を与える方式であると、非特許文献２によって証明されている。但し、システム容量の上限を実現するための具体的な手段は未だ知られていない。また、Dirty Paper Codingは、送信側が、受信側で測定したチャネル情報を瞬時に把握しないと成立しないが、受信側で測定したチャネル情報をフィードバックリンクで送信側に通知する場合、チャネル変動によって性能劣化が大きくなるため、ＢＣ通信容量の上限を実現することは難しい。
【０００５】
また、ＢＣ通信容量は、送信局が備えるアンテナの本数によって制限されることが知られている。非特許文献３には、複数の送信局が連携してDirty Paper Codingを行うことによって、システム全体のスループットを向上させると言う概念が開示されている。但し、この文献では、送受信タイミングが完全に同期する理想的な通信システムを前提としており、実際の応用において発生する送信局と受信局との間の信号伝播遅延を考慮に入れた実現可能な協調制御については開示していない。
【０００６】
【非特許文献１】Writing on dirty paper, IEEE Trans. Inform. Theory, Vol.29, issue 3, May 1983, M. Costa著，IEEE発行、pp.440、FIG.1、“Variation of Gaussian-Shannon channel”
【非特許文献２】W. Yu and J. M. Cioffi, “Sum capacity of Gaussian vector broadcast channels”、IEEE Trans. Inform. Theory, Vol.50, No.9, pp. 1875-1892, Sept. 2004
【非特許文献３】S. Shamai and B. Zaidel, “Enhancing the cellular downlink capacity via co-processing at the transmitting end”、in Proceedings of IEEE Vehicular Tech. Conf., May 2001-Spring, pp.1745-1749．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
送信局と受信局との間の仮想的な並列伝送路を利用するＭＩＭＯ方式の無線通信システムでは、送信局の複数アンテナから並列的に送信された信号の一部が、送信局と受信局との間に位置した壁などで反射して受信局に達するため、送信局から同一タイミングで送信された並列信号が、送信アンテナ毎に経路が異なって伝播遅延時間差をもつ並列信号として、受信局の複数アンテナに到達する。そこで、ＭＩＭＯ方式の無線通信システムでは、信号経路によって異なる伝播遅延時間のばらつき吸収するために、信号受信期間の先頭にガードインターバルと称される時間幅を定義しておき、受信局では、ガードインターバル内に到達した信号列を送信局が並列送信した信号列として扱って、ＭＩＭＯ受信処理を行っている。
【０００８】
しかしながら、例えば、離れた位置にある第１、第２の送信局を連携させ、これらの送信局から１つの受信局宛にＭＩＭＯ並列信号を送信した場合、第１送信局のアンテナ群と、第２送信局のアンテナ群との距離が離れているため、受信局に到達する並列信号にガードインターバルを超えた伝搬遅延時間差が発生し、受信局側でのＭＩＭＯ受信処理ができなくなるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、複数の送信局を協調制御することによって、同一受信局宛のデータを高スループットで並列送信可能にした無線通信システムおよび送信タイミング制御方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、複数の送信局から同一の受信局宛に並列送信されたデータが、受信局に許容範囲内の時間差で到達できるようにした無線通信システムおよび送信タイミング制御方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、他の基地局と連携して、受信局での信号受信タイミングのばらつき範囲をガードインターバル内に収まるように送信タイミングを制御して、１つあるいは複数の受信局宛にデータ送信する無線基地局を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のデータ送信タイミング制御方法は、それぞれが複数のアンテナを備える第１送信局と第２送信局とが連携して、一連のＴＤＭＡスロットで同一受信局宛に並列的にデータ信号を送信する無線通信システムにおいて、
上記第２送信局が、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内に、上記第１、第２送信局間および上記第１、第２送信局と上記受信局との間の信号伝播遅延時間を検出し、
上記第２送信局が、上記遅延時間測定期間内に検出された信号伝播遅延時間から、上記受信局宛のデータ信号の送信タイミングの調整量を算出し、
上記第１送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータ信号を送信し、
上記第２送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと上記調整量とで決まる送信タイミングで上記受信局宛のデータを送信することを特徴とする。
【００１１】
更に詳述すると、上記遅延時間測定期間は、第１ＴＤＭＡスロットと第２ＴＤＭＡスロットとからなる。
【００１２】
上記第１ＴＤＭＡスロットでは、上記第１送信局が、スロット基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信し、上記受信局が、上記同期制御信号を受信してから所定時間Ｔが経過した時点で、上記第１送信局に応答信号を送信する。上記第２送信局は、上記第１ＴＤＭＡスロットで、上記第１送信局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第１の時間情報と、上記同期制御信号と上記応答信号との受信時刻時間差を示す第２の時間情報とを記憶しておく。
【００１３】
上記第２ＴＤＭＡスロットでは、上記第２送信局が、スロット基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信し、上記受信局が、上記同期制御信号を受信してから所定時間Ｔが経過した時点で、上記第２送信局に応答信号を送信する。上記第２送信局は、上記第２ＴＤＭＡスロットで、上記同期制御信号を送信してから上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を測定し、該時間差を示す第３の時間情報と、前記第１、第２の時間情報とに基づいて、前記送信タイミングの調整量を算出する。
