WO2009157296A1

WO2009157296A1 - 時刻同期装置

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Publication number: WO2009157296A1
Application number: PCT/JP2009/060404
Authority: WO
Inventors: 桑原薫
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2009-12-30
Also published as: EP2293629A1; TWI422253B; EP2293629B1; CN102067690A; KR101206567B1; JP2010004413A; CN102067690B; US8705509B2; US20110085540A1; TW201003103A; EP2293629A4; KR20110017929A; JP4941775B2

Abstract

本発明の課題はＧＰＳ衛星を利用した時刻同期装置において、ＧＰＳ衛星を捕捉不可能となった場合においても、システム運用可能な時間を長くとれるように安定制御を行うことにある。ＧＰＳ衛星が捕捉できなくなった場合に、当該基地局と他の基地局とでハンドオーバを行える関係にある移動局が存在するときは、ＧＰＳ衛星を正常に受信できている他の基地局から送信されるフレームを移動局経由にて無線電波入出力部にて受信し、フレームタイミング検知部にてＵＴＣに対するズレを推定する。１ＰＰＳ補正回路部はズレ量を補正する信号を送り、制御部はＧＰＳレシーバにフレームタイミングを変更調整させる。フレーム生成部は補正後の１ＰＰＳ信号によりフレームを生成する。

Description

時刻同期装置技術分野：

本発明は、時刻同期装置に関し、特に、 GPS通信衛星から受信する時報信号に基づくクロック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における時刻同期装置に関する。明背景技術：書

移動通信システムは、各々がサービスエリア（セル）を持つ複数の基地局と、サービスエリア（セル）内を移動する移動局とを含む。このような移動通信システムにおいては、 GPS (Global Positioning system) 受信機を使用して、基地局間の同期を取っている。すなわち、基地局間同期方法（基地局間同期装置）は、複数の基地局間が GP S受信による UTC (Coordinated Universal Time：協定世界時）によって相互に又は一方に従って同期を取る方法（装置）である。

各基地局は、当該基地局に備える GP S受信機が GP S通信衛星を捕捉できずに、 UTC時刻にロックしていない状態になる場合がある。この状態は、この技術分野において「GP Sアンロック状態」と呼ばれている。このような GPSァンロック状態においても、基地局間の同期を取り得るようにした時刻同期装置が、種々提案されている。

例えば、特開平 1 1一 154920号公報（以下、「特許文献 1」と呼ぶ。）は、 GP S通信衛星からの時報信号を受信できないときでも同期式基地局制御システムのクロック同期をより正確に保てるような、同期式基地局制御システムのクロック同期方法を開示している。特許文献 1に開示されたクロック同期方法において、各基地局が GP S通信衛星からの時報信号を受信できる場合には、当該基地局は GP S時報信号を受信して P P S (Pulse Per Second) 信号を出力し、この PP S信号に基づいて PP Sクロックを発生することによりクロック同期を行つている。一方、各基地局が GP S通信衛星からの時報信号を受信できない場合には、当該基地局が発生している RTC (Real Time Clock) によりクロック同期を行うようにしている。 P P S信号は GP S通信衛星からの時報信号を受信できない場合にも発生される。 RTCは P P Sクロックと一致するか監視され、一致しない場合は PPSクロックに基づいて補正される。なお、時報信号を受信したときに、 RTCと P P S信号をカウントした P S C (PP S Signal Counter) は初期化される。

図 1は上記特許文献 1に開示されている時刻同期装置の構成を示すプロック図である。図示の時刻同期装置は、中央処理装置（CPU) 101、ローカルクロック発生部 102、 ROM (Read Only Memory) 103、 RAM (Random Access Memory) 104、 GPSアンテナ 105、 G P S受信部 106、及ぴ P P S受信部 107から構成されている。

GP S受信部 106は、 G P S通信衛星によつて提供される時報信号を G P S アンテナ 105により受信して PP S信号を出力すると共に、ライン L 1を通じてこの P P S信号を P P S受信部 107に送る。？ 3受信部107は、 PP S 信号に基づいて PP Sクロックを発生し、これを C PU 101に提供する。 PP S信号は、標準時報とほぼ等しい時報信号に基づいて発生される信号であり、 1 秒ごとに提供される信号である。従って、 GPS通信衛星からの時報信号が受信可能な限り、 C P U 101には、正確なタイミングの P P Sクロックが提供され、クロック同期が正確に保たれる。

ローカルクロック発生部 102は RTCを発生しており、 RTCは PP Sクロックと一致するか CPU 101によって監視され、一致しない場合は、 CPU1 01， ROM103および RAMI 04によって構成される補正部により補正される。

しかしながら、上述した図 1に示した関連技術では、次に述べるような問題点がある。

第 1の問題点は、各基地局が GPS通信衛星を捕捉できない状況になると、正しい時刻を得ることができなくなることである。その理由は、次の通りである。各基地局が G P S通信衛星を捕捉できなレ、状況になると、システム側のクロックは RTCにより秒単位で補正を行うようにしている。しかしながら、 RTCそのものが 1秒程度の精度を前提とした回路である。このため、このような方法では、 UTC (Coordinated Universal Time：協定世界時）と同期したシステムを構築する場合、 1秒程度の精度でしか捕正できないからである。

第 2の問題点は、秒単位のレベルでしか正確な精度を保つことができないことである。その理由は、 GP S通信衛星を利用した時刻同期装置から出力される P P S信号を毎秒カウントした PSC (PPS S i g n a l Co un t e r) の値と、 RTCクロックの秒情報とを比較して、 RTCへ捕正をかけることにより正確な時刻を得ようとしているからである。

また、特許第 3， 379, 698号公報（以下、「特許文献 2」と呼ぶ。）は、 GP Sアン口ック状態になったときでも、システムク口ックを UTC時刻に同期する、基地局間同期装置を開示している。特許文献 2に開示された基地局間同期装置において、各基地局は、 GPS通信衛星から自己の UTC時刻を受信する G P S受信機と、自己の UTC時刻に同期したク口ック信号を発生するクロック発生器と、自己の U T C時刻と他の基地局から伝送路を介して入力する他の UTC 時刻との遅延時間に応じて遅延補正値を演算する演算部と、伝送路のトラヒック状態と遅延補正値とを記憶するメモリ部と、を備える。各基地局は、 GPS通信衛星から自己の U T C時刻を捕捉できないときに、上記他の U T C時刻に上記遅延補正値を加えて同期したクロック信号を発生する。上記遅延補正値は、自己の

