JP2012094992A - Base station - Google Patents
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Description
本発明は、GPS衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を基準に、送信信号を送信する基地局に関するものである。 The present invention relates to a base station that transmits a transmission signal based on a timing signal synchronized with a reference signal acquired from a radio wave of a GPS satellite.
従来、各基地局間でフレームタイミングの同期をとる場合、GPS(Global Positioning System)衛星からの信号を受信するGPS受信機を利用する方法が知られている。GPS受信機は、GPS衛星から受信したGPS信号からUTC(Coordinated Universal Time:協定世界時)に同期した1pps(Pulse Per Second)のリファレンス信号を抽出し、基地局はこのリファレンス信号に同期してデータを送信する。しかし、基地局は妨害波等によりGPS衛星からの電波を正確に受信できなかったり、GPS衛星から電波が送信されなかったりして、リファレンス信号を捕捉できなくなることがある。このリファレンス信号を捕捉できない状態をホールドオーバーという。 Conventionally, a method using a GPS receiver that receives a signal from a GPS (Global Positioning System) satellite is known in order to synchronize the frame timing between base stations. The GPS receiver extracts a 1 pps (Pulse Per Second) reference signal synchronized with UTC (Coordinated Universal Time) from the GPS signal received from the GPS satellite, and the base station performs data synchronization with this reference signal. Send. However, the base station may not be able to accurately receive the radio wave from the GPS satellite due to an interference wave or the like, or the radio wave may not be transmitted from the GPS satellite, and the reference signal may not be captured. This state in which the reference signal cannot be captured is called holdover.
このようなホールドオーバー発生時にも、リファレンス信号に同期した信号を出力できるように、高精度の発振器を併用し、発振器から出力されるクロック信号を分周してリファレンス信号と同周波数、同位相とした信号に同期した信号を出力するクロック同期方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Even when such a holdover occurs, a high-precision oscillator is used together so that a signal synchronized with the reference signal can be output, and the clock signal output from the oscillator is divided to have the same frequency and phase as the reference signal. There is known a clock synchronization method for outputting a signal synchronized with the received signal (see, for example, Patent Document 1).
しかし、従来の基地局は、ホールドオーバーが発生した際に、内部の発振器を自走させることで周波数精度を保つことはできるが、長時間に渡って発振器を自走させることによって生じるフレームタイミングのずれを、自動的に修正することはできなかった。このずれが許容範囲内である場合には、基地局は運用を続行することも可能であるが、この間にリファレンス信号がホールドオーバーから復旧した場合には、本来のフレームタイミングに戻すことが望ましい。 However, the conventional base station can maintain the frequency accuracy by causing the internal oscillator to self-run when a holdover occurs, but the frame timing caused by letting the oscillator self-run for a long time can be maintained. The shift could not be corrected automatically. If this deviation is within an allowable range, the base station can continue to operate, but if the reference signal recovers from holdover during this time, it is desirable to return to the original frame timing.
図5は、従来の基地局のリファレンス信号復旧時の動作を示すフローチャートである。従来の基地局は、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧したか否かを判定し(ステップS201)、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧すると、現状のフレームタイミングと本来のフレームタイミングとのずれが生じているか否かを判定する(ステップS202)。フレームタイミングのずれが生じている場合には、基地局は非運用状態への遷移手続きを行い(ステップS203)、非運用状態へ遷移させてから(ステップS204)、フレームタイミングを修正し(ステップS205)、再び運用状態へ遷移させていた(ステップS206)。この復旧方法では、一気に本来のフレームタイミングへと戻せるものの、基地局と通信端末との間の通信が一度途絶えるため、通信端末は再度フレーム同期を取り直す必要があるという問題があった。 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the conventional base station when the reference signal is restored. The conventional base station determines whether or not the reference signal has recovered from the holdover (step S201). If the reference signal recovers from the holdover, is there a difference between the current frame timing and the original frame timing? It is determined whether or not (step S202). If there is a frame timing shift, the base station performs a transition procedure to the non-operational state (step S203), changes to the non-operational state (step S204), and then corrects the frame timing (step S205). ), The operation state is changed again (step S206). Although this restoration method can return to the original frame timing at once, there is a problem that communication between the base station and the communication terminal is once interrupted, so that the communication terminal needs to re-synchronize the frame.
本発明の目的は、上記問題を解決するため、リファレンス信号復旧時に、フレームタイミングのずれを通信端末との同期を保持しながら修正することが可能な基地局を提供することにある。 In order to solve the above problem, an object of the present invention is to provide a base station capable of correcting a frame timing shift while maintaining synchronization with a communication terminal when a reference signal is restored.
