JP2011122983A - 時刻同期装置およびその時刻同期補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳ衛星電波が受信出来ない時も正確に同期タイミング信号を出力する時刻同期装置およびその時刻同期補正方法を提供する。
【解決手段】内蔵発振器１は、ＧＰＳ受信器Ｒからの１ｐｐｓ信号と出力するクロックと間の位相差信号を発振制御部３へ出力し、この位相差を無くす発振周波数制御信号が発振制御部３内蔵発振器１へ出力される。１ｐｐｓ信号が断となった場合、発振制御部３は、ログ部ＬＧのドリフト記録部５と信号断時間記録部６から、予め測定記録していた単位時間あたりの内蔵発振器１の周波数のドリフト量からドリフトを補正する発振周波数制御信号を生成して内蔵発振器１へ出力し、タイミング信号発生部２は、内蔵発振器１からのクロックにより生成した同期タイミング信号を外部へ出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＧＰＳ衛星が送信する時刻情報を利用した時刻同期装置およびその時刻同期補正方法に関する。

携帯電話システムでの移動通信基地局装置間のタイミング同期システム、広い地域に亘り電力供給を行う電力系統で系統切替を行う電力保護制御システム等では、遠隔地点間に設置された装置同士での動作タイミングの同期をとるためにＧＰＳ衛星からの時刻情報を用いて時刻同期を取る方法（以下、ＧＰＳ法と呼ぶ。）がある。

このＧＰＳ法では、衛星から送信される１秒間隔の時刻情報を受信し、装置間を±１マイクロ秒以下の精度で時刻同期させることができる。

しかしながら、ＧＰＳ法による時刻同期には、地球を周回する複数、４個以上のＧＰＳ衛星からの電波受信が必要であり、衛星からの微弱電波を受信するためのアンテナを屋外に設置する必要がある。また、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信器が受信する周回しているＧＰＳ衛星数や、それぞれの衛星に対する受信感度は時間により変化する。

特に、屋内や、ビル間、谷合等、ＧＰＳ衛星からの微弱電波を受信しにくい場所にＧＰＳ受信器が設置される場合、受信衛星数が時刻情報を得るのに必要となる同時補足衛星数の４個より少なくなり、ＧＰＳ受信器からの時刻情報（同期信号）が停止する場合がある（例えば、特許文献１。）。この場合、時刻同期している装置は、所定のサービスが実現できなくなることもある。

図６は、従来の時刻同期装置の一例の動作処理を説明する機能ブロック図である。
図６において従来の時刻同期装置ＴＸは、ＧＰＳアンテナａと、ＧＰＳ受信器Ｒｘと、内蔵発振器１０、内部時計として機能するタイミング信号生成部２０、および内蔵発振器の制御を行う発振制御部３０からなる同期処理装置ＳＸとを備えている。

ＧＰＳアンテナａは、通常ＧＰＳ衛星４個からの電波が受信可能な周囲の空が広く見える場所に設置され、ＧＰＳ受信器Ｒｘは、衛星からの電波を受信し受信同期信号Ｓを１秒間隔（１ｐｐｓ）で内蔵発振器１０へ出力すると同時に、ＮＭＥＡフォーマットでカレンダ情報等の側位情報をタイミング信号生成部２へ出力する。

内蔵発振器１０は、ＮＣＯ（数値制御発振器）または、ＶＣＯ（電圧制御発振器）であり、本来マイクロ秒以下の安定度を持つクロックを出力する。そして、１秒毎にＧＰＳ受信器Ｒから入力する受信同期信号Ｓとクロック出力との間の入出力タイミングの位相差を測定しその位相差信号を発振制御部３０へ出力する。

発振制御部３０は、予め設定された位相差信号に応じて即ち、位相差を無くすように内蔵発振器１０の自走発振周波数を制御するデータ（もしくは電圧）を内蔵発振器１０へ出力する。ことにより所定の高周波のクロックを出力することにより装置内部の同期タイミング信号をタイミング信号生成部２０へ出力する。

少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの電波が受信出来なくなるとＧＰＳ受信器Ｒでは１ｐｐｓで出力する同期クロックの生成、出力が出来なくなる。この場合、サービスを継続するために、高価な時刻情報を内蔵する原子時計(時計)を用いるか、又は、受信停止時に、例えば、発振制御部３０に温度補償を施した（１０−８乗）の様な高精度な発振器を用いる。そして、同期クロックが無い場合はそのまま自走周波数を保持して対応する方法もある（例えば、特許文献２。）が、後者を採用するにしても安定度を高めなければならないため、装置コスト、サイズがアップしてしまうという課題がある。

また、移動通信基地局や、電力保護システム装置に接続されたＧＰＳ受信器の設置環境が周辺にビルが増えたり、アンテナ周辺に樹木が繁ることにより変化して受信信号の品質、つまり受信環境が劣化してもシステム管理者に判りにくく、ＧＰＳ受信器、およびシステムの受信環境変化への対応、管理が難しい問題があった。

