JP2014225847A - 基地局およびその同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ衛星との通信に支障が生じた場合であっても、フレームクロックの精度を維持しつつ、リソースの消費を抑制することが可能な基地局およびその同期方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる基地局の同期方法の構成は、他の基地局から受信した制御信号の受信タイミングを用いてフレーム同期を行う基地局１１０の同期方法であって、制御部１１２と、基本クロックを生成するクロック生成部（電圧制御発振器１２６）と、クロック生成部に制御電圧を印加してクロックスピードを制御するクロック制御部１１４とを備え、クロック制御部は、フレーム同期の際に他の基地局の制御信号のタイミングに応じて制御電圧を変化させて当該基地局の基本クロックを補正し、制御部は、フレーム同期した際の制御電圧の変化量が所定値以上であったらフレーム同期の間隔を短くし、変化量が所定値未満であったらフレーム同期の間隔を長くすることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、無線端末との無線通信、および他の基地局とのフレーム同期を行う基地局、ならびに他の基地局から受信した制御信号の受信タイミングを用いてフレーム同期を行う基地局の同期方法に関する。

基地局と無線端末との間で行なわれる無線通信の方式として、一つの周波数帯を時分割して送信受信を行なうＴＤＤ（Time Division Duplex：時分割多重複信）方式がある。ＰＨＳ(Personal Handy phone System)に代表される無線通信システムでは、このＴＤＤ方式が採用されている。

ＰＨＳでは、同期絶対基準となる基地局にはＧＰＳユニットが搭載されており、ＧＰＳユニットが搭載された基地局は、ＧＰＳ衛星から受信した１ＰＰＳ信号の位相を絶対基準として送受信タイミングの同期（ＧＰＳ同期）を行っている（例えば特許文献１）。一方、ＧＰＳユニットを搭載していない基地局では、周辺の基地局が送信した制御チャネルを受信することによって基地局間同期（以下、フレーム同期と称する）を行うことにより、送受信タイミングの同期を行っている。また同期後においても同期した精度を維持するため、基地局は、ＩＰ（Internet Protocol）網の光回線終端装置であり、絶対時間精度をもつＯＬＴ（Optical Line Terminal）−ＯＮＵ（Optical Network Unit）から供給されるクロックをフレームクロックとして使用している。

特開２００１−３３９３７３号公報

上述したように、基地局は、ＯＬＴ−ＯＮＵからのクロックをフレームクロックとすることで同期した精度を維持可能であるが、立地上の都合によりＯＬＴが設置できないエリアもある。ＯＬＴが設置されていないエリアの基地局はＧＰＳ衛星からの１ＰＰＳ信号のみによってフレームクロックを生成することとなる。このような基地局において、ＧＰＳユニットが故障したり、ＧＰＳ衛星の見通しが悪くなったりすると、１ＰＰＳ信号を受信できなくなり、フレームクロックの精度を維持することが困難となる。フレームクロックが劣化すると、同期が保てなくなり、自基地局と通信している無線端末の通信品質の劣化や、他基地局と通信している無線端末への干渉を起こすおそれがある。またＧＰＳユニットの故障により基地局の運用を停止すると、エリア内において通信不能な領域が生じてしまう。

そこで、ＧＰＳ衛星との通信がし難い状況においては、基地局を、その周辺の他の基地局をフレーム同期させることが考えられる。しかしながら、フレーム同期を行う際には、無線端末との通信に用いるタイムスロットを使用する必要がある。このため、フレームクロックの精度を維持するために頻繁にフレーム同期を行うと、無線端末との通信に割り当てるタイムスロット、すなわちリソースを消費してしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、ＧＰＳ衛星との通信に支障が生じた場合であっても、フレームクロックの精度を維持しつつ、リソースの消費を抑制することが可能な基地局およびその同期方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局の同期方法の代表的な構成は、他の基地局から受信した制御信号の受信タイミングを用いてフレーム同期を行う基地局の同期方法であって、制御部と、基本クロックを生成するクロック生成部と、クロック生成部に制御電圧を印加してクロックスピードを制御するクロック制御部とを備え、クロック制御部は、フレーム同期の際に他の基地局の制御信号のタイミングに応じて制御電圧を変化させて当該基地局の基本クロックを補正し、制御部は、フレーム同期した際の制御電圧の変化量が所定値以上であったらフレーム同期の間隔を短くし、変化量が所定値未満であったらフレーム同期の間隔を長くすることを特徴とする。

