CN102388320A - 基准信号产生系统、定时信号供给装置及基准信号产生装置 - Google Patents

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Abstract

课题为：提供一种定时信号供给装置，其在定时信号的供给的接收端能频繁地进行相位比较，且能灵活地实现多种运用形态。解决手段为：GPS接收机(11)具有基带处理部(16)、PN码输出端子(26)。基带处理部(16)基于自GPS卫星接收到的测位信号进行测位计算。PN码输出端子(26)构成为能够基于基带处理部(16)的测位计算的结果输出与协调世界时相同步而每1秒进行反复的PN码。

Description

基准信号产生系统、定时信号供给装置及基准信号产生装置
技术领域
本发明主要涉及一种采用定时信号供给装置来产生基准信号的系统，该定时信号供给装置利用全球定位系统来提供定时信号。
背景技术
这种定时信号供给装置如专利文献1所公开的。该专利文献1所公开的GPS接收机构成为用于使CDMA移动通信网的系统相同步，而将TOD(Timeof Date、实时时间)、1PPS(One Pulse per Second)、10MHz的定时信号提供给基站系统。该构成中，经GPS天线自GPS卫星接收了的信号通过同轴电缆输入GPS接收机，GPS接收机对该信号进行解调并生成TOD、1PPS、10MHz的定时信号。
专利文献1中称为“GPS接收机”的构成(基准信号产生装置)如在非专利文献1中被公开的。该非专利文献1的基准信号产生装置具有PLL，平时的动作中，对来自GPS引擎的1PPS信号与来自内部振子的同样的信号的时间差进行比较，据此形成内部的压控晶体振荡器相位锁在GPS信号上的构成。并且，压控晶体振荡器(VCXO)输出的10MHz的信号与对该信号进行分频而得的1PPS信号从基准信号产生装置输出。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本国特表2005-520447号公报
[非专利文献]
[非专利文献1]HP SmartClock Technology-Application Note1279，Hewlett-Packard Company，Copyright 1998 5966-0431E，pp.10.
[发明概要]
[发明要解决的课题]
可是，非专利文献1所公开的基准信号产生装置，因是对GPS所得的1PPS信号与来自内部的压控晶体振荡器的1PPS信号进行相位比较的构成，故对相位比较的机会只能确保1秒1次。因此，将频率温度特性及老化特性较差的振荡器(比如，压控型的温补晶体振荡器(VCTCXO))用做PLL回路的振荡器的情况下，很难对该PLL回路的环路滤波器的频带进行收敛。
即，在采用这样的振荡器的结构中，以1秒1次的长周期进行相位比较时，在相位比较与下一次相位比较之间振荡器所产生的频率偏差被积累而变大，假设将环路滤波器(低通滤波器)的频带进行收敛，则PLL回路有可能锁偏。因而，必须将环路滤波器的频带宽扩大至某一程度，于是，振荡器的输出频率变得易于跟踪来自GPS的1PPS信号所含的抖动，使输出信号的频率稳定度降低。
另外，即使在振荡器采用频率温度特性及老化特性较好的振荡器(比如，压控恒温晶体振荡器(VCOCXO))的情况下，比如自基准信号产生装置输出1PPS信号的情况下，因不能充分地获得PLL的噪声衰减特性，每N倍0.5Hz便产生相位噪音大的寄生信号。
另外，用户端例如有时想要通过设置在多个(彼此分离的)地点的各个装置取得与协调世界时(UTC)同步的1PPS的信号。可是，该情况下，在以往的构成中，需要对1台装置设置1台定时信号供给装置，尤其用户端装置的台数多时，成本显著增加。
发明内容
本发明是鉴于上述的问题而提出的，其主要目的在于提供一种定时信号供给装置，该定时信号供给装置在利用定时信号端能频繁地进行相位比较，且灵活运用的余地大。
[用于解决课题的手段以及其效果]
本发明要解决的课题如上述，下面说明用于解决该课题的手段与效果。
根据本发明的第1观点，提供以下构成的基准信号产生系统。即，该基准信号产生系统具有定时信号供给装置、基准信号产生装置。上述定时信号供给装置具有测位演算部、扩频码输出部。上述测位演算部基于自全球定位系统的卫星接收到的测位信号执行测位计算。上述扩频码输出部，基于上述测位演算部的计算结果通过周期性的扩频码输出与规定的定时相同步的定时信号。上述基准信号产生装置具有码同步回路与基准信号输出部。上述码同步回路能够锁在自上述定时信号供给装置供给的扩频码上。上述基准信号输出部将来自上述码同步回路的信号作为基准信号来输出。
据此，作为基准信号产生装置，相对于从定时信号供给装置输入的扩频码通过码同步回路能频繁地执行码同步，因此能以短的时间间隔控制基准信号的输出。结果，从基准信号输出部能输出更高品质的基准信号。
在上述基准信号产生系统中，优选以下结构。即，该基准信号产生系统具有调制器、解调器。上述调制器通过载波信号对上述定时信号供给装置输出的扩频码进行调制。上述解调器对上述调制器调制而传送的信号进行解调并取得扩频码。上述解调器所得的扩频码输入上述基准信号产生装置。
据此，经调制能将扩频码传送到远方，因此能对定时信号供给装置与基准信号产生装置的位置关系灵活地进行设定。
在上述的基准信号产生系统中，优选如下结构。即，上述基准信号产生装置具有返回扩频码输出部，该返回扩频码输出部用于将上述定时信号供给装置供给的扩频码或与该扩频码相同步的扩频码输出来返回给上述定时信号供给装置。上述基准信号产生系统具有延迟量检测部。上述延迟量检测部检测延迟量，该延迟量为上述返回扩频码输出部输出而返回上述定时信号供给装置端的返回扩频码相对该定时信号供给装置输出的扩频码滞后的延迟量。基于上述延迟量对上述基准信号产生装置输出的基准信号的相位进行调整。
据此，基准信号产生装置能将更加正确的基准信号提供给用户端装置。