特開２００４−３０４３４１号公報 特開平８−１０５９８４号公報

従来のＧＰＳ受信器からの時刻情報を利用した複数の装置を同期させるＧＰＳ法では、必要な数のＧＰＳ衛星からの電波が受信できない場合の同期処理の停止を防ぐために、時刻情報を内蔵の高精度発振器に切り替えて取得する方法もあるが、装置コスト、サイズがアップし、受信環境の変化により受信信号の品質が劣化してもシステム管理者に判りにくく、ＧＰＳ受信器、およびシステムの受信環境変化への対応、管理が難しい問題があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、衛星電波を受信できない場合にも正確な同期タイミング信号を提供することが可能なＧＰＳ受信を利用した時刻同期装置およびその時刻同期補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の時刻同期装置は、複数の装置の間で各前記装置を時刻同期して運用するために、前記各装置に備えられ、ＧＰＳ衛星からの時刻情報を受信して前記装置に同期タイミング情報を生成して出力する時刻同期装置において、ＧＰＳ衛星から受信する時刻情報と、前記時刻情報から生成した周期的な受信同期信号とを出力するＧＰＳ受信器と、前記出力される前記受信同期信号を監視し、前記受信同期信号を受信できないタイミングに受信断の情報を出力する時刻情報監視手段と、発振制御手段から入力される発振周波数制御信号によって制御されて発振する信号からクロックを出力すると共に、前記受信同期信号が入力され、前記クロックと入力される前記受信同期信号との位相差を示す位相差信号を前記発振制御手段に出力する内蔵発振器と、前記ＧＰＳ受信器から入力される前記時刻情報と前記内蔵発振器から入力される前記クロックとから当該装置の内部時計としての前記同期タイミング情報を生成して出力するタイミング信号生成手段と、前記同期タイミング情報と前記受信断の情報とが入力され、前記受信断となったタイミングを記憶蓄積する信号断時間記録手段と、発振周波数制御信号が入力され、その入力される発振周波数制御信号を所定のサンプリングタイミングで取得して記憶蓄積するドリフト記録手段と、前記位相差信号と、前記タイミング情報と、前記受信断の情報とが入力され、前記同期タイミング情報を参照しつつ、前記受信断の情報が入力されていないタイミングには、前記位相差を無くすように前記発振周波数制御信号を前記内蔵発振器へ出力するとともに、前記発振周波数制御信号の単位時間あたりの変化の割合を算出してドリフト量として前記ドリフト記録手段に新たに書き込み、前記受信断の情報が入力されたタイミングに、前記書き込まれた前記ドリフト量を読み出して、読み出したドリフト量で補正した発振周波数制御信号を前記内蔵発振器へ出力する制御を行う発振制御手段とを備える同期処理手段とを具備することを特徴とする。

また本発明の時刻同期補正方法は、ＧＰＳ受信器と、時刻情報監視手段と、内蔵発振器と、発振制御手段と、タイミング信号生成手段と、信号断時間記録手段と、ドリフト記録手段とを備え、複数の装置の間で各前記装置が時刻同期して運用するために、前記各装置に備えられ、ＧＰＳ衛星からの時刻情報を受信し、前記装置に同期タイミング情報を生成して出力する時刻同期装置の時刻同期補正方法において、前記ＧＰＳ受信器は、ＧＰＳ衛星から受信した前記時刻情報と、周期的な受信同期信号を生成して出力し、前記時刻情報監視手段は、前記出力される前記受信同期信号を監視して前記受信同期信号を受信できないタイミングに受信断の情報を出力し、前記内蔵発振器は、前記発振制御手段から発振周波数制御信号と前記ＧＰＳ受信器から前記受信同期信号とが入力され、前記発振周波数制御信号に基づいた周波数で発振する信号からクロック信号を生成して前記タイミング信号生成部へ出力すると共に、前記出力するクロック信号と前記入力される受信同期信号との位相差を示す位相差信号を前記発振制御手段に出力し、前記内蔵発振器から前記クロック信号と、前記ＧＰＳ受信器から前記時刻情報とが入力される前記タイミング信号生成手段は、当該装置の同期タイミング情報を生成して出力し、前記信号断時間記録手段は、前記受信断の情報と前記同期タイミング情報とが入力され、前記同期タイミング情報を参照して前記受信断が始まるタイミングと受信回復するタイミングとを記憶蓄積し、前記位相差信号と、前記同期タイミング情報と、前記受信断の情報とが入力される前記発信制御手段は、前記同期タイミング情報を参照しつつ、前記受信断情報が入力されていないタイミングには、前記位相差を無くすように前記発振周波数制御信号を前記内蔵発振器へ出力すると共に、前記発振周波数制御信号を前記ドリフト記録手段に書き込むと共に、単位時間あたりの前記発振周波数制御信号の変化の割合を算出してドリフト量として前記ドリフト記録手段に書き込み、当該受信断が入力されたタイミングには、前記ドリフト量を前記ドリフト記録手段から読み出し、読み出したドリフト量で補正した発振周波数制御信号を前記内蔵発振器へ出力する制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、衛星電波を受信できない場合にも正確な時刻情報を取得することが可能なＧＰＳ受信を利用した時刻同期装置およびその時刻同期補正方法を提供することが出来る。

本発明の実施例に係わり、ＧＰＳ衛星からの時刻同期信号を用いて時刻同期動作をする携帯電話システムにおける基地局間接続の系統図。 本発明の実施例に係わり、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して時刻同期動作をする時刻同期装置を備える基地局の動作説明をする機能ブロック図。 本発明の実施例に関わる時刻同期装置の動作処理を説明する機能ブロック図 時刻同期装置の発振周波数を補正する処理手順を説明するフローチャート。 受信同期信号が受信できない場合の同期処理部の各部の動作波形図の１例。 従来の時刻同期装置の一例の動作処理を説明する機能ブロック図

