JP5030874B2 - 移動体通信システム、およびその同期制御方法 - Google Patents

移動体通信システム、およびその同期制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、移動体通信システムおよびその同期制御方法に関し、特に漏洩同軸ケーブルを用いて基地局と移動体との間でデジタル通信を行う移動体通信システムおよびその同期制御方法に関するものである。
従来より、漏洩同軸ケーブルから放射された電界中を移動体が走行することにより、漏洩同軸ケーブルを介して基地局と移動体との間で通信を行う移動体通信システムが知られている。また、下記特許文献1には、基地局間の境界を移動体が通過する際であっても、同期外れによる通信品質の劣化を防止する、基地局間同期方法が開示されている。
この移動体通信システムは、基地局と基地局から張られた漏洩同軸ケーブルとを有する基地局ゾーンと、基地局ゾーンと他の基地局ゾーンとを接続し、基地局と他の基地局との同期状態を検出する終端機と、終端機が検出した同期状態に応じて他の基地局の同期状態を制御する同期制御装置と、を備える。
終端機は、漏洩同軸ケーブルを介して伝送された基地局および他の基地局からの高周波信号から同期状態を検出し、検出された同期状態を同期制御装置へ送信する。また、同期制御装置は、送信された同期状態に応じて他の基地局および他の基地局と異なる他の基地局のシンボル同期およびフレーム同期を調整する。
すなわち、この基地局間同期方法は、ゾーン境界において、ある基地局から送信される信号のシンボル周期およびフレーム周期を基準として他の基地局のシンボル周期およびフレーム周期を調整することにより、シンボル同期およびフレーム同期の各同期が確立される。従って、移動局がゾーン境界を通過する際であっても同期外れが発生しない。
また、この同期の確立を引き続くゾーン境界において繰り返すことにより、すべてのゾーン境界においてシンボル同期およびフレーム同期を確立することができる。従って、移動局がすべてのゾーン境界を通過する際であっても同期外れを発生させないことができる。
特開2000−307503号公報
しかしながら、特許文献1に記載の移動体通信システムにおける基地局間同期方法では、フレーム同期のマスタとなる基地局が停電・装置異常などにより再度装置立ち上げが発生した場合、停電前のフレーム同期タイミングとは異なるフレーム位相で立ち上がることが想定される。そのため、隣接する基地局およびそれ以降の基地局では、再度フレーム同期をマスタ基地局に合わせる制御を行うこととなり、一時的に基地局間同期が外れる状態となる。従って、そのような基地局間の同期が外れた状態の時に移動局が基地局のゾーン境界を通過すると、通信品質に劣化が発生するという問題があった。
そこで本発明はかかる問題を解決するためになされたものであり、マスタとなる基地局が停電・装置異常などにより再度装置立ち上げが発生した場合であっても、一時的な基地局間の同期外れによる通信品質の劣化を生じない移動体通信システムおよびその同期制御方法を得ることを目的とする。
本発明における移動体通信システムは、基地局と、前記基地局に接続された漏洩同軸ケーブルと、前記漏洩同軸ケーブルと他の基地局に接続された他の漏洩同軸ケーブルとを接続し、前記基地局と前記他の基地局との同期状態を検出する終端機と、前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、前記同期状態に応じて前記基地局をマスタとして前記他の基地局の同期状態を制御する第1の同期制御装置と、を備え、前記漏洩同軸ケーブルを介して前記基地局と移動体との間で通信を行う移動体通信システムであって、前記基地局の状態を監視し、前記基地局の再立ち上げを検出したときに同期制御を要求する情報を送信する状態検出機と、前記終端機が前記同期制御を要求する情報を受信したことに応答して送信した、前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、前記同期状態に応じて前記基地局の同期状態を制御する第2の同期制御装置と、を備える。
