(57)【要約】【課題】ホールドオーバー状態でも高精度なタイミング信号を生成することができる基準信号生成装置を提供する。【解決手段】基準信号生成装置は、外部からのリファレンス信号に基づいて基準信号を生成し、自走時には、予め設定した時間に、予め設定した量だけ基準信号の調整を行うことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からのリファレンス信号に基づいて基準信号を生成し、
自走時には、予め設定した時間に、予め設定した量だけ基準信号の調整を行うことを特徴とする基準信号生成装置。
【請求項２】
外部からのリファレンス信号に基づいて基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記基準信号を調整する時間を記憶している時間記憶部と、
前記基準信号を調整する量を記憶している調整量記憶部と、
前記リファレンス信号が遮断されて自走することを判断する自走判断部と、
前記自走判断部からの信号により自走を開始してから、前記調整する時間が経過したときに前記調整する量に基づいて前記基準信号の調整を行う調整制御部と、
を備えていることを特徴とする基準信号生成装置。
【請求項３】
前記基準信号生成部は、位相比較器、ループフィルター、発振器、および分周器を有することを特徴とする請求項２に記載の基準信号生成装置。
【請求項４】
前記発振器と前記分周器との間にあって前記調整制御部と接続している移相器を有することを特徴とする請求項３に記載の基準信号生成装置。
【請求項５】
前記調整制御部が前記分周器に接続していることを特徴とする請求項３に記載の基準信号生成装置。
【請求項６】
前記発振器が、温度制御型水晶発振器であることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の基準信号生成装置。
【請求項７】
過去の制御電圧信号を記憶している電圧記憶部を有し、前記記憶している制御電圧信号から周波数の高低を判別し、前記調整する量の加算減算を決定することを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載の基準信号生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準信号生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やスマートフォン等の広範囲なエリアで無線システムを提供する場合には、末端の機器にデータを送信するために複数の基地局が必要となる。これらの基地局では、仕様上、高精度な基準信号すなわち基準周波数信号やタイミング信号が必要となる。そして、このような基地局で用いられる基準信号生成装置は、人工衛星を利用したＧＰＳ（Global Positioning System）システムから得られる１ＰＰＳ（１ Pulse Per Second）のような高精度なリファレンス信号に自装置が発生する基準信号を同期させるように、電圧制御発振器に対して制御電圧信号を与えることで、高精度なタイミング信号を発生している。そして、基準信号生成装置では、ＧＰＳシステムから得られる１ＰＰＳと発振器の出力信号とを比較して、その差からＧＰＳシステムの１ＰＰＳに常に同期するように発振器の発振周波数制御を行っている。
【０００３】
ところで、このようにＧＰＳシステムから得られる１ＰＰＳのリファレンス信号を利用する場合、ＧＰＳシステムの人工衛星からのＧＰＳ信号を確実、且つ正確に受信し続けなければならない。しかしながら、ＧＰＳアンテナの設置位置や設置方向によりＧＰＳ信号が受信できなかったり、妨害波等によりＧＰＳ信号を正確に受信できなかったり、人工衛星からＧＰＳ信号が送信されなかったりした場合には、同期のための１ＰＰＳ信号を得ることができない。
【０００４】
特許文献１では、このような１ＰＰＳ信号の入力断の状態（以下では、ホールドオーバー状態と称す）になると、１ＰＰＳ信号に同期している時に発振器に与えられている制御電圧信号を記憶し、その制御電圧信号に基づいて、自走用の制御電圧信号を発振器に与えることで、ＧＰＳの１ＰＰＳ信号に代わる高精度なタイミング信号を発生させることができる基準信号発生装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５６６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＧＰＳシステムの１ＰＰＳは大気層や電離層の影響により変動することがあるため、特許文献１に記載の基準信号発生装置では、ＧＰＳ信号を受信中に変動した１ＰＰＳに同期させるための誤差を含む制御電圧信号を記憶してしまい、ホールドオーバー状態時に、誤差を含む制御電圧信号に基づいて基準信号を発生させるため、タイミング信号の精度を低下させる虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本適用例に係る基準信号生成装置は、外部からのリファレンス信号に基づいて基準信号を生成し、自走時には、予め設定した時間に、予め設定した量だけ基準信号の調整を行うことを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、ホールドオーバー状態になると、自走時に、予め設定した時間に、予め設定した量だけ基準信号の調整を行うので、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成することができる。また、自走時に、発振器を制御電圧信号で常時調整することがないため、短期的な特性である位相雑音等の特性劣化を低減することができる。
