JP5030001B2 - 時刻同期装置および時刻同期方法 - Google Patents

Description

本発明は、時刻同期、特にＧＰＳ衛星から送信される時報信号に基づき生成される時刻同期信号を使用した基地局の時刻同期に関する。同期を必要とする無線通信方式としては、ＰＨＳ（Personal Handy-Phone System）、ＷｉＭＡＸ（Worldewide Interoperability for Microwave Access）、ＬＴＥ（Long Time Evolution）、次世代ＰＨＳ等がある。これらの無線通信方式において、ハンドオーバ（通信接続されている基地局間切替）を行う場合、各基地局内部の時間タイミングが他基地局と絶対時間で同期がとれていることが必要である。

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８は上記の従来技術を示すブロック図である。ＧＰＳ受信部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。

しかしながら、上述した従来技術では、ＧＰＳ衛星を利用した時刻同期装置は非常に正確な時刻を得ることができるが、一旦何らかの理由により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、このような補正方法では、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衛星を利用した時刻同期装置から出力される１ＰＰＳ信号を毎秒カウントしたＰＳＣの値と、ＲＴＣクロックの秒情報を比較し、ＲＴＣへ補正をかける構成のため、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。

本出願人は、このような問題点を解消するため、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、その基地局が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し、取得した時刻情報により自己のクロック同期を行なうようにした時刻同期装置を先に提案した。しかし、この時刻同期装置では、基地局によって通信が中継される移動局の存在を必須の構成要素としているため、移動局が存在しない場合にはＧＰＳ通信衛星からの時報信号に基づく時刻補正ができないことになる。

また、フレームタイミングを規定する第１のタイミング信号を発生しているＰＨＰ基地局において、ＧＰＳ衛星からの受信信号に基づいて第２のタイミングを発生し、第２のタイミングによって第１のタイミングを較正する一方、隣接するＰＨＰ基地局からの制御信号を受信してフレームタイミングを検出し、自局のフレームタイミングとの差から自局の異常を判定する無線通信装置が公知である。しかし、この無線通信装置では、隣接するＰＨＰ基地局からの制御信号は、いわば受動的に受信してフレームタイミング同士を比較して単純に時間のみで判定しているため、正しい時刻に関する不確定な要素を排除できない。更に、ＷｉＭＡＸ等の無線通信方式において要求される１usec レベルの高精度な時刻同期精度を期待することができない。

特開平１１−１５４９２０ 特願２００８−１６２６４７ 特開２００７−２２８３２７

解決しようとする問題点は、移動局が介在しない既存の基地局においてＧＰＳ衛星が捕捉できない状況に陥った際、基地局間の時刻同期を所定の精度で長時間安定して維持できない点である。

本発明は、ＧＰＳ衛星を捕捉できないときに、ＧＰＳ衛星を捕捉できている基地局から、そのことを保証する情報と共に自他基地局間の時刻ズレ情報を受信して、自基地局の時刻同期信号補正することを最も主要な特徴とする。

本発明は、ＧＰＳ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取れるようにできるという利点がある。その理由は、ＧＰＳ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衛星を受信できている基地局からをもらい、基準精度以内であるか判定をしているからである。

また、ＧＰＳ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レシーバー内部の発振器を低価格のものへ変更が可能となることである。その理由は、従来は、ホールドオーバー発生時にシステムとして必要な時間が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タイミングから許容される精度以内であるか判定するため、使用するオシレータまたは周囲温度環境を含んだ実力値での対応が可能となるからである。

本発明が適用される無線通信システムの概略図である。 本発明の実施例１を示す基地局のブロック図である。 基地局から送出されるデータフレームのタイミングチャートである。 ＧＰＳ衛星が捕捉不能となった場合のフローチャートである。 基地局内部のタイミングズレを算出するフローチャートである。 本発明の実施例２の形態を示す基地局のブロック図である。 本発明の実施例３の形態を示す基地局のブロック図である。 従来技術の一例を示すブロック図である。

既存の基地局においてＧＰＳ衛星が捕捉できない状況に陥った際、長時間安定した基地局間の時刻同期を所定の精度で長時間安定して維持するという目的を、ＧＰＳ衛星を正常に捕捉できている基地局において取得する基地局間の正確な時刻ズレにより補正することにより実現した。

図１は、本発明が適用される無線通信システムの概略図であり、基地局１００がアンテナ９１を経由して、基地局２００がアンテナ９２を経由して相互の間で無線通信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。

