JP2766894B2 - 移動通信方式における局間同期方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各基地局のゾーン内の移動局と無線チャネル
で通信を行なう小ゾーン構成のディジタル移動通信方式
において、基地局間での送信タイミングの同期をとる局
間同期方法に関する。

〔従来の技術〕

自動車電話方式に代表される小ゾーン構成のディジタ
ル移動通信方式では、複数の基地局と交換局間が通信回
線で接続され、各基地局が無線ゾーンを構成し、そのゾ
ーン内の移動局（自動車）と無線チャネルで通信を行な
うが、制御信号の伝送については複局同時送信技術を用
いるから複数の基地局から同じ周波数で同一の制御信号
を伝送する。

また、小ゾーン構成ディジタル移動通信方式では、移
動局の移動とともに無線ゾーン間でチャネル切替えを行
なう必要があるが、この際、新チャネルの設定などに時
間がかかるため、瞬断が生じる。この瞬断の時間を小さ
くしたり、前記した複局同時送信をするためには、基地
局間で送信タイミングを同期させる必要がある。

そのため、従来は隣接基地局から送信される信号を受
信する専用の受信機を基地局に備え、その受信タイミン
グに基づいて基地局間の同期を確立する方法が開発され
ている。すなわち、この従来の局間同期方法は１つの交
換局配下の多くの基地局について送信タイミングの同期
がとれるように、交換局から多数の基地局間までの各通
信回線の遅延時間を夫々同一に合わせる方法であり、そ
のために１つの基地局を基準として隣接する基地局の送
信タイミングをそれに合わせる方法をとる。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来方法では、多数の基地局で予め従属関係を設
定し、無線区間の信号伝送に基づいて交換局と基地局間
の位相差を測定し、従属局が主局に対する位相差を合わ
せていくという方法をとっており、無線区間での位相差
測定が最も重要な役割を果たしている。従って、この従
来方法はシステム立ち上げ時、又はシステム拡張時等に
おいて、基地局間の伝搬路の状況，基地局アンテナの位
置等，無線の条件の影響を受け易く、導入工事が複雑で
あるという欠点があった。

また、加入者容量を大きくするために極小ゾーン化す
るシステム、低アンテナ高のシステムには極めて適用性
が悪く、また、システム導入後も周囲の建物の影響を受
ける。また、広いエリアを極めて多数の基地局でカバー
している場合は、主局から従属局へ、更にその従属局へ
順次、位相同期を合わせていく必要があり、同期が全サ
ービスエリアで確立するまでに時間を要するという欠点
があった。

更に、基地局が属する上位の局（例えば交換局）、又
は交換局にまたがって位相同期をとる場合には、極めて
遠い基地局間では、上位の局からの転送タイミングと基
地局での位相同期によって定められたタイミングのいず
れが大きくなった場合に基地局での遅延量が大きくなる
という欠点があった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、複数の交
換局とその配下に多数の基地局を有する小ゾーン構成の
移動通信方式において、複数の交換局でカバーする広い
サービスエリア内の多数の基地局における送信タイミン
グの同期をとり、かつ、システム立ち上げ時の同期確立
が容易で速い同期が可能な移動通信方式における局間同
期方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明になる移動通信方式における局間同期方法は、
複数の交換局の各々に多数の基地局が通信回線を介して
夫々接続され、多数の基地局の各々が無線ゾーンを構成
し、そのゾーン内の移動局と無線チャネルで通信を行な
う小ゾーン構成の移動通信方式において、まず交換局間
でタイミング情報を転送し合って交換局間でタイミング
位相の同期をとると共に、そのタイミング情報をその配
下の基地局へ転送する。

基地局はこのタイミング情報を初期値として基地局基
準タイミングを発生し、送信のフレームタイミングをこ
の基地局基準タイミングで行ない、隣接基地局又は隣接
基地局と通信中の移動局が送信する送信信号を傍受して
得たタイミング情報により隣接基地局との間で基地局基
準タイミング位相の同期をとる。

このとき、基地局の通信回線の遅延量が予め定めた規
定値を越えた場合に遅延量に基づいて上位の交換局のタ
イミング制御量を算出し、交換局でのタイミング位相に
オフセット量を与えるよう制御する。