上記課題を解決するため、本発明に係る基地局は、GPS衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を基準に、送信信号を送信する基地局であって、発振器から出力されるクロック信号をGPS衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を生成し、ホールドオーバーが発生した場合には、前記タイミング信号を前記リファレンス信号との同期がとれていない状態で自走させ、前記リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、前記発振器から出力されるクロック信号を復旧したリファレンス信号と同期させたタイミング教師信号を生成するタイミング生成部と、前記タイミング信号を基準に送信信号を出力する同期部と、前記送信信号にガードインターバルを付加するガードインターバル付加部と、前記リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、前記自走したタイミング信号の前記タイミング教師信号に対するずれ量を検出し、該ずれ量が小さくなるように、前記ガードインターバル付加部が付加するガードインターバルの長さを調整するタイミング制御部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a base station according to the present invention is a base station that transmits a transmission signal based on a timing signal synchronized with a reference signal acquired from a radio wave of a GPS satellite, and is output from an oscillator. A timing signal is generated by synchronizing a clock signal with a reference signal acquired from a radio wave of a GPS satellite, and when a holdover occurs, the timing signal is caused to self-run without being synchronized with the reference signal. When the reference signal recovers from holdover, a timing generator that generates a timing teaching signal synchronized with the reference signal recovered from the clock signal output from the oscillator, and outputs a transmission signal based on the timing signal And a guard for adding a guard interval to the transmission signal. When the interval adding unit and the reference signal recover from holdover, the guard interval adding unit detects the amount of deviation of the self-running timing signal from the timing teacher signal and reduces the amount of deviation. And a timing control unit that adjusts the length of the guard interval to be performed.
また、本発明に係る基地局において、前記タイミング制御部は、前記ずれ量が大きいほど、該ずれ量が1サンプル長未満となるまでの時間が長くなるように、前記同期部が基準とするタイミング信号の周期、及び前記ガードインターバル付加部が付加するガードインターバルの長さを調整することを特徴とする。 Further, in the base station according to the present invention, the timing control unit may perform timing based on the synchronization unit such that the larger the deviation amount, the longer the time until the deviation amount becomes less than one sample length. The period of the signal and the length of the guard interval added by the guard interval adding unit are adjusted.
また、本発明に係る基地局において、前記タイミング制御部は、前記タイミング信号1周期あたりの前記ガードインターバルの長さが調整されるシンボル信号の数、及びガードインターバル長の調整量を決定することを特徴とする。 Further, in the base station according to the present invention, the timing control unit determines the number of symbol signals whose length of the guard interval is adjusted per period of the timing signal and the amount of adjustment of the guard interval length. Features.
また、本発明に係る基地局において、前記タイミング制御部は、前記ガードインターバルの長さが調整されるシンボル信号のシンボル周期、及びガードインターバル長の調整量を決定することを特徴とする。 In the base station according to the present invention, the timing control unit determines a symbol period of a symbol signal in which a length of the guard interval is adjusted and an adjustment amount of the guard interval length.
本発明によれば、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、ガードインターバルの長さを調整することにより、ホールドオーバーによるフレームタイミングのずれを、通信端末との同期を保持しながら修正することができるようになる。 According to the present invention, when the reference signal recovers from the holdover, the frame timing shift due to the holdover can be corrected while maintaining the synchronization with the communication terminal by adjusting the length of the guard interval. It becomes like this.
