JP6204122B2 - 基地局およびエア同期方法 - Google Patents

Description

本発明は、エア同期を行う基地局およびエア同期方法に関する。

ＰＨＳ（Personal Handy phone System）では、基地局は、ＧＰＳ衛星や有線回線によって供給されるクロックを受信することで同期を行っている。ＧＰＳ衛星による同期を行う基地局では、ＧＰＳ衛星から受信したクロックである１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号の位相を絶対基準として送受信タイミングの同期（ＧＰＳ同期）を行っている（例えば特許文献１）。

ＧＰＳ同期を行っている基地局において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ため、フレームクロックの精度を維持することが困難となる。フレームクロックが劣化すると、同期が保てなくなり、自基地局と通信している無線端末の通信品質の劣化や、他基地局と通信している無線端末への干渉を起こすおそれがある。このような不具合を防ぐために、基地局には、１ＰＰＳ信号の供給が途絶えた場合に擬似１ＰＰＳ信号を出力するホールドオーバ回路が設けられている。

しかしながら、ホールドオーバ回路による擬似１ＰＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星の１ＰＰＳ信号よりも精度が低い。このため、周辺基地局のフレームとの間で徐々にずれが生じて大きくなり、周辺基地局との同期精度が低下してしまう。このため、ＧＰＳ衛星が不可視になった後、ホールドオーバ回路によるクロックの維持（以下、自走動作と称する）が所定時間経過したら、基地局間同期（以下、エア同期と称する）を行う。エア同期では、周辺基地局が送信した制御信号（ＣＣＨ：Control CHannel）を受信し、周辺基地局と自局のフレームのタイミング差を維持するように基準クロックの補正（加減速）を行う（例えば特許文献２）。

ＰＨＳの基地局はＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式により通信を行っていて、１フレームを８つのタイムスロットに分割し、４つを送信用に、４つを受信用に使用している。ＰＨＳの基地局は、制御信号（ＣＣＨ）を２０フレームに１回送信する。制御信号を送信するタイムスロットでは音声通信は行わず、データ通信（パケット通信）に使用する。そして、ＰＨＳの基地局がエア同期を行う場合には、自局が制御信号を送信するフレームの残りの１９フレームにおいて、送信用タイムスロットにおいて受信を行うことにより、周辺基地局が出力している制御信号を受信する。

特開２００１−３３９３７３号公報 特開２０１０−１１８７２６号公報

上記のように、基地局がエア同期を行う際には、周辺基地局から制御信号を受信するため、１つのタイムスロットを完全に占有してしまう。これにより、制御信号の受信に使用するタイムスロットには無線端末を収容することができないため、基地局の通信性能が低下する（無線リソースが減少して、接続可能な無線端末の数が減少する）という問題がある。

本発明では、基地局がエア同期を行う場合に、基地局の通信性能の低下を最小限に留めることが可能な基地局およびエア同期方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局の代表的な構成は、ＧＰＳ衛星より基準クロックである１ＰＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信部と、１ＰＰＳ信号が途絶えた場合に内部クロックを出力するホールドオーバ回路と、周辺基地局から制御信号を取得してエア同期を行うエア同期制御部とを備え、エア同期制御部は、エア同期開始時における周辺基地局のフレームタイミングと内部クロックとの初期タイミング差を取得し、初期タイミング差を取得したらエア同期を停止して内部クロックにフレームタイミングを同期させ、所定時間経過ごとにエア同期を起動して周辺基地局のフレームタイミングと内部クロックとの現在のタイミング差を取得し、現在のタイミング差を取得したらエア同期を停止して、内部クロックに対して初期タイミング差と現在のタイミング差の差分を維持するように同期を行うことを特徴とする。

本発明にかかるエア同期方法の代表的な構成は、ＧＰＳ衛星より基準クロックである１ＰＰＳ信号が途絶えた場合に周辺基地局から制御信号を取得してエア同期を行うエア同期方法において、エア同期開始時における周辺基地局のフレームタイミングと自局のホールドオーバ回路から出力される内部クロックとの初期タイミング差を取得し、初期タイミング差を取得したらエア同期を停止して内部クロックにフレームタイミングを同期させ、所定時間経過ごとにエア同期を起動して周辺基地局のフレームタイミングと内部クロックとの現在のタイミング差を取得し、現在のタイミング差を取得したらエア同期を停止して、内部クロックに対して初期タイミング差と現在のタイミング差の差分を維持するように同期を行うことを特徴とする。