上記基地局の同期方法では、他の基地局からの制御信号の受信を複数回行い、複数回受信した制御信号の受信タイミングを平滑化し、受信タイミングを平滑化して決定した同期タイミングを用いてフレーム同期を行うとよい。

上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局の代表的な構成は、無線端末との無線通信、および他の基地局とのフレーム同期を行う基地局であって、当該基地局の動作を制御する制御部と、基本クロックを生成するクロック生成部と、クロック生成部に制御電圧を印加してクロックスピードを制御するクロック制御部と、基本クロックを参照してフレームクロックを生成するフレームクロック生成部と、他の基地局から複数回受信した制御信号の受信タイミングを平滑化することにより同期タイミングを決定するタイミング決定部とを備え、制御部は、フレーム同期した際の制御電圧の変化量が所定値以上であったらフレーム同期の間隔を短くし、変化量が所定値未満であったらフレーム同期の間隔を長くすることを特徴とする。

本発明によれば、ＧＰＳ衛星との通信に支障が生じた場合であっても、フレームクロックの精度を維持しつつ、リソースの消費を抑制することが可能な基地局およびその同期方法を提供することができる。

本実施形態にかかる基地局を含む通信システムを説明する図である。 本実施形態にかかる基地局の構成を例示する機能ブロック図である。 本実施形態にかかる基地局の同期方法を説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる基地局１１０を含む通信システム１００を説明する図である。図２は、本実施形態にかかる基地局１１０の構成を例示する機能ブロック図である。以下、図１に示す通信システム１００について説明しながら本実施形態の基地局１１０およびその同期方法について説明する。

図１に示すように、通信システム１００では、エリア１００ａ内に複数の基地局１１０ａ・１１０ｂ・１１０ｃ・１１０ｄ・１１０ｅが設置されている。基地局１１０ａ〜１１０ｅは、無線端末１０４（図２参照）との無線通信を行う。また、このエリア１００ａ内にはＯＬＴが設置されていないため、基地局１１０ａ〜１１０ｅは、ＧＰＳ衛星１０２（図２参照）からのＧＰＳ信号に含まれる１ＰＰＳ信号によってフレームクロックを生成している。なお、基地局１１０ａ〜１１０ｅは、全て同一の構成を有するため、特にことわらない限り、以下の説明では基地局１１０ａ〜１１０ｅを基地局１１０と称する。

図２に示すように、基地局１１０は制御部１１２を備える。制御部１１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により基地局１１０全体を管理および制御する。また後述するように、本実施形態では制御部１１２は、クロック制御部１１４およびタイミング決定部１１６としても機能する。

ＧＰＳ信号受信部１２２は、ＧＰＳアンテナ１２２ａを介してＧＰＳ衛星１０２（図２参照）からのＧＰＳ信号を受信する。このＧＰＳ信号に含まれる１ＰＰＳ信号は、ホールドオーバ回路１２４を経由してクロック制御部１１４に伝達される。ホールドオーバ回路１２４とは、ＧＰＳ衛星１０２からの１ＰＰＳ信号（ＧＰＳ信号）の受信が行われなくなった際に、高精度発振器１２４ａをクロック源として擬似１ＰＰＳ信号（ＨＯ＿１ＰＰＳ信号）をクロック制御部１１４に伝達する回路である。

クロック制御部１１４は、伝達された１ＰＰＳ信号を参照し、基本クロックを生成するクロック生成部である電圧制御発振器１２６（ＶＣＴＣＸＯ）に印加する制御電圧を調節する。これにより、電圧制御発振器１２６のクロックスピードが制御され、当該基地局１１０のクロック同期が行われる。

電圧制御発振器１２６において生成された基本クロックは、フレームクロック生成部１２８に伝達される。フレームクロック生成部１２８は、その基本クロックを参照してフレームクロックを生成する。フレームクロック生成部１２８において生成されたフレームクロックは、ベースバンド部１３０に伝達される。

ベースバンド部１３０は、ベースバンド信号をアナログ／デジタル変換し、フレーム同期やチャネルデコード等の処理を行う。無線通信部１３２は、通信アンテナ１３２ａを介して、ＰＨＳ端末等の無線端末１０４との無線通信、および周囲に存在する他の基地局１１０（図２では基地局１１０ｂを例示）とのフレーム同期を行う。また無線通信部１３２による通信によって取得された他の基地局１１０ｂの制御チャネルは、ベースバンド部１３０を経由して制御部１１２に伝達される。

