(57)【要約】【課題】リファレンス信号復旧時に、タイミングのずれを通信端末との同期を保持しながら修正する。【解決手段】基地局は、発振器１１３のクロック信号をＧＰＳ衛星から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を生成し、ホールドオーバー発生時にはタイミング信号を自走させ、リファレンス信号復旧時に発振器１１３のクロック信号を復旧したリファレンス信号と同期させたタイミング教師信号を生成するタイミング生成部１１４と、タイミング信号を基準に送信信号を出力する同期部１２１と、送信信号にガードインターバル（ＧＩ）を付加するＧＩ付加部１２４と、リファレンス信号復旧時にタイミング信号及びタイミング教師信号のずれ量が小さくなるように、タイミング信号の周期、及びＧＩの長さを調整するタイミング制御部１１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧＰＳ衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を基準に、送信信号を送信する基地局であって、
発振器から出力されるクロック信号をＧＰＳ衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を生成し、ホールドオーバーが発生した場合には、前記タイミング信号を前記リファレンス信号との同期がとれていない状態で自走させ、前記リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、前記発振器から出力されるクロック信号を復旧したリファレンス信号と同期させたタイミング教師信号を生成するタイミング生成部と、
前記タイミング信号を基準に送信信号を出力する同期部と、
前記送信信号にガードインターバルを付加するガードインターバル付加部と、
前記リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、前記自走したタイミング信号の前記タイミング教師信号に対するずれ量を検出し、該ずれ量が小さくなるように、前記ガードインターバル付加部が付加するガードインターバルの長さを調整するタイミング制御部と、
を備えることを特徴とする基地局。
【請求項２】
前記タイミング制御部は、前記ずれ量が大きいほど、該ずれ量が１サンプル長未満となるまでの時間が長くなるように、前記同期部が基準とするタイミング信号の周期、及び前記ガードインターバル付加部が付加するガードインターバルの長さを調整することを特徴とする、請求項１に記載の基地局。
【請求項３】
前記タイミング制御部は、前記タイミング信号１周期あたりの前記ガードインターバルの長さが調整されるシンボル信号の数、及びガードインターバル長の調整量を決定することを特徴とする、請求項２に記載の基地局。
【請求項４】
前記タイミング制御部は、前記ガードインターバルの長さが調整されるシンボル信号のシンボル周期、及びガードインターバル長の調整量を決定することを特徴とする、請求項２に記載の基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を基準に、送信信号を送信する基地局に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各基地局間でフレームタイミングの同期をとる場合、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号を受信するＧＰＳ受信機を利用する方法が知られている。ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から受信したＧＰＳ信号からＵＴＣ（Coordinated Universal Time：協定世界時）に同期した１ｐｐｓ（Pulse Per Second）のリファレンス信号を抽出し、基地局はこのリファレンス信号に同期してデータを送信する。しかし、基地局は妨害波等によりＧＰＳ衛星からの電波を正確に受信できなかったり、ＧＰＳ衛星から電波が送信されなかったりして、リファレンス信号を捕捉できなくなることがある。このリファレンス信号を捕捉できない状態をホールドオーバーという。
【０００３】
このようなホールドオーバー発生時にも、リファレンス信号に同期した信号を出力できるように、高精度の発振器を併用し、発振器から出力されるクロック信号を分周してリファレンス信号と同周波数、同位相とした信号に同期した信号を出力するクロック同期方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３９３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の基地局は、ホールドオーバーが発生した際に、内部の発振器を自走させることで周波数精度を保つことはできるが、長時間に渡って発振器を自走させることによって生じるフレームタイミングのずれを、自動的に修正することはできなかった。このずれが許容範囲内である場合には、基地局は運用を続行することも可能であるが、この間にリファレンス信号がホールドオーバーから復旧した場合には、本来のフレームタイミングに戻すことが望ましい。
【０００６】
