JP2014239270A - エア同期方法および基地局同期システム - 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、エア同期によるフレームクロックの精度を維持し、通信障害を防ぐことが可能なエア同期方法および基地局同期システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかるエア同期方法の代表的な構成は、同期元基地局（基地局１１０ｂ）が送信する制御信号を同期基地局（基地局１１０ａ）が受信してエア同期を行うエア同期方法であって、同期元基地局は制御信号を送信し、同期基地局は前記制御信号を受信し、同期元基地局は、送信した制御信号とその次に送信した制御信号との送信時間差を無線または有線で同期基地局に送信し、同期基地局は、受信した送信時間差を用いて、同期元基地局から制御信号を受信した受信タイミングを補正することを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、同期元基地局が送信する制御信号を同期基地局が受信してエア同期を行うエア同期方法および基地局同期システムに関する。

ＰＨＳ（Personal Handy phone System）では、基地局は、ＤＳＵ（Digital Service Unit）、ＯＮＵ（Optical Network Unit）等のネットワーク回線や、GPSからクロックを受信することにより同期を行っている。詳細には、同期絶対基準となる基地局や、ネットワーク回線において同期クロック情報が存在しないイーサネット（登録商標）等のインタフェースを有する基地局には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衛星から受信したクロックである１ＰＰＳ（Pulse Per Second）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）。

上記のようにＧＰＳからのクロックによって同期を行っている基地局においてＧＰＳが不可視になった場合、１ＰＰＳ信号を受信できなくなるため、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。このような不具合を防ぐために、基地局には、ＧＰＳ衛星からの１ＰＰＳ信号を喪失したときに擬似１ＰＰＳ信号を生成するホールドオーバ回路が設けられている。

しかしながら、擬似１ＰＰＳ信号を参照して生成されたフレームクロックは、１ＰＰＳ信号を参照して生成されたフレームクロックよりも同期周波数精度が低い。このため、周辺基地局のフレームとの間で位相に徐々にずれが生じ、周辺基地局との同期精度が低下してしまう。このため、ＧＰＳが不可視になった後、ホールドオーバ回路によるクロックの維持（ホールドオーバ状態）が所定時間経過したら、周辺の基地局が送信した制御信号（ＣＣＨ：Control CHannel）を受信し、その既知パターンからタイミング修正量を算出することによって自局基準クロックの補正を行なう基地局間同期（以下、エア同期と称する）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（例えば特許文献２）。

特開２００１−３３９３７３号公報 特開２０１０−１１８７２６号公報

上述したエア同期では、フェージングや障害物などの影響により、制御信号の受信特性に劣化が生じる（受信環境が劣化する）ことがあり、このような場合、既知パターンの相関値の精度が低下し、その低下した既知パターンを参照して基準クロックを制御するため周波数精度が劣化してしまう。その結果、フレームクロックの精度を維持することが困難となって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、周辺の他基地局との干渉を起こすおそれがある。

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、エア同期によるフレームクロックの精度を維持し、通信障害を防ぐことが可能なエア同期方法および基地局同期システム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、本発明にかかるエア同期方法の代表的な構成は、同期元基地局が送信する制御信号を同期基地局が受信してエア同期を行うエア同期方法であって、同期元基地局は制御信号を送信し、同期基地局は制御信号を受信し、同期元基地局は、送信した制御信号とその次に送信した制御信号との送信時間差を無線または有線で同期基地局に送信し、同期基地局は、受信した送信時間差を用いて、同期元基地局から制御信号を受信した受信タイミングを補正することを特徴とする。

上記同期基地局は、複数回受信した制御信号の受信タイミングのサンプルを選び、送信時間差を用いて、受信タイミングのサンプルと対応する送信側タイミングのサンプルを決め、受信タイミングのサンプルと送信側タイミングのサンプルとの相関を取ることにより受信タイミングを補正するとよい。

上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局同期システムの代表的な構成は、制御信号を受信することによって基地局間のエア同期を行う基地局同期システムであって、制御信号を送信する同期元基地局と、制御信号を受信することによって同期元基地局と、を含み、同期元基地局は、送信した制御信号とその次に送信した制御信号との送信時間差を無線または有線で前記同期基地局に送信し、同期基地局は、受信した送信時間差を用いて、同期元基地局から制御信号を受信した受信タイミングを補正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、エア同期によるフレームクロックの精度を維持し、通信障害を防ぐことが可能なエア同期方法および基地局同期システムを提供することができる。

