JP2009525690A

JP2009525690A - Ｇｐｓが機能しなくなる際にバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法

Info

Publication number: JP2009525690A
Application number: JP2008553318A
Authority: JP
Inventors: ベンコ，デヴィッド，エス．; オーバーエンド，キース，アレン; シェーン，ボーリング，エス．; トゥルー，サンドラ，リン; ヴォイト，ケネス，ジェー．
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2009-07-09
Also published as: KR20080100173A; WO2007089817A1; CN101375532A; US20070177605A1; EP1980038A1

Abstract

本発明は、ＧＰＳが機能しなくなる際に、デジタル通信システムにおけるバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法を提供する。基地局が、ＧＰＳ衛星からの予期された信号の受信に失敗すると、ＧＰＳエラー・タイマが開始される。基地局が、そのタイマの満了時より前にＧＰＳ衛星からの信号を受信しない場合、無線通信システムは、ＮＴＰ（ネットワーク・タイム・プロトコル）などのバックアップ・タイミング・システムに切り換える。

Description

本発明は、一般に通信システムに関し、より詳細にはデジタル無線通信システムにおける時刻同期に関する。

無線通信システムが普及してきている。無線通信のインフラストラクチャは、適切な動作のために正確なタイミングに依存する。たとえば符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）方式は、適切な動作のために同期タイミングを必要とする。同期タイミングなしには、基地局は呼を首尾よくハンドオフすることができない。

ＣＤＭＡ通信方式では、基地局の発振器がＧＰＳ（全地球測位システム）衛星に対して発振器自体を較正する。基地局がＧＰＳ衛星からの信号の受信を中止した場合、基地局の発振器は「自走」モードとして知られるモードに復帰する。各基地局はこのとき、各自のタイミングでの動作を実行しているために、基地局間の相対的なタイミングは時間とともにずれていく。一旦基地局間の時刻同期が許容されるレベルを超えてずれてしまうと、基地局はもはや呼を首尾よくハンドオフすることができない。このモードでは、移動ユニットは単一の基地局の通信範囲内に静止したままである場合に呼を発信または受信することしかできない。

しかし、通信システムが時刻同期についてＧＰＳ衛星に依存することは、いくつかの問題をもたらす。まず、ＧＰＳは米国の国防総省により所有および運用されており、したがって、無線サービス・プロバイダまたは米国以外の政府の直接または間接的な管理下にはない。さらに、ＧＰＳはＣＤＭＡアーキテクチャ全体における単一障害点（ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｏｆｆａｉｌｕｒｅ）を表す。加えて、ＧＰＳは軍事活動に不可欠であり、かつ多くの商業利用を支えていることから、ＧＰＳタイミングを伝播するのに使用されるＧＰＳ衛星および地上設備は、テロリストによる攻撃の格好の標的である。

したがって、ＧＰＳが動作しない際に、無線通信システムにおいて信頼できる通信を可能にする方法に対する必要性が存在する。

本発明の例示的な一実施形態は、ＧＰＳが機能しなくなる際に、バックアップ・タイミング・ソースを利用する方法を提供する。通信システムは、ＧＰＳタイミングが機能しているかどうかを判定する。ＧＰＳタイミングが機能していない場合、移動交換局（ＭＳＣ）がＧＰＳエラー・タイマを開始し、このエラー・タイマは、好ましくは、ＧＰＳ衛星と、ＭＳＣの制御下にある基地局との間の通信における予測可能な任意の短期停止期間よりも長い時間に設定される。

ＭＳＣはＧＰＳエラー・タイマが満了したかどうかを判定する。ＧＰＳタイミングが機能しなくなってからバックアップ・タイミングが開始されるまでの間、各基地局は自走モードで動作する。このモードにおいて、各基地局はタイミング精度を維持するのに使用される発振器を備える。