根据本发明的第2观点，提供如下结构的定时信号供给装置。即，该定时信号供给装置具有测位演算部和扩频码输出部。上述测位演算部基于自全球定位系统的卫星接收到的测位信号进行测位计算。上述扩频码输出部基于上述测位演算部的计算结果，通过周期性的扩频码输出与规定的定时相同步的定时信号。
据此，对定时信号的供给进行接收一侧的设备通过码相关回路能够以短于1秒的时间间隔获取码相关值而执行更细腻的控制。
在上述的定时信号供给装置中，优选上述扩频码是伪随机码。
据此，在定时信号供给装置与定时信号被供给一侧的设备之间，能实现通信的隐匿性。
在上述定时信号供给装置中，优选具有开头定时输出部，该开头定时输出部输出与上述扩频码的码型返回开头的定时相关的信号。
据此，对定时信号的供给进行接收一侧的设备利用来自上述开头定时输出部的信号，能够快速地实现例如码相关回路的码同步。
在上述的定时信号供给装置中，优选能够载有多个上述扩频码并自上述扩频码输出部输出。
据此，在1台定时信号供给装置中，能对多台设备输出不同的扩频码，在输入端的各台设备中，对以自机为对象的定时信号能进行分离接收。通过该通信的多重化，能整体上实现系统的简单化。
在上述的定时信号供给装置中，优选能够将其他的数据信号载到上述扩频码上并自上述扩频码输出部输出。
据此，对定时信号的供给进行接收一侧的设备，能自定时信号供给装置取得除该定时信号之外的各种信息。
在上述的定时信号供给装置中，优选能够发送与起因于对上述定时信号供给装置和上述扩频码的接收端的接收端装置进行连接的连接路径的传送延迟相关的信息。
据此，对定时信号的供给进行接收一侧的设备，通过对上述传送延迟进行校正，能正确地取得如定时信号供给装置设想的定时。
其中，在上述的定时信号供给装置中，优选对上述扩频码输出部输出的扩频码的相位进行调整，以便校正起因于对上述定时信号供给装置和上述扩频码的接收端的接收端装置进行连接的连接路径的传送延迟。
即使在该情况下，对定时信号的供给进行接收一侧的设备，能正确地取得如定时信号供给装置设想的定时。
根据本发明的第3观点，提供如下结构的基准信号产生装置。即，该基准信号产生装置具有码同步回路、基准信号输出部。上述码同步回路能够锁在与规定的定时相同步的周期性的扩频码上。上述基准信号输出部将来自上述码同步回路的信号作为基准信号来输出。
据此，通过码同步回路对于输入的扩频码能频繁地执行码同步，因而能以短的时间间隔对基准信号的输出进行控制。该结果，能自基准信号输出部输出更高品质的基准信号。
在上述的基准信号产生装置中，优选如下结构。即，该基准信号产生装置具有延迟信号输入部和调整部。上述延迟信号输入部用于输入关于延迟的信号即延迟信号。上述调整部基于上述延迟信号对上述基准信号输出部输出的基准信号的相位进行调整。
据此，通过在基准信号产生装置一侧取得延迟信号并对上述传送延迟进行校正，能取得正确的定时的基准信号。
在上述的基准信号产生装置中，优选上述基准信号输出部含有扩频码输出部，该扩频码输出部输出与来自上述码同步回路的信号相同步的周期性的扩频码。
据此，能向用户端装置提供正确的定时的扩频码。
附图说明
图1是表示涉及本发明第1实施方式的GPS接收机的电构成的框图。
图2是表示第1实施方式的基准频率产生装置的电构成的框图。
图3是表示在本实施方式和以往技术中对基准频率产生装置的输出信号的寄生信号强度进行比较的频谱图。
图4是表示第2实施方式的GPS接收机的电构成的框图。
图5是表示第2实施方式的基准频率产生装置的电构成的框图。
图6是表示第2实施方式的采用GPS接收机以及基准频率产生装置的基准频率产生系统的框图。
具体实施方式
下面对照附图说明本发明的实施方式。图1是表示涉及本发明第1实施方式的GPS接收机11的电构成的框图。
图1所示的作为定时信号供给装置的GPS接收机11构成为：采用作为全球定位系统的GPS，能输出每隔协调世界时(UTC)的1秒反复的周期性的伪随机码(PN码)、1PPS信号。该GPS接收机11具有用于输出上述PN码的PN码输出端子(扩频码输出部)26、用于输出与该PN码的码型开头的定时相一致的脉冲信号(上述1PPS信号)的开头定时信号输出端子(开头定时输出部)27。
另外，GPS接收机11具有RF前端(block)部15、基带处理部(测位演算部)16、振荡器17、自由振荡计数器18、频率调整用计数器19、1秒计数器20、相位比较器21、调整用定时计数器22、PN码产生器23。
RF前端部15构成为：对由GPS天线61接收的模拟信号进行放大以及数字变换等适宜处理，输出至基带处理部16。RF前端部15的构成是现有的，故省略详细的说明，其具有放大器、用于下变频的混频器、带通滤波器、A/D转换器、PLL回路。
基带处理部16构成为：基于从RF前端部15输入的信号进行导航电文解调、卫星轨道计算、以及测位计算。具体而言，该基带处理部16使具有码相关器的DLL回路锁在作为在来自GPS卫星的电波中所含的一种伪随机码的C/A码上，据此求来自GPS卫星的电波传播时间。然后，基带处理部16对载在C/A码上的导航电文进行读取并取得卫星轨道，用现有方法计算自机(GPS天线61)的位置、和自机侧的时钟误差。基带处理部16根据上述的测位计算能得到与GPS卫星所搭载的高精度时钟同步的准确时刻。
振荡器17比如以温补晶体振荡器(TCXO)构成。该振荡器17生成的规定频率的信号(本振频率信号)作为RF前端部15用于对输入频率进行下变频的基准信号来使用。另外，振荡器17的信号输入至基带处理部16，用做上述码相关器的采样时钟等。进而，振荡器17的信号输入自由振荡计数器18以及频率调整用计数器19。
自由振荡计数器18每当对来自振荡器17的时钟信号进行规定次数计数，就生成1秒定时信号。该1秒定时信号输入相位比较器21且输入基带处理部16。基带处理部16根据上述测位计算的结果和上述1秒定时信号能获得自由振荡计数器18的时钟漂移与相对于协调世界时(UTC)的1秒的偏置。