図５は、従来の基地局のリファレンス信号復旧時の動作を示すフローチャートである。従来の基地局は、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧したか否かを判定し（ステップＳ２０１）、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧すると、現状のフレームタイミングと本来のフレームタイミングとのずれが生じているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。フレームタイミングのずれが生じている場合には、基地局は非運用状態への遷移手続きを行い（ステップＳ２０３）、非運用状態へ遷移させてから（ステップＳ２０４）、フレームタイミングを修正し（ステップＳ２０５）、再び運用状態へ遷移させていた（ステップＳ２０６）。この復旧方法では、一気に本来のフレームタイミングへと戻せるものの、基地局と通信端末との間の通信が一度途絶えるため、通信端末は再度フレーム同期を取り直す必要があるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、リファレンス信号復旧時に、フレームタイミングのずれを通信端末との同期を保持しながら修正することが可能な基地局を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る基地局は、ＧＰＳ衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を基準に、送信信号を送信する基地局であって、発振器から出力されるクロック信号をＧＰＳ衛星の電波から取得したリファレンス信号に同期させたタイミング信号を生成し、ホールドオーバーが発生した場合には、前記タイミング信号を前記リファレンス信号との同期がとれていない状態で自走させ、前記リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、前記発振器から出力されるクロック信号を復旧したリファレンス信号と同期させたタイミング教師信号を生成するタイミング生成部と、前記タイミング信号を基準に送信信号を出力する同期部と、前記送信信号にガードインターバルを付加するガードインターバル付加部と、前記リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、前記自走したタイミング信号の前記タイミング教師信号に対するずれ量を検出し、該ずれ量が小さくなるように、前記ガードインターバル付加部が付加するガードインターバルの長さを調整するタイミング制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る基地局において、前記タイミング制御部は、前記ずれ量が大きいほど、該ずれ量が１サンプル長未満となるまでの時間が長くなるように、前記同期部が基準とするタイミング信号の周期、及び前記ガードインターバル付加部が付加するガードインターバルの長さを調整することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る基地局において、前記タイミング制御部は、前記タイミング信号１周期あたりの前記ガードインターバルの長さが調整されるシンボル信号の数、及びガードインターバル長の調整量を決定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る基地局において、前記タイミング制御部は、前記ガードインターバルの長さが調整されるシンボル信号のシンボル周期、及びガードインターバル長の調整量を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧した時に、ガードインターバルの長さを調整することにより、ホールドオーバーによるフレームタイミングのずれを、通信端末との同期を保持しながら修正することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による一実施形態の基地局の構成を示すブロック図である。
【図２】ＯＦＤＭ変調方式によるＯＦＤＭシンボル信号を示す図である。
【図３】本発明による一実施形態の基地局のリファレンス信号復旧時の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明による一実施形態の基地局のリファレンス信号復旧時のタイミングチャートである。
【図５】従来の基地局のリファレンス信号復旧時の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明による基地局の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明による一実施形態の基地局の構成を示すブロック図である。本実施形態では、ＯＦＤＭ方式の基地局を例に説明する。ＯＦＤＭ方式の基地局１は、フレーム同期部１１と、ＯＦＤＭ信号生成部１２とを備える。フレーム同期部１１は、ＧＰＳ受信部１１１と、発振器制御部１１２と、発振器１１３と、タイミング生成部１１４と、タイミング制御部１１５とを備える。ＯＦＤＭ信号生成部１２は、同期部１２１と、マッピング部１２２と、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）部１２３と、ＧＩ付加部１２４と、Ｄ／Ａ（Digital/Analog：デジタル／アナログ）変換部１２５と、送信部１２６と、アンテナ１２７とを備える。
【００１６】
ＧＰＳ受信部１１１は、ＧＰＳ衛星の電波を受信して、ＧＰＳ衛星の電波から取得したリファレンス信号（１ｐｐｓ信号）を発振器制御部１１２及びタイミング生成部１１４に出力し、リファレンス信号を捕捉しているか否かを示すロック信号をタイミング制御部１１５に出力する。
【００１７】
発振器制御部１１２は、発振器１１３を制御するための発振器制御信号を発振器１１３に出力する。
【００１８】
