JP4941775B2

JP4941775B2 - 時刻同期装置

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Publication number: JP4941775B2
Application number: JP2008162647A
Authority: JP
Inventors: 薫桑原
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2028-06-23
Also published as: CN102067690B; TWI422253B; KR101206567B1; TW201003103A; US8705509B2; EP2293629A4; EP2293629A1; KR20110017929A; JP2010004413A; EP2293629B1; CN102067690A; US20110085540A1; WO2009157296A1

Description

本発明は、時刻同期装置、特に、ＧＰＳ通信衛星から受信する時報信号に基づくクロック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における時刻同期装置に関する。

従来のこの種の時刻同期装置は、ＧＰＳ通信衛星からの時報信号を受信できる場合には、ＧＰＳ時報信号を受信してＰＰＳ（Pulse Per Second）信号を出力し、この信号に基づいてＰＰＳクロックを発生することによりクロック同期行い、ＧＰＳ通信衛星からの時報信号を受信できない場合には、基地局が発生しているＲＴＣ（Real Time Clock）によりクロック同期を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。ＰＰＳ信号はＧＰＳ通信衛星からの時報信号を受信できない場合にも発生される。ＲＴＣはＰＰＳクロックと一致するか監視され、一致しない場合はＰＰＳクロックに基づいて補正される。なお、時報信号を受信したときに、ＲＴＣとＰＰＳ信号をカウントしたＰＳＣ（Pps Signal Counter）は初期化される。

図７は上記の従来技術を示すブロック図である。ＧＰＳレシーバー１０６は、ＧＰＳ通信衛星によって提供される時報信号をアンテナ１０５により受信してＰＰＳ信号を出力すると共に、ラインＬ１を通じてこのＰＰＳ信号をＰＰＳ受信部１０７に送る。ＰＰＳ受信部１０７は、ＰＰＳ信号に基づいてＰＰＳクロックを発生し、これをＣＰＵ１０１に提供する。ＰＰＳ信号は、標準時報とほぼ等しい時報信号に基づいて発生される信号であり、１秒ごとに提供される信号である。従って、ＧＰＳ通信衛星からの時報信号が受信可能な限りＣＰＵ１０１には、正確なタイミングのＰＰＳクロックが提供され、クロック同期が正確に保たれる。

ローカルクロック発生部１０２はＲＴＣを発生しており、ＲＴＣはＰＰＳクロックと一致するかＣＰＵ１０１によって監視され、一致しない場合は、ＣＰＵ１０１，ＲＯＭ１０３およびＲＡＭ１０４によって構成される補正部により補正される。

特開平１１−１５４９２０（第３頁−第４頁、図１）

しかしながら、上述した従来技術では、ＧＰＳ通信衛星を捕捉できない状況になると、システム側のクロックはＲＴＣにより秒単位で補正を行うようにしているが、ＲＴＣそのものが１秒程度の精度を前提とした回路であるため、このような方法では、ＵＴＣ（Coordinated Universal Time：協定世界時）と同期したシステムを構築する場合、１秒程度の精度でしか補正できないので、正しい時刻を得ることができなくなるという第１の問題点がある。

また、ＧＰＳ通信衛星を利用した時刻同期装置から出力されるＰＰＳ信号を毎秒カウントしたＰＳＣ（ＰｐｓＳｉｇｎａｌＣｏｕｎｔｅｒ）の値と、ＲＴＣクロックの秒情報を比較して、ＲＴＣへ補正をかけることにより正確な時刻を得ようとしているため、秒単位のレベルでしか正確な精度を保つことができないという第２の問題点もある。

本発明の目的は、ＧＰＳ通信衛星を捕捉できない状況に陥った際にも、長時間安定したＰＰＳ信号（＝時刻同期信号）を出力することができる時刻同期装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、時刻同期信号について同レベルの安定度を維持するためにかかる費用を低減することができる時刻同期装置を提供することにある。

本発明の時刻同期装置は、ＧＰＳ通信衛星が何らかの理由により捕捉できないときに他の正常にＧＰＳ通信衛星を受信できている時刻同期装置から正しい時刻情報を両時刻同期装置間に存在する移動局を経由させ、所定の遅延時間を補正することにより、ＧＰＳ通信衛星が捕捉できない状態においても極力長い時間、時刻同期装置としての役割を果たせるような構成としたものである。

