JP5108363B2 - 携帯インターネット計測器によるハンドオーバーテストシステム - Google Patents

Description

本発明は、携帯インターネット計測器の同期維持装置を用いるハンドオーバーテストシステムに関するもので、特に、基地局の機能の一部を備えており、携帯インターネット端末機に対しハンドオーバー試験などを行うことのできる携帯インターネット計測器の間で必ず要求される時間同期を維持できるようにした携帯インターネット計測器の同期維持装置を用いるハンドオーバーテストシステムに関する。

一般的な移動通信システムにおいて、各基地局間の通信プロトコールは大きく同期式と、非同期式とに分けられる。ここで、同期式とは、ＧＰＳ（Global Positioning Satellite）などの共通クロックを介して基地局相互間に同じ時間で同期を合わせる方式をいい、非同期式は、基地局間で相互同期を維持しない方式をいう。非同期式の場合には、同期式とは異なりＧＰＳ信号を受信する必要がないため、基地局設置の柔軟性が確保されるというメリットがある一方で、移動通信端末機が基地局を認識したり、同期を獲得するのに多少長い時間がかかるという短所がある。同期式には、既存のＩＳ-９５系のセルラー、ＰＣＳ及びｃｄｍａ２０００通信方式などがあり、非同期式には、日本とヨーロッパにおいて提案されたＷ-ＣＤＭＡ通信方式がある。

このように移動通信基地局には原子時計があり、この時計から生成される信号を通じて送信者と受信者との移動通信端末機を同期させる。従って、移動通信端末機が或る基地局から別の基地局領域に移動して行く場合にも、混線しない通話品質を提供するためには、各基地局にある原子時計の時間が互いに一致しなければならない。移動通信端末機が正常に動作するためには、原子時計が約１００万分の１秒まで一致しなければならない。このため、ＧＰＳに搭載されている原子時計から出る信号が用いられる。

一方、現在無線でインターネットに接続できる方法は大きく分けてＷＡＰ（Wireless Application Protocol）やＷＩＰＩなどのプラットホームを基盤として移動電話網を介して接続する方式と、公衆無線ＬＡＮ及びアクセスポイント（Access Point）を介して接続する方式とがある。しかし、移動電話網による方式の場合には、画面サイズや入力インタフェースの制約、及び従量制による課金体系などのため、普遍的なインターネット接続手段としては根本的に限界があった。

また無線ＬＡＮの場合にも、アクセスポイントを中心に半径数十メートル範囲でしか使用できないという地域的な制約の他に、移動に脆弱性があるという根本的な問題点があった。このような問題点を解消するため、ＡＤＳＬ水準の品質と費用で、停止または低速移動中にも高速インターネット接続を行うことのできる無線インターネットサービスとして「携帯インターネット」（ＷｉＢｒｏまたはＷｉＭａｘ）が提案されている。

このような携帯インターネットシステムにおいては、複信方式としてＴＤＤ（Time Division Duplexing）を採択し、多重接続方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を採択している。ＴＤＤを基盤とするシステムの場合、基地局が携帯インターネット端末機に送る信号と携帯インターネット端末機が基地局に送る信号とが、同じ周波数帯域を共有する代わりに、時間領域を区分して使用しているため、基地局の正確な時間同期なしには基地局で携帯インターネット端末機間の上向リンク信号及び下向リンク信号の衝突により性能劣化が生じる可能性がある。また、この同期信号の不正確性は、携帯インターネット端末機の受信信号のシンボルタイミングオフセットと周波数オフセットを引き起こし、これは特に、ＯＦＤＭ方式を使用するシステムの性能を低下させる主要原因となる。

さらに、携帯インターネットシステムのような複数のセル環境で構成された場合に、基地局は、携帯インターネット端末機のハンドオーバー（Handover）を支援しなければならない。ここで、「ハンドオーバー」とは、携帯インターネット端末機が無線インタフェースを提供する一つの基地局から別の基地局に移動するプロセスを指す言葉であって、携帯インターネット端末機が移動する際に、信号の減衰及び干渉の程度により良質のシグナル等級を提供するため、接続された基地局を切り替える必要がある場合や、携帯インターネット端末機が別の基地局から良質のＱｏＳ（Quality of Service）の提供を受けられる場合に行われる。

従って、上記のようなハンドオーバー機能のような基地局の一部機能を備えており、携帯インターネット端末機に対するハンドオーバー試験などを実施することのできる携帯インターネット計測器の場合にも、計測器間の時間同期を維持することが必須である。しかし、従来はこのような機能を備えた計測器が提案されておらず、信頼性のあるハンドオーバー試験を行うことができないという問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、基地局の機能の一部を備えており、携帯インターネット端末機に対しハンドオーバー試験などを行うことのできる携帯インターネット計測器の間で、必ず要求される時間同期を維持できるようにした携帯インターネット計測器の同期維持装置を提供することにある。