本発明における移動体通信システムの同期制御方法は、基地局と、前記基地局に接続された漏洩同軸ケーブルと、前記漏洩同軸ケーブルと他の基地局に接続された他の漏洩同軸ケーブルとを接続し、前記基地局と前記他の基地局との同期状態を検出する終端機と、前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、前記同期状態に応じて前記基地局をマスタとして前記他の基地局の同期状態を制御する第1の同期制御装置と、前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、前記同期状態に応じて前記基地局の同期状態を制御する第2の同期制御装置と、を備え、前記漏洩同軸ケーブルを介して前記基地局と移動体との間の通信を行う移動体通信システムの同期制御方法であって、(a)前記基地局の再立ち上げを検出するステップと、(b)前記基地局の再立ち上げを検出した場合、同期制御を要求する情報を前記終端機へ送信するステップと、(c)前記終端機において、前記同期制御を要求する情報を受信した場合、検出した前記同期情報を前記第2の同期制御装置へ送信するステップと、(d)前記第2の同期制御装置において、前記同期情報からフレーム同期状態およびシンボル同期状態を抽出するステップと、(e)前記抽出されたフレーム同期状態に基づいたフレーム同期信号を前記基地局へ送信するステップと、(f)前記抽出されたシンボル同期状態に基づいたシンボル同期信号を前記基地局へ送信するステップと、(g)前記送信されたフレーム同期信号および前記シンボル同期信号により、基地局間の同期を確立するステップと、を備える。
本発明の移動体通信システムおよびその同期制御方法によれば、マスタとなる基地局の停電・装置異常等により装置再立ち上げが発生した場合であっても、マスタ基地局の隣接基地局におけるフレームの位相情報を受信してフレーム位相を合わせ込むことによって、他の基地局のフレーム位相に同期した状態で立ち上がることができる。従って、基地局間同期が一時的に外れる事象を防止でき、他の基地局のゾーン境界を通過する移動局の通信品質を劣化させないような構成を提供することが可能となる。
まず、本発明の実施の形態を説明する前に、前提となる一般的な移動体通信システムの基地局間の同期方法について、図6から図8を参照して説明する。
図6は、一般的な移動体通信システムを示した図である。移動体通信システムは、基地局2aと基地局2aから張られた漏洩同軸ケーブル3aとを有する基地局ゾーン1aと、基地局2bと基地局2bから張られた漏洩同軸ケーブル3bとを有する基地局ゾーン1bと、を接続し基地局2aと他の基地局2bとの同期状態を検出する終端機5と、を備える。移動局4と基地局2aとの間の通信は、漏洩同軸ケーブル3aを介して行う。
また、終端機5が検出した基地局ゾーン1aと基地局ゾーン1bとの間のゾーン境界における同期制御情報6bを受信し、この同期制御情報6bに応じて基地局2bと基地局2cとの間の同期を制御する同期制御装置7bをさらに備える。
図7は、終端機5の内部構成を示した図である。図7において、図6と同じ符号を付したものは同じ機能を有するため、説明は省略する。終端機5は、漏洩同軸ケーブル3aを介して基地局2aから送信された高周波信号を復調する受信回路8aと、漏洩同軸ケーブル3bを介して基地局2bから送信された高周波信号を復調する受信回路8bと、受信回路8aおよび受信回路8bにより復調された信号を監視し、シンボル周期およびフレーム周期の同期状態を検知または検出して、同期制御装置7bへ同期制御情報6bを送信する同期監視回路9と、を備える。
図8は、同期制御装置7bの内部構成を示した図である。図8において、図6または図7と同じ符号を付したものは同じ機能を有するため、説明は省略する。同期制御装置7bは、終端機5から送信された同期制御情報6bを受信し、シンボル同期状態とフレーム同期状態を抽出する同期制御回路17と、同期制御回路17により抽出されたフレーム同期状態に基づいてフレーム同期を調整し、基地局2bおよび基地局2cにフレーム同期信号を送信するフレーム同期回路10と、同期制御回路17により抽出されたシンボル同期状態に基づいてシンボル同期を調整し、基地局2bおよび基地局2cにシンボル同期信号を送信するシンボル同期回路11と、を備える。
次に、通常稼働時の移動体通信システムにおける通信方法について、図6から図8を参照して説明する。基地局ゾーン1aにおいて、基地局2aから移動局4へ送信される電波は、漏洩同軸ケーブル3aを経由し、短い空間波区間を通って移動局4に至る。一方、移動局4から基地局2aへ送信される電波は、短い空間波区間を通った後、漏洩同軸ケーブル3aを経由して基地局2aに至る。このようにして、基地局2aと移動局4との間の通信が可能となる。
