JP5448679B2

JP5448679B2 - 無線基地局装置

Info

Publication number: JP5448679B2
Application number: JP2009221033A
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: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: JP2011071735A

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て自装置内の時刻とのずれの量に基づいて自装置内のローカルクロックを同期化する際に、伝送遅延変動による同期精度の低下を防止するため、時刻情報パケットの往復遅延を基に外部基準時刻源から自装置への復路遅延を算出し、過度の遅延を有した時刻情報パケットを破棄する技術が開示されている。

特開２００７−１７４６７６号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、外部基準時刻源と自装置との間の往復遅延を基にして復路遅延を算出しているため、算出された復路遅延には自装置から外部基準時刻源への片道伝送遅延に含まれる遅延変動による誤差も含まれる。そのため、周波数制御の同期精度が低下する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、時刻情報パケット取得の際に発生した遅延変動による誤差を抑制して高精度な周波数制御を実行可能な無線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、クロック周波数を制御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、前記時刻情報要求の送信時刻、当該時刻情報要求に対する応答である前記外部基準時刻源装置から受信した時刻情報、および当該時刻情報受信時の自装置内時刻、の組み合わせ毎に、当該時刻情報要求の送信時刻と当該時刻情報受信時の自装置内時刻とに基づいて伝送遅延時間を算出し、さらに、当該伝送遅延時間が許容範囲内の組み合わせを対象に、当該組み合わせを構成する時刻情報と自装置内時刻との差分を計算し、差分の計算を行った組み合わせの中から、当該差分を用いて前記外部基準時刻源装置から無線基地局装置への伝送遅延の変動が最小となる組み合わせを選択する遅延比較手段と、前記遅延比較手段により選択された組み合わせを構成する時刻情報と自装置内時刻とを用いて、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、遅延変動が発生した場合においても高精度な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、複数の無線基地局装置が基準時刻源装置に接続されている構成を示す図である。図３は、無線基地局装置毎のアクセス分散の様子を示す図である。図４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５は、往復遅延の許容範囲を示す図である。図６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。

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．
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、アクセス制御部１０と、時刻情報取得部１１と、時刻カウンタ部１２と、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。アクセス制御部１０は、自装置に固有の情報（例えば製造番号など）を基に基準時刻源装置３に対して時刻要求パケットの送信を行うことができるアクセス割当時間を決定し、時刻情報取得部１１へ通知する。時刻情報取得部１１は、通知されたアクセス割当時間に、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、時刻情報要求の送信時間、受信した時刻情報および自装置内時刻の組み合わせを遅延比較部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。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と無線基地局装置１との間の往復遅延時間を比較し、許容範囲内の中から、さらに基準時刻源装置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。）の変動が最小となるものを周波数制御に使用する情報として選択する。制御量算出部１４は、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、複数の無線基地局装置１−１〜１−ｎが同時に基準時刻源装置３へ接続される場合の構成を示す図である。複数の無線基地局装置１−１〜１−ｎのアクセス制御部１０では、それぞれが持っている自装置に固有の情報（例えば製造番号など）を用いて基準時刻源装置３へ時刻要求パケットの送信を行うことができるアクセス割当時間を決定し、装置毎にアクセスする時間をずらして基準時刻源装置３に対するアクセスを分散する。

このときの各無線基地局装置に対するアクセス割当時間は図３のように周波数制御の実施間隔の中で分割される。図３は、アクセス制御部１０による無線基地局装置毎のアクセス分散の様子を示す図である。ここでは、無線基地局装置１−１から１−ｎの順に並ぶようにアクセス割当時間が割り当てられる例を示しているが、乱数などを用いてランダムな順番に並ぶように割り当ててもよい。また、各アクセス割当時間には１台の無線基地局装置のみが割り当てられる例を図示しているが、基準時刻源装置３が遅延を増加させることなく処理できる範囲内であれば、１つのアクセス割当時間に複数の無線基地局装置を割り当ててもよい。