频率调整用计数器19对来自振荡器17的信号进行分频，据此在1秒产生X次的脉冲信号，能输出至1秒计数器20以及PN码产生器23。频率调整用计数器19是整数分频型的分频器，构成为其分频比能适宜切换。在输入来自调整用定时计数器22的变更定时信号时进行该分频比的变更。
比如，振荡器17的振荡频率是10MHz，频率调整用计数器19的分频比是1/10000时，频率调整用计数器19在1秒能产生1000次的脉冲信号(X＝1000)。另外，频率调整用计数器19的分频比根据来自调整用定时计数器22的信号，能够在例如1/10000、1/10001两者之间进行切换。
1秒计数器20构成为能对分频比进行变更的分频器。该1秒计数器20对从频率调整用计数器19输出的信号进行分频，在1秒产生1次的脉冲信号(1PPS信号)。比如，从频率调整用计数器19输入1秒计数器20的脉冲信号如上述在1秒是1000次时，该1秒计数器20构成为1000分频器。
1秒计数器20输出的1PPS信号从开头定时信号输出端子27输出。另外，该1PPS信号也输出给相位比较器21以及PN码产生器23。1秒计数器20的分频比基于来自基带处理器16的信号能适宜变更。
相位比较器21对自由振荡计数器18输出的1秒定时信号和1秒计数器20输出的1PPS信号的彼此相位进行比较，产生代表该相位差的信号(相位差信号)。该相位差信号从相位比较器21向基带处理部16进行输出。
调整用定时计数器22构成为能对分频比进行设定的分频器，反复计数直到达到设定的上限值为止，一达到该上限值则复位为零。调整用定时计数器22在计数值返回零的定时，将变更定时信号发送给频率调整用计数器19。
PN码产生器23构成为以来自频率调整用计数器19的脉冲信号为时钟，产生伪随机码(Pseudo Random Noise Code、PN码、伪随机噪声码)。PN码产生器23动作为每当1PPS信号从1秒计数器20被输入，就返回PN码的码型的开头，故产生同一码型的PN码每1秒被反复的信号。
在此，如上述的例子频率调整用计数器19在1秒产生1000次的脉冲信号时，码长1000的PN码每隔1秒被反复的信号从PN码产生器23输出。另外，PN码产生器23的PN码长通常是2n-1，但在本实施方式PN码的产生时钟是1kHz，故采用码长是1023的PN码产生器23，只使用开头侧的1000码片量即可。来自PN码产生器23的信号从PN码输出端子26输出来供给给外部。
在以上的结构中，基带处理部16基于测位计算所得到的时钟偏置适宜控制1秒计数器20的分频比，据此，能准确地使1秒计数器20所产生的1PPS信号的沿(比如、脉冲的上升沿)与UTC的1秒准确地一致。另外，该1PPS信号作为重置信号输入PN码产生器23，故PN码产生器23所输出的PN码的开头也与UTC的1秒准确地一致。
另外，基带处理部16基于从相位比较器21输入的相位差信号(表示自由振荡计数器18的1秒定时信号与1秒计数器20的1PPS信号的相位差的信号)求出振荡器17的漂移量，控制频率调整用计数器19以及调整用定时计数器22以便除去该漂移(时钟漂移)。
比如，设想理论上应该以10MHz振荡的振荡器17上产生1ppm的频率偏差，实际上以10MHz+10Hz振荡的情况。在该情况下，频率调整用计数器19的分频比设定成1/10000的情况下，该频率调整用计数器19的输出频率为1000.001Hz，频率调整用计数器19的分频比设定成1/10001的情况下，该频率调整用计数器19的输出频率为999.901Hz。
因此，若通过调整用定时计数器22进行控制，以将频率调整用计数器19的分频比在100次中的99次设为1/10000，而使留下的一次设定为1/10001，则频率调整用计数器19的输出频率的平均值为约1000.00000009899Hz(＝1kHz+9.899×10-8Hz)。因此，在1秒计数器20对其进行分频而得的1PPS的频率为1Hz+9.899×10-11。另外，考虑到零数，也有可能正确地得到1kHz的信号以及1PPS信号。
据此，能使PN码产生器23产生并从PN码输出端子26输出的PN码的码型的开头与UTC1秒正确地相一致。
下面对照图2说明基准频率产生装置(基准信号产生装置)51。图2是表示基准频率产生装置51的电构成的框图。
图2所示的基准频率产生装置51构成为：将上述GPS接收机11所输出的PN码(以下，因为是每1秒进行重复的PN码故称为“1秒PN码”)作为参考信号并输入，并将与该1秒PN码同步的基准信号(基准频率信号、基准定时信号、以及1秒PN码)进行输出。
该基准频率产生装置51具有用于输入来自GPS接收机11的1秒PN码的PN码输入端子56、用于输入GPS接收机11输出的1PPS信号的1PPS信号输入端子57。另外，基准频率产生装置51具有用于输出10MHz的基准频率信号的第1输出端子(第1基准信号输出部)58、用于输出1PPS的基准定时信号的第2输出端子(第2基准信号输出部)59、用于输出1秒PN码的第3输出端子(第3基准信号输出部)60。
基准频率产生装置51具有作为码同步回路的DLL回路55。该DLL回路55具有移动平均型相关器31、环路滤波器32、压控振荡器(VCO)33、第1分频器34、第2分频器35、PN码产生器36。
移动平均型相关器31构成为具有早期(early)系列的码相关器和后期(late)系列的码相关器。早期(early)侧的码相关器具有XOR回路41、移动平均演算器42。同样，后期(late)侧的码相关器具有XOR回路43、移动平均演算器44。
GPS接收机11输出的1秒PN码、PN码产生器36生成的内部PN码输入早期(early)侧的码相关器的XOR回路41。但是，从PN码产生器36输入XOR回路41的内部PN码与通常相比相位提前PN码的0.5码片量(后述的early-PN码)。来自XOR回路41的信号输入移动平均演算器42。
另一方面，GPS接收机11输出的1秒PN码、PN码产生器36生成的内部PN码输入后期(late)侧的码相关器的XOR回路43。但是，从PN码产生器36输入XOR回路43的内部PN码与通常相比相位滞后PN码的0.5码片量(后述的late-PN码)。来自XOR回路43的信号输入移动平均演算器42。
