(57)【要約】  携帯通信システムのための基地局は、コンピュータネットワークと接続するためのインターフェースと、クロック信号を生成するための発振器とを有する。制御部は、タイムスタンプが付加された複数の応答メッセージを、タイムサーバからコンピュータネットワークを介して受信し、各応答メッセージは、最小のネットワーク伝達遅延とジッター成分との合計であるネットワーク伝達遅延に関する。受信した応答メッセージそれぞれについて、明らかなネットワーク伝達遅延を、前記タイムサーバにより与えられた第１タイムスタンプと、前記発振器から得られるクロック信号に基づく第２のタイムスタンプとの差の関数として決定する。ネットワーク伝達遅延が最小ジッター成分を含む、前記受信した応答メッセージのサブセットを選択する。そして、前記選択された受信した応答メッセージの前記明らかなネットワーク伝達遅延における、時間の経過に伴う変化に基づいて、周波数の正確さを判断する。この周波数の正確さに基づいて、前記発振器を調整する。
2011504701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカルクロック信号を生成するために用いられる発振器の正確さを判断する方法であって、
応答メッセージがそれぞれネットワーク伝達遅延に関し、前記ネットワーク伝達遅延が最小のネットワーク伝達遅延とジッター成分の合計であって、タイムスタンプが付加された複数の前記応答メッセージを、タイムサーバからコンピュータネットワークを介して受信するステップと、
前記受信した応答メッセージそれぞれについて、明らかなネットワーク伝達遅延を、前記タイムサーバにより与えられた第１タイムスタンプと、前記発振器から得られるクロックに基づく第２タイムスタンプとの差の関数として決定するステップと、
ネットワーク伝達遅延が最小ジッター成分を含む、前記受信した応答メッセージのサブセットを選択するステップと、
前記選択された受信した応答メッセージの前記明らかなネットワーク伝達遅延における、時間の経過に伴う変化に基づいて、発信器の正確さを判断するステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記受信した応答メッセージの前記サブセットを選択するステップは、
タイムスタンプが付加された応答メッセージの複数のバーストを、前記タイムサーバから受信するステップと、
メッセージの各バーストから、１つの応答メッセージを予備選択するステップと、
前記予備選択された応答メッセージから、前記受信した応答メッセージの前記サブセットを選択するステップと
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記受信した応答メッセージの前記サブセットを選択するステップは、
前記発振器の正確さを判断するための時間間隔を定義するステップと、
前記時間間隔を複数のタイムウィンドウに分割するステップと、
各タイムウィンドウ内において、前記タイムウィンドウ内における時間位置に関して、最小のネットワーク伝達遅延を有する応答を選択するステップと
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１タイムウィンドウを定義するステップと、
前記第１タイムウィンドウから応答を選択するステップと、
前記第１タイムウィンドウから選択された前記応答から始まる更なるタイムウィンドウを定義するステップと、
前記更なるタイムウィンドウから応答を選択するステップと
を更に有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
携帯通信システムのための基地局であって、
コンピュータネットワークと接続するためのインターフェースと、
クロック信号を生成するための発振器と、
前記発振器を調整するための制御部とを有し、前記制御部は、
応答メッセージがそれぞれネットワーク伝達遅延に関し、前記ネットワーク伝達遅延が最小のネットワーク伝達遅延とジッター成分との合計であって、タイムスタンプが付加された複数の前記応答メッセージを、タイムサーバからコンピュータネットワークを介して受信し、
前記受信した応答メッセージそれぞれについて、明らかなネットワーク伝達遅延を、前記タイムサーバにより与えられた第１タイムスタンプと、前記クロック信号に基づく第２のタイムスタンプとの差の関数として決定し、
