JP2012129879A - 同期信号生成装置および同期信号生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰する際の基地局の状態に応じて、内部パルスおよび内部周波数信号をＧＰＳ基準パルスに同期させた状態に復帰させることができる同期信号生成装置および同期信号生成方法を提供することである。
【解決手段】本発明に係る基地局３にパルスを提供する同期信号生成装置は、ＧＰＳ衛星から受信した信号からＧＰＳ基準パルスを生成するＧＰＳ受信器１１と、内部周波数信号を生成する発振器１５と、内部周波数信号を分周して内部パルスを生成する分周器１２と、ＧＰＳ基準パルスと内部パルスとを比較して前記内部パルスを前記ＧＰＳ基準パルスに同期させる同期部１４と、基地局３の状態に応じて、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰するときの、同期部１４のループタイムを決定する制御部１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期信号生成装置および同期信号生成方法に関するものである。

近年使用され始めた高速データ通信（例えば、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥなど）は、基地局等に高いタイミング精度および高い周波数精度を要求する。この要求に応えるため、基地局等に使用される同期信号生成装置は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号に含まれる１秒間に１回パルスを発生する信号（ＧＰＳ基準パルス）を基準とし、ＧＰＳ基準パルスに同期させた内部パルスおよび内部周波数信号を生成している。

内部パルスは、ＧＰＳ基準パルスと同様に、１秒間に１パルスを発生する信号であり、１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号とも称される。内部パルスは基地局等の処理タイミングの源振として使用される。内部周波数信号は基地局等が使用する無線周波数の源振として使用される。内部周波数信号の周波数としては、例えば１０ＭＨｚが使用される。

同期信号生成装置は、ＧＰＳ衛星を捕捉できている状態と捕捉できていない状態がある。ＧＰＳ衛星を捕捉できている状態をＧＰＳロック状態、捕捉できていない状態をホールドオーバー状態という。ホールドオーバー状態においては、同期信号生成装置はＧＰＳ衛星からＧＰＳ基準パルスを得ることができないため、ＧＰＳ基準パルスに同期させた内部パルスおよび内部周波数信号を生成することができない。しかし、同期信号生成装置は、ホールドオーバー状態であっても内部パルスおよび内部周波数信号の精度を所定の範囲内に保たなければならない。これを実現するため、ホールドオーバー状態においては、同期信号生成装置内の周波数安定度の高い発振器を用いることで、内部パルスおよび内部周波数信号の精度を所定の範囲内に保つ方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３３９３７３号公報

ホールドオーバー状態においては、同期信号生成装置内の周波数安定度の高い発振器（例えば、ＯＣＸＯやルビジウム発振器など）を用いることで、ある程度の時間であれば一定のタイミング精度および周波数精度を保つことができる。

しかし、同期信号生成装置がいかに周波数安定度の高い発振器を有していても、ホールドオーバー状態においては、温度ドリフト等に起因して時間の経過とともにＧＰＳ基準パルスに同期した状態からのずれは発生する。特に同期信号生成装置の周辺温度が急激に変化している場合は温度ドリフトによる影響は大きくなり、時間の経過とともに、内部パルスおよび内部周波数信号のずれは大きくなる。したがって、同期信号生成装置は、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰したとき、内部パルスおよび内部周波数信号を速やかにＧＰＳ基準パルスに同期させる。

内部パルスをＧＰＳ基準パルスに同期させた状態に戻す方法としては、いくつかの方法が考えられる。内部パルスは、例えば内部周波数信号が１０ＭＨｚの場合、内部周波数信号のパルスを１秒間に１０×１０^６個含む。１つの方法として、内部周波数信号の１つのパルスの幅を１回だけ伸ばすことで一気にタイミングのずれを戻す方法が考えられる。また別の方法として、内部パルスに１秒間に含まれる内部周波数信号のパルスの数を１回だけ１０×１０^６個よりも増やす（または減らす）ことで一気にタイミングのずれを戻す方法が考えられる。しかし、これらの方法は、このような急激な変化をさせても同期信号生成装置を支障なく動作させるために、複雑な回路を必要とするという欠点がある。

さらに別の方法として、内部パルスに含まれる内部周波数信号のパルスの数は１秒間に１０×１０^６個のまま固定した状態で、内部周波数信号の周波数を一時的に増やして（または減らして）内部パルスをＧＰＳ基準パルスに同期させ、その後、内部周波数信号の周波数を増やした（減らした）状態から１０ＭＨｚの周波数に戻すという方法がある。この方法は、内部パルスを一気にＧＰＳ基準パルス同期させることはできないものの、複雑な回路を必要としないという利点がある。

