JP7109214B2 - 基地局のフレーム同期システム - Google Patents

Description

本発明は、ＴＤＤ（時間分割復信）方式で移動局と無線通信を行う基地局のフレーム同期に関するものである。

従来、同一周波数帯を使用して移動局と基地局との間で無線通信を行う通信システムとして、ＴＤ－ＬＴＥ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）方式、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ Ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）方式、ＤＥＣＴ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｏｒｄｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）方式などのＴＤＤ（時分割復信）方式を用いるものが知られている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。ＴＤＤ方式では、基地局から移動局へのダウンリンクと移動局から基地局へのアップリンクとを時間軸上で分割するように無線フレームが構成される。

ＴＤＤ方式の基地局が他のＴＤＤ方式の基地局のセル内に設置されているエリア（例えば、建物の同じフロアで複数のＴＤＤ方式の基地局が設置されているエリア）では、基地局間の干渉が発生するおそれがある。基地局間の干渉が発生すると、基地局と移動局との間の通信のスループットが低下したり移動局との通信ができなくなったりする。この基地局間の干渉を防止するため、ダウンリンク及びアップリンクそれぞれのタイミングを基地局間でそろえるフレーム同期が行われる。

建物内に設置されたＴＤＤ方式の基地局のフレーム同期を行うシステムとしては、ＧＰＳ衛星からの電波を受信したＧＰＳ受信信号を用いたものがある。例えば、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信機を建物の屋上などの屋外に設置し、ＧＰＳ受信機と基地局との間を同軸ケーブルで配線し、ＧＰＳ受信信号を基地局に引き込んで基地局のフレーム同期を行うシステムがある。また、同軸ケーブルを介してＧＰＳ受信機とＰＴＰ（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）サーバとを接続し、ＵＴＰケーブル等のＬＡＮケーブルを介してＰＴＰサーバ（マスター装置）及び基地局（スレーブ装置）が時刻情報の付与されたＰＴＰパケットを互いにやり取りし、基地局（スレーブ装置）がＰＴＰパケットの送信時刻及び受信時刻に基づいて装置間の遅延と装置間の時間のズレを算出し、基地局（スレーブ装置）の時刻をＰＴＰサーバ（マスター装置）の時刻に合わせることにより、基地局のフレーム同期を行うシステムがある。

特開２０１３－２１１９１８号公報

3GPP TS 36.211 V13.1.0 (2016-04), Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation, Release 13

上記基地局のフレーム同期を行うシステムにおいて、基地局のフレーム同期の精度を低下させることなく、ＧＰＳ衛星からの電波を受信する装置を駆動する電池の寿命を長くしたいという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るシステムは、ＴＤＤ（時間分割復信）方式で移動局と無線通信を行う基地局のフレーム同期を行うためのシステムであって、建物内でＧＰＳ衛星からの電波を受信可能な位置に設置され、前記ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部と、前記ＧＰＳ受信部のＧＰＳ受信信号に基づいて前記フレーム同期のための無線同期信号を送信する無線通信部とを有する第１同期信号送信装置を複数備え、前記建物内の前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから無線同期信号を受信可能な位置に設置され、前記無線同期信号を受信する無線通信部と、前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから受信した無線同期信号に基づいて、有線接続を介して、前記フレーム同期のための有線同期信号を送信する有線通信部とを有する同期信号受信装置を備え、前記複数の第１同期信号送信装置はそれぞれ、前記無線同期信号の送信を間欠的に行い、前記同期信号受信装置は、前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから間欠的に受信した無線同期信号を結合した連続する同期信号に基づいて、前記有線同期信号を送信する、
前記システムにおいて、前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから間欠的に送信する前記無線同期信号の送信期間は、互いに異なり、前記同期信号受信装置が各第１同期信号送信装置から間欠的に受信した無線同期信号を結合して前記無線同期信号が連続するように設定してもよい。
また、前記システムにおいて、前記複数の第１同期信号送信装置はそれぞれ、前記無線同期信号の間欠的な送信に対応させて、前記ＧＰＳ衛星からの電波の受信を間欠的に行ってもよい。
また、前記システムにおいて、前記第１同期信号送信装置は、前記建物の窓に設置され、電源を供給する内蔵電池を有してもよい。
また、前記システムにおいて、前記第１同期信号送信装置は、前記建物の窓の隅に設置してもよい。
また、前記システムにおいて、前記建物内に設置され、有線接続を介して前記有線同期信号を受信する有線通信部と、前記有線通信部で受信した前記有線同期信号に基づいて、前記無線同期信号を送信する無線通信部とを有する第２同期信号送信装置を更に備え、前記同期信号受信装置は、有線接続を介して前記基地局に又は前記基地局及び前記第２同期信号送信装置の両方に、前記有線同期信号を送信してもよい。
また、前記システムにおいて、前記第２同期信号送信装置は、前記建物内の前記第２同期信号送信装置と同じフロアに設置されている同期信号受信装置から、有線接続を介して前記有線同期信号を受信し、前記同じフロアに設置されている他の同期信号受信装置に前記無線同期信号を送信し、前記他の同期信号受信装置は、前記同じフロアに設置されている基地局に、有線接続を介して前記有線同期信号を送信してもよい。
また、前記システムにおいて、前記第２同期信号送信装置は、前記建物の地下フロアに設置され、前記第２同期信号送信装置が設置されているフロアよりも上位階のフロアに設置されている同期信号受信装置から、有線接続を介して前記有線同期信号を受信し、前記地下フロアに設置されている他の同期信号受信装置に前記無線同期信号を送信し、前記他の同期信号受信装置は、前記地下フロアに設置されている基地局に、有線接続を介して前記有線同期信号を送信してもよい。
また、前記システムにおいて、前記同期信号受信装置から有線接続を介して送信された前記有線同期信号を分岐して転送する分岐装置を更に備えてもよい。
また、前記システムは、前記同期信号受信装置から有線接続を介して前記有線同期信号を受信し、前記有線同期信号に基づいて基地局間のフレーム同期を実行可能なＴＤＤ方式の複数の基地局を更に備えてもよい。