ネットワーク伝達遅延が最小ジッター成分を含む、前記受信した応答メッセージのサブセットを選択し、
前記選択された受信した応答メッセージの前記明らかなネットワーク伝達遅延における、時間の経過に伴う変化に基づいて、発振器の正確さを判断し、
前記判断された正確さに基づいて、前記発振器を調整する
ことを特徴とする基地局。
【請求項６】
前記発振器の出力から、送信及び／または受信周波数信号を生成するための送受信回路を更に有することを特徴とする請求項５に記載の基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器をキャリブレーションする方法に関し、特に、ネットワークタイムサーバからのデータを用いて発振器をキャリブレーションする方法、及び、そのような方法を用いた発振器の制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信網で用いられる基地局は、非常に正確な周波数の信号を生成できなければならないことが多い。例えば、基地局内の発振器により生成された信号を用いて、基地局は、厳密に特定された周波数帯域内の周波数を有する信号を送信できなければならない。これは、発振器自体の正確さを非常に厳格な要件とする。
【０００３】
しかしながら求められる正確さを備えた従来の発振器は、いくぶん高価である。比較的少数のユーザーに対するサービスを提供することのみを目的とする、フェムトセル基地局などの基地局の場合、この費用は厳しいものがある。
【０００４】
そのため、フェムトセル基地局は、比較的安価な、そのために本質的にいくぶん不正確な発振器を含むべきであるが、発振器に求められる周波数の正確さをモニタして維持するための装置を含むべきであることが提案されている。各フェムトセル基地局は、移動体網のオペレータの中心ネットワークとトラフィックのやりとりができるようにする、インターネット接続などのコンピュータネットワーク接続を有するため、フェムトセル基地局は、時間情報をタイムサーバから受信することができる。
【０００５】
発振器から得られるクロックにより計測できるので、複数のタイムパケットの到着時刻の時間差を計測し、この時間差を、タイムサーバで計測された時間差と比較することで、発振器制御システムは発振器の周波数の正確さをモニタすることができる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の見地によれば、ローカルクロック信号を生成するために用いられる発振器の正確さを判断する方法であって、
【０００７】
応答メッセージがそれぞれネットワーク伝達遅延に関し、前記ネットワーク伝達遅延が最小のネットワーク伝達遅延とジッター成分の合計であって、タイムスタンプが付加された複数の前記応答メッセージを、タイムサーバからコンピュータネットワークを介して受信するステップと、
【０００８】
前記受信した応答メッセージそれぞれについて、明らかなネットワーク伝達遅延を、前記タイムサーバにより与えられた第１タイムスタンプと、前記発振器から得られるクロックに基づく第２タイムスタンプとの差の関数として決定するステップと、
【０００９】
ネットワーク伝達遅延が最小ジッター成分を含む、前記受信した応答メッセージのサブセットを選択するステップと、
【００１０】
前記選択された受信した応答メッセージの前記明らかなネットワーク伝達遅延における、時間の経過に伴う変化に基づいて、発信器の正確さを判断するステップと
【００１１】
を有することを特徴とする方法を提供する。
【００１２】
本発明の第２の見地によれば、携帯通信システムのための基地局であって、
【００１３】
コンピュータネットワークと接続するためのインターフェースと、
【００１４】
クロック信号を生成するための発振器と、
【００１５】
前記発振器を調整するための制御部とを有し、前記制御部は、
応答メッセージがそれぞれネットワーク伝達遅延に関し、前記ネットワーク伝達遅延が最小のネットワーク伝達遅延とジッター成分との合計であって、タイムスタンプが付加された複数の前記応答メッセージを、タイムサーバからコンピュータネットワークを介して受信し、
前記受信した応答メッセージそれぞれについて、明らかなネットワーク伝達遅延を、前記タイムサーバにより与えられた第１タイムスタンプと、前記クロック信号に基づく第２のタイムスタンプとの差の関数として決定し、
ネットワーク伝達遅延が最小ジッター成分を含む、前記受信した応答メッセージのサブセットを選択し、