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係わり、ＧＰＳ衛星からの時刻同期信号を用いて時刻同期動作をする携帯電話システムにおける基地局間接続の系統図、図２は、本発明の実施例に係わり、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信器を用いて時刻同期動作をする時刻同期装置を備える基地局の動作説明をする機能ブロック図である。
図１において、携帯電話システムは、基地局Ｂｓ１〜Ｂｓｎ、各基地局と無線通信する複数の端末Ｐ、およびそれらの各端末Ｐとの接続処理を行う交換局Ｘ、各交換局を接続する幹線等からなる携帯電話網Ｎ、各基地局の動作を監視、制御し、各基地局Ｂｓとの間を制御網ＣＮで接続され各基地局Ｂｓの運用を管理する監視制御センターＣとを備え、各基地局Ｂｓ１〜Ｂｓｎは、それぞれが受信可能ないずれからの複数のＧＰＳ衛星ｇ１〜ｇｍの電波を受信して時刻同期を取っている。

図２において基地局Ｂｓ１〜Ｂｓｎは、それぞれ、監視制御センターＣや基地局Ｂｓ間での動作の時間同期を取るための時刻同期装置Ｔと、端末Ｐと無線通信する無線装置や、無線信号を変復調した電話信号を交換局との間で伝送する伝送装置等の基地局設備Ｑと、時刻同期装置Ｔおよび基地局設備Ｑの動作状態のモニタ・制御データを監視制御センターＣとの間で制御通信網ＣＮを介して送受信するメンテナンス部Ｍを備えている。

時刻同期装置Ｔは、ＧＰＳ衛星ｇ１〜ｇｍのうちいずれか複数からの衛星電波を受信し、時刻情報を出力するＧＰＳ受信器Ｒと、ＧＰＳ受信器Ｒから出力される時刻情報を処理して、基地局１でタイミング情報を必要とする例えば、無線通信処理部等へ同期タイミング信号を出力する同期処理部Ｓと、図示されない自装置の動作状態を監視する監視制御手段と、および監視制御手段が取得した監視データを記憶するログ部ＬＧとを備えている。

このログ部ＬＧは、データを監視制御センターＣに向け所定のモニタリング手順により時刻同期装置Ｔのメモリ（記憶手段）からデータが読み出し、モニタデータやアラームを送信し、また所要のインタフェースを介して保守ツールによって上記メモリからデータを読み出す事が可能である。

また、このログ部ＬＧは、各基地局１のメンテナンス部Ｍに含まれ、そのモニタ機能構成の一部として設けられるものであるが、ここでは説明の利便上、同期処理部Ｓの一構成として動作説明を行う。

ＧＰＳ受信器Ｒから１ｐｐｓで出力される受信同期信号（同期クロック）の生成、出力がなくなった場合、従来の方法では、精確なクロックを基地局に出力するために自走周波数が安定な高価な時刻同期装置を用いる問題があった。そして更に、装置故障なのか、受信環境からの受信不良なのかが特定できず、衛星電波の周囲環境からの受信不良原因に対応することが困難であった。

本実施例による時刻同期装置Ｔでは、内蔵発振器１と発振制御器３とが受信同期信号である１ｐｐｓ信号が受信出来なかった期間での発振周波数制御の動作経過を記録し、その記録を参照することにより周囲状況を考慮に入れて受信不良に対応し、高価な内蔵発振器を用いることなく高精度なクロック（同期タイミング信号）を生成して出力することが可能である。

図３は、本発明の時刻同期装置の実施例に関わる動作処理を説明する機能ブロック図である。
図３において時刻同期装置Ｔは、ＧＰＳアンテナａ、ＧＰＳ受信器Ｒ、内蔵発振器１、内部時計として機能するタイミング信号生成部２、内蔵発振器の制御を行う発振制御部３、ＧＰＳ受信器Ｒが出力する受信同期信号の有無を監視する信号断検出部４、ドリフト記録部５、信号断時間記録部６を備えている。図５に示された従来の時刻同期装置Ｔｘと重複する点は、符号を読み替える等により容易に類推できるので詳細説明は省略する。

本実施例では、従来例と異なり、発振制御部３は、信号断検出部４からの信号断検出信号に基づきドリフト記録部５、信号断時間記録部６と共に後述の各種データを記録蓄積するログ部ＬＧの一部となっている。

ＧＰＳアンテナａは、通常ＧＰＳ衛星からの電波が受信可能な周囲の空が広く見える場所に設置される。ＧＰＳ受信器Ｒは、４個の衛星からの電波を受信し、マイクロ秒以下の制度を持つ高精度な受信同期信号Ｓｒを１秒間隔（１ｐｐｓ）で内蔵発振器１へ出力すると同時に、ＮＭＥＡフォーマットでカレンダ情報等の時刻情報をタイミング信号生成部２へ出力する。

また、ＧＰＳ受信器によっては、１ｐｐｓの受信同期信号に加えて、例えば、１０ＭＨｚのクロックを出力するものもあるが、以下では、１ｐｐｓの受信同期信号Ｓｒを出力する場合について説明する。

