JPH10513026A - 通信システムのベースサイトを個々に同期する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第１基準信号として使用するための外部の高精度信号(218)を各々受信するベースサイトのタイミング信号を発生する方法が提供される。あらゆる条件においてベースサイトの同期を確保するために、この方法は、一次クロック信号(210)を二次クロック信号(212)と比較して、調整信号(217)を発生し、この調整信号(217)に応答して二次クロック信号(212)の位相及び周波数を調整し、調整信号情報をメモリ(203)に記憶し、外部の高精度信号が存在する場合は、一次クロック信号(210)をタイミング信号として選択し、そして外部の高精度信号が存在しない場合は、二次クロック信号(212)をタイミング信号として選択するという段階を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 通信システムのベースサイトを個々に同期する装置及び方法発明の分野 本発明は、一般に、通信システムの同期に係り、より詳細には、少なくとも１ つの中央サイトと複数のベースサイトとを含む通信システム内のベースサイトの 同期に係る。先行技術の説明 ある通信システム、特に、セルラー電話システムにおいて、システムを有効に 動作するためには、ベースサイトと加入者ユニットとの間の絶対的なタイミング が重要である。特に、コード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）デジタルセルラー無 線システムにおいては、機能的なベースサイトがグローバルポジショニングシス テム（ＧＰＳ）の時間の±３μｓ以内に同期しなければならないので、これが必 須となる。その結果、ベースサイトは、高い精度で互いに同期される。精度要件 を達成することが重要な理由は、タイミング及び同期がずれると、ＣＤＭＡ無線 システムの性能が低下し、システムを利用する加入者が受けるサービスが悪くな るからである。精度要件は、単一のベースサイトとパーソナルステーションとの 間の通信に関して重要であるだけでなく、特に２つ以上のベースサイトが１つの パーソナルステーションと通信するときにも重要である。後者は、特に重要であ る。というのは、ＣＤＭＡパーソナルステーションは、少なくとも２つのベース サイトからの送信をダイバーシティ受信しそしてそれらの送信の一方又は他方に 基づいて受信判断を行うことができるからである。この目的を達成するために、 信号を送信する２つのベースサイトが時間的に絶対的に同期され、加入者ユニッ トが両方の送信を同時に受け取りそして必要に応じて受信を実行することが明ら かである。 ＧＰＳシステムの時間に対し規定の同期を達成するための典型的な解決策は、 ＧＰＳ受信器を各ベースサイトに配置しそしてＧＰＳ受信器からの信号出力を利 用してベースサイトのタイミングを同期することである。しかしながら、ＧＰＳ システムには多数の欠陥が生じる。例えば、ＧＰＳは、強制的に又はサービスに よってサービスから外れたり、ベースサイトのＧＰＳ受信器が欠陥状態となった り、ベースサイトのＧＰＳ受信器がサービスを受け持ったり、又はベースサイト にアンテナ又はケーブルの欠陥が生じたりすることがある。更に、ＧＰＳ信号を 受信することができない又は許されない国々もある。それ故、このような状態に 対してあるバックアップ方法が必要となる。 ＧＰＳ同期をとれない場合に同期をバックアップする技術として種々の方法が 開発されている。 第１に、高精度のクロック又は発振器（例えば、ルビジウムのクロック）をベ ースサイトに設置することができる。この方法は、ユニットの数が増加するとい う形態でベースステーションの複雑さを増加させる。又、ベースサイトのコスト も実質的に増大し、更に、この方法は、精度に制約があり、従って、バックアッ プ時間が制限され、即ちこの方法は効率的なものではない。 第２に、中央の高精度発振器を利用することができる。この場合に、同期及び タイミング情報を中央サイト又は多数の中央サイトから搬送する手段を開発しな ければならない。このような手段は、製造が困難で且つコストがかかり、そして システムの複雑さ及びシステムを維持するに必要な作業を明らかにかなり増加さ せることになる。 