(57)【要約】  【課題】  ＩＰネットワークを用いた周波数同期の確立を実現する新規な周波数同期装置を提供する。  【解決手段】  マスター装置１０２とスレーブ装置１０３との間でクロック周波数を同期させる周波数同期装置１０は、マスター装置１０２のクロック周波数に対するスレーブ装置１０３のクロック周波数のずれである周波数オフセットＯを算出する周波数オフセット算出部１２と、周波数オフセットＯに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットＯresと、スレーブ装置１０３において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間Ｔを算出する同期タイミング算出部１４とを備えている。【選択図】  図１
2016119497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させる周波数同期装置であって、
前記マスター装置のクロック周波数に対する前記スレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部と、
前記周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部と、
を備えたことを特徴とする周波数同期装置。
【請求項２】
前記スレーブ装置は、前記周波数オフセットに基づく制御電圧値を制御電圧に変換して出力する変換部と、前記制御電圧に基づいて前記スレーブ装置のクロック周波数を調整する周波数調整部とを備え、
前記調整可能な最小の周波数単位は、前記変換部における変換の分解能であることを特徴とする請求項１に記載の周波数同期装置。
【請求項３】
前記スレーブ装置は、前記周波数オフセットに基づく制御電圧値を制御電圧に変換して出力する変換部と、前記制御電圧に基づいて前記スレーブ装置のクロック周波数を調整する周波数調整部とを備え、
前記調整可能な最小の周波数単位は、前記周波数調整部において調整可能な最小の周波数単位であることを特徴とする請求項１に記載の周波数同期装置。
【請求項４】
前記同期タイミング算出部は、前記残存周波数オフセットが蓄積して前記調整可能な最小の周波数単位になるまでの時間を、前記インターバル時間として算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の周波数同期装置。
【請求項５】
前記インターバル時間を補正するための補正時間を調整する補正時間調整部をさらに備え、
前記周波数オフセット算出部は、前記インターバル時間ごとに、複数の周波数オフセットを順次算出し、
前記補正時間調整部は、順次算出される前記複数の周波数オフセットのいずれにおいて、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位になったかに基づいて、前記補正時間を調整し、
前記同期タイミング算出部は、前記補正時間を用いて前記インターバル時間を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数同期装置。
【請求項６】
前記補正時間調整部は、前記複数の周波数オフセットの最初の周波数オフセットにおいて、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位以上になっている場合には、前記インターバル時間が短くなるように前記補正時間を調整することを特徴とする請求項５に記載の周波数同期装置。
【請求項７】
前記補正時間調整部は、前記複数の周波数オフセットのＮ（Ｎは２以上の自然数）番目以降の周波数オフセットにおいて、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位になった場合には、前記補正時間を（Ｎ−１）×所定時間の時間短くなるように前記補正時間を調整することを特徴とする請求項５に記載の周波数同期装置。
【請求項８】
前記補正時間調整部は、前記複数の周波数オフセットに関して、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とならなかった場合には、前記スレーブ装置での周波数オフセット算出を継続して実行させることを特徴とする請求項５に記載の周波数同期装置。
【請求項９】
ＩＰネットワークを介してマスター装置としての無線基地局と接続されることにより、前記マスター装置としての無線基地局とともにＳＦＮにより放送を行うスレーブ装置としての無線基地局であって、
前記マスター装置としての無線基地局のクロック周波数に対する周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部と、
前記周波数オフセットに基づく制御電圧値を制御電圧に変換して出力する変換部と、
前記制御電圧に基づいて前記スレーブ装置としての無線基地局のクロック周波数を調整する周波数調整部と、
前記周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部と、
前記インターバル時間を前記マスター装置としての無線基地局に通知する通信部と、
を備えたことを特徴とするスレーブ装置としての無線基地局。
【請求項１０】
マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させるための同期処理のタイミングを算出する周波数同期装置のコンピュータを、
前記マスター装置のクロック周波数に対する前記スレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部、及び
前記周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部、
として機能させるための周波数同期プログラム。
【請求項１１】
マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させるための同期処理のタイミングを算出する周波数同期方法であって、
前記マスター装置のクロック周波数に対する前記スレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出ステップと、
前記周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出ステップと、
を含むことを特徴とする周波数同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させるための同期処理のインターバル時間を算出する周波数同期装置、周波数同期プログラム、及び周波数同期方法、並びにスレーブ装置としての無線基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、アナログテレビの電波空き帯域であるＶＨＦ(Very-High Frequency)−ｌｏｗ帯やＵＨＦ帯（Ultra-High Frequency）の地上波デジタル放送における未使用チャネルを利用した放送システムが提案されている。このような放送システムは、例えば防災及び被災時のための放送システムとして有用であり、すでに一部地域で実証実験が行われている。
【０００３】
このような放送システムでは、ＩＰネットワークで接続された複数の無線基地局を設置してカバーエリアを重複させることで、広域をカバーしている。この場合に、複数の無線基地局で同一の周波数を用いるＳＦＮ（Single Frequency Network）を採用すると、周波数利用効率の観点から有利である。
【０００４】
ＳＦＮは、例えば警察無線などの無線システムで実用化されている。しかしながら、ＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting - Terrestrial）のようなＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調を用いる放送システムでは、クロック周波数のわずかなずれがあるだけでも、サブチャネル間の符号間干渉が起こってしまうため、無線基地局間の精密な周波数同期が要求される。
【０００５】
上記のようにＩＰネットワークで接続された複数の無線基地局でＳＦＮにより広帯域をカバーする放送システムでは、一の無線基地局をマスター装置とし、他の無線基地局をスレーブ装置として、複数の無線基地局のクロック周波数を同期させる。同期を確立する方式として、放送中継方式があるが、この方式では回り込みキャンセラが必要となり、コスト高となる。また、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いる方式もあるが、この方式ではＧＰＳ電波を受信可能な場所に無線基地局を設置しなければならないという制約がある。
【０００６】
よって、ＩＰネットワークを用いて安価に無線基地局間の同期を実現することが望ましい。ＩＰネットワークを用いた同期確立では、マスター装置から同期パケットを送信し、スレーブ装置にてこれを受信することで、スレーブ装置においてマスター装置とのクロック周波数の同期をとる。
【０００７】
このような同期の確立は、引込み速度（同期を確立するまでに要する時間）が遅いという問題がある。特に、装置を起動したときやネットワーク断から復帰したときには、同期確立に時間がかかる。従って、上記のように、クロック周波数の精密な同期が要求される場合には、同期パケットの送信間隔を短くして、同期パケットを大量に送信することで、同期確立までの時間を短くする必要がある。しかしながら、同期パケットの送信間隔を短くして大量の同期パケットを送信すると、ネットワーク帯域を圧迫してしまう。
【０００８】
同期パケット数を抑えて精密にクロック周波数を同期する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。この技術では、スレーブ装置は、マスター装置から受信したパケットから送信源クロックを再生し、一度時刻を合わせた後は、その再生クロックで時刻を進める。これにより、時刻を合わせた後は時刻がずれにくくなるため、同期パケット数を少なくできる。送信源クロックの再生によって、クロック周波数の同期も行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１１８１７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の技術では、経路上のすべての中継装置がクロック同期に対応してなければならず、従って、既存の中継装置を利用することはできない。また、スレーブ装置も、そのハード構成上、クロック再生のための構成を備える必要があり、コスト高となる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ＩＰネットワークを用いた周波数同期の確立を実現する新規な周波数同期装置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】
【００１２】
本発明の周波数同期装置は、マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させる周波数同期装置であって、前記マスター装置のクロック周波数に対する前記スレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部と、前記周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部とを備えた構成を有している。
【００１３】