内蔵発振器１は、ＮＣＯ（数値制御発振器）または、ＶＣＯ（電圧制御発振器）であり、例えば、１ｐｐｓの同期信号と３０ＭＨｚのマイクロ秒以下のジッタ安定度を持つクロックとを生成して出力する。そして、１秒毎にＧＰＳ受信器Ｒから入力する受信同期信号Ｓを基準として、クロックを分周した信号とを比較することにより入出力タイミングの位相差を測定しその位相差信号を発振制御部３へ出力する。

発振制御部３は、入力される位相差信号の位相差が無くなるよう内蔵発振器１の発振周波数を制御するデータ（もしくは電圧）、である発振周波数制御信号を内蔵発振器１へ出力することにより例えば、３０ＭＨｚの様な所定の高周波のクロックＣｋを装置内部の同期用の信号として内蔵発振器１からタイミング信号生成部２へ出力する制御を行う。

この内蔵発振器１と発振制御部３とのＰＬＬ（フィードバック）制御により、ＧＰＳ受信器Ｒからの全システムでの基準となる１ｐｐｓの受信同期信号とクロックＣｋとは、位相がロックするので、全基地局Ｂｓの間で同期した動作が可能となる。

タイミング信号生成部２は、このクロックＣｋを分周、てい倍等の処理を行うと共に、ＧＰＳ受信器から入力されるＮＭＥＡフォーマットの時刻情報、データを参照し内部時計情報を生成することにより、時刻同期装置Ｔ、および同期処理部装置Ｓ内部で利用する。例えば、発振制御部３にクロックと時刻情報を内部バス等を介して出力するのを始め、自分の属する基地局Ｂｓ内で必要とする同期タイミング信号を生成して同期処理装置Ｓの内外部へ出力する。

ところで、ＧＰＳ受信器Ｒは、ＧＰＳ衛星電波を正常受信時には受信復調した受信同期信号ｓｒを１ｐｐｓで出力している。信号断検出部４はこの受信同期信号ｓｒを監視し、出力されない（受信できない）場合、信号断検出信号（状態フラグ）をログ部ＬＧの発振制御部３、ドリフト記録部５、信号断時間記録部６へ出力する。

図４は、本発明の実施例に関わる時刻同期装置の発振周波数を補正する処理手順を説明するフローチャートである。
図４において、発振制御部３は、正常に１ｐｐｓで受信同期信号ｓｒを受信している間は、この受信同期信号ｓｒに同期してＰＬＬ動作を実施し（ステップｓ０）内蔵発振器１へ出力している発振周波数制御信号のデータと、その受信タイミング（時刻）とを対にして内部記憶手段等へ記憶する。そして、例えば、１０秒間立ち戻り、その発振周波数制御信号の変動を読み出しする。

この発振周波数制御信号は、衛星からの受信する電波の変動（ドリフト）を追尾しているが、同時に自分の内蔵発振器の変動により見かけ上受信電波が変動している場合でも、変動分を含めて自分の内蔵発振器周波数を調整することにより衛星からの電波を追随することが出来る。

即ち、正常受信時に１ｐｐｓ毎に内蔵発振器は、精確に構成されているのでその正常受信時に発振周波数制御信号（データ）を時刻情報と共に測定、記憶する（図４のステップｓ１）。

単位時間当たりの周波数変動、即ち、ドリフトＤＦは、受信同期信号ｓｒを受信している最中に、継続的に所定のサンプリング時間で発振周波数データを取得して（ステップｓ３）発信周波数データの変動量を時間で除することにより算出（ステップ４）する。

そして、受信できなくなった場合に直ちに、経過時間をカウントしてその発生予想ドリフト量を加算することにより補正した発振周波数制御信号を生成し、発振制御部３から出力する（ステップｓ５）。

受信同期信号ｓｒが受信出来なくなった場合には（ステップｓ２がＮｏ）、出力していた発振周波数制御信号を維持し、測定、記憶した発振周波数データを読み出す（ステップｓ３）と共に受信できなくなったタイミングを基準にして所定の測定回数（時間）前の発信周波数データを読み出す。そしてその単位時間当たりの周波数変動を算出して（ステップｓ４）ドリフトを補正する発振周波数制御信号を生成し、発振制御部３から出力する（ステップｓ５）様にしても良い。なおこのサンプリング時刻情報は、必ずしも毎回タグを付けて記憶しなくても良く、受信出来なくなったタイミングを元に等をカウンタで特定すれば良い。

従来でも衛星電波を受信出来なくなった場合には、その時点でのＰＬＬ制御の発振周波数を維持する方法があった。本実施例では、ログ部ＬＧによって記憶されたデータから、受信が途絶した瞬間の発振周波数制御信号値と、更に、例えば、上記１０秒間に亘っての発振周波数制御信号値から、変動要素、例えば、１秒間当たり２０ｐｐｍ等の変動が有ることが算出される。

受信途絶中には、その途絶開始したタイミングから１秒間毎に２０ｐｐｍの補正を加えた発振周波数制御信号を発振制御部３は、内蔵発振器１へ出力する。従って、従来に比べてドリフト変動を予測した補正が可能になるので、高コスト、および回路規模の大きい内蔵発振器を使う必要が無い。

また、再度、受信同期信号ｓｒの受信再開時にも、予測追尾を行うことにより、内蔵発振器の位相ズレをミニマイズして小さく抑えているので、受信信号と自己再生している１ｐｐｓの信号とのタイミング差も小さく抑えることが可能である。