例えば、上記第１の時間情報が示す時間差をＴａｂ、第２の時間情報が示す時間差をＴ１、第３の時間情報が示す時間差をＴ２とした場合、上記送信タイミングの調整量は、Ｔａｂ−（Ｔ２−Ｔ１）で表される。
【００１４】
本発明のデータ送信タイミング制御方法は、第１送信局と第２送信局が連携して、複数の受信局に並列的にデータ信号を送信する場合にも適用できる。
この場合、上記第２送信局が、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内に、上記第１、第２送信局間および上記第１、第２送信局と上記各受信局との間の信号伝播遅延時間を検出し、
上記第２送信局が、上記遅延時間測定期間内に検出された信号伝播遅延時間から、上記受信局毎のデータの送信タイミングの調整量を算出し、
上記第１送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記各受信局宛のデータを送信し、
上記第２送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと上記送信タイミング調整量とで決まる受信局毎に異なった送信タイミングで、上記各受信局宛のデータを送信する。
【００１５】
具体的に言うと、上記遅延時間測定期間が、第１ＴＤＭＡスロットと第２ＴＤＭＡスロットとからなる場合、上記第１ＴＤＭＡスロットでは、前記第１送信局が、スロット基準タイミングで同期制御信号を送信し、上記同期制御信号を受信した前記各受信局が、受信局毎の異なった個別の待ち時間が経過した時点で、上記第１送信局に応答信号を送信し、上記第２送信局が、上記第１送信局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記各受信局からの応答信号の受信時刻を検出し、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第１の時間情報と、上記受信局毎に上記同期制御信号と応答信号との時間差を示す第２の時間情報を記憶しておく。
【００１６】
上記第２ＴＤＭＡスロットでは、上記第２送信局が、スロット基準タイミングで同期制御信号を送信し、上記同期制御信号を受信した各受信局が、上記個別の待ち時間が経過した時点で、上記第２送信局に応答信号を送信し、上記第２送信局が、上記同期制御信号を送信してから上記各受信局からの応答信号を受信するまでの時間差を測定する。上記第２送信局は、上記受信局毎に、上記同期制御信号を送信して応答信号を受信するまでの時間差を示す第３の時間情報と、前記第１、第２の時間情報とに基づいて、前述した送信タイミングの調整量を算出する。
【００１７】
本発明の１実施例では、上記第１送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで、データ信号と共にパイロット信号を送信し、上記第２送信局が、上記データ送信期間内の各ＴＤＭＡスロットで、スロット基準タイミングと上記パイロット信号の受信時刻との時間差を検出し、該時間差を前記Ｔａｂの最新値として、次のＴＤＭＡスロットに適用すべき送信タイミングの調整量を算出する。
【００１８】
本発明は、基地局制御装置に接続され、上記基地局制御装置に接続された他の基地局と連携して、一連のＴＤＭＡスロットで受信局宛に並列的にデータ信号を送信する複数のアンテナを備えた基地局において、
上記基地局制御装置から主基地局に指定された場合、データ送信期間に先行する遅延時間測定期間内の第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信し、上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記遅延時間測定期間内の第２ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで、上記受信局に同期制御信号を送信するための手段と、
上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記遅延時間測定期間内の第１ＴＤＭＡスロットで、上記他の基地局が送信した同期制御信号の受信時刻と、上記受信局が送信した応答信号の受信時刻を検出し、上記第１ＴＤＭＡスロットの基準タイミングと上記同期制御信号の受信時刻との時間差を示す第１の時間情報と、上記同期制御信号と応答信号との受信時刻時間差を示す第２の時間情報とをメモリに記憶し、上記第２ＴＤＭＡスロットで、上記同期制御信号を送信してから、上記受信局が送信した応答信号を受信するまでの時間差を検出し、該時間差を示す第３の時間情報を上記メモリに記憶するための手段と、
上記メモリに記憶された第１、第２、第３の時間情報に基づいて、上記受信局宛のデータ送信タイミングの調整量を算出し、上記メモリに記憶するための手段と、
上記基地局制御装置から主基地局に指定された場合、上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングで上記受信局宛のデータを送信し、上記基地局制御装置から従基地局に指定された場合、上記受信局へのデータ送信期間に含まれる各ＴＤＭＡスロットにおいて、スロット基準タイミングと上記メモリが示す調整量とで決まる送信タイミングで、上記受信局宛データを送信する送信タイミング制御部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数の送信局（基地局）が連携して、同一の受信局に並列的にデータ送信する場合、受信局に到達する並列データ信号の受信タイミングのずれをガードインターバルで定義された許容範囲内に同期させることが可能となる。従って、本発明によれば、受信局が、受信データ信号に対して正常にＭＩＭＯ信号処理を行うことが可能となる。また、複数の送信局を連携させることによって、データ送信に使用される実効的なアンテナ数を増加できるため、システム全体のスループットを改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用される無線通信システムに全体構成の１例を示している。
