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JP4765664B2 - 無線通信システム - Google Patents
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Description

本発明は、PHSの基地局とて実施される無線通信装置を用いて構成される無線通信システムに関し、特に隣接する無線通信装置(基地局)とのフレームタイミングを同期させる同期信号発生装置において、ISDNクロックやGPS衛星からの信号などの予め定める信号を受信するようにしたものに関する。
前記PHS(Personal Handyphone System)の基地局などとして実施される無線通信装置では、制御信号によって規定されたタイミングで通信を行うことで、各無線通信端末と、データが衝突することなく、通信が可能となっている。そして、ハンドオーバーなどの前記無線通信端末の円滑な通信を実現するために、互いのエリアの一部が相互に重なる隣接する無線通信装置とのフレームタイミングを同期させるにあたって、前記ISDN(IntegeratedServices Digital Network)に接続して得られる高精度なタイミング信号(ISDNクロック)を利用して、無線通信部のフレームタイミングを規定するタイミング信号を作成する同期信号発生装置が設けられている。しかしながら、この同期信号発生装置では、常時ISDNに接続されている必要があり、ISDNに接続されない場合は、前記タイミング信号は得られなくなる。
一方、一般的な同期信号発生装置(または基準周波数発生装置)としては、特許文献1で示すように、GPS受信機から1秒間隔で出力されるパルス信号(以下、1PPS信号)と高精度な発振器(たとえばOCXO)とを使って、UTC(世界標準時)に同期した信号を出力するものが実現されている。その従来技術によれば、GPS受信機の故障や、衛星の位置、通信環境などによって、前記1PPS信号の妥当性が疑わしいときに、発振器からの信号を前記タイミング信号として用いるように構成されている。PHS基地局は市街地に多く設置されているが、このような環境ではマルチパスやノイズが発生し易く、前述したような問題が発生し易い。
特開平8−105984号公報
上述の従来技術では、バックアップ使用される発振器には、安定的に高い精度が要求され、たとえばフレームタイミングに10μsecまでのずれが許容できる場合、ルビジウム発振器などのように、10−9〜10−10の精度で、48時間程度は、前記発振器を自走させて、そのパルス信号をフレームタイミングを規定するために使用することができる。しかしながら、そのような高精度の発振器は、たとえば40〜50万円程度と非常に高価であり、サービスエリアが狭く、単位面積当りに多数設置する必要があるPHSの基地局には、大幅なコストアップを招くという問題がある。
本発明の目的は、フレームタイミングを規定するための信号の障害などに対して、低コストにバックアップを実現することができる無線通信システムを提供することである。
本発明の無線通信システムは、同期信号発生装置と無線通信部とを備えて成り、PHSの基地局となる複数の無線通信装置が、通信回線を介して管理センターに接続されて成る無線通信システムにおいて、前記同期信号発生装置は、前記無線通信部に対して、そのフレームタイミングを規定する第1のタイミング信号を発生する発振器と、予め定める信号を受信することで、その受信信号に基づいて第2のタイミング信号を発生する基準信号発生器と、前記第2のタイミング信号によって第1のタイミング信号を較正する較正手段と、隣接する無線通信装置からの制御信号を受信し、フレームタイミングを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果と自局のフレームタイミングとを比較し、自局のフレームタイミングがずれているときには、前記無線通信部による無線通信端末との通信動作を休止させる通信制御手段とを含み、前記通信制御手段は、他局のフレームタイミングの異常を検出すると、通信手段から前記通信回線を介して管理センターに通知し、その管理センターからの指令によって、対象の無線通信装置の通信動作を休止させることを特徴とする。
