JP2009164789A - 同期装置および同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の他船の送信タイミングが異なるようなことがあっても、自船の送信時にほぼ確実に他船と同期することができる同期装置および同期方法を実現する。
【解決手段】同期装置１は、自船が送信を行う場合、自船送信タイミングから過去１分間のタイミング差ＤＴｉを取得して（Ｓ１０２）、当該タイミング差ＤＴｉのヒストグラムを作成する（Ｓ１０３）。同期装置１は、タイミング差ＤＴｉの各階級から、度数の最も高い階級を選択し（Ｓ１０４）、選択した階級に関連づけされた補正タイミングＤＴ’を取得する（Ｓ１０５）。同期装置１は、自船送信の基準タイミングを補正タイミングＤＴ’で補正して自船送信を行う（Ｓ１０６）。
【選択図】 図２

Description

この発明は、時分割通信の同期に関するものであり、特に、他局の送信タイミングに基づいて自局の送信タイミングを決定する同期装置および同期方法に関するものである。

現在、識別符号、船名、位置、針路、船速、行き先等の船舶固有のデータを自動的に送受信する船舶自動識別装置をそれぞれの船舶に搭載するシステム（ＡＩＳ）が運用されている（例えば、特許文献１参照。）。そして、ＡＩＳでは各船舶間での通信に時分割通信方式が用いられており、クラス毎に異なる基準で同期が行われている。例えば、ＣＬＡＳＳ Ａの船舶では、規格上、ＧＰＳ装置を搭載しているので、ＧＰＳの１ＰＰＳ信号を基準として同期が行われ、ＧＰＳ信号を受信できない場合には、ＧＰＳ信号を受信できている他船の送信タイミングを基準として同期が行われている。一方、ＣＬＡＳＳ Ｂ’ＣＳの船舶では、他船の送信タイミングを１分間取得し、当該１分間取得し続けた複数の他船の送信タイミングを基準にして同期が行われている。
特許第３８８２０２５号

ＣＬＡＳＳ Ｂ’ＣＳに用いられる他船の送信タイミングを基準とする方法は、他船の送信タイミングが全て同期されていれば、自船の送信タイミングもこれに同期して、全ての船舶で同じスロットタイミングを共有することができる。

しかしながら、船舶の中には、経時劣化を含むハードウエア要因等により、送信タイミングがずれているものも存在する。例えば、図４は、１ＰＰＳに基づく基準タイミングに対する各船舶の送信タイミングのズレの分布を示した図である。本図において、横軸はサンプリングの経過時間を示し、縦軸は、スロットズレを示す。図４に示すように１ＰＰＳに基づく基準タイミング（縦軸「０」）に対して、「＋０．５」のズレを有する群と「−０．４」〜「−０．２」のズレを有する群とが存在する。この計測結果では、１ＰＰＳに準じた基準タイミングに同期している「０」の領域に属する船舶数は全体の約９０％に及ぶものの、残りの約１０％が１ＰＰＳに準じた基準タイミングとは異なるタイミングで送信を行っている。

このため、１分間継続的に取得した送信タイミングを単純に平均した場合、平均値は、「０」からずれてしまい、自船は、「０」に対応するタイミングで送信を行うことができなくなってしまう。そして、このような処理を全ての船舶が行えば、結局的に各船舶での送信タイミングが同期せず、システムが破綻してしまう。

したがって、本発明の目的は、上述のような他船同期を行う場合で、複数の他船の送信タイミングが異なるようなことがあっても、自船の送信時にほぼ確実に他船と同期することができる同期装置および同期方法を実現することにある。

この発明は、他局の送信タイミングを取得する他局送信タイミング取得手段と、他局の送信タイミングに基づいて自局の送信タイミングを決定する自局送信タイミング決定手段と、を備えた同期装置に関するものである。この同期装置の自局送信タイミング決定手段は、一定の時間間隔からなる基準タイミングを生成する基準タイミング生成手段と、基準タイミングと他局の送信タイミングのそれぞれとのタイミング差を算出するタイミング差算出手段と、タイミング差を記憶するタイミング差記憶手段と、を備える。そして、同期装置の自局送信タイミング決定手段は、自局が送信しようとするタイミングから過去の予め設定した時間長に亘る複数のタイミング差を取得し、それぞれに略同じタイミング差の数を計数し、最も多いタイミング差に対応する送信タイミングに、自局の送信タイミングを同期させる。