ここに示した無線通信システムは、ネットワークＮＷに接続された基地局制御装置２０−１と、回線２１を介して基地局制御装置２０−１に接続された複数の基地局１０（１０Ａ、１０Ｂ、・・・）と、これらの基地局と通信する複数の端末５０（５０−１、５０−２、・・・）とからなる。基地局１０と端末５０は、複数のアンテナを備えている。基地局制御装置２０−１は、支配下にある複数の基地局１０Ａ、１０Ｂ、・・・を管理し、幾つかの基地局を連携させて、基地局協調制御モードで端末と通信させる。
【００２１】
図１は、或る時点において、基地局１０Ａと１０Ｂとが連携し、端末５０−１と５０−３に協調制御モードでデータ送信している様子を示す。このように、複数の基地局を連携して端末にデータ送信することによって、送信アンテナの個数を増加し、システム全体のスループットを向上できる。
【００２２】
各端末５０のアンテナは、基地局１０Ａ、１０Ｂから複数のアンテナで並列送信されたデータ信号を受信する。アンテナの受信信号から所望信号を分離する手法としては、例えば、連続干渉消去法（Successive Interference Cancel）が採用される。Successive Interference Cancelでは、受信状態が最もよいアンテナから出力される符号化信号を復号化して、最初のデータ信号を得る。最初のデータ信号を再符号化して、受信信号から差し引くと、最初のデータ信号以外の信号成分が残る。従って、残った信号の復号化、再符号化、受信信号からの再符号化信号の差し引きを繰り返すことによって、所望のデータ信号を分離することができる。
【００２３】
基地局制御装置２０−１は、ゲートウェイ（ＧＷ）２２を介して、他の基地局制御装置２０−２に接続されている。複数の基地局制御装置が、それぞれの配下にある基地局の状態情報を交換することによって、所属する基地局制御装置が異なる基地局間での干渉を回避できる。また、必要に応じて複数の基地局制御装置間で協調制御することにより、所属する基地局制御装置が異なる複数の基地局を連携動作させることも可能となる。
【００２４】
次に、図２を参照して、基地局１０Ａと１０Ｂとが連携して、端末５０−１に対して並列的にデータ送信した場合の問題点について説明する。ここでは、端末５０−１に対して、基地局１０Ａがデータ信号Ｓａ１を送信し、基地局１０Ｂがデータ信号Ｓｂ１を送信した時、基地局１０Ａと１０Ｂとの間に同期誤差Ｔｅがあった場合を想定している。
【００２５】
基地局１０Ａから送信されたデータ信号Ｓａ１は、直接波と反射波のように、異なる経路（マルチパス）を辿って端末５０−１に到達する。図２では、データ信号Ｓａ１が、時間差をもつデータ信号Ｓａ１(１)、Ｓａ１(２)となって、端末５０−１に到達している。Ｔａは、データ信号Ｓａ１の伝播遅延時間を示す。
【００２６】
マルチパスに起因する誤りの耐性を向上できる無線通信方式として、直交周波数分割多重ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が知られている。ＯＦＤＭの復調処理では、信号の復調単位であるシンボル間での干渉を回避するために、送信シンボル間に無信号期間ＧＩ（ガードインターバル）が設定されている。ガードインターバルは、基地局と端末との間の距離や、基地局周囲に存在する反射物などによる信号伝搬経路の時間差などを考慮して設計されているため、経路の違いによるデータ信号Ｓａ１(１)とＳａ１(２)の伝搬遅延差は、ガードインターバルＧＩで定義された許容時間幅内に収まると仮定できる。
基地局１０Ｂが端末５０−１に送信したデータ信号Ｓｂ１も、異なる経路を経て、信号Ｓｂ１(３)、Ｓｂ１(４)となって、端末５０−１に到達する。Ｔｂは、データ信号Ｓｂ１の伝播遅延時間を示している。
【００２７】
然るに、基地局１０Ａと１０Ｂの間に同期誤差Ｔｅがあった場合、伝搬遅延時間Ｔａ、Ｔｂの時間差まで考慮すると、データ信号Ｓａ１とＳｂ１の時間差Ｔｄが、ガードインターバルＧＩを超える可能性が高くなる。特に、無線ＬＡＮシステムのように、基地局１０Ａ、１０Ｂが非同期で運用される無線通信システムでは、基地局間の同期誤差Ｔｅが大きいため、基地局１０Ａと１０Ｂが、同一端末５０−１宛のデータを論理的に同時送信しても、端末５０−１でのデータ信号Ｓａ１、Ｓｂ１の受信タイミングが大幅にずれる可能性がある。この場合、データ信号Ｓａ１とＳｂ１が互いに干渉成分として働くため、端末５０−１が、Successive Interference Cancelのような方法で、受信信号から所望の信号を分離することができなくなる。
【００２８】
図３は、本発明による複数基地局の協調制御に必要な遅延時間測定について説明するための図である。
ここでは、基地局１０Ａが主基地局、基地局１０Ｂが従基地局となって互いに連携し、基地局１０Ａからの送信信号と、基地局１０Ｂからの送信信号が端末５０−１に同時に到達するように、従基地局１０Ｂが、端末５０−１宛の信号送信タイミングを調整する（同期制御）。但し、ここで説明する同期制御は、複数端末を対象としたデータの送信タイミング制御、例えば、図１に示した端末５０−１と５０−３の双方において、基地局１０Ａからの送信信号と基地局１０Ｂからの送信信号の受信タイミングとを一致させるための送信タイミング制御にも拡張できる。
【００２９】
本実施例では、各基地局１０は、固定周期のＴＤＭＡスロットで端末と通信する。この場合、各基地局は、例えば、ＮＴＰ（Network Time Protocol）などのプロトコルに従って基地局タイマを同期させ、基地局タイマに従って夫々のＴＤＭＡスロットを生成しており、ＴＤＭＡスロットの区切りには、ガードインターバルのような高精度な同期を必要としていない。
【００３０】
以下、本発明の１実施例として、図４に示すように、ＴＤＡＭスロット１とＴＤＡＭスロット２を遅延時間測定期間、ＴＤＡＭスロット３とＴＤＡＭスロット４を基地局協調送信期間として使用した同期制御について説明する。ここでは、簡単化のために、基地局協調送信期間が２つのＴＤＡＭスロットで示されているが、実際の応用では、基地局協調送信期間は、任意個数の一連のＴＤＡＭスロットからなる。
【００３１】
従基地局１０Ｂは、遅延時間測定期間内に、主基地局１０Ａとの協調制御の対象となる１つ、あるいは複数の端末について、同期制御に必要な遅延時間を測定する。遅延時間測定期間には、従基地局１０Ｂのみならず、主基地局１０Ａも、同期制御に必要な遅延時間を測定することができる。
遅延時間測定期間には、例えば、ＴＤＭＡスロット１で、主基地局１０Ａから端末５０−１にＳＹＮＣパイロット信号を送信し（ステップ１）、これを受信した端末５０−１が、予め決められた待ち時間Ｔが経過した時点で、ＳＹＮＣ応答信号を返送する（ステップ２）。
【００３２】
従基地局１０Ｂは、ＴＤＭＡスロット１において、主基地局１０Ａが送信したＳＹＮＣパイロット信号と、端末５０−１が送信したＳＹＮＣ応答信号とを監視し、ＳＹＮＣパイロット信号の受信時刻ｔ（Ｒｘ１）と、ＳＹＮＣ応答信号の受信時刻ｔ（Ｒｘ２）との時間差Ｔ１を測定しておく。