第３に、ベースサイトで受信する外部信号を基準信号として使用するか、又は ベースサイトを同期させる信号として使用することができる。この外部信号は、 地上の送信ネットワークから受信する信号でもよいし、或いは空中から受信する 別の信号（ＧＰＳ信号とは別の）でもよい。しかしながら、これら信号は、充分 な正確さも安定性もなく、このように使用することはできない。サイトベースで 信号を特徴付けるシステムが構成される場合に、これらシステムは、常に、シス テムの複雑さ及びコストを増大する。更に、ベースサイトに追加ユニット（受信 器）を付加することにより少なくとも余計なコストが常にかかる。 最後に、ベースサイトのような種々の分散ネットワーク要素が地上の送信ネッ トワークを経て中央サイト（例えば、ＭＳＣ、即ち移動交換センター）に向かっ てビットパターンを送信することができる。又、中央サイトも、分散したネット ワーク要素に向かってビットパターンを送信することができる。受信端において ビットパターンがループバックされる。送信したビットパターンと受信したビッ トパターン、そしてそれらの送信時間と受信時間との間の遅延を比較することに より、ネットワーク要素は、それらのタイミングを調整し、同期状態に留まるこ とができる。発明の要旨 従って、本発明の目的は、長期間にわたり信頼性のある同期冗長性を与えると 同時に、システム設計及び動作をできるだけ簡単に且つコスト効率良く維持する ことである。 簡単に述べると、本発明は、各ベースサイトごとに個々にローカル発振器の振 る舞いを特徴付け、即ち学習するタイミングユニット及び方法を包含する。この 特徴付けは、各ベースサイトごとに別々に行われる。通信システムは、ローカル 位置の各発振器の振る舞いを学習するための手段に接続されるものとして、特徴 付け時間中に収集した情報を記憶するための各ベースサイトの手段と、ローカル 発振器がベースサイトの同期ソースとして使用されるときにベースサイトの上記 記憶された情報を用いてローカル発振器を制御するための手段とを有する。従っ て、本発明は、各ベースサイトのローカル発振器を制御された仕方で使用する冗 長性同期方法であって、ローカル発振器の制御に使用する情報が各発振器の振る 舞いのそれ以前に収集された情報であるような同期方法を提供する。図面の簡単な説明 図１は、ＣＤＭＡデジタル無線電話システムのような通信システムを一般的に 示す図である。 図２は、ベースサイトにおけるタイミングユニットを一般的に示すブロック図 である。好ましい実施形態の詳細な説明 図１は、複数のベースサイト１０１、１０２、１０３、１０４と、移動交換セ ンターＭＳＣである中央サイトとを備えた公知の通信システムを一般的に示す。 移動ステーション（図示せず）とベースサイトとの間の通信は、空中を経て行わ れる。この通信システムは、何らかのセルラー無線電話システム、即ちアナログ 及びデジタルの周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、時分割多重アクセス（Ｔ ＤＭＡ）及びコード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システムでよい。好まし い実施形態では、通信システムは、ＧＰＳシステム時間に同期されたＣＤＭＡデ ジタルセルラー無線電話システムである。従って、各ベースステーションは、Ｇ ＰＳサテライト１００から同期信号を受信する。本発明は、主たる同期ソース１ ００から主たる同期信号１０５−１０８を受信することのできるセルラーベース サイト１０１−１０４に関する。 図２は、本発明によるタイミングユニットである。このタイミングユニットは 各ベースサイト１０１−１０４に存在する。このタイミングユニットは、２つの クロック信号発生器、即ち一次クロック信号発生器２００及び二次クロック信号 発生器２０７を備えている。一次クロック信号発生器２００、ひいては、全タイ ミングユニットの主たる同期ソースは、ＧＰＳサテライトからの外部高精度同期 信号１０５−１０８を受信するＧＰＳ受信器２０６である。ＧＰＳ受信器２０６ から、高精度の同期信号２１８は、一次クロック信号発生器２００へ第１の基準 信号として送られ、該発生器は、一次クロック及び同期信号２１０を発生する。 従って、一次クロック信号発生器２００は、高精度ＧＰＳ同期信号２１８を使用 して、サイトの動作に必要な全てのクロック及び同期信号を発生する。