JP5166163B2

JP5166163B2 - 無線基地局

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Publication number: JP5166163B2
Application number: JP2008205457A
Authority: JP
Inventors: 雅史光; 崇律守友; 浩一麻尾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-08-08
Also published as: JP2010041648A

Description

本発明は、基地局および無線端末に関し、特に、外部クロック源と基地局のクロック源を切りかえる基地局および無線端末に関する。

無線システムで高品質のパケット通信を行うためには、無線基地局、無線端末間で双方で同期して変復調を行うためのタイミングを決めるクロックの精度が重要となっている。また、無線端末の移動などに伴う電波環境の変化によって、接続する無線基地局を切替えるハンドオーバを行うためには、基地局間で動作タイミングを同期させる必要がある。このため、ＧＰＳ（Global Positioning System）が外部クロックとして広く用いられている。ＧＰＳ等の外部クロックを用いて、システム内の全ての無線基地局、無線端末が同期して動作するために生成された同期タイミングを、グローバルタイミングと呼ぶ。

一方、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）システムに基づいた無線システムの標準である非特許文献１には、グローバルタイミングを用いず、無線基地局の内蔵クロックを用いるなど、ローカルな範囲で使用されるタイミング（ローカルタイミング）に基づいて通信を行う手段が提案されている。この手段では、無線基地局がローカルタイミングで動作している事を、報知情報によって無線端末へ通知し、無線基地局、無線端末双方で同期タイミングを共有する事で無線間の通信を実現する。
以降、グローバルタイミングで動作するモードを同期モード、ローカルタイミングで動作するモードを非同期モードと呼ぶ。

3GPP2 TSG-C C.S0084-001-0 v2.0「2.3 system Time」

同期モードで動作する無線基地局において、外部クロックの受信機の故障など、何らかの要因でクロックを正常に生成できない状態となった場合、当該基地局へ接続する無線端末でのパケット通信が正常に行われなくなる。この場合、ハード交換などの対処を経て、無線基地局でのクロック生成が正常な状態に復旧するまで、当該無線基地局でのサービスは停止する。このため、特に、地下の閉空間に単独で置かれた無線基地局など、隣接基地局を持たない無線基地局ではその影響が増大する。

また、外部クロックからのタイミング生成が正常に行われなくなったケースで、無線基地局の内蔵する内部クロックに切替えるなどローカルタイミングでの動作に切替えた場合（非同期モード）、接続中の無線端末の同期が一旦外れて、再度同期を確立し直す必要がある。また、他の同期モードの無線基地局に接続している無線端末が非同期モードの無線基地局にハンドオーバした場合なども、同様に同期を確立し直す必要がある。このため、当該無線端末のユーザトラフィックの通信が一時的に停止するなどの弊害が発生する。

本発明では、外部クロックからのタイミング生成が正常に行えなくなった場合に、ユーザ影響を最小限に抑える事を考慮した上で、非同期モードへ切替える手段を提供する。

上述した課題は、無線端末を収容し外部クロック源を用いて前記無線端末と同期をとって動作する状態から内部クロック源での動作に切り替えるとき、切り替えに先立って前記無線端末に切り替え予告を送信する無線基地局により、達成できる。

無線端末を収容し、クロック部と制御部と呼制御部と回線終端部と無線処理部とからなり、前記クロック部は、外部クロックを受信し、前記制御部は、前記外部クロックに障害を検出したとき、前記呼制御部に障害情報を送信し、前記呼制御部は、前記無線処理部を介して前記無線端末に切り替え予告を送信し、前記制御部は、前記クロック部に内部クロック切り替え指示を送信する無線基地局により、達成できる。

無線端末を収容し、保守端末と接続され、クロック部と制御部と呼制御部と回線終端部と無線処理部とからなり、前記クロック部は、外部クロックを受信し、前記制御部は、前記保守端末から切り替え指示を受信したとき、前記呼制御部に切り替え情報を送信し、前記呼制御部は、前記無線処理部を介して前記無線端末に切り替え予告を送信し、前記制御部は、前記クロック部に内部クロック切り替え指示を送信する無線基地局により、達成できる。

さらに、複数の基地局と接続し、前記複数の基地局のそれぞれが同期モードで動作しているか、非同期モードで動作しているかの判定手段を備え、同期モードで動作している第１の基地局に優先して接続するように制御される無線端末により、達成できる。

無線基地局において、エンドユーザのパケット通信へ与える影響を最小限としたうえで、一定のシステムアベイラビリティを保つことができる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例を用い図面を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。