本発明の無線基地局は、ＩＰネットワークを介してマスター装置としての無線基地局と接続されることにより、前記マスター装置とともにＳＦＮにより放送を行うスレーブ装置としての無線基地局であって、前記マスター装置としての無線基地局のクロック周波数に対する周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部と、前記周波数オフセットに基づく制御電圧値を制御電圧に変換して出力する変換部と、前記制御電圧に基づいて前記スレーブ装置としての無線基地局のクロック周波数を調整する周波数調整部と、前記周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部と、前記インターバル時間を前記マスター装置としての無線基地局に通知する通信部とを備えた構成を有している。
【００１４】
本発明の周波数同期プログラムは、マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させるための同期処理のタイミングを算出する周波数同期装置のコンピュータを、前記マスター装置のクロック周波数に対する前記スレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部、及び  前記周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部として機能させる。
【００１５】
本発明の周波数同期方法は、マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させるための同期処理のタイミングを算出する周波数同期方法であって、前記マスター装置のクロック周波数に対する前記スレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出ステップと、前記周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、前記スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出ステップとを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位に基づいて同期処理のインターバル時間が算出されるので、スレーブ装置においてクロック周波数の調整ができない時点での無駄な同期処理が行われることを回避でき、それによってネットワーク帯域にかける負荷を軽減でき、また、同期処理のインターバル時間が長くなりすぎて引き込み速度が遅くなることも回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における周波数同期装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態における放送システムの構成図
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるスレーブ装置においてクロック周波数を調整するための構成を示すブロック図
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるマスター装置とスレーブ装置との間の同調処理を説明する図
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるマスター装置とスレーブ装置との間の同調処理を説明する図
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるマスター装置とスレーブ装置による同調処理の動作のフロー図
【図７】本発明の第２の実施の形態における周波数同期装置の構成を示すブロック図
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるマスター装置とスレーブ装置との間の同調処理を説明する図
【図９】本発明の第２の実施の形態におけるマスター装置とスレーブ装置による同調処理の動作のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態の周波数同期装置を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。
【００１９】
実施の形態の周波数同期装置は、マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させる周波数同期装置であって、マスター装置のクロック周波数に対するスレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部と、周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部とを備えた構成を有している。
【００２０】
この構成により、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位に基づいて同期処理のインターバル時間が算出されるので、スレーブ装置においてクロック周波数の調整ができない時点での無駄な同期処理が行われることを回避でき、それによってネットワーク帯域にかける負荷を軽減でき、また、同期処理のインターバル時間が長くなりすぎて引き込み速度が遅くなることも回避できる。
【００２１】
スレーブ装置は、周波数オフセットに基づく制御電圧値を制御電圧に変換して出力する変換部と、制御電圧に基づいてスレーブ装置のクロック周波数を調整する周波数調整部とを備えていてよく、調整可能な最小の周波数単位は、変換部における変換の分解能であってよい。
【００２２】
この構成により、スレーブ装置の変換部の分解能に応じてインターバル時間を算出できる。
【００２３】
スレーブ装置は、周波数オフセットに基づく制御電圧値を制御電圧に変換して出力する変換部と、制御電圧に基づいてスレーブ装置のクロック周波数を調整する周波数調整部とを備えていてよく、調整可能な最小の周波数単位は、周波数調整部において調整可能な最小の周波数単位であってよい。
【００２４】
