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JP2015162884A - Temporal synchronization establishment method - Google Patents

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JP2015162884A
JP2015162884A JP2014038911A JP2014038911A JP2015162884A JP 2015162884 A JP2015162884 A JP 2015162884A JP 2014038911 A JP2014038911 A JP 2014038911A JP 2014038911 A JP2014038911 A JP 2014038911A JP 2015162884 A JP2015162884 A JP 2015162884A
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Japan
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timing
transmitter
node
time
time synchronization
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JP2014038911A
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Japanese (ja)
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修 田久
Osamu Taku
修 田久
威生 藤井
Takeo Fujii
威生 藤井
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Shinshu University NUC
University of Electro Communications NUC
Original Assignee
Shinshu University NUC
University of Electro Communications NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem of wireless communication where a star network may be constituted of a large number of pairs of a receiver (FC) and a transmitter (node) that it lacks scalability when an intrinsic signal is used in order to establish timing synchronization of each transmitter, because the number of terminals capable of participating to the network is limited.SOLUTION: A temporal synchronization establishment method proposes a method for establishing temporal synchronization (timing offset compensation) which allows a plurality of nodes to use the same specific series. According to the temporal synchronization establishment method, a node can recognize the timing difference from other node, by informing all nodes of the arrival timing of a signal transmitted from a node. The transmission timing of the own node is random access based on a random number. Since a node can define the access timing autonomously, the number of nodes is not limited, and a temporal synchronization establishment method of high scalability can be provided.

Description

本発明は、無線通信システムにおける、時間同期確立方法に関する。   The present invention relates to a method for establishing time synchronization in a wireless communication system.

無線通信システムでは、多数の無線端末(ノード)が1つの拠点(基地局:FC)にアクセスするスター型のネットワーク形態が多い。その一例として、例えば携帯電話やスマートフォンなどの移動通信システム、屋内環境の無線LAN(Wi-Fi)、センシング情報を集約するセンサネットワークなどがある。スター型ネットワークで通信を確立する際に、各ノードの時間タイミング同期が求められる。これは、センシング結果の時間整合性を確保するアプリケーション側からの要求と、無線アクセスプロトコルや変復調処理などの無線通信システム側からの要求の両側面からあり、高いタイミング同期精度が求められる。   In a wireless communication system, there are many star-type network forms in which a large number of wireless terminals (nodes) access one base (base station: FC). Examples thereof include mobile communication systems such as mobile phones and smart phones, wireless LANs (Wi-Fi) in indoor environments, and sensor networks that aggregate sensing information. When establishing communication in a star network, time timing synchronization of each node is required. This is from both sides of a request from the application side that ensures time consistency of sensing results and a request from the wireless communication system side such as a radio access protocol and modulation / demodulation processing, and high timing synchronization accuracy is required.

スター型のネットワークにおけるタイミング同期確率法として、クローズドループ型のタイミング同期制御が有力である。クローズドループ型のタイミング同期制御では、FCが一定のコマンドを通知して、同期を確保するノードに制御信号の発信を促す。ノードは、コマンドに記された時刻において制御信号を送信する。その結果、FCでは様々な制御信号を受信する際、信号の到来タイミング差を評価して、各ノードにタイミング補正に必要な補正量を通知する(非特許文献1)。   As a timing synchronization probability method in a star type network, closed loop type timing synchronization control is promising. In closed-loop timing synchronization control, the FC notifies a certain command and prompts a node that ensures synchronization to transmit a control signal. The node transmits a control signal at the time indicated in the command. As a result, when receiving various control signals, FC evaluates the arrival timing difference of the signals and notifies each node of the correction amount necessary for timing correction (Non-patent Document 1).

庄納 崇 編著WiMAX教科書,インプレスR&D 2008年Edited by Takashi Shono, WiMAX textbook, Impress R & D 2008

しかし、上記の方法では各ノードの信号を分離するため、自己相関性および相互相関性の優れた信号系列が必要になる。このように各ノードが固有の信号系列を利用するためには、送受信機であらかじめ定められた系列を規定していなければならず、ノード数の拡張性に制限を与える。このため、ノード数が多数となる場合、あるいはノード数が大きく変化するダイナミックな無線ネットワークに対しては適用が困難となる。   However, in the above method, since the signal of each node is separated, a signal sequence having excellent autocorrelation and cross-correlation is required. In this way, in order for each node to use a unique signal sequence, a sequence predetermined by the transmitter / receiver must be defined, which limits the expandability of the number of nodes. For this reason, it becomes difficult to apply to a dynamic wireless network in which the number of nodes becomes large or the number of nodes changes greatly.