実施例１について、図１ないし図７を参照して説明する。
まず、図１を参照して、無線ネットワーク構成を説明する。ここで、図１は無線ネットワークおよびその周辺のブロック図である。図１において、無線ネットワーク１０００は、複数の基地局１００と複数の無線端末２００とで構成される。一定の間隔で配置された無線基地局１００は、電波送出方向の異なる複数の無線アンテナを持ち、当該方向に在圏する複数の無線端末２００と無線上でパケット通信を行う。一つの無線アンテナが無線端末と通信できる範囲をセクタと呼び、図１において、無線基地局１００−１がカバーするセクタとして、２時方向のセクタ１０−１、６時方向のセクタ１０−２、１０時方向のセクタ１０−３の３つのエリアがある。これ以降は、一つの無線基地１００は、３つのセクタを持つ前提で説明を行なう。また、セクタ１０を、それぞれ順にαセクタ、βセクタ、γセクタと呼ぶ。

無線ネットワーク１０００内の無線基地局１００、無線端末２００の間のパケット通信は、ＧＰＳ衛星３００から配信される信号を元に、無線基地局で生成されたリファレンスタイミングに同期して行われる。このように、ＧＰＳからの信号をベースとしたリファレンスタイミング（グローバルタイミング）で動作するモードが同期モードである。一方、無線基地局１００が内蔵するクロックで生成されたリファレンスタイミング（ローカルタイミング）で動作するモードが非同期モードである。内蔵クロックは、無線基地局毎に一つ備える。したがって、ある無線基地局１００−ｎが非同期モードで動作した場合、その無線基地局に属するセクタ１０は、全てローカルタイミングで無線通信を行なう。すなわち、図１で、無線基地局１００−１が非同期モードで動作した場合、セクタ１０−１、１０−２、１０−３での無線通信は、ローカルタイミングに基づいて行なわれる。

無線端末２００は、常に無線基地局１００から送信されるパケット復調用（パイロット）信号をサーチしている。無線端末２００は、一定以上の強度を持つパイロット信号を捕捉した場合、当該セクタを接続先の候補として当該セクタのデータを蓄積する。無線端末２００は、パイロット強度の他、その他条件で通信に最適なセクタを一つ選択し、無線上でパケット通信を行なう。無線端末２００は、パケット通信中も、常時、パイロット信号の強度を測定する。無線端末２００の移動などに伴い、最適な接続先となるセクタが変化した場合、無線端末２００は、ハンドオーバ動作を起動して通信先セクタを切り替える。

また、これら複数の無線基地局１００は、有線回線を経由して、保守網５００、インターネット６００に接続されている。無線端末２００でのデータ通信は、インターネット６００を対向として行なわれる。また、基地局１００の制御、正常性監視などの保守は、保守網５００に接続される保守監視端末４００から行なわれる。

図２を参照して、無線基地局の構成を説明する。ここで、図２は無線基地局のブロック図である。図２において、無線基地局１００は、クロック部１１０、ＧＰＳアンテナ１２０、３台の無線処理部１３０、基地局管理制御部１４０、呼制御部１５０、回線終端部１６０、３台の無線アンテナ１７０、分配器１８０から構成される。さらにクロック部１１０は、ローカルクロック生成部１１１、ＧＰＳ受信機１１２、クロックセレクタ１１３から構成される。

ＧＰＳアンテナ１２０は、ＧＰＳ衛星３００からの時刻情報信号を受信する。ＧＰＳアンテナ１２０は、受信した時刻情報信号はＧＰＳ受信機１１２へ送信する。ＧＰＳ受信機１１２は、受信した時刻情報に基づき、無線基地局１００および無線端末２００が同期して動作するためのリファレンスクロックを生成する。分配器１８０は、クロック部１１０が生成したクロックを各セクタの無線処理部１３０へ配信する。ＧＰＳ信号に基づいて生成されたリファレンスクロックは、無線ネットワーク１０００内の全ての無線基地局１００で同期したタイミングを生成する。このタイミングをグローバルタイミングと呼ぶ。

ローカルクロック生成部１１１は、その無線基地局１００内でのみ同期したクロックを生成する。基地局管理制御部１４０からの制御により、クロックセレクタ１１３がローカルクロック生成部側に切り替えられた場合、各無線処理部１３０へローカルクロックが配信される。ローカルクロック生成部１１１が生成した同期タイミングをローカルタイミングと呼ぶ。

基地局制御部１４０は、無線基地局１００内部の障害監視、制御を行なう。無線基地局制御部１４０は、周期的にＧＰＳのステータスをメッセージによって確認しており、このステータスには生成クロックの精度が含まれる。ここでは、精度のレベルとしてＮｏｒｍａｌ、Ｍｉｎｏｒ、Ｍａｊｏｒの３段階を規定する。Ｎｏｒｍａｌは正常な状態、Ｍｉｎｏｒは呼接続できるレベルの緊急度の高くない精度劣化、Ｍａｊｏｒは呼接続できない状態の精度劣化状態である。