すなわち、この発明の同期方法では、一定の時間間隔からなる基準タイミングを生成し、該基準タイミングと他局の送信タイミングとのタイミング差を算出し、自局が送信しようとするタイミングから過去の予め設定した時間長に亘る複数のタイミング差を取得し、それぞれに略同じタイミング差の数を計数し、最も多いタイミング差に対応する送信タイミングに、自局の送信タイミングを同期させる。

この構成及び方法では、自局の送信タイミングに対して、過去所定時間長（例えば、上述の一分間）に亘り、他船の送信タイミングが取得されて、自局で設定した基準タイミングに対するタイミング差が算出される。これらのタイミング差は、上述の図４に示したように所定の分布を有するので、タイミング差毎に数を計測し、最も多いタイミング差を自局の送信タイミングに採用すれば、自局の送信タイミングに対する過去所定時間長内で最も多くの他局が利用している送信タイミングに同期することができる。すなわち、自局の送信タイミング時点で、最も正確らしいスロットタイミングでの送信が可能となる。

また、この発明の同期装置の自局送信タイミング決定手段は、複数のタイミング差をそれぞれが所定の差分時間幅からなる差分階級に分類し、各差分階級に収まるタイミング差の度数を算出してヒストグラムを形成し、当該ヒストグラムの度数に基づいて、自局の送信タイミングを同期させる。

この構成では、最も多いタイミング差の算出に、複数の差分階級の度数の分布であるヒストグラムを用いる。これにより、より簡潔且つ明確に自局の送信タイミングを決定することができる。

この発明によれば、複数の他局（他船）の送信タイミングが異なるようなことがあっても、自局（自船）の送信時に最も確からしいスロットタイミングへ同期して自局送信を行うことができる。

本発明の実施形態に係る同期装置について図を参照して説明する。なお、以下では、船舶自動識別装置に搭載される同期装置を例に説明する。
図１は、本実施形態の同期装置の主要構成を示すブロック図である。
本実施形態の同期装置１は、受信信号復調部１１、基準タイミング信号発生部１２、タイミング差算出部１３、送信タイミング決定部１４を備える。

受信信号復調部１１は、受信アンテナ２０に接続し、受信アンテナ２０で受けたＡＩＳ通信信号を復調して、各スロットタイミング、すなわち他船の送信スロットタイミングＴｒｉを検出するとともに、船舶固有データを取得する。受信信号復調部１１は、他船の送信タイミングＴｒｉをタイミング差算出部１３へ順次出力する。また、受信信号復調部１１は、船舶固有データを、図示しない後段の表示制御装置へ出力する。

基準タイミング信号発生部１２は、例えば水晶振動子を備える発振回路等からなり、予めＡＩＳのスロット長に準じたタイミング間隔で基準タイミングＴｓｔｉを出力する。出力された基準タイミングＴｓｔｉは、タイミング差算出部１３へ入力される。

タイミング差算出部１３は、基準タイミングＴｓｔｉと他船の送信タイミングＴｒｉとが入力されると、これらのタイミングの時間差（以下、「タイミング差」と称する）ＤＴｉ（＝Ｔｒｉ−Ｔｓｔｉ）を、基準タイミングＴｓｔｉを基準にして算出する。なお、タイミング差算出部１３は、他船の送信タイミングＴｒｉが入力される毎に、タイミング差ＤＴｉを算出し、送信タイミング決定部１４へ出力する。

送信タイミング決定部１４は、タイミング差ＤＴｉを時系列に記憶するタイミング差記憶部１４０を備え、入力したタイミング差ＤＴｉを順次記憶していく。この際、ＡＩＳのＣＬＡＳＳ Ｂ’ＣＳでは、送信タイミングの決定に過去１分間の送信タイミングを用いるので、タイミング差記憶部１４０は、タイミング差ＤＴｉを、常時、少なくとも１分間記憶できる容量を有し、この１分間のタイミング差ＤＴｉを記憶している。

送信タイミング決定部１４は、キャリアセンスによる送信開始指示を受け付けると、自船送信を行う時点を基準として過去１分間のタイミング差ＤＴｉを読み出す。送信タイミング決定部１４は、読み出したタイミング差ＤＴｉのヒストグラムを作成する。すなわち、送信タイミング決定部１４は、取得した過去１分間のタイミング差ＤＴｉを、それぞれ所定の差幅からなる複数の階級に分類し、各階級の度数を算出する。

