JP2003087182A - Ｃｄｍａシステム基地局装置及びその時刻同期方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】故障であるのに別の系への切替が行なわれずに
発生する絶対時刻精度の劣化を回避するＣＤＭＡシステ
ム基地局装置及びその時刻同期方法を提供すること。 【解決手段】ＧＰＳ人工衛星からの信号を受信して２組
の絶対時刻を生成する段階と、２組の該絶対時刻に位相
同期した２組の基準周波数信号を生成し、２組の該信号
を用いて２組の基準クロックを生成する段階と、絶対時
刻の秒を表す２組の１ＰＰＳと２組の基準クロックとか
ら偶数秒を表す２組のＰＰ２Ｓを生成する段階と、２組
の基準周波数信号の周波数をそれぞれの１ＰＰＳの時間
間隔で計測し、計測値が所定の周波数の範囲に入ってい
る方の基準周波数信号による基準クロック及びＰＰ２Ｓ
を選択する段階とによって時刻同期方法を構成し、選択
した基準クロック及びＰＰ２Ｓを、基地局装置の内部へ
供給する基準タイミングとシステムクロックを生成する
ために用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤＭＡ（Code D
ivision Multiple Access）方式を用いた移動体通信シ
ステムにおける基地局装置間で時刻を合わせる技術に係
り、特にＧＰＳ（Global Positoning system）信号を用
いて絶対時刻を得る同期技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信システムにおいて、移動する
端末は、接続する基地局を次々と変えながら通信を行な
う。また、ＣＤＭＡ方式では、繰返し周期の長い擬似ラ
ンダム雑音（ＰＮ）からなる拡散符号を用いて多重化が
なされる。そこで、ＣＤＭＡ方式を採用した移動体通信
システム（本明細書では、これを「ＣＤＭＡシステム」
ということとする）においては、基地局が変更になる際
に、拡散符号が連続して繋がり、瞬断が起きないように
基地局間で精密な時間合わせが行なわれる。

【０００３】図３にＣＤＭＡシステム基地局装置の構成
を示す。基地局装置は、主に、基地局アンテナ３１を介
して無線周波信号の送受信を行なう無線部３２、送信信
号を拡散符号によって拡散して無線部３２に与えると共
に無線部３２からの受信信号を逆拡散する等の信号処理
を行なうベースバンド処理部３３、通信ネットワークと
の接続を行なう回線インタフェース部３４、ベースバン
ド処理部３３と回線インタフェース部３４の間に配置さ
れ、送受信信号に対する制御を行なう制御部３５から成
り、更にこれらの各部に基準タイミングとシステムクロ
ックを供給するＧＰＳクロック供給部３６と該クロック
供給部のＧＰＳアンテナ１，２とを有している。

【０００４】ＧＰＳシステムは、拡散符号によって区別
される複数の人工衛星からのＧＰＳ信号を受信して、測
位や絶対時刻の設定を行なうものである。各人工衛星は
原子時計を持っており、その時計を基にＧＰＳ信号が生
成されるので、高精度の測位や時刻設定を行なうことが
できる。ＧＰＳクロック供給部６は、このようなＧＰＳ
システムを採用して、所要の精度を確保する。

【０００５】現行のＮ（Narrow-band）−ＣＤＭＡシス
テムにおいては、全基地局から送信される信号の絶対時
刻は、±３μｓ以内に抑えられ、高精度の時刻同期が行
なわれる(例えば特開２０００−２３２４５号公報参
照)。

【０００６】そのような精度が必要になる理由の一つ
は、基地局の変更の際に上述した拡散符号の円滑な繋が
りを得るためである。即ち、ＣＤＭＡシステムの特徴で
あるソフトハンドオフ（基地局の緩やかな変更）の際
に、呼ごとに位相オフセットを持たせた通話用チャネル
の基地局間での受け渡しが、瞬断が生じることなく行な
われるようにするためである。