ＧＰＳエラー・タイマが満了したとき、ＭＳＣはＮＴＰサーバ・タイミングに切り換える。ＮＴＰサーバ・タイミング・モードにおいて、基地局は、好ましくはＮＴＰサーバおよびストラタム（重なり）１ＮＴＰサーバをバックアップ・タイミング・ソースとして利用する。例示的な本実施形態では、各基地局はＮＴＰサーバへのリンクを含む。別の例示的な実施形態では、基地局はＮＴＰサーバおよびストラタム２ＮＴＰサーバをバックアップ・タイミング・ソースとして利用する。このようにして、通信システムのための同期バックアップ・タイミングを提供するバックアップ・タイミング・ソースが提供される。これにより、通信システムは、ソフト・ハンドオフおよび他のタイミング依存によるサービスの機能を維持することを含む全機能で動作し続けることが可能になる。

本発明はまた、ＧＰＳタイミングが再び機能する際に、ＧＰＳタイミング・モードに再び切り換える方法も提供する。通信システムは、ＮＴＰサーバを利用するリンク上でデジタル・セルラ基地局間の同期タイミングが維持される、ＮＴＰサービング・タイミング・モードで動作する。

基地局が所定の期間にわたってＧＰＳ衛星から有効なタイミング信号を受信するときなど、あるポイントにおいて、通信システムはＧＰＳシステムが機能するようになったかどうかを判定する。

ＧＰＳシステムが再び機能するようになると、通信システムはＧＰＳタイミング・モードに切り換える。これにより本発明は、ＧＰＳシステムが動作不能にされるときでさえも、フル機能で動作を維持し続けるような、同期タイミングのためにＧＰＳを利用するデジタル通信システムの機能を提供する。

図１は、本発明の例示的な一実施形態による通信システム１００を示している。通信システム１００は、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１０１、移動交換局（ＭＳＣ）１０３、基地局１０５、基地局１０６、全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星１０７、およびＮＴＰ（ネットワーク・タイム・プロトコル）サーバ１０９を含む。

ＰＳＴＮ１０１は、ＰＳＴＮ１０１に接続しているユーザに電話通信サービスを提供する国際電話ネットワークである。加入者宅内機器（ＣＰＥ）１１１は、ＰＳＴＮ１０１を介して通信システム１００に結合され、ユーザが通信システム１００内で呼を発信および受信するための機能を提供する。

ＭＳＣ１０３は、ＰＳＴＮ１０１を、ＭＳＣ１０３による無線通信システムのサービスに接続する。ＭＳＣ１０３は、好ましくは、１つのセルから別のセルへの呼の課金およびハンドオフのための呼情報をコンパイルする役割を担う。例示的な一実施形態では、ＭＳＣ１０３は、ＣＤＭＡＭＳＣである。ＭＳＣ１０３は、基地局１０５および１０６に対して制御を提供する。図１では理解しやすいように２つの基地局のみを示しているが、典型的な無線通信システムにおいて、ＭＳＣ１０３は多数の基地局を制御することが理解されるべきである。

基地局１０５および１０６は、その基地局によってカバーされるセル範囲内に位置する移動ユニットと無線により通信する役割を担う。基地局１０５および１０６は、ＭＳＣ１０３を利用してＰＳＴＮ１０１との呼を成立させる。図１に示される例示的な一実施形態では、基地局１０５は無線により移動ユニット１１５と通信しており、基地局１０６は無線により移動ユニット１１６と通信している。図１では２つの移動ユニット１１５および１１６のみを示しているが、典型的な無線基地局は一度に多数の無線移動ユニットにサービスを行うことが理解されるべきである。例示的な一実施形態では、基地局１０５および１０６はＣＤＭＡ基地局であり、移動ユニット１１５および１１６はＣＤＭＡ移動ユニットである。