二次クロ ック信号発生器２０７の二次同期ソースは、二次同期信号２０８を発生するロー カル発振器２０２であり、同期信号２０８は、第２の基準信号として二次クロッ ク信号発生器２０７へ送られる。二次クロック信号発生器は、二次クロック及び 同期信号２１２を発生する。 更に、タイミングユニットは、クロック信号発生器２００及び２０７の出力に 接続された比較器／制御器２０１を備えている。この比較器／制御器は、一次ク ロック信号２１０と二次クロック信号２１２とを比較し、これら信号とメモリ２ ０３に記憶された情報の両方に基づいて判断を行い、第１制御ロジック２０４の ための第１制御信号２１５と、第２制御ロジック２０５のための第２制御信号２ １６とを出力する。第１制御ロジック２０４を第１制御信号２１５で制御しそし て第２制御ロジック２０５を第２制御信号２１６で制御することにより、比較器 ／制御器２０１は、一次クロック信号発生器２００からの一次クロック及び同期 信号２１０をベースサイトに使用するか又は二次クロック信号発生器２１２から の二次クロック及び同期信号２１２をベースサイトに使用するかを選択する。 各ベースサイトの寿命の初期の段階に、各ベースサイトのタイミングユニット 及びＧＰＳ受信器２０６は、一次クロック信号発生器２００からの一次クロック 及び同期信号２１０が正しく送信されて各ベースサイトを正しく動作できるよう に初期化される。同時に、各ベースサイトのローカル発振器２０２も初期化され る。ローカル発振器は、二次同期信号２０８を二次クロック信号発生器２０７へ 送信し、クロック及び同期信号２１２を発生し始める。一次クロック信号発生器 ２１０からの一次クロック及び同期信号２１０と、二次クロック信号発生器２０ ７からの対応する信号２１２は、比較器／制御器２０１により受け取られる。 比較器／制御器は、受け取った信号２１０及び２１２を比較する。信号の相違 が見つかると、比較器／制御器２０１は、調整信号２１７をローカル発振器２０ ２へ送る。この調整信号に応答して、ローカル発振器２０２は、二次同期信号２ ０８を調整し、これは、二次クロック信号発生器２０７からの二次クロック及び 同期信号２１２に変更を生じさせる。比較器／制御器２０１は、二次クロック及 び同期信号２１２を一次クロック及び同期信号２１０と同一にするまで調整信号 ２１７を与える。二次クロック及び同期信号２１２を調整する全時間中に、比較 器／制御器２０１は、第１及び第２の制御信号２１５、２１６及び制御ロジック ２０４、２０５を用いて、一次クロック及び同期信号２１０のみがベースサイト に更に分配されるが、二次クロック信号発生器２０７からの二次クロック及び同 期信号２１２は分配されないように確保する。 一次クロック信号発生器２００及び二次クロック信号発生器２０７は、物理的 に１つのユニットとして実施されてもよい。これらの論理的表示において、これ ら発生器は、簡単化のために、個別のユニットとして示されている。 時間の経過に伴い、ローカル発振器２０２の振る舞いが変化する。これは、発 振器の経年変化と、温度、湿度等の変化のようなベースサイトの状態の変化とに よるものである。種々の変化及び経年変化の結果として、二次同期信号２０８も 変化し、そして二次クロック及び同期２１２がずれる。しかしながら、これは、 一次のクロック及び同期信号２１０と二次のクロック及び同期信号２１２を常時 比較する比較器／制御器２０１により気付く。その結果、必要のたびに、比較器 ／制御器２０１は、調整信号２１７を与え、二次のクロック及び同期信号２１２ を一次のクロック及び同期信号２１０と一致させる。 比較器／制御器２０１は、クロック及び同期信号２１０及び２１２を比較し、 それに応じて、調整信号２１７でローカル発振器２０２を調整するだけでなく、 ローカル発振器２０２に与えられた調整信号２１７に関する全ての関連情報を記 憶する。記憶される全ての情報は、環境情報（温度、湿度等）と、調整信号２１ ７を与える前後の二次同期信号２０８の値及び二次クロック及び同期信号２１２ の値と、調整信号の値と、調整信号を与えた時間とを含む。この情報は、この目 的のために指定されたメモリエリア２０３に記憶される。このように、比較器／ 制御器２０１は、環境変化と、二次同期信号２０８を正しく保持するために何を したかについてのローカル発振器の振る舞いの最新情報を常にメモリに有してい る。