本発明では、基地局がエア同期を行う場合に、基地局の通信性能の低下を最小限に留めることが可能な基地局およびエア同期方法を提供する。

基地局の同期を示す図である。 基地局の概略構成を説明するブロック図である。 基地局のＧＰＳ同期および自走動作を説明する図である。 従来のエア同期を説明する参考図である。 エア同期の初期を説明する図である。 エア同期中の説明をする図である。 基地局のエア同期方法について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、基地局１１０の同期を示す図である。なお、基地局１１０は、便宜上、複数あるうちの１つにだけ符合を振っている。基地局１１０は、ＧＰＳ衛星１０２から受信した基準クロックである１ＰＰＳ信号の位相を絶対基準として送受信タイミングの同期を行っている（以下、ＧＰＳ同期と称する）。また、基地局１１０は、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式を採用している。ＴＤＭＡ／ＴＤＤ方式は、１フレームを８つのタイムスロットに分割し、４つを送信用に、４つを受信用に使用して複数の端末と通信を行う。

図２は、基地局１１０の概略構成を説明するブロック図である。ＧＰＳ信号受信部１２０は、ＧＰＳ衛星１０２から基準クロックである１ＰＰＳ信号を受信する。制御部１３０のＧＰＳ同期制御部１２６は、ＧＰＳ信号受信部１２０より受信した１ＰＰＳ信号を用いて、ＧＰＳ同期を行う。

ホールドオーバ回路１２４は、ＧＰＳ衛星１０２が不可視となり、１ＰＰＳ信号が途絶えた場合でもフレームタイミングを維持できるように内部クロックである擬似１ＰＰＳ信号を出力する回路である（以下、自走動作と称する）。

無線通信部１３２は、無線端末と接続して送受信を行う。また、周辺基地局の制御信号を受信する際にも無線通信部１３２を用いる。

制御部１３０のエア同期制御部１２８は、自走動作から所定時間が経過したら、エア同期を行う。エア同期とは、周辺基地局の送信した制御信号を無線通信部１３２が受信し、基地局１１０と周辺基地局とのフレームのタイミング差を維持するように補正する、基地局間同期である。これにより、基地局１１０と周辺基地局とのフレームタイミングの同期を可能としている。

以下に、基地局１１０のエア同期方法について解説する。図３は、基地局１１０のＧＰＳ同期および自走動作を説明する図である。図４は、従来のエア同期を説明する参考図である。図５は、エア同期の初期を説明する図である。図６は、エア同期中の説明をする図である。図７は、基地局１１０のエア同期方法について説明するフローチャートである。

図３（ａ）は、基地局１１０のＧＰＳ同期中を示し、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、内部クロックによる基地局１１０のフレームタイミングの制御を示している。また、図３（ａ）におけるフレームタイミングを理想のフレームタイミングの位置とする。

ＧＰＳ同期制御部１２６は、１ＰＰＳ信号を受信しているか判断する（ステップＳ２０２）。図３（ａ）で示すように、ＧＰＳ衛星１０２が可視状態であれば１ＰＰＳ信号を受信できるため（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、ＧＰＳ同期制御部１２６はＧＰＳ同期を行う（ステップＳ２２６）。

ＧＰＳ衛星が不可視となって１ＰＰＳ信号が途絶えた場合（ステップＳ２０２のＮＯ）、図３（ｂ）に示すように、内部クロックと同期を行う自走動作を開始する（ステップＳ２０４）。しかし、ホールドオーバ回路１２４による擬似１ＰＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星の１ＰＰＳ信号よりも精度が低い。このため、図３（ｃ）に示すように、理想のフレームタイミングから徐々にずれが生じてしまい、周辺基地局との同期精度が低下してしまう。かかる問題を防ぐため、自走動作が所定時間経過したら、図４（ａ）および図５（ａ）で示すように、エア同期制御部１２８は、周辺基地局の制御信号を受信してエア同期を行う（ステップＳ２０６）。

ここで、図４（ｂ）に示すように、従来のエア同期では一度エア同期を開始すると内部クロックの参照はしなくなる。そして従来は、常時周辺基地局を監視し、制御信号を受信し続けることでエア同期を継続して周辺基地局とのフレームタイミング差を維持する。

基地局１１０は、制御信号を２０フレームに１回送信する。そのため、図４のように基地局１１０がエア同期を継続して行うには、基地局１１０が制御信号を送信するフレーム以外の残りの１９フレームにおいて、送信用タイムスロットにおいて受信を行い、周辺基地局が出力している制御信号を受信する必要がある。

このように、周辺基地局から制御信号を受信するため、１つのタイムスロットを完全に占有してしまう。これにより、制御信号の受信に使用するタイムスロットには、無線端末を収容することができないため、無線リソースが減少して、接続可能な無線端末の数が減少するという問題がある。

これに対し基地局１１０のエア同期制御部１２８は、図５（ａ）に示すようにエア同期開始時における周辺基地局のフレームタイミングと内部クロックとの初期タイミング差Ｔを取得したら（ステップＳ２０８）、エア同期を停止する（ステップＳ２１０）。

