JP5253341B2

JP5253341B2 - 無線基地局装置

Info

Publication number: JP5253341B2
Application number: JP2009221102A
Authority: JP
Inventors: 栄二長竹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: JP2011071744A

Description

本発明は、携帯無線システムの無線アクセスネットワークにおいて、外部基準時刻源を用いて周波数制御を行う無線基地局装置に関する。

従来、携帯電話システムの無線基地局装置は、送信する無線信号の周波数を高い安定度で保つ（周波数を制御する）必要があり、高精度で高安定な発振器を用いて定期的に較正するか、または外部の基準発振器から受信した基準信号に同期することでこれを実現している。しかしながら、高精度で高安定な発振器は高価であり装置コストが増大するため、装置コストを抑えるには、通常、外部基準発振器に同期する方法を採用する。

たとえば、下記特許文献１には、ＩＰ通信網のように物理的にタイミング信号を伝送できない回線を介して接続される無線基地局装置が、外部基準時刻源から時刻情報パケットを受信し、外部基準時刻源と自装置内の時刻とのずれの量に基づいて自装置内の動作クロック周波数を制御する技術、が開示されている。

特表２００３−５０９８９６号公報

しかしながら、上記従来の無線基地局装置は、ＩＰ通信網のように非同期網で接続された外部基準時刻源から時刻情報パケットを受信する毎に、受信時刻情報と自装置内時刻とを比較してずれの量を算出し、ずれ量に応じて自装置内の動作クロックの調整量を決定する。そのため、受信した時刻情報パケットの伝送遅延量に応じた同期誤差が発生し、所定の伝送遅延量を超えたパケットしか得られない場合には周波数制御を行えない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所定の伝送遅延量を超える時刻情報パケットしか取得できない場合においても周波数制御を実行可能な無線機基地局装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外部基準時刻源装置と接続し、当該外部基準時刻源装置から取得した時刻情報に基づいて、クロックの周波数制御を実施する無線基地局装置であって、前記外部基準時刻源装置に対して周波数制御の実施毎に複数の時刻情報要求を送信し、当該外部基準時刻源装置から時刻情報を受信する毎に当該時刻情報受信時の自装置内時刻を取得する時刻情報取得手段と、周波数制御の実施毎に、受信した前記時刻情報と当該時刻情報受信時の自装置内時刻との複数の組み合わせについて、前記外部基準時刻源装置から自装置への伝送遅延である復路遅延を比較して、当該複数の組み合わせの中から、前記復路遅延が過去の周波数制御実施時に選択した組み合わせの復路遅延と同等な値となる組み合わせを選択する復路遅延比較手段と、前記復路遅延比較手段により選択された組み合わせの時刻情報と自装置内時刻に基づいて、周波数制御の実施毎に、自装置のクロック周波数に対する制御量を算出する制御量算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、所定の伝送遅延量を超える時刻情報パケットしか得られない場合においても周波数制御ができる、という効果を奏する。

図１は、無線基地局装置の構成例を示す図である。図２は、無線基地局装置の時刻情報取得動作を示す図である。図３は、復路遅延変動による時刻応答受信間隔の変動を示す図である。図４は、無線基地局装置の構成例を示す図である。図５は、時刻情報の取得タイミングを示す図である。

以下に、本発明にかかる無線基地局装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、無線基地局装置の構成例を示す図である。ここで、無線基地局装置１は、ＩＰ（Internet Protocol）通信網２と接続し、ＩＰ通信網２を介して基準時刻源装置３へ時刻情報を要求し、その応答として受信した時刻情報パケットを用いて自装置内動作クロックの周波数制御を行う。基準時刻源装置３は、高精度・高安定な基準クロックにより動作し、無線基地局装置１から受信した要求に応じて基準時刻情報を付与し生成した時刻情報パケットをＩＰ通信網２経由で時刻情報の要求元（無線基地局装置１）へ送信する。

無線基地局装置１は、時刻情報取得部１１と、時刻カウンタ部１２と、復路遅延比較部１３と、制御量算出部１４と、可変発振部１５と、を備える。時刻情報取得部１１は、基準時刻源装置３に対して時刻情報の要求を複数送信してそれに対する応答である時刻情報パケットを受信すると共に、応答受信時に時刻カウンタ部１２から自装置内時刻を取得し、受信した時刻情報および自装置内時刻の組み合わせを復路遅延比較部１３へ通知する。時刻カウンタ部１２は、可変発振部１５から発振される周波数に従って時刻をカウントする。復路遅延比較部１３は、通知された複数の情報から個々の時刻情報パケットの基準時刻源装置３から無線基地局装置１への伝送遅延（以下、復路遅延とする。）を比較して周波数制御に使用する情報を選択する。制御量算出部１４は、復路遅延比較部１３で選択された情報を用いて、可変発振部１５が発振する動作周波数に対する制御量を算出する。可変発振部１５は、無線基地局装置１における動作周波数の発振器である。

