JP2001186116A - 位相制御回路および携帯電話システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 システム運用中にフレーム位相の再同期が必
要になったときに、再同期制御を可能にする簡易な構成
の位相制御回路を提供する。 【解決手段】 位相制御回路１０１は、上位装置とフレ
ーム同期を行うめに、上位装置からの基準クロックと、
生成するシステムクロックを分周した分周出力とを用い
て、システムクロックを出力する電圧制御発振器の周波
数を制御する。このため、制御切替器１０は、基準クロ
ックＣＫ１１と分周出力ＣＫ１２と反転分周出力ＣＫ１
３とを入力し、位相制御信号ＰＨＣに従って、入力した
もののうちの一つ選択クロック信号ＣＫ１０として選択
し、位相比較器１１に引き渡す。制御部は、制御切替器
１０に与える位相制御信号ＰＨＣにより、通常の場合、
基準クロックＣＫ１１を選させ、上位装置とのフレーム
再同期が必要な場合、分周出力ＣＫ１２または反転分周
出力ＣＫ１３を選択させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、位相制御回路に
関し、特に、携帯電話システムの基地局装置等に用いら
れる位相制御回路であって、上位装置とフレーム同期を
行うために、上位装置からの基準クロックと、生成する
システムクロックを分周した分周出力とを位相比較器で
位相比較し、その結果に基づいてシステムクロックの周
波数を制御する位相制御回路およびそれを使用した携帯
電話システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、位相制御回路の従来例の構成を
示すブロック図である。図３の位相制御回路１０２は、
位相比較器２１と、低域ろ波器２２と、電圧制御発振器
（以降、ＶＣＯと記す）２３と、分周器２４とからフェ
ーズロックループ（ＰＬＬ）を構成し、カウンタ２６か
らカウンタ値ＣＮＴを出力している。この位相制御回路
１０２において、位相比較器２１は、受信信号から抽出
された基準クロックＣＫ２１と、分周器２４から出力さ
れる分周出力ＣＫ２２との位相比較を行う。

【０００３】この分周器２４は、ＶＣＯ２３の出力であ
るシステムクロックＣＬＫを、基準クロックＣＫ２１と
位相比較できるように、システムクロックＣＬＫを所定
の分周比で分周する。この場合、位相比較器２１が例え
ば、排他的論理和で構成されており、基準クロックＣＫ
２１および分周出力ＣＫ２２がデューティ比５０％の同
じ周波数のクロック信号であって、相互に位相が９０度
ずれていると、位相比較器２１からは、基準クロックＣ
Ｋ２１および分周出力ＣＫ２２の周波数の２倍の周波数
を有し、デューティ比５０％であるクロック出力ＣＫが
出力される。

【０００４】基準クロックＣＫ２１および分周出力ＣＫ
２２の上述の条件が変わらない場合には、位相比較器２
１のクロック出力ＣＫの平均電圧値は一定であるが、基
準クロックＣＫ２１と分周出力ＣＫ２２との間の位相が
ずれてくると、位相比較器２１のクロック出力ＣＫのデ
ューティ比が５０％から変化し、クロック出力ＣＫの平
均電圧値が変化する。低域ろ波器２２は、位相比較器２
１の出力の平均電圧値（直流成分）に対応する制御電圧
ＣＶを出力する。

【０００５】ＶＣＯ２３は、入力した制御電圧ＣＶに対
応した周波数の発振信号をシステムクロックＣＬＫとし
て分周器２４、カウンタ２６およびその他の後続回路に
出力する。このようにＰＬＬを構成することにより、基
準クロックＣＫ２１に位相ロックしたシステムクロック
ＣＬＫを生成し、システム運用中にもその同期保持を継
続できる。上述のものに対する具体的な例としては、例
えば、携帯電話システムにおいて、基地局装置が上位装
置との伝送路クロックに同期したシステムクロックを生
成する場合がある。

【０００６】カウンタ２６は、カウンタ初期値設定信号
ＳＥＴを受けて初期値を設定するとともに、システムク
ロックＣＬＫをカウントし、システムクロックＣＬＫに
同期したカウンタ値を出力し、フレーム処理を行うディ
ジタル通信機等に対し、そのカウンタ値をフレーム処理
のために提供している。フレームの同期に関しては、シ
ステム立ち上げ時に制御部から上述のカウンタ初期値設
定信号ＳＥＴに基づくカウンタ値がカウンタ２６にロー
ドされる（例えば、通信相手の現在処理しているフレー
ム番号のようなカウンタ値がロードされる）ことによ
り、装置間のフレーム位相の同期がとられる。

