(57)【要約】同期装置は基準信号生成部とリファレンス信号生成部と位相差検出部とを有している。基準信号生成部は、衛星からの時刻信号に同期したタイミングの基準信号を生成する。リファレンス信号生成部は、受信信号に同期したタイミングのリファレンス信号を生成する。位相差検出部は、リファレンス信号と基準信号の位相差を検出する。そして、基準信号生成部は、時刻信号が得られないとき、位相差に基づいて基準信号を制御する。
2012132089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星からの時刻信号に同期したタイミングと有する基準信号を生成する基準信号生成部と、
受信信号に同期したタイミングを有するリファレンス信号を生成するリファレンス信号生成部と、
前記リファレンス信号と前記基準信号の位相差を検出する位相差検出部と、を有し、
前記基準信号生成部は、前記時刻信号が得られないとき、前記位相差に基づいて前記基準信号を制御する、同期装置。
【請求項２】
前記位相差検出部は、前記時刻信号が得られている間に前記リファレンス信号の位相と前記基準信号の位相を統計処理することで前記位相差を予め検出し、
前記基準信号生成部は、前記時刻信号が得られないとき、前記リファレンス信号と前記基準信号の位相差を、前記位相差検出部で予め検出した前記位相差と一致させるように、前記基準信号を制御する、請求項１に記載の同期装置。
【請求項３】
前記基準信号生成部は、前記時刻信号が得られている間に前記基準信号の制御に用いているコントロール信号を統計処理して保持しておき、前記時刻信号が得られない状態では、保持しておいた前記コントロール信号に基づいて前記基準信号を制御し、前記時刻信号が得られない状態が所定の閾値時間を超えたら、前記位相差検出部で検出された前記位相差に基づいて、前記コントロール信号を補正する、請求項１または２に記載の同期装置。
【請求項４】
前記受信信号は、無線通信の基地局から送信された信号、放送用の信号、標準電波の信号のいずれか１つまたは複数または全てである、請求項１から３のいずれか一項に記載の同期装置。
【請求項５】
前記時刻信号はＧＰＳの信号である、請求項１から４のいずれか一項に記載の同期装置。
【請求項６】
衛星からの時刻信号に同期したタイミングを有する基準信号を生成し、
受信信号に同期したタイミングを有するリファレンス信号を生成し、
前記リファレンス信号と前記基準信号の位相差を検出し、
前記時刻信号が得られないとき、前記位相差に基づいて前記基準信号を制御する、同期方法。
【請求項７】
前記リファレンス信号と前記基準信号の位相差を継続的に測定して測定結果を統計処理し、
前記時刻信号が得られないとき、測定される位相差を、前記時刻信号が得られていたときの位相差と一致させるように、前記基準信号を制御する、請求項６に記載の同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの時刻信号に同期したタイミングを有する基準信号を生成する同期装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）またはＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）等の無線通信システムにおいては、基地局間の時刻同期をマイクロ秒以下の誤差で実現することが求められる。そのため、この種の無線通信システムを構成する装置ではＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた時刻取得が行われる（特許文献１参照）。【０００３】
しかし、ＧＰＳを用いて時刻取得を行う装置には、正確な時刻の取得の障害となる様々な要因がある。例えば、装置の経年劣化、または、アンテナを通じた雷害などによる故障などが懸念される。そのような障害によってＧＰＳ信号を受信できない状態が短時間あるいは長時間にわたり起こる可能性がある。【０００４】