本発明は、無線通信システムにおいて、ノードの数が多数となった場合でも、効率の良い時間同期確立方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an efficient time synchronization establishment method even when the number of nodes in a wireless communication system becomes large.

前記目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項1に記載された時間同期確立方法は、送信機と受信機との無線通信における時間同期確立法であって、
1.送信機が、所定の通知時間に所定の送信タイミングで制御信号を送信する制御信号通知ステップと、2.前記受信機が、前記制御信号の量子化を行い、受信機の受信タイミングを周波数としてタイミングマップに記録する記録ステップと、3.前記受信機が、前記タイミングマップを前記送信機に通知するタイミングマップ通知ステップと、4.前記送信機が通知された前記タイミングマップから自己のタイミングを特定する特定ステップと、5.前記送信機が特定した前記自己のタイミングに基づいて、自己の前記送信タイミングを補正する補正ステップと、を備えることを特徴とする。
The time synchronization establishment method according to claim 1, which has been made to achieve the object, is a time synchronization establishment method in wireless communication between a transmitter and a receiver,
1. a control signal notification step in which a transmitter transmits a control signal at a predetermined transmission timing at a predetermined notification time; and 2. the receiver quantizes the control signal and sets the reception timing of the receiver to a frequency. A recording step for recording in the timing map as follows: 3. a timing map notification step for the receiver to notify the transmitter of the timing map; and 4. a timing from the timing map to which the transmitter is notified. A specifying step of specifying; and 5. a correcting step of correcting the transmission timing of the transmitter based on the timing of the transmitter specified by the transmitter.

また、特許請求の範囲の請求項2に記載された時間同期確立方法は、特許請求の範囲の請求項1に記載されたものであって、1.から5.を繰り返すことを特徴とする。   In addition, the time synchronization establishment method described in claim 2 of the claims is described in claim 1 of the claims, and is characterized by repeating steps 1 to 5.

また、特許請求の範囲の請求項3に記載された時間同期確立方法は、特許請求の範囲の請求項1または2に記載されたものであって、前記送信タイミングが、送信機がランダムに定めたタイミングであることを特徴とする。   The time synchronization establishment method described in claim 3 of the claims is the method described in claim 1 or 2 of the claims, wherein the transmission timing is determined randomly by a transmitter. It is characterized by the timing.

また、特許請求の範囲の請求項4に記載された時間同期確立方法は、特許請求の範囲の請求項1から3のいずれか1項に記載されたものであって、前記特定ステップにおいて、前記送信機が自己の送信タイミングから、周波数として記録される記録位置を推定し、該記録位置に帯域を限定して受信することを特徴とする。   Further, the time synchronization establishment method described in claim 4 of the claims is described in any one of claims 1 to 3 of the claims, and in the specifying step, The transmitter estimates a recording position recorded as a frequency from its own transmission timing, and receives a band limited to the recording position.

また、特許請求の範囲の請求項5に記載された時間同期確立方法は、特許請求の範囲の請求項1から4のいずれか1項に記載されたものであって、前記受信機が前記通知時間のリクエストを前記送信機に通知する通知時間通知ステップをさらに備えることを特徴とする。   Further, the time synchronization establishment method described in claim 5 of the claim is the one described in any one of claims 1 to 4 of the claim, wherein the receiver notifies the notification. A notification time notification step of notifying the transmitter of a time request is further provided.

また、特許請求の範囲の請求項6に記載された時間同期確立方法は、特許請求の範囲の請求項1から5のいずれか1項に記載されたものであって、前記制御信号のうち、最初に送信された制御信号からタイミング差の最大値を検出し、該最大値を所定の量子化数で除算することで量子化間隔を決定する量子化間隔決定ステップをさらに備えることを特徴とする。   Further, the time synchronization establishment method described in claim 6 of the claim is the one described in any one of claims 1 to 5 of the claim, wherein the control signal includes: The method further comprises a quantization interval determining step of detecting a maximum value of the timing difference from the control signal transmitted first, and determining the quantization interval by dividing the maximum value by a predetermined quantization number. .