2个码相关器各自具有的移动平均演算器42、44由加法器等构成，相对于XOR回路41、43的输出信号计算移动平均。通过该移动平均演算器42、44对平均进行计算的时间区间例如能设定为1秒。通过2个移动平均演算器42、44所得的移动平均值分别输入减法器45。
减法器45从早期(early)侧的移动平均值减去后期(late)侧的移动平均值，将表示所得的值的信号输出给环路滤波器32。
环路滤波器32由低通滤波器等构成，通过对从减法器45所得信号的电平进行时间地平均化产生控制电压信号。环路滤波器32产生的控制电压信号输出给压控振荡器33。
压控振荡器33例如以晶体振荡器(VCXO)构成，输出与从环路滤波器32输入的控制电压信号相应的频率的信号。在本实施方式中，在DLL回路55锁在来自GPS接收机11的1秒PN码(参考信号)的状态下，进行控制以使压控振荡器33的输出信号的频率为10MHz。压控振荡器33所产生的信号输出给第1输出端子58。另外，压控振荡器33的输出信号输出给第1分频器34。
第1分频器34按照1/10000的分频比对从压控振荡器33输入的10MHz的信号进行分频，生成1kHz的信号。第1分频器34所生成的信号输出给PN码产生器36用做PN码的生成用时钟。另外，第1分频器34的输出信号输入第2分频器35。
第2分频器35按照1/1000的分频比对从第1分频器34输入的1kHz的信号进行分频，产生1Hz的信号(1PPS信号)。第1分频器34输出的1Hz的信号作为重置信号输出给PN码产生器36。另外，第2分频器35输出的信号作为1PPS信号(基准定时信号)输出给第2输出端子59。
来自GPS接收机11的1PPS信号通过1PPS信号输入端子57输入第2分频器35。第2分频器35构成为能对分频比进行变更，构成为：DLL回路55在没有锁在作为参考信号的1秒PN码的初始状态(PN码的检索过程)下，该第2分频器35基于来自GPS接收机11的1PPS信号对分频比进行适宜调整，能将定时与该1PPS信号几乎一致的重置信号进行发送。
PN码产生器36将从第1分频器34输入的1kHz的信号用做时钟信号，能产生PN码。PN码产生器36生成的PN码与上述GPS接收机11的PN码产生器23所生成的为同一的码型(副本PN码)。
PN码产生器36进行动作以使每当1PPS信号从第2分频器35被输入便返回至PN码的码型的开头，故产生每1秒同一码型的PN码反复的信号。PN码产生器36所产生的1秒PN码输出给第3输出端子60。
PN码产生器36构成为除上述的1秒PN码以外，还能够将与其相比相位提前0.5码片量的PN码、相位滞后0.5码片量的PN码一起输出。另外，在以下，有时将构成基准的PN码(从第3输出端子60输出的PN码)称为“准时-PN码(punctual-PNcode)”，并且将相位提前的称为“早期-PN码(early-PNcode)”，将相位滞后的称为“后期-PN码(late-PNcode)”。
早期-PN码输入移动平均型相关器31中的早期(early)侧的码相关器的XOR回路41。另外，后期-PN码输入后期(late)侧的码相关器的XOR回路43。
在以上构成中，设想PN码产生器36生成的准时-PN码相对于从PN码输入端子56输入的1秒PN码(以下称“参考PN码”)稍滞后的情况。该情况下，早期-PN码以及后期-PN码相位同样滞后，与后期-PN码相比参考PN码对早期-PN码拥有强的相关。因而，减法器45的输出值(即，从早期(early)侧的相关值减去后期(late)侧的相关值而得到的值)变得大于0。
另一方面，准时-PN码对于上述参考PN码稍提前的情况下，早期-PN码以及后期-PN码相位同样提前，故与早期-PN码相比参考PN码对后期-PN码拥有强的相关。因而，减法器45的输出值(即，从早期(early)侧的相关值减去后期(late)侧的相关值而得到的值)变得比0小。
利用这些，本实施方式的环路滤波器32对向压控振荡器33输出的控制电压信号进行调整以使移动平均型相关器31的减法器45的演算结果趋近于0。据此，能以高精度使PN码产生器36输出的准时-PN码与输入的参考PN码相一致。
如以上所示，在本实施方式中，并非将1秒1次的脉冲信号(1PPS信号)、而是将不中断地输入的1秒PN码用做参考信号。因而，能频繁地进行PN码产生器36的输出波形与参考信号的相位比较(例如，在1秒间能以10次～1000次左右的频度进行比较)。据此，在压控振荡器33的频率偏移变大之前，能对该压控振荡器33的控制电压信号早期地进行调整来对应。因而，即使将DLL回路55的频带宽收敛得小(即，即使将环路滤波器32的低通滤波器的截止频率变小)也不容易锁偏。结果，能将环路滤波器32的时间常数变得更大，所以能稳定地输出抑制抖动后的高品质的信号。
图3的频谱图表示对在以1PPS信号为参考信号在1秒进行1次相位比较的现有技术的情况、与在本实施方式中在1秒进行10次相位比较的情况的寄生信号强度进行比较。另外，在图3的坐标图中纵轴表示电力谱密度，横轴以对数刻度表示频率。
在图3中虚线表示的曲线，如上述，表示相位比较频度是在1秒1次的情况时(以往的构成)的寄生信号强度。从坐标图可知，在相位的比较频度(换而言之，供给压控振荡器的控制电压的更新频度)是1Hz的情况下，0.5Hz的倍数的寄生信号最大、且以0.5Hz以下的频率为基本的各个频率的与0.5Hz相比小的寄生信号被进一步附加。另一方面，在本实施方式(坐标图的实线)中，可知那样的寄生信号被抑制，能得到高纯度的信号波形。
另外，图2所示来自1PPS信号输入端子57的1PPS信号活用为线索，该线索用于使DLL回路55容易且快速地锁在来自PN码输入端子56的1秒PN码上，并非必须的要素。即，在本实施方式中，对于基准频率产生装置51的1PPS信号输入端子57、以及GPS接收机11的开头定时信号输出端子27，即使省略也无妨。