例えば、ＧＰＳの時刻信号を元にしたタイミング信号を入力としたＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路で外部オシレータを制御する構成の同期装置は、ＧＰＳ衛星を捕捉できなくなった状態では、外部オシレータの周波数安定度のみによって時刻の精度を保持する。外部オシレータとして、ダブルオーブンのＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）のような高安定なものが選択されても、周波数安定度は１０−１０程度である。この安定度だと２４時間で約４．３μｓｅｃのずれが生じる計算になる。実際には、オシレータ自体の安定度の他に、周囲の電源およびコントロール電圧の安定度も影響するので、時刻のずれは更に大きい値となる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２２２４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、高精度の時刻同期が必要な無線通信システム等では、衛星からの時刻信号が受信できない状態となっても所望の時刻同期の精度を維持できるようにすることが求められている。【０００７】
本発明の目的は、衛星から時刻信号が得られなくなった場合の時刻同期の精度低下を防止する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の同期装置は、
衛星からの時刻信号に同期したタイミングを有する基準信号を生成する基準信号生成部と、
受信信号に同期したタイミングを有するリファレンス信号を生成するリファレンス信号生成部と、
前記リファレンス信号と前記基準信号の位相差を検出する位相差検出部と、を有し、
前記基準信号生成部は、前記時刻信号が得られないとき、前記位相差に基づいて前記基準信号を制御するものである。【０００９】
本発明の同期方法は、
衛星からの時刻信号に同期したタイミングの基準信号を生成し、
受信信号に同期したタイミングのリファレンス信号を生成し、
前記リファレンス信号と前記基準信号の位相差を検出し、
前記時刻信号が得られないとき、前記位相差に基づいて前記基準信号を制御するというものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、衛星から時刻信号が得られなくなった場合の時刻同期の精度低下を防止する技術を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の同期装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の同期装置１０の基本的な動作を示すフローチャートである。
【図３】本具体例の同期装置１０の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の同期装置の構成を示すブロック図である。これは本発明の基本的な構成の実施形態を示すものである。図１を参照すると、同期装置１０は、基準信号生成部１１、リファレンス信号生成部１２、および位相差検出部１３を有する。
【００１４】
基準信号生成部１１は、ＧＰＳ衛星から受信した時刻信号に同期したタイミングを有する基準信号を生成する。具体的には、基準信号生成部１１は、ＧＰＳ衛星からの信号を解析して時刻情報を取得し、その時刻に同期した１ＰＰＳ（Ｐｕｌｓｅ  ｐｅｒ  Ｓｅｃｏｎｄ）の基準信号を発生する。
【００１５】
また、基準信号生成部１１は、ＧＰＳ衛星から時刻信号を受信できないとき、リファレンス信号と基準信号との位相差に基づいて基準信号を制御する。なお、位相差は、位相差検出部１３にて検出される。例えば、基準信号生成部１１は、位相差検出部１３で検出された位相差に基づいて、基準信号の生成に用いている電圧制御発振器へのコントロール電圧の補正値を予測し、その補正値を、電圧制御発振器を制御するためのコントロール電圧に加算すればよい。基準信号生成部１１は、位相差検出部１３で検出された位相差が、ＧＰＳ衛星から時刻信号が受信できていたときに測定されて統計処理された位相差に一致するように、コントロール電圧の補正値を決めればよい。
【００１６】
リファレンス信号生成部１２は、ＧＰＳ衛星からの信号ではない他の信号を受信し、その受信信号に同期したタイミングを有するリファレンス信号を生成する。例えば、リファレンス信号生成部１２は、ＣＤＭＡまたはＷｉＭＡＸ等の無線通信システムの基地局からの信号を受信し、その受信信号に同期したリファレンス信号を生成してもよい。あるいは、リファレンス信号生成部１２は、テレビ等の放送局から発せられる放送信号を受信し、その受信信号に同期したリファレンス信号を生成してもよい。また、リファレンス信号生成部１２は、電波時計のための標準電波（ＪＪＹ）の信号を受信し、その受信信号に同期したリファレンス信号を生成してもよい。
【００１７】