本発明によれば、無線通信システムにおいて、ノードの数が多数となった場合でも、効率の良い時間同期確立方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an efficient time synchronization establishment method even when the number of nodes is large in a wireless communication system.

無線センサネットワークのモデルとタイミング補正の流れの図である。It is a figure of the model of a wireless sensor network, and the flow of timing correction. 制御信号の分離と周波数マッピングのイメージ図である。It is an image figure of separation of a control signal and frequency mapping. ノードによるタイミング認識のイメージ図である。It is an image figure of the timing recognition by a node. 本発明の形態の一例の処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the process of an example of the form of this invention. ステージ数に対するタイミングオフセット量を表すグラフである。It is a graph showing the timing offset amount with respect to the number of stages. 各ステージ終了後の累積ターン数を表すグラフである。It is a graph showing the number of accumulation turns after the end of each stage. タイミング誤差1%を達成するのに必要なターン数を表すグラフである。It is a graph showing the number of turns required to achieve a timing error of 1%. ステージ数に対する正規化タイミング誤差の特性を表すグラフである。It is a graph showing the characteristic of the normalization timing error with respect to the number of stages.

以下、本発明を実施するための形態を説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.

図1に検討するセンサネットワークのモデルを示す。本発明では、センシング端末(ノード)が複数存在し、1つの受信機(FC)にセンシング結果を無線通信で通知するスター型の無線センサネットワークを想定する。すべてのノードは同一の周波数帯を共有していると仮定する。ノードからFCへの無線アクセスおよびその反対のアクセスを上り回線と下り回線と称する。ノードは変復調処理をできる限り簡易にするため、信号の変復調処理の周波数帯域をFCの変復調処理に比べて狭く設定している。   Figure 1 shows the model of the sensor network considered. In the present invention, a star-type wireless sensor network is assumed in which a plurality of sensing terminals (nodes) are present and a sensing result is notified to one receiver (FC) by wireless communication. Assume that all nodes share the same frequency band. Wireless access from the node to the FC and vice versa access are referred to as uplink and downlink. In order to simplify the modulation / demodulation process as much as possible, the node sets the frequency band of the signal modulation / demodulation process narrower than the modulation / demodulation process of the FC.

ノードは時間送信タイミングを決定する時間クロックを有しているとしている。この時間クロックを利用して、センシングのタイミングの決定から無線通信におけるアクセスタイミングを決定している。時間クロックは、温度や端末の個体差などによってノード毎に差異(オフセット)があり、これに伴いノード間のアクセスタイミング誤差(タイミングオフセット)が発生する。   The node is assumed to have a time clock that determines the time transmission timing. Using this time clock, the access timing in wireless communication is determined from the determination of sensing timing. The time clock has a difference (offset) for each node due to temperature, individual differences of terminals, and the like, and accordingly, an access timing error (timing offset) between nodes occurs.

本発明に係る時間同期方法では、タイミングオフセットを解消するため、制御信号による通信を行い、各ノードに自己のタイミングオフセットを認識させる。各ノードは、認識した自己のタイミングオフセットに基づいて、送信タイミングを補正することにより、ノード間でのタイミングオフセットを解消させる。   In the time synchronization method according to the present invention, in order to eliminate the timing offset, communication using a control signal is performed so that each node recognizes its own timing offset. Each node corrects the transmission timing based on the recognized own timing offset, thereby eliminating the timing offset between the nodes.

前記の制御信号による通信では、各ノードが他のノードとのタイミングオフセットを認識する必要があるため、同一の時間に制御信号を送信する必要がある。同一時間での一斉送信を実現する方法の一例として、例えば、時間同期処理の開始時、FCが全ノードに対して制御信号のリクエストを送信する方法が挙げられる。この際、リクエスト信号に制御信号を送信する時刻が記載されていることで、各ノードは、自己の時間クロックを参照して、指定された時刻に制御信号を送信することが可能になる。   In the communication using the control signal, each node needs to recognize a timing offset with another node, and therefore it is necessary to transmit the control signal at the same time. As an example of a method for realizing simultaneous transmission at the same time, for example, a method in which the FC transmits a request for a control signal to all nodes at the start of time synchronization processing can be cited. At this time, since the time at which the control signal is transmitted is described in the request signal, each node can transmit the control signal at the designated time with reference to its own time clock.