この構成によっても、周波数調整部において調整可能な最小の周波数単位に応じてインターバル時間を算出できる。
【００２５】
同期タイミング算出部は、残存周波数オフセットが蓄積して調整可能な最小の周波数単位になるまでの時間を、インターバル時間として算出してよい。
【００２６】
この構成により、スレーブ装置においてクロック周波数の調整ができる最短のインターバルを算出できる。
【００２７】
上記の周波数同期装置は、インターバル時間を補正するための補正時間を調整する補正時間調整部をさらに備えていてよく、周波数オフセット算出部は、インターバル時間ごとに、複数の周波数オフセットを順次算出してよく、補正時間調整部は、順次算出される複数の周波数オフセットのいずれにおいて、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位になったかに基づいて、補正時間を調整してよく、同期タイミング算出部は、補正時間を用いてインターバル時間を補正してよい。
【００２８】
この構成により、スレーブ装置におけるクロック周波数調整のための構成の個体差に基づく誤差やネットワーク遅延の揺らぎによる誤差を補正して、インターバル時間を算出できる。
【００２９】
補正時間調整部は、複数の周波数オフセットの最初の周波数オフセットにおいて、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位以上になっている場合には、インターバル時間が短くなるように補正時間を調整してよい。
【００３０】
この構成により、インターバル時間が長すぎる場合に、それを短くするよう調整できる。
【００３１】
補正時間調整部は、複数の周波数オフセットのＮ（Ｎは２以上の自然数）番目以降の周波数オフセットにおいて、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位になった場合には、補正時間を（Ｎ−１）×所定時間の時間短くなるように前記補正時間を調整してよい。
【００３２】
この構成により、インターバル時間が短い場合に、それを長くするように補正できる。
【００３３】
補正時間調整部は、複数の周波数オフセットに関して、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とならなかった場合には、スレーブ装置での周波数オフセット算出を継続して実行させてよい。
【００３４】
この構成により、インターバル時間が短い場合に、それを長くするように補正できる。
【００３５】
実施の形態の無線基地局は、ＩＰネットワークを介してマスター装置としての無線基地局と接続されることにより、マスター装置としての無線基地局とともにＳＦＮにより放送を行うスレーブ装置としての無線基地局であって、マスター装置としての無線基地局のクロック周波数に対する周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部と、周波数オフセットに基づく制御電圧値を制御電圧に変換して出力する変換部と、制御電圧に基づいてスレーブ装置としての無線基地局のクロック周波数を調整する周波数調整部と、周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部と、インターバル時間をマスター装置としての無線基地局に通知する通信部とを備えた構成を有している。
【００３６】
この構成によっても、スレーブ装置としての無線基地局において調整可能な最小の周波数単位に基づいて同期処理のインターバル時間が算出されるので、スレーブ装置としての無線基地局においてクロック周波数の調整ができない時点での無駄な同期処理が行われることを回避でき、それによってネットワーク帯域にかける負荷を軽減でき、また、同期処理のインターバル時間が長くなりすぎて引き込み速度が遅くなることも回避できる。
【００３７】
実施の形態の周波数同期プログラムは、マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させるための同期処理のタイミングを算出する周波数同期装置のコンピュータを、マスター装置のクロック周波数に対すスレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出部、及び周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出部として機能させる。
【００３８】
この構成によっても、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位に基づいて同期処理のインターバル時間が算出されるので、スレーブ装置においてクロック周波数の調整ができない時点での無駄な同期処理が行われることを回避でき、それによってネットワーク帯域にかける負荷を軽減でき、また、同期処理のインターバル時間が長くなりすぎて引き込み速度が遅くなることも回避できる。
【００３９】
実施の形態の周波数同期方法は、マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させるための同期処理のタイミングを算出する周波数同期方法であって、マスター装置のクロック周波数に対するスレーブ装置のクロック周波数のずれである周波数オフセットを算出する周波数オフセット算出ステップと、周波数オフセットに収束係数を掛けた後に残存する残存周波数オフセットと、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位とに基づいて、次にクロック周波数を同期させるための同期処理を行うまでのインターバル時間を算出する同期タイミング算出ステップとを含む。
【００４０】
