JP2006177889A

JP2006177889A - 発振器監視装置

Info

Publication number: JP2006177889A
Application number: JP2004373787A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Genda; 正弘源田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】従来の構成では、各中継交換局が個別の基準発振器を搭載しているため、各局が実際にどの程度の周波数誤差、タイミング誤差を持って稼動しているか、制御局において高精度で把握することはできないという問題があった。
【解決手段】基準発振器３は、ＧＰＳ受信機６から補正信号を取得し、基準周波数と基準タイミングパルスを中継交換装置２と発振器監視装置２０へ出力する。発振器監視装置２０は、基準発振器３の基準周波数と基準タイミングパルスを取得して所定の処理を実行した後に誤差情報を中継交換装置２に出力し、中継交換装置２はその情報を制御装置に送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信システムの中継局、交換局又は移動体通信網の基地局などで使用される基準発振器の監視に関し、特に複数の測位衛星から受信される複数の衛星クロックを利用して中継交換局の基準発振器を監視する発振器監視装置に関するものである。

従来から、通信システムの中継交換局又は移動体通信網の基地局は、複数の中継交換局が連係して広域な通信エリアを確保するために、網の目状に分散して設置され、高精度な基準発振器により時刻同期を取りながら通信を行っている。

中継交換局などで使用される測位衛星を利用した基準発振器は、内部発振器の周波数誤差、ドリフト誤差と、測位衛星クロックと、内部発振器の発振周波数の位相誤差とを１つの式で計算し、計算された結果に基づいて内部発振器の動作を補正することによって、高精度な発振周波数と位相信号を出力することが可能である。

図５は、従来構成における複数の中継交換局と、制御局と、を含む通信システムの全体構成図である。なお、移動体通信機の中継交換局（１１，１２，１３）は広域サービスエリアを確保するために、ｎ個の中継交換局が各所に設置されている。

各中継交換局（１１，１２，１３）は、高精度な周波数同期、タイミング同期が必要であることから、恒温槽付水晶発振器、ルビジウム原子発振器、セシウム原子発振器などの高安定度の基準発振器３が用いられ、さらに、補正用衛星信号受信機として使用するＧＰＳ受信機６から出力される１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号で補正した高安定度の基準周波数及び基準タイミング信号を他の中継交換局に供給している。

特許文献１には、ＧＰＳ衛星信号から世界時クロックを抽出し、精密時刻を提供するための測位システムの１ＰＰＳを抽出し、世界時クロックに対して恒久的に１００ｎｓ以内の誤差で提供する技術が公開されている。

また、特許文献２には、主発振器と２つのモニタ用の発振器との周波数差を検出して、主発振器の周波数ずれによる異常を監視するとともに、この周波数ずれ検出信号と主発振器の出力信号にレベルとをＯＲ回路で論理和演算して、レベル低下をも検出する技術も公開されている。

特開平７−２８７０８３号公報特開平５−２９８８４号公報田中公男，「ディジタル通信技術」，東海大学出版会，1986年3月25日，Ｐ98-Ｐ103

従来の構成では、各中継交換局が個別の基準発振器を搭載しているため、各局が実際にどの程度の周波数誤差、タイミング誤差を持って稼動しているか、制御局において高精度で把握することはできないという問題があった。

また、基準発振器の周波数ずれによる不通などの障害が発生した場合でも、保守用の周波数カウンタに内蔵されている発振器そのものがドリフトによる誤差を持っており１Ｅ-９程度の周波数精度しか測定できないため、中継交換局の基準発振器の誤差を現場において高精度で検査することができないという問題があった。

以上のような問題を解決するために、本発明に係る発振器監視装置は、時刻同期のために高安定度の基準発振器を内蔵し、通信エリアをカバーする中継交換局と、複数の中継交換局を制御する制御局と、を含む通信システムにより広域通信を可能とし、前記基準発振器の監視を行う発振器監視装置であって、複数の衛星信号を受信して各衛星の衛星時刻情報及び衛星受信情報を出力する衛星信号受信機と、前記衛星時刻情報と、中継交換局の基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と、を比較する比較部と、比較部からの出力信号と前記衛星受信情報とに基づいて、基準発振器の周波数精度とタイミングパルス信号の精度を誤差情報として出力する演算部と、を有し、前記演算部は、前記基準発振器の情報を制御局へ報知することを特徴とする。