上記リクエスト処理を行った結果、FCには、定められた時刻を中心にして時間軸に広がったタイミングで制御信号が到来する。この場合のタイミングオフセットは不規則であるため、すべての制御信号が混信しているコンテンション状態となる。このため、FCは受信信号から、制御信号の自己相関性を利用して、信号の分離を図る。また、これと同時にFCは分離された信号のタイミングを記録するマッピング処理を行う。   As a result of performing the above request processing, a control signal arrives at the FC at a timing that spreads around the time axis with a predetermined time as the center. Since the timing offset in this case is irregular, a contention state in which all control signals are interfering is obtained. For this reason, the FC attempts to separate the signal from the received signal using the autocorrelation of the control signal. At the same time, the FC performs a mapping process for recording the timing of the separated signal.

図2に受信信号から到来タイミングの分離とマッピングの処理のイメージ図を示す。受信信号(a)とFCで局所発生した制御信号(b)を決められた時間毎に相関をとり、信号の有無を判断する。このように時間軸にスライドしながら信号の到来を認識する方法をスライディングウィンドウ(SW)型のタイミング検出という。   FIG. 2 shows an image diagram of the process of separating and mapping the arrival timing from the received signal. The received signal (a) and the control signal (b) generated locally in the FC are correlated at predetermined time intervals to determine the presence or absence of the signal. This method of recognizing the arrival of a signal while sliding along the time axis is called sliding window (SW) type timing detection.

各時間別に相関検出した結果、閾値以上の相関値が認められた場合には、信号が到来したと認識する。そして、認識の有無は決められた時間に対応する周波数成分(c)の有無で表現する。この結果、時間軸に対する信号の到来の有無を示すタイミングマップが形成される。   As a result of correlation detection for each time, if a correlation value equal to or greater than a threshold value is recognized, it is recognized that a signal has arrived. The presence / absence of recognition is expressed by the presence / absence of a frequency component (c) corresponding to a predetermined time. As a result, a timing map indicating whether or not a signal has arrived with respect to the time axis is formed.

FCで形成する時刻別の到来信号の有無を示すマップを形成するため、時間軸方向を離散化する量子化が必要になる。本発明における時間同期方法では、量子化数を一定とし、量子化間隔を動的に切り替えることで、初期のタイミングオフセット量に応じた効率的な時間同期を可能にする。   In order to form a map indicating whether or not there is an arrival signal for each time formed by FC, quantization for discretizing the time axis direction is required. In the time synchronization method according to the present invention, the quantization number is fixed and the quantization interval is dynamically switched to enable efficient time synchronization according to the initial timing offset amount.

本発明における量子化間隔は次のように決定する。まず、最初の制御信号が到来する際に、FCでは、信号の到来を取り逃すことがない十分広い時間範囲で相関器を適用して信号の有無を検出する。そこで、タイミング差が最大となる到来信号のタイミング差を評価し、これを量子化数で割ることで量子化間隔を決定する。その後FCは、タイミングマップの通知とともに、量子化レベルをノードに通知する。これによって、ノードは量子化間隔を認識して、離散的なマップの結果からタイミング差を求めることができる。もし、量子化間隔の通知が困難であることや、複雑である場合には、タイミング補正実施の最初は一定間隔に固定してもよい。   The quantization interval in the present invention is determined as follows. First, when the first control signal arrives, the FC detects the presence or absence of a signal by applying a correlator in a sufficiently wide time range that does not miss the arrival of the signal. Therefore, the timing difference of the incoming signal that maximizes the timing difference is evaluated, and this is divided by the number of quantizations to determine the quantization interval. After that, the FC notifies the node of the quantization level along with the notification of the timing map. As a result, the node can recognize the quantization interval and obtain the timing difference from the result of the discrete map. If notification of the quantization interval is difficult or complicated, the timing correction may be initially performed at a fixed interval.