図５は、受信同期信号ｓｒが受信できなくなる場合の（ａ）信号断検出信号、（ｂ）位相差信号、（ｃ）発振周波数制御信号の状態を説明する波形図の１例である。
図５において、タイミングｔ１になり信号断となると、「Ｈ」のフラグが信号断検出部４から出力される。発振制御部３は、ドリフト記録部５に発振制御部３が内蔵発振器３から入力される位相差信号（ｄｐ１）、内蔵発振器１に出力する発振周波数制御信号のレベル（ｃ１）を書き込み記憶させる。また同時に、タイミング信号生成部２から受信している同期タイミング信号（時刻）により「Ｈ」になった時刻（タイミングｔ１）を信号断時間記録部６へ書き込み記憶させる。なお、このタイミング記録は、信号断時間記録部６が常に同期タイミング信号を受信して、フラグが「Ｈ」になったタイミングｔ１を直接記録しても良い。

そして再び４個以上の衛星電波を受信し、受信同期信号ｓｒの出力が開始（再開）される（タイミングｔ２）と、信号断検出部４はフラグを「Ｌ」に戻す。

発振制御部３は、内蔵発振器１から入力される位相差信号ｄｐ２を監視して所定の位相差範囲に入ったか否かのＬｏｃｋ／Ｕｎｌｏｃｋ信号、即ち位相ロック判定信号を生成している。

発振制御部３は、フラグを「Ｌ」受信後、ドリフト記録部５に発振制御部３が内蔵発振器１から入力される位相差信号ｄｐ２、および「Ｌ」になったのち位相ロックした時刻タイミングｔＬに内蔵発振器１に出力する発振周波数制御信号のレベルｃ２、信号断時間記録部６へ「Ｌ」になったタイミングｔ２、および「Ｌ」になったのち位相ロックした時刻タイミングｔＬを書き込み記憶させる。

そして発振制御部３は、ドリフト記録部５から発振周波数制御信号のレベルｃ１を読み出し、発振周波数制御信号のレベルｃ２との差（例えば、ｄｃ１）を求める。この発振周波数制御信号は、内蔵発振器１がＶＣＯで有ればその発振周波数を設定する電圧であるので、その電圧差は、周波数差、即ち周波数のドリフト値と対応する。

なお、上記説明では、ドリフト量算出のタイミングを位相ロックをしたタイミングｔＬを用いているが、近似値としてフラグがＬになったタイミングｔ２を採用しても良い。

以上の初期記録後、もし、受信中の受信同期信号ｓｒがタイミングＴＸに受信できなくなった場合、発振制御部３は、タイミング信号生成部２から入力する同期タイミング信号（時刻情報）を元にタイミングＴＸからの経過時間に対応してドリフト量ＤＦから換算する発振制御信号を内蔵発振器１へ出力する。

また、この受信同期信号ｓｒの受信中断時の新たなドリフト量ＤＦを求め、所定の期間か回数、受信中断記録としてドリフト量ＤＦをドリフト記録部５に書き込み記録するか、又は、読み出した後、記憶していたドリフト量を上書き更新する。

この方法により、内蔵発振器１は、高精度の発振器を用いなくとも、受信同期信号ｓｒが受信できなくなる前の発振周波数のドリフトから高精度のクロック、および同期タイミング情報を出力する補正が可能になるのみならず、ドリフトデータがシステム運用状況を推定するための監視データとして取得出来る。

従来では受信できなくなった場合、発振周波数制御信号をそのまま維持するので、ドリフト補正が行われていなかったが本実施例では、そのドリフトの振る舞いを反映した補正が可能である。

以下続いて、周囲環境の変化に対応可能な本実施例のクロック、および同期タイミング信号の補正方法を説明する。図３に戻り、前述の如く発振制御部３は、信号断検出部４からの信号断検出信号に基づきドリフト記録部５、信号断時間記録部６へ、後述の各種データを記録保存する制御を行いログ部ＬＧを構成している。

発振制御部３にデジタル処理を行うＣＰＵ（図示せず。）を用いる場合、ログ部ＬＧ、即ちドリフト記録部５、信号断時間記録部６へ記録保存されたデータは、内部バス等により更に基地局Ｂｓのメンテナンス部Ｍへ出力される。また、ドリフト記録部５、信号断時間記録部６は、実際には大容量の半導体メモリ等の記憶手段である。そして、発振制御部３のＣＰＵによって前述のデータの他、例えば、図示されない同期処理部装置Ｓの温度データ等のセンサデータも記憶手段へ書き込み記録、読み出し等の所定のデータ入出力処理が行われ、メンテナンス部Ｍへ転送される。

さて、ここで、ＧＰＳ衛星電波の受信、即ち、受信同期信号ｓｒの受信状態を考えると、都市の建造物密集地や、反対に地方の谷合部等に設置されている基地局ＢＳでは、天空の視野角が狭く４個の衛星が受信出来ない場合が有る。

加えてＧＰＳ衛星電波が、建築物や近傍斜面から反射されマルチパス反射により、受信タイミングに誤作動が生じ、受信同期信号ｓｒに遅れやジッタが発生する場合も生じる。また遮蔽や、マルチパス反射は、大型車両等の移動体によって不定期に発生する場合もある。