本発明の他の態様に係る方法は、ＴＤＤ（時間分割復信）方式で移動局と無線通信を行う基地局のフレーム同期を行うための同期信号を伝送する方法であって、建物内でＧＰＳ衛星からの電波を受信可能な位置に設置された複数の第１同期信号送信装置それぞれにおいて、ＧＰＳ衛星からの電波を間欠的に受信することと、前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから、前記フレーム同期のための無線同期信号を、前記建物内に設置された同期信号受信装置に間欠的に送信することと、前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから間欠的に受信した無線同期信号を結合した連続する同期信号に基づいて、前記フレーム同期のための有線同期信号を、前記同期信号受信装置から有線接続を介して、前記基地局に、又は、前記基地局及び前記建物内に設置された第２同期信号送信装置の両方に伝送することと、を含む。

本発明によれば、基地局のフレーム同期の精度を低下させることなく、ＧＰＳ衛星からの電波を受信する装置を駆動する電池の寿命を長くすることができる。

（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係るフレーム同期システムを適用可能なＴＤＤ方式の基地局を含む移動通信システムの一例を示す説明図。 ＴＤ－ＬＴＥ方式の基地局と移動局との間の無線通信に用いられる無線フレームの一例を示す説明図。 ＴＤ－ＬＴＥ方式の基地局間の無線フレームのずれによる干渉の一例を示す説明図。 実施形態に係るＴＤ－ＬＴＥ方式の基地局間のフレーム同期の一例を示す説明図。 実施形態に係るフレーム同期システムの全体構成の一例を示す説明図。 図５のフレーム同期システムを構成する各装置の基本構成の一例を示すブロック図。 他の実施形態に係るフレーム同期システムの全体構成の一例を示す説明図。 更に他の実施形態に係るフレーム同期システムの概略構成を示す説明図。 図８のフレーム同期システムを構成する各装置の基本構成を示すブロック図。 （ａ）～（ｃ）はそれぞれ、本実施形態に係るフレーム同期システムにおける第１同期信号送信装置及び同期信号受信装置の配置の一例を示す説明図。 図１０のフレーム同期システムにおける窓に複数配置された第１同期信号送信装置の配置例を示す説明図。 図１０のフレーム同期システムにおける複数の第１同期信号送信装置のＧＰＳ信号の間欠受信及び同期信号受信装置から送信される連結後の有線同期信号の一例を示す説明図。 参考例に係るフレーム同期システムの概略構成を示す説明図。 他の参考例に係るフレーム同期システムの概略構成を示す説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係るフレーム同期システムを適用可能な基地局を含む移動通信システムの一例を示す説明図である。
図１（ａ）は、同一周波数帯で使用されるＴＤＤ（時分割復信）方式の複数の基地局（「アクセルポイント（ＡＰ）」ともいう。）として、広域のマクロセル２５Ａを形成する基地局（マクロセル基地局）２５と、そのマクロセル２５Ａの中にスモールセル（「フェムトセル」、「ピコセル」ともいう。）２０Ａを形成する基地局（スモールセル基地局）２０とを備えるセルラー方式の移動通信システムの例を示している。また、図１（ｂ）は、同一周波数帯で使用されるＴＤＤ方式の複数の基地局として、スモールセル２０Ａを形成する複数の基地局２０を備えるセルラー方式の移動通信システムの例を示している。図１（ｂ）において、各スモールセルの中には、隣接する他の基地局が位置する。

本実施形態の基地局２５，２０はそれぞれ、同一周波数帯（例えば１．９ＧＨｚ帯の周波数帯（１８８０ＭＨｚ～１９２０ＭＨｚ））において、ＬＴＥ／ＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄの標準規格に準拠したＴＤ－ＬＴＥ方式で移動局（「ユーザ機器」又は「ＵＥ」ともいう。）１０との間で、アップリンク（ＵＬ）及びダウンリンク（ＤＬ）の双方向の無線通信を行う。