位相差検出部１３は、リファレンス信号生成部１２が生成したリファレンス信号と、基準信号生成部１１が生成した基準信号との位相差を検出する。基準信号生成部１１は、ＧＰＳ衛星からの時刻信号を正常に受信できていれば、基準信号の生成を正常に行うことができる。また、リファレンス信号生成部１２も、該当する受信信号を正常に受信できていれば、リファレンス信号の生成を正常に行うことができる。位相差検出部１３は、リファレンス信号生成部１２によるリファレンス信号の生成と、基準信号生成部１１による基準信号の生成が共に正常に行われているときに、リファレンス信号と基準信号の位相差を継続的に測定する。そして、位相差検出部１３は、測定した位相差を平均化等で統計処理する。
【００１８】
位相差検出部１３で検出された位相差は、基準信号生成部１１がＧＰＳ衛星からの時刻信号を正常に受信できないときの基準信号の生成に用いられる。
【００１９】
本実施形態によれば、同期装置においてＧＰＳ衛星から時刻信号が得られなくなった場合の時刻同期の精度低下を防止することが可能となる。
【００２０】
図２は、本実施形態の同期装置１０の基本的な動作を示すフローチャートである。図２を参照すると、同期装置１０は、平常時は、ＧＰＳ衛星からの時刻信号に同期したタイミングの基準信号を生成する（ステップ１０１）。その間、同期装置１０は、ＧＰＳ衛星からではない他の受信信号に同期したタイミングのリファレンス信号をも生成し、リファレンス信号と基準信号の位相差を検出しておく。
【００２１】
そして、同期装置１０は、ＧＰＳ衛星からの時刻信号が受信されているか否かを監視する（ステップ１０２）。ＧＰＳ衛星からの時刻信号が受信されていれば、同期装置１０はステップ１０１に戻って処理を繰り返す。一方、時刻信号が受信されていないときには、同期装置１０は、検出しておいた位相差に基づいて基準信号を制御する。
【００２２】
なお、本実施形態では、基準信号生成部１１は、ＧＰＳ衛星からの時刻信号に同期したタイミングを有する基準信号を生成しているとき、その基準信号の制御に用いているコントロール信号を統計処理して保持しておき、時刻信号が得られない状態では、保持しておいたコントロール信号に基づいて基準信号を制御することにしてもよい。
【００２３】
更に、基準信号生成部１１は、時刻信号が得られない状態の継続時間が所定の閾値時間を超えたら、位相差検出部１３で検出された位相差に基づいて、そのコントロール信号を補正することにしてもよい。
【００２４】
（具体例）
本実施形態の同期装置１０の具体的な一構成例について説明する。
【００２５】
図３は、本具体例の同期装置１０の構成を示すブロック図である。
【００２６】
図３を参照すると、同期装置１０は、１ＰＰＳカウンタ２１、ＧＰＳ受信部２２、ＰＬＬ部２３、スイッチ２４、加算器２５、外部オシレータ（ＯＣＸＯ）２６、ＯＣＸＯモデリング部２７、コントロール電圧予測部２８、スイッチ２９、ＣＤＭＡ受信部３０、地上波アナログ放送受信部３１、標準電波受信部３２、位相差検出統計処理部３３〜３５、およびコントロール電圧補正値予測部３６を有している。
【００２７】
ＧＰＳ受信部２２は、ＧＰＳ衛星からの信号を受信して解析し、時刻を取得する。そして、ＧＰＳ受信部２２はその時刻に同期した１ＰＰＳ信号を生成して出力する。ＧＰＳ受信部２２は、現在時刻を通知する機能の他に、ＧＰＳ衛星を捕捉することが不可能となった場合に、その旨を通知する機能を持つ。ＧＰＳ受信部２２は、ＧＰＳ衛星を捕捉することが不可能となると、１ＰＰＳを正確なタイミングで出力できなくなる。
【００２８】
１ＰＰＳカウンタ２１は、外部オシレータ２６の出力を分周することによって、１ＰＰＳ信号を生成する。
【００２９】
ＰＬＬ部２３は、ＧＰＳ受信部２２からの１ＰＰＳ信号と、外部オシレータ２６の出力を分周した１ＰＰＳ信号との位相を比較する。ＰＬＬ部２３は、それらの位相差を統計処理により平均化し、平均化した位相差に応じた電圧信号を生成する。そして、ＰＬＬ部２３は、その電圧信号を、スイッチ２４および加算器２５を介してコントロール電圧として外部オシレータ２６に与える。
【００３０】
その結果、外部オシレータ２６は、ＧＰＳ衛星から時刻信号に基づく１ＰＰＳ信号を基準信号として、ＰＬＬ制御された状態となる。
【００３１】
ＰＬＬ制御が正常に動作中の外部オシレータ２６へのコントロール電圧は、ＣＰＵにより構成されたＯＣＸＯモデリング部２７によってモニタされる。ＯＣＸＯモデリング部２７は、コントロール電圧について平均化の統計処理を施す。ＯＣＸＯモデリング部２７は、平均化の統計処理の結果を、コントロール電圧予測値として、コントロール電圧予測部２８のメモリに記録する。
【００３２】