初期タイミング差Ｔを取得したら、エア同期制御部１２８は、図５（ｂ）に示すように再度内部クロックにフレームタイミングを同期させる（ステップＳ２１２）。そして所定時間が経過するまで（ステップＳ２１４のＮＯ）、内部クロックとの同期を継続する（ステップＳ２１２）。ここでの所定時間は、ステップＳ２０６の自走動作の所定時間と同じ時間とすることができる。所定時間が経過したら（ステップＳ２１４のＹＥＳ）、エア同期制御部１２８は、再びエア同期を開始する（ステップＳ２１６）。

エア同期を再開すると、エア同期制御部１２８は、図６（ａ）で示すように、周辺基地局のフレームタイミングと内部クロックとの現在のタイミング差ｔ１を取得する（ステップＳ２１８）。現在のタイミング差ｔ１を取得したら、エア同期を停止する（ステップＳ２２０）。

エア同期を停止したら、エア同期制御部１２８は、図６（ｂ）で示すように、内部クロックに対して初期タイミング差Ｔと現在のタイミング差ｔ１の差分、つまり初期値との差分（ｔ１−Ｔ）を維持するように基地局１１０のフレームタイミングを徐々に補正（加減速）して同期を行う（ステップＳ２２２）。

その後、ＧＰＳ同期制御部１２６は、１ＰＰＳ信号を受信しているか判断する（ステップＳ２２４）。ＧＰＳ信号受信部１２０が１ＰＰＳ信号を受信した場合（ステップＳ２２４のＹＥＳ）、ＧＰＳ同期制御部１２６がＧＰＳ同期を開始する（ステップＳ２２６）。

ＧＰＳ信号受信部１２０が１ＰＰＳ信号を受信していなければ（ステップＳ２２４のＮＯ）、エア同期制御部１２８は、所定時間の経過まで初期値との差分（ｔ１−Ｔ）を維持しながらフレームタイミングを同期する。そして所定時間が経過したら（ステップＳ２１４のＹＥＳ）、エア同期制御部１２８はエア同期を開始し（ステップＳ２１６）、図６（ｃ）で示すように、内部クロックと周辺基地局との現在のタイミング差ｔ２を取得する（ステップＳ２１８）。

タイミング差ｔ２を取得したらエア同期を停止し（ステップＳ２２０）、図６（ｄ）に示すように、取得した現在の初期値との差分（ｔ２−Ｔ）を維持するように、徐々に基地局１１０のフレームタイミングを補正して同期を行う（ステップＳ２２２）。

つまり、基地局１１０は、所定時間経過ごとにエア同期を起動し、周辺基地局のフレームタイミングと内部クロックとの現在のタイミング差ｔｎを取得する。現在のタイミング差ｔｎを取得したらエア同期を停止して、内部クロックに対して初期タイミング差Ｔと現在のタイミング差ｔｎの差分（ｔｎ−Ｔ）を維持するように同期を行う。

このように間欠的にエア同期を行うことで、周辺基地局からの制御信号を常に受信して、１つのタイムスロットを占有することがなくなる。かかる効果によって、無線リソースが減少して、接続可能な無線端末の数が減少することを防ぎ、基地局１１０の通信性能の低下を最小限に留めることが可能となる。

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、本発明は係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、エア同期を行う基地局およびエア同期方法に利用することができる。

１０２…ＧＰＳ衛星、１１０…基地局、１２０…ＧＰＳ信号受信部、１２４…ホールドオーバ回路、１２６…ＧＰＳ同期制御部、１２８…エア同期制御部、１３０…制御部、１３２…無線通信部

Claims (2)

1. ＧＰＳ衛星より基準クロックである１ＰＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信部と、
   内部クロックと、
   周辺基地局から制御信号を取得してエア同期を行うエア同期制御部とを備え、
   前記エア同期制御部は、前記１ＰＰＳ信号が途絶えているときに、
   所定時間経過ごとにエア同期を起動して前記周辺基地局のフレームタイミングと前記内部クロックとの現在のタイミング差を取得したらエア同期を停止して、
   前記１ＰＰＳ信号が途絶えたときの最初のエア同期時における前記周辺基地局のフレームタイミングと前記内部クロックとの初期タイミング差と、前記現在のタイミング差との差分を維持するように、前記内部クロックを基に自身のフレームタイミングを同期させることを特徴とする基地局。
2. ＧＰＳ衛星より基準クロックである１ＰＰＳ信号が途絶えた場合に周辺基地局から制御信号を取得してエア同期を行う基地局のエア同期方法において、
   前記１ＰＰＳ信号が途絶えているときに、
   所定時間経過ごとにエア同期を起動して前記周辺基地局のフレームタイミングと内部クロックとの現在のタイミング差を取得したらエア同期を停止して、
   前記１ＰＰＳ信号が途絶えたときの最初のエア同期時における前記周辺基地局のフレームタイミングと前記内部クロックとの初期タイミング差と、前記現在のタイミング差との差分を維持するように、前記内部クロックを基に自身のフレームタイミングを同期させることを特徴とするエア同期方法。