【０００７】図４は、制御部がカウンタ初期値設定信号
をどのように生成するかを説明するためのシーケンスチ
ャートである。基地局装置の制御部は、上位装置に向け
て上位装置カウンタ値要求ＢＲＱを送出するとともに、
その時の基地局装置における要求送信時カウンタ値ＢＳ
Ｄを記憶しておく。上位装置は、上位装置カウンタ値要
求ＢＲＱを受信すると、その時の上位装置における要求
受信時カウンタ値ＵＲＶを記憶した後に、さらに、上位
装置は、基地局装置に向けて報告を送出する際に、上位
装置における報告送信時カウンタ値ＵＳＤと、前記記憶
した要求受信時カウンタ値ＵＲＶとを上位装置カウンタ
値報告ＵＲＰとして基地局装置に送出する。この上位装
置カウンタ値報告ＵＲＰが要求受信時カウンタ値ＵＲＶ
と報告送信時カウンタ値ＵＳＤとの２つから構成されて
いる理由は、上位装置がマルチタスクで処理を行ってお
り、そのための遅延が生じることを考慮に入れているか
らである。

【０００８】基地局装置の制御部は、上位装置カウンタ
値報告ＵＲＰを受け取ると、受け取った時点の基地局装
置における報告受信時カウンタ値ＢＲＶを上位装置カウ
ンタ値報告ＵＲＰとともに記憶する。基地局装置の制御
部は、報告受信時カウンタ値ＢＲＶと要求送信時カウン
タ値ＢＳＤとの差分ＤＡ（ＤＡ＝ＢＲＶ−ＢＳＤ）か
ら、報告送信時カウンタ値ＵＳＤと要求受信時カウンタ
値ＵＲＶとの差分ＤＢ（ＤＢ＝ＵＳＤ−ＵＲＶ）を減算
して、基地局装置と上位装置との間の双方向伝送路遅延
ＤＤＬ（ＤＤＬ＝ｄ１＋ｄ２）を検出することができ、
実質的な片方向平均伝送遅延ＳＤＬ（ＳＤＬ＝ＤＤＬ／
２＝（ｄ１＋ｄ２）／２）を得ることができる。

【０００９】フレーム位相差の確認は、報告送信時カウ
ンタ値ＵＳＤから片方向平均伝送遅延ＳＤＬだけ経過し
た上位装置カウンタ値と、基地局装置の報告受信時カウ
ンタ値ＢＲＶとを比較することで実現する。カウンタ初
期値設定時において、カウンタ初期値設定信号ＳＥＴ
は、ここで確認されたフレーム位相差を補正する値にさ
れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のフレーム位相差
同期処理は、システム立ち上げ時には有効であるが、シ
ステム運用中に何らかの原因（保守管理や障害）によっ
て、フレーム位相の再同期が必要になったときに実施す
ることができない。なぜならば、図５に示すように、基
地局装置の内部では、カウンタ出力値として、タイムス
ロット番号、システムフレーム番号、スーパーフレーム
番号等の様々なカウンタ値の出力を使用しているが、カ
ウンタ初期値設定信号ＳＥＴに基づくカウンタ値をカウ
ンタ２６に再ロードしたときには、「１タイムスロット
中にシステムクロックＣＬＫが幾つ（例２５００個）存
在する」，「１無線フレームは１５個のタイムスロット
で構成される」，「１スーパーフレームは７２個の無線
フレームで構成される」，「システムフレーム番号ＳＦ
Ｎは、０から３６８６３の値を繰り返す」，スーパーフ
レーム番号は、０から５１１の値を繰り返す」等の関係
が崩れる。基地局装置の内部では、これらの関係を前提
にして信号を処理しているので、接続中の呼の切断等の
システムの誤動作を引き起こす恐れがあるからである。