即ち、本発明の時刻同期装置は、ＧＰＳ通信衛星から受信する時報信号に基づくクロック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における時刻同期装置において、ＧＰＳ通信衛星を捕捉できなくなると、ハンドオーバー状態にある他の基地局から移動局を経由して、他の基地局がＧＰＳ通信衛星から受信している時報信号の時刻情報を取得する回路と、取得した時刻情報により自己のクロック同期を行なう回路を有することを特徴とする。

より具体的には、本発明の時刻同期回路は、ＧＰＳ通信衛星から受信する時報信号に基づくクロック同期の下に移動局の間の通信を中継する基地局における時刻同期装置において、通信により受信した通信フレームのタイミング情報を検知するフレームタイミング検出部（図２の７）と、正常時には時報信号に同期したクロックおよび１ＰＰＳ信号を出力しているが、時報信号を受信できなくなるとアラーム情報を出力するＧＰＳレシーバー（図２の１）と、正常時にはＧＰＳレシーバーからの１ＰＰＳ信号を出力しているが、アラーム情報出力時にハンドオーバー可能な基地局が存在する場合には、該基地局からタイミング情報により該基地局における１ＰＰＳ信号のタイミングを算出し、またＧＰＳレシーバーからの１ＰＰＳ信号のタイミングとの比較結果により位相差を求めるＣＰＵ回路部（図２の６）と、位相差により位相補正量を算出する１ＰＰＳ補正回路部（図２の２）と、正常時にはＧＰＳレシーバーからの１ＰＰＳ信号を出力しているが、アラーム情報出力時には算出された１ＰＰＳ信号のタイミングとＧＰＳレシーバーからの１ＰＰＳ信号のタイミングを比較して、その結果をＣＰＵ回路部へ出力し、また位相補正量によりＧＰＳレシーバーで位相補正された１ＰＰＳ信号を出力する制御部（図２の３）と、制御部からの１ＰＰＳ信号により通信用のフレームを生成するフレーム生成部（図２の４）を有することを特徴とする。

また、ＣＰＵ回路部（図２の６）は、アラーム情報出力時にハンドオーバー可能な基地局が存在しない場合にはフレーム生成部におけるフレーム生成を停止させること特徴とする。

また、制御部（図２の３）はアラーム情報出力時にＣＰＵ回路部にタイマーを動作させ、ＣＰＵ回路部は所定の時間内にハンドオーバー可能な基地局の存否を判断することを特徴とする。一定時間の猶予を設けるのは、システムが正常運用可能な時間まで待ってハンドオーバー可能な基地局の存在を探索するためである。一定時間の保障できる時間性能としては、ＧＰＳレシーバー１単体の性能に大きく依存し、許容できる範囲は、想定するシステム要件によって変化するものである。

また、基地局同士を有線接続しておき、他の基地局から時報信号の時刻情報を取得する際の送信時刻情報を得ることを特徴とする。これにより、より正確な１ＰＰＳ信号のタイミングを算出できるようになる。

また、制御部は、比較の結果、位相差が所定値を超えるときは、ＣＰＵ回路部に対してフレーム生成部におけるフレーム生成を停止させること特徴とする。基準時間よりも大きく異なるタイミングにて無線電波を出力することは、他の基地局への妨害電波となり得るからである。

更に、ＧＰＳレシーバー（図２の１）は、アンテナから時報信号を受信するとGPS_1PPSを生成するＧＰＳエンジン（図４の１１）と、クロックを発生して制御部へ出力している発振器（図４の１４）と、クロックから１ＰＰＳ信号を生成して制御部へ出力している分周器（図４の１５）と、GPS_1PPSと１ＰＰＳ信号の位相を比較する位相比較部（図４の１２）と、位相比較結果によりクロックの位相を調整できるように発振器へ接続され、また制御部と各種データ通信や制御コマンドを授受し、位相比較結果により所定時間が経過してもGPS_1PPSを認識できない場合には、時報信号を受信できていないと見做して、アラーム情報を発生する位相制御部（図４の１３）とで構成されていることを特徴とする。

本発明の第１の効果は、ＧＰＳ通信衛星を利用している、これまでの時刻同期装置の基本構成を変更せずに、ＧＰＳ通信衛星を捕捉不可能となった場合でも、システム運用可能な時間を長く保てるようにできるということである。その理由は、ＧＰＳ通信衛星が捕捉できなくなった基地局のＵＴＣタイミングを、他の正常にＧＰＳ通信衛星を受信できている基地局からのフレームデータを元に算出し、補正調整をかけるためである。