次に、移動体通信にシステムにおける基地局間の同期方法について説明する。基地局2a,2bから送信された高周波信号は受信回路8a,8bに入力され復調される。復調された各信号は同期監視回路9に入力され、シンボル周期およびフレーム周期の同期状態が検知される。検知された同期状態に応じて同期制御情報6bが同期制御装置7bへ伝送される。
伝送された同期制御情報6bは、同期制御装置7b内の同期制御回路17で受信され、シンボル同期状態とフレーム同期状態とが抽出される。フレーム同期回路10は、同期制御回路17により抽出されたフレーム同期状態を用いてフレーム同期を調整し、基地局2b,2cにフレーム同期信号を送信する。同様に、シンボル同期回路11は、同期制御回路17により抽出されたシンボル同期状態を用いてシンボル同期を調整し、基地局2b,2cにシンボル同期信号を送信する。基地局2b,2cは、受信したフレーム同期信号およびシンボル同期信号により、基地局2aとの同期を確立する。
上述したような基地局間の同期制御を行うことは、電波の有効活用のために、基地局2aから移動局4へ送信される電波は、基地局ゾーン1a,1bおよび1cのすべてにおいて同一の無線周波数が使用されていることによる。
以上より、基地局ゾーン1aと基地局ゾーン1bとの間のゾーン境界において、基地局2aから送信される信号のシンボル周期およびフレーム周期を基準として基地局2bおよび2cのシンボル周期およびフレーム周期を調整するため、シンボル周期およびフレーム周期の各同期が確立される。従って、移動局4がゾーン境界を通過する際であっても同期外れが発生しない。
また、この同期の確立を引き続くゾーン境界において繰り返すことにより、すべてのゾーン境界においてシンボル同期およびフレーム同期を確立することができる。従って、移動局4がすべてのゾーン境界を通過する際であっても同期外れを発生させないことができる。
しかしながら、上述した移動体通信システムにおける基地局間同期方法では、基地局2aはフレーム同期のマスタとなるが、その基地局2aが停電・装置異常などにより再度装置立ち上げが発生した場合、停電前のフレーム同期タイミングとは異なるフレーム位相で立ち上がることが想定される。そのため、基地局2b,2cおよびそれ以降の基地局では、同期制御情報6bにより、再度フレーム同期を合わせる制御を行うため、一時的に基地局間の同期が外れる状態となる。そのような状態の時に移動局4が基地局2aのゾーン境界を通過すると、通信品質に劣化が発生するという問題があった。
そこで、本発明の実施の形態では、マスタ基地局2aが停電・装置異常などにより再立ち上げした場合であっても、一時的に基地局間同期外れによる通信品質の劣化を生じない移動体通信システムについて説明する。各図において同一の符号は、同一または実質的に同一の構成として説明を省略する。
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1における移動体通信システムの構成を示した図である。図1に示す移動体通信システムは、図6で示した移動体通信システムに、状態検出機12aと、同期制御装置7aをさらに備えた構成である。状態検出機12aは、基地局2aを監視して立ち上げ直後の状態かどうかを検出し、基地局2aの再立ち上げを検出した場合は、終端機5aへ基地局2aの同期制御を要求する同期制御要求情報13aを送信する。同期制御装置7aは、終端機5aが検出した同期状態を示す同期制御情報6aを受信し、基地局2aの同期を制御する。
図2は、本実施の形態における終端機5aの構成を示した図である。図2に示す終端機5aは図7に示した終端機5に、基地局2a,2bのどちらに同期制御を行うかを判定する同期制御判定回路14をさらに備えた構成である。同期制御判定回路14は、同期制御要求情報13aを受信した場合は同期制御装置7aへ同期制御情報6aを送信し、同期制御要求情報13aを受信しない場合は、同期制御装置7bへ同期制御情報6bを送信する。
