JP2011155360A

JP2011155360A - 同期信号生成装置、同期信号生成方法

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Publication number: JP2011155360A
Application number: JP2010014224A
Authority: JP
Inventors: Hironari Tonai; 裕也藤内
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】ホールドオーバ状態からＧＰＳ通信衛星の電波を捕捉できる状態に復帰した場合、もしくはＧＰＳ通信衛星の電波を捕捉している状態からホールドオーバ状態に移行した場合、高精度の同期を迅速に行う同期信号生成装置、同期信号生成方法を提供することを課題としている。
【解決手段】同期信号生成装置１は、同期信号抽出部１１と、制御部１２と、同期部１３と、ＤＡＣ部（デジタル信号−アナログ信号変換部）１４と、発振部１５とを備えている。また、同期信号生成装置１には、ＧＰＳ通信衛星アンテナ３と、基地局５とが接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期信号生成装置、同期信号生成方法に関する。

無線通信機等の同期信号生成装置は、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）通信衛星からの時報を用いて同期信号を生成し、生成した同期信号を用いて同期信号生成装置内のクロック信号と同期を行っている。この同期信号生成装置が、ＧＰＳ通信衛星の電波を捕捉できていないホールドオーバ状態の場合でも無線通信機等の同期精度を保つ必要がある。このため、同期信号生成装置の周波数安定度の高い内部信号源クロックを用いて、同期信号の精度を保つ手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、近年使用され始めた高速データ通信等では、例えば、タイミング精度に１ＰＰＳ（ＰｕｌｓｅＰｅｒＳｅｃｏｎｄ）、周波数精度に１０ＭＨｚの高精度が要求されている。しかし、同期信号生成装置の周波数安定度の高い内部信号源クロックにも温度ドリフトが発生し、さらに他の周辺部品も温度等の影響を受ける。このため、従来の同期信号生成装置は、ホールドオーバ状態において高精度を保つために、制御電圧を所定の方法で変更し内部信号源クロック１０ＭＨｚを制御している。

特開２００１ー３３９３７３号公報

しかしながら、従来技術では、ホールドオーバ状態からＧＰＳ通信衛星の電波を捕捉できる状態に復帰した場合、内部信号源クロック１０ＭＨｚの精度の変更方法は、１種類に固定され、あるいは基地局の状態に適切に対応していない場合もあるため、高精度の同期を迅速に行うことが困難であるという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ホールドオーバ状態からＧＰＳ通信衛星の電波を捕捉できる状態に復帰した場合、高精度の同期を迅速に行う同期信号生成装置、同期信号生成方法を提供することを課題としている。

上記目的を達成するため、本発明は、基地局に対して同期信号を出力する同期信号生成装置において、ＧＰＳから同期信号を抽出する同期信号抽出部と、内部クロックを生成する発振部と、ホールドオーバ状態から前記ＧＰＳから同期信号を捕捉状態に復帰した後、前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整し、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整して、前記同期信号抽出部が抽出した同期信号を制御する制御部とを備えることを特徴としている。

また、本発明に係る同期信号生成装置において、前記制御部は、前記基地局が出力する前記基地局の通信状態を受け取り、受け取った通信状態情報に基づいて、前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整するか、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整するか、いずれか１つまたは２つを選択することを特徴としている。

また、本発明に係る同期信号生成装置において、前記制御部は、前記基地局が出力する前記基地局の通信状態情報を受け取り、受け取った通信状態情報に基づいて、前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整するか、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整するかの順序を選択するようにしてもよい。

また、本発明に係る同期信号生成装置において、前記制御部は、前記基地局が出力する前記基地局の通信状態情報を受け取り、受け取った通信状態情報に基づいて、前記内部クロックに基づく信号の周波数を１度だけ調整することで同期を制御するようにしてもよい。

また、本発明に係る同期信号生成装置において、前記制御部は、前記基地局が出力する前記基地局の通信状態情報を受け取り、受け取った通信状態情報に基づいて、前記内部クロックに基づく信号の波長を１度だけ調整することで同期を制御するようにしてもよい。