ここで、本実施形態のようにＯＬＴが設置されていないエリアの基地局１１０はＧＰＳ衛星１０２からの１ＰＰＳ信号によってフレームクロックを生成する。このため、ＧＰＳ信号受信部１２２の不具合等により１ＰＰＳ信号を受信できなくなると、基本クロックひいてはフレームクロックの精度を維持することが困難となり、無線端末１０４の通信品質の劣化等、様々な不具合が生じるおそれがある。そこで、ＧＰＳ衛星１０２との通信がし難い状況においては、基地局１１０を、その周辺の他の基地局１１０とフレーム同期させることが考えられるが、フレーム同期を行う際には、無線端末１０４との通信に用いるタイムスロットを使用する必要があるため、頻繁にフレーム同期を行うと無線端末１０４との無線通信のためのリソースを消費してしまう。

そこで本実施形態では、ＧＰＳ衛星１０２との通信に支障が生じた場合であっても、フレームクロックの精度を維持しつつ、リソースの消費を抑制することが可能な基地局１１０およびその同期方法を提供する。なお、以下の説明では、ＧＰＳ衛星１０２との通信がし難い基地局１１０ａが、他の基地局１１０ｂとフレーム同期を行う場合を例示して説明する。

図３は、本実施形態にかかる基地局１１０の同期方法を説明するフローチャートである。図３に示すように、まず制御部１１２は、ＧＰＳ信号受信部１２２によってＧＰＳ信号すなわち１ＰＰＳ信号が受信できているか否かを判断する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２においてＧＰＳ信号が受信できていた場合（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、当該基地局１１０ａはＧＰＳ同期を行う（ステップＳ２０４）。

一方、ステップＳ２０２においてＧＰＳ信号が受信できていなかった場合（ステップＳ２０２のＮＯ）、基地局１１０ａでは、その前まで受信されていた１ＰＰＳ信号の精度履歴情報の周波数精度や、高精度発振器の周波数精度がホールドオーバ回路１２４からクロック制御部１１４に伝達され、それを参照してフレームクロックが生成される。しかしながら、このようにして生成されたフレームクロックは、同期周波数精度が１ＰＰＳ信号を参照して生成されたフレームクロックよりも精度が低い。このため、周辺基地局のフレームとの間で位相にずれが生じ、周辺基地局との同期精度が低下してしまう。

そこで本実施形態では、ステップＳ２０２においてＧＰＳ信号が受信できていなかった場合（ステップＳ２０２のＮＯ）、制御部１１２は、まず無線通信部１３２によって、周辺に存在する他の基地局１１０ｂ〜１１０ｅの制御信号を受信する（ステップＳ２０６）。そして、制御部１１２は、受信した制御チャネルの強度が最も高かった基地局１１０ｂ（他の基地局）を同期先の基地局として決定する（ステップＳ２０８）。

上記のように、制御チャネルの受信強度が最も高かった基地局１１０ｂを同期先の基地局とすることにより、後述する受信タイミングを決定する際に、ノイズによる誤差の影響を低減することができる。なお、基地局１１０は、固定的に設置される、すなわち移動しないので、伝搬距離は同じである。したがって、障害物が動かない限りマルチパスの影響は変化せず、伝搬遅延特性はほぼ同じと考えてよい。

次に制御部１１２は、無線通信部１３２によって同期先の基地局１１０ｂの制御チャネルを再度受信し（ステップＳ２１０）、所定回数（複数回）の受信が終わるまで、それを繰り返す（ステップＳ２１２のＮＯ）。所定回数の制御チャネルの受信が終わったら（ステップＳ２１２のＹＥＳ）、タイミング決定部１１６は、同期先の基地局１１０ｂから所定回数受信した制御信号の受信タイミングを平滑化し、同期タイミングを決定する（ステップＳ２１４）。そして、制御部１１２は、決定された同期タイミングにおいて、無線通信部１３２によって同期先の基地局１１０ｂとのフレーム同期を行う（ステップＳ２１６）。このように、複数回受信した同期先の基地局１１０ｂの制御信号のタイミングを平滑化することで、同期先の基地局１１０ｂの制御信号の送信タイミングのずれによる影響を排除することができる。