送信タイミング決定部１４は、作成したヒストグラムに基づいて、最も度数の多い階級を選択し、当該階級に対応付けした補正用タイミング差ＤＴ’に基づいて、送信タイミングを決定する。すなわち、自船の送信を行う時点より過去の１分間で他船の送信タイミングとして最も度数の多い階級を選択し、例えば当該階級に含まれるタイミングの平均値を算出して自船の送信タイミングに設定する。また、この自船の送信タイミングは、当該階級に含まれるタイミングの中間値や、当該階級に含まれるタイミングに重み付け平均を行った値などであってもよい。これにより、自船の送信タイミングが送信時点でのマジョリティとなる送信タイミングに一致するので、送信時点で最もＡＩＳ運用上問題の無い送信タイミングで自船からの送信を行うことができる。このように設定された送信タイミングは、送信信号生成部３へ出力される。

送信信号生成部３は、自船の船舶固有データを所定の変調方式で変調してＡＩＳ通信信号を生成する。そして、送信信号生成部３は、送信タイミング決定部１４から与えられた送信タイミングで通信信号を出力する。出力された通信信号は、送信アンテナ３０を介して外部へ送信される。

次に、送信タイミング決定部１４での送信タイミング決定の方法を、図を参照して、より詳細に説明する。
図２は送信タイミング決定方法を示すフローチャートである。図３は送信タイミング決定方法の概念を示す図である。
送信タイミング決定部１４は、送信開始指示を受け付けると（Ｓ１０１）、タイミング差記憶部１４０に記憶されている過去１分間のタイミング差ＤＴｉを読み出す（Ｓ１０２）。

送信タイミング決定部１４は、読み出した各タイミング差ＤＴｉを用いてヒストグラムを作成する（Ｓ１０３）。具体的には、送信タイミング決定部１４は、各タイミング差ＤＴｉに対して、１スロットの時間長を基準として正規化したそれぞれが所定の差幅からなる複数の階級を設定する。例えば、図３に示すように、タイミング差の値域「−０．５」〜「＋０．５」を三等分して、基準タイミングＴｓｔｉに対して進む側の遠傍（「＋０．５」側）を示す階級Ａと、基準タイミングＴｓｔｉの近傍を示す階級Ｂ（「±０．０」近傍）と、基準タイミングＴｓｔｉに対して遅れる側の遠傍を示す階級Ｃ（「−０．５」側）、の三つの階級を設定する。次に、送信タイミング決定部１４は、読み出した各タイミング差ＤＴｉをそれぞれの階級Ａ〜Ｃに分類し、度数をカウントする。なお、設定する階級数は、同期装置の仕様および送信タイミングの取得精度に準じて適宜設定すればよい。この際、この設定は、自動であってもユーザによる手動であってもよい。

送信タイミング決定部１４は、ヒストグラムを作成すると、各階級Ａ〜Ｃの内、最も度数の多い階級を選択する（Ｓ１０４）。
送信タイミング決定部１４は、選択した階級に準じて設定された補正タイミングＤＴ’を取得する（Ｓ１０５）。すなわち、各階級には所定の差幅が存在するので、各階級に対して予め代表する補正タイミングＤＴ’が与えられる。これは、例えば、階級を定義する上限および下限のタイミング差の中間値等で設定される。
送信タイミング決定部１４は、取得した補正タイミングＤＴ’により、基準タイミングＴｓｔｉを補正することで、自船の送信タイミングを決定する（Ｓ１０６）。

なお、上述のフローでは、ヒストグラムの作成を一回だけ行ったものであるが、度数の最も多い階級に対して、さらに細かい差幅で設定された二次階級を設定し、各二次階級の度数から補正タイミングＤＴ’を設定しても良く、さらには、二次階級よりさらに細かい三次階級を設定して、その度数分布に基づく補正タイミングＤＴ’を設定しても良い。このように、複数階層でのヒストグラム作成を行うことで、求めるべきタイミング差をより高精度に検出することができる。

次に、このような送信タイミングの決定処理を経時に沿って行った場合を、図３を例に説明する。

図３に示すように、ＡＩＳの通信スロットのキャリアセンスにより時刻Ｔ１で自船が送信を行うことを決定すると、送信タイミング決定部１４は、時刻Ｔ１より過去１分間のタイミング差ＤＴｉを読み出し、ヒストグラムを作成する（図中のヒストグラムＨｓ（Ｔ１））。送信タイミング決定部１４は、このヒストグラムＨｓ（Ｔ１）に基づいて、階級Ｂの度数が最も多いことを検出する。送信タイミング決定部１４は、階級Ｂに関連付けられた補正タイミングＤＴ’（Ｂ）に基づいて送信タイミングを決定する。