ＩＰ通信網２上で周期的なアプリケーションパケットが伝送される場合、時刻情報パケットの遅延変動を抑えるため、時刻要求パケットの送信タイミングに任意に変化する遅延を与え、周期的に伝送されるアプリケーションパケットとのＩＰ通信網２上での衝突を回避しても、基準時刻源装置３に複数の無線基地局装置１−１〜１−ｎが接続された状態では、基準時刻源装置３への要求が重なって負荷が増加し遅延変動が発生する。この場合、複数の基準時刻源装置３を備える必要が生じ、設備投資を増加させてしまうことになるが、上述のようにアクセスを分散することで、基準時刻源装置３に複数の無線基地局装置１−１〜１−ｎが接続される場合でも、基準時刻源装置３の負荷増大による遅延変動を回避でき遅延変動による誤差を低減し、周波数制御の精度を向上することができる。

図４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、時刻情報要求の送信時刻（Ｔａ１）、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）、および、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４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。

遅延比較部１３は、周波数制御の実施間隔毎に、複数の時刻情報要求の送信時刻、時刻情報、および、装置内時刻の組の中から、基準時刻源装置３と無線基地局装置１との間の往復遅延を比較し、これが予め設定された許容範囲内にあるものを有効と判定し、さらに、有効と判定した組の中から復路遅延の変動が最小の値となるものを選択する。

ここで、往復遅延とは、装置内時刻と時刻情報要求の送信時刻との差分であり、図４において、無線基地局装置１が、時刻要求Ｓ１１ａを送信してから時刻応答Ｓ１２ａを受信するまでの間隔「Ｔａ４−Ｔａ１」を指す。

図５は、遅延比較部１３における往復遅延の許容範囲を示す図である。前記「Ｔａ４−Ｔａ１」の許容範囲を示すものである。例えば、前記往復遅延の比較を行う際には、時刻ｔ１からｔ２の間の最小往復遅延量がｄ１であったとき、遅延変動が許容される幅をｄａとすると往復遅延「Ｔａ４−Ｔａ１」がｄ１から「ｄ１＋ｄａ」の範囲内にあるものを有効と判定する。また、時刻ｔ２からｔ３の間のように最小往復遅延量がｄ２に変わったときには、往復遅延「Ｔａ４−Ｔａ１」がｄ２から「ｄ２＋ｄａ」の範囲内にあるものを有効と判定する。ここで、時刻ｔ２における最小往復遅延量の変化は、ＩＰ通信網２内の通信経路が変更されることにより通信経路上で経由する伝送機器の台数が増加することなどによって比較的長期的に発生するものであり、ＩＰ通信網２内のパケット同士の衝突による遅延変動が発生する時間に対して十分長い期間の遅延変動傾向を観測することによりパケット衝突による比較的短期的な遅延変動と区別することができる。

遅延比較部１３は、基準時刻源装置３と無線基地局装置１との間の往復遅延を比較した結果、有効と判定した組の中から復路遅延の変動が最小の値となるものを選択する。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４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。

復路遅延の変動が最小の値となるものを選択する方法として、例えば、「Ｔａ４−Ｔａ３」の値を有効と判定した組の間で比較し、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。または、有効と判定した組の中で「Ｔａ４−Ｔａ３」の値の分布状況を確認し、発生頻度が最も大きい値となるものを選択しても良い。これにより、有効と判定した組の中で最も発生確率の高いものを選択することになり、次の周波数制御を実施する際に、復路遅延の変動がより小さいものを選択できる確率が高くなる。

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組のうち時刻情報と装置内時刻（図４では、Ｔａ３とＴａ４、および、Ｔｂ３とＴｂ４）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６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。

ここで、実際に算出された周波数制御量が、前記時刻応答Ｓ１２ａと時刻応答Ｓ１２ｂの受信間隔が最大値または最小値となったときの時刻情報を用いて周波数制御量を算出した場合に発生する誤差（即ち最大の誤差）と当該周波数制御の実施間隔において発生し得る周波数変動量との和を超えていた場合には、算出された周波数制御量が異常であると判断して破棄し、往復遅延を比較した結果有効と判定した組の中から復路遅延が次に最小の値となるものを選択して周波数制御量を再計算する。この再計算を予め設定された回数繰り返した結果、同様に異常と判定された場合は、取得済みの情報を全て破棄し次のアクセス割当時間となるのを待つこととする。