基地局１００と基地局２００の位置は固定されており、相互に無線通信が直接可能な位置関係にあるものとする。従って、無線通信を行う際に発生する電波伝搬遅延時間も固定とみなすことができる。以下の説明では、基地局１００をＧＰＳ衛星が捕捉できなくなった基地局とし、基地局２００をＧＰＳ衛星が通常通り捕捉できている基地局とする。

図２は、基地局１００，２００の主要部を示すブロック図である。これらの基地局は、発振器１１を内蔵するＧＰＳレシーバー１，カウンター２，フレームタイミング制御部３，フレーム生成部４，無線電波入出力部５，演算部６，フレームタイミング検知部７，アンテナ８，アンテナ９およびメモリ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は無線接続用であり、メモリ１０は演算部６のワークメモリとして機能する。

ＧＰＳレシーバー１は、アンテナ８を介してＧＰＳ衛星からの航法メッセージを受信し、航法メッセージを受信することにより各種の情報を得る。各種の情報とは、アルマナック（almanac）やエフェメリス（ephemeris）等に代表されるものである。

航法メッセージは、25 フレームから構成されている。更に、一つのフレームは 6 個のサブフレームから構成されている。１サブフレームの周期は 6 秒であり、１フレームの周期は 30 秒となる。従って、航法メッセージの周期、30 秒*25 フレーム=12.5 分となるので、航法メッセージ全てを受信するためには最短で12.5 分かかる。

エフェメリスデータとは、ＧＰＳ衛星の正確な位置を示すデータであり、送信したＧＰＳ衛星固有の詳細情報である。エフェメリスデータは衛星自身の精密軌道情報であり約１時間ごとに更新される。アルマナックデータとは、各ＧＰＳ衛星の概略位置を示すデータであり、送信したＧＰＳ衛星以外のデータも含んでいる。アルマナックデータは約１週間ごとにデータが更新される。エフェメリスデータとアルマナックデータは、ＧＰＳレシーバー１内部にも保存され演算に使用されるが、メモリ１０にも一時的に保存可能な構成とされている。

ＧＰＳレシーバー１は、複数のＧＰＳ衛星からの航法メッセージを内部処理することにより、基地局位置情報、各ＧＰＳ衛星情報、時間情報等を取得することが可能である。ＧＰＳレシーバー１は、内部処理後、10MHz のクロックと時刻同期信号である１ＰＰＳ（1Pulse Per Second）信号をカウンター２，制御部３および演算部６へ出力する。

この10MHz のクロックと１ＰＰＳ信号は、内蔵する発振器１１の10MHz 出力をベースにＧＰＳ衛星からの情報を基に補正を実施するため、非常に正確なタイミングを持って出力されているものである。発振器１１にはダブルオーブン型ＯＣＸＯ（Oven Controlled Xtal Oscillator）等が採用される。これによって、ホールドオーバー（HOLDOVER：ＧＰＳ衛星が補足できず、ＧＰＳ衛星からの時報信号で補正を掛けていない）状態での基地局運用を極力長くとれる。

ＧＰＳレシーバー１は、１ＰＰＳ信号をフレームタイミング制御部３、演算部６およびカウンター２へ分配出力する。また、10MHz のクロックをフレームタイミング制御部３とカウンター２へ分配出力している。更に、時報信号を受信できなくなると、位置情報を演算部６へ出力し、アラーム情報を制御信号としてフレームタイミング制御部３へ出力する。そして、フレームタイミング制御部３から補正情報（補正位相量）を受けると１ＰＰＳ信号を補正する。

カウンター２は、ＧＰＳレシーバー１からの１ＰＰＳ信号の立上りエッジから10MHz のクロックをカウントし、クロックの数を逐次に演算部６へ出力する。このカウント値は、後述のように演算部６によりクリアされる。カウンター２は、常に正確な10MHz のクロックをカウントするので、カウント結果の精度は0.1usec に保たれる。

一方、無線電波入出力部５は、フレーム生成部４から入力されるフレームを他の基地局に向けてアンテナ９から無線出力し、他の基地局（基地局２００とする）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。このようにして基地局１００と基地局２００との間で通信が行なわれる。

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と位置情報を検知し演算部６へ送る。タイミング情報にはアラームデータが含まれることがある。アラームデータが含まれてない場合は、そのフレームは、ＧＰＳ衛星が通常通り捕捉できている基地局から受信されたものであると見做すことができる。