本発明に係る、携帯インターネット計測器によるハンドオーバーテストシステムは、
同期維持装置がそれぞれ備えられ、携帯端末機との間に無線環境でチャンネルが形成された少なくとも２台以上の計測器、及び、
前記計測器とは有線通信網を通じて連結され、携帯端末機とは所定の通信ケーブルを通じて連結され、前記携帯端末機に対するハンドオーバーテスト試験プロセスを制御し、試験通過の可否を判断するコントロールホストを含み、
前記同期維持装置は、ＧＰＳ衛星から受信された情報を利用してＧＰＳタイムに同期されたＧＰＳ信号を出力するＧＰＳ受信器と、
前記ＧＰＳ受信器からの前記ＧＰＳ信号と自体クロックによって生成される参照信号とを比較した結果により同期を制御する同期制御部とを含んで構成されており、
前記同期制御部は、自体クロックソースとして使用される所定周波数の発振信号を出力する発振器、前記発振器から出力される前記発振信号をより小さい周波数を有する前記参照信号に分周する分周器、前記ＧＰＳ受信器から入力される前記ＧＰＳ信号と前記分周器を介して生成される前記参照信号との差を比較し、その結果値を出力するオフセット比較部、及び前記オフセット比較部から出力される結果値が所定の基準値を満たすまで、前記発振器の発振周波数を制御するプロセッサーを含んで構成されている。

上記構成において、このような装置は、同期安定化状態を視覚的に表示するＬＥＤをさらに備え、前記プロセッサーは、前記基準値が満足される場合、前記ＬＥＤを点灯させるようにすることが好ましい。

また、前記ＧＰＳ信号及び前記参照信号は、それぞれ１ＰＰＳ信号であり、前記オフセット比較部は、前記ＧＰＳ受信器の前記ＧＰＳ信号や前記分周器の参照信号が入力されると、前記発振器の発振信号によってカウントを開始した後に、前記ＧＰＳ受信器の前記ＧＰＳ信号や前記分周器の参照信号が再び入力されれば、それまでのカウント数をラッチして前記結果値として出力することが好ましい。

さらに、前記オフセット比較部及び前記プロセッサーはＦＰＧＡで実現し、前記発振器はＯＣＸＯで実現することが好ましい。

本発明の携帯インターネット計測器の同期維持装置によれば、基地局の機能の一部を備えており、携帯インターネット端末機に対しハンドオーバー試験などを行うことができる携帯インターネット計測器の間で時間同期を正確に維持することができるので、携帯インターネット計測器に対するハンドオーバーを含む各種テストを正確かつ確実に行うことができるという効果がある。

以下、添付した図面を参照して本発明の携帯インターネット計測器の同期維持装置の好適な実施例を詳細に説明する。

図１は、一般的な携帯インターネットシステムのネットワーク構成図である。図１に示すように、携帯インターネットシステムの基本的なネットワーク構成は、携帯インターネット端末機（以下、携帯端末機ともいう）、基地局及び制御局を含んで構成される。

前記構成において、携帯端末機（ＰＳＳ：Portable Subscriber Station）は、携帯インターネット無線接続、ＩＰ基盤サービス接続、ＩＰ移動性、端末/ユーザー認証及び保安、マルチキャストサービス受信及び他の網との連動機能などを行う。

一方、基地局（ＲＡＳ：Radio Access Station）は、携帯インターネット無線接続、無線資源管理及び制御、移動性（ハンドオフ）支援、認証及び保安、ＱｏＳ提供、下向リンクマルチキャスト、課金、統計情報生成及び通報機能などを行う。最後に、制御局（ＡＣＲ：Access Control Router）は、ＩＰラウティング及び移動性管理、認証及び保安、ＱｏＳ提供、ＩＰマルチキャスト、課金サーバーに対する課金サービス提供、ＡＣＲ内のＲＡＳ間の移動性制御、資源管理及び制御機能などを行う。

次の表１は、携帯インターネットシステムにおける主要パラメータ及び必須要求事項を示したものである。表１に示すように、携帯インターネットシステムにおいて、複信方式としてはＴＤＤが採択され、多重接続方式としてはＯＦＤＭＡが採択されている。