以下、本発明による基地局の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a base station according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による一実施形態の基地局の構成を示すブロック図である。本実施形態では、OFDM方式の基地局を例に説明する。OFDM方式の基地局1は、フレーム同期部11と、OFDM信号生成部12とを備える。フレーム同期部11は、GPS受信部111と、発振器制御部112と、発振器113と、タイミング生成部114と、タイミング制御部115とを備える。OFDM信号生成部12は、同期部121と、マッピング部122と、IFFT(Inverse Fast Fourier Transform:逆高速フーリエ変換)部123と、GI付加部124と、D/A(Digital/Analog:デジタル/アナログ)変換部125と、送信部126と、アンテナ127とを備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a base station according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, an OFDM base station will be described as an example. The
GPS受信部111は、GPS衛星の電波を受信して、GPS衛星の電波から取得したリファレンス信号(1pps信号)を発振器制御部112及びタイミング生成部114に出力し、リファレンス信号を捕捉しているか否かを示すロック信号をタイミング制御部115に出力する。
The GPS receiver 111 receives a GPS satellite radio wave, outputs a reference signal (1 pps signal) acquired from the GPS satellite radio wave to the
発振器制御部112は、発振器113を制御するための発振器制御信号を発振器113に出力する。
The
発振器113は、発振器制御部112から入力される発振器制御信号に基づいて、内部クロック信号をタイミング生成部114に出力する。発振器113は、例えばOCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator:恒温槽付水晶発振器)により構成される。
The oscillator 113 outputs an internal clock signal to the timing generation unit 114 based on the oscillator control signal input from the
タイミング生成部114は、発振器113から入力される内部クロック信号を分周し、GPS受信部111から入力されるリファレンス信号と同期させたタイミング信号を、タイミング制御部115及び同期部121に出力する。
The timing generation unit 114 divides the internal clock signal input from the oscillator 113 and outputs a timing signal synchronized with the reference signal input from the GPS reception unit 111 to the
ホールドオーバーが発生すると、タイミング生成部114は、リファレンス信号との同期がとれていない自走状態のタイミング信号を出力する。その後、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧すると、タイミング生成部114は、リファレンス信号に同期させた(すなわち、本来のフレームタイミングである)タイミング教師信号を、タイミング制御部115に出力する。
When a holdover occurs, the timing generator 114 outputs a self-running timing signal that is not synchronized with the reference signal. Thereafter, when the reference signal recovers from the holdover, the timing generation unit 114 outputs a timing teaching signal synchronized with the reference signal (that is, the original frame timing) to the
タイミング制御部115は、GPS受信部111から入力されるロック信号により、ホールドオーバーが発生したか否かを判別する。タイミング制御部115は、ホールドオーバーが発生したことを検知すると、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧するのを待ち、リファレンス信号の復旧時に、タイミング生成部114から入力される自走状態のタイミング信号の、タイミング生成部114から入力されるタイミング教師信号に対するずれ量を検出する。そして、タイミング制御部115は、ずれ量が小さくなるように後述する同期部121及びGI付加部124を制御するために、GIサンプル数制御信号を生成する。
The
同期部121は、タイミング生成部114から入力されるタイミング信号に同期して送信信号をマッピング部122に出力する。また、同期部121は、リファレンス信号のホールドオーバーからの復旧時には、タイミング制御部115から入力されるGIサンプル数制御信号に従って、タイミング信号の周期を調整する。
The
マッピング部122は、同期部121から入力される送信信号をサブキャリアごとに所定の変調方式に応じてIQ平面へマッピングし、マッピング信号をIFFT部123に出力する。
Mapping section 122 maps the transmission signal input from
IFFT部123は、マッピング部122から入力されるマッピング信号を逆高速フーリエ変換処理して生成した有効シンボル信号を、GI付加部124に出力する。
IFFT
GI付加部124は、IFFT部123から入力される有効シンボル信号の先頭に、有効シンボル信号の後半部分をコピーしたガードインターバルを付加したOFDMシンボル信号を、D/A変換部125に出力する。ガードインターバルは、OFDM信号を受信する際にシンボル間の干渉を低減させるために挿入される。
The GI addition unit 124 outputs an OFDM symbol signal to which the guard interval obtained by copying the latter half of the effective symbol signal is added to the head of the effective symbol signal input from the
図2は、OFDM変調方式によるOFDMシンボル信号を示す図である。OFDM信号はOFDMシンボル信号と呼ばれるシンボル単位で伝送される。OFDMシンボル信号は、IFFT部123から出力される有効シンボル信号と、この有効シンボルの後半部分の波形をそのままコピーしたガードインターバルとから構成されている。ガードインターバル長は、マルチパス遅延波の存在する時間範囲に設定され、システムによって予め決められたサンプル数の長さとなる。以下では、予め決められたガードインターバル長をNサンプル長として説明する。
FIG. 2 is a diagram illustrating an OFDM symbol signal according to the OFDM modulation scheme. The OFDM signal is transmitted in symbol units called OFDM symbol signals. The OFDM symbol signal includes an effective symbol signal output from the IFFT
OFDM信号の受信機は、OFDMシンボル信号とOFDMシンボル信号を有効シンボル長だけ遅延させた信号との自己相関値を算出する。ガードインターバルは同じ波形であり、ガードインターバル部で自己相関値が最大となることから、OFDM信号の受信機は、自己相関値の最大値を検出することによりシンボルタイミング(FFTウインドウ)を検出する。 An OFDM signal receiver calculates an autocorrelation value between an OFDM symbol signal and a signal obtained by delaying the OFDM symbol signal by an effective symbol length. Since the guard interval has the same waveform and the autocorrelation value is maximized in the guard interval part, the OFDM signal receiver detects the symbol timing (FFT window) by detecting the maximum value of the autocorrelation value.