この構成によっても、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位に基づいて同期処理のインターバル時間が算出されるので、スレーブ装置においてクロック周波数の調整ができない時点での無駄な同期処理が行われることを回避でき、それによってネットワーク帯域にかける負荷を軽減でき、また、同期処理のインターバル時間が長くなりすぎて引き込み速度が遅くなることも回避できる。
【００４１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００４２】
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態における放送システムの構成図である。放送システム１００は、複数の無線基地局１０２、１０３、１０３がＩＰネットワーク１０１を介して互いに通信可能に接続されている。図２の例では、３つの無線基地局のみが示されているが、放送システム１００は、より多くの無線基地局を含むものであってよい。放送信号（コンテンツ信号、制御信号等）は、ＩＰネットワーク１０１を介して各無線基地局１０２、１０３、１０３に送信される。各無線基地局１０２、１０３、１０３は、送信装置として、放送信号を無線送信する。図示しない放送受信端末は、近くの無線基地局からの放送信号を受信して放送コンテンツを再生する。
【００４３】
各無線基地局１０２、１０３、１０３は、互いに重複するカバーエリアを有する。また、各無線基地局１０２、１０３、１０３は、同一の周波数ｆ１を用いたＳＦＮにより放送を行う。複数の無線基地局１０２、１０３、１０３のうち、１つの無線基地局１０２は同期確立においてマスター装置となり、他の無線基地局１０３は同期確立においてスレーブ装置となる。各スレーブ装置１０３が、マスター装置１０２と同期を合わせる（同調する）ことで、放送システム１００全体の同期が実現する。
【００４４】
図３は、スレーブ装置１０３において動作クロックの周波数（以下、「クロック周波数」という。）を調整するための構成を示すブロック図である。スレーブ装置１０３は、クロック周波数を調整するための構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）３２、及びＶＣＸＯ（Voltage-Controlled Crystal Oscillator：電圧制御型水晶発振器）３３を備えている。
【００４５】
ＣＰＵ３１は、クロック周波数を同期させるために、同期パケットに基づいてクロック周波数のずれを算出し、クロック周波数を調整するための制御電圧値を算出して、ＤＡＣ３２に出力する。ＤＡＣ３２は、制御電圧値を制御電圧に変換してＶＣＸＯ３３に出力する。ＶＣＸＯ３３は、制御電圧に応じて調整された動作クロックをＣＰＵ３１に供給する。ＤＡＣ３２は、変換部に相当し、ＶＣＸＯ３３は、周波数調整部に相当する。
【００４６】
図１は、本発明の第１の実施の形態の周波数同期装置の構成を示すブロック図である。周波数同期装置１０は、スレーブ装置１０３に備えられ、同期パケットの送信間隔を制御しつつ、ＩＰネットワーク１０１を介して接続されたマスター装置１０２との間で同期を確立する。周波数同期装置１０は、同期処理実行部１１、周波数オフセット算出部１２、周波数補正部１３、及び同期タイミング算出部１４を備えている。周波数同期装置１０は、ＣＰＵ３１がプログラムを実行することで実現されてよい。
【００４７】
周波数同期装置１０による周波数同期を確立するための処理（同調処理）を説明する前に、一般的な同調処理を説明する。図４は、マスター装置１０２とスレーブ装置１０３との間の同調処理を説明する図である。まず、マスター装置１０２は、スレーブ装置１０３に対して、同期メッセージを送信する（Ｓ４１）。マスター装置１０２は、続けて、マスター装置１０２のクロックで計測した同期メッセージ送信時刻ｔm(1)をフォローアップメッセージとして送信する（Ｓ４２）。これらの同期メッセージ及びフォローアップメッセージを「同期パケット」という。
【００４８】
スレーブ装置１０３は、同期メッセージを受信し、スレーブ装置１０３のクロックで計測した同期メッセージ受信時刻ｔs(1)を記録する。また、スレーブ装置１０３は、フォローアップメッセージを受信することで、マスター装置１０２における同期メッセージ送信時刻ｔm(1)を知って、これを記録する。
【００４９】
次の同期タイミングで、マスター装置１０２及びスレーブ装置１０３は上記と同様の処理を行う。即ち、マスター装置１０２は、同期メッセージを送信し（Ｓ４３）、その同期メッセージ送信時刻ｔm(2)をスレーブ装置１０３に通知する（Ｓ４４）。スレーブ装置１０３は、同期メッセージを受信した時刻ｔs(2)を記録するとともに、マスター装置１０２から通知された同期メッセージ送信時刻ｔ1´を記録する。
【００５０】
スレーブ装置１０３は、記録された同期メッセージ送信時刻ｔm(1)、ｔm(2)、及び同期メッセージ受信時刻ｔs(1)、ｔs(2)を用いて、ｔm(2)−ｔm(1)＝ｔs(2)−ｔs(1)となるようにクロック周波数を調整する。本実施の形態の周波数同期装置１０は、同期タイミングを制御しつつ、上記のような周波数同期確立の原理を利用してスレーブ装置１０３のクロック周波数をマスター装置１０２のクロック周波数に同期させる。以下、図１及び図５を参照して、本実施の形態の周波数同期装置１０の各構成の動作を説明する。
【００５１】
同期処理実行部１１は、マスター装置１０２との間で周波数同期を確立するための処理を実行する。図５に示すように、同期処理実行部１１は、各同期期間において、複数回の同期処理、即ち同期メッセージ及びフォローアップメッセージの送信を行う。なお、図５において、１本の矢印は１回の同期メッセージ送信とそれに対応するフォローアップメッセージの送信を表している。図５の例では、各同期期間Ｓnにおいて、４回の同期メッセージ及びフォローアップメッセージの送受信ｓ1(n)〜ｓ4(n)が行われる。
【００５２】