また、本発明に係る発振器監視装置において、前記比較部は、基準発振器から出力される基準周波数と各衛星の衛星時刻情報とを比較し、周波数誤差情報を出力する周波数比較部を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る発振器監視装置において、前記比較部は、基準発振器から出力される基準タイミングパルスと各衛星の衛星時刻情報とを比較し、タイミング誤差情報を出力するタイミング比較部を有することを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る発振器監視装置において、前記演算部は、前記周波数誤差情報に対して統計処理を施し、測定経過時間に対する周波数誤差を計算して基準発振器の周波数誤差情報を出力することを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る発振器監視装置において、前記演算部は、前記タイミング誤差情報に対して統計処理を施し、測定経過時間に対するタイミング誤差を計算して基準発振器のタイミング誤差情報を出力することを特徴とする。

さらにまた、本発明に係る発振器監視装置において、前記演算部は、前記衛星受信情報に含まれる複数の衛星の位置及び受信状態に基づいて、基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と比較する衛星を、選択することを特徴とする。

本発明を用いることにより、制御局において各中継交換局の基準発振器の誤差を、各局現地に赴かず、高精度、かつ連続的に監視することが可能となるという効果がある。

さらに、制御局において継続的に各中継交換局の基準発振器の誤差を把握することができるため、計画的な保守作業の立案と実施が可能となりメンテナンスコストの低減という効果がある。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。ここでは、測位衛星の一例としてＧＰＳ衛星を用いた実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る発振器監視装置を有する複数の中継交換局と、制御局とを含む通信システムの全体構成図である。さらに中継交換局（１１，１２，１３）は、ＧＰＳ受信機６と、基準発振器３と、発振器監視装置２０と、中継交換装置２とを有している。

基準発振器３は、ＧＰＳ受信機６から補正信号を取得し、基準周波数と基準タイミングパルスを中継交換装置２と発振器監視装置２０へ出力する。発振器監視装置２０は、基準発振器３の基準周波数と基準タイミングパルスを取得して所定の処理を実行した後に誤差情報を中継交換装置２に出力し、中継交換装置２はその情報を制御装置に送信する。

図２は、本発明に係る発振器監視装置２の構成を示す構成図である。発振器監視装置２０は、ＧＰＳ受信機３０と、比較部３９と、演算部３６とを有している。さらに、比較部３９は、周波数比較部３１と、タイミング比較部３２を有している。さらにまた、演算部３６は、重付け加算部３７と統計処理部３８とを有している。

ＧＰＳ受信機３０は図示しない複数のＧＰＳ衛星から送信される信号を受信することにより得られた各ＧＰＳ時刻情報を周波数比較部３１と、タイミング比較部３２と、演算部３６とに出力する。前記ＧＰＳ時刻情報はＧＰＳ衛星ごとに実数値として出力され、データバスを介して伝達される。

周波数比較部３１は、各ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ時刻情報と基準発振器３から入力される基準周波数を分周することでパルスに変換し、両者の時刻誤差を検出してその誤差を、例えば８チャンネル分のＧＰＳ衛星との周波数誤差情報としてデータバスを介して演算部３６に出力する。

比較部３９のタイミング比較部３２は、各ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ時刻情報と入力される基準タイミングパルス信号を比較し、両者の時刻誤差を検出してその誤差を、各ＧＰＳ衛星とのタイミング誤差情報としてデータバスを介して演算部３６に出力する。

演算部３６は、データバスを介してＧＰＳ時刻情報、周波数誤差情報、タイミング誤差情報、ＧＰＳ受信情報を取得して基準発振器３の誤差情報を算出し、中継交換装置２を介して制御局１０に出力される。このようにして制御局１０は、複数の中継交換局における基準発振器３の誤差情報を把握することが可能となる。

図３は、本発明に係る発振器監視装置２０で検出した１秒の観測値から１万秒の観測時間で周波数誤差情報を取得する処理を示した模式図である。

周波数比較部３１は、例えば基準周波数が１０ＭＨｚの場合1/10,000,000分周した１Ｈｚのパルスを作成し、その立ち上がり時刻ｔ_１と各ＧＰＳ時刻情報との差Δｔ_１を求める。さらに、タイミング比較部３２は、基準タイミング信号の立ち上がり時刻ｔ_２と各ＧＰＳ時刻情報との差Δｔ_２を求める。