本発明の第２の効果は、ＧＰＳ通信衛星を利用しているこれまでの時刻同期装置において、ＧＰＳレシーバー内部のオシレータを低価格のものへ変更が可能になるということである。その理由は、従来は、ＨｏｌｄＯｖｅｒ時にシステムとして必要な時間、所定の精度に入るように高価なものを採用していたが、ＵＴＣタイミングへの補正がかけられることにより、性能の多少劣る、低価格なものでも対応可能となるためである。従って、高価な発振器を装備しなくても、同程度以上の精度が確保できる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［構成の説明]

本発明の時刻同期装置を備えた基地局はクロック同期の下に移動局（ＭｏｂｉｌｅＳｔａｔｉｏｎ）の間の通信を中継する。図１は、基地局１００がアンテナ９１を経由して移動局４１と移動局４２の間の通信を中継し、基地局２００がアンテナ９２を経由して移動局４２と移動局４３の間の通信を中継している様子を示す。基地局１００はアンテナ８１により、基地局２００はアンテナ８２により、それぞれＧＰＳ通信衛星（以下、「ＧＰＳ衛星」と記す）から時報信号を受信して、これに基づいて基地局１００と基地局２００の間におけるクロック同期を行う。この時報信号は、ＵＴＣに極めて高い精度で同期したものである。なお、基地局１００と基地局２００は有線通信網３０によっても接続されている。

図２は、本発明の基地局１００，２００の一実施の形態のブロック図である。これらの基地局は、ＧＰＳレシーバー１，１ＰＰＳ補正回路部２，制御部３，フレーム生成部４，無線電波入出力部５，ＣＰＵ回路部６，フレームタイミング検知部７，アンテナ８，アンテナ９およびＬＡＮポート１０で構成されている。アンテナ８はＧＰＳ衛星捕捉用、アンテナ９は無線接続用である。

ＧＰＳレシーバー１は、アンテナ８を介してＧＰＳ衛星からの情報を受信し、内部処理を行うことで、位置情報，ＧＰＳ衛星情報，時間情報（時報信号を含む）等を取得する。また、ＧＰＳレシーバー１は、内部処理後、１０ＭＨｚのクロック（以下、単に「クロック」と記す）と１ＰＰＳ（1Pulse Per Second）信号を制御部３へ出力する。更に、時報信号を受信できなくなるとアラーム情報を制御部３へ出力する。

制御部３はクロックに同期して動作する。制御部３は、ＧＰＳレシーバー１からの各種ステータス情報やアラーム情報をＲＳ−２３２Ｃ（シリアル通信）を介して受信することができる。また、ＧＰＳレシーバー１の状態やステータスを変更するために、ＲＳ−２３２Ｃを介して、ＧＰＳレシーバー１の設定等の変更をすることが可能となるように接続されている。

制御部３は、正常状態ではＧＰＳレシーバー１からの１ＰＰＳ信号をフレーム生成部４へ出力している。しかし、ＧＰＳレシーバー１からアラーム情報を受けると、ＣＰＵ回路部６へタイマー動作の開始要求を行なう。そして、所定時間内にハンドオーバー可能な基地局が存在しない場合には無線出力を停止させる。一方、所定時間内にハンドオーバー可能な基地局が存在する場合には、ＣＰＵ回路部６で算出された、その基地局における１ＰＰＳ信号のタイミングと、ＧＰＳレシーバー１からの１ＰＰＳ信号のタイミングを比較する。また、ＰＰＳ補正回路部２からの補正情報（補正位相量）を受け取り、補正情報をＧＰＳレシーバー１へ送付できるように接続されている。更に、ＧＰＳレシーバー１からの補正後の１ＰＰＳ信号をフレーム生成部４へ出力することができるように接続されている。

なお、ハンドオーバーとは、移動局が複数の基地局間において送受信可能なエリア（ハンドオーバーエリア）に存在する場合に、例えば、移動局が通信を行っている基地局から、通信を行っていない他の基地局へ通信を行う基地局を変更する動作のことをいう。

図３を元にハンドオーバーエリアの説明をする。基地局から移動局に届く電波到達距離は、基地局の送信電力パワーと各受信機の性能によって決定される。それらによって決定された基地局１００、基地局２００と移動局との通信可能な範囲を基地局１００、基地局２００からの電波到達範囲として示している。この電波到達範囲は、移動局との通信を途切れることなく行うことができるようにオーバーラップして存在し、図３の斜線部分が該当する。また、基地局１００、基地局２００は移動局の位置情報や上位ネットワーク等と通信を行うために、例えばＬＡＮ網等の有線通信網にて接続されている。