また、本発明は、基地局に対して同期信号を出力する同期信号生成装置の同期信号生成方法において、同期信号抽出部が、ＧＰＳから同期信号を抽出する同期信号抽出工程と、発振部が、内部クロックを生成する発振工程と、制御部が、ホールドオーバ状態から前記ＧＰＳから同期信号を捕捉状態に復帰した後、前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整し、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整して、前記同期信号抽出部が抽出した同期信号を制御する制御工程とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、ホールドオーバ状態から前記ＧＰＳから同期信号を捕捉状態に復帰した後、ＧＰＳから抽出した同期信号と前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整し、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整して、前記同期信号抽出部が抽出した同期信号を制御するようにしたので、高精度の同期を迅速に行うことができる。

本実施形態に係る同期信号生成装置のブロック図である。本実施形態に係るクロックの調整手法を説明する図である。本実施形態に係る制御モード１と２の精度状態を説明する図である。本実施形態に係る制御モード３の精度状態を説明する図である。本実施形態に係るホールドオーバからの復帰時の制御手順のフローチャートである。本実施形態に係るＭｏｄｅ２とＭｏｄｅ１の切り替えの一例の図である。

以下、図１〜図６を用いて本実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は本実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。

図１は、同期信号生成装置のブロック図である。図１のように、同期信号生成装置１は、同期信号抽出部１１と、制御部１２と、同期部１３と、ＤＡＣ部（デジタル信号−アナログ信号変換部）１４と、発振部１５とを備えている。また、同期信号生成装置１には、ＧＰＳ通信衛星アンテナ３と、基地局５とが接続されている。また、基地局５は、処理を行っていない状態時にはｉｄｌｅ情報を、処理を行っている状態時はｂｕｓｙ情報を同期信号生成装置１に出力する。

同期信号抽出部１１は、ＧＰＳ通信衛星アンテナ３が受信した信号を受け取り、受け取った信号から時報（同期信号）を抽出し、抽出した同期信号Ｃ１を制御部１２と同期部１３とに出力する。なお、ＧＰＳ通信衛星からの時報データである同期信号Ｃ１は、１［ｓｅｃ］（１ＰＰＳ）間隔を刻むものである。

制御部１２は、同期信号抽出部１１が出力する同期信号と、同期部１３が出力する誤差情報と、発振部１５が出力するクロック信号Ｃ２（１０［ＭＨｚ］）と、基地局５が出力する基地局状態情報とを受け取る。なお、誤差とは同期信号Ｃ１に対するクロック信号Ｃ２のずれ量である。また、制御部１２は、受け取った誤差情報と基地局状態情報とに基づき同期制御のモードを切り替える制御モード情報と制御値を生成し、生成した制御モード情報と制御値とを同期部１３へ出力する。さらに、制御部１２は、受け取った同期信号Ｃ１が存在するか否かを判定し、判定結果に基づき制御モード情報を生成する。制御モード情報は、例えば３モード（Ｍｏｄｅ１，Ｍｏｄｅ２，Ｍｏｄｅ３）である。
図２は、クロックの調整手法を説明する図である。
Ｍｏｄｅ１は「クロック周波数の最大偏差を考慮しない場合」であり、クロック信号Ｃ２の１つの波長を図２（ａ）から図２（ｂ）のように、１度だけ変化させる制御信号を生成する。この場合、同期信号を、ＧＰＳ通信衛星アンテナ３の信号に基づく同期信号に対して迅速に同期を復帰できるが、クロック信号Ｃ２のずれが大きい場合、クロック信号Ｃ２を受ける基地局５が影響を受ける範囲か否かを制御部１２が考慮する必要がある。このため、制御部１２は、影響しない範囲内で、このモードを用いて変化させる波長の制御量を算出して、制御量と制御モード情報Ｍｏｄｅ１を同期部１３に出力する。
Ｍｏｄｅ２は「１ＰＰＳと１０ＭＨｚの関係を考慮しない場合」であり、１ＰＰＳ間の波数を図２（ａ）から図２（ｃ）のように、１度だけ増減させる制御信号を生成する。この場合、１ＰＰＳ信号Ｃ３を迅速に復帰することができるが、１ＰＰＳ信号Ｃ３のずれが大きい場合、１ＰＰＳ信号Ｃ３を受ける基地局５が影響を受ける範囲か否かを制御部１２が考慮する必要がある。このため、制御部１２は、影響しない範囲内で、このモードを用いて変化させる波数の制御量を算出して、制御量と制御モード情報Ｍｏｄｅ１を同期部１３に出力する。
Ｍｏｄｅ３は「復帰までの早さより精度を優先」し、発振部１５のクロック信号Ｃ２を、１ＰＰＳ間の１０ＭＨｚのパルス数（波数）を１０×１０^６個に保ったまま、かつ周波数を所定の範囲内のみで徐々に変化させる制御値を生成する。この場合、復帰に時間を要するが、基地局５への影響はＭｏｄｅ１またはＭｏｄｅ２より少ないため、例えば、１ＰＰＳ信号Ｃ３またはクロック信号Ｃ２のずれが大きく基地局５への影響があると制御部１２が判定した場合などに用いる。さらに、制御部１２は、制御値とＭｏｄｅ３の制御モード情報を生成し、生成した制御信号を同期部１３に出力する。