これらは、何れもＧＰＳ衛星が周回衛星であることから受信不良原因が様々になるため、一律に補正を行うことが困難であるが、ログ部ＬＧに記録蓄積されたデータを統計的に解析、処理して受信パターンを分類する。そして、そのパターンと現在受信している状況を比較参照することによりどの様な原因で受信不良になったかを推定し、補正方法を調整するか、また同期処理装置Ｓの不具合と判定することが可能、又は、推定、および判定を支援することが出来る。

これらは、発振制御部３が、ログ部ＬＧのＣＰＵとして動作する間に所定の判定プログラムにより判定する。又は、基地局ＢＳのメンテナンス部ＭのＣＰＵ、もしくは監視制御センターＣの監視制御装置の制御手段が、同様に判定プログラムに従って、例えば、定期的なモニタやセルフテストを実施することによって判定される。

（１）１ｐｐｓでの受信同期信号ｓｒの受信不能時間（回数）が長い（多い）か、又はシフトして増加する傾向にある。

この、状態は、ＧＰＳアンテナａが定常的に衛星電波を受信できなくなる環境に在る場合に発生する。例えば、基地局Ｂｓの子局のアンテナａの西側の近傍に大きなビル等が有る場合、１日の間数回から数十回程度の回数で数秒間に数秒から数十秒間の受信断が生じる。

これは、子局設置当初からそのような状態がログ部ＬＧに記憶されるので、その子局固有の環境に従った動作としてメンテナンス部Ｍ、又は、監視制御センターＣ側でのモニタデータの信号処理、判定処理等を行えば良い。ところが、設置当初は、受信断が無いか、又は日に数回程度であったにも関わらず、十数回から数十回に増加してその状態が定常化しているとすれば、アンテナ設置後の新たな構造物による遮蔽の可能性が高い。また、樹木等でアンテナが次第に遮蔽される場合もモニタデータに同様の傾向がある。この受信断の回数や時刻（時間）情報は、信号断時間記録部６に記憶されると共に、所定の条件を越える場合には、受信同期信号異常のアラームがメンテナンス部Ｍへ出力される。

また、この場合、前述の如く信号断になるタイミングに対応して発振周波数制御電圧がドリフト記録部５に記憶されているので、そのデータと参照することにより同期処理部Ｓに関わる故障、不具合があるか否かを推定することも可能になる。即ち、不具合時には、単位時間に対する発振周波数制御データ即ち、ドリフト量が以上に大きくなるか、反対に、ドリフトが無い様なデータが記録される。

また、位相差信号との照合を取れば、その有無、レベルに応じて機器に関わる異常なのかが推定可能になる。位相差信号が設計範囲内であり、受信断状態でドリフト量（補正出力される発振周波数制御信号）がそれに対応した値を出力していれば、正常である。また、位相差信号が無いか、異常に大きく、ドリフトが大きいか小さいかなど照合関係に異常が有れば不具合であることが判断できる。

この（１）始め、後述の（２）、（３）で述べられる異常状況については、数日から数ヶ月の中、長期に亘る記録データを統計的に解析することによりその子局、基地局に備えられる時刻同期装置毎の異常判定プログラム（判定条件）を作成する。そして、そのプログラムがログ部ＬＧ、監視制御センターＣのＣＰＵに予めインストールされて装置異常か否かの判定処理が行われる。

なお、このプログラムは、在る初期設定状態から記録データを学習することにより判定条件や処理手順が自動的に変更されて行くものもよく、その場合プログラムがインストールされる部位がログ部ＬＧか、メンテナンス部Ｍか、監視制御センターＣなのかで適宜調整される。

（２）１ｐｐｓでの受信同期信号ｓｒの受信断回数（時間）が離散的に発生する。

この状態は、アンテナａ近傍を大型車両等が通過、一時的に存在することにより、アンテナが遮蔽されるか、又は、車両から衛星電波が反射されることにより発生するマルチパス反射により誤動作する場合に発生する。この状態の解析は、次の（３）と共通に位相差信号（図４におけるｄｐｘ）を監視することにより検討するとよい。

この場合も機器不具合か、周囲環境の影響によるものかは、前記（１）の状態と同様に統計的に基準を予め作成しておき、その基準内か装置異常かの解析を行うことにより判定する。

（３）受信断にはならないが位相差が所定の値よりも大きい回数が多い。（発振周波数制御信号が異常に大きく変動する。）。

マルチパス反射波受信は、衛星からの直接波に代わり、もしくは直接波と合わせてアンテナａ近傍の建造物、又は山の斜面等から反射波を受信することにより発生する。ＧＰＳ受信器では、位置測定に置いてしばしば誤動作として影響を受ける。例えば、山岳での位置測定では、正しい存在位置から隣の尾根等に居るように誤測定される例もある。

時刻同期に置いては、反射経路により実距離よりも長い伝搬経路を経て受信するのでタイミングがずれてしまう結果になる。特にある方向が建造物等で遮蔽され、同時に遮蔽されない衛星からその構造物による高い強度の反射信号を受信する様になった場合、ＧＰＳ受信器Ｒは、正常波と反射波とを受信する。正常波と反射波とは伝搬経路長に差が生じるためＧＰＳ受信器からの１ｐｐｓ信号出力にジッタが生じ、結果として同期処理部Ｓから出力される同期タイミング信号も影響を受ける。