UTC時刻にロックしているときに、伝送路を介して他の基地局にてロックした他の UTC時刻と自己の UTC時刻との差により演算出力される。

特許文献 2に開示された基地局間同期装置では、他の基地局から伝送路を介して他の U T C時刻を周期的に受信して、遅延捕正値を演算する必要がある。

特開 2000_ 332678号公報（以下、「特許文献 3」と呼ぶ。）は、 GP S衛星から同期時刻情報を取得できなくなった場合に、同期を高精度に維持すると共に、結線されていない移動局に同期時刻を保持させることができる、同期維持方法を開示している。この特許文献 3に開示された同期維持方法では、 GPS 衛星から同期時刻情報を受信できない場合に、受信した GP S時刻のク口ックと内部生成のクロックとの位相差を検出し、位相差をなくすよう内部生成のク口ックの位相を制御し、当該制御されたクロックを用いて同期を行なっている。特許文献 3に開示された同期維持方法において、 G P S衛星から同期時刻情報を受信できなレ、場合に、どのようにして G P S時刻を受信するのか分からない。特開 2 0 0 5— 3 1 8 1 9 6号公報（以下、「特許文献 4」と呼ぶ。）は、基地局間の伝送路の遅延時間が変動した場合においても、基地局間の同期が得られる基地局間同期システムを開示している。特許文献 4に開示された基地局間同期システムにおいて、複数の他の基地局とクロックの同期をとる基地局は、時刻情報受信部と、入力部と、遅延時間検出部と、記憶部と、入力クロック信号監視部と、クロック信号生成部とを備える。時刻情報受信部は、衛星から時刻情報を受信して、受信した時刻情報を用いて自己のクロック信号を生成する。入力部は、少なくとも 2つの他の基地局からのク口ック信号を入力クロック信号として入力する。遅延時間検出部は、時刻情報受信部の生成した自己のクロック信号と入力部の入力した入カク口ック信号とを用いて、自己のクロック信号に対する入カクロック信号のそれぞれの遅延時間を検出する。記憶部は、遅延時間検出部の検出した遅延時間を記憶する。クロック信号監視部は、入力部から入力される入力クロック信号のそれぞれを監視して、入力クロック信号の変動を検出する。

特許文献 4に開示された基地局間同期システムでは、常に入力クロック信号の変動を監視する必要がある。発明の開示：

本発明の目的は、 G P S通信衛星を捕捉できない状況に陥った際にも、長時間安定した P P S信号（=時刻同期信号）を出力することができる時刻同期装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、時刻同期信号について同レベルの安定度を維持するためにかかる費用を低減することができる時刻同期装置を提供することにある。

本発明の時刻同期装置は、 G P S通信衛星が何らかの理由により捕捉できないときに他の正常に G P S通信衛星を受信できている時刻同期装置から正しい時刻情報を両時刻同期装置間に存在する移動局を経由させ、所定の遅延時間を補正することにより、 G P S通信衛星が捕捉できない状態においても極力長い時間、時刻同期装置としての役割を果たせるような構成としたものである。即ち、本発明の時刻同期装置は、 GP S通信衛星から受信する時報信号に基づくクロック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における時刻同期装置において、 GPS通信衛星を捕捉できなくなると、ハンドオーバ状態にある他の基地局から移動局を経由して、他の基地局が GP S通信衛星から受信している時報信号の時刻情報を取得する回路と、取得した時刻情報により自己のクロック同期を行なう回路とを有することを特徴とする。

本発明の効果は、 GP S通信衛星を利用している、これまでの時刻同期装置の基本構成を変更せずに、 GPS通信衛星を捕捉不可能となった場合でも、システム運用可能な時間を長く保てるようにできるということである。その理由は、 G P S通信衛星が捕捉できなくなった基地局の UTCタイミングを、他の正常に G P S通信衛星を受信できている基地局からのフレームデータを元に算出し、補正調整をかけるためである。図面の簡単な説明：

図 1は関連技術の時刻同期装置の一例を示すプロック図である。

図 2は 2つの基地局と移動局との位置的な関係を例示する図である。

図 3は本発明の一実施形態に係る時刻同期装置の構成を示すプロック図である。図 4はハンドオーバエリアを説明するための図である。

図 5は図 3の時刻同期装置における G P Sレシーバの一詳細例を示すブロック図である。

図 6は図 3の時刻同期装置の動作を説明するためのフローチヤ一トである。図 7はフレームの UT C時刻との時間ズレを示す相対関係図である。発明を実施するための最良の形態：

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

[構成の説明]

本発明の時刻同期装置を備えた基地局は、クロック同期の下に移動局（Mo b i 1 e S t a t i o n) の間の通信を中継する。

図 2は、本発明に係る時刻同期装置を備える基地局を含む移動通信システムを示すブロック図である。図 2は、 2つの基地局と移動局との位置的な関係を例示している。図示の移動通信システムは、第 1および第 2の基地局 100、 200 と、第 1乃至第 3の移動局 41、 42、および 43とを備えている。第 1の基地局 1◦ 0と第 2の基地局 200とは有線通信網 30を介して互いに接続されている。第 1の基地局 100は、第 1の GPSアンテナ 8— 1と第 1の通信用アンテナ 9一 1とを備える。同様に、第 2の基地局 200は、第 2の GPSアンテナ 8 一 2と第 2の通信用アンテナ 9一 2とを備える。

図 2は次のような様子を示している。すなわち、第 1の基地局 100は、第 1 の通信用アンテナ 9一 1を経由して、第 1の移動局 41と第 2の移動局 42との間の通信を中継する。第 2の基地局 200は、第 2の通信用アンテナ 9一 2を経由して、第 2の移動局 42と第 3の移動局 43との間の通信を中継する。したがつて、図示の例では、第 2の移動局 42は、第 1および第 2の基地局 100、 2 00間において送受信可能なエリア（ハンドオーバエリア）に存在している。図 2に示した移動通信システムでは、次のようにしてクロック同期を行なっている。すなわち、第 1の基地局 100は第 1の GP Sアンテナ 8—1により、第 2の基地局 200は第 2の GP Sアンテナ 8— 2により、それぞれ GPS通信衛星（以下、「GPS衛星」と記す）力ら時報信号を受信する。そして、この時報情報に基づいて、第 1の基地局 100と第 2の基地局 200との間におけるクロック同期を行う。この時報信号は、 UTC (Coordinated Universal Time：協定世界時）に極めて高い精度で同期したものである。