フレーム生成部４は、制御部３からの１ＰＰＳ信号を基準にフレームを生成し、生成されたフレームは無線電波入出力部５へ送られる。無線電波入出力部５は、フレーム生成部４から入力されたフレームを移動局或いは他の基地局に向けてアンテナ９から無線出力する。つまり、このフレームによって移動局或いは他の基地局との間で通信が行なわれる。他の基地局から無線出力されアンテナ９で受信されたフレームは、無線電波入出力部５を経由してフレームタイミング検知部７へ送られる。フレームタイミング検知部７は、フレームにおいてタイミング情報を検知しＣＰＵ回路部６へ送る。

ＣＰＵ回路部６は、制御部３からのタイマー動作の開始要求を受けると、一定時間内にハンドオーバー可能な基地局を探る。そのような基地局が存在しない場合はフレーム生成部４におけるフレームの生成を停止させ、ハンドオーバー可能な基地局が存在する場合はＬＡＮポート１０経由で全ての基地局にハンドオーバー情報の提供を求める。基地局１００の上位装置はハンドオーバーすべき基地局（この例では基地局２００）を決定する。

また、ＣＰＵ回路部６は、基地局２００から無線および有線で種種のデータを受信する。このデータは、基地局２００はハンドオーバーになっているという情報、時刻情報とした使用されるタイミング情報を含む。ＣＰＵ回路部６は、移動局，基地局１００および基地局２００の位置情報により、移動局を経由した基地局２００から基地局１００へのデータ送信の遅延時間を算出し、受信したフレームが有する時刻情報に基づいて、基地局２００における１ＰＰＳ信号のタイミングを算出する。

また、ＣＰＵ回路部６は、制御部３よる制御の下に、フレーム生成部４におけるフレーム生成を制御する。ＣＰＵ回路部６は、制御部３からの１ＰＰＳ信号の比較結果により、基地局１００における１ＰＰＳ信号と基地局２００における１ＰＰＳ信号の位相差を算出して１ＰＰＳ補正回路部２へ送付する。１ＰＰＳ補正回路部２は、上記位相差により補正位相量を算出して制御部３へ送付する。

図４は、図２に示したＧＰＳレシーバー１の詳細なブロック図を示す。図４において、ＧＰＳエンジン１１は、アンテナ８から時報信号を受信するとGPS_1PPSを生成する。発振器１４は１０ＭＨｚのクロックを発生しており、分周器１５と制御部３へ出力している。分周器１５は、クロックから１ＰＰＳ信号を生成して位相比較部１２と制御部３へ出力する。位相比較部１２は、GPS_1PPSと１ＰＰＳ信号の位相を比較し、その結果を位相制御部１３へ送る。

位相制御部１３は位相比較結果によりクロックの位相を調整できるように発振器１４へ接続されている。また、位相比較結果により所定時間が経過してもGPS_1PPSを認識できない場合には、時報信号を受信できていないと見做して、その情報を外部Ｉ／Ｆ部１６へ伝える。外部Ｉ／Ｆ部１６は、ＲＳ−２３２Ｃを介して制御部３との各種データ通信を行い、位相制御部１３からの情報を受け、また制御コマンドを位相制御部１３へ送れるような構成とされている。
［動作の説明］

次に、図２に示した時刻同期装置の動作について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。実際には、基地局１００は多くの基地局と通信可能であるが、説明を単純化するため、いま、基地局１００と基地局２００が移動局を経由して通信可能とし、基地局１００の動作に注目する。

基地局１００，２００のＧＰＳレシーバー１においては、発振器１４が１０ＭＨｚのクロックを発生して分周器１５と制御部３へ出力している。分周器１５は、このクロックから１ＰＰＳ信号を生成して位相比較部１２と制御部３へ出力する。一方、ＧＰＳエンジン１１は、アンテナ８から時報信号を受信すると、GPS_1PPSを生成して位相比較部１２へ出力する。位相比較部１２はGPS_1PPSと分周器１５が生成した１ＰＰＳ信号との位相を比較し、その結果を位相制御部１３へ送る。