呼制御部１５０は、無線端末２００とインターネット６００間のユーザトラフィック転送および無線端末２００との制御信号を送受信する。無線処理部１３０は、無線端末２００との間の無線区間を終端する。無線処理部１３０は、無線アンテナ１７０を経由したユーザトラフィックまたは呼制御信号の送受信を行なう。無線処理部１３０における、パケットの送信（変調）、および受信（復調）は、クロック部１１０から配信されたリファレンスクロックに基づいたタイミングで行なわれる。αセクタ、βセクタ、γセクタに対応した無線処理部１３０がそれぞれ無線処理部１３０−１、１３０−２、１３０−３である。また、αセクタ、βセクタ、γセクタに対応した無線アンテナ１７０が、それぞれ無線アンテナ１７０−１、１７０−２、１７０−３である。回線終端部１６０は、インターネット６００および保守監視網５００との通信を終端する。

図３を参照して、無線端末の構成を説明する。ここで、図３は無線端末のブロック図およびセクタ管理テーブルを説明する図である。図３において、無線端末２００は、無線処理部２１０、呼制御部２２０、無線アンテナ２４０から構成される。呼制御部２２０は、セクタ管理テーブル２３０を保持する。

無線処理部２１０は、無線アンテナ２４０を経由して、無線基地局の電波捕捉、および送受信した無線区間のパケットの受信（復調）、送信（変調）を行なう。呼制御部２２０は、インターネット６００とのユーザトラフィックの送受信および無線基地局１００との呼制御信号の送受信を行なう。無線処理部２１０にて、無線基地局から捕捉した同期情報またはパイロットの強度等は、呼制御部２２０へ送られる。呼制御部２２０は、セクタ管理テーブル２３０でその情報を管理する。

セクタ管理テーブル２３０は、基地局識別子２３１（ここでは基地局と略す）、セクタ識別子２３２（セクタ）、パイロットの強度２３３（強度）、サービスセクタフラグ２３４（サービス）、同期動作モード２３５（同期）の要素を保持する。セクタ管理テーブル２３０は、閾値強度以上のパイロットを受信したセクタを複数管理する。ここで、セクタ管理テーブル２３０への追加の判断となるパイロット強度の閾値をサービス可能閾値と呼ぶ。サービス可能閾値は、無線端末２００に事前に設定された値を使用する。

次にセクタ管理テーブル２３０の各項目について、説明する。基地局識別子２３１は、無線基地局を一意に識別可能なユニークな識別子であり、電波を捕捉しているセクタが属する無線基地局の閾値を設定する。図３では、Ａ、Ｂの識別子を持つ無線基地局のセクタを捕捉している。セクタ識別子２３２は、無線基地局内のセクタ識別子であり、αセクタ、βセクタ、γセクタのいずれかが設定される。図３では、Ａ局のαセクタおよびβセクタ、ならびにＢ局のαセクタを捕捉している。パイロット強度２３３は、セクタの電波状態を示す値であり、値が大きいほど、電波状況が良好であり、高品質の通信を行なえる。サービスフラグ２３４は、当該セクタと無線パケットの通信を行っているか否かを示すフラグである。サービスフラグ２３４は、ＯＮが通信を行っている状態、ＯＦＦが通信を行っていない状態を示す。

通信を行う先のセクタは、無線端末２００がパイロット強度などの情報から選択する。通信を行っているセクタを、サービスセクタと呼ぶ。同期動作モード２３５は、各セクタが動作している同期モードを示すものである。同期動作モード２３５は、グローバルタイミングで動作している場合は同期、ローカルタイミングで動作している場合は非同期、さらにセクタから非同期モードへの遷移を予告するシステム情報を報知された場合は非同期予告が設定される。

以上の構成を踏まえ、無線基地局の状態遷移を図４を参照して説明する。ここで、図４は無線基地局の状態と携帯端末のセクタ管理テーブルの遷移を説明する図である。図４において、白抜きの基地局は、同期モードにある基地局である。左上から右下へのハッチングの基地局は、非同期予告モードにある基地局である。右上から左下へのハッチングの基地局は、非同期モードにある基地局である。また、実線の矢印は、携帯端末とサービスセクタの接続を示す。破線の矢印は、携帯端末が非サービスセクタを捕捉していることを示す。

まず、図４（１）は、無線端末が同期モードで動作する基地局Ａのセクタα、同期モードで動作する基地局Ｂのセクタγ、ならびにセクタβを捕捉しており、その中で最大のパイロット強度を持つ基地局Ａのセクタαをサービスセクタとして選択している状態である。

図４（２）は、ＧＰＳのクロック精度の劣化を検知した無線基地局Ａが、ローカルクロックへの切替に伴う無線端末へのサービス影響を最小限に抑えるため、接続する無線端末に対して非同期モードへの遷移予告を報知した状態である。この報知によって、無線基地局Ａは、他の無線基地局のセクタへのハンドオーバを促している。無線端末は、同期モードで動作するセクタの中で最もパイロット強度の高い、基地局Ｂのセクタγをサービスセクタとして選択する。