なお、図１（ａ）及び（ｂ）における基地局２５，２０はそれぞれ、ＴＤ－ＬＴＥ方式を用いる基地局（「ｅＮｏｄｅＢ」とも呼ばれる。）であるが、ＰＨＳ方式やＤＥＣＴ方式などの他のＴＤＤ方式の基地局であってもよい。また、マクロセルの基地局２５がＴＤ－ＬＴＥ方式の基地局であり、スモールセルの基地局２０がＰＨＳ方式やＤＥＣＴ方式などの他のＴＤＤ方式の基地局であってもよい。

スモールセル２０Ａを形成する基地局２０は、例えば、建物の中のトラフィックが集中しているエリアに配置され、建物内に位置する多数の移動局による移動通信のトラフィック増加に対応することができる。

図２は、ＴＤ－ＬＴＥ方式の基地局と移動局との間の無線通信に用いられる無線フレームの一例を示す説明図である。図２に示すように、同一周波数帯のＴＤ－ＬＴＥ方式の無線通信における時間軸上の１単位である所定周期（Ｔｆ＝１０ｍｓ）の無線フレーム（ＲＦ）１５０は、１０分割された１ｍｓのサブフレーム（ＳＦ）で構成されている。１つのサブフレーム（ＳＦ）は更に２つのタイムスロット（ＴＳ）に分割することができる。すなわち、１つの無線フレームは、１０個のサブフレーム（２０個のタイムスロット）で構成される。このように時間軸上で分割されたサブフレームに、例えば、基地局から移動局へのダウンリンク（ＤＬ）と、移動局から基地局へのアップリンク（ＵＬ）が交互に割り当てられる。

図３は、ＴＤ－ＬＴＥ方式の基地局間の無線フレームのずれによる干渉の一例を示す説明図である。互いに近接する複数の基地局（ＡＰ１，ＡＰ２）２０間で無線フレームのずれが発生すると各基地局と移動局との間のＤＬ及びＵＬの通信で干渉が発生する。例えば、図３に示すようにＤＬのサブフレームとＵＬのサブフレームとが対応するように無線フレームのずれが発生すると、出力が大きい基地局（ＡＰ１）２０のＤＬの送信信号が他方の基地局（ＡＰ２）２０のＵＬに干渉し、基地局（ＡＰ２）２０のＵＬのスループットが大きく低下し、最悪の場合はＵＬの通信ができない状態になる。

上記基地局間の干渉を防止するため、基地局間で無線フレームのＤＬのサブフレームが互いに対応するとともにＵＬのサブフレームが互いに対応するようにフレーム同期を行う必要がある（図４参照）。

建物内に設置されたＴＤ－ＬＴＥ方式の基地局２０間のフレーム同期には、ＧＰＳ衛星からの電波を受信したＧＰＳ受信信号を用いることができる。このようなフレーム同期のシステムとしては、前述のように、建物９０の屋上などの屋外に設置したＧＰＳ受信機９１０と建物９０内の基地局９２０との間を同軸ケーブル９３０で配線し、ＧＰＳ受信信号を基地局９２０に引き込んで基地局９２０のフレーム同期を行うシステム（図１３参照）や、同軸ケーブル９３０を介してＧＰＳ受信機９１０とＰＴＰサーバ９４０とを接続し、ＬＡＮケーブル９５０及びＨＵＢ９６０を介してＰＴＰサーバ９４０及び基地局９２０が時刻情報の付与されたＰＴＰパケットを互いにやり取りし、基地局９２０がＰＴＰパケットの送信時刻及び受信時刻に基づいて装置間の遅延と装置間の時間のズレを算出し、基地局９２０の時刻をＰＴＰサーバ９４０の時刻に合わせることにより基地局９２０のフレーム同期を行うシステム（図１４参照）がある。しかしながら、このようなフレーム同期システムでは、ＧＰＳ受信機９１０からのアナログ信号としての同期信号を、同軸ケーブル９３０を介して建物内の基地局９２０やＰＴＰサーバ９４０に引き込む必要があり、しかも、その同軸ケーブル９３０はＬＡＮケーブルよりも高価であり、また、デジタル信号の増幅器よりも高価なアナログ信号の増幅器が必要になる場合もあるため、設置コストが大きい。また、図９のフレーム同期システムでは、高額なＰＴＰサーバの設置、ルータやＨＵＢによる信号の分岐などが必要であり、更に設置コストが大きい。

そこで、本実施形態では、以下に示すようにＧＰＳ受信機から建物内の基地局へアナログ信号を伝送する高価な同軸ケーブルの配線及び基地局への引き込み、高額なアナログ信号の増幅器やＰＴＰサーバの設置、ルータやＨＵＢによる信号の分岐などが不要になるように構成してフレーム同期システムの設置コストを低減している。

図５は、実施形態に係るフレーム同期システムの全体構成の一例を示す説明図である。また、図６は、図５のフレーム同期システムを構成する各装置の基本構成の一例を示すブロック図である。図５及び図６は、地上３階及び地下３階のビルからなる建物９０の各階のフロアにＴＤ－ＬＴＥ方式のスモールセルを形成する基地局（ＡＰ）２０を設置した例を示している。

本実施形態のフレーム同期システムは、ＧＰＳ衛星８０からの電波（ＧＰＳ信号）を受信するＧＰＳ受信機能を有する第１同期信号送信装置３０と、第１同期信号送信装置３０と無線通信可能な同期信号受信装置４０と、ＬＡＮケーブルを介して同期信号受信装置４０と通信可能な第２同期信号送信装置３５とを備えている。