周波数オフセット算出部１２は、各回の同期メッセージ送信時刻ｔmk(n)とそれに対応する前の同期期間の同期メッセージ送信時刻ｔmk(n-1)及び同期メッセージ受信時刻ｔsk(n)とそれに対応する前の同期期間の同期メッセージ受信時刻ｔsk(n-1)に基づいて、各回の周波数オフセット（クロック周波数のずれ）Ｏk(n)を算出する。ここで、ｋは各同期期間における同期処理の回数であり、図５の例では、ｋ＝１、２、３、４である。具体的には、以下の式（１）を用いて周波数オフセットＯkを算出する。
Ｏk＝（ｔmk(n)−ｔmk(n-1)）−（ｔsk(n)−ｔsk(n-1)）    ・・・（１）
周波数オフセット算出部１２は、周波数オフセットＯk(n)の平均をとって、平均周波数オフセットＯavg(n)を算出し、周波数補正部１３に出力する。
【００５３】
周波数補正部１３は、平均周波数オフセットＯavg(n)に基づいて、クロック周波数を補正するための制御電圧値を算出して出力する。この制御電圧値は、図３を参照して説明した、ＣＰＵ３１から出力される制御電圧値に相当する。周波数補正部１３は、平均周波数オフセットＯavg(n)が小さくなるような制御電圧値を算出する。具体的には、周波数補正部１３は、平均周波数オフセットＯavg(n)を完全にゼロにする制御電圧値を算出するのではなく、発振させないように、平均周波数オフセットＯavg(n)に収束係数α（０＜α＜１）を掛けて制御電圧値を算出する。本実施の形態では、α＝０．９とする。
【００５４】
同期タイミング算出部１４は、次の同期期間Ｓn+1までのインターバル時間Ｔ(n)を算出する。具体的には、同期タイミング算出部１４は、平均周波数オフセットＯavg(n)に（１−α）を掛けた残存周波数オフセットＯres(n)が蓄積してＤＡＣ３２（図３参照）の分解能に達するまでの時間を次の同期期間までのインターバル時間Ｔ(n)として算出する。このようにインターバル時間Ｔ(n)を算出する理由を説明する。
【００５５】
上記のように、制御電圧値は平均周波数オフセットＯavg(n)に収束係数αを掛けた上で算出されているので、この制御電圧値に従って動作クロックを調整したとしても、平均周波数オフセットＯavg(n)×（１−α）に相当するクロック周波数のずれが残ることになる（残存周波数オフセットＯres(n)）。しかしながら、次の同期期間に同期処理を行って平均周波数オフセットを算出すると、それは残存周波数オフセット程度の大きさとなる。よって、そのような平均周波数オフセットに対応する制御電圧値をＤＡＣ３２に与えたとしても、それがＤＡＣ３２のクロック周波数を調整する際の調整可能な最小の周波数単位、即ちＤＡＣ３２の分解能よりも小さい値である場合には、ＤＡＣ３２は、ＶＣＸＯ３３の動作クロックを調整できる有意な制御電圧を出力することができない。その結果、ＶＣＸＯ３３はクロックを調整できないことになる。
【００５６】
即ち、残存周波数オフセットＯres(n)が蓄積してＤＡＣ３２の分解能に達する時間（以下、「有意な時間差」ともいう。）が経過する前に次の同期期間の処理を行ったとしても、それによって周波数同期をとるための動作クロックの調整は行われないことになり、そのような同期期間に送受信される同期パケットは無駄になる。そこで、同期タイミング算出部１４は、そのような無駄な同期パケットの送受信を回避すべく、有意な時間差として、上記のようにして次の同期期間までのインターバル時間Ｔを算出する。
【００５７】
算出されたインターバル時間Ｔ(n)は、予測時間応答として同期処理実行部１１からマスター装置１０２に送信され、マスター装置１０２はこのインターバル時間Ｔ(n)の経過後に、次の同期期間Ｓn+1の同期処理を開始する（同期メッセージを送信する）。すなわち、同期処理実行部１１は、インターバル時間Ｔ(n)をマスター装置１０２に通知する通信部に相当する。
【００５８】
図６は、マスター装置１０２とスレーブ装置１０３による同調処理の動作のフロー図である。まず、マスター装置１０２とスレーブ装置１０３は、複数回の同期メッセージ及びフォローアップメッセージの送受信を行う（ステップＳ６１）。周波数オフセット算出部１２は、複数の同期メッセージの送信時刻及び受信時刻と前回の各々対応する複数の同期メッセージの送信時刻及び受信時刻とに基づいて、平均周波数オフセットを算出する（ステップＳ６２）。
【００５９】
次に、スレーブ装置１０３は、平均周波数オフセットＯavg(n)に基づいて、クロック周波数を調整する（ステップＳ６３）。具体的には、周波数補正部１３は、平均周波数オフセットＯavg(n)に基づいて制御電圧値を算出し、ＤＡＣ３２はこれを制御電圧に変換してＶＣＸＯ３３に出力し、ＶＣＸＯ３３は制御電圧に従って動作クロックを調整してＣＰＵ３１に出力する。
【００６０】
同期タイミング算出部１４は、ＤＡＣ３２の分解能と残存周波数オフセットＯres(n)に基づいて、次の同期期間までの時間Ｔ(n)を算出し（ステップＳ６４）、同期処理実行部１１がこのインターバル時間Ｔ(n)を予測時間応答としてマスター装置１０２に通知する。マスター装置１０２は、このインターバル時間Ｔ(n)が経過するのを待って（ステップＳ６５）、インターバル時間Ｔ(n)が経過すると（ステップＳ６５にてＹＥＳ）、ステップＳ６１に戻って、次の同期期間Ｓn+1の処理を開始する。
【００６１】
このように、本実施の形態の周波数同期装置１０によれば、周波数オフセットがＤＡＣ３２の分解能未満であるために動作クロックを調整できないと想定されるタイミングでの同期パケットの送受信を回避するので、ネットワーク帯域への負荷が軽減される。また、周波数オフセットがＤＡＣ３２の分解能以上となって動作クロックを調整できるようになるタイミングで同期処理を開始するので、同期期間の間隔が長くなりすぎることも回避できる。即ち、本実施の形態の周波数同期装置１０によれば、ネットワーク帯域への負荷を軽減しつつ、引き込み速度を速くできる。
【００６２】