如以上说明，本实施方式的GPS接收机11(图1)具有基带处理部16、PN码输出端子26。基带处理部16基于自GPS卫星接收到的测位信号进行测位计算。PN码输出端子26构成为基于基带处理部16的计算结果通过每隔1秒反复的周期性的PN码能输出与UTC1秒同步的定时信号。
据此，被施加该定时信号的设备(基准频率产生装置51)能以短于1秒的时间间隔取得码相关值来对压控振荡器33的振荡进行控制。因此，在早的阶段能对压控振荡器33的振荡频率的偏移进行校正，故能收敛DLL回路55的频带宽，能抑制基准频率产生装置51输出的基准定时信号等的抖动。另外，在短的时间间隔能对压控振荡器33进行控制，故能使相位噪声所致的寄生信号产生在偏离基准定时信号的频率(1Hz)的频率上。因此，通过DLL回路55的环路滤波器32的频带限制能使寄生信号更好地衰减。据此，能向用户端装置提供高品质的基准信号。
另外，本实施方式的GPS接收机11构成为能通过由伪随机噪声构成的PN码输出定时信号。
据此，在GPS接收机11与基准频率产生装置51之间能实现通信的机密性。尤其也能通过扩散使频谱密度降低，能使信号电平小于噪声基底(noise floor)，如此，能更好地实现机密性。
另外，本实施方式的GPS接收机11具有开头定时信号输出端子27，该开头定时信号输出端子27将从PN码输出端子26输出的PN码的码型返回开头的定时作为1PPS信号进行输出。
据此，基准频率产生装置51利用该1PPS信号在DLL回路55中易于检索参考PN码的码型，能快速使码同步。
另外，本实施方式的基准频率产生装置51(图2)具有DLL回路55、第1输出端子58。DLL回路55能锁在与UTC1秒同步的周期的PN码上。第1输出端子58、第2输出端子59以及第3输出端子60将来自DLL回路55的信号作为基准信号来输出。
据此，对于持续输入的参考PN码与内部PN码，在DLL回路55中能以短于1秒的时间间隔对彼此相位进行比较。因此，与以往技术相比能获得对抖动以及寄生信号较好地降低后的基准信号。
另外，在本实施方式的基准频率产生装置51中，在3个输出端子中包括第3输出端子60，该第3输出端子60能输出与来自DLL回路55的信号相同步的周期性的PN码。
据此，能向用户端装置提供除去抖动等的正确的定时的PN码。
下面对照图4至图6对第2实施方式的GPS接收机以及基准频率产生装置、应用该GPS接收机与基准频率产生装置的基准频率产生系统进行说明。另外，在该第2实施方式的说明中，关于与上述第1实施方式相同或相似的结构在图中对其标记同一符号，并省略其说明。
第2实施方式所涉及的GPS接收机11x，如图4所示，其构成为将调制器28附加到上述第1实施方式的GPS接收机11上。在该结构中，基带处理部16将规定信息所涉及的数据信号输出给调制器28。并且调制器28通过PN码产生器23所输出的PN码对该数据信号进行调制，并能从数据调制PN码输出端子29输出。另外，在本实施方式的GPS接收机11x中，省略第1实施方式所具有的PN码输出端子26。
上述基带处理部16向调制器28作为数据信号输出的信息是任意的，相应于系统的目的等，比如，可以作为与来自GPS卫星的电波接收相关的信息、测位信息、时刻信息(TOD)、与GPS接收机11x的内部状态相关的信息等。或者，也能作为后述的校正定时信息。这些信息通过调制器28载到PN码上，并从数据调制PN码输出端子29输出。
以下，说明第2实施方式所涉及的基准频率产生装置。该基准频率产生装置51x，如图5所示，其构成为将控制信号输入端子(延迟信号输入部)65、延迟产生器(调整部)37及处理器38附加到上述第1实施方式的基准频率产生装置51中。另外，在本实施方式的基准频率产生装置51x中省略第1实施方式所具有的1PPS信号输入端子57。
控制信号输入端子65构成为：能输入与自PN码输入端子56输入的PN码的延迟相关的信号(具体而言，是用于校正该延迟的校正定时信号)。该校正定时信号(延迟信号)输入处理器38。
延迟产生器37产生对于从压控振荡器33输入的信号具有延迟的信号，输出给第1分频器以及第1输出端子58。延迟产生器37的输出信号相对于从压控振荡器33输入的信号的延迟时间(延迟量)能基于来自处理器38的控制信号适宜变更。该延迟产生器37能采用多种结构。比如，压控振荡器33的输出波形是正弦波时，延迟产生器37能采用比较器，通过比较器的阈值变更能实现延迟量的变更。另外，比较器之外，比如也可采用移位寄存器、延迟线等用作延迟产生器37，用选择器从延迟量各不相同的多个输出中选择其一，据此也能实现延迟量变更。进一步，如上述用硬件实现延迟，取而代之用软件也能实现延迟。
处理器38基于从控制信号输入端子65输入的校正定时信号控制延迟产生器37，使第1输出端子58输出的基准频率信号、第2输出端子59输出的基准定时信号、以及第3输出端子60输出的1秒PN码全都与UTC1秒相同步。
下面，对照图6说明第2实施方式所涉及的对GPS接收机11x与基准频率产生装置51x进行组合的基准频率产生系统(基准信号产生系统)71的结构。图6所示的基准频率产生系统71具有GPS接收机11x与基准频率产生装置51x。并且，基准频率产生系统71具有载波信号供给源81、调制器82、2个乘法器83和84、压控振荡器85、解调器86，以使将GPS接收机11x输出的数据调制PN码所含的1秒PN码以及各种信息传送给基准频率产生装置51x。
载波信号供给源81由周知的振荡器、PLL回路等构成，能将载波信号输出给调制器82。
调制器82用从载波信号供给源81输入的载波信号对GPS接收机11x输出的上述数据调制PN码进一步进行调制。另外，在以下说明中，将用载波信号调制过的数据调制PN码称为“载波调制PN码”。调制器82输出的载波调制PN码通过适宜的传送线87输入各个乘法器83、84。该传送线87设计了种种方式，比如、设计为天线、同轴电缆、印刷基板(printed board)的布线图形(wiring pattern)、配电用AC线等。另外，将配电用AC线用做传送路87时，能将该AC线的信号用做载波信号供给源81。