第１同期信号送信装置３０は、例えば手のひらにのる程度の小型サイズ（例えば、幅：１００ｍｍ以下、長さ：１５０ｍｍ以下、厚さ：１００ｍｍ以下のサイズ）であり、ＧＰＳ受信機能を有し、建物９０内でＧＰＳ衛星８０からの電波（ＧＰＳ信号）を受信可能な位置（例えば窓際の位置）に設置される。第１同期信号送信装置３０を窓に設置する場合、窓の景観を損なわないように、窓の目立たない位置に設置される。また、第１同期信号送信装置３０を例えば高層ビル、オフィスビル、ホテル、病院等の窓に設置する場合、窓の景観という観点とは異なる観点から、設置場所について各種制約がある。例えば、 第１同期信号送信装置３０を病院等の窓に設置する場合には、第１同期信号送信装置３０が医療機器に影響を与えないようにするなど、設置位置の制約がある。そのため、各種制約から電源ケーブルを引き込めない際にも対応できるように内蔵電池３０４で駆動するように構成されている。

第１同期信号送信装置３０は、ＧＰＳ衛星８０からの電波（ＧＰＳ信号）を受信するアンテナ及びＧＰＳ受信機等を含むＧＰＳ受信部３０１と、ＧＰＳ受信部３０１のＧＰＳ受信信号に基づいてフレーム同期のための無線同期信号を送信するアンテナを含む無線通信部３０２と、ＧＰＳ受信部３０１及び無線通信部３０２を制御する制御部３０３とを有する。制御部３０３は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の記憶手段、クロック等を有し、所定の制御プログラムが実行されることにより、第１同期信号送信装置３０内の各種信号処理や制御を行う手段として機能する。

同期信号受信装置４０は、同期信号のリピータ機能を有し、建物９０内の第１同期信号送信装置３０からの無線同期信号を受信可能な位置に設置される。同期信号受信装置４０は、第１同期信号送信装置３０からの無線同期信号を受信する無線通信部４０１と、無線通信部４０１で受信した無線同期信号に基づいて、ＬＡＮケーブル（例えばＵＴＰケーブル）５０を介して、フレーム同期のための有線同期信号を送信する有線通信部４０２と、無線通信部４０１及び有線通信部４０２を制御する制御部４０３とを有する。同期信号受信装置４０の無線通信部４０１は、第２同期信号送信装置３５からの無線同期信号も受信することができる。有線通信部４０２は、有線同期信号としての後述のＰＴＰ信号を送信するＰＴＰマスタとして機能するように構成してもよい。制御部４０３は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の記憶手段、クロック等を有し、所定の制御プログラムが実行されることにより、同期信号受信装置４０内の各種信号処理や制御を行う手段として機能する。

第２同期信号送信装置３５は、同期信号のリピータ機能を有し、建物９０内に設置される。第２同期信号送信装置３５は、ＬＡＮケーブル（例えばＵＴＰケーブル）５０を介して同期信号受信装置４０からの有線同期信号を受信する有線通信部３５１と、有線通信部３５１で受信した有線同期信号に基づいて無線同期信号を送信する無線通信部３５２と、有線通信部３５１及び無線通信部３５２を制御する制御部３５３とを有する。有線通信部３５１は、有線同期信号としての後述のＰＴＰ信号を受信するＰＴＰスレーブとして機能するように構成してもよい。制御部３５３は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の記憶手段、クロック等を有し、所定の制御プログラムが実行されることにより、第２同期信号送信装置３５内の各種信号処理や制御を行う手段として機能する。

第１同期信号送信装置３０及び第２同期信号送信装置３５から同期信号受信装置４０への無線同期信号の送信は、例えば、電波法等で免許が不要とされている特定小電力無線局などの所定の空中線電力（例えば０．０１Ｗ以下）及び所定の周波数帯（例えば、９２０ＭＨｚ）の電波を用いることができる。図５中の一点鎖線で示したエリア３５０は、第１同期信号送信装置３０及び第２同期信号送信装置３５から送信された無線同期信号の電波が同期信号受信装置４０で受信可能なエリアを示している。

第１同期信号送信装置３０及び第２同期信号送信装置３５から送信される無線同期信号は、例えば、ＧＰＳ受信信号に基づいて生成された、絶対時刻に同期した所定周期（例えば、１秒）のＰＰＳ（Pulse Per Second）基準信号である。無線同期信号は、所定の基準周波数（例えば、１ＭＨｚ又は１０ＭＨｚ）の基準クロック信号（Time-of-Day reference signal）を含んでもよい。

同期信号受信装置４０から基地局２０及び第２同期信号送信装置３５に送信される有線同期信号は、例えばＩＥＥＥ１５８８で規定されているＰＴＰ（Precision Time Protocol）の規格に準拠した時間同期用のＰＴＰ信号である。