〔作用〕

本発明では、交換局間でタイミング情報を転送し合っ
て同期をとり、基地局は交換局からのタイミング情報を
初期値として基地局基準タイミングを発生し、無線信号
の受信により基地局同期をとり、基地局での遅延量が大
きくなった場合に交換局のタイミング制御を行なうこと
により局間同期を確立する。

従って、無線信号の受信による基地間同期をとるだけ
の従来の局間同期方法に比べ、本発明では広いエリア内
の多数の基地局間で迅速に同期確立ができ、またシステ
ム立ち上げ時又はシステム拡張時等において、基地局間
の伝搬路の状況，基地局アンテナの位置等，無線の条件
の影響を受けにくくできる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成図を示す。同図中、
101a及び101bは交換局,102a及び103aは基地局,113は移
動局,114は制御局で、これらは小ゾーン構成の移動通信
方式を構成している。

ここで、上記の移動通信方式は自動車電話方式に代表
され、その一般的なシステム構成は第３図に示す如くに
なる。同図中、101a,101b及び101cは交換局で、互いに
有線の通信回路115,116で接続され、また交換局101aは
基地局102a,102b,102cに、交換局101bは基地局103a,103
b及び103cに、交換局101cは基地局104a,104b及び104cに
夫々有線の通信回線を介して別々に接続されている。

基地局102a〜102c,103a〜103c,104a〜104cには各々複
数の送受信機があり、各々所定のゾーン内の移動局との
間で無線通信を行ない、その通信を交換局101a,101b又
は101cを介して通信網118に接続する。

第３図では基地局102cと移動局105,106との間で無線
通信が可能であり、同様に移動局107と108は基地局103a
のゾーン内に、移動局109〜111は基地局103eのゾーン内
に、移動局112は基地局104bのゾーン内に位置してい
る。

このような構成の自動車電話方式において、本実施例
ではまず交換局101a〜101cの間でタイミング情報の授受
により同期をとり、各々の配下の基地局向けの下り信号
の送信時刻の同期をとる。従って、各交換局101a〜101c
は同時刻に配下の基地局102a〜102c,103a〜103c,104a〜
104cへ信号を送信する。

従って、交換局101aと基地局102a〜102c間の各通信回
線長と交換局101bと基地局103a〜103c間の各通信回線長
と交換局101cと基地局104a〜104c間の各通信回線長とが
夫々等しければ、基地局からの信号は同期がとれるはず
であるが、通常は各通信回線長はすべて同一とは限らな
い。そこで、基地局102a〜102c,103a〜103c,104a〜104c
は上位の交換局101a〜101b,101cからのタイミング情報
と、隣接する基地局又は移動局からの無線チャネルの信
号を受信して得た信号とにより基地局間の同期をとる。

このとき、交換局からのタイミング情報と送信タイミ
ングとの差が規定値以上のときは、その旨を上位の交換
局へ通知すると、その交換局は基地局への送出タイミン
グを調整するのである。

次に本実施例の構成，動作について更に詳細に第１図
及び第２図と共に説明する。第１図中、第３図と同一構
成部分には同一符号を付してある。

第１図において、交換局101a及び101bは交換局101aが
マスタ局，交換局101bがスレーブ局の関係にあり、交換
局101bは交換局101aと同じタイミングで信号を送出す
る。

交換局101aは基準タイミング発生回路120a,タイミン
グ授受回路121a,タイミング付加回路122a,制御回路123a
からなり、同様に交換局101bは基準タイミング発生回路
120b,タイミング授受回路121b,タイミング付加回路122
b,制御回路123bからなる。基準タイミング発生回路120a
及び120bにより発生される基準タイミング信号の周期
は、送信すべき信号長に応じて設定される。具体的には
送信信号フレーム長又はその整数倍が好適である。