ＧＰＳ衛星１０７は米国の国防総省によって実行される、衛星による無線ナビゲーション・システムの一部である。ＧＰＳシステムは複数の衛星を含み、そのうちの１つであるＧＰＳ衛星１０７のみが図１に示されている。ＧＰＳシステムにおいては、少なくとも４つの衛星からの信号が地球上のどの場所でも利用可能である。ＧＰＳ衛星からの信号は、現在位置、緯度および経度の両方、ならびに高度を計算するのに十分である。ＧＰＳによる位置特定は、２０メートル以内の精度である。各ＧＰＳ衛星の軌道は地球の約１２，５００マイル上空にあり、１２時間毎に地球を一周する。各衛星は常に位置および時刻を送信する。時刻は原子時計から届く。

ＮＴＰサーバ１０９は、ネットワークを介してコンピュータのクロックを同期するために設計されたプロトコルであるＮＴＰプロトコルを利用するサーバである。ＮＴＰサーバは、ストラタムレベルによってカテゴライズされる。たとえば、ストラタム１ＮＴＰサーバは、ワシントンＤＣにある米国海軍天文台マスタークロックおよびコロラド州のコロラド・スプリングスとシステム時刻同期を維持する。世界中に約１００のストラタム１サーバが存在する。ストラタム２ＮＴＰサーバは、好ましくはストラタム１サーバより供給されるものであり、世界中に１００を超えるストラタム２サーバが存在する。

基地局１０５はリンク１５９を介してＮＴＰサーバ１０９に結合され、基地局１０６はリンク１６９を介してＮＴＰサーバ１０９に結合される。例示的な一実施形態において、リンク１５９および１６９は有線のインターネット・プロトコル（ＩＰ）リンクである。

図２は、本発明の例示的な一実施形態による、ＧＰＳが機能しなくなる際にバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法の流れ図２００を示している。

通信システム１００は、ＧＰＳタイミングが機能しているかどうかを判定する（２０１）。ＧＰＳは、技術的問題、大気による問題、妨害行為またはテロリズム、もしくは他の理由によってサービスが停止された場合に機能しなくなることがある。例示的な一実施形態において、基地局１０５および１０６はＧＰＳ衛星１０７からの信号を受信することをやめ、ＭＳＣ１０３に、基地局１０５および１０６がＧＰＳ衛星１０７からの信号を受信しなくなったことを通知する。

ステップ２０１で判定されるようにＧＰＳタイミングが機能していない場合は、ＭＳＣ１０３は、ＧＰＳエラー・タイマを開始する（２０３）。ＧＰＳエラー・タイマは、好ましくは、ＧＰＳ衛星１０７と、基地局１０５および１０６との間の通信における予測可能な任意の短期停止期間よりも長い時間に設定される。例示的な一実施形態では、ＧＰＳエラー・タイマは１時間に設定される。

ＭＳＣ１０３は、ＧＰＳエラー・タイマが満了したかどうかを判定する（２０５）。満了していない場合、ＭＳＣ１０３は動作を継続し、ＧＰＳエラー・タイマの状態の再確認に戻る。例示的な一実施形態では、基地局１０５および１０６は、ＧＰＳ衛星１０７の非機能状態からバックアップ・タイミング・システムの稼動までの期間、自走モードで動作する。自走モードにおいて、各基地局はタイミング精度を維持するのに使用される発振器を備える。

ステップ２０５で、ＭＳＣ１０３が、ＧＰＳエラー・タイマが満了したことを判定すると、ＭＳＣ１０３はＮＴＰサーバ・タイミングに切り換える（２０７）。ＮＴＰサーバ・タイミング・モードでは、基地局１０５および１０６は、好ましくはＮＴＰサーバおよびストラタム１ＮＴＰサーバをバックアップ・タイミング・ソースとして利用する。例示的な本実施形態では、各基地局がＮＴＰサーバへのリンクを含む。別の例示的な一実施形態では、基地局１０５および１０６は、ＮＴＰサーバおよびストラタム２ＮＴＰサーバをバックアップ・タイミング・ソースとして利用する。このようにして、通信システム１００のための同期バックアップ・タイミングを提供するバックアップ・タイミング・ソースが提供される。これにより通信システム１００は、ソフト・ハンドオフおよび他のタイミング依存によるサービスの機能を維持することを含む全機能で動作し続けることが可能になる。