発振器１１３は、発振器制御部１１２から入力される発振器制御信号に基づいて、内部クロック信号をタイミング生成部１１４に出力する。発振器１１３は、例えばＯＣＸＯ（Oven Controlled Crystal Oscillator：恒温槽付水晶発振器）により構成される。
【００１９】
タイミング生成部１１４は、発振器１１３から入力される内部クロック信号を分周し、ＧＰＳ受信部１１１から入力されるリファレンス信号と同期させたタイミング信号を、タイミング制御部１１５及び同期部１２１に出力する。
【００２０】
ホールドオーバーが発生すると、タイミング生成部１１４は、リファレンス信号との同期がとれていない自走状態のタイミング信号を出力する。その後、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧すると、タイミング生成部１１４は、リファレンス信号に同期させた（すなわち、本来のフレームタイミングである）タイミング教師信号を、タイミング制御部１１５に出力する。
【００２１】
タイミング制御部１１５は、ＧＰＳ受信部１１１から入力されるロック信号により、ホールドオーバーが発生したか否かを判別する。タイミング制御部１１５は、ホールドオーバーが発生したことを検知すると、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧するのを待ち、リファレンス信号の復旧時に、タイミング生成部１１４から入力される自走状態のタイミング信号の、タイミング生成部１１４から入力されるタイミング教師信号に対するずれ量を検出する。そして、タイミング制御部１１５は、ずれ量が小さくなるように後述する同期部１２１及びＧＩ付加部１２４を制御するために、ＧＩサンプル数制御信号を生成する。
【００２２】
同期部１２１は、タイミング生成部１１４から入力されるタイミング信号に同期して送信信号をマッピング部１２２に出力する。また、同期部１２１は、リファレンス信号のホールドオーバーからの復旧時には、タイミング制御部１１５から入力されるＧＩサンプル数制御信号に従って、タイミング信号の周期を調整する。
【００２３】
マッピング部１２２は、同期部１２１から入力される送信信号をサブキャリアごとに所定の変調方式に応じてＩＱ平面へマッピングし、マッピング信号をＩＦＦＴ部１２３に出力する。
【００２４】
ＩＦＦＴ部１２３は、マッピング部１２２から入力されるマッピング信号を逆高速フーリエ変換処理して生成した有効シンボル信号を、ＧＩ付加部１２４に出力する。
【００２５】
ＧＩ付加部１２４は、ＩＦＦＴ部１２３から入力される有効シンボル信号の先頭に、有効シンボル信号の後半部分をコピーしたガードインターバルを付加したＯＦＤＭシンボル信号を、Ｄ／Ａ変換部１２５に出力する。ガードインターバルは、ＯＦＤＭ信号を受信する際にシンボル間の干渉を低減させるために挿入される。
【００２６】
図２は、ＯＦＤＭ変調方式によるＯＦＤＭシンボル信号を示す図である。ＯＦＤＭ信号はＯＦＤＭシンボル信号と呼ばれるシンボル単位で伝送される。ＯＦＤＭシンボル信号は、ＩＦＦＴ部１２３から出力される有効シンボル信号と、この有効シンボルの後半部分の波形をそのままコピーしたガードインターバルとから構成されている。ガードインターバル長は、マルチパス遅延波の存在する時間範囲に設定され、システムによって予め決められたサンプル数の長さとなる。以下では、予め決められたガードインターバル長をＮサンプル長として説明する。
【００２７】
ＯＦＤＭ信号の受信機は、ＯＦＤＭシンボル信号とＯＦＤＭシンボル信号を有効シンボル長だけ遅延させた信号との自己相関値を算出する。ガードインターバルは同じ波形であり、ガードインターバル部で自己相関値が最大となることから、ＯＦＤＭ信号の受信機は、自己相関値の最大値を検出することによりシンボルタイミング（ＦＦＴウインドウ）を検出する。
【００２８】
ＧＩ付加部１２４は、リファレンス信号のホールドオーバーからの復旧時には、タイミング制御部１１５から入力されるＧＩサンプル数制御信号に従ってガードインターバル長を調整する。
【００２９】
Ｄ／Ａ変換部１２５は、ＧＩ付加部１２４から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換し、アナログ信号を送信部１２６に出力する。
【００３０】
送信部１２６は、Ｄ／Ａ変換部１２５から入力されるアナログ信号を、送信周波数に変換するとともに電力増幅した信号をアンテナ１２７に出力する。
【００３１】
アンテナ１２７は、送信部１２６から入力される信号を空中に放射する。
【００３２】
次に、リファレンス信号の復旧時の動作について説明する。図３は、本実施形態によるＯＦＤＭ方式の基地局１のリファレンス信号復旧時の動作を示すフローチャートである。
【００３３】
ＯＦＤＭ方式の基地局１は、タイミング制御部１１５により、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧したか否かを判定し（ステップＳ１０１）、リファレンス信号がホールドオーバーから復旧すると、自走状態のタイミング信号がタイミング教師信号に対してずれが生じているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００３４】
図４は、本実施形態によるＯＦＤＭ方式１の基地局のリファレンス信号復旧時のタイミングチャートである。タイミング信号生成部１１４から出力されるタイミング信号は、ホールドオーバーが発生したことにより、リファレンス信号との同期がとれず自走状態になっている。タイミング信号生成部１１４から出力されるタイミング教師信号は、リファレンス信号との同期がとれた本来のフレームタイミングを示す信号である。