また、ＬＡＮケーブル（例えばＵＴＰケーブル）５０は、建物９０に他の用途で設置済みの既存のＬＡＮケーブルであってもよく、また、既存のＨＵＢを利用して任意に分岐して配線することができる。なお、有線同期信号の伝送を行う有線接続には、ＬＡＮケーブル５０以外のデジタル信号を伝送するケーブルを用いてもよい。例えば、有線接続には、光ファイバケーブルを用いてもよい。

図５において、建物９０の地上階（１階～３階）それぞれの窓等に取り付けられた第１同期信号送信装置３０は、屋外のＧＰＳ衛星８０からの電波を受信し、所定の搬送周波数（例えば９２０ＭＨｚ）で屋内に無線同期信号を発信する。

第１同期信号送信装置３０と同じ階（１階～３階）に設置された同期信号受信装置４０は、第１同期信号送信装置３０から発信された無線同期信号を受信し、有線（例えば、ＵＴＰケーブルなどのＬＡＮケーブル）を介して近傍のスモールセルの基地局２０に有線同期信号を送信する。基地局２０は、同期信号受信装置４０から受信した有線同期信号に基づいて、所定の時間精度（例えば、±１．５μｓ以下の精度）でフレーム同期を行うことができる。

更に、３階に設置された同期信号受信装置４０は、有線（例えば、ＵＴＰケーブルなどのＬＡＮケーブル）を介して、同じ３階に設置された第２同期信号送信装置３５に対して有線同期信号を送信する。第２同期信号送信装置３５は、同期信号受信装置４０から有線同期信号を受信し、同じ３階に設置された同期信号受信装置４０に対して無線同期信号を発信する。同期信号受信装置４０は、第２同期信号送信装置３５から発信された無線同期信号を受信し、近傍のスモールセルの基地局２０に有線同期信号を送信する。基地局２０は、同期信号受信装置４０から受信した有線同期信号に基づいて、所定の時間精度（例えば、±１．５μｓ以下の精度）でフレーム同期を行うことができる。このように同じ階に第１同期信号送信装置３０、同期信号受信装置４０及び第２同期信号送信装置３５を設置することにより、ＬＡＮケーブルを追加配線することなく、同じ階で同期信号を受信可能なエリアを広くすることでき、同じ階の広範囲のエリアにわたって設置されている基地局２０が同期信号を受信してフレーム同期を行うことができるようになる。

また、１階に設置された同期信号受信装置４０は、有線（例えば、ＵＴＰケーブルなどのＬＡＮケーブル）を介して、一つ下の階（地下１階）に設置された第２同期信号送信装置３５に対しても有線同期信号を送信する。地下１階に設置された第２同期信号送信装置３５は、地上１階に設置された同期信号受信装置４０から有線同期信号を受信し、地下１階に設置された同期信号受信装置４０に対して無線同期信号を発信する。地下１階に設置された基地局２０は、同期信号受信装置４０から有線同期信号を受信し、所定の時間精度でフレーム同期を行うことができる。

地下１階に設置された同期信号受信装置４０は、第２同期信号送信装置３５から無線同期信号を受信し、有線（例えば、ＵＴＰケーブルなどのＬＡＮケーブル）を介して、近傍のスモールセルの基地局２０に有線同期信号を送信するするとともに、更に一つ下の階（地下２階）に設置された第２同期信号送信装置３５に対しても有線同期信号を発信する。以上の無線同期信号及び有線同期信号の送受信を繰り返することにより、フレーム同期に用いる同期信号を建物９０の地下３階のフロアまで供給することができる。

以上、本実施形態によれば、従来システムにおける建物の屋上などの屋外に設置したＧＰＳ受信機と建物内の基地局との間を高価な同軸ケーブルの配線及び基地局への引き込み、高額なＰＴＰサーバの設置などが不要になる。従って、建物９０内の各階に設置されている複数の基地局２０にフレーム同期を行うための同期信号を配信するフレーム同期システムの設置コストを低減することができる。

特に、本実施形態によれば、同一フロア内での配線の引き回しを最小限に抑えることができ、配線をコンパクトすることができる。また、同期信号受信装置４０側にＰＴＰマスタとしての機能を持たせることにより、第１同期信号送信装置３０にＰＴＰマスタの機能を持たせる必要がなく、第１同期信号送信装置３０内のデバイスの数量を少なくすることができる。従って、第１同期信号送信装置３０の重量を軽減でき、第１同期信号送信装置３０の内蔵電池３０４の電池消費を軽減することができる。また、有線同期信号の配信のための配線を同期信号受信装置４０から行うため、地上階の窓際に設置した第１同期信号送信装置３０への追加配線が不要となり、建物９０内の基地局（ＡＰ）２０用に配線されている既存のＬＡＮケーブル（ＵＴＰケーブル）を、有線同期信号の配信に有効活用することができる。