最後に挙げた内部周波数信号の周波数を一時的に増減する方法は、同期信号生成装置に含まれる同期部のループタイムの設定値に応じて異なる特性を有する。ループタイムとは、同期部が内部パルスをＧＰＳ基準パルスに同期させる際に、同期に要する時間に比例するパラメータである。したがって、ループタイムを小さい値に設定すると同期パルスはＧＰＳ基準パルスに速やかに同期し、ループタイムを大きい値に設定すると同期パルスはＧＰＳ基準パルスにゆっくりと同期する。内部パルスをＧＰＳ基準パルスに同期させるために内部周波数信号を１０ＭＨｚから一時的に増減する際の周波数ずれとループタイムとの関係は、ループタイムを小さい値に設定した場合は同期パルスをＧＰＳ基準パルスに速やかに同期させるため内部周波数信号の周波数を大きく増減する必要があり、１０ＭＨｚから一時的に増減する際の周波数ずれは大きくなる。ループタイムを大きい値に設定した場合は同期パルスをＧＰＳ基準パルスにゆっくり同期させるため内部周波数信号の周波数はそれほど大きく増減する必要はなく、１０ＭＨｚから一時的に増減する際の周波数ずれは小さくなる。

上記のように、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰する際においては、ループタイムの設定値の大小に応じて、内部パルスをＧＰＳ基準パルスに同期させるために要する時間と一時的に発生する内部周波数信号の周波数ずれの大きさとがトレードオフの関係になる。したがって、どちらを優先するべき状況であるかに応じて、ループタイムの最適な設定値は異なる。しかし、従来は、ある特定のループタイムの値を固定値として設定していたため、同期信号生成装置、基地局の状況によっては、必ずしも最適でないループタイムの値で、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰する際に、同期信号生成装置をＧＰＳ基準パルスと同期させる状態に戻していた。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰する際の基地局の状態に応じて、内部パルスおよび内部周波数信号をＧＰＳ基準パルスに同期させた状態に復帰させることができる同期信号生成装置および同期信号生成方法を提供することである。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による同期信号生成装置は、
基地局にパルスを提供する同期信号生成装置であって、
ＧＰＳ衛星から受信した信号からＧＰＳ基準パルスを生成するＧＰＳ受信器と、
内部周波数信号を生成する発振器と、
前記内部周波数信号を分周して内部パルスを生成する分周器と、
前記ＧＰＳ基準パルスと前記内部パルスとを比較して前記内部パルスを前記ＧＰＳ基準パルスに同期させる同期部と、
前記基地局の状態に応じて、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰するときの、前記同期部のループタイムを決定する制御部と、
を備えるものである。

また、前記制御部は、前記基地局の状態として、前記基地局が無線通信端末の処理を行っている状態か、前記基地局が無線通信端末の処理を行っていない状態か、に応じて、前記同期部のループタイムを決定することが望ましい。

また、前記制御部は、前記基地局の状態として、前記基地局が無線通信端末からの位置登録を受け付けている状態か、前記基地局が無線通信端末からの位置登録を受け付けていない状態か、に応じて、前記同期部のループタイムを決定することが望ましい。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

本発明によれば、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰する際の基地局の状態に応じて、内部パルスおよび内部周波数信号をＧＰＳ基準パルスに同期させた状態に復帰させることができる同期信号生成装置および同期信号生成方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る同期信号生成装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係るループタイム小とした場合におけるホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態への復帰時の内部パルスおよび内部周波数信号を示す図である。 本発明の一実施形態に係るループタイム大とした場合におけるホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態への復帰時の内部パルスおよび内部周波数信号を示す図である。 本発明の一実施形態に係るホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態への復帰手順のフローチャートである。

以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る同期信号生成装置のブロック図である。同期信号生成装置１は、アンテナ２を通じてＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ同期パルスに同期させた信号である内部パルスおよび内部周波数信号を基地局３に提供する。基地局３は、基地局の状態がｉｄｌｅまたはｂｕｓｙであることを示す信号を同期信号生成装置１に提供する。なお、本実施例では、基地局３の状態として、基地局３が無線通信端末の処理を行っている状態をｂｕｓｙ、基地局３が無線通信端末の処理を行っていない状態をｉｄｌｅとする。また、別例では、基地局３の状態として、基地局３が無線通信端末からの位置登録を受け付けた状態をｂｕｓｙとし、位置登録を受け付けていない状態をｉｄｌｅとしてもよい。

同期信号生成装置１は、ＧＰＳ受信器１１、分周器１２、制御部１３、同期部１４、発振器１５および温度センサー１６を備える。

ＧＰＳ受信器１１は、アンテナ２を通じてＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号に含まれるＧＰＳ基準パルスを制御部１３および同期部１４に出力する。発振器１５は、同期部１４から受け取る制御信号に応じた内部周波数信号を生成し、生成した内部周波数信号を分周器１２および基地局３に出力する。内部周波数信号は、例えば１０ＭＨｚ信号である。分周器１２は、発振器１５から受け取った内部周波数信号を１０×１０^６分の１に分周して１ＰＰＳ信号である内部パルスを生成し、同期部１４および基地局３に出力する。同期部１４は、ＧＰＳ受信器１１から受け取ったＧＰＳ基準パルスおよび分周器１２から受け取った内部パルスの位相を比較し、その位相差に比例係数を乗算した信号を発振器１５に出力する。また、同期部１４は、ループタイムを設定パラメータとして有しており、ループタイムの値に応じて位相差に乗算する比例係数の値を変更する。温度センサー１６は、同期信号生成装置１内の温度、例えば、発振器１５付近の温度を測定し、測定した温度を制御部１３に出力する。