上記量子化間隔は、タイミング補正時の補正可能な量と比例する。したがって、量子化間隔未満にタイミング補正をするために、時間同期処理が進むにつれて、量子化間隔の縮小が効果的である。量子化間隔の縮小方法としては、例えばステージ制でのタイミング補正が挙げられる。本発明に係る時間同期方法において、タイミングマップの通知によりすべてのノードのタイミング補正が完了すると、その時点の量子化間隔以下のタイミングオフセットに補正されたと判断できる。よってFCでは、すべてのノードのタイミング補正が終了した後、その時点の量子化間隔を最大のオフセット量とし、それを量子化数で割ることで、新たな量子化間隔を得る。その後、再び、ターンを繰り返すことで、より短い時間間隔でのタイミング補正が可能になる。   The quantization interval is proportional to the correctable amount at the time of timing correction. Therefore, in order to correct the timing below the quantization interval, it is effective to reduce the quantization interval as the time synchronization process proceeds. As a method of reducing the quantization interval, for example, timing correction in a stage system can be cited. In the time synchronization method according to the present invention, when the timing correction of all nodes is completed by the notification of the timing map, it can be determined that the timing offset is corrected to be equal to or less than the quantization interval at that time. Therefore, in FC, after the timing correction of all the nodes is completed, a new quantization interval is obtained by setting the quantization interval at that time as the maximum offset amount and dividing it by the quantization number. After that, by repeating the turn again, timing correction at shorter time intervals becomes possible.

FCは、形成したタイミングマップを全ノードに通知する。本発明における通知方法の例として、例えばOFDMを基本としたサブキャリアマッピングが挙げられる。この方法では、直交周波数分割多重(OFDM)変調による周波数軸の離散サブキャリアの有無でディジタル化された信号を通知する。本発明におけるタイミングマップ形成では、量子化された到来タイミングマップの時間番号を直接OFDMのサブキャリア番号に投影する。これにより、到来タイミングの大小が周波数の大小に直接現れる形で示される。   The FC notifies all nodes of the formed timing map. An example of the notification method in the present invention is, for example, subcarrier mapping based on OFDM. In this method, a digitized signal is notified based on the presence or absence of discrete subcarriers on the frequency axis by orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation. In the timing map formation in the present invention, the time number of the quantized arrival timing map is directly projected onto the OFDM subcarrier number. Thereby, the magnitude of the arrival timing is shown in a form that appears directly in the magnitude of the frequency.

FCからタイミングマップが通知された結果、ノードでは、通知されたタイミングマップから自己のタイミングオフセットを認識して、これを送信タイミングの補正量とする。ノードは、タイミングマップから自己と他ノードとの関係性は認識できるが、自己のタイミングは認識できない。自己のタイミングを認識する方法の例として、例えば、ノードが自己の制御信号の送信タイミングを任意に変化して、その結果を参照して認識する方法が挙げられる。送信タイミングは、例えばランダムに変化させることができる。   As a result of notification of the timing map from the FC, the node recognizes its own timing offset from the notified timing map, and uses this as a transmission timing correction amount. A node can recognize the relationship between itself and other nodes from the timing map, but cannot recognize its own timing. As an example of a method for recognizing its own timing, for example, there is a method in which a node arbitrarily changes the transmission timing of its own control signal and recognizes it by referring to the result. The transmission timing can be changed at random, for example.

ノードがランダムアクセスを利用して自己のタイミングを絞り込む様子を図3にしめす。ノードは自局の送信タイミングを認識するため、ランダムな送信タイミングを適用する。FCのリクエスト信号の通知、ノードの制御信号の送信、FCのタイミングマップの通知を1ターンとし、これを複数ターン繰り返す。   Figure 3 shows how a node uses random access to narrow down its own timing. Since the node recognizes its own transmission timing, it applies random transmission timing. The notification of the FC request signal, the transmission of the node control signal, and the notification of the FC timing map are set as one turn, and this is repeated for multiple turns.