上記の構成によれば、同期信号発生装置と無線通信部とを備えて成り、PHS基地局として使用される複数の無線通信装置が、通信回線を介して管理センターに接続されて成る無線通信システムにおいて、前記同期信号発生装置、ハンドオーバーなどの前記無線通信端末の円滑な通信を実現するために、互いのエリアの少なくとも一部が重なる隣接する無線通信装置とのフレームタイミングを同期させる。そのため該同期信号発生装置は、無線通信部のフレームタイミングを規定する第1のタイミング信号を発生する発振器を備えるとともに、予め定める信号を受信することで、たとえばISDNクロックや、GPS衛星の信号からUTC(世界標準時)に同期した1秒間隔のパルス信号(1PPS信号)を作成するなどして、第2のタイミング信号を作成する基準信号発生器および前記第2のタイミング信号によって第1のタイミング信号を較正する較正手段を備えて構成される
さらに前記同期信号発生装置には、隣接する無線通信装置からの制御信号を受信し、フレームタイミングを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果と自局のフレームタイミングとを比較し、自己診断して自局のフレームタイミングがずれているときには、前記無線通信部による無線通信端末との通信動作を休止させる通信制御手段とを設ける。自局のフレームタイミングがずれているかどうかの判定は、隣接する複数の無線通信装置からの制御信号を受信し、予め定める閾値以上のフレームタイミングのずれが検出される無線通信装置が、総ての場合は自局が異常であると判定し、そうでない場合はその相手の無線通信装置が異常であると判定することで実現することができる。また、前記通信動作の休止は、前記発振器の停止や、送信アンプの電源を停止することなどで実現することができる。
したがって、前記第2のタイミング信号による最後の較正から、発振器の自走時間が長くなり、前記第1のタイミング信号に所定値以上の誤差が蓄積されると、無線通信部による通信動作が休止されるので、無線通信ネットワークに与える影響を小さくすることができる。これによって、前記発振器にむやみに精度の高いものを使用する必要はなく、安価な電圧制御発振器(VCXO)などを使用しても、前記予め定める信号の短時間の受信障害などに対して、第1のタイミング信号のバックアップを実現することができ、前記検出手段が増加しても、トータルとして同期信号発生装置のコストを大幅に削減することができる。
また、前記通信制御手段は、他局のフレームタイミングの異常を検出すると、通信手段から前記通信回線を介して管理センターに通知し、その管理センターからの指令によって、対象の無線通信装置の通信動作を休止させるので、安価な発振器による第1のタイミング信号の狂いを相互監視することができ、異常が生じている無線通信装置の自己診断によって異常が判定されなくても、他の無線通信装置によって判定されると、管理センター経由で通信動作が休止されるので、信頼性を向上することができる。
さらにまた、PHSの基地局は、各局のサービスエリアの狭さから、単位面積当りに多数設置する必要があるので、前記のような大幅なコストダウンは非常に有効である。
また、本発明の無線通信システムでは、前記発振器は、電圧制御発振器と、その電圧制御発振器の出力信号の周波数を1Hzに変換して、1秒間隔のパルス信号を作成する周波数変換手段とを備えて成り、前記基準信号発生器は、第2のタイミング信号として、GPS衛星からの信号を受信して世界標準時に同期した1秒間隔のパルス信号を作成するGPS受信機であり、前記較正手段は、前記GPS受信機からのパルス信号と周波数変換手段からのパルス信号との時間差を測定する時間間隔測定手段と、前記時間間隔測定手段で得られた時間差を小さくするような制御量を算出する制御手段と、前記制御手段で算出された制御量を電圧に変換し、前記電圧制御発振器に与えるデジタル/アナログ変換手段とを備えて構成されることを特徴とする。
上記の構成によれば、較正手段を通常のPLLの安価な構成で実現することができる。
さらにまた、本発明の無線通信システムでは、前記検出手段は、受信レベルが予め定める値以下の無線通信装置からの制御信号は前記フレームタイミングの検出から除外する受信レベル判定手段を備えることを特徴とする。
上記の構成によれば、前記検出手段に受信レベル判定手段を設け、受信レベルが予め定める値以下で、自局から比較的遠くにあると思われる無線通信装置からの制御信号を前記フレームタイミングの検出から除外することで、伝搬遅延の影響が小さい比較的近隣の無線通信装置からの制御信号だけでフレームタイミングの比較を行うようになり、前記通信制御手段におけるフレームタイミングのずれの判定精度を向上することができる。