【００１０】
［適用例２］本適用例に係る基準信号生成装置は、外部からのリファレンス信号に基づいて基準信号を生成する基準信号生成部と、前記基準信号を調整する時間を記憶している時間記憶部と、前記基準信号を調整する量を記憶している調整量記憶部と、前記リファレンス信号が遮断されて自走することを判断する自走判断部と、前記自走判断部からの信号により自走を開始してから、前記調整する時間が経過したときに前記調整する量に基づいて前記基準信号の調整を行う調整制御部と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本適用例によれば、ホールドオーバー状態になると、リファレンス信号が遮断されて自走することを判断する自走判断部により自走を開始し、自走を開始してから時間記憶部に記憶されている調整する時間が経過すると、調整量記憶部に記憶されている調整する量に基づいて、基準信号の調整を行うので、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成することができる。また、自走時に、制御電圧を固定し周波数を維持させ、発振器を制御電圧信号で常時調整することがないため、短期的な特性である位相雑音等の特性劣化を低減することができる。
【００１２】
［適用例３］上記適用例に記載の基準信号生成装置において、前記基準信号生成部は、位相比較器、ループフィルター、発振器、および分周器を有することを特徴とする。
【００１３】
本適用例によれば、リファレンス信号に自装置が発生する基準信号を同期させるように、発振器に対して制御電圧信号を与えることで、高精度なタイミング信号を生成することができる。また、ホールドオーバー状態でも自走してタイミング信号を生成することができる。
【００１４】
［適用例４］上記適用例に記載の基準信号生成装置において、前記発振器と前記分周器との間にあって、前記調整制御部と接続している移相器を有することを特徴とする。
【００１５】
本適用例によれば、調整制御部が移相器に接続されていることで、ホールドオーバー状態になると、自走判断部からの信号により自走を開始し調整する時間が経過した後に、調整制御部の信号を移相器に送り、移相器において発振器から出力される周波数の位相に対し、調整量記憶部に記憶されている調整する量を調整するので、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成することができる。
【００１６】
［適用例５］上記適用例に記載の基準信号生成装置において、前記調整制御部が前記分周器に接続していることを特徴とする。
【００１７】
本適用例によれば、調整制御部が分周器に接続されていることで、ホールドオーバー状態になると、自走判断部からの信号により自走を開始し、調整する時間が経過した後に、調整制御部の信号を分周器に送り、分周器において出力発生タイミングを調整量記憶部に記憶されている調整する量に調整するので、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成することができる。
【００１８】
［適用例６］上記適用例に記載の基準信号生成装置において、前記発振器が、温度制御型水晶発振器であることを特徴とする。
【００１９】
本適用例によれば、基準信号生成装置周囲の温度が変化しても、温度制御型水晶発振器なので、温度変化の影響を受けない安定な周波数を出力することができ、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成することができる。
【００２０】
［適用例７］上記適用例に記載の基準信号生成装置において、過去の制御電圧信号を記憶している電圧記憶部を有し、前記記憶している制御電圧信号から周波数の高低を判別し、前記調整する量の加算減算を決定することを特徴とする。
【００２１】
本適用例によれば、記憶している制御電圧信号の傾向から発振器の周波数が高くなる傾向か低くなる傾向かを判断できるので、発振器のエージング特性の傾向が変化しても、調整量記憶部に記憶されている調整する量を加算又は減算して調整することができ、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基準信号生成装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る基準信号生成装置の第１の調整方法を説明する図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る基準信号生成装置の第２の調整方法を説明する図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る基準信号生成装置の概略構成を示す図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る基準信号生成装置の概略構成を示す図。