さらに、上記ＰＬＬ制御は、外部からの設定によってスイッチ２４をＰＬＬ部２３側からコントロール電圧予測部２８側に切り替えることで一時停止状態を保持できるようになっている。ＧＰＳ受信部２２からＧＰＳ衛星を補足できなくなったことが通知されると、スイッチ２４の接続先がＰＬＬ部２３からコントロール電圧予測部２８に切り替わり、ＰＬＬ制御が一時停止される。そして、コントロール電圧予測部２８に記録されている値が外部オシレータ２６へのコントロール電圧として入力される。
【００３３】
ＣＤＭＡ受信部３０は、ＣＤＭＡ受信回路を持ち、ＣＤＭＡ基地局からの受信信号を解析して同期信号を検出し、その検出結果から同期パルスを生成して出力する。
【００３４】
また、地上波アナログ放送受信部３１は、地上波アナログ放送の受信回路を持ち、受信した地上波アナログ放送の信号から水平同期信号を検出し、その検出結果から同期パルスを生成して出力する。
【００３５】
また、標準電波受信部３２は、ＪＪＹの標準電波受信回路を持ち、標準電波の受信信号を解析して同期信号を検出し、その検出結果から同期パルスを生成して出力する。
【００３６】
同期装置１０には、ＣＤＭＡ受信部３０と地上波アナログ放送受信部３１と標準電波受信部３２の全てが備えられる必要はなく、その中の１つあるいは複数が備えられた構成でもよい。
【００３７】
また、同期装置１０には、不図示のＷｉＭＡＸ受信部が備えられていてもよい。その場合、ＷｉＭＡＸ受信部は、ＷｉＭＡＸ信号の受信回路を持ち、受信信号を解析して同期信号を検出し、その検出結果から同期パルスを生成して出力する。
【００３８】
ＣＤＭＡ受信部３０と地上波アナログ放送受信部３１と標準電波受信部３２とＷｉＭＡＸ受信部から出力される補正用リファレンス信号（同期パルス）は１秒の間隔のパルスである。この補正用リファレンス信号は、標準時刻と一致している絶対時刻を表す必要はない。また、補正用リファレンス信号は現在時刻の情報も含む必要もない。
【００３９】
以下、位相差検出統計処理部３３〜３５およびコントロール電圧補正値予測部３６の動作を含めて、本具体例の同期装置１０の動作について説明する。
【００４０】
（正常動作時：必要十分な数のＧＰＳ衛星が捕捉できている状態）
正常動作時には、外部オシレータ２６は、ＰＬＬ制御により、ＧＰＳ衛星からの信号に基づく１ＰＰＳ信号と同期する。これにより、正確な時刻情報と、タイミングパルスが得られる。この情報を元に例えば無線基地局間の高い精度の同期が実現される。
【００４１】
一方で、ＯＣＸＯモデリング部２７は、外部オシレータ２６のコントロール電圧をモニタし、その値を平均化する。ＯＣＸＯモデリング部２７は、平均化されたコントロール電圧を、コントロール電圧予測部２８のメモリに記録する。
【００４２】
さらに、ＣＰＵで構成された位相差検出統計処理部３３〜３５は、ＣＤＭＡ受信部３０と地上波アナログ放送受信部３１と標準電波受信部３２とＷｉＭＡＸ受信部等の補正用リファレンス信号生成回路からの補正用リファレンス信号の位相と、１ＰＰＳカウンタ２１からの外部オシレータ２６の出力を分周して生成された１ＰＰＳ信号の位相と、を比較し、それらの位相差を平均化してメモリに記録する。ここでは絶対時刻は検出されない。
【００４３】
（準正常動作時：設置環境等により、一時的にＧＰＳ衛星を捕捉できなくなった状態）
準正常動作時には、スイッチ２４がＰＬＬ部２３側からコントロール電圧予測部２８側に切り替わり、ＰＬＬ動作が一時停止し、正常動作時にコントロール電圧予測部２８に記録された値がコントロール電圧として外部オシレータ２６へ入力される。これにより、ある程度の短い時間であれば、外部オシレータ２６の周波数が安定度を損なうことはなく、所望の精度の１ＰＰＳ信号が継続的に出力させる。
【００４４】
（異常動作時：ＧＰＳアンテナ故障などにより、恒久的にＧＰＳ衛星を捕捉できなくなった状態）
一定時間以上にわたってＧＰＳ衛星の捕捉が不可能な状態が続いた場合、上述の準正常動作時と同様、ＰＬＬ動作を一時停止し、コントロール電圧予測部２８からのコントロール電圧を外部オシレータ２６に入力する。
【００４５】
それと同時に、位相差検出統計処理部３３〜３５は、補正用リファレンス信号生成回路からの補正用リファレンス信号の位相と、１ＰＰＳカウンタ２１からの外部オシレータ２６の出力を分周して生成された１ＰＰＳ信号の位相と、を比較して位相差を検出する。
【００４６】
そして、コントロール電圧補正値予測部３６は、異常動作時に位相差検出統計処理部３３〜３５で検出される位相差を、正常動作時にメモリに記録された位相差に一致させるようなコントロール電圧の補正値を出力する。具体的には、コントロール電圧補正値予測部３６は、異常動作時に位相差検出統計処理部３３〜３５で検出される位相差が、正常動作時にメモリに記録された位相差から統計的に有意な差を持っていたら、その差をなくすように外部オシレータ２６へのコントロール電圧に補正を加える。