GI付加部124は、リファレンス信号のホールドオーバーからの復旧時には、タイミング制御部115から入力されるGIサンプル数制御信号に従ってガードインターバル長を調整する。
The GI adding unit 124 adjusts the guard interval length according to the GI sample number control signal input from the
D/A変換部125は、GI付加部124から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号を送信部126に出力する。
The D /
送信部126は、D/A変換部125から入力されるアナログ信号を、送信周波数に変換するとともに電力増幅した信号をアンテナ127に出力する。
The
アンテナ127は、送信部126から入力される信号を空中に放射する。
The
次に、リファレンス信号の復旧時の動作について説明する。図3は、本実施形態によるOFDM方式の基地局1のリファレンス信号復旧時の動作を示すフローチャートである。
Next, an operation when the reference signal is restored will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
OFDM方式の基地局1は、タイミング制御部115により、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧したか否かを判定し(ステップS101)、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧すると、自走状態のタイミング信号がタイミング教師信号に対してずれが生じているか否かを判定する(ステップS102)。
In the
図4は、本実施形態によるOFDM方式1の基地局のリファレンス信号復旧時のタイミングチャートである。タイミング信号生成部114から出力されるタイミング信号は、ホールドオーバーが発生したことにより、リファレンス信号との同期がとれず自走状態になっている。タイミング信号生成部114から出力されるタイミング教師信号は、リファレンス信号との同期がとれた本来のフレームタイミングを示す信号である。
FIG. 4 is a timing chart when the reference signal is restored in the base station of the
OFDM方式の基地局1は、タイミング制御部115により、タイミング信号がタイミング教師信号に対してずれていると判定した場合には、図4に示すフレームタイミングのずれ量aを検出し、自走状態のタイミング信号を、リファレンス信号との同期がとれたタイミング教師信号に近づけるために、GIサンプル数制御信号を生成する(ステップS103)。図4では、リファレンス信号の復旧時に、タイミング信号とタイミング教師信号との間にずれ量aが生じており、徐々にずれ量が小さくなっていく様子を示している。
If the
OFDM方式の基地局1は、GI付加部124によりGIサンプル数制御信号に基づいてガードインターバル長を調整(すなわちOFDMシンボル長を調整)するとともに、同期部121によりGIサンプル数制御信号に基づいてタイミング信号の周期を調整する(ステップS104)。
In the
フレームタイミングのずれ量aがMサンプル長である場合には、ガードインターバル長をNサンプル長から(N±M)サンプル長に変更し、タイミング信号の周期を±Mサンプル長だけ変更することにより、タイミング信号をタイミング教師信号と一致させることができる。しかし、一気にガードインターバル長を変化させると、OFDM信号の受信側でシンボルタイミングを検出する際に算出する自己相関値に影響を及ぼすこととなる。また、ガードインターバル長を一気に短くすると、OFDM信号の受信側で遅延波(マルチパス波)による障害が発生するおそれがある。 When the frame timing deviation amount a is M sample length, the guard interval length is changed from N sample length to (N ± M) sample length, and the timing signal period is changed by ± M sample length, The timing signal can be matched with the timing teacher signal. However, if the guard interval length is changed at a stretch, the autocorrelation value calculated when the symbol timing is detected on the receiving side of the OFDM signal will be affected. Further, if the guard interval length is shortened at a stretch, there is a possibility that a failure due to a delayed wave (multipath wave) occurs on the receiving side of the OFDM signal.
そこで、タイミング信号をゆっくりと本来のフレームタイミングに戻すために、タイミング制御部115は、ずれ量aが大きいほど、ずれ量aが1サンプル長未満となるまでの時間が長くなるように、同期部121が基準とするタイミング信号の周期、及びGI付加部124が付加するガードインターバルの長さを調整する。
Therefore, in order to return the timing signal to the original frame timing slowly, the
具体的には、タイミング制御部115は、タイミング信号1周期あたりのガードインターバル長が調整されるOFDMシンボル信号の数、及びガードインターバル長の調整量を決定する。例えば、ずれ量aが10サンプル長であり、タイミング信号がタイミング教師信号に対して遅れている場合には、タイミング制御部115は、タイミング信号の1周期あたりに1つのOFDMシンボル信号をガードインターバル長が(N+1)サンプル長となるように制御し、これを10回繰り返す。この処理により、タイミング信号の位相は10周期後にタイミング教師信号と一致する(ずれ量が1サンプル長未満となる)。また、タイミング制御部115が、タイミング信号の1周期あたりに1つのOFDMシンボル信号をガードインターバル長が(N+2)サンプル長となるように制御した場合には、タイミング信号の位相は5周期後にタイミング教師信号と一致する。
Specifically, the
なお、タイミング信号の1周期内に含まれる複数のOFDMシンボル信号(♯0,♯1,・・・,♯n)のうち、どのOFDMシンボル信号のガードインターバル長を可変とするかは、あらかじめ定めておいてもよいし、GIサンプル数制御信号により指定するようにしてもよい。 Note that, among the plurality of OFDM symbol signals (# 0, # 1,..., #N) included in one period of the timing signal, which OFDM symbol signal has a variable guard interval length is determined in advance. Alternatively, it may be designated by a GI sample number control signal.