本実施形態にかかる基地局同期システムを説明する図である。 図１に示す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エア同期方法を説明するフローチャートである。 同期元基地局である基地局の動作を示すフローチャートである。 制御信号の送信時間差について説明する図である。

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同期システム（以下、単に同期システム１００と称する）を説明する図である。図２は、図１に示す基地局１１０の構成を例示する機能ブロック図である。以下、図１に示す同期システム１００について説明しながら本実施形態にかかるエア同期方法について説明する。

図１に示すように、同期システム１００では、エリア１００ａ内に複数の基地局１１０ａ・１１０ｂ・１１０ｃが設置されている。基地局１１０ａ〜１１０ｃは、無線端末１０４（図２参照）との無線通信を行う。これらの基地局１１０ａ〜１１０ｃはネットワーク１０６によって接続されている。通常時、すなわちＧＰＳ衛星１０２の可視時は、基地局１１０ａ〜１１０ｃ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〜１１０ｃ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〜１１０ｃ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からのＧＰＳ信号を受信し、それに含まれる１ＰＰＳ信号を出力する。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は、ＧＰＳ衛星１０２が不可視になり、かかる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、すなわち１ＰＰＳ信号を喪失したときに、本実施形態にかかる発振器である高精度発振器１２４ａをクロック源とし、高精度発振器１２４ａから供給されるクロックによって擬似１ＰＰＳ信号（ＨＯ＿１ＰＰＳ信号）を生成し、クロック制御部１１４に出力する。

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）とのエア同期（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の制御信号は、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している基地局１１０は、ＧＰＳ衛星が不可視になり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。このため、基地局１１０には、上述したように１ＰＰＳ信号を喪失したときに擬似１ＰＰＳ信号を生成するホールドオーバ回路１２４が設けられている。これにより、基地局１１０は、擬似１ＰＰＳ信号を参照してフレームクロックを生成することができる（ホールドオーバ状態）。しかしながら、擬似１ＰＰＳ信号を参照して生成されたフレームクロックは、１ＰＰＳ信号を参照して生成されたフレームクロックよりも同期周波数精度が低い。このため、周辺基地局のフレームとの間で位相に徐々にずれが生じ、周辺基地局との同期精度が低下してしまう。

そこで、ＧＰＳ衛星１０２が不可視となり、ホールドオーバ状態での同期精度が低下したら、基地局１１０を、その周辺の他の基地局１１０とエア同期させることが考えられる。しかしながら、エア同期では、フェージングや障害物などの影響により制御信号の受信特性に劣化が生じると、それを参照して基準クロックが制御されるため周波数精度が劣化してしまう。すると、ホールドオーバ時と同様に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との通信品質の劣化や周辺基地局との干渉が生じてしまう。これを防ぐべく、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、エア同期によるフレームクロックの精度を維持し、通信障害を防ぐことが可能なエア同期方法および基地局同期システム１００を提供する。

図３は、本実施形態にかかるエア同期方法を説明するフローチャートであり、特に同期基地局である基地局１１０ａの動作を示している。以下の説明では、ＧＰＳ衛星１０２が不可視になった基地局、すなわち他の基地局に同期する同期基地局として基地局１１０ａを例示し、かかる基地局１１０ａの同期元となる同期元基地局として基地局１１０ｂを例示する。なお、図３のフローチャートは、同期基地局である基地局１１０ａの動作を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず基地局１１０ａでは、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、ＧＰＳ信号が受信できていなかった場合、すなわちＧＰＳ衛星１０２が不可視になった場合（ステップＳ２０２のＮＯ）、制御部１１２は、当該基地局１１０ａをホールドオーバに移行させる（ステップＳ２０６）。具体的には、上述したようにホールドオーバ回路１２４は、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）を生成する。そして、クロック制御部１１４が、１ＰＰＳ信号を参照して基本クロックを生成する電圧制御発振器１２６（ＶＣＴＣＸＯ）に印加する制御電圧を調節することにより、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（ホールドオーバ状態）。

制御部１１２は、ホールドオーバ状態が所定時間内である間は（ステップＳ２０８のＮＯ）、再度ＧＰＳ信号の受信を行う（ステップＳ２１０）。ここで、ＧＰＳ信号を受信できたら（ステップＳ２１０のＹＥＳ）、基地局１１０ａはＧＰＳ同期を行う（ステップＳ２０４）。ＧＰＳ信号を受信できなかった場合、制御部１１２は引き続きホールドオーバ状態が所定時間内であるかを監視し、ホールドオーバ状態が所定時間経過したら（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、制御部１１２は、当該基地局１１０ａをエア同期に移行させる（ステップＳ２１２）。