以上説明したように、本実施の形態では、無線基地局装置１において、時刻情報取得部１１が、周波数制御の実施間隔毎に、時刻情報要求の送信時刻、時刻情報、および装置内時刻からなる複数の組を取得し、遅延比較部１３が、時刻情報要求の送信時刻および装置内時刻に基づいて算出される往復遅延が許容範囲内となる組の中から、さらに、時刻情報と装置内時刻によって算出される復路遅延の変動が最小となる組を選択し、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、時刻情報パケットの取得において遅延変動が発生した場合でも遅延変動による誤差を最低限に抑えて周波数制御の精度を向上することができる。さらに、周波数制御に使用する情報とは異なる情報を用いて異常監視を行うため、周波数制御の信頼性を向上することができる。

また、アクセス制御部１０の制御により、基準時刻源装置３に対するアクセスが分散されるよう動作するため、基準時刻源装置３に対して複数の無線基地局装置１−１〜１−ｎが同時に接続される場合であっても、基準時刻源装置３の負荷増大による遅延変動を回避できることとした。これにより、遅延変動による誤差を低減することができ、周波数制御の精度を向上することができると同時に基準時刻源装置３に対する設備投資の増加を防止することができる。

また、算出された周波数制御量が当該周波数制御の実施間隔で発生し得る最大値を超えた場合は異常と判断し、再計算、または取得した情報を破棄することとした。これにより、異常な周波数制御を実施することを防ぐことができ信頼性を向上することができる。

なお、時刻情報要求の送信時刻、時刻情報、装置内時刻の組を用いて遅延変動が発生した場合の遅延変動による誤差を抑える方法、および、アクセス制御部１０の制御により、基準時刻源装置３に対するアクセスを分散させることによって、基準時刻源装置３の負荷増大による遅延変動を回避する方法、の２つについて説明したが、従来からの装置にいずれか１つを適用した場合においても、周波数制御における誤差を抑えることが可能である。

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。

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無線基地局装置
２ＩＰ通信網
３基準時刻源装置
１０アクセス制御部
１１時刻情報取得部
１２時刻カウンタ部
１３遅延比較部
１４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、クロック周波数を制御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の各送信タイミングで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、
前記時刻情報要求の送信時刻、当該時刻情報要求に対する応答である前記外部基準時刻源装置から受信した時刻情報、および当該時刻情報受信時の自装置内時刻、の組み合わせ毎に、当該時刻情報要求の送信時刻と当該時刻情報受信時の自装置内時刻とに基づいて伝送遅延時間を算出し、さらに、当該伝送遅延時間が許容範囲内の組み合わせを対象に、当該組み合わせを構成する時刻情報と自装置内時刻との差分を計算し、差分の計算を行った組み合わせの中から、当該差分を用いて前記外部基準時刻源装置から無線基地局装置への伝送遅延の変動が最小となる組み合わせを選択する遅延比較手段と、
前記遅延比較手段により選択された組み合わせを構成する時刻情報と自装置内時刻とを用いて、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。
前記遅延比較手段は、前記伝送遅延時間の最小値を継続的に観測し、長期的に発生する遅延変動を検出した場合は前記許容範囲を変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線基地局装置。
前記制御量算出手段は、算出した制御量が所定のしきい値を超えた場合に異常と判断し、前記遅延比較手段から異なる組み合わせを取得して再計算を行う、
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。
所定の回数の再計算を実施した結果、算出した制御量が前記所定のしきい値を超えた場合、
前記制御量算出手段は、前記時刻情報取得手段に対して、今回の周波数制御の際に取得した時刻情報要求の送信時間、時刻情報、および時刻情報受信時の自装置内時刻を破棄するように指示し、
前記時刻情報取得手段は、前記制御量算出手段からの指示に基づいて、今回の周波数制御の際に取得した時刻情報要求の送信時間、時刻情報、および時刻情報受信時の自装置内時刻を破棄する、
ことを特徴とする請求項３に記載の無線基地局装置。
さらに、
前記外部基準時刻源装置に対する時刻情報要求の送信タイミングを決定するアクセス制御手段、
を備え、
前記時刻情報取得手段は、前記アクセス制御手段が決定した送信タイミングに応じて前記外部基準時刻源装置に対する時刻情報要求を送信する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の無線基地局装置。
前記アクセス制御手段は、自装置固有の情報を用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タイミングを決定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線基地局装置。
前記アクセス制御手段は、乱数を用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タイミングを決定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の無線基地局装置。