【００３３】
ＴＤＭＡスロット２では、従基地局１０Ｂから端末５０−１にＳＹＮＣパイロット信号を送信し（ステップ３）、これを受信した端末５０−１が、待ち時間Ｔが経過した時、ＳＹＮＣ応答信号を返送する（ステップ４）。従基地局１０Ｂは、ＳＹＮＣパイロット信号の送信時刻ｔ（Ｔｘ３）と、ＳＹＮＣ応答信号の受信時刻ｔ（Ｒｘ４）との時間差Ｔ２を測定する。
従基地局１０Ｂは、遅延時間測定期間に測定されたＴ２とＴ１の時間差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）を利用して、基地局協調送信期間に端末５０−１宛の信号の送信タイミングを調整することにより、端末５０−１が基地局１０Ａ、１０Ｂからの送信信号を同時受信可能な同期制御を実現する。
【００３４】
具体的に言うと、従基地局１０Ｂは、図５に示すように、ＴＤＭＡスロット３における主基地局１０Ａからのパイロット信号Ｐａの受信タイミングｔ２を基準として、それよりもΔＴだけ前のタイミングｔ０で、端末５０−１宛の信号Ｓｂ１を送信する。主基地局１０Ａは、ＴＤＭＡタイムスロット３の開始を示す基準タイミングｔ１で、端末５０−１宛のデータ信号Ｓａ１を送信する。このデータ信号Ｓａ１は、伝播遅延時間Ｔａ後に端末５０−１で受信される。
【００３５】
主基地局１０Ａと端末５０−１との間の距離をＤ１、光速をｃとすると、ＴａはＤ１／ｃとなる。これと同様に、従基地局１０Ｂと端末５０−１との距離をＤ２とすると、従基地局１０Ｂがタイミングｔ０で送信したデータ信号Ｓｂ１は、伝播遅延時間Ｔｂ＝Ｄ２／ｃ後に端末５０−１で受信される。主基地局１０Ａと従基地局１０Ｂとの距離をＤ１２とすると、主基地局１０Ａのパイロット信号Ｐａが従基地局１０Ｂに到達するまでの所要時間ＴａｂはＤ１２／ｃとなる。
【００３６】
従って、ＴＤＭＡスロット３の開始時刻ｔ１で主基地局１０Ａから送信されたパイロット信号Ｐａが従基地局１０Ｂで受信される時刻ｔ２を基準にして、従基地局１０Ｂが、
ΔＴ＝Ｔｂ−Ｔａ＋Ｔａｂ  ＝（Ｄ２／ｃ）−（Ｄ１／ｃ）＋Ｄ１２／ｃ
だけずれたタイミングｔ０で、データ信号Ｓｂ１を送信すれば、図２で説明した伝搬遅延時間差と同期誤差を吸収して、端末５０−１におけるデータ信号Ｓａ１とＳｂ１の受信タイミングを揃えることが可能となる。Ｔａｂの値は、遅延時間測定期間に測定できる。ΔＴが、遅延時間測定期間に測定されたＴ２とＴ１との時間差に一致することは、以下の説明で明らかになる。
【００３７】
図６は、遅延時間測定期間に実行される通信シーケンスの１実施例を示す。
ＴＤＭＡスロット１では、主基地局１０Ａが、スロット基準タイミングで、端末５０−１に同期制御信号（ＳＹＮＣパイロット）を送信する（ＳＱ０１）。端末５０−１は、ＳＹＮＣパイロットを受信すると（Ｓ５１）、一定時間Ｔが経過した時、主基地局１０ＡにＳＹＮＣ応答を送信する（ＳＱ０２、Ｓ５２）。従基地局１０Ｂは、主基地局１０Ａと端末５０−１との間の送受信信号を傍受し、ＳＹＮＣパイロットの受信時刻とＳＹＮＣ応答の受信時刻を記憶し（Ｓ１１、Ｓ１２）、時間差Ｔ１（Ｂ）を算出して、その値を記憶する（Ｓ１３）。一方、主基地局１０Ａも、ＳＹＮＣパイロットを送信してからＳＹＮＣ応答が受信されるまでの時間差Ｔ２（Ａ）を算出して、その値を記憶する。ここで、括弧内のＡ、Ｂは、時間差Ｔ１、Ｔ２を測定した基地局を区別するために付されている。
【００３８】
Ｔ１（Ｂ）とＴ２（Ａ）の値は、次式（１）と（２）で表すことができる。
Ｔ１（Ｂ）＝（Ｄ１／ｃ）＋Ｔ＋（Ｄ２／ｃ）−（Ｄ１２／ｃ）  ・・・・式（１）
Ｔ２（Ａ）＝（Ｄ１／ｃ）×２＋Ｔ                            ・・・・式（２）
ＴＤＭＡスロット２では、従基地局１０Ｂから端末５０−１に同期制御信号（ＳＹＮＣパイロット）を送信し（ＳＱ０３）、ＳＹＮＣパイロットの送信時刻を記憶する（Ｓ１４）。端末５０−１は、ＳＹＮＣパイロットを受信すると（Ｓ５３）、一定時間Ｔが経過した時、従基地局１０ＢにＳＹＮＣ応答を送信する（ＳＱ０４、Ｓ５４）。従基地局１０Ｂは、ＳＹＮＣ応答を受信すると、その受信時刻を記憶し（Ｓ１５）、ＳＹＮＣパイロットを送信してからＳＹＮＣ応答が受信されるまでの時間差Ｔ２（Ｂ）と、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１の値を算出する（Ｓ１６）。
【００３９】
主基地局１０Ａは、従基地局１０Ｂが送信したＳＹＮＣパイロットの受信時刻と、端末５０−１が送信したＳＹＮＣ応答の受信時刻との差をＴ１（Ａ）として記憶する。
Ｔ２（Ｂ）とＴ１（Ａ）の値は、次式（３）と（４）で表すことができる。
【００４０】
Ｔ２（Ｂ）＝（Ｄ２／ｃ）×２＋Ｔ                          ・・・・式（３）
Ｔ１（Ａ）＝（Ｄ２／ｃ）＋Ｔ＋（Ｄ１／ｃ）−（Ｄ１２／ｃ）
＝Ｔ１（Ｂ）                                    ・・・・式（４）
式（３）と式（１）より、次式（５）が得られる。
【００４１】
Ｔ２（Ｂ）−Ｔ１（Ｂ）＝（Ｄ２／ｃ）−（Ｄ１／ｃ）＋（Ｄ１２／ｃ）
＝Ｔｂ−Ｔａ＋Ｔａｂ（＝ΔＴ）      ・・・・式（５）
すなわち、従基地局１０Ｂからのデータ信号Ｓｂ１の送信タイミングｔ０は、主基地局１０Ａからのパイロット信号Ｐａの受信時刻ｔ２を基準にして、ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１だけずらせばよいことが分かる。尚、データ信号の送信タイミングｔ０は、Ｔａｂの値と、ＴｂとＴａとの大小関係によって、ＴＤＭＡスロット３の基準タイミングｔ１よりも前になる場合もあれば、後になる場合もある。
【００４２】
従基地局１０Ｂが、データ信号Ｓｂ１をパイロット信号Ｐａの受信時刻ｔ２よりも前に送信するためには、ＴＤＭＡスロット３にけるパイロット信号受信時刻ｔ２を事前に予測しておく必要がある。本実施例では、各基地局１０が、固定スロット長をもつＴＤＭＡタイムスロットを生成しているため、従前のタイムスロットで受信したパイロット信号の受信タイミングを利用して、次スロットにおけるパイロット信号の受信タイミングを予測できる。
【００４３】
例えば、従基地局１０Ｂが、遅延時間測定期間のＴＤＭＡスロット１における基地局１０ＡからのＳＹＮＣパイロットの受信時刻と、ＴＤＭＡスロット１の基準タイミング（開始時刻）との時間差Ｔａｂを記憶しておき、ＴＤＭＡスロット３の基準タイミングにＴａｂを加算することによって、ＴＤＭＡスロット３におけるパイロット受信タイミングｔ２を予測できる。本発明では、２つの基地局１０Ａ、１０Ｂから並列送信されたデータ信号が、端末５０−１におけるガードインターバルの時間幅内で同期できればよいため、基地局協調送信期間の各ＴＤＭＡタイムスロットに、遅延時間測定期間に検出した時間差Ｔａｂを適用しても十分な効果が得られる。