また、本実施形態によれば、同期信号受信装置４０と第２同期信号送信装置３５との間の配線にＬＡＮケーブル（ＵＴＰケーブル）を使用しているため、高価な同軸ケーブルや光ケーブルを使用する場合や、シリアルケーブル又はＵＳＢケーブルを使用する場合とは異なり、建物９０内の既存のＬＡＮケーブル（ＵＴＰケーブル）を使用することができ、追加のケーブル配線が不要である。また、同期信号受信装置４０と第２同期信号送信装置３５との間に赤外線通信やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ等の無線通信を使用する場合に比して、同期信号の遅延が小さく、より精度の高いフレーム同期が可能になる。また、同期信号受信装置４０と第２同期信号送信装置３５とを離して配線することができるため、同期信号受信装置４０と第２同期信号送信装置３５とを一体的に構成する場合に比して第２同期信号送信装置３５から出力する電波の干渉の影響を小さくすることができ、また、同期信号を配信できるエリアを地下エリアまで容易に展開することができる。

また、本実施形態によれば、既存のＬＡＮケーブル（ＵＴＰケーブル）を利用できるため、建物９０の地上階から地下階にわたる広範囲エリアをカバーして同期信号を配信するためにＬＡＮケーブルの追加配線が不要である。特に、地上１階から地下への窓際の配線を行う必要がない。また、地上１階の第１同期信号送信装置３０から地下の第２同期信号送信装置３５に直接配線する場合に設ける高性能なＨＵＢ（低遅延なＨＵＢ）が不要である。

なお、図５の実施形態において、第１同期信号送信装置３０を基準にし、無線同期信号の送受信の１回あたりの同期信号の時間精度Δｔを±１．５μｓとした場合、地下１階の基地局２０では、無線同期信号の２回の送受信を経由して同期信号を受信するため同期信号の時間精度Δｔ（Ｂ１Ｆ）は±３．０μｓになる。同様に、地下２階の基地局２０では、無線同期信号の３回の送受信を経由して同期信号を受信するため同期信号の時間精度Δｔ（Ｂ２Ｆ）は±４．５μｓになり、地下３階の基地局２０では、無線同期信号の４回の送受信を経由して同期信号を受信するため同期信号の時間精度Δｔ（Ｂ３Ｆ）は±６．０μｓになる。このように第１同期信号送信装置３０を基準にしたときの同期信号の時間精度は地下にいくほど劣化する。しかしながら、地下の同一フロア内に位置する複数の基地局２０間では、同期信号の時間精度を±１．５μｓ以下にすることができ、フレーム同期を精度よく行うことができるため、地下の同一フロア内の基地局間の干渉を確実に防止できる。

図７は、他の実施形態に係るフレーム同期システムの全体構成の一例を示す説明図である。なお、図７において、前述の図５と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。図７は、地上１階の同期信号受信装置４０と地下の基地局２０及び第２同期信号送信装置３５とを、ＬＡＮケーブル５０で直接接続せずに、ＬＡＮ分岐装置としてのＨＵＢ５５を介して接続している。地上１階の同期信号受信装置４０からＬＡＮケーブル５０を介して送信された有線同期信号は、ＨＵＢ５５で分岐され、地下の基地局２０及び第２同期信号送信装置３５に転送される。

特に、図７の実施形態によれば、地上１階の同期信号受信装置４０から、既存のＬＡＮケーブル５０及びＨＵＢ５５を介して、地下の複数の基地局２０及び第２同期信号送信装置３５に転送できるため、同期信号の配信エリア（範囲）を地下へ容易に拡大することができる。

なお、図７の実施形態において、第１同期信号送信装置３０を基準にし、無線同期信号の送受信の１回あたりの同期信号の時間精度Δｔを±１．５μｓとした場合、地下１階の基地局２０では、無線同期信号の送受信を経由せずに同期信号を受信するため同期信号の時間精度Δｔ（Ｂ１Ｆ）は±１．５μｓのままである。また、地下２階及び地下３階の基地局２０では、無線同期信号の２回の送受信を経由して同期信号を受信するため同期信号の時間精度Δｔ（Ｂ２Ｆ）及びΔｔ（Ｂ３Ｆ）は±３．０μｓになる。しかしながら、図７の実施形態においても、地下の同一フロア内に位置する複数の基地局２０間では、同期信号の時間精度を±１．５μｓ以下にすることができ、フレーム同期を精度よく行うことができるため、地下の同一フロア内の基地局間の干渉を確実に防止できる。

図８は、更に他の実施形態に係るフレーム同期システムの概略構成の一例を示す説明図である。また、図９は、図８のフレーム同期システムを構成する各装置の基本構成を示すブロック図である。なお、図８及び図９において、前述の図５及び図６と共通する部分については同じ符号を付し、説明を省略する。

図８及び図９のフレーム同期システムにおいて、建物９０の窓際に設置されるＧＰＳ受信機能付きの第１同期信号送信装置３１は、本実施形態の第１同期信号送信装置３０とは異なり、ＰＴＰ信号を送信するＰＴＰマスタとして機能する有線通信部３０５を更に備える。第１同期信号送信装置３１の有線通信部３０５は、ＧＰＳ受信部３０１のＧＰＳ受信信号に基づいてフレーム同期のための有線同期信号（ＰＴＰ信号）を、ＬＡＮケーブル（例えばＵＴＰケーブル）５０，５１を介して送信する。第２同期信号送信装置３５は、ＬＡＮケーブル（例えばＵＴＰケーブル）５０，５１を介して第１同期信号送信装置３１からの有線同期信号を受信する。