各ターンでノードが制御信号を送信する際、ノード固有のランダムなタイミングで送信する。その結果、各ノードは次のように自局の送信タイミングを推定する。1ターン目に通知されたマップをノードが設定した固有のタイミングだけ時間をシフトする。その結果、2ターン目に通知されたマップと比較して、同一時刻に信号の到来が認められる場合には、候補として残す。3ターン目以降は、同様に1ターン目の候補を基準に固有の時間シフトを与えた結果と、各ターンのマップとを比較する。このようにすることでターンを重ねることで、アクセスタイミングの固有性を利用して、1ターン目のマップから1つの候補に絞り込まれ、信号の到来タイミングを認識することができる。最終的に1つに絞り込まれた結果から、自己のタイミングオフセットを認識することで、タイミングを補正できる。   When a node transmits a control signal at each turn, it transmits at a random timing specific to the node. As a result, each node estimates its own transmission timing as follows. Shift the time by the unique timing set by the node in the map notified in the first turn. As a result, if the arrival of a signal is recognized at the same time as compared with the map notified on the second turn, it is left as a candidate. After the third turn, the result of giving a unique time shift based on the candidate for the first turn is compared with the map of each turn. By repeating the turn in this way, the uniqueness of the access timing can be used to narrow down to one candidate from the map of the first turn and the arrival timing of the signal can be recognized. The timing can be corrected by recognizing its own timing offset from the result finally narrowed down to one.

以上の処理により、本発明に係る方法により時間同期を行うことができる。制御信号の送信からタイミング補正までを1ステージとし、これを複数ステージ繰り返すことで、タイミングオフセットの量を縮小していき、最終的に所要のタイミング補正が終了した時点で時間同期処理を終了する。以上の処理プロトコルを示したフローチャートを図4に示す。   With the above processing, time synchronization can be performed by the method according to the present invention. The process from transmission of the control signal to timing correction is made one stage, and this is repeated a plurality of stages to reduce the amount of timing offset, and finally the time synchronization processing is ended when the required timing correction is completed. FIG. 4 shows a flowchart showing the above processing protocol.

本発明に係る時間同期方法では、ノードがアクセスタイミングを自由に決定し、FCはアクセスタイミングの情報を知る必要がない。つまり、ノードとFCはアクセスタイミングについての情報を共有する必要がないため、アクセスタイミングの選択肢を大幅に広がるため、高いスケーラビリティを実現することが可能である。固有性の高い系列をノードが自由に設定できるため、同時にタイミング同期を確立できるノード数が多い。   In the time synchronization method according to the present invention, the node freely determines the access timing, and the FC does not need to know the access timing information. In other words, since the node and the FC do not need to share information about the access timing, the access timing options are greatly expanded, and thus high scalability can be realized. Since a node can freely set a highly unique sequence, the number of nodes that can simultaneously establish timing synchronization is large.

本発明に係る時間同期方法では、送信タイミングの相関性を利用することで、FCからノードへのタイミングマップ通知において、ノード側の帯域が狭い場合にも、FCが通知できる帯域を広く確保できる。その結果、選択できる送信タイミングを広く、固有性の高いタイミングを利用することができるため、多くのノードとの時間同期が可能になる。また,受信機から送信機に量子化間隔を通知することができる場合には,ノードからFCへの最初の制御信号の送信後,すべての信号の到来時間が周波数マップの量子化数に収まるように量子化間隔(時間間隔)を大きく設定することで,送信する帯域が狭い場合にもすべての時間到来タイミングを通知できる.   In the time synchronization method according to the present invention, by utilizing the correlation of the transmission timing, in the timing map notification from the FC to the node, a wide band that can be notified by the FC can be secured even when the band on the node side is narrow. As a result, a wide selection of transmission timings and highly specific timings can be used, so that time synchronization with many nodes becomes possible. Also, if the quantization interval can be notified from the receiver to the transmitter, after the first control signal is transmitted from the node to the FC, the arrival time of all signals will be within the frequency map quantization number. By setting the quantization interval (time interval) to a large value, the arrival timing of all times can be notified even when the transmission bandwidth is narrow.

本発明に係る時間同期方法では、FCはタイミングマップを全ノードに報知するため、各ノード別の通知が不要になり、帯域の利用効率が極めて高い。   In the time synchronization method according to the present invention, since the FC notifies the timing map to all the nodes, notification for each node is unnecessary, and the bandwidth utilization efficiency is extremely high.