図3は、本実施の形態における状態検出機12aおよび同期制御装置7aの構成を示した図である。状態検出機12aは、同期制御許可回路15aとゲート回路19を備える。同期制御許可回路15aは、基地局2aの状態を監視し、監視情報16に応じて立ち上げ時や障害復旧後で同期制御が必要か否かを判定し、同期制御要求情報13aおよび制御許可情報21を送信する。ゲート回路19は、同期制御許可回路15aから送信された制御許可情報21に応じて、同期制御装置7aから伝送されたフレーム同期信号およびシンボル同期信号の基地局2aへの伝送を切り替える。同期制御装置7aは、図8に示した同期制御装置7bと同様のため説明を省略する。
次に、図1から図3を参照して、本実施の形態における移動体通信システムのマスタ基地局2aが再立ち上げした場合の動作について説明する。各基地局2a,2b,2cが安定稼働している状態では、上述した図6から図8に示した移動体通信システムの動作と同様のため説明を省略する。
基地局ゾーン1a,1b,1cとも、フレーム同期が確立して運用されている状態から、マスタとなる基地局2aで停電等の障害が発生してその後復旧した場合、基地局2aは再立ち上げにより全く異なるフレーム位相となる。状態検出機12aは、監視情報16により基地局2aの再立ち上げ動作を検出した場合、立ち上げ直後から一定期間、基地局2aへの同期制御要求情報13aを終端機5aへ送信する。
基地局ゾーン1a、基地局ゾーン1bの境界に設置された終端機5aでは、受信回路8a,8bで漏洩同軸ケーブル3a,3bから送信された高周波信号が復調され、同期監視回路9へ送信される。同期監視回路9では、シンボル周期およびフレーム周期の同期の差分を検出し、同期制御判定回路14に送られる。同期制御判定回路14では、基地局2aへの同期制御要求情報13aを受信している場合は、一定期間同期制御装置7aへ同期制御情報6aを送信し、同期制御装置7bへ同期制御情報6bを送信しない。
次に、伝送された同期制御情報6aは同期制御装置7a内の同期制御回路17で受信され、シンボル同期状態とフレーム同期状態とが抽出される。フレーム同期回路10は、同期制御回路17により抽出されたフレーム同期状態を用いてフレーム同期を調整し、基地局2aにフレーム同期信号を送信する。同様に、シンボル同期回路11は、同期制御回路17により抽出されたシンボル同期状態を用いてシンボル同期を調整し、基地局2aにシンボル同期信号を送信する。
このとき、ゲート回路19は、同期制御許可回路15aの制御許可情報21に応じてフレーム同期信号およびシンボル同期信号の伝送を切り替える。すなわち、制御許可情報21を受信した場合、ゲート回路19は、基地局2aへフレーム同期信号およびシンボル同期信号を送信する。その後、基地局2aは、ゲート回路19を介して伝送されたフレーム同期信号およびシンボル同期信号により基地局間の同期を確立する。
なお、終端機5aは、同期制御要求情報13aを受信しない場合は、従来通りの動作となり、基地局2bの同期制御装置7bへ同期制御情報6bが伝送される。
以上より、基地局2aが停電等の障害が発生し、その後復旧して立ち上がった場合、停電前のフレーム位相の情報を終端機5aから受信し、フレーム同期を調整することにより、他の基地局とのフレーム位相に同期した状態で立ち上がることが可能になる。従って、基地局2b,2c以降の基地局間フレーム同期が一時的に外れる状態となることを防ぐことができ、基地局2b,2c以降の基地局のゾーン境界を通過する移動局4の通信品質の劣化も防止できる効果がある。
<実施の形態2>
図4は、本発明の実施の形態2における移動体通信システムの基地局2a、状態検出機12bおよび同期制御装置7aの構成を示した図である。図4に示す状態検出機12bは、監視情報16に応じて同期制御が必要か否かを判定し、同期制御要求情報13bを基地局2aへ出力する同期制御許可回路15bを備える。その他の構成は図3で示した状態検出機12aと同様のため、説明を省略する。
基地局2aは、同期制御許可回路15bから同期制御要求情報13bを受信し、同期制御要求情報13bを漏洩同軸ケーブル3aで送信しているデジタルデータの伝送フォーマットの一部に割り当てる信号合成部22を備える。同期制御装置7aは、図3で示した同期制御装置7aと同様のため、説明を省略する。
図5は、本実施の形態における終端機5bの構成を示した図である。漏洩同軸ケーブル3aを介して基地局2aから伝送された伝送データから同期制御要求情報13bを分離し、同期制御判定回路14へ同期制御要求情報13bを出力する信号分離回路20を備える。その他の構成は図2に示した終端機5aと同様のため、説明を省略する。