【００１１】この発明は、上記問題を解決すべくなされ
たものであって、システム運用中にフレーム位相の再同
期が必要になったときに、再同期制御を可能にする簡易
な構成の位相制御回路およびそれを用いた携帯電話シス
テムを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、この発明は、上位装置とフレーム同期を行うた
めに、上位装置からの基準クロックと、生成するシステ
ムクロックを分周した分周出力とを位相比較器で位相比
較し、その結果から導出される直流成分に基づいて、シ
ステムクロックを出力する電圧制御発振器の周波数を制
御する位相制御回路において、前記分周出力と該分周出
力の反転分周出力を出力する反転器と、基準クロックと
分周出力と反転分周出力とを入力し、与えられる位相制
御信号に従って、入力したもののうちの何れか一つを選
択クロック信号として選択し、選択した選択クロック信
号を前記基準クロックの代わりに前記位相比較器に引き
渡す制御切替器と、制御切替器に対して、通常の場合に
は、制御切替器が基準クロックを選択クロック信号とし
て選択するように位相制御信号を与え、上位装置とのフ
レーム再同期が必要な場合には、制御切替器がフレーム
再同期に適切な分周出力または反転分周出力を選択クロ
ック信号として選択するように位相制御信号を与える制
御部とを有する。

【００１３】このような構成によれば、上位装置とのフ
レーム再同期が必要になった場合に、制御切替器がフレ
ーム再同期に適切な分周出力または反転分周出力を選択
クロック信号として選択するように制御切替器に位相制
御信号を与えるので、その位相制御信号が与えられてい
る期間において、位相比較器の出力は、最低制御電圧ま
たは最高制御電圧に固定され、上位装置とのフレーム同
期が可能となる。

【００１４】そして、この発明の実施の形態では、上位
装置とフレーム同期を行うために、上位装置からの基準
クロックと、生成するシステムクロックを分周した分周
出力とを位相比較器１１で位相比較し、その結果から導
出される直流成分に基づいて、システムクロックを出力
する電圧制御発振器の周波数を制御する位相制御回路に
おいて、前記分周出力ＣＫ１２と１８０度位相の異なる
反転分周出力ＣＫ１３を出力する反転器１５と、基準ク
ロックＣＫ１１と分周出力ＣＫ１２と反転分周出力ＣＫ
１３とを入力し、与えられる位相制御信号ＰＨＣに従っ
て、入力したものＣＫ１１，ＣＫ１２，ＣＫ１３のうち
の何れか一つを選択クロック信号ＣＫ１０として選択
し、選択した選択クロック信号ＣＫ１０を前記基準クロ
ックＣＫ１１の代わりに前記位相比較器１１に引き渡す
制御切替器１０と、制御切替器１０に対して、通常の場
合には、制御切替器１０が基準クロックＣＫ１１を選択
クロック信号ＣＫ１０として選択するように位相制御信
号ＰＨＣを与え、上位装置とのフレーム再同期が必要な
場合には、制御切替器１０がフレーム再同期に適切な分
周出力ＣＫ１２または反転分周出力ＣＫ１３を選択クロ
ック信号ＣＫ１０として選択するように位相制御信号Ｐ
ＨＣを与える制御部とを有する。

【００１５】また、この発明において、上位装置とフレ
ーム同期を行う基地局装置において使用され、前記位相
制御信号は、基地局装置における現在のカウンタ値と、
上位装置から報告される上位装置カウンタ値との比較結
果に基づき、制御部によって決定される。

【００１６】このような構成によれば、制御部は、従来
の回路からのカウンタ値を利用して容易に位相制御信号
を生成することができる。

【００１７】さらに、この発明は、上位装置と基地局装
置と移動局とを有する携帯電話システムにおいて、上述
の位相制御回路を使用している。

【００１８】このような構成によれば、基地局装置は、
上述の位相制御回路が有するフレーム同期の機能を発揮
できる携帯電話システムを構成することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて添付図面に基づいて説明する。図１は、この発明の
位相制御回路の一実施の形態の構成を示すブロック図、
図２は、システム運用中における図１の位相制御回路の
動作を説明するためのフローチャートである。図１の位
相制御回路１０１は、制御切替器１０と、位相比較器１
１と、低域ろ波器１２と、電圧制御発振器（以降、ＶＣ
Ｏと記す）１３と、分周器１４と、反転器１５と、カウ
ンタ１６とから構成されている。

【００２０】この位相制御回路１０１は、典型的には、
携帯電話システムの基地局装置において使用される。こ
の場合、制御切替器１０は、基地局装置の制御部（不図
示）から与えられる位相制御信号ＰＨＣに基づいて、受
信信号から抽出された基準クロックＣＫ１１、分周器１
４からの分周出力ＣＫ１２、分周出力ＣＫ１２の論理を
反転した反転器１５からの反転分周出力ＣＫ１３のうち
の一つを選択切り替えして、選択クロック信号ＣＫ１０
として出力する。