図４は、本発明に係る発振器監視装置２０で検出した複数の衛星クロックに基づく誤差情報を、重付け加算及び統計処理した誤差情報を示す模式図である。図３と図４を用いて周波数誤差情報の演算における演算部３６の動作の流れを説明する。

最初に説明を簡略化するためにＧＰＳ受信機６は、１衛星しかＧＰＳ衛星の受信をしていないと仮定すると、演算部３６は、周波数誤差情報を検出したい周波数誤差量を得るために十分長い期間における周波数誤差情報を取得する。

これは、ＧＰＳ時刻情報のばらつき（約１Ｅ−８）を抑圧するためである。１Ｅ−１０の精度で基準発振器３の誤差を検出する場合には、例えば１万秒の期間のデータを用いて、平均処理、近似処理などの統計処理を行う。次に、周波数誤差量の経過時間に対する変化量を求める。ここで求めた傾きから基準発振器３の周波数誤差を得ることができ、その情報を制御局１０で把握することができる。

ＧＰＳ衛星を用いた場合には、周波数カウンタに内蔵されている発振器と異なり、常時ＧＰＳ地上管制局から制御されているため、瞬時値に誤差はあるもののドリフトによるオフセットを持たず、平均的には正確な値を得ることができる。

例えば図４に示すように1秒の観測値Δｔ_１__１，Δｔ_１__２．．．．Δｔ_１__{１００００}と１万秒（１Ｅ４）の観測時間で周波数誤差情報を取得し、統計処理を実施した結果−１００ｎｓ（−１Ｅ−７）変化が生じた場合において、周波数誤差は−１００ｎｓ／１００００ｓ＝−１Ｅ−７／１Ｅ４＝−１Ｅ−１１であることが検出できる。

また、タイミング誤差情報についても同様に処理を行い、タイミング誤差量を得ることができる。さらに、中継交換局の各局は、上記の方法で得られた誤差情報を制御局１０に送信することで制御局１０は、各局の発振器の状態を把握することができる。

次にＧＰＳ受信機６が、複数のＧＰＳ衛星の信号を受信した場合について説明する。演算部３６は、ＧＰＳ受信情報から、ＧＰＳ受信点において。例えば最も仰角の高いもの、あるいは最も受信信号レベルの高いものを選択することで受信状態が良好なＧＰＳ時刻情報を選択し、上記と同様の処理を施して基準発振器３の誤差を検出することが可能である。

また、１つの被測定信号に対して独立した観測データが多いほど検出結果の精度が上がることが一般的であるため、受信しているＧＰＳ衛星のすべての時刻情報と基準発振器３を比較し、その平均値を発振器の誤差情報として検出することも好適である。

更に、ＧＰＳ受信点における各ＧＰＳ衛星の仰角をパラメータと利用する場合の１例を説明する。仰角の低いＧＰＳ衛星は、伝播距離が他の衛星と比べて長いことにより生ずる受信電力の低下、アンテナ利得の低下、及び電離層、並びに対流圏を通過する距離が長いことにより測定誤差が生じるため、その衛星単独の測定信頼度は低下する。しかし、低仰角衛星を排除すると情報量が低下することから、衛星仰角をパラメータとして各ＧＰＳ衛星時刻情報と周波数誤差情報、及びタイミング情報の各々に例えば（ＧＰＳ衛星の仰角（度）／９０(度)）の重付けをかけ、同様の重付け処理をした他の衛星の情報と周波数誤差情報、及びタイミング誤差情報の平均値を発振器の誤差情報として検出することも好適である。

なお、中継交換局と制御局１０の接続は一例であり、無線又は有線による通信ネットワークを組んでも、異なる基準発振器を使用している限り、本発明に係る作用は変わらない。

また、図1に示すように誤差情報を制御局１０に送信する手段として、通信データそのものに加えて送信しても良いし、基準周波数、及びタイミングが異常な大きさの誤差を生じて通信データが送受できない場合に備えて、誤差情報を制御局１０に送信する図示しない専用ネットワークを加えて誤差情報を確実に送受する方法を取っても好適である。