位相制御部１３において、位相比較部１２における位相比較の結果によりGPS_1PPSを認識できる場合は、基地局１００においてＧＰＳ衛星を捕捉できている（図６のステップＳ１でＹＥＳ）ことになるので正常運用モードとなる（図６のステップＳ９）。正常運用モードにおいては、位相制御部１３から外部Ｉ／Ｆ部１６経由での制御部３に対する情報の送付は無い。

制御部３は分周器１５からの１ＰＰＳ信号（補正なし）をフレーム生成部４へ送り、フレーム生成部４は、制御部３からの１ＰＰＳ信号を基準にフレームを生成する。生成されたフレームは無線電波入出力部５へ送られ、アンテナ９から放射され基地局１００と基地局２００の間で授受されることによって移動局の中継を行なう。基地局間におけるクロックの位相ズレは、位相比較部１２におけるGPS_1PPSと１ＰＰＳ信号の位相比較および位相制御部１３における発振器１４に対する位相制御によって是正される。これにより、基地局１００と基地局２００の間のクロック同期を維持することができる。

１ＰＰＳ信号は、協定世界時：ＣｏｏｒｄｉｎａｔｅｄＵｎｉｖｅｒｓａｌＴｉｍｅ（以下、ＵＴＣという）と極めて高い精度で同期させたものである。例えば、発振器１４に高価なダブルオーブン型オシレータを使用すれば、ＵＴＣに対して±１００ｎｓｅｃ以内で同期させることができる。

一方、位相制御部１３においてGPS_1PPSを認識できない場合は、基地局１００において何らかの理由によりＧＰＳ衛星を捕捉できていないことになる（図６のステップＳ１でＮＯ）。この場合はＨｏｌｄＯｖｅｒモードへ遷移する（図６のステップＳ２）。ＨｏｌｄＯｖｅｒとは、ＧＰＳ衛星を捕捉できなくなった結果、ＧＰＳレシーバー１に搭載されている発振器１４の性能を元にクロックと１ＰＰＳ信号を制御部３へ出力している状態をいう。ＨｏｌｄＯｖｅｒモードでは、ＧＰＳ衛星からの時報信号を元に上述のような位相制御をかけることができなくなり、クロック同期はＧＰＳレシーバー１の持つ性能により一意的に決定されてしまう。

ＨｏｌｄＯｖｅｒモードになると、ＧＰＳレシーバー１から制御部３へシリアル通信にてアラーム情報が通知される。この通知は、図４において位相制御部１３、外部Ｉ／Ｆ部１６およびＲＳ−２３２Ｃを経て制御部３へ到るルートによる。制御部３は、このアラーム情報をトリガーにＣＰＵ回路部６へタイマー動作の開始要求を行う。

ＣＰＵ回路部６は、タイマー動作の開始要求によりタイマーを作動させ（図６のステップＳ３）、一定時間内にフレームタイミング検知部７からタイミング情報を受け取れるか監視する。このようにして、基地局２００が受信しているＧＰＳ衛星からの時報信号を移動局による中継により受け取れるかを探る。つまり、ハンドオーバー可能な移動局の存在を探るのである。

ハンドオーバー可能な移動局の存在を探るにあたり、一定時間の猶予を設ける意味について図５を元に説明する。この場合の一定時間とは、システムが正常運用可能な時間と同意であり、その保障できる時間性能としては、ＧＰＳレシーバー１単体の性能に大きく依存する。許容できる範囲は、想定するシステム要件によって変化するものである。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅ（以下、「ＷｉＭＡＸ」と記す）をシステム的に考慮すると、ＵＴＣに対して１０ｕｓｅｃ以内の精度を保つ必要が考えられる。

図５において、フレームＡは、ＵＴＣに同期、つまり完全に時間にズレが発生していないタイミングで送出されるフレームを表したものである。フレームＢは、ＧＰＳ衛星を正常に捕捉しており、安定した状態にある基地局から送出されるフレーム信号の送出開始タイミングを表したものである。この際の時間的な状態はＵＴＣとは全くの同一時間とはなっていないが、システム的に十分なマージンを持った状態である。

フレームＣは、フレームＢと同様に正常に動作している他の基地局から送出されるフレームタイミングを表したものである。この際、時間的な状態はフレームＢと同様にシステム的に十分なマージンを持った状態であるが、フレームＢとは異なり、ＵＴＣに対して早いタイミングとなっている。しかし、システムが許容する範囲にあるため問題とならない。例えば、発振器１４にダブルオーブン形のオシレータを採用すれば、±１００ｎｓｅｃ以内の精度を得ることが十分に可能である。この精度が得られていれば、ＷｉＭＡＸにおいても十分使用できるレベルのものである。