本発明に係る時間同期方法の有効性を計算機シミュレーションで評価する。シミュレーション諸元を表1に示す。   The effectiveness of the time synchronization method according to the present invention is evaluated by computer simulation. Table 1 shows the simulation specifications.

本実施例では、比較する従来法の設定として、ノードの検出帯域幅に相当するサブキャリア数をFCが通知できるサブキャリア数と等しい場合とした。タイミングオフセットのモデルは次式とする。   In this embodiment, as a setting of the conventional method to be compared, the number of subcarriers corresponding to the detection bandwidth of the node is equal to the number of subcarriers that can be notified by the FC. The timing offset model is as follows.

ここで式中、τ^kはk番目のノードに対する未知のタイミング誤差成分、τ-kは既知のタイミング誤差成分である。τ^kとτ-kはそれぞれ、±Nを範囲とする一様乱数でモデル化した。αは、未知と既知のタイミング成分を決定する値であり0≦α≦1である。よって、αが大きくなると、ノード側は既知のタイミング成分の割合が大きくなる。また、従来法と本実施例の比較を公平にするため、従来法は最大タイミングオフセット量を本実施例の半分にしている。これは、α=0.5の場合に相当している。   Here, τ ^ k is an unknown timing error component for the k-th node, and τ-k is a known timing error component. τ ^ k and τ-k were modeled with uniform random numbers in the range of ± N. α is a value that determines unknown and known timing components, and 0 ≦ α ≦ 1. Therefore, as α increases, the ratio of known timing components on the node side increases. Further, in order to make the comparison between the conventional method and this embodiment fair, the conventional method sets the maximum timing offset amount to half that of this embodiment. This corresponds to the case of α = 0.5.

図5は、ステージ数に対するタイミングオフセット量を示す。ここで、タイミング同期の相関α=0.3 と設定した。また、タイミング誤差量は未知のタイミング誤差成分τ^kで正規化している。ノード数は16と設定した。図より、提案法は従来法と比較して、少ないステージ数で低いタイミング誤差を達成していることが認められた。また、ステージ数の拡大と共に、従来法に対する特性差が大きくなっていることが認められた。これは、本実施例に係る方法が、従来法に比べて16倍多くのサブキャリアを使用することができるため、FCからノードへ通知できるタイミング誤差の量子化間隔が1/16と小さくなり、急速にタイミング誤差を小さくすることが可能となることによる。   FIG. 5 shows the timing offset amount with respect to the number of stages. Here, the correlation α = 0.3 for timing synchronization was set. The timing error amount is normalized by an unknown timing error component τ ^ k. The number of nodes was set to 16. From the figure, it was confirmed that the proposed method achieved a lower timing error with a smaller number of stages than the conventional method. Moreover, it was recognized that the characteristic difference with respect to the conventional method increased as the number of stages increased. This is because the method according to the present embodiment can use 16 times more subcarriers than the conventional method, so the quantization interval of the timing error that can be notified from the FC to the node is reduced to 1/16, This is because the timing error can be rapidly reduced.

図6は、各ステージ終了後の累積ターン数を示す。図より、本実施例は各ステージをより少ないターン数で終えていることが認められる。具体的には、ステージ数が6においては従来法に比べてターン数を1/4に低く抑えている。これは、利用できるサブキャリア数が大きいため、ノードが選択できる乱数の範囲が広く、ノードが同じサブキャリアを重複して使用する確率が低く抑えられ、少ないターン数でノード識別が可能になるからである。   FIG. 6 shows the cumulative number of turns after the end of each stage. From the figure, it is recognized that the present embodiment finishes each stage with a smaller number of turns. Specifically, when the number of stages is 6, the number of turns is suppressed to 1/4 as compared with the conventional method. This is because the number of subcarriers that can be used is large, so the range of random numbers that can be selected by the node is wide, the probability that a node will use the same subcarrier repeatedly is kept low, and node identification can be performed with a small number of turns. It is.