図３は、本発明の例示的な一実施形態による、ＧＰＳタイミング・モードに再び切り換える方法の流れ図３００を示している。

通信システム１００は、ＮＴＰサービング・タイミング・モードで動作する（３０１）。このモードは、たとえば図２に示される処理によって開始される。このタイミング・モードでは、デジタル・セルラ基地局間の同期タイミングがＮＴＰサーバを利用するリンク上で維持される。

通信システム１００は、ＧＰＳシステムが機能するようになったかどうかを判定する（３０３）。例示的な一実施形態では、通信システム１００は、基地局が所定の期間にわたって有効なタイミング信号をＧＰＳ衛星から受信するとき、ＧＰＳシステムが再び機能するようになったと判定する。所定の期間とは、ＧＰＳシステムが再びサービスを開始していること、および完全には機能していないものの散発的な信号を送出していないことを保証するものである。ＧＰＳシステムが機能していない場合、プロセスはＮＴＰサーバ・タイミング・モードで動作し続ける（３０１）。

ステップ３０３で判定されるようにＧＰＳシステムが再び機能するようになった場合は、通信システム１００はＧＰＳタイミング・モードに切り換える（３０５）。これにより本発明は、ＧＰＳシステムが動作不能にされるときでさえも、フル機能で動作を維持し続けるような、同期タイミングのためにＧＰＳを利用するデジタル通信システムの機能を提供する。

本発明をそのいくつかの例について説明してきたが、本発明は上記の説明に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に記述される範囲にのみ限定されるものである。

本発明の例示的な一実施形態による通信システムを示す図である。本発明の例示的な一実施形態による、ＧＰＳが機能しなくなる際にバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法の流れ図である。本発明の例示的な一実施形態による、ＧＰＳタイミング・モードに再び切り換える方法の流れ図である。

Claims

ＧＰＳ（全地球測位システム）を一次タイミング・ソースとして利用する無線通信システムにおいてバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法であって、
前記一次タイミング・ソースが機能しなくなったことを判定するステップと、
バックアップ・タイミング・ソースに切り換えるステップと
を含む方法。
前記一次タイミング・ソースが機能しなくなったことを判定する前記ステップが、前記一次タイミング・ソースからの予期される信号の受信に失敗するステップを含む、請求項１に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。
前記一次タイミング・ソースが機能しなくなったことを判定する前記ステップが、
前記一次のタイミング・ソースからの第１の予期されるタイミング信号の受信に失敗すると、タイマを開始するステップと、
前記タイマが満了すると、前記一次タイミング・ソースが機能しなくなったことを判定するステップと
を含む、請求項１に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。
バックアップ・タイミング・ソースに切り換える前記ステップが、前記タイマが満了すると、バックアップ・タイミング・ソースに切り換えるステップを含む、請求項３に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。
前記一次タイミング・ソースに復帰するステップをさらに含む請求項１に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。
前記一次タイミング・ソースに復帰する前記ステップが、ＧＰＳが機能するようになったことを判定するステップを含む、請求項５に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。
前記一次タイミング・ソースに復帰する前記ステップが、ＧＰＳが所定の期間、機能するようになったことを判定するステップを含む、請求項５に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。
バックアップ・タイミング・ソースに切り換える前記ステップが、ＮＴＰ（ネットワーク・タイム・プロトコル）リンクを利用するステップを含む、請求項１に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。
前記一次タイミング・ソースがサービスに復帰するときを判定するステップと、
前記一次タイミング・ソースに切り換えるステップと
をさらに含む請求項１に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。
前記一次タイミング・ソースがサービスに復帰するときを判定する前記ステップが、所定の期間、前記一次タイミング・ソースからの信号を受信するステップを含む、請求項９に記載のバックアップ・タイミング・ソースを利用する方法。