図４（３）は、障害発生の基地局Ａに接続する全ての端末のハンドオーバ完了、または一定時間経過後に、基地局Ａが内蔵するローカルクロックへ切替えた状態である。ここで、基地局Ａのセクタαのパイロット強度が最大であるが、非同期セクタの選択優先度が低いために、継続して基地局Ｂのセクタγをサービスセクタとしている。

図４（４）は、クロック精度が正常な状態に復旧して基地局Ａが同期モードへ切り戻った状態である。無線端末は、最大のパイロット強度を持つ基地局Ａのセクタαに、ハンドオーバにより戻ってきている。

さらに、詳細な流れ、処理について図５および図６を参照して説明する。ここで、図５は無線基地局の動作同期モードの切替判断を説明する状態遷移図である。図６は無線端末の状態遷移を説明するフローチャートである。

図５において、無線基地局１００の状態の管理は、呼制御部１５０で管理する。無線基地局１００において、その状態は、同期モード７１０、非同期予告モード７２０、非同期モード７３０の３状態を取りうる。また、非同期予告モード７２０は、障害による非同期予告モード（障害）７２０Ａと保守による非同期予告モード（保守）７２０Ｂを含む。

呼制御部１５０は、同期モード７１０から非同期予告モード（障害）７２０Ａに、クロックステータス通知（精度＝Ｍｉｎｏｒ）の受信で遷移する（Ｔ７４１）。呼制御部１５０は、非同期予告モード（障害）７２０Ａから非同期モード７３０に、クロック切替完了通知またはクロックステータス通知（精度＝Ｍａｊｏｒ）の受信で遷移する（Ｔ７４２）。なお、クロック切替完了通知は、全端末のハンドオーバ完了またはハンドオーバ完了待ちタイマ満了により、基地局管理制御部１４０が送信する。

呼制御部１５０は、非同期モード７３０から同期モード７１０に、クロックステータス通知（精度＝Ｎｏｒｍａｌ）の受信で遷移する（Ｔ７４３）。呼制御部１５０は、非同期予告モード（障害）７２０Ａから同期モード７１０に、クロックステータス通知（精度＝Ｎｏｒｍａｌ）の受信で遷移する（Ｔ７４４）。呼制御部１５０は、同期モード７１０から非同期モード７３０に、クロックステータス通知（精度＝Ｍａｊｏｒ）の受信で遷移する（Ｔ７４６）。呼制御部１５０は、同期モード７１０から非同期予告モード（保守）７２０Ｂに、クロックステータス通知（保守による非同期予告モード遷移）により、遷移する（Ｔ７４７）。呼制御部１５０は、非同期予告モード（保守）７２０Ｂから非同期モード７３０に、クロック切替完了通知またはクロックステータス通知（精度＝Ｍａｊｏｒ）の受信で遷移する（Ｔ７４８）。呼制御部１５０は、非同期予告モード（保守）７２０Ｂから同期モード７１０に、クロックステータス通知（保守による非同期予告モードキャンセル）により、遷移する（Ｔ７４９）。

図６において、無線端末２００の状態の管理は、呼制御部２２０で管理する。無線端末２００において、その状態は非通信中８１０、グローバルタイミング通信中８２０、ローカルタイミング通信中８３０の３状態を取りうる。

図６Ａにおいて、非通信中の無線端末２００の呼制御部２２０は、新規セクタの同期信号を捕捉するとパイロット強度を判定する（Ｓ８４１）。呼制御部２２０は、パイロット強度がサービス可能閾値未満のとき、非通信中を維持する。一方、ステップ８４１でパイロット強度がサービス可能閾値以上のとき、呼制御部２２０は、新規セクタをセクタ管理テーブルに登録する（Ｓ８４２）。呼制御部２２０は、新規セクタの初期同期信号を判定する（Ｓ８４３）。非同期モードのとき、呼制御部２２０は、図６Ｂを参照して後述するローカルタイミング通信中８３０に遷移する。ステップ８４３で同期モードのとき、呼制御部２２０は、グローバルタイミング通信中８２０に遷移する。

グローバルタイミング通信中の呼制御部２２０は、新規セクタの同期信号を捕捉するとパイロット強度を判定する（Ｓ８４４）。呼制御部２２０は、パイロット強度がサービス可能閾値未満のとき、グローバルタイミング通信中を維持する。一方、ステップ８４４でパイロット強度がサービス可能閾値以上で現サービスセクタ以下のとき、呼制御部２２０は、新規セクタをセクタ管理テーブルに登録して（Ｓ８４６）、グローバルタイミング通信中を維持する。一方、ステップ８４４でパイロット強度が現サービスセクタを越えているとき、呼制御部２２０は、新規セクタをセクタ管理テーブルに登録する（Ｓ８４７）。呼制御部２２０は、新規セクタの同期モードを判定する（Ｓ８４８）。非同期モードのとき、呼制御部２２０は、グローバルタイミング通信中を維持する。ステップ８４８で同期モードのとき、呼制御部２２０は、ハンドオーバを起動して（Ｓ８４９）、グローバルタイミング通信中を維持する。