過去からの記憶された情報に基づいて、制御器２０１は、１つ以上の上記パ ラメータが変化する場合に将来のローカル発振器の振る舞いを推定することがで きる。 一次クロック及び同期信号２１０に欠陥が生じた場合には、比較器／制御器２ ０１は、その状況を認識し、第１及び第２の制御信号２１５、２１６と、第１及 び第２の制御ロジック２０４、２０５とを使用して、二次クロック及び同期信号 ２１２の分配を開始させ、そして一次クロック及び同期信号２１０の分配を停止 させる。二次クロック及び同期信号２１２は、常時得ることができ、それ故、こ れらを使用するための切り換えは、ベースサイトの他部分に明らかなように生じ る。 二次クロック及び同期信号２１２がベースサイトに分配されるきには、ローカ ル発振器の振る舞い及び特性に関してそれ以前に収集したメモリ２０３の情報が 比較器／制御器２０１によりメモリからライン２１４を経て読み取られ、そして ローカル発振器への調整信号２１７を形成するのに使用される。 各ローカル発振器の振る舞いを個々に記憶するこの方法は、二次同期信号を各 ベースサイトにおいて個々に正確に同調することができ、この方法は、良好な長 期間バックアップ解決策であるとみなすことができる。 ローカル発振器２０２からの二次同期信号２０８は、必要な限り使用される。 一次クロック及び同期信号２１０が再び得られるようになった後に、比較器／制 御器２０１は、制御信号２１５及び２１６と、制御ロジック２０４及び２０５と を使用し、一次クロック及び同期信号の分配を開始し、そして二次クロック及び 同期信号の分配を停止する。ここから、動作は通常のように続けられ、即ち一次 クロック及び同期信号２１０が使用され、比較器／制御器２０１は、一次と二次 のクロック及び同期信号を比較し、調整信号２１７をローカル発振器へ与え、調 整及び環境に関する必要な情報を記憶する。 ベースサイト当たり２つ以上のローカル発振器を同様の特徴のロジックと組み 合わせて使用し、システムに更なる冗長性を与えることも可能であり且つ任意で ある。 ここに提案する方法及び装置は、公知のタイミングシステムに比して多数の効 果を有する。同期のために外部の構成体は何ら必要とされず、ＣＤＭＡシステム において何らかに仕方で受け取られるＧＰＳ信号以外の信号を受け取る必要もな い。又、余計な送信器、受信器、アンテナ又は信号プロトコルを地上送信ネット ワークにわたって配置する必要もない。この方法は、これを実施するのに必要な ハードウェアの価格について非常にコスト効率が良く、そして比較器ソフトウェ アの設計作業は、各サイトに余分な受信器又は送信器を設ける費用よりも確実に 安い。オペレータの観点から、地上送信ネットワークを使用する方法よりも管理 が容易で且つ低廉である。例えば、高価なルビジウムクロックではなく、安価な 発振器を使用することができる。 更に、各ベースサイト、即ち各ローカル発振器は、個々に取り扱うことができ る。従って、二次同期信号でも相当の精度を得ることができる。精度の限界は、 ローカル発振器の振る舞いを学習しそして記憶するのに使用されるロジックと、 ローカル発振器の調整データを記憶するのに使用されるメモリのサイズだけであ る。本発明の方法は、ＧＰＳ信号が世界的に利用できない場合だけでなく、１つ 以上のサイトのＧＰＳ受信アンテナ又はアンテナからのケーブルに欠陥があるか 或いはＧＰＳ受信器自体又は一次クロック信号発生器に欠陥がある場合にも、冗 長性を与える。ここに提案する方法は、使用する地上送信方法とは全く独立して いる。これはベースサイトの設置直後に使用できる。ベースサイトが設置され、 電源が入れられそして部分的に初期化された後に、一次クロック及び同期信号を 直ちに供給することができ、そして比較器／制御器は、調整信号の記憶を開始す ることができる。従って、この方法は、スタンドアローン式のベースサイトでも 機能する。優れた点としては、新たなベースサイトが使用に供されるときには、 それらが地上送信ネットワーク及び基本構造の他部分に接続される充分前に設置 されそして任務が与えられることである。 