図２は、携帯インターネット端末機の初期接続及びハンドオーバー過程を説明するためのフローチャートである。図２に示すように、携帯端末機（ＰＳＳ）の電源を入れると、携帯端末機（ＰＳＳ）は、まず自分が属している基地局（ＲＡＳ＃１）信号との同期を獲得しなければならない。携帯端末機（ＰＳＳ）は、該当基地局（ＲＡＳ＃１）との同期を獲得すると、下向リンク（Downlink）に対するチャンネル制御パラメータなどを示すＤＬ-ＭＡＰ（Downlink map）とＤＣＤ（Downlink Channel Descriptor）メッセージなどを受信し、下向リンクに対する接続パラメータを獲得するようになる。

また、携帯端末機（ＰＳＳ）は、可能な上向リングチャネルに対する転送パラメータの集合を読み取るため、基地局からのＵＣＤ（Uplink Channel Descriptor）メッセージを待つ必要があるが、このようなＵＣＤ情報は、基地局から周期的に伝送される。このようにして、上向リンク及び下向リンクに対する接続パラメータをすべて獲得した後には、レンジングプロセスを行うことになる。ここで、「レンジング」（Ranging）とは、基地局（ＲＡＳ）と携帯端末機（ＰＳＳ）が、それらの間のＲＦ通信接続の品質を維持するためのプロセスの集合体を意味し、携帯端末機（ＰＳＳ）と基地局（ＲＡＳ＃１）は、ＲＮＧ-ＲＥＱとＲＮＧ-ＲＳＰメッセージを交換して、このプロセスを行うようになる。

一方、ハンドオーバーを行う際には、このような初期の基本接続の他に、追加的なプロセスが必要である。まず、携帯端末機（ＰＳＳ）は、網の接続プロセスやハンドオーバーのための適切な基地局を探すため、一つ以上の基地局に対しサーチ（Searching）プロセスを行う。そして、ハンドオーバーを行うターゲット（Target）基地局を探した後には、この新たな基地局（ＲＡＳ＃２）に切り替えるために、該基地局（ＲＡＳ＃２）に対する同期化及び接続パラメータの獲得、並びにレンジングプロセスを同様に行うようにする。このとき、二つ以上の基地局（ＲＡＳ＃１、ＲＡＳ#２）から同時に信号を受信し復号する区間が存在するが、信号を送信する基地局（ＲＡＳ＃１、ＲＡＳ＃２）のタイミング同期がなされなければ、このようなハンドオーバープロセスを正確に行うことができない。すなわち、ターゲット基地局（ＲＡＳ＃２）に切り替えるための同期及びパラメータ獲得プロセスと、現在のサービング基地局（ＲＡＳ＃１）からのデータ受信プロセスが同時に行われるので、二つの基地局（ＲＡＳ＃１、ＲＡＳ２）から発生する信号の開始時間及び間隙が同一である必要がある。

従って、基地局に備えられた一部の機能、例えばハンドオーバー機能を備えており、携帯端末機（ＰＳＳ）に対するハンドオーバー試験を行うことのできる携帯インターネット計測器の場合には、２台以上の計測器の間で時間同期を合わせることは必須である。

図３は、本発明の一実施例による携帯インターネット計測器の同期維持方式を説明するための概略構成図である。図３に示すように、本発明の一実施例による携帯インターネット計測器の同期維持方式は、一つの計測器（ＭＲＳＳ１）で使用されるクロック信号を別の計測器（ＭＲＳＳ２）に直接提供し、当該計測器（ＭＲＳＳ２）のクロック信号として使用する方式である。より詳細には、一般的に、計測器には、自体的に使用する基準クロック信号を外部へ出力するための端子と、外部からのクロック信号を受信できる端子とを備えているが、これを利用して一つの計測器（ＭＲＳＳ１）が自体のクロック信号を基準信号として提供するマスター計測器の役割をし、隣接する別の計測器（ＭＲＳＳ２）は、前記マスター計測器（ＭＲＳＳ１）から提供されるクロック信号の供給を受けるスレーブ計測器の役割をする方式である。この方式の場合には、二つの計測器のみを使用する試験に適している。

図４は、本発明の他の実施例による携帯インターネット計測器の同期維持方式を説明するための概略構成図である。図４に示すように、本発明の他の実施例による携帯インターネット計測器の同期維持方式は、計測器の外部に設けられた同期コントローラ２０から発生するクロック信号を複数の計測器（ＭＲＳＳ１、ＭＲＳＳ２、ＭＲＳＳ３）が共有する方式である。このような方式では、同期コントローラ２０から出力されるクロック信号を各計測器（ＭＲＳＳ１、ＭＲＳＳ２、ＭＲＳＳ３）に分配するための分配器１０がさらに要求される。この方式は、複数個の計測器で構成される場合に適している。