演算部６は、正常状態においては、ＧＰＳレシーバー１からの１ＰＰＳ信号および位置情報をフレームタイミング制御部３へ転送している。しかし、アラーム情報を受けたフレームタイミング制御部３からタイマー動作の開始要求を受けると、所定時間内にフレームタイミング検知部７からのタイミング情報と位置情報を待つことにより、ハンドオーバー可能な基地局が存在するかを見極める。その結果、見つからない場合は、その旨をフレームタイミング制御部３へ伝える。

一方、ハンドオーバー可能な基地局２００が見つかった場合は、フレームタイミング検知部７から基地局２００のタイミング情報と位置情報が入力するので、タイミング情報中のズレ情報による時刻から基地局１００と基地局２００の間の電波伝搬遅延時間を減算することにより、基地局１００のタイミングズレを求める。ズレ情報とは基地局１００の１ＰＰＳ信号と基地局２００の１ＰＰＳ信号の見かけ上の時間差、タイミングズレとはズレ情報に電波伝搬遅延時間を補正した基地局１００の１ＰＰＳ信号と基地局２００の１ＰＰＳ信号の実態的な時間差をいう。

ここで、基地局２００からのタイミング情報には当然にアラームデータが含まれていないことに留意されたい。このため、上記タイミング情報は信頼するに足り、求めたタイミングズレによって正確な時刻同期が保証できることになるのである。ＧＰＳレシーバー１からの１ＰＰＳ信号のタイミングと共にメモリ１０に一時的に保存される。

演算部６は、タイミングズレを１ＰＰＳ信号の補正情報としてフレームタイミング制御部３へ送り、フレームタイミング制御部３から補正後の１ＰＰＳ信号をフレーム生成部４へ出力できた旨の通知を受けると、カウンター２をリセットする。ここまでの演算部６についての機能は基地局１００においてのものである。

基地局２００における演算部６は、フレームタイミング検知部７からアラームデータを受けると、基地局１００と基地局２００のズレ情報を取得する。それには、フレームタイミング検知部７から受けたタイミング情報から基地局２００における１ＰＰＳ信号のタイミングを割り出し、このタイミングにおけるカウンター２からのカウント結果をズレ情報とする。

フレームタイミング制御部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（制御信号）をＲＳ−２３２Ｃ等を経由してシリアル通信により受信する。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、シリアル通信にて設定等の変更をすることが可能となるように構成されており、正常状態では演算部６からの１ＰＰＳ信号および位置情報をフレーム生成部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、演算部６へタイマー動作の開始要求を行なう。そして、演算部６からの補正情報により基地局１００内部のタイミングズレが所定の精度以内であるかを判定する。この判定の結果、タイマー動作の開始要求から所定時間内に所定の精度以内の補正情報の入力がない場合には、フレーム生成部４に対して無線出力を停止させる。ハンドオーバー可能な基地局が見つからない旨の通知があった場合も同様である。

基地局１００内部のタイミングズレが所定の精度以内である場合には、補正情報（補正位相量）をＧＰＳレシーバー１へ送付する。更に、ＧＰＳレシーバー１からの補正後の１ＰＰＳ信号を受けるとフレーム生成部４へ出力し、その旨を演算部６へ伝える。

フレーム生成部４は、フレームタイミング制御部３からの１ＰＰＳ信号を基準にフレームを生成する。このとき、１ＰＰＳ信号のタイミング情報（場合によりアラーム情報を含む）および位置情報をフレームに含ませる。生成されたフレームは無線電波入出力部５へ送る。

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他の基地局に向けてアンテナ９から無線出力する。このフレームによって他の基地局との間で通信が行なわれる。この結果、ＧＰＳ衛星を捕捉できなくなった基地局１００であっても、ＧＰＳ衛星を捕捉できている基地局２００からタイミング情報の供給を受けて、１ＰＰＳ信号のタイミングを補正することによりＵＴＣからの絶対精度を維持できることとなる。

なお、図１のＧＰＳ衛星捕捉用のアンテナ８と無線用のアンテナ９は、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。