【００４７】
なお、上述した補正用リファレンス信号と１ＰＰＳカウンタ２１からの１ＰＰＳ信号との比較には、補正用に用いる外部からの受信信号の種類によってバリエーションが存在する。
【００４８】
補正用信号として、ＣＤＭＡ基地局からの信号、または、ＷｉＭＡＸ基地局からの信号が用いられる場合、それら補正用信号自体にもその送信元の基地局においてＧＰＳによる時刻同期が用いられている。そのため、補正用のリファレンス信号と１ＰＰＳカウンタ２１からの１ＰＰＳ信号の周波数は一致している。しかし、基地局からの距離の違い等によって、位相差が生じるので、補正用のリファレンス信号と１ＰＰＳカウンタ２１からの１ＰＰＳ信号との比較が行われると、リファレンス信号と１ＰＰＳ信号には常時一定の位相差が観測される。したがって、この場合、位相差を単純に一定時間にわたって平均化し、えられた値を基準として、異常動作時にも、リファレンス信号と１ＰＰＳ信号にそれと同じ位相差が生じるように補正値が計算されればよい。
【００４９】
また、補正用信号として、地上波アナログ放送の水平同期信号が用いられる場合、補正用信号はＧＰＳの時刻に同期しているわけではない。そのため、長期間にわたって観測が行われると、補正用のリファレンス信号と１ＰＰＳカウンタ２１からの１ＰＰＳ信号との間にはドリフトが生じる。この場合、位相差のドリフト量の長期間にわたる観測結果をもとに、異常動作時には、正常動作時と同様のドリフトが生じるような位相差の変化が予測され、補正値が算出されていく。
【００５０】
また、補正用信号として、標準電波（ＪＪＹ）が用いられる場合、信号源の精度はＧＰＳと同等である。しかし、標準電波に用いられている電波（長波）の性質上、季節、気象、時間帯等の影響があり、また、不要な電波を誤検出したりする可能性が大きいため、観測値の信頼性の問題がある。このため、正常動作時の観測結果に対してメジアン平均の統計処理により誤検出等の影響を除去した上で、昼夜での揺らぎと更に長期の時間変化が記録される。そして、異常動作時には、補正用信号の一定時間以上の観測結果に対してメジアン平均処理を施し、更に揺らぎ等の時間変化を補正してから、その補正用信号と１ＰＰＳ信号との位相が比較される。そして、得られた位相差を元に外部オシレータ２６のコントロール電圧が補正される。
【００５１】
本具体例では、ＧＰＳ衛星が捕捉できなくなった状態でも、他のリファレンス信号との相関関係から、タイミングパルスの精度を一定以内に保ち続けることができる。リファレンス信号そのものからは、その信号源からの距離や受信環境などにより正確な時刻が得られない場合もある。しかし、ＧＰＳ衛星が捕捉されていた状態での位相差の情報を元に、ＧＰＳ衛星が捕捉できなくなった状態での補正データを算出するために、リファレンス信号は使用されるので、正確な時刻情報が出力される。これにより、ＧＰＳアンテナ故障等の不測の事態が生じたときに、機器の交換等までにある程度長時間がかかっても、高い精度の時刻同期が維持でき、例えば無線通信システムを停止させることなく運用できる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、本発明は、これらの実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、これらの実施形態を組み合わせて使用したり、一部の構成を変更したりしてもよい。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００５３】
この出願は、２０１１年３月２５日に出願された日本出願特願２０１１−０６７３２５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００５４】
１０  同期装置
１１  基準信号生成部
１２  リファレンス信号生成部
１３  位相差検出部
２１  ＰＰＳカウンタ
２２  ＧＰＳ受信部
２３  ＰＬＬ部
２４  スイッチ
２５  加算器
２６  外部オシレータ
２７  ＯＣＸＯモデリング部
２８  コントロール電圧予測部
２９  スイッチ
３０  ＣＤＭＡ受信部
３１  地上波アナログ放送受信部
３２  標準電波受信部
３３−３５  位相差検出統計処理部
３６  コントロール電圧補正値予測部
【図１】
2012132089.tif 000003
【図２】
2012132089.tif 000004
【図３】
2012132089.tif 000005
【国際調査報告】
2012132089.tif 000006
2012132089.tif 000007