【０００７】もう一つの別の理由は、パイロットＰＮシ
ーケンス（ＰＮ拡散符号）の位相オフセットを各基地局
ごとに異ならせて持たせ、移動端末がどの基地局に接続
されているのかを識別するためである。基地局は、無線
ゾーンに常時パイロットＰＮシーケンスを送信してお
り、該無線ゾーンに入った移動端末がパイロットＰＮシ
ーケンスを受信して応答信号を送信することにより、基
地局は、該移動端末が無線ゾーンに存在することを認識
することができる。

【０００８】従来、基地局装置のＧＰＳクロック供給部
６は、高精度のＧＰＳ受信機を２基備え、一方のＧＰＳ
受信機（１系）は、他方のＧＰＳ受信機（０系）がダウ
ンした場合にのみ切り替えて使用する予備系として設け
られていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のＣＤＭＡシステ
ム基地局装置のＧＰＳ同期手段では、稼動中のＧＰＳ受
信機（０系）が故障しない限り予備系のＧＰＳ受信機
（１系）に切り替わらない。ところで、何らかの理由に
より稼動中のＧＰＳ受信機（０系）の動作がＧＰＳ信号
にロックされた状態から自走状態に遷移した場合、時間
経過とともに絶対時刻精度が内蔵する基準周波数発振器
の周波数安定度に依存して徐々に劣化する。従来は、こ
のような劣化に対しては切り替えが行なわれず、ＣＤＭ
Ａシステムの規格（全基地局間時刻精度±３μｓ以内）
を割る状態が続くことになる。その状態で基地局の変更
が行なわれると、変更の際に信号の瞬断が発生すること
となる。

【００１０】本発明の目的は、故障であるにも拘わらず
切替が行なわれずに発生する絶対時刻精度の劣化を回避
することが可能なＣＤＭＡシステム基地局装置及びその
時刻同期方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の前記課題は、Ｇ
ＰＳ人工衛星からの信号を受信して２組の絶対時刻を生
成する段階と、該２組の絶対時刻に位相同期した２組の
基準周波数信号を生成し、２組の該基準周波数信号を用
いて２組の基準クロックを生成する段階と、前記絶対時
刻の秒を表す２組の第１の１ＰＰＳと２組の前記基準ク
ロックとから偶数秒を表す２組のＰＰ２Ｓを生成する段
階と、２組の該基準周波数信号の周波数をそれぞれの第
１の１ＰＰＳの時間間隔で計測し、計測値が所定の周波
数の範囲に入っている方の基準周波数信号による基準ク
ロック及びＰＰ２Ｓを第１の選択結果として選択する段
階とによって時刻同期方法を構成し、該第１の選択結果
を基地局装置の内部へ供給する基準タイミングとシステ
ムクロックを生成するために用いることによって効果的
に解決することが可能である。自走状態等の故障が発生
すると必然的に計測値が所定の周波数の範囲を越えるよ
うになるので、上術の方法を採用すれば、故障であるの
に切替が行なわれずに発生する絶対時刻精度の劣化を回
避することができるからである。

【００１２】なお、時刻同期方法には、２組の前記ＰＰ
２Ｓから秒を表す２組の第２の１ＰＰＳを生成する段階
と、２組の該基準周波数の計測値がいずれも所定の周波
数範囲に入っている場合には、同じ組の第１の１ＰＰＳ
と第２の１ＰＰＳとの間の位相差を比較し、位相差が小
さい方の第２の１ＰＰＳの基となるＰＰ２Ｓと該ＰＰ２
Ｓの基となる基準クロックを第２の選択結果として選択
する段階とを更に備え、前記第１の選択結果に代えて該
第２の選択結果を前記基準タイミングと前記システムク
ロックを生成するために用いることが望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るＣＤＭＡシス
テム基地局装置及びその時刻同期方法を図面に示した発
明の実施の形態を参照して更に詳細に説明する。