エア同期に移行したら、制御部１１２は、無線通信部１３２によって周辺に存在する他の基地局から送信される制御信号を受信する（ステップＳ２１４）。制御信号を受信できなかった場合（ステップＳ２１４のＮＯ）、制御部１１２は、当該基地局１１０ａの運用を停止する（ステップＳ２１６）。このように、制御信号を受信できなかった際には基地局１１０ａの運用を停止することで、基本クロックひいてはフレームクロックのずれによる他の基地局との干渉を防ぎ、通信障害の発生を未然に防止することが可能となる。

一方、他の基地局１１０の制御信号が受信できたら、最も強度が高い制御信号を送信した基地局（本実施形態では基地局１１０ｂ）を同期元基地局に決定し（ステップＳ２１８）、その基地局１１０ｂに制御信号の送信時間差を要求する要求通知を送信する（ステップＳ２２０）。その後、基地局１１０ｂが送信した制御信号を所定回数受信するまでは（ステップＳ２２６のＮＯ）、制御部１１２は、制御信号の受信（ステップＳ２２２）、および送信時間差の受信（ステップ２２４）を繰り返す。

本実施形態にかかるエア同期方法の特徴として、制御信号および送信時間差を所定回数受信するまでは（ステップＳ２２６のＹＥＳ）、基地局１１０ａのエア同期（フレームタイミングの補正）は行われない。

図４は、同期元基地局である基地局１１０ｂの動作を示すフローチャートである。図５は、制御信号の送信時間差について説明する図である。なお、図５では、所定回数を５回とした場合を例示している。図４に示すように、同期元基地局である基地局１１０ｂは、制御信号を送信する（ステップＳ３０２）。そして基地局１１０ｂは、先に送信した制御信号と、その次に送信した制御信号との送信時間差をネットワーク１０６を介して基地局１１０ａに送信し（ステップＳ３０４）、その後、制御信号の送信（ステップＳ３０２）、および送信時間差の送信（ステップＳ３０４）を所定時間ごとに間欠的に繰り返す。

具体的には、図５に示すように、基地局１１０ｂは、１回目の制御信号（ＣＣＨ１）を送信し、２回目の制御信号（ＣＣＨ２）を送信したら、それらの送信間隔である送信時間差（時間差１）をネットワーク１０６を介して基地局１１０ａに送信する。同様に、基地局１１０ｂは、３回目の制御信号（ＣＣＨ３）を送信したら、ＣＣＨ２とＣＣＨ３の送信時間差（時間差２）を、４回目（ＣＣＨ４）の制御信号を送信したら、ＣＣＨ３とＣＣＨ４との送信時間差（時間差３）を、５回目の制御信号（ＣＣＨ５）を送信したら、ＣＣＨ４との送信時間差（時間差４）をネットワーク１０６を介して基地局１１０ａに送信する。

一方、基地局１１０ａでは、同期元基地局である基地局１１０ｂから送信される制御信号および送信時間差を所定回数受信したら（ステップＳ２２６のＹＥＳ）かかる送信時間差を用いて、基地局１１０ｂから受信した制御信号の受信タイミングを補正する（ステップＳ２２８）。

本実施形態では特に、ステップＳ２２８の受信タイミングの補正において、まず基地局１１０ａは、ステップＳ２２２において複数回受信した制御信号の受信タイミングのサンプル、例えばＣＣＨ１〜ＣＣＨ５の受信タイミングをサンプルとする。続いて、基地局１１０ａは、ステップＳ２２４において複数回受信した送信時間差を用いて、受信タイミングのサンプルと対応する送信側タイミングのサンプルを決める。そして、基地局１１０ａは、受信タイミングのサンプルと送信側タイミングのサンプルとの相関を取ることにより受信タイミングを補正する。

すなわち本発明は、基地局１１０ａが受信した制御信号の受信タイミング（物理的な電波の受信タイミング）を、基地局１１０ｂから受信した送信時間差のデータ（数値）を用いて補正するものである。なお送信時間差のデータを受信することについては、遅延は問題にならない。また、送信時間差についてはデータ（数値）を受け取れば良いだけであるから、無線でも有線でもよく、次回以降の制御信号自体に含ませてもよい。