タイミング授受回路121a及び121bは他方の交換局から
の上記の基準タイミング信号を専用回線又は通信回線の
一部を通して授受し、この回線での転送時間差以内の精
度でタイミングを合わせる。ここでは、交換局101aがマ
スタ局であるから、交換局101a内の基準タイミング発生
回路120aで発生された基準タイミング信号がタイミング
授受回路121a及び専用回線又は通信回線の一部を介して
タイミング授受回路121bへ送信され、ここで受信され、
スレーブ局である交換局101b内の基準タイミング信号発
生回路120bで発生した基準タイミング信号との位相差
（タイミング差）を検出する。

制御回路123bはそのタイミング差をゼロにするような
タイミング制御量を算出し、それを基準タイミング発生
回路120bの出力タイミングを制御する。また、これと同
時にタイミング授受回路121bから基準タインミング信号
が交換局101aへ転送され、タイミング授受回路121aで折
り返されて再びタイミング授受回路121bで受信すること
により転送時間を算出し、交換局101aからのタイミング
受信時刻からその転送時間を差し引く。このようにし
て、回線によって転送時間に差があるので完全なタイミ
ングの一致は困難であるが、交換局101aと101bとの間で
略タイミング位相を合わせることができる。

これにより、交換局が３以上ある場合でも、隣接する
交換局の間で上記と同様にしてタイミング位相を合わせ
ることができるため、スレーブ局となる交換局への遅延
の累積を防止でき、精度を向上できる。

また、局間でクロック同期がとれたシステムに適用
し、そのディジタルクロック供給源からのクロックを元
にそれを分周してタイミングを発生させることにより、
周波数同期はこのクロック同期網の高い精度が保証され
ている限り、位相同期のみを行なえばよいので、制御回
路123bではシステムの立ち上げ時に引き込みの速い位相
制御を行なった後はクロック供給源に障害がない限り、
制御を行なう必要は殆どない。

上記の基準タイミング信号はタイミング付加回路122
a,122bで通信網からの送信情報に付加された後基地局10
2a,103a等，配下の基地局に入力される。ここで、第１
図中、実線が上記送信情報の伝送経路を示し、破線が上
記基準タイミング情報の伝送経路を示す。

基地局はマスタの交換局101aと接続された基地局102a
等をマスタとし、それに近い基地局から順にスレーブの
基地局とする。この例では102aがマスタ基地局で、103a
がスレーブ基地局としている。

基地局102a及び103aは破線で図示された通信回線で交
換局101a,101bから転送されてきたタイミング情報に基
づいて、基準タイミング発生回路124,125により基地局
基準タイミングを発生する。

また、基地局102a,103aは内部のバッファ回路126,127
において、通信回線を介して入力された送信情報を、こ
れに付加されて入力された基準タイミング情報のタイミ
ングWRで書き込み、発生した上記基地局基準タイミング
RRで読み出す。

ここで、上記送信情報は送受信部（図示せず）で誤り
訂正符号やフレーム同期信号が多重化され、更に時分割
多元接続（TDMA）の場合には複数回線を多重化する等、
所定の無線区間信号フォーマットに変換された信号であ
り、第１図に実線で示したように、バッファ回路126,12
7で一旦蓄積された後、基地局基準タイミングに従って
送信される。従って、バッファ回路126,127による遅延
量は、交換局101a,101bからの基準タイミング情報と基
地局基準タイミング情報との時間差に相当する。

スレーブ基地局103aはマスタ基地局102aからの無線信
号又はマスタ基地局102aと無線通信を行なっている移動
局113の無線送信信号を傍受することにより、マスタ基
地局102aの基地局基準タイミングとの位相差を検出す
る。ここでは、移動局113の無線送信信号を傍受するこ
とにより、基地局103aはその受信タイミングと自分の基
地局基準タイミングとの位相差を位相比較回路128で検
出する。

上記の位相差検出結果は制御回路129に入力され、こ
れにより基準タインミング発生回路125からの基地局基
準タイミングの位相がマスタ基地局102aの基地局基準タ
イミングに合うように制御させる。一般には、位相比較
はある一定期間にわたって複数回測定し、その平均値を
用いて制御することにより、基地局基準タイミング位相
のジッタを小さくする。

なお、無線信号の受信による位相差測定結果だけでな
く、交換局からのタイミングにも基づいて制御すること
により（例えば、交換局からのタイミング情報に或る一
定量遅延したタイミングとの差に重み付けして制御量を
決定する等）、基地局でのバッファ遅延量の異常増加や
複数の交換局を経由した遠い基地局間でのバッファ遅延
量の累積を未然に防止することができる。