【００１４】本実施形態の基地局装置は、図３に示すよ
うに、通信ネットワーク（図示せず）との接続を行なう
回線インタフェース部３４と、回線インタフェース部３
４を経て通信ネットワークから入力された送信信号に対
して行先制御等の制御を行なう通信制御部３５と、通信
制御部３５を経た送信信号に対して拡散符号による拡散
を行なう等の信号処理を行なうベースバンド処理部３３
と、信号処理後の送信拡散信号を無線周波信号に変換し
て基地局アンテナ３１に供給する無線部３２と、これら
の各部に絶対時刻に基づく基準タイミング信号とシステ
ムクロックを供給するＧＰＳクロック供給部３６とを有
している。

【００１５】更に、無線部３２は基地局アンテナ３１で
受信した無線周波信号を受信拡散信号に変換し、ベース
バンド処理部３３は受信拡散信号に対し、送信に用いた
のと同じ拡散符号によって逆拡散を行なう等の信号処理
を行ない、通信制御部３５は逆拡散後の受信信号に対し
て宛先制御等の制御を行ない、回線インタフェース部３
４は制御部５を経た受信信号を通信ネットワークに送出
する。

【００１６】図１にＧＰＳクロック供給部３６の構成例
を示す。図１において、１，２はＧＰＳアンテナ、３，
４は、ＧＰＳアンテナ１，２で受信した信号から絶対時
刻の１ＰＰＳを生成するＧＰＳ受信機、５，６は、ＧＰ
Ｓ受信機３，４の出力する１ＰＰＳを基に基準クロック
を生成する基準クロック生成部、７は、ＧＰＳアンテナ
１とＧＰＳ受信機３と基準クロック生成部５とによる基
準クロック部１０の０系又はＧＰＳアンテナ２とＧＰＳ
受信機４と基準クロック生成部６とによる基準クロック
部１１の１系のどちらの系の１ＰＰＳ、ＰＰ２Ｓ及び基
準クロックを選択するかを決定する制御部、８は、制御
部７からの選択信号に従って１ＰＰＳ、ＰＰ２Ｓ及び基
準クロックを選択する選択部である。制御部７及び選択
部８によって制御選択部９が構成される。

【００１７】なお、図３のＧＰＳクロック供給部３６
は、図示していないが、ＰＰ２Ｓ及び基準クロックを入
力して上記基準タイミングとシステムクロックを出力す
る装置システムクロック周波数シンセサイザを備えてい
る。

【００１８】また、ＧＰＳアンテナは、１基を基準クロ
ック部１０，１１で共通に使用することも可能である
が、上記のように基準クロック部１０，１１のそれぞれ
に１基計２基を備えることにより、一方のＧＰＳアンテ
ナ又は該アンテナに内蔵の低雑音増幅器が故障した場
合、或いは何らかの受信環境の変化によりＧＰＳ衛星信
号の受信状態が悪化した場合に、ＧＰＳ受信機３，４は
自走状態となり、１ＰＰＳのタイミング精度が徐々に劣
化していくが、このとき他方の系を選択することによ
り、より精度の高いタイミング信号及び基準クロックを
得ることができる。

【００１９】図１に示した基準クロック生成部５におい
て、５１は、１０ＭＨｚの基準周波数信号を生成する基
準周波数発振器（リファレンス発振器）、５２は、リフ
ァレンス発振器５１からの発振出力（基準周波数信号）
を入力して基準クロックを生成する基準クロック回路で
ある。リファレンス発振器５１は、高精度の発振周波数
が得られるように温度を一定にする恒温槽に入れて用い
られると共に、絶対時刻による制御電圧Vcntによってタ
イミングが制御される。また、基準クロック回路５２
は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路からなり、基準
クロックを生成するための周波数シンセサイザとして機
能する。

【００２０】更に、５３はＰＰ２Ｓ生成回路であり、Ｇ
ＰＳ受信機３から入力される１ＰＰＳと基準クロックか
らＰＰ２Ｓを生成し、偶数秒に同期して出力する。５４
はタイムインタバルカウンタであり、基準クロックの基
となる基準周波数信号の周波数精度を監視するととも
に、ＧＰＳ受信機３出力の１ＰＰＳとＰＰ２Ｓ生成回路
５３出力の１ＰＰＳ間の位相差を検出する。