前記選択された受信した応答メッセージの前記明らかなネットワーク伝達遅延における、時間の経過に伴う変化に基づいて、発振器の正確さを判断し、
前記判断された正確さに基づいて、前記発振器を調整する
【００１６】
ことを特徴とする基地局を提供する。
【００１７】
これにより、ユーザーまたはオペレータが介在する必要のない、発振器のキャリブレーションが可能になり、周波数の正確性が高い信号を供給するために、比較的安価で、本質的に幾分不正確な発振器を用いることが可能になる。
【００１８】
以下の図面を参照して、本発明を一例により説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明に基づいて動作する通信網の一部の概略ブロック図である。
【図２】図２は、本発明にかかる方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２に示す方法における１ステップを示す図である。
【図４】図４は、図２に示す方法における更なるステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明に基づいて動作するコンピュータネットワークを示す。
【００２１】
知られているように、ネットワークタイムプロトコルを用いてネットワークに接続した機器に正確な時間情報を提供する、コンピュータネットワークを介してアクセス可能なタイムサーバコンピュータが存在する。図１に示すように、典型的には、この上なく正確なクロックである階層０機器１０、１２がある。階層０機器よりも必ず僅かに正確さに劣るが、様々な種類の機器がタイムサーバとして用いるのに充分に正確な階層１機器１４、１６、１８が、階層０機器１０、１２に接続されている。
【００２２】
ここでは、無線範囲内にある１以上の移動体機器２２と特定の無線インタフェースを介して接続を確立することのできるフェムトセル基地局２０を示している。フェムトセル基地局２０は、フェムトセル基地局２０がその一部を構成している移動体網のオペレータの中心ネットワークから通話を受けるために用いる、インターネット２４との接続を有する。フェムトセル基地局２０は、勿論、１以上のタイムサーバ１４、１６、１８との接続を確立するために、インターネット接続を用いることができる。
【００２３】
フェムトセル基地局２０は、適切な基準を満たすために、高い正確さをもって、特定の周波数の信号の送受信ができなければならない無線送受信回路（TRX）２６を含む。送受信周波数は、発振器２８により生成される信号から生成される。フェムトセル基地局２０のコストを下げるためには、求められる周波数の正確さをもって信号を生成することが本質的に不可能な発振器２８を用いることができるとよい。従って発振器２８は、例えば、制御電圧によって調整することのできる周波数の信号を生成し、インターネット２４を介して、１以上のタイムサーバ１４、１６、１８に接続することのできるコントローラ３０によって制御される、電圧制御型の発振器であってもよい。
【００２４】
発振器２８を制御し、求められる周波数の正確さを確実に達成できるようにするために、図２を参照して説明するように、制御処理はコントローラ３０で行われる。
【００２５】
コントローラ３０は、定期的に、発振器２８の周波数の正確さをチェックする必要があると判断する。このチェックは、規則的な間隔または特定の事象がチェックの必要性を示した時、または、いくつかの計測されたパラメータ（例えば、周辺の温度）がチェックの必要性を示したときに行ってもよい。一つの方法では、移動体網の他の基地局から受信される信号から計測を行って、受信周波数の周波数エラーを算出し、それに応じてローカル発振器を修正する。
【００２６】
本発明の１つの視点にかかる別の方法は、例えば、他の基地局からの信号を検出することができない時に用いることができる。図２の処理におけるステップ５０において、ネットワークタイムプロトコルに従って動作しているネットワークタイムサーバ（NTS）を用いて、ローカル発振器２８の周波数の正確さをチェックすることが必要であることを判断する。タイムサーバからの応答により、コントローラ３０は、正確な参照時刻を取得し、これらの参照時刻からローカル発振器の周波数を算出し、そして必要であれば周波数を調整することができる。NTSから参照時刻を取得するためのいくつかのプロトコルが存在する。ここで説明する実施形態においてはNTPv4を用いるが、本発明はこのプロトコルの使用に限るものではない。