基地局基準タイミングの発生についても、交換局基準
タイミングの場合と同様に、局間でクロック同期がとれ
たシステムに適用し、そのディジタルクロック供給源か
らのクロックを元にそれを分周してタイミングを発生す
ることにより、周波数同期はこのクロック同期網の高い
精度が保証されている限り、位相同期のみを行なえばよ
い。システム立ち上げ時に交換局からのタイミングに基
づいて位相を初期設定し、基地局での位相差測定に基づ
き位相制御した後はクロック供給源に障害がない限り、
制御を行う必要は殆どない。

次に、基地局基準タイミングについて第２図と共に更
に詳細に説明する。一般に、基地局と交換局はトラヒッ
ク量に応じて複数の回線で接続されており、それぞれの
回線は長さが同一とは限らないため、交換局基準タイミ
ングは伝送路の差に応じて差が生じる。第２図（Ａ）〜
（Ｃ）は交換局101bから３本の下り通信回線で基地局10
3aに転送されたきたタイミングを示す。基地局基準タイ
ミング発生回路125ではこれに基づいて、ある一定手順
でタイミング位相の初期値を設定する。

例えば、ある特定の回線からの一定量遅延したタイミ
ングをとったり、複数の回線の平均タイミングから一定
量遅延したタイミングをとったり、全回線の中の最も遅
いタイミングから一定量遅延したタイミングをとること
がある。また、全回線の中、そのタイミングより速いも
のが一定の割合となるタイミングを用いることもある。
第２図（Ｄ）は３回線の平均タイミングから一定量遅延
して得たタイミングを用いる場合である。スレーブ基地
局103aではタイミングの初期値設定後、ある一定時間で
マスタ基地局102aの基地局基準タイミングとの位相差を
測定し、その平均値を差し引くようにタイミングを変更
することにより、第２図（Ｅ）に示す基地局基準タイミ
ングを得る。この時、各回線の基地局での遅延量は、第
２図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように各回線ごとにτ₁,τ₂,
τ_３となる。各回線の基地局103aでは前記したように信
号を一旦バッファ回路127に蓄積し、この時間だけ遅延
させて送信する。

基地局103aでの下り回線バッファ量、つまり遅延時間
が基地局103aでの位相制御により大きくなり、ある規定
値を越えた場合は基地局から制御局114内の制御回路130
へ報告する。制御回路130は他の基地局からの報告も受
ける構成になっており、その交換局101bに接続された基
地局からの報告に基づいて、交換局101bでのタイミング
付加に一定のオフセットを与えるように指示する。

例えば、全基地局から遅延バッファ量が50msecだけ規
定値を越えている旨の報告を受けると、交換局101bに交
換局基準タイミングに50msec遅れのオフセットを指示す
る。あるいは、交換局101bからタイミングの受信が多く
の回線で基地局基準タイミングよりも遅れていることが
報告されると交換局101bに交換局基準タイミングを早め
るようにオフセットを指示する。

交換局101bでは、この指示に従い、基地局あての通信
回線に付加するタイミング位相にオフセットを与える。
また、このオフセット量を各回線独立に設定し、回線毎
に制御回路経由で通知される基地局でのその回線のバッ
ファ量に基づいて設定することにより、基地局でのバッ
ファ量を最小にする方法もある。

なお、制御回路130は独立した制御局に設置されてい
て基地局103a,交換局101bと制御回線で接続されている
が、交換局101b、または交換局101bに接続されているあ
る一つの基地局に含まれていてもよい。

制御回路130は上記説明の機能の他、基地局の従属関
係の管理も行なう。即ち、基地局の従属関係を決めて、
各基地局に各基地局で位相測定を行う対象とする基地局
を通知する。また、一部の基地局の基地局基準タイミン
グ関係の障害が発生した時等には、従属関係の変更の通
知を行なう。さらに、上記説明では、基地局の無線区間
信号の位相差測定による基地局基準タイミング制御を基
地局が独立に行なう方法を用いたが、制御回路130で従
属関係に基づいて、各基地局に位相制御の停止、実行の
指示を示す方法、さらに、ある基地局での位相変化量の
報告を受けて、その基地局に従属している基地局にその
変化量だけ制御するように指示する方法を用いることに
より、より、安定で速い同期確立が可能になる。