同期部１３は、同期信号抽出部１１が出力する同期信号Ｃ１と、制御部１２が出力する制御モード情報と、発振部１５が出力するクロック信号Ｃ２とを受け取る。また、同期部１３は、一定時間間隔または１パルスをカウントするカウンターを有し、同期信号Ｃ１の間隔に相当するカウント数をカウントし、また、クロック信号Ｃ２の１０ＭＨｚ分に相当するカウント数をカウントし、それぞれのカウント数の差分を検出する。
同期信号生成装置１がＧＰＳ通信衛星を捕捉できていない場合、同期部１３は、検出した差分とクロック信号Ｃ２とを基に１ＰＰＳ相当のクロック信号Ｃ３を生成し、生成したクロック信号Ｃ３を基地局５に出力する。また、同期信号生成装置１がＧＰＳ通信衛星を捕捉できている場合、同期部１３は、同期信号Ｃ１をクロック信号Ｃ３として基地局５に出力する。さらに、同期部１３は、ホールドオーバからの復帰後、ホールドオーバ中に用いていたクロック信号Ｃ３と同期信号Ｃ１との誤差をカウンターで検出し、検出した誤差情報を制御部１２に出力する。さらに、同期部１３は、受け取った制御モード情報に応じて同期モードを切り替え、同期モードに応じた発振部１５への電圧制御値をＤＡＣ部１４に出力する。なお、カウンターのカウント周期は、ホールドオーバ中に用いていた１ＰＰＳと、同期信号抽出部１１が抽出した同期信号Ｃ１との誤差を十分測定できる周波数であり、例えば１０ＭＨｚである。

ＤＡＣ部１４は、同期部１３が出力する電圧制御値を受け取り、受け取った電圧制御値をデジタル信号値からアナログ信号値に変換し、変換した電圧制御値を発振部１５に出力する。

発振部１５は、ＤＡＣ部１４が出力する電圧制御値が入力され、入力された電圧制御値に応じて発信周波数を調整してクロック信号Ｃ２を生成し、生成したクロック信号Ｃ２を同期部１３と基地局５とに出力する。

次に、図３〜図５を用いて制御モード時の精度状態を説明する。図３は、Ｍｏｄｅ１とＭｏｄｅ２の精度状態を説明する図であり、図４は、Ｍｏｄｅ３の精度状態を説明する図である。図５は、ホールドオーバからの復帰時の制御手順のフローチャートである。
制御部１２は、同期信号抽出部１１が出力する同期信号Ｃ１を受け取り、受け取った同期信号に基づいてホールドオーバ状態が終了したか否かを判定する（ステップＳ１）。図３と図４において、時刻ｔ１までの期間はホールドオーバ状態であり、同期信号生成装置１はホールドオーバ状態にクロック信号Ｃ２に基づく同期信号の精度を有している。ホールドオーバ状態が継続している場合（ステップＳ１；Ｎｏ）、制御部１２は、ホールドオーバ状態の制御を継続する。また、ホールドオーバ状態が終了した場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御部１２は、基地局５の周辺に通信状態ＯＮの登録端末（不図示）が存在するか否かを基地局５に判定させる（ステップＳ２）。基地局５の周辺に通信状態ＯＮの登録端末が存在する場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、基地局５は基地局状態情報としてｂｕｓｙ情報を生成し、生成したｂｕｓｙ情報を同期信号生成装置１に出力する（ステップＳ３）。基地局５の周辺に通信状態ＯＮの登録端末が存在しない場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、基地局５は基地局状態情報としてｉｄｌｅ情報を生成し、生成したｉｄｌｅ情報を同期信号生成装置１に出力する（ステップＳ４）。