【００２１】以上のＧＰＳクロック供給部３６の動作の
概要を説明する。まず、０系において、ＧＰＳアンテナ
１により受信されたＧＰＳ衛星からの受信信号は、ＧＰ
Ｓ受信機３に入力される。次いで、ＧＰＳ受信機３は、
該受信信号から時刻情報である１ＰＰＳを抽出し、基準
クロック生成部５に出力する。基準クロック生成部５
は、該１ＰＰＳと基準クロック回路５２からの基準クロ
ック信号により偶数秒に同期したＰＰ２Ｓを生成する。
このときタイムインタバルカウンタ５４は、ＧＰＳ受信
機３出力の偶数秒の１ＰＰＳと次の奇数秒の１ＰＰＳ区
間におけるリファレンス信号発振器５１のパルス数をカ
ウントし、その計数値を制御部７に通知する。また、タ
イムインタバルカウンタ５４は、ＧＰＳ受信機３出力の
１ＰＰＳ出力とＰＰ２Ｓ生成回路５３の出力であるＰＰ
２Ｓと同期した１ＰＰＳとの位相差を偶数秒から次の奇
数秒の間で検出し、その結果を制御部７に通知する。上
記のタイムインタバルカウンタ５４での計数及び検出
は、毎偶数秒から毎奇数秒の間行なわれる。

【００２２】基準クロック生成部５から出力されたＰＰ
２Ｓと基準クロックは、選択部８に送られる。以上の構
成及び動作は、ＧＰＳアンテナ２以降の１系においても
同様である。

【００２３】制御部７は、二つの系それぞれの、タイム
インタバルカウンタ５４で検出したリファレンス発振器
５１のパルス計数値及び１ＰＰＳの位相差情報を収集
し、リファレンス発振器５１の計数値が所定の値（所定
の周波数）の範囲入っている方か、又は位相差が小さい
方の系のＰＰ２Ｓ及び基準クロックを選択するように動
作し、選択信号を選択部８に送る。即ち、制御部７は、
ＧＰＳ受信機３出力の１ＰＰＳとＰＰ２Ｓ生成部５３出
力の１ＰＰＳの位相差検出を終了した奇数秒の次の偶数
秒に選択部８に対して系選択の制御信号を送出する。選
択部８は、上述のように、制御部７からの制御信号によ
り、選択された系の１ＰＰＳ、ＰＰ２Ｓ及び基準クロッ
クを出力する。

【００２４】更に、制御部７は、ＧＰＳ受信機３，４出
力の１ＰＰＳ区間内のリファレンス発振器５１のパルス
計数値について［所定の発振器周波数±１］を閾値と
し、図２に示すように両系のＧＰＳ受信機３、４出力の
偶数秒の１ＰＰＳから次の奇数秒の１ＰＰＳ区間のリフ
ァレンス発振器５１のパルス計数値を該奇数秒から数ｍ
ｓ後に収集する。

【００２５】また、ＧＰＳ受信機３，４出力の１ＰＰＳ
とＰＰ２Ｓ生成部５３出力の１ＰＰＳの位相差について
も、両系のタイムインタバルカウンタ５４で検出完了し
た奇数秒から数ｍｓ後に収集する。収集した結果によ
り、次の偶数秒に選択部８に対して系選択の制御信号を
送出する。

【００２６】次に、系の選択は、以下に述べる基準によ
って行なわれる。

【００２７】ＧＰＳ受信機３，４出力の１ＰＰＳ区間の
リファレンス発振器５１のパルス計数値が両系とも上記
閾値以内の場合は、ＧＰＳ受信機２，３出力の１ＰＰＳ
とＰＰ２Ｓ生成部５３出力の１ＰＰＳの位相差がより小
さい系を選択するように制御部７は選択部８に制御信号
を送出する。

【００２８】ＧＰＳ受信機３，４出力の１ＰＰＳ区間の
リファレンス発振器５１のパルス計数値が０系が閾値以
内で１系が閾値外の場合は、ＧＰＳ受信機３，４出力の
１ＰＰＳとＰＰ２Ｓ生成部５３出力の１ＰＰＳの位相差
に拘わらず、０系を選択するように制御部７は選択部８
に制御信号を送出する。

