事例「携帯基地局」とGPSタイミング技術

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携帯基地局を支えるGPSについて

携帯電話は1980年代の第1世代アナログ方式から1990年代の第2世代デジタル方式に移り、通話だけでなくメールやインターネットのサービスが開始されました。21世紀を迎えた第3世代CDMA方式では通信の高速化により画像伝送が可能となり、マルチメディアへとサービスが広がりました。更に、光通信の通信速度を目指す第4世代に並ぶ第3.9世代「LTE」のサービスが開始され、移動体に於いても光回線と同一のサービスを利用できる環境が整ってきています。このように無線通信の超高速化を実現する技術の側面には、GPSによるタイミング技術が通信の同期を支えています。
フルノGPS周波数発生器は携帯基地局の基準クロックとして、第3世代、3.5世代、3.9世代(LTE)へと継続して採用されています。また、海外に於いても、フルノGPSタイミングモジュールは高い信頼性を得て、主要基地局メーカ等に採用されています。フルノは、益々利便性が高まる世界の携帯通信網にGPSタイミング技術で貢献しています。

では、GPSの必要性とGPS受信異常の対応について説明します。

1. GPSの必要性について

周波数の定期的校正が不要になることでメンテナンスコストの削減も期待できますが、CDMA2000の通信システムでは、基地局間の同期にGPSタイミングを利用することが仕様に定められたことによります。GPS時刻同期によって、携帯ネットワークのハンドオーバーを円滑化しています。また、現在はWiMAXに代表される時分割方式(TDD)では送受の切替にもGPSタイミングが必須となっています。今まで携帯電話では周波数分割方式(FDD)が主流でしたが、3.9世代のLTEではFDD方式だけでなく、GPSが必須となるTDD方式(TD-LTE)も双方可能とするメーカが世界で広がっています。

2. GPS受信異常の対応について

GPSの電波は常に安定して受信できるとは限りません。基地局の設置環境によって様々な妨害波が存在します。予期しない外来ノイズによってGPS信号が途絶えたとしてもタイミングを保証することが必要です。また、雷などによりアンテナ系の故障あるいは破損に至った場合でも、保守できる時間を保証する必要があります。
GPS電波が途絶えるということは、発振器の精度でタイミングを維持することになります。発振器のみで要求されるタイミング精度を保証するには、高価な発振器を必要としますし大型化が避けられません。これを解決するには、GPSで制御する発振器の特性を知り尽くすことが必要です。発振器はエージングや温度によって変動しますので、その変動を如何に補正して抑えるかという技術が必要です。フルノの発振器補正技術は、発振器が持つ性能を数十倍に引き上げます。この技術によって、大型で高価な発振器の性能を小型で安価な発振器で実現します。

開始25℃基準、上限75℃、下限-20℃で温度サイクルさせた場合の周波数変動
グラフをご覧の通り、優れた補正効果が一目瞭然です。

 

2. GPS受信異常の対応について

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