つづいて、無線基地局装置１において時刻情報を取得する動作について説明する。図２は、無線基地局装置１の時刻情報取得動作を示す図である。無線基地局装置１と基準時刻源装置３との間で時刻情報の要求および応答を送受信する様子を示すものである。

無線基地局装置１の時刻情報取得部１１が、時刻Ｔａ１において時刻要求Ｓ１１ａを送信し、基準時刻源装置３が、時刻Ｔａ２で時刻要求Ｓ１１ａを受信する。基準時刻源装置３が、受信した時刻要求Ｓ１１ａに対して基準時刻情報を格納した時刻応答Ｓ１２ａを時刻Ｔａ３で送信し、無線基地局装置１の時刻情報取得部１１が、時刻応答Ｓ１２ａを受信する。このとき、時刻情報取得部１１は、時刻応答Ｓ１２ａ受信時の時刻Ｔａ４を時刻カウンタ部１２より取得する。同様に、Ｔｂ１〜Ｔｂ４間においても、無線基地局装置１および基準時刻源装置３との間で、時刻要求Ｓ１１ｂ、時刻応答Ｓ１２ｂの送受信を行う。

なお、図示していないが、時刻情報取得部１１は、時刻情報取得動作のタイミングにおいて、時刻情報の要求を複数回送信し、基準時刻源装置３から受信した複数の時刻情報（送信時刻：Ｔａ３）とその個々に対応する装置内時刻（受信時刻：Ｔａ４）の組を取得する。また、時刻情報取得部１１は、周波数制御の実施間隔として、設定された間隔（図２における、時刻要求Ｓ１１ａの送信時刻Ｔａ１と時刻要求Ｓ１１ｂの送信時刻Ｔｂ１との間隔）で時刻情報の取得動作を繰り返し実行する。

復路遅延比較部１３は、周波数制御の実施間隔毎に複数の時刻情報と装置内時刻の組の中から、過去に周波数制御を実施した際と同等の値となる復路遅延となる組を選択する。復路遅延とは、装置内時刻と時刻情報との差分から、無線基地局装置１と基準時刻源装置３との間の周波数ずれによる時間差を除いたものとなる。装置内時刻と時刻情報との差分とは、図２において、基準時刻源装置３が時刻応答Ｓ１２ａを送信してから無線基地局装置１が受信するまでの間隔「Ｔａ４−Ｔａ３」を指す。

選択方法としては、例えば、「Ｔａ４−Ｔａ３」の値を複数の時刻情報と装置内時刻の組の間で比較し、この値が最小となるものを選択する。これは、ＩＰ通信網２における短期間の伝送遅延の変動要因が主としてパケット同士の衝突によるネットワーク上の伝送機器における処理待ち時間に起因するものであり、複数のパケットを送受信することでパケット同士の衝突を回避できたものが最小の復路遅延となるパケットとして選択されることになるためである。さらに、次の周波数制御を実施するために時刻情報と装置内時刻の組（図２では、Ｔｂ３とＴｂ４の組）を選択する際に、伝送遅延が固定的に増加するような遅延変動が発生し所定の伝送遅延量を超えるパケットしか得られないような場合には、前回周波数制御を実施した際に取得した時刻情報と装置内時刻の組の中から、装置内時刻と時刻情報との差分の最小値の変化分だけ前回選択したものより大きなものを新たな時刻情報と装置内時刻の組（図２では、Ｔａ３とＴａ４の組）として選択しなおす。

つぎに、制御量算出部１４は、前記周波数制御の実施間隔毎に選択された時刻情報と装置内時刻の組（図２では、Ｔａ３とＴａ４の組、Ｔｂ３とＴｂ４の組）を用いて、時刻応答Ｓ１２ａと時刻応答Ｓ１２ｂの送信間隔「Ｔｂ３−Ｔａ３」と時刻応答Ｓ１２ａと時刻応答Ｓ１２ｂの受信間隔「Ｔｂ４−Ｔａ４」を比較して、基準時刻源装置３と自装置内クロックの周波数がどれだけずれているかを算出し、可変発振部１５に対する制御量（以下、周波数制御量とする）を決定する。

このとき、算出に使用した周波数制御の実施間隔毎に選択された時刻情報と装置内時刻の組において、それぞれの復路遅延が同一の値であれば、算出される周波数制御量は誤差を含まないことになるが、現実のＩＰ通信網２では前述のパケット同士の衝突などにより遅延の変動が生じ、この遅延変動が周波数制御量における誤差の要因となる。