グローバルタイミング通信中の呼制御部２２０は、通信中のセクタから非同期予告フラグ＝ＯＮのシステム情報を受信したとき、図６Ｃに遷移する。また、グローバルタイミング通信中の呼制御部２２０は、セクタ管理テーブルに登録されたセクタのパイロット強度に変化があったとき、図６Ｄに遷移する。さらに、グローバルタイミング通信中の呼制御部２２０は、通信中のセクタがローカルタイミングで通信を開始したとき、呼切断処理を起動して（Ｓ８５１）、非通信中８１０に遷移する。

図６Ｂにおいて、ローカルタイミング通信中の呼制御部２２０は、新規セクタの同期信号を捕捉するとパイロット強度を判定する（Ｓ８５６）。呼制御部２２０は、パイロット強度がサービス可能閾値未満のとき、ローカルタイミング通信中を維持する。一方、ステップ８５６でパイロット強度がサービス可能閾値以上で現サービスセクタ以下のとき、呼制御部２２０は、新規セクタをセクタ管理テーブルに登録して（Ｓ８５７）、ローカルタイミング通信中を維持する。一方、ステップ８５６でパイロット強度が現サービスセクタを越えているとき、呼制御部２２０は、新規セクタをセクタ管理テーブルに登録する（Ｓ８５８）。呼制御部２２０は、新規セクタの属する基地局を判定する（Ｓ８５９）。現サービスセクタと異なる基地局のとき、呼制御部２２０は、ローカルタイミング通信中を維持する。ステップ８５９で同じ基地局のとき、呼制御部２２０は、ハンドオーバを起動して（Ｓ８６１）、ローカルタイミング通信中を維持する。なお、ステップ８５９で、現サービスセクタと異なる基地局のとき、呼制御部２２０が何もしないのは、タイミングの違いにより、呼が切れてしまうためである。

ローカルタイミング通信中の呼制御部２２０は、セクタ管理テーブルに登録されたセクタのパイロット強度に変化があったとき、図６Ｅに遷移する。さらに、ローカルタイミング通信中の呼制御部２２０は、通信中のセクタがグローバルタイミングで通信を開始したとき、呼切断処理を起動して（Ｓ８６２）、非通信中８１０に遷移する。

図６Ｃにおいて、グローバルタイミング通信中の呼制御部２２０は、通信中のセクタから非同期予告フラグ＝ＯＮのシステム情報を受信したとき、非サービスセクタ内で最大のパイロット強度を持つ同期セクタをハンドオーバ候補セクタにセットする（Ｓ８６６）。呼制御部２２０は、ハンドオーバ候補セクタの有無を判定する（Ｓ８６７）。ハンドオーバ候補セクタが無いとき、呼制御部２２０は、そのままグローバルタイミング通信中を維持する。ステップ８６７でハンドオーバ候補があるとき、呼制御部２２０は、ハンドオーバを起動して（Ｓ８６８）、グローバルタイミング通信中を維持する。

図６Ｄにおいて、グローバルタイミング通信中の呼制御部２２０は、セクタ管理テーブルに登録されたセクタのパイロット強度に変化があったとき、パイロット強度を判定する（Ｓ８７１）。変化セクタのパイロット強度がサービス可能閾値未満のとき、呼制御部２２０は、変化セクタのセクタ管理テーブルの状態を確認したあと、削除する（Ｓ８７２）。呼制御部２２０は、変化セクタのサービス状態を判定する（Ｓ８７３）。非サービス中のとき、呼制御部２２０は、そのままグローバルタイミング通信中８２０を維持する。ステップ８７３でサービス中のとき、呼制御部２２０は、呼切断処理を起動して（Ｓ８７４）、非通信中８１０に遷移する。

ステップ８７１で変化セクタのパイロット強度がサービス可能閾値以上のとき、呼制御部２２０は、非サービスセクタ内で最大のパイロット強度を持つ同期セクタをハンドオーバ候補セクタにセットする（Ｓ８７６）。呼制御部２２０は、パイロット強度を判定する（Ｓ８７７）。ハンドオーバ候補のパイロット強度が現セクタのパイロット強度以下、またはハンドオーバ候補が存在しないとき、呼制御部２２０は、そのままグローバルタイミング通信中８２０を維持する。ステップ８７７でハンドオーバ候補のパイロット強度が現セクタのパイロット強度を超えているとき、呼制御部２２０は、ハンドオーバを起動し（Ｓ８７８）、そのままグローバルタイミング通信中８２０を維持する。