【００２７】
本発明に係る方法は、ネットワーク遅延の値を得るために、NTS応答メッセージに与えられたタイムスタンプを読みだして、フェムトセル基地局２０で与えられたタイムスタンプと比較することに基づいている。この方法は、時間に対して基本的に一定を保っている、ある最小のネットワーク遅延があるという想定に基づいているため、時間に対するこの最小ネットワーク遅延の明らかな変化は、フェムトセル基地局２０におけるクロックの不正確さによって起こる（発振器２８における周波数の不正確さによって順に起こる）と予想できる。しかしながら、NTSからフェムトセル基地局２０への個別の応答メッセージそれぞれは、この最小ネットワーク遅延だけではなく、ジッターと呼ばれる更なる遅延の対象となる可能性がある。従って、本発明にかかる方法は、時間に対するこの最小ネットワーク遅延のどのような明らかな変化も検出することができるように、最小ネットワーク遅延にのみにかかる応答メッセージを選択することを試みる。そして、このような明らかな変化によって起こる周波数の不正確さを訂正することができる。
【００２８】
この処理のステップ５２において、コントローラ３０は、例えば、図１に示すタイムサーバ１４などのネットワークタイムサーバ（NTS）を選択する。本発明の好適な一実施形態によれば、発振器２８の正確さに関する情報を取得するために、コントローラは複数のタイムサーバを同時に用いている。従って、例えば、図２に示す処理を、タイムサーバ１４、１６、１８それぞれを用いて平行に行っても良い。その結果、発振器２８により生成される周波数における検出された不正確さを補正するために、これらの処理から得られる結果を比較し、共に用いることができる。例えば、発振器２８における周波数の不正確さは、複数のタイムサーバから得られる結果の平均を調べることで、検出することができる。しかしながら、１つのタイムサーバとの比較から得られた結果が、突然、発振器２８における周波数の不正確さが増していることを示し始めても、他のタイムサーバから得られた結果がそのような変化を示さない場合、実際には、発振器２８ではなく、その１つのタイムサーバが不正確であることを表しているかもしれない。
【００２９】
ステップ５４において、コントローラが、計測期間の間、選択されたタイムサーバにリクエストのバーストを定期的に送信し始める。例えば、コントローラ３０が、１秒未満の１バースト期間tBの間に、それぞれが４つのリクエストを含むバーストを、選択されたタイムサーバに送っても良い。コントローラは、例えば１５秒の１バースト期間tCの間に、選択されたタイムサーバにそのような１つのバーストを送ってもよい。これらのパラメータは、必要に応じて変えることが可能である。
【００３０】
NTPv4プロトコルでは、タイムサーバ１４は、そのような各リクエストに応答メッセージで答え、各応答メッセージは応答メッセージが送信された時間を示すものを含む。応答メッセージは追加情報を含むが、ここでは「NTSタイムスタンプ」（NTSTS）と呼ぶこの情報が、この方法で用いる必要があるメッセージの一部であることが分かるであろう。
【００３１】
そのため、ステップ５６において、コントローラ３０は応答メッセージをタイムサーバ１４から受信し、受信した各応答について、ローカル発振器２８から得られるクロックを用いて時間値を計算する。この時間値を「ローカルタイムスタンプ」（LTS）と呼ぶ。
【００３２】
そして、第１応答を始まりとするタイムウィンドウが定義され、ステップ５８においてコントローラ３０は、応答に対するネットワーク伝達遅延（NPD）があれば、そのウィンドウ内の各バーストからそれを算出する。ウィンドウサイズは可変であり、例えば、約１５分である。ネットワーク伝達遅延はNTSタイムスタンプをローカルタイムスタンプから差し引くことで算出される。従って、各応答に対して、ネットワーク伝達遅延NPDiはNTSタイムスタンプNTSTSiと、ローカルタイムスタンプLTSiとから、
NPDi = LTSi - NTSTSi
により導き出すことができる。
【００３３】
図３は、タイムウィンドウ内の一連の応答それぞれについて算出されたネットワーク伝達遅延を示す。つまり、継続期間tBを有する各バースト期間内において、最大４つの応答が存在する。
【００３４】