本発明の好ましい実施形態を図示して説明したが、本発明の精神及び範囲から 逸脱せずに、その形式及び細部に種々の変更がなされ得ることが当業者に明らか であろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数のベースサイト(101-104)を備え、各ベースサイトは、一次クロック信 号発生器(200)の第１基準信号として使用するための外部の高精度信号(218)を受 信する通信システムにおいてベースサイトのタイミング信号を発生する方法であ って、 上記一次クロック信号発生器(200)からの一次クロック信号(210)を二次クロ ック信号発生器(207)からの二次クロック信号(212)と比較し、 上記両クロック信号の差に比例する調整信号(217)を発生し、 上記調整信号(217)に応答して、上記二次クロック信号(212)を一次クロック 信号(210)にロックするように上記二次クロック信号(212)の位相及び周波数を調 整し、 調整信号情報をメモリ(203)に記憶し、 上記外部の高精度信号が存在するときは、上記一次クロック信号(210)をタ イミング信号として選択し、そして 上記外部の高精度信号が存在しないときは、上記二次クロック信号(212)を タイミング信号として選択し、そして上記メモリ(203)に記憶された以前の調整 信号情報に基づいて新たな調整信号を発生する、 という段階を備えたことを特徴とする方法。 ２．上記二次クロック信号発生器のための第２の基準信号がローカル発振器(202 )によって発生される請求項１に記載の方法。 ３．上記調整段階は、上記調整信号をローカル発振器(202)に供給して、その位 相及び周波数を調整する段階を含む請求項２に記載の方法。 ４．環境に関する情報も上記調整信号情報に含まれる請求項１に記載の方法。 ５．上記調整信号情報は、ローカル発振器(202)の特性を含み、上記情報は、外 部の高精度信号が存在する間に形成される請求項２に記載の方法。 ６．上記ローカル発振器(202)の特性は、調整信号に対するローカル発振器の応 答に基づく請求項５に記載の方法。 ７．上記発生段階は、外部の高精度信号の欠陥に応答して第１制御信号(215)及 び第２制御信号(216)を発生することを含む請求項１に記載の方法。 ８．上記選択段階において、上記二次クロック信号(212)は、上記第２制御信号( 216)に応答してタイミング信号として選択され、そして上記一次クロック信号は 、上記第１制御信号(215)に応答してタイミング信号として選択解除される請求 項２に記載の方法。 ９．通信システムのベースサイト(101-104)のタイミング信号を発生するための タイミングユニットであって、上記ベースサイトは、外部の高精度信号にロック された一次同期信号を与えることができ、上記タイミングユニットは、 上記一次同期信号(210)を二次同期信号(212)と比較し、そしてこれらの同期 信号間の差に比例する調整信号(217)を発生するための比較器(201)と、 上記比較器(201)に接続され、上記調整信号で位相及び周波数を調整するこ とのできる二次同期信号(212)を発生するための二次クロック信号発生手段(207) と、 外部の高精度信号(218)が存在するときは上記一次同期信号(210)をタイミン グ信号として選択し、そして外部の高精度信号が欠乏するときは上記二次同期信 号(212)をタイミング信号として選択する制御器(201)とを備え、 上記制御器(201)は、上記二次クロック発生手段(207)の特性を学習しそして 上記特性を調整信号情報としてメモリ(203)に記憶し、上記外部の高精度信号に 欠陥が生じたときに、メモリ(203)に既に記憶されている調整信号情報に基づい て新たな調整信号を発生することを特徴とするタイミングユニット。 10．上記二次クロック信号発生手段は、二次クロック信号発生器(207)に接続さ れたローカル発振器(202)を備え、該ローカル発振器の信号の位相及び周波数は 、調整信号(217)で調整することができる請求項９に記載のタイミングユニット 。 11．上記制御器(201)は、上記調整信号及び環境ファクタを含む種々のパラメー タに応答してローカル発振器(202)のデータを収集し、そしてこのデータに基づ いてローカル発振器の特性を計算する請求項１０に記載のタイミングユニット。 12．上記制御器(201)からの第１制御信号に応答してタイミングユニットの出力 に一次同期信号(210)を接続するための第１ロジック(204)と、 上記制御器(201)からの第２制御信号(216)に応答してタイミングユニットの 出力に二次同期信号(212)を接続するための第２ロジック(205)とを更に備えた請 求項９に記載のタイミングユニット。