次に、本実施例の動作について、図３のタイムチャートと図４，図５のフローチャートを参照しながら説明する。

図３は、基地局間で無線通信されるデータフレームを時系列的に示す。基地局１００から送出されるデータフレーム３０１は、ＵＴＣに同期したものであり、ＵＴＣという、他の基地局からみても同期させるために有効な共通の時間タイミングを持たせている。他の基地局で受信したデータフレーム３０２の時間タイミングと、その基地局内部の時間タイミングとの差異をＵＴＣからの時間差異として考えることにより、異なる基地局間での時間タイミングを共通化させることができる。

基地局１００から送出されるデータフレーム３０１は基地局２００へと送信される。基地局１００と基地局２００は物理的に離れているため電波伝搬遅延が発生する。この電波伝搬遅延の時間Ｌｄ１経過後に、基地局２００へデータフレーム３０２が到着する。データフレーム３０２は基地局２００内部でデータ処理される。基地局２００内部でのデータ処理時間Ｍｄは、装置固有のものであり時間変化は伴わない。この際、データフレーム３０２は、基地局２００の内部タイミングと比較され、基地局１００がデータフレーム３０１を送信したタイミングからどの程度遅延したかを測定し記憶される。

図２に即して言えば、基地局２００の演算部６は、ＧＰＳレシーバー１からの１ＰＰＳ信号のタイミングから、データフレーム３０２に含まれているタイミング情報から割り出した１ＰＰＳ信号のタイミングまでの間において、カウンター２がカウントした10MHz のクロックの数をズレ情報とする。

基地局１００から送出されるデータフレーム３０１を受信後、基地局２００内部において、所定の処置を実施した後、直ぐに基地局１００へデータが送信される。直ぐにデータを送り返すのは、その時点での時間タイミングズレを極力直ぐに反映させるためである。

基地局２から送出されるデータフレーム３０３は、基地局２００から規定の時間ごとに送信されるため、多少待ち時間が発生する。このときの待ち時間（＝Ｆａｄｊ）は常に変動する可能性がある。基地局２００から基地局１００への電波伝搬遅延は、空間距離が変化していないためＬｄ２＝Ｌｄ１となるため、データフレーム３０３はＬｄ２時間分遅延した後、基地局１００へデータフレーム３０４として到達する。これらにより、基地局１００から基地局２００へ、基地局２００から基地局１００へとデータのやりとりを行う上で、時間的に変動要素が含まれるものは待ち時間Ｆａｄｊとなる。

よって、時間変動要因を排除するために、待ち時間Ｆａｄｊを含まないように処理することが肝要である。このためには、基地局２００内部において、上記のズレ情報を時間差分情報としてデータフレーム３０３に含ませ基地局１００へ送り返す。この結果、基地局１００においては、データフレーム３０４を受信したタイミングではなく、データフレーム３０４に含まれフレームタイミング検知部７において検出されるタイミング情報中のズレ情報に基づいて、基地局１００での時刻同期ズレを判断することになるので、Ｆａｄｊ分を考慮する必要がなくなるのである。

図４は、ＧＰＳ衛星捕捉不能状態発生時の処理を示す。ＧＰＳ衛星補足不能状態が基地局１００で発生した場合（図４のステップＳ１）、基地局１００から近傍の他基地局である基地局２００へアラームデータを送信する（ステップＳ２）。このとき、基地局２００へ送信するデータフレームの中には、１ＰＰＳ信号のタイミング情報と、場合によりアラーム情報を載せる。同時に、基地局１００が送信する当該データフレームが他基地局で共通認識されるデータフレーム番号も載せる。

この共通認識されるデータフレーム番号とは、例えば、ＧＰＳ−ＴＩＭＥの開始時間である１９８０年１月６日からの経過時間等で識別する方法が考えられる。ＧＰＳ−ＴＩＭＥとの関連付けを採用することは、他のＧＰＳを利用した時刻同期システムにおいて有益である。それは、当該システムの応用を考えたときに、ＧＰＳ衛星からの航法メッセージを利用するという共通的な処理のためである。

基地局２００にアラームデータが到達すると（ステップＳ３）、基地局２００の演算部６は基地局１００との間のズレ情報を取得して（ステップＳ４）、ズレ情報と基地局２００の位置情報を基地局１００へ送信する（ステップＳ５）。基地局１００へズレ情報と位置情報のデータが到着すると（ステップＳ６）、演算部６が基地局２００との時間差分を演算する（ステップＳ７）。