次に、図4,5を参照して、本実施の形態における移動体通信システムのマスタ基地局2aが再立ち上げした場合の動作について説明する。各基地局2a,2b,2cが安定稼働している状態では、実施の形態1で示した移動体通信システムの動作と同様のため説明を省略する。
基地局ゾーン1a,1b,1cとも、フレーム同期が確立して運用されている状態から、マスタとなる基地局2aで停電等の障害が発生してその後復旧した場合、基地局2aは再立ち上げにより全く異なるフレーム位相となる。状態検出機12bは、監視情報16により基地局2aの再立ち上げ動作を検出した場合、立ち上げ直後から一定期間、基地局2aへの同期制御要求情報13bを基地局2aへ送信する。基地局2aでは、信号合成部22により漏洩同軸ケーブル3aで伝送するデータに同期制御要求情報13bを合成し、終端機5bへ送信する。
基地局ゾーン1a、基地局ゾーン1bの境界に設置された終端機5bでは、受信回路8aにより漏洩同軸ケーブル3aから送信された高周波信号が復調され、信号分離回路20により同期制御要求情報13bを分離して同期制御判定回路14に伝送される。同期制御判定回路14では、同期制御要求情報13bが有意であるかどうかを判定し、有意である場合は同期制御情報6aを同期制御装置7aへ送信する。その他の動作は実施の形態1で示した動作と同様のため、説明を省略する。
以上より、基地局2aが停電等の障害が発生し、その後復旧して立ち上がった場合、停電前のフレーム位相の情報を終端機5bから受信し、フレーム同期を調整することにより、他の基地局とのフレーム位相に同期した状態で立ち上がることが可能になる。従って、基地局2b,2c以降の基地局間フレーム同期が一時的に外れる状態となることを防ぐことができ、基地局2b,2c以降の基地局のゾーン境界を通過する移動局4の通信品質の劣化も防止できる効果がある。
また、漏洩同軸ケーブル3aで送信しているデジタルデータの伝送フォーマットの一部に同期制御要求情報13bを割り当てることにより、同期制御要求回線を設ける必要がなくなり、接続構成を単純化することができる。
本発明は、例えば列車無線システムのような、基地局と漏洩同軸ケーブルを用いた移動体通信システムに利用することができる。
本発明の実施の形態1における移動体通信システムの構成を示した図である。 本発明の実施の形態1における移動体通信システムの終端機の構成を示した図である。 本発明の実施の形態1における移動体通信システムの状態検出機および同期制御装置の構成を示した図である。 本発明の実施の形態2における移動体通信システムの基地局、状態検出機および同期制御装置の構成を示した図である。 本発明の実施の形態2における移動体通信システムの終端機の構成を示した図である。 従来の移動体通信システムの構成を示した図である。 従来の移動体通信システムの終端機の構成を示した図である。 従来の移動体通信システムの同期制御装置の構成を示した図である。
符号の説明
1a,1b,1c 基地局ゾーン、2a,2b,2c 基地局、3a,3b,3c 漏洩同軸ケーブル、4 移動局、5,5a,5b 終端機、6a,6b 同期制御情報、7a,7b 同期制御装置、8a,8b 受信回路、9 同期監視回路、10 フレーム同期回路、11 シンボル同期回路、12a,12b 状態検出機、13a,13b 同期制御要求情報、14 同期制御判定回路、15a,15b 同期制御許可回路、16 監視情報、17 同期制御回路、19 ゲート回路、20 信号分離回路、21 制御許可情報。

Claims (9)

  1. 基地局と、
    前記基地局に接続された漏洩同軸ケーブルと、
    前記漏洩同軸ケーブルと他の基地局に接続された他の漏洩同軸ケーブルとを接続し、前記基地局と前記他の基地局との同期状態を検出する終端機と、
    前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、前記同期状態に応じて前記基地局をマスタとして前記他の基地局の同期状態を制御する第1の同期制御装置と、を備え、前記漏洩同軸ケーブルを介して前記基地局と移動体との間で通信を行う移動体通信システムであって、
    前記基地局の状態を監視し、前記基地局の再立ち上げを検出したときに前記基地局の同期制御を要求する情報を送信する状態検出機と、