図６Ｅにおいて、ローカルタイミング通信中の呼制御部２２０は、セクタ管理テーブルに登録されたセクタのパイロット強度に変化があったとき、パイロット強度を判定する（Ｓ８９１）。変化セクタのパイロット強度がサービス可能閾値未満のとき、呼制御部２２０は、変化セクタのセクタ管理テーブルの状態を確認したあと、削除する（Ｓ８９２）。呼制御部２２０は、変化セクタのサービス状態を判定する（Ｓ８９３）。非サービス中のとき、呼制御部２２０は、そのままローカルタイミング通信中８３０を維持する。ステップ８９３でサービス中のとき、呼制御部２２０は、呼切断処理を起動して（Ｓ８９４）、非通信中８１０に遷移する。

ステップ８９１で変化セクタのパイロット強度がサービス可能閾値以上のとき、呼制御部２２０は、非サービスセクタ内で最大のパイロット強度を持つ同期セクタをハンドオーバ候補セクタにセットする（Ｓ８９６）。呼制御部２２０は、パイロット強度を判定する（Ｓ８９７）。ハンドオーバ候補のパイロット強度が現セクタのパイロット強度以下、またはハンドオーバ候補が存在しないとき、呼制御部２２０は、そのままローカルタイミング通信中８２０を維持する。ステップ８９７でハンドオーバ候補のパイロット強度が現セクタのパイロット強度を超えているとき、呼制御部２２０は、ハンドオーバを起動し（Ｓ８９８）、そのままローカルタイミング通信中８２０を維持する。

図７を参照して、無線基地局と端末との間の呼接続の手順を説明する。ここで、図７はクロック部、基地局管理制御部、呼制御部、無線処理部と、無線端末との間のシーケンス図である。

図７において、初期状態として、無線基地局１００は同期モードで動作し、無線端末２００はどのセクタとも通信を行っていない非通信中とする。無線処理部１３０は、同期動作モードの情報を含む同期信号を定期的に報知する（Ｓ９０１）。同期信号を捕捉した無線端末２００は、まずパケットの変調／復調を行うために必要な同期タイミングを確立する。ここでは、同期動作モードが同期モードとなっているため、ＧＰＳと同期したタイミングを確立する（Ｓ９０２）。無線端末２００は、セクタから送信されるパイロット信号の強度を測定する（Ｓ９０３）。ここでは、パイロット信号強度は、サービス可能閾値以上である。呼制御部１５０は、システム情報から対象セクタの基地局識別子およびセクタ識別子を送信する（Ｓ９０４）。無線端末２００は、基地局識別子およびセクタ識別子を得た上でセクタ管理テーブル２３０へ新規に捕捉したセクタを登録する（Ｓ９０６）。このケースでは、無線端末２００は一つのセクタのみを捕捉した状態であるため、当該セクタをサービスセクタとして選択する（Ｓ９０７）。これによって、通信端末２００と呼制御部１５０との間で、無線パケットの通信を行なう。

基地局管理制御部１４０は、定期的にＧＰＳクロックの精度を確認する（Ｓ９０８）。ここでＭｉｎｏｒレベルの精度劣化を検知したとき（Ｓ９０９）、基地局管理制御部１４０は、呼制御部１５０へクロックステータス通知にて、精度＝Ｍｉｎｏｒである旨を通知する（Ｓ９１１）。呼制御部１５０は、自身の管理する同期状態を非同期予告モード（障害）に遷移させると共に、システム情報の報知情報にて、非同期モードへ遷移する旨を示す非同期遷移予告フラグをＯＮにして無線端末２００へ報知する（Ｓ９１２）。非同期遷移予告フラグがＯＮのシステム情報を受信した無線端末２００は、他の同期モードで動作する無線基地局１００のセクタへハンドオーバを起動する（Ｓ９１３）。

呼制御部１５０は、全ての端末がハンドオーバを完了したとき、または非同期遷移予告フラグがＯＮのシステム情報を報知し始めてから一定時間経過した後、基地局管理制御部１４０へクロック切替準備完了通知を送信する（Ｓ９１４）。クロック切替準備完了通知を受信した基地局管理制御部１４０は、クロック部１１０に対してローカルクロック切替指示を送信する（Ｓ９１６）。クロック部１１０は、クロックセレクタをローカルクロック側へ切替える（Ｓ９１７）。以降、無線処理部１３０へ配信されるクロックは、ローカルクロック生成部から配信されるローカルクロックとなる。基地局管理制御部１４０は、呼制御部１５０を経由して無線処理部１３０に、ローカルクロック切替完了通知を送信する（Ｓ９１８）。以降無線処理部１３０は、同期動作モードを非同期モードに設定した同期信号の送信を開始する（Ｓ９１９）。

無線基地局１００が非同期モードに遷移後、無線端末２００が基地局１００のセクタの同期信号を捕捉する（Ｓ９２１）。無線端末２００は、パイロット信号の強度を測定する（Ｓ９２２）。呼制御部１５０は、システム情報を無線端末２００に送信する（Ｓ９２３）。無線端末２００は、サービス可能閾値以上のパイロット強度を検知すると、報知されたシステム情報の基地局識別子、セクタ識別子と共に、セクタ管理テーブルへセクタを追加する（Ｓ９２４）。この時、無線端末２００が非通話中で初めて捕捉したセクタが当該非同期セクタであるならば、このセクタをサービスセクタとして選択してパケット通信を開始する。しかし、ここでは、サービスセクタと選択してハンドオーバを起動しない。