なお、上記の周波数同期装置１０では、各同期期間に複数回の同期メッセージ送信を行い、周波数オフセットとして、平均周波数オフセットＯavgを求めたが、図４を参照して説明したように、各同期期間において同期メッセージの送信は１回のみであってもよい。
【００６３】
また、上記の周波数同期装置１０は、スレーブ装置１０３に備えられ、ＣＰＵ３１がプログラムを実行することにより実現されるものとして説明したが、周波数同期装置１０はスレーブ装置１０３とは別体の装置として構成されてよい。
【００６４】
また、上記の周波数同期装置１０では、同期タイミング算出部１４は、クロック周波数を調整する際の調整可能な最小の周波数単位として、ＤＡＣ３２の分解能に対応する有意な時間差に着目し、そのＤＡＣ３２の分解能に基づいて次の同期期間の開始までのインターバル時間Ｔを算出したが、さらに、ＶＣＸＯ３３にてクロック周波数を調整する際の調整可能な最小の周波数単位をも考慮して、ＤＡＣ３２及びＶＣＸＯ３３のいずれにも有意である時間差を次の同期期間の同期処理の開始までのインターバル時間Ｔとしてもよい。
【００６５】
また、ＶＣＸＯ３３における調整可能な最小の周波数単位がＤＡＣ３２の分解能よりも大きい場合には、ＶＣＸＯ３３の調整可能な最小の周波数単位のみを考慮してインターバル時間Ｔを決定してもよい。即ち、同期タイミング算出部１４は、ＤＡＣ３２及びＶＣＸＯ３３を含めたスレーブ装置１０３全体において調整可能な最小の周波数単位になるまでの時間を有意な時間差として、次の同期期間の同期処理の開始までのインターバル時間Ｔを算出してよい。
【００６６】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の周波数同期装置１０´を説明する。本実施の形態の周波数同期装置１０´は、第１の実施の形態の周波数同期装置１０を改良したものである。第１の実施の形態では、有意な時間差を予測してそれをインターバル時間Ｔとし、そのインターバル時間Ｔの経過後に次の同期期間の処理を開始したが、このような同期タイミングにおいて、実際には有意な時間差以上の周波数オフセットが発生していない可能性があり、逆に、有意な時間差をすでに経過してしまっている可能性もある。これは、以下の理由による。
【００６７】
まず、ＶＣＸＯ３３の制御のためのＤＡＣ３２の出力電圧には、ＤＡＣ３２の個体差によるばらつきがある。また、ＶＣＸＯ３３の制御電圧に対する出力周波数にも、ＶＣＸＯ３３の個体差によるばらつきがある。さらに、ＩＰネットワーク１０１にも、ネットワーク遅延の揺らぎがある。これらのために、必ずしも第１の実施の形態によって計算したインターバル時間Ｔが有意な周波数同期のための最小の同期間隔とならないことが考えられる。そこで、本実施の形態の周波数同期装置１０´では、インターバル時間Ｔの誤差を補正することで、周波数同期の精度を向上するための制御を行う。
【００６８】
図７は、第２の実施の形態の周波数同期装置１０´の構成を示すブロック図である。図７の周波数同期装置１０´において、第１の実施の形態の周波数同期装置１０と同じ構成については同じ符号を付してその説明を適宜省略する。周波数同期装置１０´は、同期処理実行部１１、周波数オフセット算出部１２、周波数補正部１３、及び同期タイミング算出部１４に加えて、補正時間調整部１５を備えている。以下、図７及び図８を参照して、本実施の形態の周波数同期装置１０´の動作を説明する。
【００６９】
同期タイミング算出部１４は、第１の実施の形態と同様にしてインターバル時間Ｔ(n-1)を求める。補正時間調整部１５は、同期タイミング算出部１４に対して補正時間Δｔ(n-1)を与える。補正時間調整部１５は、最初は補正時間Δｔ(1)として規定値を同期タイミング算出部１４に与える。同期タイミング算出部１４は、補正時間調整部１５から得た補正時間Δｔ(n-1)を用いて、補正インターバル時間Ｔ(n-1)−Δｔ(n-1)を次の同期期間Ｓnまでの時間として同期処理実行部１１に出力し、同期処理実行部１１は、この補正インターバル時間Ｔ(n-1)−Δｔ(n-1)を予測時間応答としてマスター装置１０２に送信する。
【００７０】
マスター装置１０２は、補正インターバル時間Ｔ(n-1)−Δｔ(n-1)が経過すると次の同期期間Ｓnの同期処理を開始する。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、１回の同期期間に、複数回の同期メッセージｓk(n)を送信して、複数の周波数オフセットＯk(n)を算出する。即ち、周波数オフセット算出部１２は、同期メッセージの受信ごとに、周波数オフセットを算出する。補正時間調整部１５は、周波数オフセット算出部１４で周波数オフセットＯk(n)が算出されるごとに、有意な時間差が生じているかを判断する。
【００７１】
補正時間調整部１５は、最初の周波数オフセットＯ1(n)においてすでに有意な時間差が生じている場合には、補正時間Δｔ(n-1)を所定のステップ幅で大きくして、次の補正時間Δｔ(n)とする。補正時間調整部１５は、周波数オフセット算出部１４で順次算出される複数の周波数オフセットＯk(n)の途中で有意な時間差が生じている場合には、そのような有意な時間差が生じるまでに要した時間（受信した同期メッセージの数）に応じて補正時間Δｔ(n-1)を小さくして次の補正時間Δｔ(n)とする。
【００７２】
具体的には、補正時間調整部１５は、２回目以降の同期メッセージに基づいて算出された周波数オフセットＯk(n)（ｋ≧２）にて有意な時間差が生じている場合には、そのような有意な時間差が生じるまでに要した時間（受信した同期メッセージの数）に応じて、補正時間Δｔ(n)が負の値となるように所定のステップ幅で補正時間Δｔ(n-1)を小さくする（次の同期期間Ｓn+1を開始するまでの時間を長くしていく）。
【００７３】