    前記終端機が前記同期制御を要求する情報を受信したことに応答して送信した、前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、前記同期状態に応じて前記基地局の同期状態を制御する第2の同期制御装置と、を備える移動体通信システム。
  2. 前記第2の同期制御装置は、
    前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、フレーム同期状態とシンボル同期状態とを抽出する同期制御部と、
    前記抽出したフレーム同期状態に基づいてフレーム同期信号を前記基地局へ送信するフレーム同期部と、
    前記抽出したシンボル同期状態に基づいてシンボル同期信号を前記基地局へ送信するシンボル同期部と、を備える、請求項1に記載の移動体通信システム。
  3. 前記終端機は、
    前記漏洩同軸ケーブルを介して前記基地局から送信された信号と、前記他の漏洩同軸ケーブルを介して前記他の基地局から送信された信号と、の同期状態を検出する同期監視部と、
    検出した前記同期状態を前記第1の同期制御装置または前記第2の同期制御装置へ送信するかを判定する同期制御判定部と、を備える、請求項1または2に記載の移動体通信システム。
  4. 前記同期制御判定部は、前記状態検出機から出力された同期制御を要求する情報を受信した場合は、検出した前記同期情報を前記第2の同期制御装置へ出力するように判定する、請求項3に記載の移動体通信システム。
  5. 前記状態検出機は、前記基地局の状態を監視し、前記基地局の再立ち上げを検出した場合に、前記終端機へ前記同期制御を要求する情報を送信する第1の同期制御許可部を備える、請求項1から4のいずれかに記載の移動体通信システム。
  6. 前記状態検出機は、前記基地局の状態を監視し、前記基地局の再立ち上げを検出した場合に、前記基地局へ前記同期制御を要求する情報を送信する第2の同期制御許可部を備え、
    前記基地局は、前記同期制御を要求する情報を前記終端機へ送信する信号に合成する信号合成部を備え、合成した信号を前記終端機へ送信する、請求項1から4のいずれかに記載の移動体通信システム。
  7. 前記終端機は、前記基地局から送信された前記信号から前記同期制御を要求する情報を分離し、分離した前記同期制御を要求する情報を前記同期制御判定部へ送信する信号分離部、をさらに備える請求項6に記載の移動体通信システム。
  8. 基地局と、
    前記基地局に接続された漏洩同軸ケーブルと、
    前記漏洩同軸ケーブルと他の基地局に接続された他の漏洩同軸ケーブルとを接続し、前記基地局と前記他の基地局との同期状態を検出する終端機と、
    前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、前記同期状態に応じて前記基地局をマスタとして前記他の基地局の同期状態を制御する第1の同期制御装置と、
    前記終端機が検出した前記同期状態を受信し、前記同期状態に応じて前記基地局の同期状態を制御する第2の同期制御装置と、を備え、前記漏洩同軸ケーブルを介して前記基地局と移動体との間の通信を行う移動体通信システムの同期制御方法であって、
    (a)前記基地局の再立ち上げを検出するステップと、
    (b)前記基地局の再立ち上げを検出した場合、同期制御を要求する情報を前記終端機へ送信するステップと、
    (c)前記終端機において、前記同期制御を要求する情報を受信した場合、検出した前記同期情報を前記第2の同期制御装置へ送信するステップと、
    (d)前記第2の同期制御装置において、前記同期情報からフレーム同期状態およびシンボル同期状態を抽出するステップと、
    (e)前記抽出されたフレーム同期状態に基づいたフレーム同期信号を前記基地局へ送信するステップと、
    (f)前記抽出されたシンボル同期状態に基づいたシンボル同期信号を前記基地局へ送信するステップと、
    (g)前記送信されたフレーム同期信号および前記シンボル同期信号により、基地局間の同期を確立するステップと、を備えた移動体通信システムの同期制御方法。
  9. 前記工程(b)は、前記同期制御を要求する情報を前記基地局が送信する信号に合成して前記終端機へ送信するステップを含む、請求項8に記載の移動体通信システムの同期制御方法。
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