输入乘法器(解调器)83的载波调制PN码通过与来自压控振荡器85的信号的相乘进行解调。这样得到的数据调制PN码(作为1秒PN码)输入基准频率产生装置51x。在基准频率产生装置51x中，与上述相同，执行控制以使内部的PN码产生器36产生的1秒PN码(准时-PN码)相对于输入的数据调制PN码(1秒PN码)相关变为最高。并且，与该1秒PN码相同步的基准频率信号以及基准定时信号向无图示的用户端装置进行输出。但是，从解调器86输入的数据包含上述定时校正数据时，对基准频率产生装置51x输出的基准频率信号以及基准定时信号的相位适宜提前，以便对数据调制PN码从GPS接收机11x传送到基准频率产生装置51x时所产生的延迟进行除去。
乘法器84通过对基准频率产生装置51x产生的返回PN码与传送路87传送而来的载波调制PN码进行相乘，从载波调制PN码去除PN码。乘法器84产生的信号输入解调器86。另外，该返回PN码自在基准频率产生装置51x上所设置的无图示的返回PN码输出端子(返回扩频码输出部)输出，上述第3输出端子60外另行具有该返回PN码输出端子。该返回PN码是与输入基准频率产生装置51x的数据调制PN码相同步的1秒PN码，从该1秒PN码除去上述数据信号。另外，该返回PN码不同于上述第3输出端子60输出的准时-PN码，并不执行上述用于去除延迟的相位校正。
解调器86基于来自压控振荡器85的信号对从乘法器84输入的信号进行解调。据此，能取得GPS接收机11x所输出的数据调制PN码所包含的各种数据。在该信息中，包括来自GPS卫星的电波接收相关的信息、测位信息、时刻信息(TOD)、GPS接收机11x的内部状态相关的信息等。这些信息，输出给用户端装置等并被适宜利用。
另外，通过解调器86解调数据而得的信息中，原则上包含定时校正数据，该定时校正数据用于对信号在从GPS接收机11x到基准频率产生装置51x的传送路径传递时的延迟进行校正。该定时校正数据从解调器86向基准频率产生装置51x所具有的控制信号输入端子(延迟信号输入部)65进行输出。进一步，解调器86对施加在该压控振荡器85上的控制电压进行适宜调整，以使压控振荡器85以与上述载波信号供给源81相同的频率进行振荡。
另外，基准频率产生系统71具有调制器91、乘法器92、DLL回路93、相位比较器(延迟量检测部)94、压控振荡器95、PLL回路96，以便将基准频率产生装置51所输出的上述返回PN码输出给GPS接收机11x端。
调制器91通过从压控振荡器85输入的信号(载波信号)对基准频率产生装置51x输出的返回PN码进一步进行调制。另外，在以下说明中，将通过该载波信号调制的返回PN码称为“载波调制返回PN码”。调制器91输出的载波调制返回PN码通过适宜的传送路97输入乘法器92且输入混频器98。另外，作为传送路97与在上述传送路87的说明中所例示的相同，通过各种方式能实现。
输入乘法器92的载波调制返回PN码通过与来自压控振荡器95的信号的相乘进行解调。如此得到的返回PN码输入DLL回路93。
对于DLL回路93的详细构成省略其说明，比如，能为与图2的DLL回路55几乎相同的构成。该DLL回路93将来自压控振荡器95的信号用作采样时钟，通过码相关法产生与从乘法器92输入的返回PN码相同步的1PPS信号。另外，在以下说明中，将该1PPS信号称为“返回1PPS信号”。DLL回路93输出的返回1PPS信号输入相位比较器94。另外，DLL回路93产生与返回PN码相同步的PN码，输出给混频器98。如上述，载波调制返回PN码也输入混频器98，故只载波成分从混频器98输入PLL回路96。
相位比较器94对DLL回路93输出的返回1PPS信号与GPS接收机11x输出的1PPS信号的彼此相位进行比较，产生表征其相位差的信号(相位差信号)。该相位差信号从相位比较器94输入GPS接收机11x所具有的图略的控制输入端子。
PLL回路96基于从混频器98输入的载波成分的信号，对施加在压控振荡器95上的控制电压进行适宜调整，以使该压控振荡器95与该载波信号同步来振荡。
在以上构成中，GPS接收机11x输出的数据调制PN码，在调制器82中通过载波信号进行调制，发送给传送路87。通过乘法器83对调制后的数据调制PN码进行解调，输出给基准频率产生装置51x。基准频率产生装置51x产生与输入的数据调制PN码相同步的1秒PN码(返回PN码)，输出给乘法器84。乘法器84通过对自传送路87传送来的载波调制PN码与自基准频率产生装置51x输入的返回PN码进行相乘，产生PN码除去信号，输出给解调器86。在解调器86从PN码除去信号解调数据，将所得数据输出给基准频率产生装置51x以及其他装置。
另外，基准频率产生装置51x所输出的返回PN码输入调制器91，载波调制后发送给传送路97。调制后的返回PN码通过乘法器92进行解调，所得返回PN码输入DLL回路93。DLL回路93产生与返回PN码相同步的返回1PPS信号，在相位比较器94对该返回1PPS信号的相位与GPS接收机11x的1PPS信号的相位进行比较。相位比较器94产生表示返回1PPS信号与1PPS信号的相位差(返回1PPS信号的延迟量)的相位差信号，输出给GPS接收机11x。
另外，GPS接收机11x如上述从相位比较器94取得相位差信号的方法，取而代之，也能通过以下方法取得相位差。即，DLL回路93将代表返回PN码的位置信息的信号发送给GPS接收机11x。然后，GPS接收机11x将自DLL回路93接收的位置信息与通过GPS接收机11产生的PN码的位置信息进行比较，据此，能取得两PN码的相位差信息。在本实施方式中，GPS接收机11x构成为：对从相位比较器94获得相位差信号或GPS接收机11x自体基于PN码的位置执行计算进行适宜选择，并取得PN码的相位差。
