JP6077419B2

JP6077419B2 - Ｇｐｓ同期基地局および基地局同期システム

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Publication number: JP6077419B2
Application number: JP2013169496A
Authority: JP
Inventors: 雅浩八木
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-08-19
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2033-08-19
Also published as: JP2015039122A

Description

本発明は、ＧＰＳ衛星から受信する１ＰＰＳ信号を参照してフレームタイミングを維持するＧＰＳ同期基地局、およびかかる同期基地局とフレームタイミングの基準となる基準基地局とを含む基地局同期システムに関する。

ＰＨＳ（Personal Handy phone System）では、フレームタイミングを揃えるフレーム同期と、フレームタイミングを維持する回線同期、ＧＰＳ同期、もしくはエア同期が行われる。フレーム同期は、フレームタイミングの基準となる基準基地局を所定領域毎に点在させ、周辺の基地局は基準基地局を中心に順次に制御信号を受信してフレームタイミングを一致させる処理である。基準基地局を０次として、何段目に同期したかという段数を次数という。基準基地局では、ＧＰＳ衛星の協定世界時（ＵＴＣ）を参照することによってフレームタイミングを決定し、フレームタイミング決定後は回線同期によりフレームタイミングを維持している。

フレームタイミングを維持する同期では、フレームタイミングを維持するようにその基地局の基本クロックを調整（加減速）することによって行われる。回線同期では、ＩＳＤＮ回線のクロックや光回線のＤＳＵ（Digital Service Unit）、ＯＮＵ（Optical Network Unit）から供給されるクロックに同期する。ＧＰＳ同期では、ＧＰＳ衛星から発信される１ＰＰＳ信号に同期する（例えば特許文献１）。

ＧＰＳ同期を行っている基地局（以下、ＧＰＳ同期基地局と称する）においてＧＰＳ衛星が不可視になった場合、１ＰＰＳ信号を受信できなくなる。このような場合は、ホールドオーバ回路によって擬似１ＰＰＳ信号を生成する。しかしながら、擬似１ＰＰＳ信号は１ＰＰＳ信号よりも精度が低いため、ホールドオーバ状態が所定時間経過したらエア同期を行う。エア同期では、周辺の基地局が送信した制御信号（ＣＣＨ：Control CHannel）を受信して、その基地局のフレームタイミングを維持するように基本クロックの補正（加減速）を行なう（例えば特許文献２）。

特開２００１−３３９３７３号公報特開２０１０−１１８７２６号公報

上述したように、ＧＰＳ同期基地局では、ＧＰＳ衛星が不可視になるとホールドオーバ状態となり、ホールドオーバ状態が所定時間経過した後にエア同期に移行する。このため、エア同期状態にあるＧＰＳ同期基地局は、信頼できるクロックを有していない状態であると考えられる。以下に、詳細に説明する。

ここで、ＧＰＳ衛星が不可視になる、すなわちＧＰＳ衛星との通信障害は、局地的ではなく、ある程度広いエリアで生じると考えられる。すると、ＧＰＳ衛星との通信障害が生じたＧＰＳ同期基地局が周辺基地局とエア同期を行おうとしたときには、周辺基地局においてもＧＰＳ衛星との通信障害が生じていて、周辺基地局も他の基地局とエア同期を行っている可能性が大きい。例えば、基地局Ａ、基地局Ｂ、基地局ＣがＧＰＳ衛星との通信障害が生じ、基地局Ａが基地局Ｂとエア同期を行い、基地局Ｂが基地局Ｃとエア同期を行い、基地局Ｃが基地局Ａとエア同期を行っていたとすると、相互同期してしまい、信頼できるクロックを保てないため、フレームタイミングのずれが大きくなってしまうことが懸念される。このため現状では、ＧＰＳ同期基地局は、エア同期中の基地局は同期先としない設定で運用されている。