一方、ＧＰＳから提供される時間情報を使用する計測器は、別途の入/出力装置、すなわち相互間に物理的な接続がなくても同期化は可能であるが、衛星の時計誤差、イオン層による電波遅延及び多重経路環境や信号雑音のため、正確なＧＰＳ周波数を受信することができない場合が生じ、それを補償するため別途の装置が必要である。

図５は、本発明の好適な実施例による携帯インターネット計測器の同期維持方式を説明するための概略構成図である。図５に示すように、本発明の同期維持装置は、それぞれの携帯インターネット計測器（１００、２００、３００）に備えられており、大きく分けて、ＧＰＳ衛星から受信された情報を利用してＧＰＳタイムに同期された１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号を出力するＧＰＳ受信器（１１０、２１０、３１０）と、このようなＧＰＳ受信器（１１０、２１０、３１０）からのＧＰＳ信号、例えば１ＰＰＳ信号と自体クロックにより生成された所定周波数の参照信号、例えば１ＰＰＳ信号を比較した結果により同期を制御する同期制御部（１２０、２２０、３２０）を含んで構成されている。

図６は、図５に示される同期制御部の具体的な構成を説明するためのブロック図である。説明を容易にするために、一つの携帯インターネット計測器１００に対する図面符号を付している。図６に示すように、本発明の好適な実施例による携帯インターネット計測器１００の同期維持装置は、大きく分けて、ＧＰＳ衛星から受信された情報を利用してＧＰＳタイムに同期された１ＰＰＳ信号を出力するＧＰＳ受信器１００及び同期制御部１２０を含んで構成されている。

また前記同期制御部１２０は、自体クロックソース（Clock Source）として使用される所定周波数、例えば１０MHzの発振信号を出力する発振器１２３、発振器１２３から出力される１０MHzの発振信号を所定周波数、例えば１Hzに分周して１ＰＰＳ信号を出力する分周器１２４、ＧＰＳ受信器１１０から入力された１ＰＰＳと分周器１２４から生成された１ＰＰＳとの差を比較するオフセット比較部１２２、装置の動作状態、例えば同期安定化状態などを視覚的に表示するＬＥＤ１２５及びシステムの全般的な動作を総括的に制御するプロセッサー１２１を含んで構成されている。

前記構成において、発振器１２３は、温度補償機能を有するＯＣＸＯ（Ovened Crystal Oscillator）で実現することが好ましく、オフセット比較部１２２とプロセッサー１２１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で実現することが好ましい。

一方、このような構成を有する本発明の同期維持装置の動作を詳しく見ると、ＧＰＳ受信器１１０の１ＰＰＳと分周器１２４から出力される１ＰＰＳとの差を感知するための基本クロックは、システムクロック、すなわち発振器であるＯＣＸＯ（１２３）の発振信号であり、このクロックの周波数が高いほどカウント（count）の単位が小さくなるので、正確な差を感知することができる。このとき、装置は、ＧＰＳ受信器１１０の１ＰＰＳや発振器であるＯＣＸＯ（１２３）から出力された後に、分周器１２４によって分周された参照信号である１ＰＰＳが入力されればカウントを開始し、再び分周器１２４によって分周された参照信号である１ＰＰＳやＧＰＳ受信器１１０の１ＰＰＳが入力されると、それまでのカウント数をラッチ（Latch）してプロセッサー１２１が読み取ることができるようにする。

次に、プロセッサー１２１は、オフセット比較部１２２から入力を受けたディジタル値をアナログ電圧に切り替えてＯＣＸＯ（１２３）の周波数を制御し、このとき、出力周波数は、入力される電圧値により制御される。このように、プロセッサー１２１は、ＧＰＳ受信器１１０から入力される情報と、オフセット比較部１２２から読み取った値を利用してＯＣＸＯ（１２３）の出力を制御するが、このようにして所定の基準以上の周波数精度を得た場合、ＧＰＳ制御による同期信号が安定化したと判断し、ＬＥＤ表示部１２５にこれを表示するようになる。

上記のように、ＧＰＳ受信器１１０が装着された計測器（１００、２００、３００）のＬＥＤ表示部１２５を通じて同期信号が安定化したことを示す表示がなされた場合、これら計測器（１００、２００、３００）は、互いに同一の基準クロックに同期化されたと判断し、試験プロセスを進むことができる。