【００２９】ＧＰＳ受信機３，４出力の１ＰＰＳ区間の
リファレンス発振器５１のパルス計数値が両系とも閾値
外の場合は、ＧＰＳ受信機３，４出力の１ＰＰＳとＰＰ
２Ｓ生成部出力の１ＰＰＳの位相差に関わらず、該パル
ス計数値が小さい系を選択するように制御部７は選択部
８に制御信号を送出する。

【００３０】ただし、ＧＰＳ受信機３，４出力の１ＰＰ
Ｓ区間のリファレンス発振器５１のパルス計数値が両系
とも閾値外となる場合は、その原因は一般に、ＧＰＳ受
信機３、４及び基準クロック生成部５、６が電源立ち上
げから動作が安定するまでの期間が終了していないか、
或いは十分な数の衛星が捕捉できない状態が一定時間以
上続いたか、或いはこれらの回路が故障したかの何れか
である。その場合は、いずれの原因であるかを調べ、説
明を省略するがそれぞれに応じた対策が講じられる。

【００３１】選択部８は、制御部７により送出された制
御信号に基づき、上記したように、いずれかの系のタイ
ミング信号１ＰＰＳ、ＰＰ２Ｓ及び基準クロックをセレ
クタで選択し、これらを装置システムクロック周波数シ
ンセサイザに入力する。装置システムクロック周波数シ
ンセサイザは、ＰＬＬ回路からなる。該ＰＬＬ回路は、
系切り替えによるタイミング信号の位相差によるタイミ
ング信号間のシステムクロックのパルス数が変わらない
ように、十数秒の非常に緩やかな応答特性を有する。

【００３２】なお、本発明の効果を高めるために、ＧＰ
Ｓアンテナの受信環境の変化を予めある程度予測し、二
個のＧＰＳアンテナを可能な限り離して設置することが
有効である。

【００３３】また、ＧＰＳクロック供給部３６は、ＧＰ
Ｓアンテナ、ＧＰＳ受信機及び基準クロック生成部から
なる系を３つ以上備えることが可能である。系の選択制
御方法が複雑になり、部品数が増大してコスト高となる
が、予備系としての信頼度を向上させることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、ＧＰＳアンテナ、ＧＰ
Ｓ受信機及び基準クロック生成部からなる系を２組備
え、精度の高い方の系が常時選択されるので、従来以上
に精度が高く、かつ、安定度のよいＰＰ２Ｓ及び基準ク
ロックを得ることが可能となる。例えば、仮に一方の系
のＧＰＳ受信機が何らかの理由で精度劣化に至る自走状
態に移行した場合、他方の系の正常状態のＧＰＳ受信機
が選択されるため、基地局装置内の故障切替が行なわれ
ずに発生する時刻同期精度の劣化を防ぐことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＣＤＭＡシステム基地局装置のＧ
ＰＳクロック供給部を説明するための構成図。