しかしながら、エア同期中の基地局とのエア同期を行わない設定であると、ＧＰＳ同期基地局は基準クロック源を確保することができず、その運用を停止せざるを得ない可能性がある。ＧＰＳ同期基地局の運用停止を回避するためには、エア同期中の基地局とのエア同期を実施することが有効であると考えられるが、すると、上述したようにフレームタイミングのずれが大きくなってしまい、それに起因する干渉を招くおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑み、ＧＰＳ衛星との通信障害が生じた際に実施するエア同期におけるフレームタイミングのずれを低減し、それに起因する干渉を抑制することが可能なＧＰＳ同期基地局および基地局同期システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるＧＰＳ同期基地局の代表的な構成は、ＧＰＳ衛星から受信する１ＰＰＳ信号を参照してフレームタイミングを維持するようにＧＰＳ同期を行い、フレーム同期網の基準基地局に対する次数が付与された基地局によって構成される基地局同期システムのＧＰＳ同期基地局において、前記１ＰＰＳ信号を受信できなくなった場合には、自局の周辺に存在する周辺基地局から受信する制御信号を参照してエア同期を行うことによりフレームタイミングを維持し、自局が前記エア同期を行う際に、前記制御信号を送信した周辺基地局が他の基地局とエア同期中である場合、当該周辺基地局に付与された前記次数が自局よりも上位の基地局をエア同期の同期先とすることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局同期システムの代表的な構成は、フレームタイミングの基準となるフレーム同期網の基準基地局と、ＧＰＳ衛星から受信する１ＰＰＳ信号を参照してフレームタイミングを維持するようにＧＰＳ同期を行い、前記基準基地局に対する次数が付与されたＧＰＳ同期基地局とを含む基地局同期システムであって、前記ＧＰＳ同期基地局は、前記１ＰＰＳ信号を受信できなくなった場合には、自局の周辺に存在する周辺基地局から受信する制御信号を参照してエア同期を行うことによりフレームタイミングを維持し、自局が前記エア同期を行う際に、前記制御信号を送信した周辺基地局が他の基地局とエア同期中である場合、当該周辺基地局に付与された前記次数が自局よりも上位の基地局をエア同期の同期先とすることを特徴とする。

本発明によれば、ＧＰＳ衛星との通信障害が生じた際に実施するエア同期におけるフレームタイミングのずれを低減し、それに起因する干渉を抑制することが可能なＧＰＳ同期基地局および基地局同期システムを提供することができる。

本実施形態にかかる基地局同期システムを説明する図である。本実施形態にかかるＧＰＳ同期基地局の構成を例示する機能ブロック図である。本実施形態のＧＰＳ同期基地局の動作を説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。か
かる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる基地局同期システム（以下、単に同期システム１００と称する）を説明する図である。図１に示すように、本実施形態にかかる基地局同期システム（以下、同期システム１００と称する）は、基準基地局１０２と、ＧＰＳ同期基地局１０４ａ〜１０４ｖとを含んで構成される。かかる同期システム１００では、フレームタイミングを揃えるフレーム同期と、フレームタイミングを維持する回線同期、ＧＰＳ同期、もしくはエア同期が行われる。

基準基地局１０２は、フレームタイミングの基準となる基地局であり、ＧＰＳ衛星１０６（図２参照）の協定世界時（ＵＴＣ）を参照することによってフレームタイミングを決定する。その後、基準基地局１０２は、ネットワーク回線（不図示）からの回線クロックを参照する回線同期により、かかるフレームタイミングを維持する。

図１に示すように、本実施形態では、上記の基準基地局１０２を中心としたフレーム同期網が形成されている。かかるフレーム同期網では、基準基地局１０２を０次としたとき、ＧＰＳ同期基地局１０４ａ・１０４ｂは、基準基地局１０２とフレーム同期を行う１次局である。ＧＰＳ同期基地局１０４ｃ・１０４ｄは、１次局であるＧＰＳ同期基地局１０４ａとフレーム同期を行う２次局であり、ＧＰＳ同期基地局１０４ｅ・１０４ｆは、１次局であるＧＰＳ同期基地局１０４ｂとフレーム同期を行う２次局である。

同様に、ＧＰＳ同期基地局１０４ｇ〜１０４ｌは、２次局であるＧＰＳ同期基地局１０４ｃ〜１０４ｆとフレーム同期を行う３次局であり、ＧＰＳ同期基地局１０４ｍ〜１０４ｖは、３次局であるＧＰＳ同期基地局１０４ｇ〜１０４ｌとフレーム同期を行う４次局である。すなわち本実施形態の同期システム１００では、基準基地局１０２を最上位の基地局としたピラミッド状のフレーム同期網が形成されていて、基準基地局１０２の周辺に存在するＧＰＳ同期基地局１０４ａ〜１０４ｖは、自局より上位のＧＰＳ同期基地局の制御信号を順次受信することにより、フレームタイミングを一致させるフレーム同期を行う。