基地局１１０ａが受信した制御信号の受信タイミング（物理的な電波の受信タイミング）のサンプルは、干渉やフェージングなどの影響によって個々のポイントが時間軸方向に不安定である。一方、送信側タイミングのサンプルは、送信タイミング同士の間隔は正確であるが、絶対的な時刻を参照することができない（基地局１１０ａで基地局１１０ｂの時刻を再現することができないから）。理想的には受信タイミングのサンプルの１つと、これに対応する送信タイミングのサンプルのタイミングを一致させれば、他の全ての受信タイミングと送信タイミングが対応するはずである。しかし、受信タイミングがばらつきを有しているため、完全には一致しない。そこで、相関を取ることにより、基地局１１０ａのクロックの時間軸上において、送信タイミングのサンプルの最も確からしい位置を決定することができる。

上記のようにして、基地局１１０ａの時間軸上における基地局１１０ｂのフレームタイミングを決定することができるため、基地局１１０ａはこれに自局のフレームタイミングを同期（フレーム同期）させる（ステップＳ２３０）。

フレーム同期を行ったあと、基地局１１０ａは再度ＧＰＳ信号の受信を試み（ステップＳ２３２）、ＧＰＳ信号が受信できたら（ステップＳ２３２のＹＥＳ）、送信時間差の要求通知の取消をネットワーク１０６に送信し（ステップＳ２３４）、ＧＰＳ同期を行う（ステップＳ２０４）。一方、ＧＰＳ信号が受信できなかった場合（ステップＳ２３２のＮＯ）、基地局１１０ａは、基地局１１０ｂの制御信号および送信時間差を受信し（ステップＳ２２２、Ｓ２２４）、ステップＳ２３２までを繰り返す。このとき、受信タイミングをサンプルは、ＣＣＨ１〜ＣＣＨ５からＣＣＨ２〜ＣＣＨ６などにスライドして変更することもできる。

上記説明したように、本実施形態にかかるエア同期方法および基地局同期システムによれば、同期元基地局である基地局１１０ｂからの送信時間差によって、同期基地局である基地局１１０ａにおける制御信号の受信タイミングを補正することができる。したがって、ＧＰＳ衛星１０２との通信に支障が生じ、且つエア同期において制御信号の受信特性に劣化が発生した場合であっても、制御信号の受信タイミングひいてはフレームクロックの精度を維持し、それに纏わるエア同期時の通信障害を防ぐことが可能である。

なお、本実施形態では、上述した同期基地局（基地局１１０ａ）と同期元基地局（基地局１１０ｂ）における要求通知および送信時間差の送受信を、図１に示すネットワーク１０６を介して、すなわち有線によって送受信を行っているが、これに限定するものではない。送信時間差の要求通知およびその送受信は、基地局１１０ａと基地局１１０ｂとの間で直接送受信する、すなわち無線によって送受信を行う構成とすることも可能である。

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、同期元基地局が送信する制御信号を同期基地局が受信してエア同期を行うエア同期方法および基地局同期システムとして利用可能である。

１００…同期システム、１０２…ＧＰＳ衛星、１０４…無線端末、１０６…ネットワーク、１１０…基地局、１１０ａ…基地局、１１０ｂ…基地局、１１０ｃ…基地局、１１２…制御部、１１４…クロック制御部、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. 同期元基地局が送信する制御信号を同期基地局が受信してエア同期を行うエア同期方法であって、
   前記同期元基地局は制御信号を送信し、
   前記同期基地局は前記制御信号を受信し、
   前記同期元基地局は、前記送信した制御信号とその次に送信した制御信号との送信時間差を無線または有線で前記同期基地局に送信し、
   前記同期基地局は、受信した前記送信時間差を用いて、前記同期元基地局から制御信号を受信した受信タイミングを補正することを特徴とするエア同期方法。
2. 前記同期基地局は、
   複数回受信した制御信号の受信タイミングのサンプルを選び、
   前記送信時間差を用いて、前記受信タイミングのサンプルと対応する送信側タイミングのサンプルを決め、
   前記受信タイミングのサンプルと送信側タイミングのサンプルとの相関を取ることにより受信タイミングを補正することを特徴とする請求項１に記載のエア同期方法。
3. 制御信号を受信することによって基地局間のエア同期を行う基地局同期システムであって、
   制御信号を送信する同期元基地局と、
   前記制御信号を受信することによって前記同期元基地局と、
   を含み、
   前記同期元基地局は、前記送信した制御信号とその次に送信した制御信号との送信時間差を無線または有線で前記同期基地局に送信し、
   前記同期基地局は、受信した前記送信時間差を用いて、前記同期元基地局から制御信号を受信した受信タイミングを補正することを特徴とする基地局同期システム。

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