【図６】ループフィルターから出力される経過時間と制御電圧との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る基準信号生成装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明では、ＧＰＳを用いてリファレンス信号を取得する例を示すが、外部装置からリファレンス信号を取得してもよい。
【００２５】
本実施形態の基準信号生成装置１は、図１に示すように、基準信号生成部と、時間記憶部２５と、調整量記憶部２６と、自走判断部２３と、調整制御部２４と、を備えている。
外部からのリファレンス信号に基づいて基準信号となるタイミング信号を生成する基準信号生成部は、処理部（ＣＰＵ）２０に含まれる位相比較器２１およびループフィルター２２と、発振器３０と、移相器４０と、分周器５０と、を含んで構成されている。移相器４０は、発振器３０と分周器５０との間にあって、それぞれと接続されており、更に、調整制御部２４と接続されている。
【００２６】
時間記憶部２５にはタイミング信号を調整する時間が記憶されている。調整量記憶部２６にはタイミング信号を調整する量が記憶されている。自走判断部２３ではリファレンス信号が遮断された時に自走することが判断される。調整制御部２４では自走判断部２３からの信号により自走を開始してから、調整する時間が経過したときに調整する量に基づいてタイミング信号の調整が行われる。
【００２７】
この基準信号生成装置１にはＧＰＳ受信機１０が接続されており、ＧＰＳ受信機１０にはＧＰＳアンテナ１２が接続されている。ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳアンテナ１２で受信したＧＰＳ衛星１４から送信された測位用信号に基づいて航法メッセージ等の測位関連情報を取得するとともに、リファレンス信号である１ＰＰＳを生成し、基準信号生成装置１の位相比較器２１へ入力する。
【００２８】
位相比較器２１は、ＧＰＳ受信機１０が出力するリファレンス信号である１ＰＰＳと、分周器５０が出力する１Ｈｚの分周クロック信号であるタイミング信号との位相差を検出し、その位相差に基づく電圧レベルの位相差信号を生成してループフィルター２２へ出力する。
ループフィルター２２は、ローパスフィルター等により構成され、位相差信号の電圧レベルを時間軸上で平均化することで、制御電圧信号を生成して発振器３０へ出力する。
【００２９】
発振器３０は、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）等により構成され、生成された制御電圧信号を受け制御電圧を調整し、リファレンス信号と同期するクロック信号（周波数Ｆ）を移相器４０へ出力する。
移相器４０は、リファレンス信号を受信している状態ではクロック信号（周波数Ｆ）を調整する必要がないので動作しない。そのため、発振器３０から出力したクロック信号（周波数Ｆ）は移相器４０を通過し分周器５０に入力される。
分周器５０は、発振器３０が出力するクロック信号（周波数Ｆ）をＦ分周し、１Ｈｚの分周クロック信号であるタイミング信号を位相比較器２１へ出力する。
【００３０】
このように、基準信号生成装置１では、ＧＰＳシステムから得られる１ＰＰＳと発振器３０の出力信号とを比較して、その差からＧＰＳシステムの１ＰＰＳに常に同期するように発振器３０のクロック信号（周波数Ｆ）を制御して高精度なタイミング信号を生成している。
【００３１】
なお、発振器３０は電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）に代えて、温度制御型水晶発振器（ＴＣＸＯ）やダブルオーブンもしくはシングルオーブンの恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）を用いても良く、自走発振時に、外周の温度変化の影響を受け難く、周波数精度の高い１ＰＰＳを出力することができる。また、発振器３０は原子発振器を用いても良く、自走発振時に周波数精度のより高い１ＰＰＳを出力することができる。
【００３２】
次に、ＧＰＳアンテナ１２の設置位置や設置方向によりＧＰＳ信号が受信できなかったり、妨害波等によりＧＰＳ信号を正確に受信できなかったり、ＧＰＳ衛星１４からＧＰＳ信号が送信されなかったりした場合には、同期のための１ＰＰＳ信号を得ることができない。所謂、ホールドオーバー状態における基準信号生成装置１の動作について、図１〜図３を用いて詳細に説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る基準信号生成装置の第１の調整方法を説明する図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る基準信号生成装置の第２の調整方法を説明する図である。
【００３３】
ホールドオーバー状態となると、位相比較器２１にリファレンス信号が入力されないので、リファレンス信号が遮断されていると自走判断部２３が判断し、自走判断部２３から自走を開始する信号が調整制御部２４に入力される。