【００４４】
これと同様に、主基地局１０Ａ側でも、ＴＤＭＡスロット２の基準タイミングから、従基地局１０Ｂが送信したＳＹＮＣパイロットの受信時刻までの経過時間をＴｂａとして記憶できる。図５では、基地局１０Ａを同期制御における主基地局とし、基地局１０Ｂを従基地局として、基地局協調送信期間では、主基地局１０Ａが、ＴＤＭＡスロットの基準タイミングｔ１でデータ信号を送信し、従基地局１０Ｂが、ΔＴで調整されたタイミングｔ０でデータ送信しているが、主基地局１０Ａ側でも、ΔＴ＝Ｔ２（Ａ）−Ｔ１（Ａ）を算出できるため、ΔＴとＴｂａの値を利用して、データ送信タイミングを調整可能となっている。従って、基地局協調送信期間の途中で、主基地局と従基地局を入れ替えて、基地局１０Ｂに基準タイミングでデータ送信させ、基地局１０Ａに、ΔＴで調整されたタイミングでデータ送信させことも可能である。
【００４５】
尚、主基地局１０Ａが、基地局協調送信期間内の各ＴＤＭＡスロットで、基準タイミングｔ１で送信するデータ信号Ｓａ１と同期してパイロット信号Ｐａを送信し、従基地局１０Ｂが、上記パイロット信号Ｐａの受信時刻とスロットの基準タイミングとから新たな時間差Ｔａｂを算出し、これを次のＴＤＭＡスロットで利用するようにしてもよい。このように、時間差Ｔａｂとして最新の値を適用することによって、主基地局１０Ａと従基地局１０Ｂにおけるスロット周期の揺らぎに追従した同期制御が可能となる。
【００４６】
基地局協調送信期間では、主基地局１０Ａが、パイロット信号Ｐａを各ＴＤＭＡスロットの基準タイミングｔ１で送信する代わりに、データ信号Ｓａ１の先頭（スロット基準タイミングｔ１）から固定のオフセット時間だけ遅らせて、パイロット信号Ｐａを送信するようにしてもよい。パイロット信号Ｐａの送信時刻が、ＴＤＭＡスロットの先頭からのオフセットを含む場合、従基地局１０Ｂは、上記パイロット信号の受信時刻からオフセット値を差し引くことによって、正しい伝搬遅延時間Ｔａｂを計算できる。
【００４７】
基地局協調送信期間に送信するパイロット信号Ｐａは、遅延期間測定期間に送信したＳＹＮＣパイロットと同じ信号であってもよいし、ＳＹＮＣパイロットとは異なるフォーマットの信号であってもよい。また、パイロット信号Ｐａの送信オフセットの値は、基地局毎に異なっていてもよい。この場合、パイロット信号Ｐａの送信元となる主基地局が、周期的に送信するビーコン信号などによって、自局で適用するオフセットの値を従基地局に報知しておく。オフセット値を定期的なビーコン信号で報知する代わり、基地局が、基地局協調すべき他の基地局にオフセット値を問い合わせるようにしてもよい。
【００４８】
図７は、本発明の第２実施例として、基地局１０Ａ、１０Ｂからの送信信号を２つの端末５０−１、５０−２で同期させる場合に遅延時間測定期間で実行される通信シーケンスを示す。ここでは、基地局１０Ｂが、端末５０−ｉの受信信号を同期させるために必要とする時間差Ｔ１、Ｔ２を、Ｔ１（ｉＢ）、Ｔ２（ｉＢ）と標記する。
【００４９】
基地局１０Ａ、１０Ｂからの送信信号を端末５０−１で同期させるために基地局１０Ｂが必要とする時間差Ｔ１（１Ｂ）、Ｔ２（１Ｂ）は、従基地局１０Ｂが、ＳＱ０１〜ＳＱ０４で、図５で説明したステップＳ１１〜Ｓ１６を実行することによって得られる。また、基地局１０Ａ、１０Ｂからの送信信号を端末５０−２で同期させるために必要な時間差Ｔ１（２Ｂ）、Ｔ２（２Ｂ）も、Ｔ１（１Ｂ）、Ｔ２（１Ｂ）と同様の方法で得ることができる。
【００５０】
すなわち、主基地局１０Ａから送信されたＳＹＮＣパイロット信号に対して、端末５０−２が、所定時間後にＳＹＮＣ応答を返信し（ＳＱ１２）、従基地局１０Ｂから送信されたＳＹＮＣパイロット信号に対しても、端末５０−２が、所定時間後にＳＹＮＣ応答を返信（ＳＱ１４）すればよい。この場合、端末５０−１が返信したＳＹＮＣ応答と、端末５０−２が返信したＳＹＮＣ応答とが衝突するのを回避するために、端末５０−２には、端末５０−１の待ち時間Ｔとは異なる待ち時間で、ＳＹＮＣ応答を返送させる。
【００５１】
図７では、端末５０−１の待ち時間をＴ、端末５０−２の待ち時間を２Ｔに設定している。各端末の待ち時間は、例えば、端末をアソシエーションメッセージによって基地局に接続する時、基地局制御装置から明示的に割り当てればよい。各端末が、端末ＩＤの値と対応付けられた固有の待ち時間を利用するようにしてもよい。
【００５２】
複数端末から送信された応答パケットの衝突回避に必要なミニスロット時間をＴ、端末における応答パケットの送信待ち時間をｋＴとし、ｋＴの最大値がＴＤＭＡスロットに収まる範囲内で、ｋを一様乱数によって決定するようにしてもよい。但し、各端末は、遅延時間測定期間内では、ｋの値を一定値に保持しなければならない。
【００５３】
遅延時間測定期間には、従基地局１０Ｂと同様に、主基地局１０Ａも、端末５０−１用の遅延時間情報Ｔ１（１Ａ）、Ｔ１（２Ａ）と、端末５０−２用の遅延時間情報Ｔ１（２Ａ）、Ｔ２（２Ａ）を取得できるため、複数端末にデータ送信する場合も、基地局協調送信期間内に主基地局と従基地局を切り換えることができる。
本実施例では、基地局１０Ｂ（１０Ａ）は、ＳＹＮＣ応答の受信時に、受信したＳＹＮＣ応答に含まれる端末ＩＤを識別して、遅延時間情報Ｔ１（ｉ）、Ｔ２（ｉ）を端末５０−ｉのＩＤと対応付けて記憶しておく。
【００５４】
図８は、第２実施例の基地局協調送信期間における端末５０−１、５０−２へのデータ送信を示す。
主基地局１０Ａは、ＴＤＭＡスロット３の基準タイミングｔ１で、端末５０−１宛のデータ信号Ｓａ１と、端末５０−２宛のデータ信号Ｓａ２を送信する。データ信号Ｓａ１は、伝播遅延時間Ｔａ１後に、端末５０−１で受信され、データ信号Ｓａ２は、伝播遅延時間Ｔａ２後に、端末５０−２で受信される。
【００５５】
従基地局１０Ｂは、図４で説明した第１実施例と同様、主基地局１０Ａからのパイロット信号Ｐａの受信時刻ｔ２を基準にして、端末５０−１宛のデータ信号Ｓｂ１は、ΔＴ（１）＝Ｔ２（１Ｂ）−Ｔ１（１Ｂ）だけずれたタイミングｔ０１で送信し、端末５０−２宛のデータ信号Ｓｂ２は、ΔＴ（２）＝Ｔ２（２Ｂ）−Ｔ１（２Ｂ）だけずれたタイミングｔ０２で送信する。
【００５６】