図３は、誤差要因である復路遅延変動による時刻応答受信間隔の変動の様子を示す図である。例えば、時刻Ｔａ３に送信された時刻応答Ｓ１２ａの復路遅延変動が最大値Ｚであり、時刻Ｔｂ３に送信された時刻応答Ｓ１２ｂの復路遅延変動が０であった場合、時刻応答Ｓ１２ａと時刻応答Ｓ１２ｂの受信間隔（Ｔｂ４（ＭＩＮ）−Ｔａ４（ＭＡＸ））は最小となる。一方、時刻Ｔａ３に送信された時刻応答Ｓ１２ａの復路遅延変動が０であり、時刻Ｔｂ３に送信された時刻応答Ｓ１２ｂの復路遅延変動が最大値Ｚであった場合、時刻応答Ｓ１２ａと時刻応答Ｓ１２ｂの受信間隔（Ｔｂ４（ＭＡＸ）−Ｔａ４（ＭＩＮ））は最大となることを示している。

無線基地局装置１では、基準時刻源装置３から受信した時刻応答の復路遅延変動量を把握することにより、周波数制御量における誤差を算出することができる。誤差を算出することによって、制御量算出部１４が決定した周波数制御量の精度を求めることができる。

誤差の算出方法としては、例えば、「今回の装置内時刻と時刻情報との差分（Ｔｂ４−Ｔｂ３）／前回の装置内時刻と時刻情報との差分（Ｔａ４−Ｔａ３）」として求めることができる。正確な数値は算出できないが、相対的な比較は可能である。なお、誤差の算出方法は、これに限定するものではなく、他の式に基づいて算出してもよく、また、上記の式の分母を「過去に周波数制御をしたうちの装置内時刻と時刻情報との差分の最小値」としてもよい。

以上説明したように、本実施の形態では、無線基地局装置１において、復路遅延比較部１３が、周波数制御の実施間隔毎に時刻情報と装置内時刻によって算出される復路遅延が同等となる組を選択し、制御量算出部１４が、隣接する実施間隔において選択した組の時刻情報および装置内時刻を用いて、時刻情報の差分、および装置内時刻の差分を算出し、算出した２つの差分に基づいて、周波数制御量を決定することとした。これにより、ＩＰ通信網２において伝送遅延が固定的に増加するような遅延変動が発生し所定の伝送遅延量を超えるパケットしか得られない場合においても、周波数制御の実施を可能とすることができる。

なお、無線基地局装置１の周波数制御に利用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、ＩＰ通信網２のように物理的にタイミング情報を伝送できないネットワークに接続され、かつ、高精度・高安定のクロックを必要とする装置であれば、無線基地局装置１に関わらずその他の装置にも適用可能である。また、物理的にタイミング情報を伝送できないネットワークを、ＩＰ通信網に限定するものではない。

実施の形態２．
本実施の形態では、周波数制御の実施間隔を制御する方法について説明する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

一般的に、周波数制御に使用できる時刻情報パケットを取得できる確率を上げるために所定の伝送遅延量を大きな値に設定した場合には、同期誤差が大きくなるため周波数の時間変動に対する許容範囲が小さくなり、周波数制御を実施する間隔を短く設定しなければならず、基準時刻源の負荷を増大させ、結果として基準時刻源に対する設備投資を増加させる。または同期誤差を抑えるために周波数制御を実施する間隔を長く設定しなければならないため、一度同期が外れると再同期するまで長時間待つ必要が生じ、結果としてユーザ利便性を損なわれる。そこで、時刻情報パケットの伝送遅延量が変動した場合に、同期誤差の量に応じて周波数制御の実施間隔を最適な状態に制御する。

図４は、無線基地局装置の構成例を示す図である。無線基地局装置１ａは、時刻情報取得部１１ａと、時刻カウンタ部１２と、復路遅延比較部１３ａと、制御量算出部１４ａと、可変発振部１５と、を備える。復路遅延比較部１３ａは、時刻情報取得部１１ａから通知された複数の情報から個々の時刻情報パケットの復路遅延を比較して周波数制御に使用する情報を選択すると共に、復路遅延量についても制御量算出部１４ａへ通知する。制御量算出部１４ａは、復路遅延比較部１３ａにより選択された情報を用いて可変発振部１５の周波数に対する制御量を算出すると共に、通知された復路遅延量を用いて周波数制御量における誤差を算出して時刻情報取得部１１ａへ通知する。時刻情報取得部１１ａは、要求される周波数精度と周波数制御量における誤差とから次に周波数制御を実施しなければならない時間を算出し、これに応じて次に基準時刻源装置３へ時刻情報を要求する時刻を決定する。