次に、時刻Ｔ２で自船が送信を行うことを決定すると、送信タイミング決定部１４は、時刻Ｔ２より過去１分間のタイミング差ＤＴｉを読み出し、ヒストグラムを作成する（図中のヒストグラムＨｓ（Ｔ２））。送信タイミング決定部１４は、このヒストグラムＨｓ（Ｔ２）に基づいて、階級Ａの度数が最も多いことを検出する。送信タイミング決定部１４は、階級Ａに関連付けられた補正タイミングＤＴ’（Ａ）に基づいて送信タイミングを決定する。

次に、時刻Ｔ３で自船が送信を行うことを決定すると、送信タイミング決定部１４は、時刻Ｔ３より過去１分間のタイミング差ＤＴｉを読み出し、ヒストグラムを作成する（図中のヒストグラムＨｓ（Ｔ３））。送信タイミング決定部１４は、このヒストグラムＨｓ（Ｔ３）に基づいて、階級Ｂの度数が最も多いことを検出する。送信タイミング決定部１４は、階級Ｂに関連付けられた補正タイミングＤＴ’（Ｂ）に基づいて送信タイミングを決定する。

このような処理を行うことで、自船の送信タイミングは、この送信時点で最も多くの他船が基準にしている送信タイミングに一致する。これにより、この送信時点で最も多くの他船とスロット同期を行うことができる。これは、言い換えれば、自船の送信時点でＡＩＳのＣＬＡＳＳ Ｂ’ＣＳの規格に最も準じた送信を自船が行うことができるということになる。そして、このような処理を全ての船舶が行うことで、送信タイミングの差が収束し、結果的に全ての船舶が同じスロットタイミングを共有することができる。すなわち、全ての船舶が、ＡＩＳのＣＬＡＳＳ Ｂ’ＣＳの規格に完全に準じた送信を行うことができる。

なお、上述の説明では、単に取得した他船の送信タイミングを計数する場合を示したが、送信を行った船舶数を計数して、ヒストグラムを作成するようにしてもよい。この場合、船舶固有データに基づいて各送信タイミングの送信元を検出することで、船舶数を計数することができる。

また、上述の説明では、ヒストグラムの各階級の設定時に、１スロットの時間長を基準にして正規化した値を用いたが、２スロットの時間長を基準にする等、他の時間長を基準にしてもよい。

本発明の実施形態の同期装置の主要構成を示すブロック図である。 送信タイミング決定方法を示すフローチャートである。 送信タイミング決定方法の概念を示す図である。 １ＰＰＳに基づく基準タイミングに対する各船舶の送信タイミングのズレの分布を示した図である。

符号の説明

１−同期装置、１１−受信信号復調部、１２−基準タイミング信号発生部、１３−タイミング差算出部、１４−送信タイミング決定部、３−送信信号生成部、２０−受信アンテナ、３０−送信アンテナ

Claims (3)

1. 他局の送信タイミングを取得する他局送信タイミング取得手段と、
   前記他局の送信タイミングに基づいて自局の送信タイミングを決定する自局送信タイミング決定手段と、を備えた同期装置において、
   前記自局送信タイミング決定手段は、
   一定の時間間隔からなる基準タイミングを生成する基準タイミング生成手段と、
   前記基準タイミングと他局の送信タイミングのそれぞれとのタイミング差を算出するタイミング差算出手段と、
   前記タイミング差を記憶するタイミング差記憶手段と、を備え、
   自局が送信しようとするタイミングよりも過去の予め設定した時間長に亘る複数の前記タイミング差を取得し、それぞれに略同じタイミング差の数を計数し、最も多いタイミング差に対応する送信タイミングに、自局の送信タイミングを同期させる、同期装置。
2. 前記自局送信タイミング決定手段は、
   前記複数のタイミング差をそれぞれが所定の差分時間幅からなる差分階級に分類し、各差分階級に収まるタイミング差の度数を算出してヒストグラムを形成し、当該ヒストグラムの度数に基づいて、自局の送信タイミングを同期させる、請求項１に記載の同期装置。
3. 他局の送信タイミングに基づいて自局の送信タイミングを決定する同期方法であって、
   一定の時間間隔からなる基準タイミングを生成し、
   該基準タイミングと前記他局の送信タイミングとのタイミング差を算出し、
   自局が送信しようとするタイミングから過去の予め設定した時間長に亘る複数のタイミング差を取得し、
   それぞれに略同じタイミング差の数を計数し、
   最も多いタイミング差に対応する送信タイミングに、自局の送信タイミングを同期させる、同期方法。

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