データ信号Ｓｂ１は、伝播遅延時間Ｔｂ１後に、端末５０−１で受信され、図５で説明した原理によって、端末５０−１でデータ信号Ｓａ１と同期する。同様に、データ信号Ｓｂ２は、伝播遅延時間Ｔｂ２後に、端末５０−２で受信され、端末５０−２でデータ信号Ｓａ２と同期する。端末５０−１（５０−２）では、基地局１０Ａ、１０Ｂから別々に送信されたデータ信号の受信タイミングがガードインターバルの時間幅内で揃っているため、Successive Interference Cancelによって干渉成分を除去して、所望の信号Ｓａ１、Ｓｂ１（Ｓａ２、Ｓｂ２）を復号することが可能となる。
【００５７】
図９は、本発明による同期制御機能を備えた基地局１０（１０Ａ、１０Ｂ、・・・）の１実施例を示す。
基地局１０は、無線信号を送受信するための複数のアンテナ１１０（１１０ａ〜１１０ｄ）を備えた無線部１１と、無線部１１に接続されたモデム部１２と、モデム部１２に接続された制御部１８および局間インタフェース１９とからなっている。
【００５８】
無線部１１は、アンテナ１１０（１１０ａ〜１１０ｄ）に接続された送受信切替え機能をもつ共用器１１１（１１１ａ〜１１１ｄ）と、共用器１１１（１１１ａ〜１１１ｄ）に接続された受信器１１２（１１２ａ〜１１２ｄ）および送信器１１３（１１３ａ〜１１３ｄ）からなる。受信器１１２ｉ（ｉ＝ａ〜ｄ）は、アンテナ１１０ｉからの受信信号をフィルタリング処理し、ベースバンド帯域のアナログ信号に変換した後、ディジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）して、モデム部１２に出力する。一方、送信器１１３ｉ（ｉ＝ａ〜ｄ）は、モデム部１２から出力されたディジタル信号をアナログ信号に変換（Ｄ／Ａ変換）し、周波数帯域の変換と電力増幅を行った後、共用器１１１ｉに出力する。
【００５９】
モデム部１２は、無線部１１の複数の受信器１１２ａ〜１１２ｄから並列的に受信信号が入力される受信部１３と、無線部１１の複数の送信器１１３ａ〜１１３ｄに接続された送信タイミング制御部１４と、送信タイミング制御部１４に接続された多重化回路１５と、多重化回路１５に接続されたパイロット生成部１６および送信部１７とからなる。
【００６０】
受信部１３は、ＭＩＭＯ復調器１３１と、パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換器１３２と、誤り訂正復号器１３３とを含む。また、送信部１７は、複数の誤り訂正復号器１７１（１７１ａ〜１７１ｃ）と、誤り訂正復号器１７１ａ〜１７１ｃの出力を多重化する多重化回路１７２と、多重化回路１７２から出力されるシリアル信号をパラレル信号に変換するＳ／Ｐ変換器１７３と、Ｓ／Ｐ変換器１７３に接続されたＭＩＭＯ変調器１７４を含んでいる。
【００６１】
無線部の受信器１１２ａ〜１１２ｄから出力された受信信号は、モデム部１２の受信部１３に並列的に入力され、ＭＩＭＯ復調器１３１によって、複数のアンテナに分配された複数端末からの送信信号が復元される。復元された複数アンテナ数分の信号は、Ｐ／Ｓ変換器１３２によって復号可能なデータに変換され、誤り訂正復号器１３３によって誤り訂正復号処理を施した後、受信データとして制御部１８に出力される。
【００６２】
制御部１８では、信号分離回路１８１によって、受信部１３から出力された受信信号から制御信号と、ユーザデータと、ＳＹＮＣパイロットおよびＳＹＮＣ応答信号とを分離する。制御信号は、主制御部１８４に入力され、制御信号に応じたプロトコル処理が行われる。ユーザデータは、局間インタフェース１９に入力され、多重化回路１９２で、主制御部１８４から出力された制御信号と多重化した後、基地局制御装置２０に送信される。ＳＹＮＣパイロットとＳＹＮＣ応答信号は、パイロット信号処理部１８２に入力される。
【００６３】
制御部１８は、ＳＹＮＣパイロットとＳＹＮＣ応答信号の受信時刻を記憶するための遅延制御情報ファイル１８３を備えている。遅延制御情報ファイルには、同期制御に必要な時刻情報と、時間差情報（ΔＴ）と、基地局が協調制御モードで動作中か否かを示す制御モード情報も記憶される。主制御部１８４は、基地局制御装置２０からの制御信号によって制御モード情報を受信すると、これを遅延制御情報ファイル１８３に記憶する。上記制御モード情報を参照することによって、基地局１０が、協調制御における主基地局１０Ａとして動作すべきか、従基地局１０Ｂとして動作すべきか判る。
【００６４】
基地局制御装置２０から受信したデータは、局間インタフェース１９の信号分離回路１９１によって、端末別の複数のデータストリームに分離される。端末毎に分離されたデータストリームは、送信部１７の誤り訂正符号器１７１ｂ、１７１ｃに入力され、各誤り訂正符号器で、誤り訂正用の冗長コードを付加した符号化データに変換される。図では、データストリーム数が２の場合を示しているが、データストリーム数が３以上の場合は、誤り訂正符号器の個数を増加すればよい。
【００６５】
主制御部１８４で生成された端末宛の制御信号は、誤り訂正符号器１７１ａで、誤り訂正用の冗長コードを付加した符号化データに変換される。誤り訂正符号器１７１ａ〜１７１ｃの出力は、多重化回路１７２で多重化した後、Ｓ／Ｐ変換器１７３に入力される。Ｓ／Ｐ変換器１７３は、送信信号を複数アンテナ１１０ａ〜１１０ｄに分配できるように、多重化回路１７２の出力信号を複数列の信号にＳ／Ｐ変換する。Ｓ／Ｐ変換器１７３から出力されたパラレル信号は、ＭＩＭＯ変調器１７４に入力され、各端末でＭＩＭＯ復調できるように変調される。ＭＩＭＯ変調器１７４には、例えば、リニアプロセシングやTomlinson-Harashima Precodingなど、公知の変調方法を適用できる。
【００６６】
パイロット生成部１６は、主制御部１８４から指示されたタイミングでＳＹＮＣパイロット信号を生成する。パイロット生成部１６で生成されたＳＹＮＣパイロット信号と、送信部１７のＭＯＭＯ変調器１７４から出力されたデータ信号は、多重化回路１５で多重化した後、送信タイミング制御部１４に出力される。
【００６７】
送信タイミング制御部１４は、ＴＤＭＡスロット（ＴＤＭＡフレーム）の生成機能を備えており、遅延制御情報ファイル１８３に記憶された制御モード情報を参照して、基地局が基地局協調モードで動作中は、ＴＤＭＡスロットの開始タイミング（基準タイミング）で、スロット番号と時刻ｔ１を制御部１８の主制御部１８４に通知する（信号Ｃ１）。主制御部１８４は、基地局間の遅延期間Ｔａｂを算出するため、送信タイミング制御部１４から通知されたＴＤＭＡスロットの開始時刻ｔ１を遅延制御情報ファイル１８３に記憶する。
【００６８】