図２は、本実施形態にかかるＧＰＳ同期基地局１０４ｇ〜１０４ｌの構成を例示する機能ブロック図である。なお、図１に示すＧＰＳ同期基地局１０４ａ〜１０４ｖは同一の構成を有するため、図２および以下の説明では、３次局であるＧＰＳ同期基地局１０４ｇを例示する。

本実施形態にかかるＧＰＳ同期基地局１０４ｇは、上述したフレーム同期を行うことによりフレームタイミングを一致させた後、ＧＰＳ衛星１０６から受信する１ＰＰＳ信号を参照してＧＰＳ同期を行う。詳細には、ＧＰＳ同期基地局１０４ｇは、ＧＰＳ衛星１０６から１秒に１回発信される１ＰＰＳ信号から当該ＧＰＳ同期基地局１０４ｇの基本クロックを調整（加減速）することによりフレームタイミングを維持する。

図２に示すように、ＧＰＳ同期基地局１０４ｇは制御部１１２を備える。制御部１１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路によりＧＰＳ同期基地局１０４ｇ全体を管理および制御する。また後述するように、本実施形態では制御部１１２は、クロック制御部１１４および同期判断部１１６としても機能する。

ＧＰＳ信号受信部１２２は、ＧＰＳアンテナ１２２ａを介してＧＰＳ衛星１０６からのＧＰＳ信号を受信し、それに含まれる１ＰＰＳ信号を出力する。このＧＰＳ信号に含まれる１ＰＰＳ信号は、ホールドオーバ回路１２４を経由してクロック制御部１１４に伝達される。ホールドオーバ回路１２４は、ＧＰＳ衛星１０６が不可視になり、かかるＧＰＳ衛星１０６からの１ＰＰＳ信号（ＧＰＳ信号）の受信が行われなくなった際、すなわち１ＰＰＳ信号を喪失したときに、高精度発振器１２４ａをクロック源とし、高精度発振器１２４ａから供給されるクロックによって擬似１ＰＰＳ信号（ＨＯ＿１ＰＰＳ信号）を生成し、クロック制御部１１４に出力する。

クロック制御部１１４は、伝達された１ＰＰＳ信号を参照し、基本クロックを生成する電圧制御発振器１２６（ＶＣＴＣＸＯ）に印加する制御電圧を調節する。これにより、電圧制御発振器１２６のクロックスピードが制御され、当該基地局１１０のクロック同期が行われる。電圧制御発振器１２６において生成された基本クロックは、フレームクロック生成部１２８に伝達される。フレームクロック生成部１２８は、その基本クロックを参照してフレームクロックを生成する。フレームクロック生成部１２８において生成されたフレームクロックは、ベースバンド部１３０に伝達される。

ベースバンド部１３０は、ベースバンド信号をアナログ／デジタル変換し、フレーム同期やチャネルデコード等の処理を行う。無線通信部１３２は、通信アンテナ１３２ａを介して、ＰＨＳ端末等の無線端末１０８との無線通信、および周囲に存在する他の基地局（図２ではＧＰＳ同期基地局１０４ｃを例示）とのエア同期を行う。また無線通信部１３２による通信によって取得された他の基地局の制御信号は、ベースバンド部１３０を経由して制御部１１２に伝達される。

図３は、本実施形態のＧＰＳ同期基地局の動作を説明するフローチャートである。以下、図３に示すＧＰＳ同期基地局の動作について詳述しながら本実施形態にかかる基地局同期システム１００について説明する。なお、図２と同様に、図３においても、３次局であるＧＰＳ同期基地局１０４ｇの動作を例示して説明するが、他のＧＰＳ同期基地局においてもＧＰＳ同期基地局１０４ｇと同様に動作するものとする。

図３に示すように、ＧＰＳ同期基地局１０４ｇでは、制御部１１２は、フレームタイミングの基準となる基準基地局１０２に対する次数が上位の基地局（本実施形態では、２次基地局であるＧＰＳ同期基地局１０４ｃ）の制御信号を参照してフレーム同期を行うことによりフレームタイミングを揃える（ステップＳ２０２）。その後、制御部１１２は、ＧＰＳ信号受信部１２２によってＧＰＳ信号すなわち１ＰＰＳ信号が受信できているか否かを判断する（ステップＳ２０４）。ＧＰＳ信号が受信できていた場合（ステップＳ２０４のＹＥＳ）、すなわち通常時は、当該ＧＰＳ同期基地局１０４ｇは、ＧＰＳ衛星１０６から受信した１ＰＰＳ信号を参照してＧＰＳ同期を行うことによりフレーム同期後のフレームタイミングを維持する（ステップＳ２０６）。