続いて、クロック制御部１１４は、フレーム同期の際に同期先の基地局１１０ｂの制御信号のタイミングに応じて制御電圧を変化させて当該基地局１１０ａの基本クロックを補正する（ステップＳ２１８）。そして、制御部１１２は、フレーム同期した際の制御電圧の変化量が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２２０）。

制御電圧の変化量が所定値以上であったら（ステップＳ２２０のＹＥＳ）、制御部１１２は、当該基地局１１０ａのフレーム同期の間隔を短くする（ステップＳ２２２）。制御電圧の変化量が所定値以上であった場合、すなわち基本クロックの補正に制御電圧を多く要した場合は、基本クロックのずれが大きいということである。したがって、フレーム同期の間隔を短くすることで同期回数を増やし、周波数精度を向上させる。

一方、制御電圧の変化量が所定値未満であったら、制御部１１２は、当該基地局１１０ａのフレーム同期の間隔を長くする（ステップＳ２２４）。制御電圧の変化量が所定値未満であった場合、すなわち基本クロックの補正に要した制御電圧が少なかった場合、基本クロックのずれが小さいということである。したがって、フレーム同期の間隔を長くすることで同期回数を減らすことができ、それによって空いたスロットを無線端末との通信に割り当てることができる。

上記説明したように、本実施形態にかかる基地局１１０およびその同期方法によれば、基本クロックを補正する際の制御電圧を参照することにより、基本クロックのずれ（誤差）に応じて同期回数を変更可能である。したがって、ＧＰＳ衛星１０２との通信に支障が生じた場合であっても、基本クロックの誤差が大きかった場合は同期回数を増やすことにより基本クロックひいてはフレームクロックの精度を維持しつつ、基本クロックの誤差が小さかった場合はリソースの消費を抑制することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、無線端末との無線通信、および他の基地局とのフレーム同期を行う基地局、ならびに他の基地局から受信した制御信号の受信タイミングを用いてフレーム同期を行う基地局の同期方法として利用可能である。

１００…通信システム、１０２…ＧＰＳ衛星、１０４…無線端末、１１０…基地局、１１０ａ…基地局、１１０ｂ…基地局、１１０ｃ…基地局、１１０ｄ…基地局、１１０ｅ…基地局、１１２…制御部、１１４…クロック制御部、１１６…タイミング決定部、１２２…ＧＰＳ信号受信部、１２２ａ…ＧＰＳアンテナ、１２４…ホールドオーバ回路、１２４ａ…高精度発振器、１２６…電圧制御発振器、１２８…フレームクロック生成部、１３０…ベースバンド部、１３２…無線通信部、１３２ａ…通信アンテナ

Claims (3)

1. 他の基地局から受信した制御信号の受信タイミングを用いてフレーム同期を行う基地局の同期方法であって、
   制御部と、基本クロックを生成するクロック生成部と、前記クロック生成部に制御電圧を印加してクロックスピードを制御するクロック制御部とを備え、
   前記クロック制御部は、フレーム同期の際に前記他の基地局の制御信号のタイミングに応じて制御電圧を変化させて当該基地局の基本クロックを補正し、
   前記制御部は、フレーム同期した際の制御電圧の変化量が所定値以上であったらフレーム同期の間隔を短くし、該変化量が所定値未満であったらフレーム同期の間隔を長くすることを特徴とする基地局の同期方法。
2. 前記他の基地局からの制御信号の受信を複数回行い、
   前記複数回受信した制御信号の受信タイミングを平滑化し、
   受信タイミングを平滑化して決定した同期タイミングを用いてフレーム同期を行うことを特徴とする請求項１に記載の基地局の同期方法。
3. 無線端末との無線通信、および他の基地局とのフレーム同期を行う基地局であって、
   当該基地局の動作を制御する制御部と、
   基本クロックを生成するクロック生成部と、
   前記クロック生成部に制御電圧を印加してクロックスピードを制御するクロック制御部と、
   前記基本クロックを参照してフレームクロックを生成するフレームクロック生成部と、
   前記他の基地局から複数回受信した制御信号の受信タイミングを平滑化することにより同期タイミングを決定するタイミング決定部とを備え、
   前記制御部は、フレーム同期した際の制御電圧の変化量が所定値以上であったらフレーム同期の間隔を短くし、該変化量が所定値未満であったらフレーム同期の間隔を長くすることを特徴とする基地局。

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