ステップ６０において、コントローラ３０は各バースト期間tBから、応答の内、最も短いネットワーク伝達遅延を有する１つの応答を選択する。各応答に対するネットワーク伝達遅延は上述のようにして算出される。
【００３５】
図３は、ステップ６０において選択された応答を示す。
【００３６】
そして、処理はステップ６２に進み、ステップ６０で選択された１つの応答を、そのタイムウィンドウの代表の応答として暫定的に選択する。
【００３７】
具体的には、コントローラ３０は最も短い相対ネットワーク伝達遅延を有する応答を選択する。各応答に対する相対ネットワーク伝達遅延は、ウィンドウ内におけるその応答の位置に関して、その応答に対するネットワーク伝達遅延として算出される。そのため、各応答について、そのウィンドウにおける最初の応答のローカルタイムスタンプLTS1とNTSタイムスタンプNTSTS1からの、ローカルタイムスタンプLTSiとNTSタイムスタンプNTSTSiのデルタが共に算出される。そして、その応答の相対ネットワーク遅延RDELiは、
RDELi = [(LTSi - LTS1) - (NTSTSi - NTSTS1 )]/(LTSi - LTS1)
により与えられる。
【００３８】
図４は、このステップの処理を示す。第１タイムウィンドウW1内に、ステップ６０で選択された応答の一群がある。選択されたこれらの応答の内、×印で記された応答１００が最も短い相対ネットワーク遅延を有しているため、応答１００がステップ６２で選択される。
【００３９】
ステップ６４では、この暫定的に選択された応答を、一連の選択された応答に加える。
【００４０】
そして、この暫定的に選択された応答を、発振器２８の正確さを判断するときに実際に考慮に入れるべきかどうかを判断する。
【００４１】
まず、ステップ６６において、コントローラ３０は、選択された応答に関して、ウィンドウ内のすべての応答の相対ネットワーク遅延RDELiを比較するために、標準偏差（SD）を計算するための処理といくぶん類似した統計処理を実施する。より具体的には、ウィンドウ内における充分に多数の応答が、選択された応答に十分近いかどうかを判断することで、選択された応答が、本当にその時に最小のネットワーク遅延に近い相対ネットワーク遅延を有することの信頼性を高めることができる。
【００４２】
ステップ６８において、応答におけるデータの質に関して、パラメータが満たされたかを判断する。例えば、ステップ６６で行われる統計的分析に基づいて、選択された応答の例えば６０％が、選択された応答の例えば１０％の値の範囲内にあるかどうかを判断してもよい。この基準が満たされない場合、または、ウィンドウ内のサンプルが少な過ぎる場合（例えば＜４５）には、処理はステップ７０に進む。
【００４３】
ステップ７０において、はじめに定義したウィンドウが既に拡大されているかどうかを判断する。拡大されていなければ、ステップ７２に進んでウィンドウを拡大し、ステップ６８で適用された統計的及びサンプルカウントパラメータを緩める。その後ステップ５８に戻って、処理を繰り返す。例えば、ステップ５８で用いられる拡大後のウィンドウは４５分間であり、緩められた最小サンプルカウントは９０であって、ステップ６８で用いられる緩められた統計的基準は、選択された応答の値の例えば１２％以内に、選択された応答の例えば５０％があるかどうかを判断することができる。
【００４４】
繰り返されたステップ６８でもパラメータがまだ満たされていないと判断されると、ステップ７０において、ウィンドウがこれまでに拡大されたかどうかを判断する。この場合、ウィンドウ内に適切なサンプルが無いと思われる。応答のウィンドウがいずれの制限のセットにも当てはまらない理由はいくつかある。例えば、NTSリクエストに対する応答の消失が多過ぎたり、受信した応答にジッターが多過ぎたり、タイムサーバ１４とフェムトセル基地局２０の間の伝達遅延が段階的に変化することなどがある。
【００４５】
ステップ７０において、ウィンドウがこれまでに拡大されたことがあると判断されると、ステップ７４に進む。この場合、時間、統計的閾値、及び最小サンプル数が元の値に戻され、ステップ６２で暫定的に選択されたサンプルは、結果の分析に用いられないことを表す不連続としてマークされる。
【００４６】
ステップ６８において同等の基準が満たされたと判断されると、最初の場合またはウィンドウの拡大後においても、ステップ７４に進む。この場合、ステップ６２で暫定的に選択されたサンプルは連続としてマークされ、以下に説明するように結果分析に用いられることになる。