図 3は、本発明の一実施の形態に係る第 1の基地局（時刻同期装置） 100の構成を示すプロック図である。尚、第 2の基地局 200も図 3に示した第 1の基地局 100と同様の構成をしている。したがって、以下では、第 1の基地局 10 0を代表して説明する。

第 1の基地局 100は、第 1の GP Sレシーバ 1一 1，第 1の 1 PPS補正回路部 2— 1, 第 1の制御部 3— 1，第 1のフレーム生成部 4一 1, 第 1の無線電波入出力部 5— 1，第 1の CPU回路部 6— 1，第 1のフレームタイミング検知部 7— 1, 第 1の GP Sアンテナ 8— 1，第 1の通信用アンテナ 9— 1，および第 1の LANポート 10_ 1から構成されている。第 1の GP Sアンテナ 8— 1 は G P S衛星捕捉用であり、第 1の通信用アンテナ 9一 1は無線接続用である。尚、図示はしないが、第 2の基地局 200の構成要素には、 "1" の接尾辞の代わりに、 "2" の接尾辞が付される。すなわち、第 2の基地局 200は、第 2の G PSレシーバ 1一 2，第 2の 1 PPS補正回路部 2— 2, 第 2の制御部 3— 2，第 2のフレーム生成部 4一 2，第 2の無線電波入出力部 5— 2, 第 2の CPU回路部 6— 2，第 2のフレームタイミング検知部 7— 2, 第 2の GP Sアンテナ 8 一 2，第 2の通信用アンテナ 9一 2, およぴ第 2の LANポート 10— 2から構成されている。第 2の GPSアンテナ 8— 2は GPS衛星捕捉用であり、第 2の通信用アンテナ 9一 2は無線接続用である。

第 1の GP Sレシーバ 1 _ 1は、第 1の GP Sアンテナ 8— 1を介して GP S 衛星からの情報を受信し、内部処理を行うことで、位置情報， GP S衛星情報，時間情報（時報信号を含む）等を取得する。また、第 1の G P Sレシーバ 1一 1 は、内部処理後、 10 MHzのクロック（以下、単に「クロック」と記す）と 1 PP S (lPulse Per Second) 信号を第 1の制御部 3— 1へ出力する。更に、第 1の G P Sレシーバ 1— 1は、時報信号を受信できなくなるとアラーム情報を第 1の制御部 3— 1へ送出する。

第 1の制御部 3— 1はクロックに同期して動作する。第 1の制御部 3— 1は、第 1の GP Sレシーバ 1一 1からの各種ステータス情報やアラーム情報を R S一 232 C (シリアル通信）を介して受信することができる。また、第 1の GP S レシーバ 1一 1の状態やステータスを変更するために、第 1の制御部 3— 1は、 RS— 232 Cを介して、第 1の GP Sレシーバ 1― 1の設定等の変更をすることが可能となるように接続されている。

第 1の制御部 3— 1は、正常状態では第 1の G P Sレシーバ 1— 1からの 1 P P S信号を第 1のフレーム生成部 4一 1へ送出している。しかし、第 1の GP S レシーバ 1一 1からアラーム情報を受けると、第 1の制御部 3— 1は、第 1の C PU回路部 6— 1へタイマ動作の開始要求を行なう。そして、第 1の制御部 3— 1は、所定時間内にハンドオーバ可能な基地局が存在しない場合には無線出力を停止させる。一方、所定時間内にハンドオーバ可能な基地局が存在する場合には、第 1の制御部 3— 1は、第 1の CPU回路部 6— 1で算出された、その基地局における 1 P P S信号のタイミングと、第 1の G P Sレシーバ 1 - 1からの 1 P P S信号のタイミングとを比較する。また、第 1の制御部 3—1は、第 1の 1 P P S補正回路部 2— 1からの補正情報（補正位相量）を受け取り、補正情報を第 1 の G P Sレシーバ 1— 1へ送付できるように接続されている。更に、第 1の制御部 3— 1は、第 1の G P Sレシーバ 1— 1からの補正後の 1 P P S信号を第 1のフレーム生成部 4一 1へ出力することができるように接続されている。

なお、「ハンドオーバ」とは、移動局が複数の基地局間において送受信可能なェリア（ハンドオーバエリア）に存在する場合に、例えば、移動局が通信を行ってレ、る基地局から通信を行つていなレ、他の基地局へ、通信を行う基地局を変更する動作のことをいう。

図 4を参照して、ハンドオーバエリアについて説明する。基地局から移動局に届く電波到達距離は、基地局の送信電力パワーと各受信機の性能によって決定される。それらによって決定された第 1の基地局 1 0 0と移動局との通信可能な範囲を、第 1の基地局 1 0 0からの第 1の電波到達範囲 A 1として示し、第 2の基地局 2 0 0と移動局との通信可能な範囲を、第 2の基地局 2 0 0からの第 2の電波到達範囲 A 2として示している。これら第 1および第 2の電波到達範囲 A 1、 A 2は、移動局との通信を途切れることなく行うことができるようにオーバラップして存在し、図 4の斜線部分が該当する。また、第 1の基地局 1 0 0、第 2の基地局 2 0 0は移動局の位置情報や上位ネットワーク等と通信を行うために、例えば L AN網等の有線通信網 3 0 (図 2参照）にて接続されている。前述したように、図 2の例では、第 2の移動局 4 2力上記オーバラップしたエリア A _{Q l}に存在している。

第 1のフレーム生成部 4一 1は、第 1の制御部 3 _ 1からの 1 P P S信号を基準にフレームを生成する。この生成されたフレームは第 1の無線電波入出力部 5 一 1へ送られる。第 1の無線電波入出力部 5— 1は、第 1のフレーム生成部 4一 1から入力されたフレームを移動局或いは他の基地局に向けて第 1の通信用アンテナ 9—1から無線出力する。つまり、このフレームによって移動局或いは他の基地局との間で通信が行なわれる。他の基地局から無線出力され第 1の通信用ァンテナ 9一 1で受信されたフレームは、第 1の無線電波入出力部 5—1を経由して第 1のフレームタイミング検知部 7— 1へ送られる。第 1のフレームタイミング検知部 7— 1は、フレームにおいてタイミング情報を検知し、第 1の CPU回路部 6— 1へ送る。