フレーム同期後、制御部１１２は、所定間隔が経過しているか否かを監視し（ステップＳ２０８）、所定間隔が経過するまでは（ステップＳ２０８のＮＯ）、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０８までを間欠的に繰り返す。所定間隔が経過したら（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、当該ＧＰＳ同期基地局１０４ｇは、再度、上位の基地局とのフレーム同期を行う（ステップＳ２０２）。所定間隔としては、現状では例えば２４時間間隔を例示することができ、これにより、１日に１回、すなわち所定の低頻度でフレーム同期が行われることとなる。

一方、１ＰＰＳ信号（ＧＰＳ信号）が受信できていなかった場合、すなわちＧＰＳ衛星１０６が不可視になった場合（ステップＳ２０４のＮＯ）、制御部１１２は、当該ＧＰＳ同期基地局１０４ｇをホールドオーバに移行させる（ステップＳ２１０）。制御部１１２は、ホールドオーバ状態が所定時間内である間は（ステップＳ２１２のＮＯ）、再度１ＰＰＳ信号を受信できているか否かを判断し（ステップＳ２１４）、１ＰＰＳ信号を受信できたら（ステップＳ２１４のＹＥＳ）、ＧＰＳ同期基地局１０４ｇはＧＰＳ同期を行う（ステップＳ２０６）。

１ＰＰＳ信号を受信できなかった場合（ステップＳ２１４のＮＯ）、制御部１１２は引き続きホールドオーバ状態が所定時間内であるかを監視する（ステップＳ２１２）。そして、１ＰＰＳ信号を受信できなくなった後にホールドオーバ状態が所定時間経過したら（ステップＳ２１２のＹＥＳ）、制御部１１２は、当該ＧＰＳ同期基地局１０４ｇをエア同期に移行させるべく、無線通信部１３２によって自局の周辺に存在する周辺基地局（他のＧＰＳ同期基地局）から送信される制御信号を受信する（ステップＳ２１６）。

周辺基地局からの制御信号を受信できなかった場合（ステップＳ２１６のＮＯ）、制御部１１２は、当該ＧＰＳ同期基地局１０４ｇのサービスを一時的に停止する（ステップＳ２１８）。このように、制御信号を受信できなかった際にはＧＰＳ同期基地局１０４ｇのサービスを一時的に停止することで、基本クロックひいてはフレームクロックのずれによる他の基地局との干渉を防ぎ、通信障害の発生を未然に防止することが可能となる。

一方、周辺基地局からの制御信号が受信できたら（ステップＳ２１６のＹＥＳ）、制御部１１２は、同期判断部１１６として機能し、受信した制御信号に含まれる報知メッセージの状態番号を参照することにより、その制御信号を送信したＧＰＳ同期基地局がエア同期中であるか否かを判断する（ステップＳ２２０）。制御信号を送信したＧＰＳ同期基地局がエア同期中でなかった場合（ステップＳ２２０のＮＯ）、同期判断部１１６は、そのＧＰＳ同期基地局（エア同期中ではない周辺基地局）を同期先とし、かかるＧＰＳ同期基地局から受信した制御信号を参照してエア同期を行うことで（ステップＳ２２２）、フレームタイミングを維持する。

本実施形態の特徴として、ＧＰＳ同期基地局１０４ｇがエア同期を行うとしている時に、制御信号を送信したＧＰＳ同期基地局がエア同期中であった場合（ステップＳ２２０のＹＥＳ）、同期判断部１１６は、受信した制御信号を参照することによって、かかる制御信号を送信した周辺基地局のフレーム同期の次数が自局よりも上位であるか否かを判断する（ステップＳ２２４）。

そして、制御信号を送信した周辺基地局のフレーム同期の次数が自局よりも上位であった場合（ステップＳ２２４のＹＥＳ）、同期判断部１１６は、そのＧＰＳ同期基地局（フレーム同期の次数が自局よりも上位であった周辺基地局）を同期先とし、かかるＧＰＳ同期基地局から受信した制御信号を参照してエア同期を行うことにより（ステップＳ２２６）、フレームタイミングを維持する。一方、制御信号を送信した周辺基地局のフレーム同期の次数が、自局と同位、または自局よりも下位であった場合（ステップＳ２２４のＮＯ）、制御部１１２は、当該ＧＰＳ同期基地局１０４ｇのサービスを一時的に停止する（ステップＳ２１８）。