また、タイミング制御部115は、ガードインターバル長が制御されるOFDMシンボル信号のシンボル周期、及びガードインターバル長の調整量を決定するようにしてもよい。例えば、タイミングのずれ量aが10サンプル長であり、タイミング信号がタイミング教師信号に対して遅れている場合には、タイミング制御部115は、100シンボル周期、すなわち100OFDMシンボル信号につき1つのOFDMシンボル信号をガードインターバル長が(N+1)サンプル長となるように制御し、これを10回繰り返すことで、タイミング信号の位相をタイミング教師信号と一致させる。
In addition, the
このように、本実施形態のOFDM方式の基地局1によれば、リファレンス信号の復旧時にタイミング制御部115によりタイミングのずれ量を算出し、ガードインターバル長及びタイミング信号の周期を調整することにより、ホールドオーバーによるフレームタイミングのずれを、通信端末との同期を保持しながら修正することができるようになる。かかるOFDM方式の基地局1は、従来のOFDM方式の基地局からの変更部分が少ないため、容易に且つコストを増大させることなく実施することができる。
Thus, according to the
また、本実施形態のOFDM方式の基地局1によれば、タイミング制御部115によりフレームタイミングをゆっくりと本来のタイミングに戻すことで、OFDM信号の受信側での遅延波への耐性や、自己相関値への影響を最小に抑えることができる。
Also, according to the
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。また、上述の実施形態では、OFDM方式を例にとって説明したが、本発明は、OFDM方式には限定されず、ガードインターバル含む無線信号を使用するものであれば如何なるものでもよい。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. In the above-described embodiment, the OFDM scheme has been described as an example. However, the present invention is not limited to the OFDM scheme, and may be anything as long as it uses a radio signal including a guard interval.
1 OFDM方式の基地局
11 フレーム同期部
12 OFDM信号生成部
111 GPS受信部
112 発振器制御部
113 発振器
114 タイミング生成部
115 タイミング制御部
121 同期部
122 マッピング部
123 IFFT部
124 GI付加部
125 D/A変換部
126 送信部
1 OFDM base station 11
Claims (4)
発振器から出力されるクロック信号をGPS衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を生成し、ホールドオーバーが発生した場合には、前記タイミング信号を前記リファレンス信号との同期がとれていない状態で自走させ、前記リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、前記発振器から出力されるクロック信号を復旧したリファレンス信号と同期させたタイミング教師信号を生成するタイミング生成部と、
前記タイミング信号を基準に送信信号を出力する同期部と、
前記送信信号にガードインターバルを付加するガードインターバル付加部と、
前記リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、前記自走したタイミング信号の前記タイミング教師信号に対するずれ量を検出し、該ずれ量が小さくなるように、前記ガードインターバル付加部が付加するガードインターバルの長さを調整するタイミング制御部と、
を備えることを特徴とする基地局。 A base station that transmits a transmission signal based on a timing signal synchronized with a reference signal acquired from a radio wave of a GPS satellite,
A timing signal is generated by synchronizing a clock signal output from an oscillator with a reference signal acquired from a radio wave of a GPS satellite, and when a holdover occurs, the timing signal is not synchronized with the reference signal. A timing generation unit that generates a timing teaching signal that is synchronized with a reference signal that is recovered from a clock signal that is output from the oscillator when the reference signal is recovered from holdover, and is free-running in a state;
A synchronization unit that outputs a transmission signal based on the timing signal;
A guard interval adding unit for adding a guard interval to the transmission signal;
When the reference signal recovers from holdover, the amount of deviation of the self-running timing signal from the timing teacher signal is detected, and the guard interval addition unit adds a guard interval length so that the amount of deviation is small. A timing control unit for adjusting the thickness,
A base station comprising:
The base station according to claim 2, wherein the timing controller determines a symbol period of a symbol signal in which a length of the guard interval is adjusted and an adjustment amount of the guard interval length.
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