即ち、内蔵発振器１へ入力される受信同期信号Ｓｒは、ＧＰＳ受信器Ｒ自体では復調出力しているが、マルチパス反射の影響により本来のタイミングからは誤差を持って出力される場合がある。内蔵発振器１と発振制御部３とは、ＰＬＬループを構築しており、ＰＬＬのロックが外れるまでには至らないが正常に動作している内蔵発振器１の発振するクロック信号とマルチパス反射を受信している時の受信同期信号Ｓｒとの位相がずれてしまい大きく発振周波数制御信号が正常時の例えば電圧レベルと異なる出力になる場合もある。

内蔵発振器１は、位相差（図４におけるｄｐｘ）について、所定の異常レベルを設けておき、この値を超えた場合、位相異常アラームをメンテナンス部Ｍへ出力する。

また、１ｐｐｓでの受信同期信号Ｓｒを受信しているにも関わらず内蔵発振器１との同期が外れた場合は、発振制御部３から位相のＵｎｌｏｃｋ信号がドリフト記録部６へ出力され、位相ロックアラームがメンテナンス部Ｍへ出力される。

この位相異常、又は位相ロックアラームについては、受信同期信号Ｓｒの異常の前段階となるが、その発生パターンは、周囲の電波受信環境に左右される。

例えば、（２）と同様アラーム回数が多いが、大きな建造物等によるアラームは発生すると数秒〜数十秒はそのアラームが継続する場合が多い。これに対し、移動体等からの反射による異常は、１−２回のアラームが離散的に発生する等の発生パターンに差が見られる。従ってメンテナンス部Ｍ、又は監視制御センターＣは、予め統計的処理によりパターンに応じた同期タイミングの補正処理をすればよい。

例えば、位相差信号が所定のレベルを越えている場合、発振制御部３のＣＰＵはその位相差信号はマルチパス反射の影響と判断して、受信同期信号Ｓｒが受信受信断と同じ様に、その時点で記憶されているドリフト量ＤＦをドリフト記録部から読み出して発振周波数制御信号として内蔵発振器３へ出力する。

もしくは、数時間に１回か２回かの様に低い頻度で離散的に位相外れ、もしくは受信同期信号Ｓｒの受信断が発生する場合には、発振周波数制御信号をそのまま維持する等の補正処理のバリエーションを持たせる等が挙げられる。

また、上記の受信断時の同期補正については、ＧＰＳ受信器Ｒ、および同期処理装置Ｓの信号処理に関わる受信断のデータを利用しているが、この他、例えば、図示されない時刻同期装置Ｔ、又は同期処理装置Ｓの内蔵発振器１等に温度センサを設け、その温度と発振周波数制御信号（ドリフト）との関係を記録する。そして、発振周波数制御信号の温度依存性を調べて、受信断時間に加えて温度条件により発振周波数制御信号を補正する方法をとれば、高価なＴＣＸＯ（温度制御型発振器）を用いずとも温度補正された安定な同期タイミング信号を生成するためのクロックｃｋを提供することが可能である。

なお、上記説明では、時刻同期を取る対象の設備が携帯電話の基地局装置であったが、このほか、広域で運用される地震監視システム、電力系統切替の電力保護制御システムなど、監視制御センターで監視制御され、時刻同期を取って複数の設備、装置が運用されるシステムに同期タイミング情報を出力する時刻同期装置であれば、本発明は適用可能である。例えば、地震計の場合、基地局Ｂｓの代わりに地震計を、交換局等携帯電話設備の代わりに地震監視センターが充当される。

更に上記説明は１ｐｐｓの受信同期信号Ｓｒの受信断を監視する方法で説明したが、ＧＰＳ受信器Ｒから３０ＭＨｚの様なクロック信号が内蔵発振器１へ入力される場合、そのクロック信号の受信断（所定のパルスカウントや、クロック信号の包絡線で監視する。）事により、上記説明同様の同期補正を行う場合も本発明が適用出来ることも言うまでもない。

ａ アンテナ
Ｂｓ１〜Ｂｓｎ、Ｂｓ 基地局
Ｃ 監視制御センター
ＣＮ 制御網
ＬＧ ログ部
Ｍ メンテナンス部
Ｎ 携帯電話網
Ｐ 端末Ｐ
Ｒ ＧＰＳ受信器
Ｘ 交換局
ｇ１〜ｇｍ ＧＰＳ衛星
１ 内蔵発振器
２ タイミング信号生成部
３ 発振制御部
４ 信号断検出部
５ ドリフト記録部
６ 信号断時間記録部

Claims (7)