第 1の C P U回路部 6— 1は、第 1の制御部 3— 1からのタイマ動作の開始要求を受けると、一定時間内にハンドオーバ可能な基地局を探る。そのような基地局が存在しない場合、第 1の CPU回路部 6— 1は第 1のフレーム生成部 4— 1 におけるフレームの生成を停止させる。一方、ハンドオーバ可能な基地局が存在する場合、第 1の CPU回路部 6— 1は第 1の LANポート 1 0— 1経由で全ての基地局にハンドオーバ情報の提供を求める。第 1の基地局 100の上位装置は、ハンドオーバすべき基地局（この例では第 2の基地局 200) を決定する。

また、第 1の C P U回路部 6— 1は、第 2の基地局 200から無線および有線で種々のデータを受信する。このデータは、第 2の基地局 200がハンドオーバになっているという情報、時刻情報として使用されるタイミング情報を含む。第 1の CPU回路部 6は、移動局，第 1の基地局 100およぴ第 2の基地局 200 の位置情報により、第 2の移動局 42を経由した第 2の基地局 200から第 1の基地局 100へのデータ送信のトータルの遅延時間を算出し、受信したフレームが有する時刻情報に基づいて、第 2の基地局 200における 1 PP S信号のタイミングを算出する。

また、第 1の C P U回路部 6— 1は、第 1の制御部 3 _ 1による制御の下に、第 1のフレーム生成部 4— 1におけるフレーム生成を制御する。第 1の CPU回路部 6— 1は、第 1の制御部 3— 1からの 1 PPS信号の比較結果により、第 1 の基地局 10◦における第 1の 1 P P S信号と第 2の基地局 200における第 2 の 1 PPS信号との位相差を算出して、算出した位相差を第 1の 1 PP S補正回路部 2— 1へ送付する。第 1の 1 P P S補正回路部 2 _ 1は、上記位相差により補正位相量を算出して、算出した補正位相量を第 1の制御部 3— 1へ送付する。上述したように、第 1の CPU回路部 6— 1は、 GPS通信衛星を捕捉できなくなると、ハンドオーバ状態にある他の基地局（第 2の基地局 200) から移動局 (第 2の移動局 42) を経由して、他の基地局（第 2の基地局 200) が GP S通信衛星から受信している時報信号の時刻情報を取得する回路として働く。ま W た、第 1の 1 P P S補正回路部 2— 1は、取得した時刻情報により自己のクロック同期を行なう回路として働く。

図 5は、図 3に示した第 1の G P Sレシーバ 1一 1の詳細な構成を示すブロック図である。第 1の GP Sレシーバ 1一 1は、第 1の GP Sエンジン 11一 1、第 1の位相比較器 12_1、第 1の位相制御部 13— 1、第 1の発振器 14一 1、第 1の分周器 15— 1、および第 1の外部 IZF部 16— 1から構成されている。尚、図示はしないが、第 2の GP Sレシーバ 1— 2は、第 2の GPSエンジン 11-2, 第 2の位相比較器 12— 2、第 2の位相制御部 13— 2、第 2の発振器 14— 2、第 2の分周器 15— 2、およぴ第 2の外部 IZF部 16— 2から構成されている。

第 1の GPSエンジン 1 1一 1は、第 1の GPSアンテナ 8—1から時報信号を受信すると、 GPSJLPPSを生成する。第 1の発振器 14一 1は 10 MHzのクロックを発生している。このクロックは、第 1の分周器 15— 1と第 1の制御部 3 一 1へと送出される。第 1の分周器 15— 1は、クロックから 1 PPS信号を生成する。この生成された 1 PPS信号は、第 1の位相比較器 12— 1と第 1の制御部 3— 1とへ送出される。第 1の位相比較器 12 _ 1は、 GPS— 1PPSと 1 P P S 信号との位相を比較し、その位相比較結果を第 1の位相制御部 13— 1へ送る。第 1の位相制御部 13— 1は、位相比較結果によりクロックの位相を調整できるように第 1の発振器 14一 1へ接続されている。また、位相比較結果により所定時間が経過しても GPS— 1PPSを認識できない場合には、第 1の位相制御部 13— 1は、時報信号を受信できていないと見做して、その情報を第 1の外部 IZF部 16— 1へ伝える。第 1の外部 IZF部 16— 1は、 RS-232 Cを介して第 1の制御部 3— 1との各種データ通信を行う。第 1の外部 I ZF部 16— 1は、第 1の位相制御部 13— 1からの情報を受け、また制御コマンドを第 1の位相制御部 13— 1へ送れるような構成とされている。

[動作の説明]

次に、図 3に示した時刻同期装置の動作について、図 6のフローチャートを参照しながら説明する。実際には、第 1の基地局 100は多くの基地局と通信可能であるが、説明を単純化するため、いま、第 1の基地局 100と第 2の基地局 2 00が第 2の移動局 42を経由して通信可能とし、第 1の基地局 100の動作に注目する。

第 1の基地局 100の第 1の GP Sレシーバ 1一 1においては、第 1の発振器 14一 1が 1 0 MHzのクロックを発生して、そのクロックを第 1の分周器 15 一 1と第 1の制御部 3—1とへ送出している。第 1の分周器 1 5— 1は、このクロックから 1 PP S信号を生成して、その 1 PP S信号を第 1の位相比較器 1 2 一 1と第 1の制御部 3— 1とへ送出する。一方、第 1の GPSエンジン 1 1一 1 は、第 1の GP Sアンテナ 8— 1から時報信号を受信すると、 GPS— 1PPSを生成して、その GPS_1PPSを第 1の位相比較器 12— 1へ送出する。第 1の位相比較器 1 2-1は、 GPS— 1PPSと第 1の分周器 1 5— 1が生成した 1 P P S信号との位相を比較し、その位相比較結果を第 1の位相制御部 1 3へ送る。