図５は、時刻情報取得部１１ａによる時刻情報取得タイミングの制御動作例を示す図である。時刻情報取得部１１ａは、例えば、装置起動後の初回の制御を行う際には、起動時点での周波数精度が時間変動によって劣化していることが予想されるため、予め設定された最小間隔で周波数制御を実施する（周期（１））。時刻情報取得部１１ａは、以後、算出された誤差が所定の範囲内であれば、最小間隔の２倍（周期（２））、３倍と周波数制御の実施間隔を広げて行き、実施間隔が予め設定した最大間隔に到達（周期（ｎ））した場合、それ以降は最大間隔で時刻情報の取得を行うよう制御することで、動作継続時間に応じて周波数制御量における誤差を低減するよう動作する。

なお、図５では無線基地局装置を起動してから周波数制御の実施間隔を順次広げる場合を示しているが、例えば、誤差が所定の範囲を超えた場合は、周波数制御の実施間隔を短縮するよう制御してもよい。また、前回の制御時に算出した誤差と比較して、大きくなった場合には実施間隔を短縮し、小さくなった場合には延長してもよい。また、誤差情報を利用せずに、動作継続時間だけに基づいて周波数制御の実施間隔を順次広げることも可能である。

以上説明したように、本実施の形態では、無線基地局装置１ａにおいて、制御量算出部１４ａが、周波数制御の実施間隔毎に選択された時刻情報と装置内時刻の組において、それぞれの復路遅延により算出される周波数制御量における誤差を算出し、時刻情報取得部１１ａが、誤差に応じて周波数制御の実施間隔を制御することとした。これにより、時刻情報パケットの伝送遅延量が変動した場合でも、周波数制御量における誤差に応じて周波数制御の実施間隔を最適に制御することができ、一度同期が外れた場合には最短間隔で周波数制御を実施することでユーザ利便性を向上することができる。また、動作継続時間が十分長くなった場合には最大間隔で制御を実施することで基準時刻源装置３の負荷を軽減し、結果として設備投資を低減することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる無線基地局装置は、携帯電話システムの無線基地局装置に有用であり、特に、外部装置からの時刻情報に基づいて周波数制御を行う無線基地局装置に適している。

１、１ａ無線基地局装置
２ＩＰ通信網
３基準時刻源装置
１１、１１ａ時刻情報取得部
１２時刻カウンタ部
１３、１３ａ復路遅延比較部
１４、１４ａ制御量算出部
１５可変発振部

Claims

外部基準時刻源装置と接続し、当該外部基準時刻源装置から取得した時刻情報に基づいて、クロックの周波数制御を実施する無線基地局装置であって、
前記外部基準時刻源装置に対して周波数制御の実施毎に複数の時刻情報要求を送信し、当該外部基準時刻源装置から時刻情報を受信する毎に当該時刻情報受信時の自装置内時刻を取得する時刻情報取得手段と、
周波数制御の実施毎に、受信した前記時刻情報と当該時刻情報受信時の自装置内時刻との複数の組み合わせについて、前記外部基準時刻源装置から自装置への伝送遅延である復路遅延を比較して、当該複数の組み合わせの中から、前記復路遅延が過去の周波数制御実施時に選択した組み合わせの復路遅延と同等な値となる組み合わせを選択する復路遅延比較手段と、
前記復路遅延比較手段により選択された組み合わせの時刻情報と自装置内時刻に基づいて、周波数制御の実施毎に、自装置のクロック周波数に対する制御量を算出する制御量算出手段と、
を備えることを特徴とする無線基地局装置。
前記復路遅延比較手段は、前記「前記復路遅延が過去の周波数制御実施時に選択した組み合わせの復路遅延と同等な値となる組み合わせ」として、前記複数の組み合わせについて各組み合わせの時刻情報と自装置内時刻の差分を求め、この差分が最小となる組み合わせを選択する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置。
さらに、
前記復路遅延比較手段は、選択した組み合わせに基づいて、前記外部基準時刻源装置から自装置への復路遅延を算出し、
前記制御量算出手段は、前記復路遅延に基づいて、前記制御量における誤差を算出し、
前記時刻情報取得手段は、前記誤差に基づいて、前記外部基準時刻源装置に対する時刻情報要求の送信間隔を変更可能とする、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線基地局装置。
前記時刻情報取得手段は、前記外部基準時刻源装置に対する時刻情報要求の送信間隔を、起動時は最小間隔とし、動作継続時間の長さに応じて要求間隔を延長する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線基地局装置。
前記時刻情報取得手段は、特定の間隔を上限として前記時刻情報要求の送信間隔を延長する、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の無線基地局装置。