また、本発明の無線通信システム、前記通信制御手段は、通信手段から前記通信回線を介して管理センターにアクセスし、隣接する無線通信装置から自局への前記制御信号の伝搬遅延時間に関する情報を取得し、その情報に基づいて、前記検出手段で検出されたフレームタイミングを補正するフレームタイミング補正手段をさらに備えることを特徴とする。
上記の構成によれば、前述のようにフレームタイミングのずれを判定するにあたって、フレームタイミング補正手段によって隣接する無線通信装置との間の距離などの影響による前記制御信号の伝搬遅延を補正するので、判定精度を向上することができる
本発明の無線通信システムは、以上のように、同期信号発生装置と無線通信部とを備えて成り、PHSの基地局となる複数の無線通信装置が、通信回線を介して管理センターに接続されて成る無線通信システムにおいて、前記同期信号発生装置は、ハンドオーバーなどの前記無線通信端末の円滑な通信を実現するために、互いのエリアの少なくとも一部が重なる隣接する無線通信装置とのフレームタイミングを同期させるにあたって、無線通信部のフレームタイミングを規定する第1のタイミング信号を発生する発振器を備えるとともに、ISDNクロックやGPS衛星からの信号などの予め定める信号を受信することで、その受信信号に基づいて第2のタイミング信号を作成する基準信号発生器および前記第2のタイミング信号によって第1のタイミング信号を較正する較正手段と、隣接する無線通信装置からの制御信号を受信し、フレームタイミングを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果と自局のフレームタイミングとを比較し、自己診断して自局のフレームタイミングがずれているときには、前記無線通信部による無線通信端末との通信動作を休止させる通信制御手段とを含み、前記通信制御手段は、他局のフレームタイミングの異常を検出すると、通信手段から前記通信回線を介して管理センターに通知し、その管理センターからの指令によって、対象の無線通信装置の通信動作を休止させる
それゆえ、前記第2のタイミング信号による最後の較正から、発振器の自走時間が長くなり、前記第1のタイミング信号に所定値以上の誤差が蓄積されると、無線通信部による通信動作が休止されるので、無線通信ネットワークに与える影響を小さくすることができる。これによって、前記発振器にむやみに精度の高いものを使用する必要はなく、安価な電圧制御発振器(VCXO)などを使用しても、前記予め定める信号の短時間の受信障害などに対して、第1のタイミング信号のバックアップを実現することができ、前記検出手段が増加しても、同期信号発生装置のコストを大幅に削減することができる。
また、異常が生じている無線通信装置の自己診断によって異常が判定されなくても、他の無線通信装置によって判定されると、管理センター経由で、対象の無線通信装置の通信動作を休止させるので、安価な発振器による第1のタイミング信号の狂いを相互監視して、信頼性を向上することができる。
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の第1の形態に係る無線通信装置であるPHS基地局1の電気的構成を示すブロック図である。このPHS基地局1は、図2において参照符号A,B,Cで示すように、互いのサービスエリアSA,SB,SCの少なくとも一部が重なるように隣接して設置され、図示しない無線通信端末と通信を行う。
このPHS基地局1は、大略的に、無線通信部であるPHS通信部2およびPHSアンテナ3と、前記PHS通信部2におけるフレームタイミングを規定する第1のタイミング信号を発生する同期信号発生装置4とを備えて構成される。同期信号発生装置4は、前記第1のタイミング信号を発生する発振器10と、予め定める信号であるGPS衛星からの信号を受信することで、その受信信号に基づいて第2のタイミング信号を発生する基準信号発生器20と、前記第2のタイミング信号によって第1のタイミング信号を較正する較正部30と、隣接するPHS基地局からの制御信号を受信し、フレームタイミングを検出する検出手段であるPHSアンテナ40と、前記PHSアンテナ40の検出結果と自局のフレームタイミングとを比較し、自局のフレームタイミングがずれているときには、前記PHS通信部2による無線通信端末との通信動作を休止させる通信制御部41とを備えて構成される。