フレームＤは、何らかの理由により正常にＧＰＳ衛星を捕捉することができず、ＨｏｌｄＯｖｅｒモードへ移行し、徐々にＵＴＣからの時間的な乖離が発生し、システム的に許容できる時間的なズレを超えてしまったときの状態を示している。以上のフレームＡ〜Ｄのタイミングはタイミング情報としてＣＰＵ回路部６へ供給される。

ＨｏｌｄＯｖｅｒモードへ移行すると、フレームの位相はＧＰＳレシーバー１内部の発振器１４の性能に大きく依存するため、時間経過と共にＵＴＣからの時間的な乖離が発生してしまう。例えば、ダブルオーブン型のオシレータであれば、ＵＴＣから１０ｕｓｅｃ以内のズレを２４時間以上保持することが可能である。このような状態を把握するために、制御部３はＣＰＵ回路部６へタイマー動作の要求を行い、ＨｏｌｄＯｖｅｒへ移行した後の時間的な管理を行うのである。

さて、一定時間内にハンドオーバー可能な移動局が存在しない場合（図６のステップＳ４でＮＯ）、基地局は無線出力停止へ遷移する（図６のステップＳ１０）。この場合は、フレームＤのように、ＣＰＵ回路部６は、一定時間内にフレームタイミング検知部７からタイミング情報を受け取れなかったため、フレーム生成部４にフレームの生成を停止させる。この結果、無線電波入出力部５からフレームの送信が停止する。ＧＰＳ衛星からの時報信号を受信できず、他の基地局から時報信号を移動局の中継により受け取れることもできないため、クロック同期を維持できないからである。

一方、一定時間内にハンドオーバー可能な移動局が存在した場合（図６のステップＳ４でＹＥＳ）、ＣＰＵ回路部６は、ＬＡＮポート１０から有線通信網を経由して全ての基地局にハンドオーバー情報の提供を求める。いま、基地局２００がハンドオーバーの状態になっているとすると、基地局１００は基地局２００から有線および無線で種種のデータを受信する（図６のステップＳ５）。

即ち、ＣＰＵ回路部６は、基地局２００がハンドオーバーの状態になっているという情報をＬＡＮポート１０経由で基地局２００から受け取り、移動局からの電波を受信できるように準備する。また、基地局２００は、基地局１００への時刻情報を送ることを前提としたフレームを移動局経由にて送信する。このフレームは、基地局２００において制御部３からの１ＰＰＳ信号を基準にフレーム生成部４で生成され、アンテナ９から放射されて基地局１００の無線電波入出力部５に入力するものである。また、移動局は、この時の自己の位置情報を基地局１００へ送信する。また、基地局２００から移動局宛に送信されたフレームの時刻情報は有線通信網へ上記フレームと同時に送出され、基地局１００のＬＡＮポート１０を経由してＣＰＵ回路部６へ送られる。

無線電波入出力部５は、受信したフレームと移動局の位置情報をフレームタイミング検知部７へ送り、フレームタイミング検知部７は、フレームタイミング、つまりフレームの先頭がどのタイミングで送り出されたかというタイミング情報を検知する。このようなタイミング情報は、他の基地局からのものも含めて多数存在し得るが、ＣＰＵ回路部６は、基地局２００から有線通信網経由で送出されてきた内容と同じものが含まれているフレームデータをピップアップする。

移動局を中継して基地局１００で受信されたフレームは、基地局２００で送信した時刻から、基地局２００から移動局までの空間電波伝搬遅延時間、移動局内部で受けたデータの再送出のための遅延時間および移動局から基地局１００までの空間電波伝搬遅延時間が加算されて基地局１００へ届く。

ＣＰＵ回路部６は、移動局の位置情報と自己の位置情報とから移動局と基地局１００との間の距離を算出し、移動局の位置情報と基地局２００の位置情報とから移動局と基地局２００の間の距離を算出する。このようにして算出した距離に光速度を乗じ、その乗算結果に、移動局内部でのデータ再送出のための遅延時間を加えることにより、上記の遅延時間を算出する。そして、フレームタイミング検知部７が検出したフレームタイミングから算出した遅延時間を減算して、基地局２００が送出した時刻タイミングを求める。