同様に、第 2の基地局 200の第 2の GP Sレシーバ 1一 2においては、第 2 の発振器 14一 2が 1 OMH zのクロックを発生して、そのク口ックを第 2の分周器 1 5— 2と第 2の制御部 3— 2とへ送出している。第 2の分周器 15— 2は、このクロックから 1 P P S信号を生成して、その 1 PP S信号を第 2の位相比較器 12— 2と第 2の制御部 3— 2とへ送出する。一方、第 2の GP Sエンジン 1 1— 2は、第 2の GPSアンテナ 8— 2から時報信号を受信すると、 GPS_1PPSを生成して、その GPS—1PPSを第 2の位相比較器 12— 2へ送出する。第 2の位相比較器 12— 2は、 GPS— 1PPSと第 2の分周器 1 5— 2が生成した 1 P P S信号との位相を比較し、その位相比較結果を第 2の位相制御部 13— 2へ送る。

第 1の位相制御部 1 3— 1において、第 1の位相比較器 12— 1における位相比較の結果により GPS_1PPSを認識できるとする。この場合は、第 1の基地局 10 0において GP S衛星を捕捉できている（図 6のステップ S 1で YE S) ことになるので、正常運用モードとなる（図 6のステップ S 9)。正常運用モードにおいては、第 1の位相制御部 13— 1力ゝら第 1の外部 I ZF部 16— 1経由での第 1 の制御部 3— 1に対する情報の送付は無い。

第 1の制御部 3— 1は、第 1の分周器 15— 1からの 1 P P S信号（補正なし）を第 1のフレーム生成部 4一 1へ送る。第 1のフレーム生成部 4一 1は、第 1の制御部 3— 1からの 1 PP S信号を基準にフレームを生成する。生成されたフレ一ムは第 1の無線電波入出力部 5— 1へ送られ、第 1の通信用アンテナ 9一 1力ら放射され、第 1の基地局 100と第 2の基地局 200の間で授受されることによって第 2の移動局 42の中継を行なう。基地局間におけるクロックの位相ズレは、第 1の位相比較器 12-1における GPS_1PPSと 1 P P S信号との位相比較おょぴ第 1の位相制御部 1 3— 1における第 1の発振器 14一 1に対する位相制御によって是正される。これにより、第 1の基地局 100と第 2の基地局 200との間のクロック同期を維持することができる。

1 P P S信号は、協定世界時： Co o r d i n a t e d Un i v e r s a l T ime (以下、 UTCという）と極めて高い精度で同期させたものである。例えば、第 1の発振器 14-1に高価なダブルオーブン型オシレータを使用すれば、 UTCに対して士 100 n s e c以内で同期させることができる。

一方、第 1の位相制御部 13— 1において GPS_1PPSを認識できないとする。この場合は、第 1の基地局 100において何らかの理由により G P S衛星を捕捉できていないことになる（図 6のステップ S 1で NO)。この場合は Ho 1 dO V e rモードへ遷移する（図 6のステップ S 2)。ここで、「Ho 1 dOv e r」とは、 GPS衛星を捕捉できなくなった結果、第 1の GP Sレシーバ 1一 1に搭載されている第 1の発振器 14一 1の性能を元に、クロックと 1 PP S信号を第 1の制御部 3— 1へ出力している状態をいう。 Ho 1 dOv e rモードでは、 GPS衛星からの時報信号を元に上述のような位相制御をかけることができなくなる。その結果、クロック同期は第 1の GP Sレシーバ 1一 1の持つ性能により一意的に決定されてしまう。

Ho 1 dOv e rモードになると、第 1の GPSレシーバ 1一 1から第 1の制御部 3— 1ヘシリアル通信にてアラーム情報が通知される。この通知は、図 5において、第 1の位相制御部 1 3— 1、第 1の外部 I ZF部 16— 1および R S一 232 Cを経て第 1の制御部 3— 1へ到るルートによる。第 1の制御部 3— 1は、このアラーム情報をトリガーに第 1の C PU回路部 6— 1へタイマ動作の開始要求を行う。

第 1の CPU回路部 6— 1は、タイマ動作の開始要求によりタイマを作動させ (図 6のステップ S 3)、一定時間内に第 1のフレームタイミング検知部 7— 1からタイミング情報を受け取れるか監視する。このようにして、第 2の基地局 2 0 0が受信している G P S衛星からの時報信号を移動局による中継により受け取れるかを探る。つまり、ハンドオーバ可能な移動局の存在を探るのである。

次に、図 7を参照して、ハンドオーバ可能な移動局の存在を探るにあたり、一定時間の猶予を設ける意味について説明する。この場合の一定時間とは、システムが正常運用可能な時間と同意であり、その保障できる時間性能としては、第 1 の G P Sレシーバ 1一 1単体の性能に大きく依存する。許容できる範囲は、想定するシステム要件によって変化するものである。例えば、 I E E E 8 0 2 . 1 6 e (以下、 rw i MAXj と記す) をシステム的に考慮すると、 U T Cに対して 1 0 ^ s e c以内の精度を保つ必要が考えられる。

図 7において、フレーム Aは、 U T Cに同期、つまり完全に時間にズレが発生していないタイミングで送出されるフレームを表したものである。フレーム Bは、 G P S衛星を正常に捕捉しており、安定した状態にある基地局から送出されるフレーム信号の送出開始タイミングを表したものである。この際の時間的な状態は U T Cとは全くの同一時間とはなっていないが、システム的に十分なマージンを持った状態である。

フレ一ム Cは、フレーム Bと同様に正常に動作している他の基地局から送出されるフレームタイミングを表したものである。この際、時間的な状態はフレーム Bと同様にシステム的に十分なマージンを持った状態であるが、フレーム Bとは異なり、 U T Cに対して早いタイミングとなっている。し力し、システムが許容する範囲にあるため問題とならない。例えば、第 1の発振器 1 4一 1にダブルォーブン形のオシレータを採用すれば、 ± 1 0 0 n s e c以内の精度を得ることが十分に可能である。この精度が得られていれば、 W i MA Xにおいても十分使用できるレべノレのものである。