また、比較的近距離をケーブルにより基準発振器３の信号を接続している場合でも、基準タイミング信号は各局ともに異なる伝播遅延を有しているので、本発明の効果は同様に得られる。

本実施例では説明を簡素化するために、発振器監視装置２０に内蔵するＧＰＳ受信機３０と発振器を高安定化させるＧＰＳ受信機６を分けているが、両者の機能を持ったＧＰＳ受信機１台で集約することも容易に実現できる。

以上に示すように、本実施形態に係る発信器監視装置を用いることで制御局において各中継交換局の基準発振器の誤差を、各局現地に赴かず、高精度、かつ連続的に監視することが可能となる。

さらに、制御局において長期間継続的に各中継交換局の基準発振器の誤差を把握することができるため、計画的な保守作業の立案と実施が可能となるという効果ある。

本発明に係る発振器監視装置を有する複数の中継交換局と、制御局と、を含む通信システムの全体構成図である。本発明に係る発振器監視装置の構成を示す構成図である。本発明に係る発振器監視装置で検出した１秒の観測値から１万秒の観測時間で周波数誤差情報を取得する処理を示した模式図である。本発明に係る発振器監視装置で検出した複数の衛星クロックに基づく誤差情報を、重付け加算及び統計処理した誤差情報を示す模式図である。従来構成における複数の中継交換局と、制御局と、を含む通信システムの全体構成図である。

符号の説明

２中継交換装置、３基準発振器、６ＧＰＳ受信機、１０制御局、２０発振器監視装置、３０ＧＰＳ受信機、３１周波数比較部、３２タイミング比較部、３６演算部、３７重付け加算部、３８統計処理部、３９比較部。

Claims

時刻同期のために高安定度の基準発振器を内蔵し、通信エリアをカバーする中継交換局と、複数の中継交換局を制御する制御局と、を含む通信システムにより広域通信を可能とし、前記基準発振器の監視を行う発振器監視装置であって、
複数の衛星信号を受信して各衛星の衛星時刻情報及び衛星受信情報を出力する衛星信号受信機と、
前記衛星時刻情報と、中継交換局の基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と、を比較する比較部と、
比較部からの出力信号と前記衛星受信情報とに基づいて、基準発振器の周波数精度とタイミングパルス信号の精度を誤差情報として出力する演算部と、
を有し、
前記演算部は、前記基準発振器の情報を制御局へ報知することを特徴とする発振器監視装置。
請求項１に記載の発振器監視装置において、
前記比較部は、基準発振器から出力される基準周波数と各衛星の衛星時刻情報とを比較し、周波数誤差情報を出力する周波数比較部を有することを特徴とする発振器監視装置。
請求項１に記載の発振器監視装置において、さらに、
前記比較部は、基準発振器から出力される基準タイミングパルスと各衛星の衛星時刻情報とを比較し、タイミング誤差情報を出力するタイミング比較部を有することを特徴とする発振器監視装置。
請求項１に記載の発振器監視装置において、
前記演算部は、
前記周波数誤差情報に対して統計処理を施し、測定経過時間に対する周波数誤差を計算して基準発振器の周波数誤差情報を出力することを特徴とする発振器監視装置。
請求項１に記載の発振器監視装置において、
前記演算部は、
前記タイミング誤差情報に対して統計処理を施し、測定経過時間に対するタイミング誤差を計算して基準発振器のタイミング誤差情報を出力することを特徴とする発振器監視装置。
請求項４又は５に記載の発振器監視装置において、
前記演算部は、
前記衛星受信情報に含まれる複数の衛星の位置及び受信状態に基づいて、基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と比較する衛星を、選択することを特徴とする発振器監視装置。
請求項４又は５に記載の発振器監視装置において、
前記演算部は、
衛星受信情報に含まれる複数の衛星の位置及び受信状態に基づいて、基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と比較する場合、衛星受信点から見える各衛星の仰角をパラメータとして、周波数誤差情報及びタイミング誤差情報を重付けし、基準発振器の周波数精度及びタイミングパルス信号の精度を計算することを特徴とする発振器監視装置。