図８及び図９のフレーム同期システムにおいても、従来システムにおける建物の屋上などの屋外に設置したＧＰＳ受信機と建物内の基地局との間の高価な同軸ケーブルの配線及び基地局への引き込み、高額なＰＴＰサーバの設置などが不要になる。従って、建物９０内の各階に設置されている複数の基地局２０にフレーム同期を行うための同期信号を配信するフレーム同期システムの設置コストを低減することができる。

以上の各実施形態のフレーム同期システムにおいて、以下に示すように、建物９０の同一フロア内に複数の第１同期信号送信装置３０が設置され、同期信号受信装置４０は複数の第１同期信号送信装置３０から無線同期信号を受信するように構成されている。

図１０（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、更に他の実施形態に係るフレーム同期システムにおける第１同期信号送信装置及び同期信号受信装置の配置の一例を示す説明図である。なお、本実施形態のフレーム同期システムの全体構成及び各装置の基本構成は、前述の図５及び図６と同様であるため、それらの説明は省略する。

本実施形態のフレーム同期システムでは、建物９０の地上階の同一フロアにおいて窓９１の内面に、電池を内蔵した複数の第１同期信号送信装置３０が配置されている。例えば図１０（ａ）及び図１０（ｂ）では二つの窓９１のそれぞれに第１同期信号送信装置３０が２台ずつ配置され、図１０（ｃ）では一つの窓９１に３台の第１同期信号送信装置３０が配置されている。図１０（ａ）～（ｃ）において同期信号受信装置４０は同一フロアにある複数の第１同期信号送信装置３０のすべてから無線同期信号を受信できる位置に配置されている。なお、同期信号受信装置４０が無線同期信号を受信できるように建物９０の同一フロアに設置する第１同期信号送信装置３０の数は２台でもよいし、５台以上であってもよい。

図１１は、図１０の実施形態のフレーム同期システムにおける窓９１に複数配置された第１同期信号送信装置３０の配置例を示す説明図である。図１１に示すように、複数の第１同期信号送信装置３０はそれぞれ、窓９１の内面の景観を大きく損なわない箇所（例えば窓の上部左右の隅）に貼り付けて設置することができる。また、第１同期信号送信装置３０は電池を内蔵しており、視界に入りやすい電源ケーブルがないため、フロアのコンセントの近くに設置するという制約を受けることなく、景観を大きく損なわない箇所（例えば窓の上部左右の隅）に設置することができる。

図１２は、図１０の実施形態のフレーム同期システムにおける複数の第１同期信号送信装置３０のＧＰＳ信号の間欠受信及び同期信号受信装置から送信される連結後の有線同期信号の一例を示す説明図である。なお、図１２は、同一フロアに３台の第１同期信号送信装置３０を配置した例を示しているが、同一フロアに配置する第１同期信号送信装置３０の数は２台でもよいし、４台以上であってもよい。

図１２において、複数の第１同期信号送信装置３０はそれぞれ、無線同期信号ＲＦ１～ＲＦ３の送信を間欠的に行うことにより、各第１同期信号送信装置３０における消費電力を低減し、各第１同期信号送信装置３０を駆動する電池の寿命を長くすることができる。従って、第１同期信号送信装置３０を大型化することなく、第１同期信号送信装置３０の電池交換などのメンテナンスコストを低減することができる。

また、同期信号受信装置４０は、複数の第１同期信号送信装置３０それぞれから間欠的に受信した無線同期信号ＲＦ１～ＲＦ３を連結した連続する同期信号に基づいて、連結後の連続した有線同期信号Ｓを送信することにより、複数の第１同期信号送信装置３０を一つの第１同期信号送信装置と見なすことができ、基地局２０におけるフレーム同期の精度の低下を抑制できる。

特に、本実施形態では、複数の第１同期信号送信装置３０それぞれから間欠的に送信する無線同期信号ＲＦ１～ＲＦ３の送信期間Ｔ１～Ｔ３は、互いに異なり、同期信号受信装置４０が各第１同期信号送信装置３０から間欠的に受信した無線同期信号を結合して無線同期信号が連続するように設定されている。これにより、同期信号受信装置４０を介して基地局２０に供給される同期信号に欠落部分がなくなり、基地局２０におけるフレーム同期の精度の低下をより確実に抑制できる。

なお、図１０～図１２の実施形態において、複数の第１同期信号送信装置３０はそれぞれ、無線同期信号ＲＦ１～ＲＦ３の間欠的な送信に対応させて、ＧＰＳ衛星８０からの電波（ＧＰＳ信号）の受信を間欠的に行ってもよい。この場合は、第１同期信号送信装置３０における消費電力を更に低減することができる。ＧＰＳ衛星８０から発信される同期信号は時間的に連続している信号であるが、このＧＰＳ衛星から連続的に発信される同期信号を連続的に受信しようとすると、第１同期信号送信装置３０における消費電力が大きくなってしまう。特に、ＧＰＳ衛星からの同期信号の受信動作は、高周波増幅、ミキサ、局部発振、中間周波増幅、時刻などのコードデータの復調などの多くの処理を伴うため、第１同期信号送信装置３０における消費電力の中で、ＧＰＳ衛星からの同期信号の受信動作による消費電力が一番大きい。従って、第１同期信号送信装置３０においてＧＰＳ衛星８０から発信される同期信号を間欠受信することが消費電力の削減に最も寄与する。そして、第１同期信号送信装置３０では、前述のように有線同期信号を間欠的に発信することによって消費電力が更に削減される。