【００４７】
ステップ７６において、前回定義された時間間隔が終了したかどうかを判断する。終了していなければステップ７８に進んで、ステップ６２で前回選択された応答から始まる新しいウィンドウを定義する。
【００４８】
このように、図４に示すように、応答１００を選択した後、応答１００から始まる新しいウィンドウW２が定義される。その後、ウィンドウW２の中にある応答から応答１０２が選択される。次の繰り返しでは、応答１０２から始まる新しいウィンドウW３が定義され、その後、ウィンドウW３の中にある応答から応答１０４が選択され、以下、同様に繰り返される。
【００４９】
新しいウィンドウの定義に続いて、新たに選択された応答を判断するためにステップ５８に戻る。
【００５０】
ステップ７６において、時間間隔が終了したと判断されると、処理はステップ８０に進み、フェムトセル基地局２０における発振器の正確さに関する計算が行われる。
【００５１】
一連の応答において、不連続の応答とその前の応答との間隔は用いられない。しかしながら、ローカルタイムの正確さ、すなわちローカル発振器の正確さを算出するために、コントローラ３０は、ステップ７４で連続とマークされた、選択された連続する応答の各組の間の、経過ローカルタイムとNTSタイムとを計算する。
【００５２】
このステップの手順を図４に示す。特に、フェムトセル基地局２０におけるローカル発振器２８が、当初、完全に正確に動作していると仮定できる場合、ローカルタイムスタンプとネットワークタイムサーバタイムスタンプとの間の時間差は、ネットワーク伝達遅延を正確に反映することになる。実際には、追加オフセットがある可能性が高いが、これは連続する値の間の差を取り去ることにより除去することができる。それぞれの場合のネットワーク伝達遅延は、最小のネットワーク伝達遅延及び予測できないジッター成分の合計になる。
【００５３】
従って、上述した選択ステップの目的は、このジッター成分ができるだけ小さい応答を選択することで、ネットワーク伝達遅延が最小のネットワーク伝達遅延にできるだけ近くなるようにすることである。
【００５４】
図４に示す例では、当初の最小ネットワーク伝達遅延はNPDmである。しかしながら、図４に示すように、フェムトセル基地局２０において判断される最小ネットワーク伝達遅延は、時間が経つにつれて少しずつ大きくなる。このような変化は、ネットワークの状態における（最小ネットワーク伝達遅延に突然の変化を引き起こす可能性のある）実際の変化によるものではなく、ローカル発振器２８の不正確さが増すことによるものと想定される。
【００５５】
従って、ローカル発振器の正確さの１つの程度は、連続とマークされた２つの選択された連続する応答間の計測されたネットワーク伝達遅延における変動を調べることにより得ることができる。間隔内における連続する応答間のこれらの正確さ値の加重合計により、間隔の全期間における程度をより正確に算出することができる。応答間のローカル時間間隔は、重みとして用いられる。
【００５６】
ステップ８０における計算が終了すると、発振器２８の正確さを求めるために結果を取得し、ステップ８２において、第１ネットワークタイムサーバ１４からの応答に基づいて、これを処理の完了とする。
【００５７】
上述したように、異なるネットワークタイムサーバを用いて、例えば、同じ時間間隔の間に複数の結果が得られるように、処理を平行して実行することができる。得られた結果の内、他と著しく異なることを示す結果は無視することができ、平均を取る。平均は、例えば、図３で示す処理のステップ６６で行われた統計的分析に基づく因数を用いて、使用されたネットワークタイムサーバそれぞれについて重み付けしてもよい。そのため、応答が共に近いタイミングで到達するためにより信頼性が高く見えるネットワークタイムサーバは、この平均化処理ではより大きい重みをつけられる。
【００５８】
すなわち、選択された応答によりローカル発振器の周波数におけるエラーをより正確に計測できるようにする、タイムサーバからの応答を選択する方法を開示する。
【図１】
2011504701.tif 000003
【図２】
2011504701.tif 000004
【図３】
2011504701.tif 000005
【図４】
2011504701.tif 000006
【国際調査報告】
2011504701.tif 000007