調整制御部２４では、自走を開始してから時間記憶部２５に記憶されている調整する時間Ｔ１が経過すると、調整量記憶部２６に記憶されている調整する量、所謂、発振器３０のエージング特性に伴うクロック信号（周波数Ｆ）の位相変化量に基づいて、基準信号である発振器３０が出力するクロック信号（周波数Ｆ）の位相を移相器４０において調整する。
【００３４】
ここで、タイミング信号の精度±１．５μｓ／８Ｈの仕様を有する基準信号生成装置１を一例として説明する。
基準信号生成装置１が生成するタイミング信号を調整する第１の調整方法について、図２を用いて説明する。図２は横軸に経過時間（ｈ）を、縦軸にタイミング信号の精度（μｓ）を示している。
先ず、リファレンス信号を受信している、所謂、ＧＰＳロックしている間は、１ＰＰＳと同期しているため、タイミング信号の精度は略０μｓである。ホールドオーバー状態になると、自走判断部２３の判断により処理部２０を介して発振器３０の自走発振を開始する。その後、発振器３０の有するエージング特性に基づいて、発振器３０から出力されるクロック信号（周波数Ｆ）がタイミング信号精度の下限側に変動し、自走を開始してから時間記憶部２５に記憶されている調整する時間Ｔ１である４時間を経過するとタイミング信号精度の仕様規格下限である−１．５μｓとなる。ここで、調整制御部２４から、調整量記憶部２６に記憶されている調整する量である位相変化量を移相器４０に出力しクロック信号（周波数Ｆ）の位相を調整することで、タイミング信号の精度を略０μｓとすることができる。
【００３５】
その後、更に時間記憶部２５に記憶されている調整する時間Ｔ１である４時間が経過すると、タイミング信号精度の仕様規格下限である−１．５μｓとなるので、再び、調整制御部２４から、調整量記憶部２６に記憶されている調整する量である位相変化量を移相器４０に出力しクロック信号（周波数Ｆ）の位相を調整しタイミング信号の精度を略０μｓとする。この動作は、リファレンス信号が受信されるまで、繰り返される。従って、基準信号生成装置１のタイミング信号の精度±１．５μｓ／８Ｈの仕様を満足することができる。
なお、タイミング信号の精度±１．５μｓ／８Ｈの仕様を有する基準信号生成装置１を一例として説明したが、タイミング信号の精度が±１．５μｓ／２４Ｈであったり、±５００ｎｓ／２４Ｈなどの場合であっても同様にタイミング信号を調整することができる。
【００３６】
次に、基準信号生成装置１が生成するタイミング信号を調整する第２の調整方法について、図３を用いて説明する。図３は図２と同様に、横軸に経過時間（ｈ）を、縦軸にタイミング信号の精度（μｓ）を示している。
リファレンス信号を受信している、所謂、ＧＰＳロックしている間は、１ＰＰＳと同期しているため、タイミング信号の精度は略０μｓである。ホールドオーバー状態になると、自走判断部２３の判断により自走を開始してから時間記憶部２５に記憶されている調整する時間Ｔ１である４時間を経過するとタイミング信号精度の仕様規格下限である−１．５μｓをオーバーしないように、調整制御部２４から、調整量記憶部２６に記憶されている調整する量である位相変化量（図２に示す第１の調整方法の２倍）を移相器４０に出力しクロック信号（周波数Ｆ）の位相を調整することで、タイミング信号の仕様規格上限である１．５μｓとする。
【００３７】
その後、更に時間記憶部２５に記憶されている調整する時間Ｔ２である８時間が経過すると、タイミング信号精度の仕様規格下限である−１．５μｓとなるので、再び、調整制御部２４から、調整量記憶部２６に記憶されている調整する量である位相変化量を移相器４０に出力しクロック信号（周波数Ｆ）の位相を調整しタイミング信号の仕様規格上限である１．５μｓとする。この動作は、リファレンス信号が受信されるまで、繰り返される。従って、基準信号生成装置１のタイミング信号の精度±１．５μｓ／８Ｈの仕様を満足することができる。
【００３８】
以上で述べたように、本実施形態の基準信号生成装置１は、外部からのリファレンス信号に基づいて基準信号を生成し、ホールドオーバー状態になると、自走して、予め設定した時間に、予め設定した量だけ基準信号であるタイミング信号の調整を行うので、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成することができる。また、自走時に、発振器３０を制御電圧信号で常時調整することがないため、短期的な特性である位相雑音等の特性劣化を低減することができる。
また、自走して、予め設定した時間にタイミング信号の調整を行う一例を説明したが、ホールドオーバー状態になったことを判断すると例えば＋１．５μｓ調整し、その後タイミング信号精度が−１．５μｓになるときに再び＋１．５μｓに戻す調整を行ってもよい。更に、ホールドオーバー状態になったときには−１．５μｓ調整し、その後タイミング信号精度が＋１．５μｓになるときに再び−１．５μｓに戻す調整を行ってもよい。
【００３９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る基準信号生成装置１ａについて、図４を参照して説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係る基準信号生成装置の概略構成を示す図である。