ＣＰＵ回路部６は、移動局を中継して受信されたフレームのフレームタイミングをこの時刻タイミングに合わせることにより、基地局２００においてＧＰＳ時報信号に同期した１ＰＰＳタイミングを算出する（図６のステップＳ６）。制御部３は、この１ＰＰＳタイミングと分周器１５からの１ＰＰＳ信号のタイミングを比較する（図６のステップＳ７）。

比較の結果、位相差が１０ｕｓｅｃ以内でなければ（図６のステップＳ７でＮＯ）、基地局１００の無線出力停止に遷移し、基地局１００の無線出力を停止させる（図６のステップＳ１０）。その理由は、基準時間よりも大きく異なるタイミングにて無線電波を出力することは、他の基地局への妨害電波となり得るからである。ＣＰＵ回路部６は、フレーム生成部４にフレームの生成を停止させ、この結果、無線電波入出力部５からフレームの送信が停止する。

一方、位相差が１０ｕｓｅｃ以内であれば（図６のステップＳ７でＹＥＳ）、ＣＰＵ回路部６は、位相差を１ＰＰＳ補正回路部２へ送付する。１ＰＰＳ補正回路部２は、位相差により、補正位相量を算出して制御部３へ送付する。制御部３は、ＲＳ−２３２Ｃのシリアル通信にてＧＰＳレシーバー１へ補正情報を伝える。ＧＰＳレシーバー１の外部Ｉ／Ｆ部１６は補正情報を受けた場合、位相制御部１３にて発振器１４の微調整を行い、１ＰＰＳを所定の基準時間（基地局２００の１ＰＰＳ信号）へ合わせる（図６のステップＳ８）。微調整されて分周器１５から出力される１ＰＰＳ信号は、制御部３を経由してフレーム生成部４へ供給され、フレームの生成のために使用される。

なお、基地局１００において基地局２００の１ＰＰＳ信号を使用してクロック同期を行なっている間に、基地局１００においてＧＰＳ衛星を捕捉できるようになると（図６のステップＳ１でＹＥＳ）、正常運用モードに復する（図６のステップＳ９）。

以上のようにして、基地局１００で何らかの理由によりＧＰＳ通信衛星を捕捉できなくなった場合においても、有線通信網にて接続された基地局２００とハンドオーバーエリアに移動局が存在すれば、フレーム送出の絶対時刻の補正が可能となる。本補正が可能となることで、ＧＰＳレシーバー１の発振器１４自体の性能よりも更に長い時間、通信可能となり、基地局の長期安定化が図れるものである。また、本実施例によれば、従来の基地局構成要素から大きく機器を追加するものではないため、追加コストも低く抑えることができる。

なお、上記実施例では、基地局１００の無線出力を停止させる判断として、ＵＴＣに対するズレを１０ｕｓｅｃ以内としたが、より高い絶対時刻精度が求められるシステムにおいては、１ｕｓｅｃとしてもよいし、逆に絶対時刻精度に余裕があるシステムにおいては、１００ｕｓｅｃとしてもよい。

また、上記実施例では、ＧＰＳ捕捉をできている基地局を１つだけあげたが複数あってもよい。

また、上記実施例では、ＧＰＳレシーバーを使用しているが、ＧＬＯＮＡＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）、Ｇａｌｉｌｅｏ（欧州版衛星測位システム）を利用してもよいし、ＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＰＳとＧａｌｉｌｅｏ、ＧＬＯＮＡＳＳとＧａｌｉｌｅｏ、ＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳとＧａｌｉｌｅｏを併用利用したものでもよい。

また、上記実施例では、発振器１４にダブルオーブン型オシレータを適用しているが、シングルオーブン型オシレータを適用したものでもよい。但し、システムが許容できる、ＵＴＣからのズレを超えてしまうまでの時間が短くなる。コストは低下させることが出来る。

また、上記実施例では、発振器４０４にダブルオーブン型オシレータを適用しているが、オーブンなしタイプのオシレータを適用したものでも良い。但し、システムが許容出来る、ＵＴＣからのずれを超えてしまうまでの時間が、シングルオーブン型オシレータを適用したものよりも更に時間が短くなる。コストは更に低下させることが出来る。

また、上記実施例では、ＧＰＳレシーバーと制御部との間の通信方式をＲＳ−２３２Ｃとしているが、ＲＳ−４２２、ＧＰ−ＩＢ、ＩｒＤＡ、ＩＥＥＥ１３９４、シリアルＡＴＡ（ＳｅｒｉａｌＡＴＡｔｔａｃｈｍｅｎｔ）、ＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢus）を利用したものでもよいし、他のパラレル通信方式を利用したものでもよい。