【図２】図１のＧＰＳクロック供給部が生成する１ＰＰ
Ｓ、ＰＰ２Ｓ及び基準クロックを説明するためのタイミ
ングチャート。

【図３】ＣＤＭＡシステム基地局装置を説明するための
構成図。

【符号の説明】

１，２…ＧＰＳアンテナ、３，４…ＧＰＳ受信機、５，
６…基準クロック生成部、７…制御部、８…選択部、９
…制御選択部、１０、１１…基準クロック部、３１…基
地局アンテナ、３２…無線部、３３…ベースバンド処理
部、３４…回線インタフェース部、３５…通信制御部、
３６…ＧＰＳクロック供給部、５１…リファレンス信号
発振器、５２…基準クロック回路、５３…ＰＰ２Ｓ生成
回路、５４…タイムインタバルカウンタ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＣＤＭＡ方式による移動体通信システムを
   構成する複数の基地局装置の間で絶対時刻を合わせる時
   刻同期方法であって、ＧＰＳ人工衛星からの信号を受信
   して２組の絶対時刻を生成する段階と、該２組の絶対時
   刻に位相同期した２組の基準周波数信号を生成し、２組
   の該基準周波数信号を用いて２組の基準クロックを生成
   する段階と、前記絶対時刻の秒を表す２組の第１の１Ｐ
   ＰＳと２組の前記基準クロックとから偶数秒を表す２組
   のＰＰ２Ｓを生成する段階と、２組の該基準周波数信号
   の周波数をそれぞれの第１の１ＰＰＳの時間間隔で計測
   し、計測値が所定の周波数の範囲に入っている方の基準
   周波数信号による基準クロック及びＰＰ２Ｓを第１の選
   択結果として選択する段階とを有し、該第１の選択結果
   を基地局装置の内部へ供給する基準タイミングとシステ
   ムクロックを生成するために用いることを特徴とするＣ
   ＤＭＡシステム基地局装置の時刻同期方法。
2. 【請求項２】２組の前記ＰＰ２Ｓから秒を表す２組の第
   ２の１ＰＰＳを生成する段階と、２組の該基準周波数の
   計測値がいずれも所定の周波数範囲に入っている場合に
   は、同じ組の第１の１ＰＰＳと第２の１ＰＰＳとの間の
   位相差を比較し、位相差が小さい方の組のＰＰ２Ｓと基
   準クロックを第２の選択結果として選択する段階とを更
   に有し、該第２の選択結果を前記第１の選択結果に代え
   て前記基準タイミングと前記システムクロックを生成す
   るために用いることを特徴とする請求項１に記載の時刻
   同期方法。
3. 【請求項３】通信ネットワーク及び移動端末と共にＣＤ
   ＭＡ方式による移動体通信システムを構成し、複数の基
   地局装置の間で絶対時刻を合わせる基地局装置であっ
   て、該通信ネットワークから該移動端末への送信信号に
   対して拡散符号により拡散を行ない、該移動端末から該
   通信ネットワークへの受信信号に対して同じ拡散符号に
   より逆拡散を行なうベースバンド処理部と、該ベースバ
   ンド処理部を含む基地局装置の内部へ基準タイミングと
   システムクロックを供給するＧＰＳクロック供給部とを
   少なくとも有し、 該ＧＰＳクロック供給部は、ＧＰＳアンテナと該ＧＰＳ
   アンテナで受信したＧＰＳ人工衛星からの信号を用いて
   絶対時刻を生成するＧＰＳ受信機と該絶対時刻を基に基
   準クロックを生成する基準クロック生成部とからなる基
   準クロック部の二組と、該二組の内から一方を選択する
   制御選択部とを備え、 前記基準クロック生成部は、（１）該絶対時刻を基に基
   準周波数信号を生成し、（２）該基準周波数信号から上
   記基準クロックを生成し、（３）該基準周波数信号の周
   波数を前記絶対時刻の秒を表す第１の１ＰＰＳの時間間
   隔で計測し、（４）該基準クロックを基に偶数秒を表す
   ＰＰ２Ｓを生成し、 前記制御選択部は、上記周波数の計測値が所定の周波数
   の範囲に入っている方の組を選択し、選択した組の基準
   クロック及びＰＰ２Ｓを第１の選択結果として出力し、 該第１の選択結果が前記基準タイミングと前記システム
   クロックを生成するために用いられることを特徴とする
   ＣＤＭＡシステム基地局装置。
4. 【請求項４】前記基準クロック生成部は、前記ＰＰ２Ｓ
   から秒を表す第２の１ＰＰＳを生成し、前記計測値がい
   ずれの組も所定の周波数の範囲に入っている場合は、前
   記第１の１ＰＰＳと該第２の１ＰＰＳとの間の位相差を
   比較し、 前記制御選択部は、位相差が小さい方の組のＰＰ２Ｓと
   基準クロックを第２の選択結果として出力し、 該第２の選択結果が前記第１の選択結果に代えて前記基
   準タイミングと前記システムクロックを生成するために
   用いられることを特徴とする請求項３に記載のＣＤＭＡ
   システム基地局装置。