制御部１８のパイロット信号処理部１８２は、信号分離回路１８１からＳＹＮＣパイロットを受信すると、ＳＹＮＣパイロットの受信時刻を送信元基地局のＩＤと対応付けて遅延制御情報ファイル１８３に格納する。また、ＳＹＮＣ応答信号を受信すると、送信元端末のＩＤと受信時刻を上記ＳＹＮＣパイロットの送信元基地局のＩＤと対応付けて、遅延制御情報ファイル１８３に格納し、主制御部１８４にＳＹＮＣ応答の受信を通知する。
【００６９】
ＳＹＮＣ応答の受信を通知された主制御部１８４は、遅延制御情報ファイル１８３を参照して、ＳＹＮＣパイロットの受信時刻とＳＹＮＣ応答信号の受信時刻の時間差を算出し、自局の制御モードを判定する。
【００７０】
制御モードが主基地局となっていた場合、主制御部１８４は、ＳＹＮＣパイロット受信時刻とＳＹＮＣ応答信号の受信時刻の時間差をＴ１またはＴ２として遅延制御情報ファイル１８３に記憶し、ＴＤＭＡスロット２の開始時刻と、ＴＤＭＡスロット２で受信したＳＹＮＣパイロットの受信時刻とから、Ｔｂａの値を算出して、これを遅延制御情報ファイル１８３に記憶する。また、Ｔ１の値が特定された時、時間差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）を計算して、遅延制御情報ファイル１８３に記憶する。
【００７１】
制御モードが従基地局となっていた場合、主制御部１８４は、ＳＹＮＣパイロットの受信時刻とＳＹＮＣ応答信号の受信時刻の時間差をＴ１またはＴ２として遅延制御情報ファイル１８３に記憶し、ＴＤＭＡスロット１の開始時刻と、ＴＤＭＡスロット１で受信したＳＹＮＣパイロットの受信時刻とから、Ｔａｂの値を算出して、これを遅延制御情報ファイル１８３に記憶する。また、Ｔ２の値が特定された時点で、時間差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）を計算して、遅延制御情報ファイル１８３に記憶する。
【００７２】
送信タイミング制御部１４は、遅延制御情報ファイル１８３に記憶された制御モード情報を参照し、自局が協調制御における主基地局となっていた場合は、基地局協調送信期間の各ＴＤＭＡタイムスロットにおいて、図５に示した基地局１０Ａの送信タイミングｔ１で、多重化回路１５の出力データを無線部１１に出力し、自局が従基地局となっていた場合は、時間調整された送信タイミングｔ０で、多重化回路１５の出力を無線部１１に出力する。
【００７３】
図７で説明したように、複数の端末を同期制御の対象とする場合、例えば、送信部１７の多重化回路１７２で、図８に示したΔＴ（１）とΔＴ（２）との時間差に応じて、各端末宛のデータ信号を時間調整すればよい。
例えば、図８に示したように、端末５０−１宛のデータ信号Ｓｂ１の調整時間ΔＴ（１）＝Ｔ２（１）−Ｔ１（１）が、端末５０−２宛のデータ信号Ｓｂ２の調整時間ΔＴ（２）＝Ｔ２（２）−Ｔ１（２）よりも大きい場合、Δｔ＝ΔＴ（１）−ΔＴ（２）に相当する期間、データ信号Ｓｂ２の前にダミーデータを挿入する。
【００７４】
具体的には、例えば、誤り訂正符号器１７１ｂにデータ信号Ｓｂ１が供給され、誤り訂正符号器１７１ｃにデータ信号Ｓｂ２が供給されていた場合、データ信号Ｓｂ１の最初のΔｔ期間は、多重化回路１７２に、誤り訂正符号器１７１ｃの出力の代わりに０信号列をデータ信号Ｓｂ１と多重化させ、Δｔ期間が経過したら、誤り訂正符号器１７１ｃから出力されるデータ信号Ｓｂ２をデータ信号Ｓｂ１と多重化させる。この場合、送信タイミング制御部１４は、多重化回路１５の出力信号をΔＴ（１）の値に応じて調整したタイミングｔ０で、無線部１１に出力すればよい。
【００７５】
誤り訂正符号器１７１ｂ、１７１ｃの出力を制御する代わりに、誤り訂正符号器１７１ｂ、１７１ｃの前段にバッファメモリを配置しておき、バッファメモリから誤り訂正符号器１７１ｂ、１７１ｃへのデータ供給をΔｔ＝ΔＴ（１）−ΔＴ（２）に応じて制御するようにしてもよい。
【００７６】
前者のように、データストリーム間の位相を送信部１７の多重化回路１７２で調整する場合は、多重化回路１７２を送信タイミング制御部１４で制御し、後者のように、データ信号間の位相を誤り訂正符号器１７１ｂ、１７１ｃの前段で調整する場合は、バッファメモリからのデータの読み出しを主制御部１８４で制御すればよい。
【００７７】
図１０は、端末５０の１実施例を示す。
各端末５０は、無線部５１と、無線部５１に接続されたモデム部５２と、モデム部５２に接続された制御部５８およびコーデック（ＣＯＤＥＣ）５９とからなる。
無線部５１のアンテナ本数は、基地局より少数でよく、本実施例では、無線部５１が２本のアンテナ５１０ａ、５１０ｂを備えている。アンテナ５１０ａ（５１０ｂ）には、共用器５１１ａ（５１１ｂ）を介して、受信器５１２ａ（５１２ｂ）と送信器５１３ａ（５１３ｂ）とが接続されている。
【００７８】
モデム部５２は、基地局と同様、無線部５１の受信器５１２ａ、５１２ｂから並列的に受信信号が入力される受信部５３と、無線部５１の送信器５１３ａ、５１３ｂに接続された送信タイミング制御部５４と、送信タイミング制御部５４に接続された多重化回路５５と、多重化回路５５に接続されたパイロット生成部５６および送信部５７とからなる。
【００７９】
受信部５３は、ＭＩＭＯ復調器５３１と、Ｐ／Ｓ変換器５３２と、誤り訂正復号器５３３とを含み、送信部５７は、誤り訂正復号器５７１ａ、５７１ｂと、これらの誤り訂正復号器の出力を多重化する多重化回路５７２と、多重化回路５７２に接続されたＳ／Ｐ変換器５７３と、Ｓ／Ｐ変換器５７３に接続されたＭＩＭＯ変調器５７４を含んでいる。
コーデック（ＣＯＤＥＣ）５９は、図示しない音声通話機能部に接続され、携帯電話で規定の音声符号化／復号化処理を行う。音声通話機能部から出力された音声信号は、コーデック５９で符号化した後、誤り訂正復号器５７１ｂに入力される。
【００８０】
制御部５８は、受信部５３に接続された信号分離回路５８１と、信号分離回路５８１に接続されたパイロット信号処理部５８２および主制御部（プロセッサ）５８４と、内部バス５８５を介して主制御部（プロセッサ）５８４に接続されたストレージ５８３と、内部バス５８５に接続された外部インタフェース５８６とを含んでいる。外部インタフェース５８６には、図示しない表示装置や入力キーなどの入出力装置が接続される。ストレージ５８３には、主制御部５８４が実行する各種のアプリケーションプログラムやデータが格納される。
【００８１】
信号分離回路５８１は、受信部５３から出力された信号の種類を識別し、音声信号はコーデック５９、ＳＹＮＣパイロットはパイロット信号処理部５８２、音声以外のユーザデータと制御信号は主制御部５８４に出力する。主制御部５８４は、制御信号を受信すると、制御信号に応じたプロトコル処理を実行し、ユーザデータを受信すると、受信データに対応したアプリケーションプログラムを実行する。例えば、モデム部５２から動画データが入力された場合、主制御部５８４は、受信データをＭＰＥＧなどの画像復号化ルーチンで復号化した後、インタフェース５８６を介して、表示画面に出力する。受信データを不ストレージに一旦格納した後、画像の復号化してもよい。また、画像の復号化は、専用のハードウエアで実行してもよい。