また、上記実施例では、基地局１００と基地局２００との接続を有線通信網としたが、無線通信を利用したものでもよい。

２つの基地局と移動局との位置的な関係を例示する図本発明の時刻同期装置の一実施例を示すブロック図ハンドオーバーエリアを説明するための図図２の時刻同期装置におけるＧＰＳレシーバーの一詳細例を示すブロック図フレームのＵＴＣ時刻との時間ズレを示す相対関係図図２の時刻同期装置の動作説明用フローチャート従来の時刻同期装置の一例を示すブロック図

符号の説明

１ＧＰＳレシーバー
２１ＰＰＳ補正回路部
３制御部
４フレーム生成部
５無線電波入出力部
６ＣＰＵ回路部
７フレームタイミング検知部
８アンテナ
９アンテナ
１０ＬＡＮポート
１１ＧＰＳエンジン
１２位相比較器
１３位相制御部
１４発振器
１５分周器
１６外部Ｉ／Ｆ部
３０有線通信網
４０移動局
１００基地局
２００基地局

Claims

ＧＰＳ通信衛星から受信する時報信号に基づくクロック同期の下に移動局の間の通信を
中継する基地局における時刻同期装置において、
前記通信により受信した通信フレームのタイミング情報を検知するフレームタイミング
検出部と、
正常時には前記時報信号に同期したクロックおよび１ＰＰＳ信号を出力しているが、前
記時報信号を受信できなくなるとアラーム情報を出力するＧＰＳレシーバーと、
正常時には前記ＧＰＳレシーバーからの１ＰＰＳ信号を出力しているが、前記アラーム
情報出力時にハンドオーバー可能な基地局が存在する場合には、該基地局から前記タイミ
ング情報により該基地局における１ＰＰＳ信号のタイミングを算出し、また前記ＧＰＳレ
シーバーからの１ＰＰＳ信号のタイミングとの比較結果により位相差を求めるＣＰＵ回路
部と、
前記位相差により位相補正量を算出する１ＰＰＳ補正回路部と、
正常時には前記ＧＰＳレシーバーからの１ＰＰＳ信号を出力しているが、前記アラーム
情報出力時には前記算出された１ＰＰＳ信号のタイミングと前記ＧＰＳレシーバーからの
１ＰＰＳ信号のタイミングを比較して、その結果を前記ＣＰＵ回路部へ出力し、また前記
位相補正量により前記ＧＰＳレシーバーで位相補正された１ＰＰＳ信号を出力する制御部
と、
前記制御部からの１ＰＰＳ信号により前記通信用のフレームを生成するフレーム生成部
を有することを特徴とする時刻同期装置。
前記ＣＰＵ回路部は、アラーム情報出力時にハンドオーバー可能な基地局が存在しない
場合には前記フレーム生成部におけるフレーム生成を停止させること特徴とする請求項１に記載の時刻同期装置。
前記制御部は、前記アラーム情報出力時に前記ＣＰＵ回路部にタイマーを動作させ、前記ＣＰＵ回路部は所定の時間内に前記ハンドオーバー可能な基地局の存否を判断することを特徴とする請求項１または２に記載の時刻同期装置。
前記制御部は、前記比較の結果、位相差が所定値を超えるときは、前記ＣＰＵ回路部に
対して前記フレーム生成部におけるフレーム生成を停止させること特徴とする請求項１または２に記載の時刻同期装置。
前記ＧＰＳレシーバーは、
アンテナから前記時報信号を受信するとGPS_1PPSを生成するＧＰＳエンジンと、
前記クロックを発生して前記制御部へ出力している発振器と、
前記クロックから前記１ＰＰＳ信号を生成して前記制御部へ出力している分周器と、
前記GPS_1PPSと前記１ＰＰＳ信号の位相を比較する位相比較部と、
前記位相比較結果により前記クロックの位相を調整できるように前記発振器へ接続され
、また前記制御部と各種データ通信や制御コマンドを授受し、前記位相比較結果により所
定時間が経過しても前記GPS_1PPSを認識できない場合には、前記時報信号を受信できてい
ないと見做して、前記アラーム情報を発生する位相制御部とで構成されていることを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載の時刻同期装置。
前記基地局同士を有線接続しておき、他の基地局から前記時報信号の時刻情報を取得す
る際の送信時刻情報を得ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の時刻同期装置。