フレーム Dは、何らかの理由により正常に G P S衛星を捕捉することができず、 H o 1 d O V e rモードへ移行し、徐々に U T Cからの時間的な乖離が発生し、システム的に許容できる時間的なズレを超えてしまったときの状態を示している。以上のフレーム A〜Dのタイミングはタイミング情報として第 1の C P U回路部 6— 1へ供 ,袷さ^^る。 Ho 1 dO v e rモードへ移行すると、フレームの位相は第 1の G P Sレシ一パ 1一 1内部の第 1の発振器 14-1の性能に大きく依存するため、時間経過と共に UTCからの時間的な乖離が発生してしまう。例えば、ダブルオーブン型のオシレータであれば、 UTCから 10 μ s e c以内のズレを 24時間以上保持することが可能である。このような状態を把握するために、第 1の制御部 3— 1は第 1の CPU回路部 6— 1へタイマ動作の要求を行い、 Ho 1 dO V e rへ移行した後の時間的な管理を行うのである。

さて、一定時間内にハンドオーバ可能な移動局が存在しない場合（図 6のステップ S 4で NO)、第 1の基地局 100は無線出力停止へ遷移する（図 6のステツプ S 10)。この場合は、フレーム Dのように、第 1の C PU回路部 6— 1は、一定時間内に第 1のフレームタイミング検知部 7— 1からタイミング情報を受け取れなかったため、第 1のフレーム生成部 4一 1にフレームの生成を停止させる。この結果、第 1の無線電波入出力部 5— 1からフレームの送信が停止する。 GP S衛星からの時報信号を受信できず、他の基地局から時報信号を移動局の中継により受け取れることもできないため、クロック同期を維持できないからである。 —方、一定時間内にハンドオーバ可能な移動局が存在した場合（図 6のステツプ S 4

で YE S)、第 1の CPU回路部 6— 1は、第 1の LANポート 10— 1から有線通信網 30を経由して全ての基地局にハンドオーバ情報の提供を求める。いま、第 2の基地局 200がハンドオーバの状態になっているとする。この場合、第 1 の基地局 100は第 2の基地局 200から有線および無線で種種のデータを受信する（図 6のステップ S 5)。

即ち、第 1の CPU回路部 6— 1は、第 2の基地局 200がハンドオーバの状態になっているという情報を第 1の LANポート 10— 1経由で第 2の基地局 2 00から受け取り、第 2の移動局 42からの電波を受信できるように準備する。また、第 2の基地局 200は、第 1の基地局 100への時刻情報を送ることを前提としたフレームを、第 2の移動局 42経由にて送信する。このフレームは、第 2の基地局 200において第 2の制御部 3— 2からの 1 P P S信号を基準に第 2 のフレーム生成部 4一 2で生成され、第 2の通信用アンテナ 9— 2から放射されて第 1の基地局 1 0 0の第 1の無線電波入出力部 5— 1に入力するものである。また、第 2の移動局 4 2は、この時の自己の位置情報を第 1の基地局 1 0 0へ送信する。また、第 2の基地局 2 0 0から第 2の移動局 4 2宛に送信されたフレームの時刻情報は、有,線通信網 3 0へ上記フレームと同時に送出され、第 1の基地局 1 0 0の第 1の L ANポート 1 0— 1を経由して第 1の C P U回路部 6— 1へ送らる。

第 1の無線電波入出力部 5— 1は、受信したフレームと第 2の移動局 4 2の位置情報とを第 1のフレームタイミング検知部 7— 1へ送る。第 1のフレームタイミング検知部 7— 1は、フレームタイミング、つまりフレームの先頭がどのタイミングで送り出されたかというタイミング情報を検知する。このようなタイミング情報は、他の基地局からのものも含めて多数存在し得るが、第 1の C P U回路部 6— 1は、第 2の基地局 2 0 0から有線通信網 3 0経由で送出されてきた内容と同じものが含まれてレ、るフレームデータをピップアップする。

第 2の移動局 4 2を中継して第 1の基地局 1 0 0で受信されたフレームは、第 2の基地局 2 0 0で送信した時刻から、第 2の基地局 2 0 0力ら第 2の移動局 4 2までの空間電波伝搬遅延時間、第 2の移動局 4 2内部で受けたデータの再送出のための遅延時間おょぴ第 2の移動局 4 2から第 1の基地局 1 0 0までの空間電波伝搬遅延時間が加算された、上記トータルの遅延時間経過後に第 1の基地局 1 0 0へ届く。

第 1の C P U回路部 6— 1は、第 2の移動局 4 2の位置情報と自己の位置情報とから第 2の移動局 4 2と第 1の基地局 1 0 0との間の距離を算出し、第 2の移動局 4 2の位置情報と第 2の基地局 2 0 0の位置情報と力ゝら第 2の移動局 4 2と第 2の基地局 2 0 0との間の距離を算出する。第 1の C P U回路部 6— 1は、このようにして算出した距離に光速度を乗じ、その乗算結果に、第 2の移動局 4 2 内部でのデータ再送出のための遅延時間を加えることにより、上記トータルの遅延時間を算出する。そして、第 1の C P U回路部 6— 1は、第 1のフレームタイミング検知部 7— 1が検出したフレームタイミングから算出したトータルの遅延時間を減算して、第 2の基地局 2 0 0が送出した時刻タイミングを求める。

第 1の C P U回路部 6— 1は、第 2の移動局 4 2を中継して受信されたフレームのフレームタイミングをこの時刻タイミングに合わせることにより、第 2の基地局 2 0 0において G P S時報信号に同期した 1 P P Sタイミングを算出する (図 6のステップ S 6)。第 1の制御部 3— 1は、この 1 P P Sタイミングと第 1 の分周器 1 5— 1力、らの 1 P P S信号のタイミングとを比較する（図 6のステツプ S 7)₀

比較の結果、位相差が 1 0 n s e c以内でなければ（図 6のステップ S 7で N 〇）、第 1の C PU回路部 6— 1は、第 1の基地局 1 0 0の無線出力停止に遷移し、第 1の基地局 1 0 0の無線出力を停止させる（図 6のステップ S 1 0)。その理由は、基準時間よりも大きく異なるタイミングにて無線電波を出力することは、他の基地局への妨害電波となり得るからである。第 1の CPU回路部 6— 1は、第 1のフレーム生成部 4一 1にフレームの生成を停止させ、この結果、第 1の無線電波入出力部 5— 1からフレームの送信が停止する。