【００８２】
本実施例では、送信タイミング制御部５４によって、端末から基地局に送信されるデータの送信タイミングを伝播遅延に応じて調整できるようにしている。送信タイミングの調整に必要な遅延制御情報は、基地局１０と同様、パイロット信号処理部５８２と主制御部５８４によって、ストレージ５８３に格納される。伝播遅延に応じたデータ送信タイミング調整が不要であれば、ストレージ５８３に遅延制御情報を格納する必要はない。
【００８３】
端末５０は、図６で説明したように、基地局からＳＹＮＣパイロットを受信した時、一定時間後にＳＹＮＣ応答を送信する必要がある。本実施例では、パイロット信号処理部５８２は、ＳＹＮＣパイロットを検出すると、ＳＹＮＣパイロットの送信元情報と受信時刻をストレージ５８３の送信制御情報エリアに記憶し、主制御部５８４にＳＹＮＣ応答の送信要求を出力する。主制御部５８４は、パイロット信号処理部５８２からＳＹＮＣ応答の送信要求を受信すると、ストレージ５８３の送信制御情報エリアに記憶されたＳＹＮＣパイロット受信時刻を参照し、所定の待ち時間Ｔが経過したタイミングで、パイロット生成部５６にＳＹＮＣ応答の生成を指示する。待ち時間Ｔは、端末毎に異なった値となっており、送信制御情報エリアに記憶されている。尚、ＳＹＮＣパイロットの受信時刻の記憶を主制御部５８４で行う場合、パイロット信号処理部５８２を省略して、信号分離回路５８１から主制御部５８４に直接的にＳＹＮＣパイロットを通知すればよい。
【００８４】
本発明によれば、それぞれが複数のアンテナを備える複数の基地局から同一端末宛に送信されたデータ信号が、基地局協調によって送信タイミング制御されているため、端末５０では、異なる基地局から並列的に送信されたデータ信号を、あたかも同一基地局から並列的に送信されたデータ信号のように、受信タイミングがガードインターバルの時間幅内に揃った並列データ信号として受信できる。そのため、基地局側の見かけ上の送信アンテナ数を増大でき、システム全体のスループットと、ユーザ端末あたりのスループットを向上することが可能となる。
【００８５】
図１１、本発明の基地局協調制御によるスループット増大効果を示すグラフである。
ここでは、基地局１０Ａと１０Ｂが、それぞれ４本のアンテナを備え、ユーザ端末５０（５０−１、５０−２、５０−３、・・・）も、それぞれ４本のアンテナを備えた場合を想定している。図１１において、横軸はユーザ端末数を表し、縦軸は、図１に示した基地局１０Ａと１０Ｂで構成される無線通信システムの全体スループットをユーザ端末数で除算して得られる１ユーザ端末当たりのスループットの平均値を表している。
【００８６】
グラフ１が示すように、基地局１０Ａが単独でデータ送信した場合（送信アンテナ数：４）、通信相手となるユーザ端末数が４台の時は、１ユーザ端末当たりのスループット平均値は１０ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚとなり、ユーザ端末数が増えるに従って、１ユーザ端末当たりのスループット平均値は減少する。これに対し、グラフ２が示すように、基地局制御装置２０ａを介して基地局１０Ａと基地局１０Ｂを連携させ、データ送信を協調制御した場合、基地局側のトータルの送信アンテナ数を８本に増大できるため、通信相手となるユーザ端末数が４台の時は、１ユーザ端末当たりのスループット平均値を２０ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚに増加できる。従って、本発明の基地局協調制御により、データを並列送信するための基地局側の有効アンテナ数を増やすことによって、通信システム全体のスループットを増加できることが分かる。
【００８７】
尚、上述した実施例では、遅延時間測定期間内の第１のＴＤＭＡスロット１で、主基地局１０ＡがＳＹＮＣパイロットを送信し、第２のＴＤＭＡスロット２で従基地局１０ＢがＳＹＮＣパイロットを送信することによって、主基地局１０Ａと従基地局１０Ｂが、同期制御に必要な時間差情報を取得しているが、ＳＹＮＣパイロットの代わりに、基地局１０Ａ、１０Ｂが、ＴＤＭＡスロットの基準タイミングで定期的に送信される他の種類の信号フレームを同期制御信号として、端末５０に応答信号の返信を要求し、Ｔ１、Ｔ２を測定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明が適用される無線通信システムの１例を示す図。
【図２】２つの基地局が連携してデータ信号を送信した場合の問題点を説明するための図。
【図３】本発明による複数基地局の協調制御に必要な遅延時間測定について説明するための図。
【図４】遅延期間測定期間と基地局協調送信期間の関係を示す図。
【図５】２つの基地局から１つの端末にデータ送信する場合の本発明による送信タイミング制御を説明するための図。
【図６】遅延期間測定期間に実行される通信シーケンスの第１の実施例を示す図。
【図７】遅延期間測定期間に実行される通信シーケンスの第２の実施例を示す図。
【図８】２つの基地局から複数の端末にデータ送信する場合の本発明による送信タイミング制御を説明するための図。
【図９】基地局１０の１実施例を示す構成図。
【図１０】端末５０の１実施例を示す構成図。
【図１１】本発明の効果を説明するための図。
【符号の説明】
【００８９】
１０：基地局、２０：基地局制御装置、２２：ゲートウェイ、５０：端末、
１１、５１：無線部、１２、５１：モデム部、１３、５３：受信部、
１４、５４：送信タイミング制御部、１５、５５：多重化回路、
１６、５６：パイロット生成部、１７、５７：送信部、１８、５８：制御部、
１９：局間インタフェース、１１０、５１０：アンテナ、
１３１、５３１：ＭＩＭＯ復調器、１３２、５３２：Ｐ／Ｓ変換器、
１３３、５３３：誤り訂正復号器、１７１、５７１：誤り訂正符号器、
１７２、５７２：多重化回路、１７３、５７３：Ｓ／Ｐ変換器、
１７４、５７４：ＭＩＭＯ変調器、１８１、５８１：信号分離回路、
１８２、５８２：パイロット信号処理部、１８４、５８４：主制御部、
１８３：遅延制御情報ファイル。
【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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