前記発振器10は、電圧制御発振器(VCXO)11と、それによって発生される信号を1秒間隔のパルス信号およびPHS通信部2が要求する前記第1のタイミング信号としての制御信号の周期である100msecに分周する周波数変換器12とを備えて構成される。前記電圧制御発振器11は、安価であり、その精度は、たとえば1ppmである。したがって、較正されずに10秒間自走すると、前記10μsecのPHS信号のフレームタイミングの誤差の許容範囲を超えてしまう。
前記基準信号発生器20は、GPS信号を受信するGPSアンテナ21と、その受信信号から、UTC(世界標準時)に同期した1PPS信号(1秒間隔のパルス信号)を、前記第2のタイミング信号として出力するGPS受信機22とを備えて構成される。この基準信号発生器20としては、GPS信号に限らず、ISDNクロックなどから、前記第2のタイミング信号を作成してもよい。
前記較正部30は、前記周波数変換器12からの1Hzのパルス信号と、前記GPS受信機22からの1PPS信号との時間差を測定する時間間隔測定部31と、前記時間間隔測定部31で得られた時間差を小さくするような制御量を算出する制御部32と、前記制御部32で算出された制御量を電圧(チューニング電圧)に変換し、前記電圧制御発振器11に与えるデジタル/アナログ変換器33とを備えて構成される通常のPLLの安価な構成で実現されている。この較正部30は、上述のようなPLLの動作を、チューニング電圧の制御によって変化した周波数変換器12からの1Hzのパルス信号の周波数で繰返す。
前記通信制御部41は、通常のPHS受信機と同等の機能を有し、前記電圧制御発振器11からの信号を動作クロックとして、PHSアンテナ40で受信した信号から制御信号に含まれるユニークワードで各PHS基地局のフレームタイミングを算出するフレームタイミング算出部42と、前記フレームタイミング算出部42で算出された各PHS基地局のフレームタイミング、すなわち自局のフレームタイミングとの差から、自局の異常を判定するフレームタイミング異常判定部43と、通常時は前記周波数変換器12からのPHS通信部2が要求する周波数の制御信号をPHS通信部2に送出して該PHS通信部2による通信を可能にし、前記フレームタイミング異常判定部43によって自局の異常が判定された場合は前記制御信号の送出を禁止して前記PHS通信部2による通信を不能にする出力制御スイッチ44とを備えて構成される。
前記フレームタイミング異常判定部43は、各PHS基地局のフレームタイミングと自局のフレームタイミングとの差を予め設定された値(閾値)と比較し、たとえば閾値より大きな基地局が全ての場合は自局のフレームタイミング(VCXOの周波数)が異常と判断し、それ以外の場合はその基地局(閾値より大きな基地局)のフレームタイミングが異常と判断することで、自局の異常判定を行うことができる。このような動作を制御信号の周期である100msec毎に行い、異常であれば制御信号の出力を停止させ、閾値より大きな局が無くなれば制御信号の出力を再開させる。なお、閾値より大きな基地局が全ての場合に異常と判定する理由は、1PPS信号の停止や間隔の変動が生じる主な原因は、マルチパスやノイズ等のためであり、このような異常が発生するのは局所的であり、隣接する複数のPHS基地局の総てで同時に発生することは考えられないためである。
また、前記PHS通信部2による通信を不能にするには、前記制御信号を停止するだけでなく、送信アンプへの電源供給を停止するようにしてもよい。
このように構成される同期信号発生装置4によって、互いのエリアの少なくとも一部が重なる隣接するPHS基地局とのフレームタイミングを同期させるにあたって、GPSの前記1PPS信号による制御信号の最後の較正から、発振器10の自走時間が長くなり、前記制御信号に所定値以上の誤差が蓄積されると、自己診断によって、PHS通信部2による無線通信端末との通信動作を休止させるので、無線通信ネットワークに与える影響を小さくすることができる。これによって、前記発振器10にむやみに精度の高いものを使用する必要はなく、安価な電圧制御発振器(VCXO)11などを使用しても、前記GPS信号の短時間の受信障害などに対して、制御信号のバックアップを実現することができる。これによって、高精度な前記ルビジウム発振器を用いる場合に比べて、PHSアンテナ40および通信制御部41の構成が増加することになるけれども、それらによるコスト増加分は1万円程度で済ますことができ、トータルとして同期信号発生装置4、ひいては無線通信装置であるPHS基地局1のコストを大幅に削減することができる。