図７は、本発明の同期維持装置を備えた携帯インターネット計測器によるハンドオーバーテストシステムを概略的に示した構成図である。図７に示すように、２台の計測器（１００、２００）は、本発明の同期維持装置を用いて同期化されており、さらにこれらの計測器（１００、２００）と携帯端末機（ＰＳＳ）との間には無線環境でチャネルが形成されていると仮定する場合、ここでコントロールホスト４００は、試験プロセスを制御し、試験通過の可否を判断する役割をする。上記構成において、コントロールホスト４００は、計測器（１００、２００）とイーサネット（Ethernet）（登録商標）で接続されており、携帯端末機（ＰＳＳ）とはＰＣＭＣＩＡ/ＵＡＲＴなどで接続されていることにより、携帯端末機（ＰＳＳ）の状況をモニタリングすることができる。そして、試験に影響を与え得る干渉信号を避けるため、この試験プロセスは、シールドボックス（Shield Box）内で行われる。

本発明の携帯インターネット計測器の同期維持装置は、上記の実施例に限られず、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。例えば上記の実施例においては、ＧＰＳ受信器１１０から１ＰＰＳ信号が出力されることを示したが、別の周波数信号が出力されることも可能であり、さらに分周器１２４からも１ＰＰＳ信号の代りに別の周波数を有する参照信号が出力されることも可能である。

一般的な携帯インターネットシステムのネットワーク構成図 携帯インターネット端末機の初期接続及びハンドオーバー過程を説明するためのフローチャート 本発明の一実施例による携帯インターネット計測器の同期維持方式を説明するための構成図 本発明の他の実施例による携帯インターネット計測器の同期維持方式を説明するための概略構成図 本発明の好適な実施例による携帯インターネット計測器の同期維持方式を説明するための概略構成図 図５に示す同期制御部の具体的な構成を説明するためのブロック図 本発明の同期維持装置を備える携帯インターネット計測器によるハンドオーバーテストシステムを概略的に示した構成図

符号の説明

１０ ＲＦケーブル分配器
２０ 同期コントローラ
１００、２００、３００ 計測器
１１０、２１０、３１０ ＧＰＳ受信器
１２０、２２０、３２０ 同期制御部
１２１ プロセッサー
１２２ オフセット比較部
１２３ ＯＣＸＯ
１２４ 分周器
１２５ ＬＥＤ表示部
４００ コントロールホスト

Claims (5)

1. 同期維持装置がそれぞれ備えられ、携帯端末機との間に無線環境でチャンネルが形成された少なくとも２台以上の計測器、及び、
   前記計測器とは有線通信網を通じて連結され、携帯端末機とは所定の通信ケーブルを通じて連結され、前記携帯端末機に対するハンドオーバーテスト試験プロセスを制御し、試験通過の可否を判断するコントロールホストを含み、
   前記同期維持装置は、ＧＰＳ衛星から受信された情報を利用してＧＰＳタイムに同期されたＧＰＳ信号を出力するＧＰＳ受信器と、
   前記ＧＰＳ受信器からの前記ＧＰＳ信号と自体クロックによって生成される参照信号とを比較した結果により同期を制御する同期制御部とを含んで構成されており、
   前記同期制御部は、自体クロックソースとして使用される所定周波数の発振信号を出力する発振器、前記発振器から出力される前記発振信号をより小さい周波数を有する前記参照信号に分周する分周器、前記ＧＰＳ受信器から入力される前記ＧＰＳ信号と前記分周器を介して生成される前記参照信号との差を比較し、その結果値を出力するオフセット比較部、及び前記オフセット比較部から出力される結果値が所定の基準値を満たすまで、前記発振器の発振周波数を制御するプロセッサーを含んで構成された、携帯インターネット計測器によるハンドオーバーテストシステム。
2. 同期安定化状態を視覚的に表示するＬＥＤをさらに備え、
   前記プロセッサーは、前記基準値が満たされる場合に前記ＬＥＤを点灯させることを特徴とする請求項１に記載の携帯インターネット計測器によるハンドオーバーテストシステム。
3. 前記ＧＰＳ信号及び前記参照信号は、それぞれ１ＰＰＳ信号であり、
   前記オフセット比較部は、前記ＧＰＳ受信器の前記ＧＰＳ信号や前記分周器の参照信号が入力されると、前記発振器の発振信号によってカウントを開始した後に、前記ＧＰＳ受信器の前記ＧＰＳ信号や前記分周器の参照信号が再び入力されれば、それまでのカウント数をラッチして前記結果値として出力することを特徴とする請求項２に記載の携帯インターネット計測器によるハンドオーバーテストシステム。
4. 前記オフセット比較部及び前記プロセッサーは、ＦＰＧＡで実現することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の携帯インターネット計測器によるハンドオーパーテストシステム。
5. 前記発振器は、ＯＣＸＯで実現することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の携帯インターネット計測器によるハンドオーバーテストシステム。

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