一方、位相差が 1 0 s e c以内であれば（図 6のステップ S 7で YE S)、第 1の C P U回路部 6— 1は、位相差を第 1の 1 P P S補正回路部 2— 1へ送付する。第 1の 1 P P S補正回路部 2— 1は、位相差により、補正位相量を算出して第 1の制御部 3— 1へ送付する。第 1の制御部 3— 1は、 RS— 2 3 2 Cのシリアル通信にて第 1の G P Sレシーバ 1一 1へ捕正情報を伝える。第 1の G P Sレシーバ 1一 1の第 1の外部 I ZF部 1 6— 1は補正情報を受けた場合、第 1の位相制御部 1 3— 1にて第 1の発振器 1 4 - 1の微調整を行い、 1 P P Sを所定の基準時間（第 2の基地局 2 0 0の 1 P P S信号）へ合わせる (図 6のステップ S 8)。微調整されて第 1の分周器 1 5— 1から出力される 1 P P S信号は、第 1の制御部 3— 1を経由して第 1のフレーム生成部 4一 1へ供給され、フレームの生成のために使用される。

なお、第 1の基地局 1 00において第 2の基地局 2 00の 1 P P S信号を使用してクロック同期を行なっている間に、第 1の基地局 1 0 0において GP S衛星を捕捉できるようになると（図 6のステップ S 1で YE S)、正常運用モードに復する（図 6のステップ S 9)。

以上のようにして、第 1の基地局 1 0 0で何らかの理由により G P S通信衛星を捕捉できなくなった場合においても、有線通信網 3 0にて接続された第 2の基地局 2 0 0とハンドオーバェリァに移動局が存在すれば、フレーム送出の絶対時刻の補正が可能となる。本補正が可能となることで、第 1の G P Sレシーバ 1一 1の第 1の発振器 1 4—1自体の性能よりも更に長い時間、通信可能となり、基地局の長期安定化が図れるものである。また、本実施形態によれば、従来の基地局構成要素から大きく機器を追加するものではないため、追加コストも低く抑えることができる。

本発明のより具体的な態様について説明する。

本発明の時刻同期回路は、 G P S通信衛星から受信する時報信号に基づくク口ック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における時刻同期装置において、通信により受信した通信フレームのタイミング情報を検知するフレームタイミング検出部と、正常時には時報信号に同期したクロックおよび 1 p p s信号を出力しているが、時報信号を受信できなくなるとアラーム情報を出力する G P S レシーバと、正常時には G P Sレシーバからの 1 P P S信号を出力しているが、アラーム情報出力時にハンドオーバ可能な基地局が存在する場合には、該基地局力らタイミング情報により該基地局における 1 P P S信号のタイミングを算出し、また G P Sレシーバからの 1 P P S信号のタイミングとの比較結果により位相差を求める C P U回路部と、位相差により位相補正量を算出する 1 P P S補正回路部と、正常時には G P Sレシーバからの 1 P P S信号を出力しているが、アラーム情報出力時には算出された 1 P P S信号のタイミングと G P Sレシーバからの 1 P P S信号のタイミングを比較して、その結果を C P U回路部へ出力し、また位相補正量により G P Sレシ一バで位相補正された 1 P P S信号を出力する制御部と、制御部からの 1 P P S信号により通信用のフレームを生成するフレーム生成部とを有することを特徴とする。

また、 C P U回路部は、アラーム情報出力時にハンドオーバ可能な基地局が存在しない場合にはフレーム生成部におけるフレーム生成を停止させること特徴とする。

また、制御部はアラーム情報出力時に C P U回路部にタイマを動作させ、 C P U回路部は所定の時間内にハンドオーバ可能な基地局の存否を判断することを特 ί敦とする。一定時間の猶予を設けるのは、システムが正常運用可能な時間まで待つてハンドオーバ可能な基地局の存在を探索するためである。一定時間の保障できる時間性能としては、 G P Sレシーバ単体の性能に大きく依存し、許容できる範囲は、想定するシステム要件によつて変化するものである。

また、基地局同士を有線接続しておき、他の基地局から時報信号の時刻情報を取得する際の送信時刻情報を得ることを特徴とする。これにより、より正確な 1 P P s信号のタイミングを算出できるようになる。

また、制御部は、比較の結果、位相差が所定値を超えるときは、 C P U回路部に対してフレーム生^部におけるフレーム生成を停止させること特徴とする。基準時間よりも大きく異なるタイミングにて無線電波を出力することは、他の基地局への妨害電波となり得るからである。

更に、 G P Sレシーバは、アンテナから時報信号を受信すると GPS— 1PPSを生成する G P Sエンジンと、クロックを発生して制御部へ出力している発振器と、クロックから 1 P P S信号を生成して制御部へ出力している分周器と、 GPS_1PPSと 1 P P S信号との位相を比較して、位相比較結果を出力する位相比較器と、位相比較結果によりクロックの位相を調整できるように発振器へ接続され、また制御部と各種データ通信や制御コマンドを授受し、位相比較結果により所定時間が経過しても GPS— 1PPSを認識できない場合には、時報信号を受信できていないと見做して、ァラーム情報を発生する位相制御部とで構成されていることを特徴とする。本発明の態様の効果について説明する。本発明の態様の効果は、 G P S通信衛星を利用しているこれまでの時刻同期装置において、 G P Sレシーバ内部のオシレータを低価格のものへ変更が可能になるということである。その理由は、従来は、 H o l d O v e r時にシステムとして必要な時間、所定の精度に入るように高価なものを採用していたが、 U T Cタイミングへの補正がかけられることにより、性能の多少劣る、低価格なものでも対応可能となるためである。従って、高価な発振器を装備しなくても、同程度以上の精度が確保できる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上記実施形態では、第 1の基地局 1 0 0の無線出力を停止させる判断として、 UTCに対するズレを 10 μ s e c以内としたが、より高い絶対時刻精度が求められるシステムにおいては、 1 μ s e cとしてもよいし、逆に絶対時刻精度に余裕があるシステムにおいては、 100 μ s e cとしてもよい。