如以上，通过GPS接收机11x所得的相位差信号(或、相位差的信息)表示：通过包含两条传送路87、97的传送路径，PN码在GPS接收机11x端与基准频率产生装置51x之间来回往复而产生的延迟时间。于是GPS接收机11x构成为基于该延迟时间产生定时校正数据，将该定时校正数据所涉及的数据信号载到PN码上并输出给调制器82。作为该定时校正数据比如，能视为到GPS接收机11x输出的数据调制PN码经传送路87等而输出至基准频率产生装置51x为止的延迟时间(以下，称为“单程延迟时间”)。另外，设计种种该单程延迟时间的计算方法，比如分别使用电缆作为两条传送路87、97，设计成两根电缆的延迟量一致时，将由上述相位差信号(相位差的信息)而得的延迟时间除以2据此也能求出。
上述的定时校正数据通过解调器86解调，输入至基准频率产生装置51x。基准频率产生装置51x所具有的处理器38(调整部)基于该定时校正数据，对延迟产生器37进行控制以使上述PN码产生器36所产生的3种类的PN码(准时(punctual)、早期以及后期)的相位全都比平时延迟上述单程延迟时间。于是，DLL回路93控制压控振荡器33以使如上对有意地产生的延迟进行除去，故第1输出端子58、第2输出端子59以及第3输出端子60分别输出的基准信号提前上述单程延迟时间的量。
据此，对PN码在上述传送路87等中传导时所产生的延迟能进行校正，故用户端装置能以更准确的精度得到与UTC1秒相同步的基准信号。
另外，在GPS接收机11x中具有多个PN码产生器36，构成为载上各异的PN码并从上述数据调制PN码输出端子29输出时，能够实现通信的多通道化。在此，对于1条传送路87，将多台基准频率产生装置51x以及解调器86等并列地进行连接，可以分配与各基准频率产生装置51x相对应的PN码。根据该构成，多台基准频率产生装置51x对互异的PN码进行分离接收，各自能产生正确的定时的基准信号并输出。
另外，上述多通道构成时，上述定时校正数据在GPS接收机11x端针对各基准频率产生装置51x进行计算，能载到对应的PN码上并发送。据此，各基准频率产生装置51x能个别地获取涉及自机的单程延迟时间，能对传送延迟进行校正。经如以上所示的码分多址(CDMA)所致的通信路径的复用，能将GPS接收机11x以及GPS天线61进行共通，削减成本的效果显著。
如以上说明，本实施方式的GPS接收机11x能构成为从数据调制PN码输出端子29输出多个PN码。
此时，通过单一的GPS接收机11x以及GPS天线61能将同一准确度的基准定时信号以及基准频率信号提供给多个用户端装置。因而，能实现构成明显简化和低成本。
另外，本实施方式的GPS接收机11x具有调制器28，该调制器28能将与各种信息相关的数据信号载到PN码上来输出。
据此，对于利用侧而言能将有用的信息载到PN码上来提供。
另外，本实施方式的GPS接收机11x构成为能发送与起因于连接路径的传送延迟相关的定时校正数据，该连接径路连接该GPS接收机11x与PN码接收端的基准频率产生装置51x。
据此，在基准频率产生装置51x端，能够对基于从GPS接收机11x到基准频率产生装置51x的传送路径的延迟进行校正。因而，能将更加准确的信号供给给用户端装置。
其中，上述GPS接收机11x发送定时校正数据，取而代之，也可进行控制以便将自机从数据调制PN码输出端子29输出的PN码的相位提前起因于上述连接路径的传送延迟时间(上述单程延迟时间)。关于该相位的调整，比如能通过图4所示的基带处理部16适宜控制1秒计数器20等来进行。
该情况下，基准频率产生装置51x能将正确的信号供给给用户端装置。
另外，本实施方式的基准频率产生装置51x具有控制信号输入端子65，其用于输入与PN码从GPS接收机11x传送向基准频率产生装置51x时的延迟相关的校正定时信号。并且，延迟产生器37基于该校正定时信号对从第1输出端子58、第2输出端子59以及第3输出端子60输出的基准信号的相位进行调整。
据此，能在基准频率产生装置51x端对基于从GPS接收机11x到基准频率产生装置51x的传送路径的延迟进行校正。因而，能将更加正确的定时的基准信号提供给用户端装置。
另外，本实施方式的基准频率产生系统71具有调制器82与乘法器83。调制器82以载波信号对GPS接收机11x输出的PN码进行调制。乘法器83对通过调制器82调制而传送来的信号进行解调并获得PN码。然后，乘法器83得到的PN码输入基准频率产生装置51x。
据此，通过调制能将PN码传送到远方，故在基准频率产生系统71中能灵活地对GPS接收机11x与基准频率产生装置51x的位置关系进行设计。
另外，在本实施方式的基准频率产生系统71中，基准频率产生装置51x具有返回信号输出端子，该返回信号输出端子用于输出与GPS接收机11x供给的PN码相同步的PN码并将其返回至GPS接收机11x端。另外，基准频率产生系统71具有相位比较器94。该相位比较器94检测延迟量，该延迟量是从基准频率产生装置51x的返回信号输出端子输出并返回至GPS接收机11x端的返回PN码相对于GPS接收机11x输出的PN码滞后的延迟量。
据此，根据检测出的延迟量能对将PN码从GPS接收机11x发送至基准频率产生装置51x时的传送延迟进行推定。因而，通过对基准频率产生装置51x输出的波形的相位进行适宜校正，能将正确的定时信号供给给用户端装置。
以上对本发明的最佳实施方式进行了说明，上述构成比如能如下进行变更。
GPS接收机11、11x，基于来自GPS卫星的信号产生PN码，也可构成为基于来自GPS以外的全球定位系统中的卫星的信号产生PN码。
PN码输出端子26输出的PN码假设不是每隔1秒进行反复的构成，比如也能假设是每隔0.5秒或每隔2秒进行反复的PN码。此时，对应该PN码，可以每隔0.5秒或每隔2秒输出1次的脉冲信号。
在GPS接收机11、11x中，通过PN码产生器23产生PN码，取而代之，也可构成为通过内置在基带处理部16中的PN码产生器产生PN码。