【００３５】
ＯＦＤＭ方式の基地局１は、タイミング制御部１１５により、タイミング信号がタイミング教師信号に対してずれていると判定した場合には、図４に示すフレームタイミングのずれ量ａを検出し、自走状態のタイミング信号を、リファレンス信号との同期がとれたタイミング教師信号に近づけるために、ＧＩサンプル数制御信号を生成する（ステップＳ１０３）。図４では、リファレンス信号の復旧時に、タイミング信号とタイミング教師信号との間にずれ量ａが生じており、徐々にずれ量が小さくなっていく様子を示している。
【００３６】
ＯＦＤＭ方式の基地局１は、ＧＩ付加部１２４によりＧＩサンプル数制御信号に基づいてガードインターバル長を調整（すなわちＯＦＤＭシンボル長を調整）するとともに、同期部１２１によりＧＩサンプル数制御信号に基づいてタイミング信号の周期を調整する（ステップＳ１０４）。
【００３７】
フレームタイミングのずれ量ａがＭサンプル長である場合には、ガードインターバル長をＮサンプル長から（Ｎ±Ｍ）サンプル長に変更し、タイミング信号の周期を±Ｍサンプル長だけ変更することにより、タイミング信号をタイミング教師信号と一致させることができる。しかし、一気にガードインターバル長を変化させると、ＯＦＤＭ信号の受信側でシンボルタイミングを検出する際に算出する自己相関値に影響を及ぼすこととなる。また、ガードインターバル長を一気に短くすると、ＯＦＤＭ信号の受信側で遅延波（マルチパス波）による障害が発生するおそれがある。
【００３８】
そこで、タイミング信号をゆっくりと本来のフレームタイミングに戻すために、タイミング制御部１１５は、ずれ量ａが大きいほど、ずれ量ａが１サンプル長未満となるまでの時間が長くなるように、同期部１２１が基準とするタイミング信号の周期、及びＧＩ付加部１２４が付加するガードインターバルの長さを調整する。
【００３９】
具体的には、タイミング制御部１１５は、タイミング信号１周期あたりのガードインターバル長が調整されるＯＦＤＭシンボル信号の数、及びガードインターバル長の調整量を決定する。例えば、ずれ量ａが１０サンプル長であり、タイミング信号がタイミング教師信号に対して遅れている場合には、タイミング制御部１１５は、タイミング信号の１周期あたりに１つのＯＦＤＭシンボル信号をガードインターバル長が（Ｎ＋１）サンプル長となるように制御し、これを１０回繰り返す。この処理により、タイミング信号の位相は１０周期後にタイミング教師信号と一致する（ずれ量が１サンプル長未満となる）。また、タイミング制御部１１５が、タイミング信号の１周期あたりに１つのＯＦＤＭシンボル信号をガードインターバル長が（Ｎ＋２）サンプル長となるように制御した場合には、タイミング信号の位相は５周期後にタイミング教師信号と一致する。
【００４０】
なお、タイミング信号の１周期内に含まれる複数のＯＦＤＭシンボル信号（♯０，♯１，・・・，♯ｎ）のうち、どのＯＦＤＭシンボル信号のガードインターバル長を可変とするかは、あらかじめ定めておいてもよいし、ＧＩサンプル数制御信号により指定するようにしてもよい。
【００４１】
また、タイミング制御部１１５は、ガードインターバル長が制御されるＯＦＤＭシンボル信号のシンボル周期、及びガードインターバル長の調整量を決定するようにしてもよい。例えば、タイミングのずれ量ａが１０サンプル長であり、タイミング信号がタイミング教師信号に対して遅れている場合には、タイミング制御部１１５は、１００シンボル周期、すなわち１００ＯＦＤＭシンボル信号につき１つのＯＦＤＭシンボル信号をガードインターバル長が（Ｎ＋１）サンプル長となるように制御し、これを１０回繰り返すことで、タイミング信号の位相をタイミング教師信号と一致させる。
【００４２】
このように、本実施形態のＯＦＤＭ方式の基地局１によれば、リファレンス信号の復旧時にタイミング制御部１１５によりタイミングのずれ量を算出し、ガードインターバル長及びタイミング信号の周期を調整することにより、ホールドオーバーによるフレームタイミングのずれを、通信端末との同期を保持しながら修正することができるようになる。かかるＯＦＤＭ方式の基地局１は、従来のＯＦＤＭ方式の基地局からの変更部分が少ないため、容易に且つコストを増大させることなく実施することができる。
【００４３】
また、本実施形態のＯＦＤＭ方式の基地局１によれば、タイミング制御部１１５によりフレームタイミングをゆっくりと本来のタイミングに戻すことで、ＯＦＤＭ信号の受信側での遅延波への耐性や、自己相関値への影響を最小に抑えることができる。
【００４４】
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。また、上述の実施形態では、ＯＦＤＭ方式を例にとって説明したが、本発明は、ＯＦＤＭ方式には限定されず、ガードインターバル含む無線信号を使用するものであれば如何なるものでもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１      ＯＦＤＭ方式の基地局
１１    フレーム同期部
１２    ＯＦＤＭ信号生成部
１１１  ＧＰＳ受信部
１１２  発振器制御部
１１３  発振器
１１４  タイミング生成部
１１５  タイミング制御部
１２１  同期部
１２２  マッピング部
１２３  ＩＦＦＴ部
１２４  ＧＩ付加部
１２５  Ｄ／Ａ変換部
１２６  送信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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