1. 複数の装置の間で各前記装置を時刻同期して運用するために、前記各装置に備えられ、ＧＰＳ衛星からの時刻情報を受信して前記装置に同期タイミング情報を生成して出力する時刻同期装置において、
   ＧＰＳ衛星から受信する時刻情報と、前記時刻情報から生成した周期的な受信同期信号とを出力するＧＰＳ受信器と、
   前記出力される前記受信同期信号を監視し、前記受信同期信号を受信できないタイミングに受信断の情報を出力する時刻情報監視手段と、
   発振制御手段から入力される発振周波数制御信号によって制御されて発振する信号からクロックを出力すると共に、前記受信同期信号が入力され、前記クロックと入力される前記受信同期信号との位相差を示す位相差信号を前記発振制御手段に出力する内蔵発振器と、
   前記ＧＰＳ受信器から入力される前記時刻情報と前記内蔵発振器から入力される前記クロックとから当該装置の内部時計としての前記同期タイミング情報を生成して出力するタイミング信号生成手段と、
   前記同期タイミング情報と前記受信断の情報とが入力され、前記受信断となったタイミングを記憶蓄積する信号断時間記録手段と、
   発振周波数制御信号が入力され、その入力される発振周波数制御信号を所定のサンプリングタイミングで取得して記憶蓄積するドリフト記録手段と、
   前記位相差信号と、前記タイミング情報と、前記受信断の情報とが入力され、前記同期タイミング情報を参照しつつ、
   前記受信断の情報が入力されていないタイミングには、前記位相差を無くすように前記発振周波数制御信号を前記内蔵発振器へ出力するとともに、
   前記発振周波数制御信号の単位時間あたりの変化の割合を算出してドリフト量として前記ドリフト記録手段に新たに書き込み、
   前記受信断の情報が入力されたタイミングに、前記書き込まれた前記ドリフト量を読み出して、読み出したドリフト量で補正した発振周波数制御信号を前記内蔵発振器へ出力する制御を行う
   発振制御手段とを備える
   同期処理手段とを具備することを特徴とする時刻同期装置。
2. 前記信号断時間記録手段と前記ドリフト記録手段は、当該時刻同期装置の動作データを記録蓄積するメンテナンス手段のログ手段の一部で有ることを特徴とする請求項１記載の時刻同期装置。
3. 前記ＧＰＳ受信器から出力される前記受信同期信号は、１ｐｐｓで出力されることを特徴とする請求項１又は２に記載の時刻同期装置。
4. 前記ＧＰＳ受信器から出力される前記受信同期信号は、高周波のクロック信号として出力されることを特徴とする請求項１又は２に記載の時刻同期装置。
5. 前記発振制御手段は、
   前記信号断時間記録手段と前記ドリフト記録手段が、前記記録蓄積するデータを監視し、予め前記記録蓄積されたデータから統計処理されることにより生成されたプログラムにより、時刻同期装置の故障判定か、またはＧＰＳ衛星からの電波の受信環境を推定して前記受信断のタイミングの間に出力される前記発振信号周波数の補正をするかの判定処理を行う事を特徴とする請求項２に記載の時刻同期装置。
6. ＧＰＳ受信器と、時刻情報監視手段と、内蔵発振器と、発振制御手段と、タイミング信号生成手段と、信号断時間記録手段と、ドリフト記録手段とを備え、
   複数の装置の間で各前記装置が時刻同期して運用するために、前記各装置に備えられ、ＧＰＳ衛星からの時刻情報を受信し、前記装置に同期タイミング情報を生成して出力する時刻同期装置の時刻同期補正方法において、
   前記ＧＰＳ受信器は、ＧＰＳ衛星から受信した前記時刻情報と、周期的な受信同期信号を生成して出力し、
   前記時刻情報監視手段は、前記出力される前記受信同期信号を監視して前記受信同期信号を受信できないタイミングに受信断の情報を出力し、
   前記内蔵発振器は、
   前記発振制御手段から発振周波数制御信号と前記ＧＰＳ受信器から前記受信同期信号とが入力され、
   前記発振周波数制御信号に基づいた周波数で発振する信号からクロック信号を生成して前記タイミング信号生成部へ出力すると共に、
   前記出力するクロック信号と前記入力される受信同期信号との位相差を示す位相差信号を前記発振制御手段に出力し、
   前記内蔵発振器から前記クロック信号と、前記ＧＰＳ受信器から前記時刻情報とが入力される前記タイミング信号生成手段は、当該装置の同期タイミング情報を生成して出力し、
   前記信号断時間記録手段は、前記受信断の情報と前記同期タイミング情報とが入力され、前記同期タイミング情報を参照して前記受信断が始まるタイミングと受信回復するタイミングとを記憶蓄積し、
   前記位相差信号と、前記同期タイミング情報と、前記受信断の情報とが入力される前記発信制御手段は、
   前記同期タイミング情報を参照しつつ、前記受信断情報が入力されていないタイミングには、前記位相差を無くすように前記発振周波数制御信号を前記内蔵発振器へ出力すると共に、前記発振周波数制御信号を前記ドリフト記録手段に書き込むと共に、単位時間あたりの前記発振周波数制御信号の変化の割合を算出してドリフト量として前記ドリフト記録手段に書き込み、
   当該受信断が入力されたタイミングには、前記ドリフト量を前記ドリフト記録手段から読み出し、読み出したドリフト量で補正した発振周波数制御信号を前記内蔵発振器へ出力する制御を行う
   ことを特徴とする時刻同期補正方法。
7. 前記信号断時間記録手段と前記ドリフト記録手段は、当該時刻同期装置の動作データを記録蓄積するメンテナンス手段として機能し、
   前記発振制御手段は、
   前記信号断時間記録手段と前記ドリフト記録手段が、前記記録蓄積するデータを監視し、予め前記記録蓄積されたデータから統計処理されることにより生成されたプログラムにより、時刻同期装置の故障判定か、またはＧＰＳ衛星からの電波の受信環境を推定して前記受信断のタイミングの間に出力される前記発振信号周波数の補正をするかの判定処理を行う事を特徴とする請求項６に記載の時刻同期装置の時刻同期補正方法。

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