そして、演算部６は、この演算結果が所定の精度以内であるかを判定する（ステップＳ８）。その結果、所定の精度以内であれば、通常通り継続運用する（ステップＳ９）。一方、所定精度外であれば、運用を停止し（ステップＳ１０）、同時に、運用停止のアラームを上位ネットワーク等へ通知する（ステップＳ１１）。

図５は、時間差分演算（ステップ４）の詳細を示し、基地局１００の内部タイミングが、他のＧＰＳ衛星を正常に受信している正常動作の基地局２００の内部タイミングとどの程度時間的なタイミングがずれているのかを算出するものである。

基地局２００において、先ず、フレームタイミング検知部７からの位置情報により基地局１００の位置を確認し（ＬＣＴ１）、ＧＰＳレシーバー１からの位置情報により基地局２００の位置（ＬＣＴ２）を確認（ステップＴ２）する。次いで、ＬＣＴ１とＬＣＴ２により基地局１００と基地局２００の間の直線距離Ｄ１を算出し（ステップＴ３）、そして電波伝搬遅延時間を算出する（ステップＴ４）。

例えば、電波伝搬速度を簡易的に c=30,000km/sec とすると、基地局１００と基地局２００の空間距離が 2km であった場合、2km÷30,000km/sec≒6.7usecつまり、2kmの距離を電波が伝わるために、約 6.7usec 必要なことが分かる。同様に、各基地局間距離が分かれば、電波伝搬遅延時間を算出することができる。この際、周囲環境（温度、湿度、気圧）等により誤差が生じるが、１usec レベルの判定であれば無視できるレベルのため算出には考慮しない。よって、回路も簡素化できる。また、本周囲環境条件を考慮しないため、回路もシンプルなものとすることができるし、他の時刻同期システムへの応用も簡易となる。

最後に、到着済み（図４のステップＳ６）のズレ情報から、算出した（ステップＴ４）電波伝搬遅延時間を減算する（ステップＴ５）ことにより、基地局１００のタイミングズレが判明する（ステップＴ６）。

以上に説明したように、本実施例によれば、基地局１００で何らかの理由によりＧＰＳ衛星を捕捉できなくなった場合においても、相互に無線通信が可能な位置関係にある基地局２００があれば、基地局１００の内部タイミングが所定の精度内であるかどうか判断が可能となる。本判断が可能となることで、ＧＰＳレシーバー１に内蔵されている発振器１１の実力性能を最大限利用することができる。それにより、安全のためにという理由等で採用される非常に高価な発振器を搭載する必要が無くなり、コストダウンを図ることができる。

同時に、同じ性能の発振器を搭載した基地局であっても、発振器の最悪値を考慮して決定される運用停止までの時間が、実力値ベースで運用を継続できるため、運用停止までの時間を長くとることができる。また、実力値ベースで運用を継続できるため、同じ運用時間程度で良ければより低価格の発振器を搭載することもでき、コストダウンを図ることができる。

また、本実施例によれば、従来の基地局装置の構成をほとんど変更する必要がないため、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の内部時間タイミングレベルを、ＵＴＣに対して１usec レベルとしたが、採用される無線通信方式システムによっては、例えば、10 usec レベルとしても良いし、絶対時刻精度に対するズレにより余裕があるシステムにおいては、10 usecとしても良い。

また、上記実施例では、ＧＰＳ衛星の捕捉ができている基地局を基地局２００の一つだけとしたが複数であっても良い。

また、上記実施例では、ＧＰＳレシーバーを使用しているが、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、またはＧａｌｉｌｅｏ（欧州版衛星測位システム）、またはＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳを併用利用したもの、またはＧＰＳとＧａｌｉｌｅｏを併用利用したもの、またＧＬＯＮＡＳＳとＧａｌｉｌｅｏを併用利用したもの、またはＧＰＳとＧＬＯＮＡＳＳとＧａｌｉｌｅｏを併用利用したものでも良い。

また、上記実施例では、発振器１００にダブルオーブン型ＯＣＸＯ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すれば、コストは低下させることができる。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。また、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crysal Oscillator）等、オーブンなしタイプのオシレータを適用すれば、コストは更に低下させることができる。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シングルオーブン型ＯＣＸＯを適用したものよりも更に時間が短くなる。また、Ｒｂ発振器（Rubidium：ルビジウム）やＣｓ発振器（Caesium：セシウム）等Ｒｂ発振器やＣｓ発振器、より精度の高い発振器を使用することも可能であり、その場合は、システムが許容できる時間をより長くすることができる。しかし、コストは増加してしまう。