次に、制御部１２は、基地局５が出力する基地局状態情報のｂｕｓｙ情報またはｉｄｌｅ情報を受け取り、ｂｕｓｙ情報またはｉｄｌｅ情報かを判定する（ステップＳ５）。受け取った基地局状態情報がｉｄｌｅ情報の場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、制御部１２は、同期部１３が出力する誤差情報を受け取り、受け取った誤差情報に基づき、Ｍｏｄｅ２とＭｏｄｅ１の制御値を算出する。次に、制御部１２は、算出した制御値とＭｏｄｅ２の制御モード情報を同期部１３に出力する（ステップＳ６）。
Ｍｏｄｅ２の制御モード情報を出力後、制御部１２は、算出した制御値とＭｏｄｅ１の制御モード情報を同期部１３に出力する（ステップＳ７）。図３において、ＧＰＳ通信衛星アンテナ３から受信が再開された後、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、Ｍｏｄｅ２、そして、Ｍｏｄｅ１の制御モードによるクロック信号Ｃ３の精度である。
Ｍｏｄｅ１の制御モード情報を出力後、制御部１２は、制御モード情報の出力を終了する。図３において、時刻ｔ３以降、クロック信号Ｃ３はＧＰＳ衛星からの電波を受信時のものと同様である。

受け取った情報がｂｕｓｙ情報の場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、制御部１２は、制御モードとしてＭｏｄｅ３を選択し、選択したＭｏｄｅ３の制御モード情報と所定の制御値とを同期部１３に出力する（ステップＳ８）。図４において、ＧＰＳ通信衛星アンテナ３から受信が再開された後、時刻ｔ１〜ｔ４の期間は、制御部１２からの制御値と制御モード情報とに応じて、Ｍｏｄｅ３の制御モードによる１ＰＰＳ信号Ｃ２とクロック信号Ｃ３の精度変更状態である。Ｍｏｄｅ３の場合、同期部１３が、同期信号のパルス幅を制御値に応じて所定幅内で徐々に補正し、制御部１２が、誤差と所定の閾値とを比較して、所定の閾値以下になるまで補正を行い、所定の閾値以下になった後、制御モード情報の出力を終了する。図３において、時刻ｔ４以降、１ＰＰＳ信号Ｃ２とクロック信号Ｃ３はＧＰＳ通信衛星アンテナ３からの電波を受信時の精度状態である。このように、Ｍｏｄｅ３を使用した場合、Ｍｏｄｅ１またはＭｏｄｅ２の復帰時間（変更に要する時間）より多いｔ４−ｔ３の時間を要する。

次に、図６のＭｏｄｅ２とＭｏｄｅ１の切り替えの一例の図を用いて説明する。基地局５が出力する基地局状態情報をｉｄｌｅとして説明する。
制御部１２は、同期信号抽出部１１が出力する同期信号Ｃ１を受け取ることでホールドオーバ状態から復帰したことを検出する。復帰後、同期部１３は、ホールドオーバ中に用いていた１ＰＰＳと、同期信号抽出部１１が抽出した同期信号Ｃ１との誤差をカウンターで検出し、検出した誤差情報を制御部１２に出力する。そして、制御部１２は、受け取った誤差情報に基づき、予め定められているＭｏｄｅ１で変化できる波長の増減を行った後、Ｍｏｄｅ２の波数をいくつ増減させることで、誤差が解消されるかの制御値を算出して、算出した制御値と制御モード情報とを同期部１３に出力する。例えば、図６のように、同期部１３は、ホールドオーバ中に用いていた１ＰＰＳ（図６（ｂ））と、同期信号抽出部１１が抽出した同期信号Ｃ１（図６（ａ）との誤差を検出する。そして、図６（ｃ）のように、制御部１２は、まずＭｏｄｅ１にて１つのパルスのみを制御値分のばし、さらに図６（ｄ）のように、Ｍｏｄｅ２にて所定の数のパルスを追加する制御値とＭｏｄｅ１の制御モード情報を生成し、生成した制御値と制御モード情報とを同期部１３に出力し、同期部１３は受け取った制御モード情報に応じて誤差を補正する。