また、上記実施形態では、 GPS捕捉をできている基地局を 1つだけあげたが複数あってもよい。

また、上記実施形態では、 GP Sレシーバを使用しているが、 GLONAS S (G l o b a l a v i g a t i o n S a t e l l i t e S y s t em)、 Ga l i l e o (欧州版衛星測位システム）を利用してもよいし、 GPSと GL ONAS S、 GPSと Ga 1 i l e o、 GLONAS Sと Ga l i l e o、 GP Sと GLONAS Sと G a 1 i 1 e oを併用利用したものでもよい。

また、上記実施形態では、第 1の発振器 14- 1にダブルオーブン型オシレータを適用しているが、シングルオーブン型オシレータを適用したものでもよい。但し、システムが許容できる、 UTCからのズレを超えてしまうまでの時間が短くなる。コストは低下させることが出来る。

また、上記実施形態では、第 1の発振器 14一 1にダブルオーブン型オシレータを適用しているが、オーブンなしタイプのオシレータを適用したものでも良い。但し、システムが許容出来る、 UTCからのずれを超えてしまうまでの時間が、シングルオーブン型オシレータを適用したものよりも更に時間が短くなる。コストは更に低下させることが出来る。

また、上記実施形態では、 GP Sレシーバと制御部との間の通信方式を RS— 232 Cとしているが、 RS— 422、 GP— I B、 I r DA、 I EEE 1 3 94、シリアル ATA (S e r i a 1 AT At t a c hme n t), PC I E x p r e s s、 USB (Un i v e r s a l S e r i a l Bus) を利用したものでもよいし、他のパラレル通信方式を利用したものでもよい。

また、上記実施形態では、第 1の基地局 1 00と第 2の基地局 200との接続を有線通信網 30としたが、無線通信を利用したものでもよい。

この出願は、 2008年 6月 23日に出願された、日本特許出願第 2008— 1 62647号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

請求の範囲

1 . G P S通信衛星から受信する時報信号に基づくク口ック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における時刻同期装置において、

前記 G P S通信衛星を捕捉できなくなると、ハンドオーバ状態にある他の基地局から前記移動局を経由して、前記他の基地局が前記 G P S通信衛星から受信している時報信号の時刻情報を取得する回路と、

前記取得した時刻情報により自己のクロック同期を行なう回路と、

を有することを特徴とする時刻同期装置。

2 . 前記時刻情報は、前記基地局で前記移動局間の通信を中継するための前記クロック同期されたフレームのタイミング情報を使用することを特徴とする請求項 1に記載の時刻同期回路。

3 . 前記基地局同士を有線接続しておき、前記他の基地局から前記時報信号の時刻情報を取得する際の送信時刻情報を得ることを特徴とする請求項 1に記載の時刻同期回路。

4 . G P S通信衛星から受信する時報信号に基づくクロック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における時刻同期装置において、

前記通信により受信した通信フレームのタイミング情報を検知するフレームタィミング検知部と、

正常時には前記時報信号に同期したク口ックおよび 1 P P S信号を出力しているが、前記時報信号を受信できなくなるとアラーム情報を出力する G P Sレシ一バと、

前記アラーム情報出力時にハンドオーバ可能な他の基地局が存在する場合には、該他の基地局から前記タイミング情報により該他の基地局における 1 P P S信号のタイミングを算出し、また比較結果により位相差を求める C P U回路部と、前記位相差により位相補正量を算出する 1 P P S補正回路部と、

正常時には前記 G P Sレシーバからの 1 p p S信号を出力しているが、前記ァラーム情報出力時には前記算出された 1 p p S信号のタイミングと前記 G P Sレシーバからの 1 P P S信号のタイミングとを比較して、前記比較結果を前記 C P U回路部へ出力し、また前記位相補正量により前記 G P Sレシーバで位相補正された 1 P P S信号を出力する制御部と、

前記制御部からの 1 P P S信号により前記通信用のフレームを生成するフレーム生成部と、

を有することを特徴とする時刻同期回路。

5 . 前記制御部は前記ァラーム情報出力時に前記 C P U回路部にタイマを動作させ、前記 C P U回路部は所定の時間内に前記ハンドオーバ可能な他の基地局の存否を判断することを特徴とする請求項 4記載の時刻同期回路。

6 . 前記 C P U回路部は、ハンドオーバ可能な他の基地局が存在しない場合には前記フレーム生成部におけるフレーム生成を停止させること特徴とする請求項 5記載の時刻同期回路。

7 . 前記制御部は、前記比較の結果、位相差が所定値を超えるときは、前記 C P U回路部に対して前記フレーム生成部におけるフレーム生成を停止させること特徴とする請求項 4に記載の時刻同期回路。

8 . 前記 G P Sレシーバは、 ■

アンテナから前記時報信号を受信すると GPS_1PPS を生成する G P Sエンジンと、

前記クロックを発生して前記制御部へ出力している発振器と、

前記ク口ックから前記 1 P P S信号を生成して前記制御部へ出力している分周器と、

前記 GPS_1PPSと前記 1 P P S信号との位相を比較して、位相比較結果を出力する位相比較器と、

前記位相比較結果により前記クロックの位相を調整できるように前記発振器へ接続され、また前記制御部と各種データ通信や制御コマンドを授受し、前記位相比較結果により所定時間が経過しても前記 GPS一 1PPSを認識できない場合には、前記時報信号を受信できていないと見做して、前記アラーム情報を発生する位相制御部と、

力構成されていることを特徴とする請求項 4に記載の時刻同期回路。

9 . 前記基地局同士を有線接続しておき、他の基地局から前記時報信号の時刻情報を取得する際の送信時刻情報を得ることを特徴とする請求項 4に記載の時刻同期回路。

1 0 . G P S通信衛星から受信する時報信号に基づくクロック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における日寺刻同期方法であって、

前記 G P S通信衛星を捕捉できなくなると、ハンドオーバ状態にある他の基地局から前記移動局を経由して、前記他の基地局が前記 G P S通信衛星から受信している時報信号の時刻情報を取得し、

前記取得した時刻情報により自己のクロック同期を行なう、

時刻同期方法。

1 1 . 前記時刻情報は、前記基地局で前記移動局間の通信を中継するための前記ク口ック同期されたフレームのタイミング情報を使用することを特徴とする請求項 1 0に記載の時刻同期方法。

1 2 . 前記基地局同士を有線接続しておき、前記他の基地局から前記時報信号の時刻情報を取得する際の送信時刻情報を得ることを特徴とする請求項 1 0に記載の時刻同期方法。