図7に、正規化タイミング誤差1%を達成するのに必要なターン数の特性を示す。同様に、タイミング同期の相関α=0.3としている。図より、従来法はユーザ数の増加とともに指数関数的にターン数が増加していることがわかる。一方、提案法は、ターン数の増加は緩慢で、64ノードにおいても、20ターン程度で終了しており、ノード数が多い環境においても、少ない制御信号の交換で所要の時間タイミング同期精度が達成できることが認められる。   FIG. 7 shows the characteristics of the number of turns necessary to achieve a normalized timing error of 1%. Similarly, the timing synchronization correlation α is set to 0.3. From the figure, it can be seen that the number of turns increases exponentially in the conventional method as the number of users increases. On the other hand, in the proposed method, the increase in the number of turns is slow, and even in 64 nodes, it is completed in about 20 turns, and even in an environment with many nodes, the required time timing synchronization accuracy is achieved by exchanging few control signals. It is recognized that it can be done.

図8に、ステージ数に対する正規化タイミング誤差の特性を示す。ノード数は16とし、タイミング誤差の相関α=0-0.3に変更した場合の結果を示している。図より、α=0.3より小さくなるにつれて、測定誤差が一定となるフロアが認められる。これは、上下のタイミング誤差の相関が一定以下になると、FCからノードへ通知される信号検出の範囲外に信号が現れるため、検出見逃しが発生するからである。   FIG. 8 shows the characteristics of the normalized timing error with respect to the number of stages. The result is shown when the number of nodes is 16 and the timing error correlation α is changed to 0−0.3. From the figure, a floor where the measurement error becomes constant as α becomes smaller than 0.3 is recognized. This is because, when the correlation between the upper and lower timing errors is below a certain level, a signal appears outside the signal detection range notified from the FC to the node, and detection is missed.

Claims (6)

送信機と受信機との無線通信における時間同期確立法であって、 1.送信機が、所定の通知時間に所定の送信タイミングで制御信号を送信する制御信号通知ステップと、
2.前記受信機が、前記制御信号の量子化を行い、受信機の受信タイミングを周波数としてタイミングマップに記録する記録ステップと、
3.前記受信機が、前記タイミングマップを前記送信機に通知するタイミングマップ通知ステップと、
4.前記送信機が通知された前記タイミングマップから自己のタイミングを特定する特定ステップと、
5.前記送信機が特定した前記自己のタイミングに基づいて、自己の前記送信タイミングを補正する補正ステップと、
を備えることを特徴とする時間同期確立方法。
A method for establishing time synchronization in wireless communication between a transmitter and a receiver, comprising: 1. a control signal notification step in which a transmitter transmits a control signal at a predetermined transmission timing at a predetermined notification time;
2.Recording step in which the receiver quantizes the control signal and records the reception timing of the receiver as a frequency in a timing map;
3. a timing map notification step in which the receiver notifies the transmitter of the timing map;
4. a specific step of identifying its own timing from the timing map notified by the transmitter;
5. A correction step of correcting the transmission timing of itself based on the timing of the transmitter specified by the transmitter;
A method of establishing time synchronization.
1.から5.を繰り返すことを特徴とする請求項1記載の時間同期確立方法。   2. The time synchronization establishment method according to claim 1, wherein steps 1 to 5 are repeated. 前記送信タイミングが、送信機がランダムに定めたタイミングであることを特徴とする請求項1または2記載の時間同期確立法。   3. The time synchronization establishment method according to claim 1, wherein the transmission timing is a timing randomly determined by a transmitter. 前記特定ステップにおいて、前記送信機が自己の送信タイミングから、周波数として記録される記録位置を推定し、該記録位置に帯域を限定して受信することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の時間同期確立方法。   4. In the specifying step, the transmitter estimates a recording position recorded as a frequency from its own transmission timing, and receives the recording position with a band limited to the recording position. The time synchronization establishment method according to item 1. 前記受信機が前記通知時間のリクエストを前記送信機に通知する通知時間通知ステップをさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の時間同期確立方法。   5. The time synchronization establishment method according to claim 1, further comprising a notification time notification step in which the receiver notifies the transmitter of the request for the notification time. 前記制御信号のうち、最初に送信された制御信号からタイミング差の最大値を検出し、該最大値を所定の量子化数で除算することで量子化間隔を決定する量子化間隔決定ステップをさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の時間同期確立方法。   A quantization interval determination step of detecting a maximum timing difference value from the control signal transmitted first among the control signals, and determining the quantization interval by dividing the maximum value by a predetermined quantization number; The time synchronization establishment method according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
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