１０ 移動局
２０ スモールセルの基地局
２０Ａ スモールセル
２５ マクロセルの基地局
２５Ａ マクロセル
３０ 第１同期信号送信装置
３０１ ＧＰＳ受信部
３０２ 無線通信部
３０３ 制御部
３０４ 電池
３５ 第２同期信号送信装置
３５１ 有線通信部
３５２ 無線通信部
３５３ 制御部
４０ 同期信号受信装置
４０１ 無線通信部
４０２ 有線通信部
４０３ 制御部
５０ ＬＡＮケーブル
５５ ＨＵＢ
８０ ＧＰＳ衛星
９０ 建物
９１ 窓

Claims (10)

1. ＴＤＤ（時間分割複信）方式で移動局と無線通信を行う基地局のフレーム同期を行うためのシステムであって、
   建物内でＧＰＳ衛星からの電波を受信可能な位置に設置され、前記ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部と、前記ＧＰＳ受信部のＧＰＳ受信信号に基づいて前記フレーム同期のための無線同期信号を送信する無線通信部とを有する第１同期信号送信装置を複数備え、
   前記建物内の前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから無線同期信号を受信可能な位置に設置され、前記無線同期信号を受信する無線通信部と、前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから受信した無線同期信号に基づいて、有線接続を介して、前記フレーム同期のための有線同期信号を送信する有線通信部とを有する同期信号受信装置を備え、
   前記複数の第１同期信号送信装置はそれぞれ、前記無線同期信号の送信を間欠的に行い、
   前記同期信号受信装置は、前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから間欠的に受信した無線同期信号を結合した連続する同期信号に基づいて、前記有線同期信号を前記基地局に送信することを特徴とするシステム。
2. 請求項１のシステムにおいて、
   前記複数の第１同期信号送信装置それぞれから間欠的に送信する前記無線同期信号の送信期間は、互いに異なり、前記同期信号受信装置が各第１同期信号送信装置から間欠的に受信した無線同期信号を結合して前記無線同期信号が連続するように設定されていることを特徴とするシステム。
3. 請求項１又は２のシステムにおいて、
   前記複数の第１同期信号送信装置はそれぞれ、前記無線同期信号の間欠的な送信に対応させて、前記ＧＰＳ衛星からの電波の受信を間欠的に行うことを特徴とするシステム。
4. 請求項１乃至３のいずれかのシステムにおいて、
   前記第１同期信号送信装置は、前記建物の窓に設置され、電源を供給する内蔵電池を有することを特徴とするシステム。
5. 請求項４のシステムにおいて、
   前記第１同期信号送信装置は、前記建物の窓の隅に設置されていることを特徴とするシステム。
6. 請求項１乃至５のいずれかのシステムにおいて、
   前記建物内に設置され、有線接続を介して前記有線同期信号を受信する有線通信部と、前記有線通信部で受信した前記有線同期信号に基づいて、前記無線同期信号を送信する無線通信部とを有する第２同期信号送信装置を更に備え、
   前記同期信号受信装置は、有線接続を介して前記基地局に又は前記基地局及び前記第２同期信号送信装置の両方に、前記有線同期信号を送信することを特徴とするシステム。
7. 請求項６のシステムにおいて、
   前記第２同期信号送信装置は、前記建物内の前記第２同期信号送信装置と同じフロアに設置されている同期信号受信装置から、有線接続を介して前記有線同期信号を受信し、前記同じフロアに設置されている他の同期信号受信装置に前記無線同期信号を送信し、
   前記他の同期信号受信装置は、前記同じフロアに設置されている基地局に、有線接続を介して前記有線同期信号を送信することを特徴とするシステム。
8. 請求項６又は７のシステムにおいて、
   前記第２同期信号送信装置は、前記建物の地下フロアに設置され、前記第２同期信号送信装置が設置されているフロアよりも上位階のフロアに設置されている同期信号受信装置から、有線接続を介して前記有線同期信号を受信し、前記地下フロアに設置されている他の同期信号受信装置に前記無線同期信号を送信し、
   前記他の同期信号受信装置は、前記地下フロアに設置されている基地局に、有線接続を介して前記有線同期信号を送信することを特徴とするシステム。
9. 請求項１乃至８のいずれかのシステムにおいて、
   前記同期信号受信装置から有線接続を介して送信された前記有線同期信号を分岐して転送するＬＡＮ分岐装置を更に備えることを特徴とするシステム。
10. 請求項１乃至９のいずれかのシステムにおいて、
    前記同期信号受信装置から有線接続を介して前記有線同期信号を受信し、前記有線同期信号に基づいて基地局間のフレーム同期を実行可能なＴＤＤ方式の複数の基地局を更に備えることを特徴とするシステム。

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