ここで、ＧＰＳ受信機の交換などの対処によって、ＧＰＳのクロック精度がＮｏｒｍａｌに復旧した事を基地局管理制御部１４０が検知する（Ｓ９２６）。基地局管理制御部１４０は、クロックステータス通知によって、呼制御部１５０および無線処理部１３０へ復旧を通知する（Ｓ９２７）。基地局管理制御部１４０は、クロック部１１０に対してグローバルクロックへのクロックセレクタの切替を指示する（Ｓ９２８）。クロック部１１０は、グローバルタイミングでクロック配信を開始する（Ｓ９２９）。基地局管理制御部１４０は、グローバルクロック切替完了通知を、呼制御部１５０および無線処理部１３０へ送信する（Ｓ９３１）。以降、無線処理部１３０は、同期情報として動作同期モードが同期モードである事を報知する（Ｓ９３２）。以降のステップ９３３〜ステップ９３８は、ステップ９０２〜ステップ９０７と同じなので、説明を省く。

実施例１は、ＧＰＳ受信機故障等の要因によるクロック精度劣化を契機として、基地局管理制御部１４０が自律的に非同期モードへ切替えた。実施例２では、保守者が明示的に非同期モードへ切替える。ここで、ＧＰＳ受信機が単体で交換可能であるというハード構成であるとする。実施例２は、メンテナンス等でＧＰＳ受信機を交換する保守作業の際に非同期予告モードを経由して非同期モードへ遷移させるオペレーションを実行する。これによって、ユーザ影響を最小限に抑えて、作業を行なう事ができる。また、ＧＰＳ受信機交換後は、クロックの精度が正常に戻った事を契機として、自律的に同期モードへ切り戻す。これによって、保守者の負担を軽減しつつ、サービス復旧に係る時間を最小限に抑える。

さらに、局舎建設、工事作業などで、無線基地局１００装置全体を立ち上げるケースにおいて、ＧＰＳ受信機の衛星捕捉、精度確立が長時間要する場合、まずは非同期モードでサービスを開始して、ＧＰＳ精度が安定した後に同期モードへ切替えることで、当該基地局でサービス開始までに必要な時間を短縮することができる。

図８を参照して、ＧＰＳ受信機の交換手順を説明する。ここで、図８は保守監視端末と、クロック部、基地局管理制御部、呼制御部、無線処理部と、無線端末との間のシーケンス図である。

図８において、初期状態は、無線端末２００と呼制御部１５０がグローバルタイミングでパケット通信を行っている状態である。無線基地局１００を監視する保守監視端末４００から、非同期モード切替コマンドが基地局管理制御部１４０に送信される（Ｓ９５１）。基地局管理制御部１４０は、その後、呼制御部１５０へクロックステータス通知にて、保守による非同期予告モード遷移が発生した事を通知する（Ｓ９５２）呼制御部１５０は、動作同期モード状態を非同期予告モード（保守）状態に遷移すると共に、無線端末２００へシステム情報（非同期遷移予告フラグ＝ＯＮ）を通知する（Ｓ９５３）。この通知は、他の同期モードセクタへのハンドオーバを促すメッセージである。無線端末２００は、他の基地局のセクタにハンドオーバを起動する（Ｓ９５４）。

呼制御部１５０は、基地局管理制御部１４０に、クロック切替準備完了通知を送信する（Ｓ９５６）。基地局管理制御部１４０は、ローカルクロックの切替指示をクロック部１１０に送信する（Ｓ９５７）。クロック部１１０は、ローカルタイミングでクロックを配信する（Ｓ９５８）。基地局管理制御部１４０は、呼制御部１５０および無線処理部１３０に、ローカルクロック切替完了通知を送信する（Ｓ９５９）。以降無線処理部１３０は、同期動作モードを非同期モードに設定した同期信号の送信を開始する（Ｓ９６１）。基地局管理制御部１４０は、保守監視端末４００に、非同期モード切替コマンド応答を送信する（Ｓ９６２）。

非同期モードへの切替が完了した後、ＧＰＳ受信機の交換作業と、交換後のＧＰＳ受信機の初期化処理が行われる。基地局管理制御部１４０は、クロック精度がＭｉｎｏｒからＮｏｒｍａｌに変わったことを検出する（Ｓ９６３、Ｓ９６４）。以下のステップ９６６〜ステップ９７１は、図７のステップ９２７〜ステップ９３２と同じなので、説明は省略する。