构成为根据预先计算等已知GPS天线61设置的位置(纬度、经度等)时，基带处理部16不计算纬度、经度等，只求出自机端的时钟的误差。此时，通过GPS天线61能接收电波的GPS卫星即使少时，也能稳定地输出1秒PN码。
GPS接收机11、11x也可构成为，不通过如上述实施方式的直接扩散方式的码分多址(DS-CDMA)所致的伪随机码输出扩频码，取而代之，通过跳频码分多址(FH-CDMA)、跳时码分多址(TH-CDMA)等，输出扩频码。
用于基准频率产生装置51、51x的压控振荡器33的频率不限于10MHz，也可对应用户要求的信号频率使用其他的频率。另外，也可是省略第1输出端子58、第2输出端子59以及第3输出端子60中的一部分的构成。
基准频率产生装置51、51x具有的DLL回路55中，代替环路滤波器32能采用PID(PI)控制器。另外，代替压控振荡器33(VCO)能采用数控振荡器(DCO)。
第1输出端子58输出的10MHz的信号、以及第2输出端子59输出的1Hz的信号的定时，无需与UTC1秒相一致，能相应于用户端装置(用户系统)设定的基准进行多种变更。例如，可构成为10MHz以及1Hz的信号的定时与GPS(GNSS)的基准时刻相一致。
第2实施方式的基准频率产生系统71中，基准频率产生装置51x也可对相位比较器94得到的延迟量直接进行数字数据化，载到PN码上向基准频率产生装置51x端进行输出。此时，在接收其之后的基准频率产生装置51x端进行除以2的处理。
另外，基准频率产生装置51x将与输入的数据调制PN码相同步的1秒PN码作为返回PN码来输出，取而代之，也可变更为将输入的数据调制PN码本身作为返回PN码来输出的构成。在此，能根据DLL回路93求得与该返回PN码相同步的返回1PPS信号，GPS接收机11x端与上述实施方式相同能得到延迟量。
在基准频率产生系统71中，也能变更为使乘法器83、84，压控振荡器85、解调器86、以及调制器91中的一部分或全部内置于基准频率产生装置51x。另外，也能变更为使乘法器92、DLL回路93、相位比较器94、压控振荡器95、PLL回路96、载波信号供给源81、以及调制器82中的一部分或全部内置于GPS接收机11x。
【符号说明】
11、11x-GPS接收机(定时信号供给装置)；16-基带处理部(测位演算部)；26-PN码输出端子(扩频码输出部)；51、51x-基准频率产生装置(基准信号产生装置)；55-DLL回路(码同步回路)

Claims (13)

1.一种基准信号产生系统，其特征在于，具有，
定时信号供给装置与基准信号产生装置；
上述定时信号供给装置具有测位演算部与扩频码输出部，上述测位演算部基于自全球定位系统的卫星接收到的测位信号进行测位计算，上述扩频码输出部能够基于上述测位演算部的计算结果，通过周期性的扩频码输出与规定的定时相同步的定时信号；
上述基准信号产生装置具有码同步回路与基准信号输出部，上述码同步回路能够锁在上述定时信号供给装置供给的扩频码上，上述基准信号输出部将来自上述码同步回路的信号作为基准信号来输出。
2.如权利要求1所述的基准信号产生系统，其特征在于，具有，
调制器，该调制器通过载波信号对上述定时信号供给装置输出的扩频码进行调制；
解调器，该解调器对通过上述调制器进行调制而传送的信号进行解调来得到扩频码；
上述解调器得到的扩频码输入上述基准信号产生装置。
3.如权利要求1或2所述的基准信号产生系统，其特征在于，
上述基准信号产生装置具有返回扩频码输出部，该返回扩频码输出部用于输出上述定时信号供给装置供给的扩频码或与该扩频码同步的扩频码来返回给上述定时信号供给装置；
上述基准信号产生系统具有延迟量检测部；
上述延迟量检测部检测延迟量，该延迟量为上述返回扩频码输出部输出而返回上述定时信号供给装置端的返回扩频码相对该定时信号供给装置输出的扩频码滞后的延迟量；
基于上述延迟量对上述基准信号产生装置输出的基准信号的相位进行调整。
4.一种定时信号供给装置，其特征在于，具有，
测位演算部，该测位演算部基于自全球定位系统的卫星接收到的测位信号进行测位计算；
扩频码输出部，该扩频码输出部能够基于上述测位演算部的计算结果，通过周期性的扩频码输出与规定的定时相同步的定时信号。
5.如权利要求4所述的定时信号供给装置，其特征在于，
上述扩频码是伪随机码。
6.如权利要求4或5所述的定时信号供给装置，其特征在于：
具有开头定时输出部，该开头定时输出部输出与上述扩频码的码型返回开头的定时相关的信号。
7.如权利要求4-6的任意一项所述的定时信号供给装置，其特征在于，
构成为能够载有多个上述扩频码并自上述扩频码输出部输出。
8.如权利要求4-7的任意一项所述的定时信号供给装置，其特征在于，
构成为能够将其他的数据信号载到上述扩频码上并自上述扩频码输出部输出。
9.如权利要求4-8的任意一项所述的定时信号供给装置，其特征在于，
构成为能够发送与起因于对上述定时信号供给装置和上述扩频码的接收端的接收端装置进行连接的连接路径的传送延迟相关的信息。
10.如权利要求4-9的任意一项所述的定时信号供给装置，其特征在于，
对上述扩频码输出部输出的扩频码的相位进行调整，以便校正起因于对上述定时信号供给装置和上述扩频码的接收端的接收端装置进行连接的连接路径的传送延迟。
11.一种基准信号产生装置，其特征在于：具有，
码同步回路，该码同步回路能够锁在与规定的定时相同步的周期性的扩频码上；
基准信号输出部，该基准信号输出部将来自上述码同步回路的信号作为基准信号来输出。
12.如权利要求11所述的基准信号产生装置，其特征在于：具有，
延迟信号输入部，该延迟信号输入部用于输入关于延迟的信号即延迟信号；
调整部，该调整部基于上述延迟信号对上述基准信号输出部输出的基准信号的相位进行调整。
13.如权利要求11或12所述的基准信号产生装置，其特征在于：
上述基准信号输出部含有扩频码输出部，该扩频码输出部能够输出与来自上述码同步回路的信号相同步的周期性的扩频码。
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