また、補正時間調整部１５は、所定の回数（図８の例では、４回）の同期メッセージの受信によっても、周波数オフセット算出部１４で算出される周波数オフセットに有意な時間差が生じていない場合には、同期処理実行部１１に、マスター装置１０２に継続して同期メッセージを送信するよう要求するメッセージを送信するよう指示し、同期処理実行部１１は、この指示に従ってマスター装置１０２に要求を送信する。
【００７４】
このように同期メッセージの送信を継続して、周波数オフセットに有意な時間差が生じた場合には、補正時間調整部１５は、そのような周波数オフセットが得られるまでに要した時間（受信した同期メッセージの数）に応じて補正時間Δｔ(n-1)を小さくして、補正時間Δｔ(n)を求める。
【００７５】
なお、補正時間調整部１５は、所定の回数の同期メッセージの受信によっても算出される周波数オフセットに有意な時間差が生じていない場合には、Δｔ(n)を同期タイミング算出部１４に出力せず、よって、同期タイミング算出部１４も予測時間応答としての補正インターバル時間Ｔ(n)−Δｔ(n)を同期処理実行部１１に出力せず、同期処理実行部１１は予測時間応答をマスター装置１０２に送信しない。よって、上記のようにスレーブ装置１０３から同期メッセージ送信の要求をマスター装置１０２に送信するのではなく、マスター装置１０２において、スレーブ装置１０３から予測時間応答を受けるまで同期メッセージを継続して送信するようにしてもよい。
【００７６】
また、補正時間Δｔ(n)は、移動平均をとるなどして、緩やかに変化させてもよい。例えば、同期期間Ｓn-2で得られた同期期間Ｓn-1を開始するための補正時間Δｔ(n-2)と、同期期間Ｓn-1で得られた同期期間Ｓnを開始するための補正時間Δｔ(n-1)と、同期期間Ｓnで得られた同期期間Ｓn+1を開始するための補正時間Δｔ(n)との平均をとって、同期期間Ｓn+1を開始するためのインターバル時間Ｔ(n)から差し引く補正時間Δｔ(n)を求めてもよい。
【００７７】
図９は、マスター装置１０２とスレーブ装置１０３による同調処理の動作のフロー図である。まず、マスター装置１０２とスレーブ装置１０３は、同期メッセージ及びフォローアップメッセージの送受信を行う（ステップＳ９１）。周波数オフセット算出部１２は、同期メッセージの送信時刻及び受信時刻と前回の対応する同期メッセージの送信時刻及び受信時刻とに基づいて周波数オフセットＯkを算出し、周波数オフセットＯkが有意な時間差になっているかを判断する（ステップＳ９２）。周波数オフセットＯkが有意な時間差になるまでは（ステップＳ９２にてＮＯ）、ステップＳ９１に戻って同期メッセージ及びフォローアップメッセージの受信を繰り返す。
【００７８】
周波数オフセットＯkが有意な時間差になると（ステップＳ９２にてＹＥＳ）、スレーブ装置１０３は、そのときの周波数オフセットＯkに基づいて、動作クロックの周波数を調整する（ステップＳ９３）。そして、補正時間調整部１５は、周波数オフセットが有意な時間差になるまでにかかった時間（受信した同期メッセージの数）に基づいて、補正時間Δｔ(n-1)を増減させて、補正時間を更新して補正時間Δｔ(n)とする（ステップＳ９４）。
【００７９】
同期タイミング算出部１４は、残存周波数オフセットＯres(n-1)に基づいて、第１の実施の形態のステップＳ６４と同様にして次の同期期間までのインターバル時間Ｔ(n)を算出して、さらに、補正時間Δｔ(n)を用いて、補正インターバル時間Ｔ(n)−Δｔ(n)を算出する（ステップＳ９５）。同期処理実行部１１がこの補正インターバル時間Ｔ(n)−Δｔ(n)を予測時間応答としてマスター装置１０２に通知する。マスター装置１０２は、この補正インターバル時間Ｔ(n)−Δｔ(n)が経過するのを待って（ステップＳ９６）、補正インターバル時間Ｔ(n)−Δｔ(n)が経過すると（ステップＳ９６にてＹＥＳ）、ステップＳ９１に戻って、次の同期期間Ｓn+1の処理を開始する。
【００８０】
このように、本実施の形態の周波数同期装置１０´によれば、第１の実施の形態の周波数同意装置１０と同様に、周波数同期のタイミングを適切に決定することで、ネットワーク帯域への負荷を軽減しつつ、引き込み速度を速くでき、さらに、ＤＡＣ３２やＶＣＸＯ３３の個体差による誤差やネットワーク遅延の揺らぎによるインターバル時間Ｔの誤差を補正することで、より正確に周波数同期のタイミングを決定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上のように、本発明によれば、スレーブ装置において調整可能な最小の周波数単位に基づいて同期処理のインターバル時間が算出されるので、スレーブ装置においてクロック周波数の調整ができない時点での無駄な同期処理が行われることを回避でき、それによってネットワーク帯域にかける負荷を軽減でき、また、同期処理のインターバル時間が長くなりすぎて引き込み速度が遅くなることも回避できるという効果を有し、マスター装置とスレーブ装置との間でクロック周波数を同期させるための同期処理のインターバル時間を算出する周波数同期装置等として有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  周波数同期装置
１１  同期処理実行部
１２  周波数オフセット算出部
１３  周波数補正部
１４  同期タイミング算出部
１５  補正時間調整部
１００  放送システム
１０１  ＩＰネットワーク
１０２  無線基地局（マスター装置）
１０３  無線基地局（スレーブ装置）
３１  ＣＰＵ
３２  ＤＡＣ
３３  ＶＣＸＯ
【図１】
2016119497.tif 000003
【図２】
2016119497.tif 000004
【図３】
2016119497.tif 000005
【図４】
2016119497.tif 000006
【図５】
2016119497.tif 000007
【図６】
2016119497.tif 000008
【図７】
2016119497.tif 000009
【図８】
2016119497.tif 000010
【図９】
2016119497.tif 000011