上述した実施例に拠れば、外部クロックの受信機が冗長構成を取らない無線基地局１００において、エンドユーザのパケット通信へ与える影響を最小限とした上で、一定のシステムアベイラビリティを保つことができる。また、外部クロックの安定化を待つ事無く、内部クロックでサービスを開始できる事から、システムの早期立ち上げが、実現できる。

無線基地局が障害等の要因で外部クロックに基づくタイミング生成が正常に行えなくなった場合に、非同期モードへ自律で切替わるため、保守負担を増大させる事なく、当該無線基地局でのサービスを継続する事が可能となる。また、障害だけでなく、例えば外部クロックの受信機に関する保守作業を行う場合など、非同期モードへ切替わる事で無線基地局としてのサービスを継続したままで作業を行う事が可能となる。この事は、特に、空間的に隣接関係を持たない無線基地局（ビル、あるいは地下の閉空間に置かれた無線基地局など）では、大きな効果となる。無線基地局が非同期モードへ切替える前に、同期モードで動作する他の無線基地局へのハンドオーバを促す報知メッセージを送信する事で、クロック切替に伴って発生する接続中ユーザトラフィックの一時断などの弊害を回避する事が可能となる。

無線端末に非同期モードで動作無線基地局の選択優先度を下げる論理を導入する事によって、同期モード基地局、非同期モード基地局間のハンドオーバの発生を極力抑え、通信中エンドユーザへのトラフィック影響を最小限に抑える事が可能となる。

障害復旧後、あるいは保守作業完了後、外部クロックに基づくタイミング生成が正常に行える状態となった際に、無線基地局自律で同期モードへ切り戻すため、保守負担を抑えて、エンドユーザへ最適な無線通信環境を提供する事が可能となる。

外部クロック受信機の障害復旧、あるいは保守作業において、正常な呼接続を行えるクロック精度を得るまで長時間を要する場合などのケースにおいても、無線基地局はこの間非同期モードでのサービスを継続するため、システムアベイラビリティを向上させる事が可能となる。例えば、ＧＰＳを用いた場合など、一般的に、衛星捕捉してから十分なグローバルタイミングの精度を得るまでの一連の処理に長時間を要するため、本手段の適用が有効である。

無線ネットワークおよびその周辺のブロック図である。無線基地局のブロック図である。無線端末のブロック図およびセクタ管理テーブルを説明する図である。無線基地局の状態と携帯端末のセクタ管理テーブルの遷移を説明する図である。無線基地局の動作同期モードの切替判断を説明する状態遷移図である。無線端末の状態遷移を説明するフローチャートである（その１）。無線端末の状態遷移を説明するフローチャートである（その２）。無線端末の状態遷移を説明するフローチャートである（その３）。無線端末の状態遷移を説明するフローチャートである（その４）。無線端末の状態遷移を説明するフローチャートである（その５）。クロック部、基地局管理制御部、呼制御部、無線処理部と、無線端末との間のシーケンス図である（その１）。クロック部、基地局管理制御部、呼制御部、無線処理部と、無線端末との間のシーケンス図である（その２）。保守監視端末と、クロック部、基地局管理制御部、呼制御部、無線処理部と、無線端末との間のシーケンス図である。

符号の説明

１０…セクタ、１００…無線基地局、１１０…クロック部、１１１…ローカルクロック生成部、１１２…ＧＰＳ受信機、１１３…クロックセレクタ、１２０…ＧＰＳアンテナ、１３０…無線処理部、１４０…基地局管理制御部、１５０…呼制御部、１６０…回線終端部、１７０…無線アンテナ、１８０…分配器、２００…無線端末、２１０…無線処理部、２２０…呼処理部、２３０…セクタ管理テーブル、２４０…無線アンテナ、３００…ＧＰＳ衛星、４００…保守監視端末、５００…保守網、６００…インターネット、１０００…無線ネットワーク。

Claims

無線端末を収容し、保守端末と接続され、クロック部と制御部と呼制御部と回線終端部と無線処理部とからなる無線基地局において、
前記クロック部は、外部クロックを受信し、
前記制御部は、前記保守端末から切り替え指示を受信したとき、前記呼制御部に切り替え情報を送信し、
前記呼制御部は、前記無線処理部を介して前記無線端末に切り替え予告を送信し、
前記制御部は、前記クロック部に内部クロック切り替え指示を送信することを特徴とする無線基地局。
無線端末を収容し、クロック部と制御部と呼制御部と回線終端部と無線処理部とからなる無線基地局において、
前記クロック部は、外部クロックを受信し、
前記制御部は、前記外部クロックに障害を検出したとき、前記呼制御部に障害情報を送信し、
前記呼制御部は、前記無線処理部を介して前記無線端末に切り替え予告を送信し、
前記制御部は、前記クロック部に内部クロック切り替え指示を送信し、
前記呼制御部は、前記障害情報を受信したあと、予め定められた時間をおいて、前記制御部に、準備完了通知を送信することを特徴とする無線基地局。