例えば、当該ＧＰＳ基地局１０４ｇ（３次局）がステップＳ２１６において、周辺基地局であるＧＰＳ同期基地局１０４ｃ（２次局）、ＧＰＳ同期基地局１０４ｈ（３次局）、ＧＰＳ同期基地局１０４ｍ（４次局）の制御信号を受信できた場合、いずれか１つでもエア同期中ではないＧＰＳ同期基地局が存在したら、当該ＧＰＳ基地局１０４ｇは、そのエア同期中ではないＧＰＳ同期基地局とのエア同期を行う。一方、それらの３つのＧＰＳ同期基地局のすべてがエア同期中であったら、当該ＧＰＳ基地局１０４ｇは、自局と同位の
ＧＰＳ同期基地局１０４ｈ（３次局）、および自局より下位のＧＰＳ同期基地局１０４ｍ（４次局）ではなく、自局より上位のＧＰＳ同期基地局１０４ｃ（２次局）とエア同期を行う。

上記説明したように、本実施形態にかかるＧＰＳ同期基地局１０４ａ〜１０４ｖ、およびかかるＧＰＳ同期基地局１０４ａ〜１０４ｖを含む基地局同期システム１００によれば、ＧＰＳ衛星１０６が不可視になることにより、周辺基地局がエア同期中である場合があるが、ＧＰＳ同期基地局において、そのエア同期中の周辺基地局とエア同期を行うことによって基準クロック源を確保することができる。これにより、ＧＰＳ衛星１０６が不可視になった後にエア同期に移行し、基地局の運用を継続することができる。

このとき、エア同期中の周辺基地局のうち、フレーム同期の次数が自局より上位の基地局をエア同期先とすることにより、ＧＰＳ同期基地局は、基準基地局１０２に自局よりも近い周辺基地局とエア同期を行うこととなるため、エア同期状態になる周辺基地局の中でも、より信頼性の高いクロックを有する周辺基地局をエア同期先とすることができ、上位の基地局のみをエア同期先とすることで、フレーム同期の次数が自局と同位の基地局、および自局よりも下位の基地局との相互同期を防ぐことも可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ＧＰＳ衛星から受信する１ＰＰＳ信号を参照してフレームタイミングを維持するＧＰＳ同期基地局、およびかかる同期基地局とフレームタイミングの基準となる基準基地局とを含む基地局同期システムとして利用可能である。

１００…同期システム、１０２…基準基地局、１０４ａ〜１０４ｖ…ＧＰＳ同期基地局、１０６…ＧＰＳ衛星、１０８…無線端末、１１２…制御部、１１４…クロック制御部、１１６…同期判断部、１２２…ＧＰＳ信号受信部、１２２ａ…ＧＰＳアンテナ、１２４…ホールドオーバ回路、１２４ａ…高精度発振器、１２６…電圧制御発振器、１２８…フレームクロック生成部、１３０…ベースバンド部、１３２…無線通信部、１３２ａ…通信アンテナ

Claims

ＧＰＳ衛星から受信する１ＰＰＳ信号を参照してフレームタイミングを維持するようにＧＰＳ同期を行い、フレーム同期網の基準基地局に対する次数が付与された基地局によって構成される基地局同期システムのＧＰＳ同期基地局において、
前記１ＰＰＳ信号を受信できなくなった場合には、自局の周辺に存在する周辺基地局から受信する制御信号を参照してエア同期を行うことによりフレームタイミングを維持し、
自局が前記エア同期を行う際に、前記制御信号を送信した周辺基地局が他の基地局とエア同期中である場合、当該周辺基地局に付与された前記次数が自局よりも上位の基地局をエア同期の同期先とすることを特徴とするＧＰＳ同期基地局。
フレームタイミングの基準となるフレーム同期網の基準基地局と、ＧＰＳ衛星から受信する１ＰＰＳ信号を参照してフレームタイミングを維持するようにＧＰＳ同期を行い、前記基準基地局に対する次数が付与されたＧＰＳ同期基地局とを含む基地局同期システムであって、
前記ＧＰＳ同期基地局は、
前記１ＰＰＳ信号を受信できなくなった場合には、自局の周辺に存在する周辺基地局から受信する制御信号を参照してエア同期を行うことによりフレームタイミングを維持し、
自局が前記エア同期を行う際に、前記制御信号を送信した周辺基地局が他の基地局とエア同期中である場合、当該周辺基地局に付与された前記次数が自局よりも上位の基地局をエア同期の同期先とすることを特徴とする基地局同期システム。