【００２１】また、位相比較器１１は、制御切替器１０
からの選択クロック信号ＣＫ１０と、分周器１４からの
分周出力ＣＫ１２との位相比較を行い、その結果をクロ
ック出力ＣＫとして出力する。この分周器１４は、ＶＣ
Ｏ１３の出力であるシステムクロックＣＬＫを、例え
ば、制御切替器１０によって選択された基準クロックＣ
Ｋ１０との位相比較ができるように、システムクロック
ＣＬＫを所定の分周比で分周する。この場合、位相比較
器１１は、排他的論理和で構成されており、選択クロッ
ク信号１０および分周出力ＣＫ１２がデューティ比５０
％の同じ周波数のパルス信号であって、相互に位相が９
０度ずれていると、位相比較器１１からは、選択クロッ
ク信号ＣＫ１０および分周出力ＣＫ１２の周波数の２倍
の周波数を有し、デューティ比５０％のクロック出力Ｃ
Ｋが出力される。

【００２２】選択クロック信号ＣＫ１０および分周出力
ＣＫ１２の上述の条件が変わらない場合には、位相比較
器１１のクロック出力ＣＫの平均電圧値は一定である
が、選択クロック信号ＣＫ１０と分周出力ＣＫ１２との
間の位相がずれてくると、位相比較器１１のクロック出
力ＣＫのデューティ比が５０％から変化し、クロック出
力ＣＫの平均電圧値が変化する。低域ろ波器１２は、位
相比較器１１のクロック出力ＣＫの平均電圧値（直流成
分）に対応する制御電圧ＣＶを出力する。ＶＣＯ１３
は、入力した制御電圧ＣＶに対応した周波数の発振信号
をシステムクロックＣＬＫとして分周器１４、カウンタ
１６およびその他の後続回路に出力する。このようにＰ
ＬＬを構成することにより、例えば、制御切替器１０に
選択された基準クロックＣＫ１１に位相ロックしたシス
テムクロックＣＬＫを生成し、システム運用中にもその
同期保持を継続できる。

【００２３】上述の実施の形態としての具体的な例とし
ては、携帯電話基地局が上位装置との伝送路クロックに
同期したシステムクロックを生成する場合が考えられ
る。カウンタ１６は、カウンタ初期値設定信号ＳＥＴを
受けて初期値を設定するとともに、システムクロックＣ
ＬＫをカウントし、システムクロックＣＬＫに同期した
カウンタ値ＣＮＴを出力し、フレーム処理を行うディジ
タル通信機等に対し、そのカウンタ値ＣＮＴをフレーム
処理のために提供している。

【００２４】フレームの同期に関しては、システム立ち
上げ時に制御部から上述のカウンタ初期値設定信号ＳＥ
Ｔに基づくカウンタ値がカウンタ１６にロードされる
（例えば、通信相手の現在処理しているフレーム番号の
ようなカウンタ値がロードされる）ことにより、装置間
のフレーム位相の同期がとられる。この場合、カウンタ
初期値設定信号ＳＥＴが制御部のどのような処理の下で
生成されるかについては、図４を参照して既に説明した
従来例と同様であるのでここでは説明を省略する。

【００２５】次に、位相制御回路１０１の制御切替器１
０が基準クロックＣＫ１１を選択してクロック出力ＣＫ
１０として出力しているシステム運用中に、何らかの原
因（例えば、保守管理や障害）でフレーム位相の再同期
が必要になった場合について図２を参照しながら説明す
る。すなわち、システム運用中のフレーム位相制御が開
始される（ステップＳ１１）と、制御部は、装置間位相
差を確認する（ステップＳ１２）。確認の結果に基づい
て、フレーム位相差が予め設定した設置値の範囲内であ
るか否かを判断する（ステップＳ１３）。判断の結果、
規定値の範囲内であると判断された場合には、フレーム
位相制御は終了すべきか判断し（ステップＳ１４）、終
了すべき場合には終了するが、そうでない場合には、ス
テップＳ１２に戻る。

【００２６】ステップＳ１３において、フレーム位相差
が予め設定した設置値の範囲内でないと判断された場合
には、制御部は、制御切替器１０に与える位相制御信号
ＰＨＣを予め定めた一定時間切り替えることにより、制
御切替器１０が基準クロックＣＫ１１の代わりに分周出
力ＣＫ１２または反転分周出力ＣＫ１３を一定期間だけ
選択するようにさせ（ステップＳ１５）、ステップＳ１
２に移行する。この場合、いずれを選択させるかは、図
４を参照して既に説明したように、装置間のフレーム位
相差を確認した結果に基づいて、自局（基地局装置）の
位相を進めるか遅らせるかの判断に従う。