また、PHS基地局A,B,Cの場合、各局のサービスエリアSA,SB,SCの狭さから、単位面積当りに多数設置する必要があるので、前記のような大幅なコストダウンは非常に有効である。
[実施の形態2]
図3は、本発明の実施の第2の形態に係る無線通信装置であるPHS基地局51の電気的構成を示すブロック図である。このPHS基地局51は、前述のPHS基地局1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このPHS基地局51では、同期信号発生装置4aの通信制御部41aに受信レベル判定部52が設けられており、この受信レベル判定部52は、フレームタイミング算出部42aで算出された隣接各基地局のフレームタイミング値と同時に得られた信号の受信レベルが、予め定める値以下の隣接基地局のタイミング値は、前記フレームタイミング異常判定部43に入力しないことである。すなわち、受信レベルの小さい基地局は、自局から比較的遠くにあると思われ、それからの制御信号は、伝搬遅延時間が大きく、異常でなくてもフレームタイミング値が大きくなると予想され、フレームタイミングの検出から除外する。
これによって、伝搬遅延の影響が小さい比較的近隣の基地局からの制御信号だけでフレームタイミングの比較を行うようになり、前記フレームタイミング異常判定部43におけるフレームタイミングのずれの判定精度を向上することができる。
[実施の形態3]
図4は、本発明の実施の第3の形態に係る無線通信システムであるPHSシステムの電気的構成を示すブロック図である。このPHSシステムは、複数のPHS基地局61に、管理センターであるPHS基地局情報管理センター62を備えて構成される。PHS基地局情報管理センター62は、各PHS基地局61の設置位置、各PHS基地局61間の電波状況(前記伝搬遅延、電界強度レベル等)などの各PHS基地局61に関する情報を管理している。
一方、PHS基地局62の同期信号発生装置4bにおいて、通信制御部41bには、前記PHS基地局情報管理センター62と通信を行うための通信部63に、フレームタイミング補正部64が設けられている。前記通信制御部41bは、PHS基地局情報管理センター62から、隣接する各基地局からの制御信号の伝搬遅延時間のデータを取得し、フレームタイミング補正部64に与える。フレームタイミング補正部64は、前記フレームタイミング算出部42で得られたフレームタイミングを、前記通信部63で取得された伝搬遅延時間で補正して、前記フレームタイミング異常判定部43に与える。なお、PHS基地局情報管理センター62から取得する情報は、隣接する基地局との間の制御信号の伝搬遅延時間のデータそのものでなくてよく、隣接する基地局と自局との位置(位置から距離を算出し電波の速度で割る)、或いは隣接する基地局と自局との距離などの前記伝搬遅延時間が明らかになるデータであればよい。
このように構成することで、制御信号のフレームタイミングのずれを判定するにあたって、フレームタイミング補正部64によって隣接する基地局との間の距離などの影響による前記制御信号の伝搬遅延を補正するので、判定精度を向上することができる。
[実施の形態4]
図5は、本発明の実施の第4の形態に係る無線通信システムであるPHSシステムの電気的構成を示すブロック図である。このPHSシステムは、複数のPHS基地局71に、管理センターである同期信号発生装置監視センター72を備えて構成される。同期信号発生装置監視センター72は、隣接基地局からの情報によって、各基地局の同期信号発生装置4cを監視する。
一方、PHS基地局72の同期信号発生装置4cにおいて、通信制御部41cには、前記PHS基地局情報管理センター62と通信を行うための通信部63cが設けられている。この通信部63cには、フレームタイミング異常判定部43cが接続されている。注目すべきは、このフレームタイミング異常判定部43cにおいて他のPHS基地局のフレームタイミング異常を検出すると、前記通信部63cを介してPHS基地局情報管理センター62へ通知が行われ、PHS基地局情報管理センター62は、その対象の基地局の通信部63cへ前記制御信号の出力を停止することを表す指令を出力し、これによってフレームタイミング異常判定部43cが異常を判定し、前記出力制御スイッチ44を切換えることである。