また、上記実施例では、ＧＰＳレシーバーとの通信方式をＲＳ−２３２Ｃとしているが、ＲＳ−４２２を利用したもの、またはＧＰ−ＩＢを利用したもの、またはＩｒＤＡを利用したもの、またはＩＥＥＥ １３９４を利用したもの、またはシリアルＡＴＡ（Serial AT Attachment）を利用したもの、またはＰＣＩ Expressを利用したもの、またはＵＳＢ（Universal Serial Byus）を利用したもの、または他のパラレル通信方式を利用したものでも良い。

本発明の実施例２として、その基本的構成は上記の通りであるが、ＧＰＳレシーバー１について更に工夫している。その構成を図６に示す。本図において、ＧＰＳレシーバー１をメイン動作機とし、ＧＰＳレシーバー１−１をサブ動作機とし、ＧＰＳレシーバー１と１−１からの１ＰＰＳ信号および10MHz のクロックをセレクター１２で選択出力する構成とする。

本構成により、ＧＰＳレシーバー１が何らかの理由で故障した際、他基地局からＵＴＣと同期したタイミング情報を得ることができれば、サブ動作機であるＧＰＳレシーバー１−１がバックアップ動作し、時刻同期装置の長時間運用が可能となる。本構成において、更に故障時等の装置安定性を求める場合は、バックアップ動作するＧＰＳレシーバーを３以上の複数としても良い。

更に、本発明の実施例３として、その基本的構成は上記の通りであるが、ＧＰＳ衛星補足用のアンテナ８について更に工夫している。その構成を図７に示す。本図において、ＧＰＳ衛星補足用のアンテナ８とＧＰＳ衛星補足用のアンテナ８−１は相互に独立して動作している。

本実施例では、アンテナ８が何らかの理由で故障した際（例えば、誘導雷等で故障）、アンテナ８−１が独立して動作しているため、ＧＰＳレシーバー１−１がバックアップ動作し、時刻同期装置の連続運用が可能となる。同様に、ＧＰＳレシーバー１が何らかの理由で故障した際、ＧＰＳレシーバー１−１が単独でバックアップ動作し、時刻同期装置の連続運用が可能となる。

１ ＧＰＳレシーバー
２ カウンター
３ フレームタイミング制御部
４ フレーム生成部
５ 無線電波入出力部
６ 演算部
７ フレームタイミング検知部
８ アンテナ
９ アンテナ
１０ メモリ
１１ 発振器
１２ セレクター
８−１ アンテナ
１−１ ＧＰＳレシーバー
１１−１ 発振器
１００ 基地局
２００ 基地局

Claims (8)