【００２７】上述のように、ステップＳ１５において分
周出力ＣＫ１２が選択されたときには、位相比較器１１
には、同一の分周出力ＣＫ１２が入力されるために、排
他的論理和の演算を行う位相比較器１１の出力は、論理
“０”の“最低制御電圧”となる。また、反転分周出力
ＣＫ１３が選択されたときには、位相比較器１１には、
分周出力ＣＫ１２およびそれと１８０度位相の異なる反
転分周出力１３が入力されるために、排他的論理和の演
算を行う位相比較器１１の出力は、論理“１”の“最高
制御電圧”となる。

【００２８】上述の選択によって、位相制御回路１０１
においては、一定期間、ＶＣＯ１３の出力周波数、すな
わち、システムクロックＣＬＫが強制的に制御されるこ
とによって、図５に示されるような「１タイムスロット
中にシステムクロックＣＬＫが幾つ（例２５００個）存
在する」，「１無線フレームは１５個のタイムスロット
で構成される」，「１スーパーフレームは７２個の無線
フレームで構成される」，「システムフレーム番号ＳＦ
Ｎは、０から３６８６３の値を繰り返す」，スーパーフ
レーム番号は、０から５１１の値を繰り返す」等の関係
が崩れることがない。したがって、基地局装置において
前記関係を前提にしている信号処理に悪影響を与えるこ
とがなく、接続中の呼の切断等のシステムの誤動作を引
き起こす恐れが無く装置間フレーム位相の再同期が可能
となる。

【００２９】

【発明の効果】以上に詳述したように、この発明によれ
ば、システム運用中にフレーム位相の再同期が必要にな
ったときに、再同期制御を可能にする簡易な構成の位相
制御回路およびそれを用いた携帯電話システムを提供す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の位相制御回路の一実施の形態の構成
を示すブロック図である。

【図２】システム運用中における図１の位相制御回路の
動作を説明するためのフローチャートである。

【図３】位相制御回路の従来例を示すブロック図であ
る。

【図４】基地局装置の制御部がカウンタ初期値設定信号
をどのように生成するかを説明するためのシーケンスチ
ャートである。

【図５】基地局装置の内部で使用される各種のカウンタ
値を説明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０ 制御切替器 １１ 位相比較器 １２ 低域ろ波器 １３ 電圧制御発振器（ＶＣＯ） １４ 分周器 １５ 反転器 １６ カウンタ １０１ 位相制御回路 ＣＫ クロック出力 ＣＫ１０ 選択クロック信号 ＣＫ１１ 基準クロック ＣＫ１２ 分周出力 ＣＫ１３ 反転分周出力 ＣＶ 制御電圧 ＣＮＴ カウンタ値 ＣＬＫ システムクロック ＳＥＴ カウンタ初期値設定信号 ＰＨＣ 位相制御信号 Ｓ１１〜Ｓ１５ ステップ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上位装置とフレーム同期を行うために、
   上位装置からの基準クロックと、生成するシステムクロ
   ックを分周した分周出力とを位相比較器で位相比較し、
   その結果から導出される直流成分に基づいて、システム
   クロックを出力する電圧制御発振器の周波数を制御する
   位相制御回路において、 前記分周出力と該分周出力の反転分周出力を出力する反
   転器と、 基準クロックと分周出力と反転分周出力とを入力し、与
   えられる位相制御信号に従って、入力したもののうちの
   何れか一つを選択クロック信号として選択し、選択した
   選択クロック信号を前記基準クロックの代わりに前記位
   相比較器に引き渡す制御切替器と、 制御切替器に対して、通常の場合には、制御切替器が基
   準クロックを選択クロック信号として選択するように位
   相制御信号を与え、上位装置とのフレーム再同期が必要
   な場合には、制御切替器がフレーム再同期に適切な分周
   出力または反転分周出力を選択クロック信号として選択
   するように位相制御信号を与える制御部とを有すること
   を特徴とする位相制御回路。
2. 【請求項２】 上位装置とフレーム同期を行う基地局装
   置において使用され、前記位相制御信号は、基地局装置
   における現在のカウンタ値と、上位装置から報告される
   上位装置カウンタ値との比較結果に基づき、制御部によ
   って決定される請求項１記載の位相制御回路。
3. 【請求項３】 上位装置と基地局装置と移動局とを有す
   る携帯電話システムにおいて、 請求項１に記載の位相制御回路を有していることを特徴
   とする携帯電話システム。