以上のように、制御部１２は、基地局５が出力する基地局状態情報を受け取り、受け取った基地局状態情報がｂｕｓｙの場合、同期を行う制御モードにＭｏｄｅ３を用いるか、ｉｄｌｅの場合、Ｍｏｄｅ２とＭｏｄｅ１を用いるかを判定し、判定結果に基づき制御モード情報を生成し、そして、同期部１３がホールドオーバ中に用いていた１ＰＰＳと、同期信号抽出部１１が抽出した同期信号Ｃ１との誤差をカウンターで検出し、生成された同期制御信号を用いて検出した誤差を補正して同期信号を生成するようにしたので、ホールドオーバ状態からＧＰＳ通信衛星の電波を捕捉できる状態に復帰した場合、高精度の同期を迅速に行うことができる。

また、本実施形態では、生成した同期信号を基地局５に出力する例を説明したが、家庭に設置するフェムトセル基地局等に出力しても良い。さらには、本実施形態の同期信号生成装置１を基地局やフェムトセル基地局等内に備えるように構成しても良い。

また、本実施形態では、基地局５の基地局状態情報がｉｄｌｅのとき、先にＭｏｄｅ２を行い次にＭｏｄｅ１を行って誤差を補正する例を説明したが、Ｍｏｄｅ２のみ、もしくはＭｏｄｅ１のみで補正しても良い。この場合、Ｍｏｄｅ２またはＭｏｄｅ１の予め定められた基地局５に影響を与えない範囲内の値の変更を１度行うことで、補正が可能であると制御部１２が判断し、Ｍｏｄｅ１かＭｏｄｅ２のどれをつかって制御するか制御信号を生成して、生成した制御信号に基づいて同期部１３が同期制御を行う。また、補正を行う手順として、Ｍｏｄｅ２を先に行い、その後にＭｏｄｅ１を行う例を説明したが、Ｍｏｄｅ１を行った後、Ｍｏｄｅ２を行うようにしても良い。例えば、Ｍｏｄｅ１のパルスを挿入した後、Ｍｏｄｅ２を用いてパルス幅以下の微調整をパルスの変化幅を可変することで行うようにしても良い。

なお、実施形態の図１の各部の機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピューターシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介して接続されるＵＳＢメモリー、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

１・・・同期信号生成装置、３・・・ＧＰＳ通信衛星アンテナ、５・・・基地局、１１・・・同期信号抽出部、１２・・・制御部、１３・・・同期部、１４・・・ＤＡＣ部、１５・・・発振部

Claims

基地局に対して同期信号を出力する同期信号生成装置において、
ＧＰＳから同期信号を抽出する同期信号抽出部と、
内部クロックを生成する発振部と、
ホールドオーバ状態から前記ＧＰＳから同期信号を捕捉状態に復帰した後、前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整し、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整して、前記同期信号抽出部が抽出した同期信号を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする同期信号生成装置。
前記制御部は、前記基地局が出力する前記基地局の通信状態情報を受け取り、受け取った通信状態情報に基づいて、前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整するか、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整するか、いずれか１つまたは２つを選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の同期信号生成装置。
前記制御部は、前記基地局が出力する前記基地局の通信状態情報を受け取り、受け取った通信状態情報に基づいて、前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整するか、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整するかの順序を選択する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の同期信号生成装置。
前記制御部は、前記基地局が出力する前記基地局の通信状態情報を受け取り、受け取った通信状態情報に基づいて、前記内部クロックに基づく信号の周波数を１度だけ調整することで同期を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の同期信号生成装置。
前記制御部は、前記基地局が出力する前記基地局の通信状態情報を受け取り、受け取った通信状態情報に基づいて、前記内部クロックに基づく信号の波長を１度だけ調整することで同期を制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の同期信号生成装置。
基地局に対して同期信号を出力する同期信号生成装置の同期信号生成方法において、
同期信号抽出部が、ＧＰＳから同期信号を抽出する同期信号抽出工程と、
発振部が、内部クロックを生成する発振工程と、
制御部が、ホールドオーバ状態から前記ＧＰＳから同期信号を捕捉状態に復帰した後、前記内部クロックに基づく信号の周波数を調整し、または、前記内部クロックに基づく信号の波長を調整して、前記同期信号抽出部が抽出した同期信号を制御する制御工程と、
を備えることを特徴とする同期信号生成方法。