第２実施形態に係る基準信号生成装置１ａは、第１実施形態で説明した基準信号生成装置１とは、調整制御部２４ａの構成が異なる。
その他の構成等は、第１実施形態で上述した基準信号生成装置１と略同じであるため、同様の構成には同じ符号および符番を付して説明を一部省略して調整制御部２４ａについて説明する。
【００４０】
本実施形態の調整制御部２４ａは、分周器５０に接続されている。そのため、ホールドオーバー状態になると、自走判断部２３からの信号により自走を開始し、時間記憶部２５に記憶されている調整する時間が経過した後に、調整制御部２４ａの信号を分周器５０に送り、分周器５０において発振器３０から出力されたクロック信号（周波数Ｆ）の出力発生タイミングを、調整量記憶部２６に記憶されている調整する量、所謂調整する時間経過における出力タイミング時間に調整することで、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成する基準信号生成装置１ａを得ることができる。
【００４１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る基準信号生成装置１ｂについて、図５および図６を参照して説明する。
図５は、本発明の第３実施形態に係る基準信号生成装置の概略構成を示す図である。図６は、ループフィルターから出力される制御電圧と経過時間との関係を示すグラフである。
第３実施形態に係る基準信号生成装置１ｂは、第１実施形態で説明した基準信号生成装置１とは、調整制御部２４ｂの構成が異なる。
その他の構成等は、第１実施形態で上述した基準信号生成装置１と略同じであるため、同様の構成には同じ符号および符番を付して説明を一部省略して調整制御部２４ｂについて説明する。
【００４２】
本実施形態の調整制御部２４ｂは、ループフィルター２２で生成される過去の制御電圧信号を記憶している電圧記憶部２７と接続されている。電圧記憶部２７は、リファレンス信号を受信している、所謂、ＧＰＳロックしている間に、ループフィルター２２で生成される制御電圧信号を経過時間ごとに記憶している。ループフィルター２２で生成される制御電圧信号である制御電圧（Ｖcont）が、例えば、図６に示すように、経過時間とともに増加する傾向つまり（Ｖcont２−Ｖcont１）が正であれば、周波数が低下傾向で、制御電圧を＋（プラス）印加することで補正している。ホールドオーバー時は制御電圧を調整しないため、周波数は低下し、位相は＋（プラス）側にシフトするので、調整制御部２４ｂでは、発振器３０の出力するクロック信号（周波数Ｆ）の位相を−（マイナス）側になるように調整する。また、（Ｖcont２−Ｖcont１）が負であれば、逆に、発振器３０の出力するクロック信号（周波数Ｆ）の位相を＋（プラス）側になるように調整する。
更に、制御電圧の差が＋（プラス）か−（マイナス）だけではなく、差分量によって変動量を変えてもよい。例えば（Ｖcont２−Ｖcont１）＝１Ｖ（変動が大きい）のときは、補正量１．５μｓ×１とし、（Ｖcont２−Ｖcont１）＝０．５Ｖ（変動が小さい）のときには、補正量１．５μｓ×０．５とするように、補正値に対して可変させるパラメーターを（Ｖcont２−Ｖcont１）の差の大きさから可変させてもよい。
また、もしくは継時的に位相量を変化させてもよい。例えば周波数はエージングで徐々に枯れていくので、位相も同様に変化が小さくなり、１か月ごとに位相変動量を、最初は１．５μｓ、１か月後は１μｓ、２か月後は０．７μｓのように小さくしてもよい。
【００４３】
このような構成とすることで、電圧記憶部２７に記憶している制御電圧信号の傾向から発振器３０のクロック信号（周波数Ｆ）が高くなる傾向か低くなる傾向かを判断できるので、発振器３０のエージング特性の傾向が変化しても、調整量記憶部２６に記憶されている調整する量を加算又は減算して調整することができるので、ホールドオーバー状態でも高精度のタイミング信号を生成する基準信号生成装置１ｂを得ることができる。
なお、以上の説明では、ＧＰＳを用いてリファレンス信号を取得する例を示したが、ＧＰＳ以外にも準天頂衛星ＱＺＳＳやその他のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｎａｓｓ，Ｇａｌｉｌｅｏ，Ｂｅｉｄｏｕ）等であってもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…基準信号生成装置、１０…ＧＰＳ受信機、１２…ＧＰＳアンテナ、１４…ＧＰＳ衛星、２０…処理部、２１…位相比較器、２２…ループフィルター、２３…自走判断部、２４…調整制御部、２５…時間記憶部、２６…調整量記憶部、２７…電圧記憶部、３０…発振器、４０…移相器、５０…分周器。
【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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【図６】
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