以上説明したように、本実施例においては、システム
導入時、拡張時、または、システムダウンからの立ち上
げ時においては、交換局で有線回線により同期をとった
タイミングを多数の基地局に配給して、それに基づいて
無線伝送の条件と関係ない初期値を設定してから、基地
局間の同期制御を開始するので、広いエリアにわたって
早く同期確立できるという利点がある。特に、位相差に
対する要求条件が厳しく無い場合は殆どの基地局で初期
設定の段階で同期条件を満足し、無線伝送の条件に起因
した受信アンテナの調整等の作業を必要とせず、移動局
を介在して無線区間の調整をとる方法で充分な位相同期
が、広いエリアにわたって早く確立できる。

さらに、基地局での無線区間信号の受信に基づいて制
御の結果、基地局のバッファ量が増加した場合には、交
換局に交換局基準タイミングを変更するように指示する
ので、遠く離れた基地局間で、交換局の有線回線での位
相誤差が大きい場合でも、この変更により補正できるの
で、基地局での下り回線のバッファ遅延量を小さくする
ことができるという利点がある。

更に本実施例に加えて、無線区間のマルチアクセス方
式としてTDMAを採用する等、無線区間で情報を時間軸圧
縮して伝送するようにした場合には、空き時間で無線チ
ャネルを切替完了することにより、通信を瞬断させるこ
となくチャネル切替えができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、交換局間でもタイミン
グの同期をとるようにしているため、広いエリア内の多
数の基地局間で迅速に同期確立ができ、またシステム立
ち上げ時，システム拡張時等において、基地局間の伝送
路の状況，基地局アンテナの位置等，無線の条件の影響
を受けにくいため、導入工事，導入時の調整を簡略にで
き、よって加入者容量を大きくするために極小ゾーン化
するシステム，アンテナ高のシステムに適用して好適で
ある。また、本発明によれば、交換局を異にするような
極めて遠い距離にある基地局間では上位の基地局からの
転送タイミングと基地局自身での位相同期によって定め
られた基地局基準タイミングとの位相差が大きくなった
場合でも基地局での遅延量を小さくすることができ、更
に移動局が無線ゾーンを越えて移動し通信する基地局を
切替える際に、通信を瞬断させることがない等の特長を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、 第２図は基地局の基準タイミング説明図、 第３図は移動通信方式のシステム構成図である。 101a,101b,101c……交換局、102a〜102c,103a〜103c,10
4a〜104c……基地局、105〜113……移動局、120a,120b,
124,125……基準タイミング発生回路、121a,121b……タ
イミング授受回路、123a,123b,129,130……制御回路、1
26,127……バッファ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藪崎 正実 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 歌野 孝法 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の交換局の各々に多数の基地局が通信
   回線を介して夫々接続され、該多数の基地局の各々が無
   線ゾーンを構成し、そのゾーン内の移動局と無線チャネ
   ルで通信を行なうゾーン構成の移動通信方式において、 前記複数の交換局は互いにタイミング情報を転送するこ
   とによりタイミング位相の同期をとると共に該タイミン
   グ情報をその配下の基地局へ転送し、 該基地局は該交換局から転送されたタイミング情報を初
   期値として基地局基準タイミングを発生し、前記移動局
   へのディジタル無線信号の送信のフレームタイミングを
   該基地局基準タイミングで行ない、隣接基地局又は該隣
   接基地局と通信中の移動局が送信する送信信号を傍受し
   て得たタイミング情報により該隣接基地局との間で基地
   局基準タイミング位相の同期をとり、該基地局の通信回
   線の遅延量が予め定めた規定値を越えた場合に該遅延量
   に基づいて上位の交換局のタイミング制御量を算出し、
   制御回線を通して該交換局に報告し、該交換局でタイミ
   ング位相にオフセット量を与えることを特徴とする移動
   通信方式における局間同期方法。