1. ＧＰＳ衛星から送信される時報信号に基づいて生成される時刻同期信号を使用した基地
   局の時刻同期装置において、
   前記ＧＰＳ衛星を捕捉できなくなるとアラーム情報を前記時刻同期信号のタイミング情
   報と共に無線フレームに含ませて他基地局へ送信し、前記他基地局では前記タイミング情報により自基地局間の時刻ズレ情報を求めて基地局の位置情報と共に無線フレームに含ませて送信し、該無線フレームを受信した当該基地局ではアラーム情報が含まれていないことを確認して、前記時刻ズレ情報および前記位置情報により求まるタイミングズレに基づき前記時刻同期信号を補正することを特徴とする時刻同期装置。
2. ＧＰＳ衛星から送信される時報信号に基づいて生成される時刻同期信号を使用した基地
   局の時刻同期装置において、
   前記時刻同期信号を高精度クロックと共に出力し、また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、
   前記時刻同期信号の立上りエッジから前記高精度クロックの数を計数して出力しているカウンターと、
   前記時刻同期信号のタイミング情報を含む無線フレームを生成するフレーム生成部と、
   前記無線フレームを他基地局との間で送受信する無線電波入出力部と、
   タイミング情報に前記アラーム情報があるときは、当該基地局と前記ＧＰＳ衛星から時報信号を受信している他基地局との間のタイミングズレを算出する演算部と、
   前記アラーム信号がないときは前記時刻同期信号のタイミング情報、前記アラーム信号
   があるときは前記タイミングズレに基づき前記ＧＰＳレシーバーで補正された時刻同期信
   号のタイミング情報を前記フレーム生成部へ出力するフレームタイミング制御部を有し、 前記他基地局では、前記無線電波入出力部で受信されたタイミング情報と自基地局のタイミング情報とから時刻ズレ情報を求めて基地局の位置情報と共に無線フレームに含ませて当該基地局へ送信し、当該基地局出の前記タイミングズレ算出に供することを特徴とする時刻同期装置。
3. 前記他基地局の演算部は、受信した無線フレームに前記アラーム信号を検知すると、当該無線フレームに含まれている前記タイミング情報により定まる時刻の前記計数の値を前記時刻ズレ情報として取得し、
   前記他基地局のフレームタイミング制御部は、前記時刻ズレ情報を前記フレーム生成部
   へ出力し、
   当該基地局の演算部は、受信した無線フレームに前記アラーム信号を検知しないときは、前記時刻ズレ情報によるタイミングから自他基地局間の電波伝搬遅延時間を減算して前記タイミングズレを算出することを特徴とする請求項２に記載の時刻同期装置。
4. 前記フレームタイミング制御部は、前記ＧＰＳレシーバーからアラーム情報を受けると
   、前記演算部へタイマー動作の開始要求を行ない、演算部からの前記タイミングズレによ
   る補正情報が所定の精度以内であるかを判定し、タイマー動作の開始要求から所定時間内
   に所定の精度以内の補正情報の入力がない場合には、前記フレーム生成部に対して無線出
   力を停止させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の時刻同期装置。
5. ＧＰＳ衛星から送信される時報信号に基づいて生成される時刻同期信号を使用した基地
   局の時刻同期方法において、
   前記ＧＰＳ衛星を捕捉できなくなると、アラーム情報を前記時刻同期信号のタイミング
   情報と共に無線フレームに含ませて他基地局へ送信する手順と、
   前記他基地局では前記タイミング情報により自基地局間の時刻ズレ情報を求めて基地局の位置情報と共に無線フレームに含ませて送信する手順と、
   該無線フレームを受信した当該基地局ではアラーム情報が含まれていないことを確認して、前記時刻ズレ情報および前記位置情報により求まるタイミングズレに基づき前記時刻同期信号を補正する手順を有することを特徴とする時刻同期方法。
6. ＧＰＳ衛星から送信される時報信号に基づいて生成される時刻同期信号を使用した基地
   局の時刻同期方法において、
   前記時刻同期信号を高精度クロックと共に出力する手順と、
   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手順と、
   前記時刻同期信号の立上りエッジから前記高精度クロックの数を計数して出力する手順
   と、
   前記時刻同期信号のタイミング情報を含む無線フレームを生成する手順と、
   前記無線フレームを他基地局との間で送受信する手順と、
   タイミング情報に前記アラーム情報があるときは、当該基地局と前記ＧＰＳ衛星から時報信号を受信している他基地局との間のタイミングズレを算出する手順と、
   前記アラーム信号がないときは前記時刻同期信号のタイミング情報、前記アラーム信号
   があるときは前記タイミングズレに基づき補正された時刻同期信号のタイミング情報を出
   力する手順と、
   前記他基地局では、前記無線電波入出力部で受信されたタイミング情報と自基地局のタイミング情報とから時刻ズレ情報を求めて基地局の位置情報と共に無線フレームに含ませて当該基地局へ送信し、当該基地局出の前記タイミングズレ算出に供する手順を有することを特徴とする時刻同期方法。
7. 前記他基地局では、受信した無線フレームに前記アラーム信号を検知すると、当該無線フレームに含まれている前記タイミング情報により定まる時刻の前記計数の値を前記時刻ズレ情報として取得する手順と、
   前記時刻ズレ情報を無線フレームに含ませて送信する手順を有し、
   当該基地局では、受信した無線フレームに前記アラーム信号を検知しないときは、前記時刻ズレ情報によるタイミングから自他基地局間の電波伝搬遅延時間を減算して前記タイミングズレを算出する手順を有することを特徴とする請求項６に記載の時刻同期方法。
8. 前記アラーム情報を受けるとタイマー動作の開始要求を行なう手順と、
   当該基地局の前記タイミングズレによる補正情報が所定の精度以内であるかを判定する
   手順と、
   前記タイマー動作の開始要求から所定時間内に所定の精度以内の補正情報の入力がない
   場合には、無線出力を停止させる手順を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の時刻同期装置。

Images