このように構成することで、安価な発振器10からの信号の狂いを相互監視することができ、異常が生じている基地局の自己診断によって異常が判定されなくても、他の基地局によって判定されると、PHS基地局情報管理センター62経由で通信動作が休止されることになり、信頼性を向上することができる。
本発明の実施の第1の形態に係る無線通信装置であるPHS基地局の電気的構成を示すブロック図である。 PHSシステムを示す図である。 本発明の実施の第2の形態に係る無線通信装置であるPHS基地局の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の第3の形態に係る無線通信システムであるPHSシステムの電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施の第4の形態に係る無線通信システムであるPHSシステムの電気的構成を示すブロック図である。
1,51,61,71;A,B,C PHS基地局
2 PHS通信部
3,40 PHSアンテナ
4,4a,4b,4c 同期信号発生装置
10 発振器
11 電圧制御発振器(VCXO)
12 周波数変換器
20 基準信号発生器
21 GPSアンテナ
22 GPS受信機
30 較正部
31 時間間隔測定部
32 制御部
33 デジタル/アナログ変換器
41,41a,41b,41c 通信制御部
42,42a フレームタイミング算出部
43,43c フレームタイミング異常判定部
44 出力制御スイッチ
52 受信レベル判定部
62 PHS基地局情報管理センター
63,63c 通信部
64 フレームタイミング補正部
72 同期信号発生装置監視センター
SA,SB,SC サービスエリア

Claims (4)

  1. 同期信号発生装置と無線通信部とを備えて成り、PHSの基地局となる複数の無線通信装置が、通信回線を介して管理センターに接続されて成る無線通信システムにおいて、
    前記同期信号発生装置は、
    前記無線通信部に対して、そのフレームタイミングを規定する第1のタイミング信号を発生する発振器と、
    予め定める信号を受信することで、その受信信号に基づいて第2のタイミング信号を発生する基準信号発生器と、
    前記第2のタイミング信号によって第1のタイミング信号を較正する較正手段と、
    隣接する無線通信装置からの制御信号を受信し、フレームタイミングを検出する検出手段と、
    前記検出手段の検出結果と自局のフレームタイミングとを比較し、自局のフレームタイミングがずれているときには、前記無線通信部による無線通信端末との通信動作を休止させる通信制御手段とを含み、
    前記通信制御手段は、他局のフレームタイミングの異常を検出すると、通信手段から前記通信回線を介して管理センターに通知し、その管理センターからの指令によって、対象の無線通信装置の通信動作を休止させることを特徴とする無線通信システム。
  2. 前記発振器は、電圧制御発振器と、その電圧制御発振器の出力信号の周波数を1Hzに変換して、1秒間隔のパルス信号を作成する周波数変換手段とを備えて成り、
    前記基準信号発生器は、第2のタイミング信号として、GPS衛星からの信号を受信して世界標準時に同期した1秒間隔のパルス信号を作成するGPS受信機であり、
    前記較正手段は、前記GPS受信機からのパルス信号と周波数変換手段からのパルス信号との時間差を測定する時間間隔測定手段と、前記時間間隔測定手段で得られた時間差を小さくするような制御量を算出する制御手段と、前記制御手段で算出された制御量を電圧に変換し、前記電圧制御発振器に与えるデジタル/アナログ変換手段とを備えて構成されることを特徴とする請求項1記載の無線通信システム
  3. 前記検出手段は、受信レベルが予め定める値以下の無線通信装置からの制御信号は前記フレームタイミングの検出から除外する受信レベル判定手段を備えることを特徴とする請求項1または2記載の無線通信システム
  4. 記通信制御手段は、通信手段から前記通信回線を介して管理センターにアクセスし、隣接する無線通信装置から自局への前記制御信号の伝搬遅延時間に関する情報を取得し、その情報に基づいて、前記検出手段で検出されたフレームタイミングを補正するフレームタイミング補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の無線通信システム。
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