制御部１３は、ＧＰＳ受信器１１からＧＰＳ基準パルスを受け取ることができるか否かで、同期信号生成装置１がホールドオーバー状態であるかＧＰＳロック状態であるかを判定する。また、制御部１３は、温度センサー１６から発振器１５付近の温度情報、基地局３から基地局３の状態がｉｄｌｅとｂｕｓｙのどちらであるかの情報を受け取り、これらの情報に基づいて同期部１４のループタイムの設定値を決定し、決定した値を同期部１４に出力する。例えば、基地局３がｉｄｌｅ状態である場合は、たとえ一時的に内部周波数信号の周波数ずれが大きくなったとしても問題とならないため、ＧＰＳ基準パルスと同期した状態に速く復帰することが好ましい。したがって、制御部１３は同期部１４のループタイムを設定できる最小値に設定する。基地局３がｂｕｓｙ状態である場合は、内部周波数信号の周波数ずれによって無線周波数に大きな影響を与えないように、制御部１３は内部周波数信号の周波数ずれを考慮する必要がある。この場合は、さらに、ホールドオーバー状態中の同期信号生成装置１付近の温度変化が急激であったか否かによって、同期部１４のループタイムの最適値が異なる。温度勾配が急であるような急激な温度変化があった場合は、たとえＯＣＸＯやルビジウム発振器などの高精度な発振器を使用していたとしても、急激な温度変化の影響を受けてＧＰＳ基準パルスと内部パルスとの間の位相ずれが大きくなっている可能性が高い。したがって、位相ずれを速く解消することが好ましいため、制御部１３は同期部１４のループタイムを小さい値に設定する。逆に、温度勾配が急になるような急激な温度変化がなかった場合は、ＧＰＳ基準パルスと内部パルスとの間の位相ずれが、それほど大きくない可能性が高い。したがって、内部周波数信号の周波数ずれが小さい状態を保ったまま、徐々にＧＰＳ基準パルスと内部パルスとの間の位相ずれを解消することが好ましいため、制御部１３は同期部１４のループタイムを大きい値に設定する。制御部１３が温度勾配を計算する方法としては、いくつかの方法が考えられる。例えば、ホールドオーバー状態に入った時点の温度とＧＰＳロック状態に復帰した時点の温度とから、ホールドオーバー状態の間の温度勾配を計算することができる。また、ホールドオーバー状態に入った時点からＧＰＳロック状態に復帰するまでの間、一定のサンプリング周波数で温度を測定し、各サンプリングのタイミングにおける温度勾配を計算することもできる。

図４に示すフローチャートを参照しながら、本発明の一実施形態に係るホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態への復帰手順を説明する。

制御部１３は、ＧＰＳ受信器１１からＧＰＳ基準パルスを受け取ることができるか否かで、同期信号生成装置１がホールドオーバー状態であるかＧＰＳロック状態であるかを判定する（ステップＳ１０１）。ホールドオーバー状態である場合は、制御部１３は、温度センサー１６から受けとった温度情報を記憶し温度測定を開始する（ステップＳ１０２）。制御部１３は、引き続き、ＧＰＳ受信器１１からＧＰＳ基準パルスを受け取ることができるか否かで、同期信号生成装置１がホールドオーバー状態であるかＧＰＳロック状態であるかを判定する（ステップＳ１０３）。ＧＰＳロック状態である場合は、制御部１３は、温度測定を終了する（ステップＳ１０４）。制御部１３は、測定した温度情報をもとに温度勾配を計算する（ステップＳ１０５）。その後、制御部１３は、基地局３から受け取る情報をもとに、基地局３がｉｄｌｅ状態であるかｂｕｓｙ状態であるかを判定する（ステップＳ１０６）。基地局３がｉｄｌｅ状態である場合、制御部１３は同期部１４のループタイムを最小値に設定する（ステップＳ１０７）。基地局３がｂｕｓｙ状態である場合は、制御部１３は、さらに、ステップＳ１０５で計算した温度勾配が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０８）。温度勾配が閾値より大きい場合は、制御部１３は同期部１４のループタイムを小さい値に設定する（ステップＳ１０９）。温度勾配が閾値より小さい場合は、制御部１３は同期部１４のループタイムを大きい値に設定する（ステップＳ１１０）。

図２に、温度勾配が閾値より大きく、制御部１３が同期部１４のループタイムを小さい値に設定した場合の、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態への復帰時における、内部パルスのＧＰＳ基準パルスに対する位相ずれ（上側のグラフ）および内部周波数信号の周波数ずれ（下側のグラフ）を示し、図３に、温度勾配が閾値より小さく、制御部１３が同期部１４のループタイムを大きい値に設定した場合の、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態への復帰時における、内部パルスのＧＰＳ基準パルスに対する位相ずれ（上側のグラフ）および内部周波数信号の周波数ずれ（下側のグラフ）を示す。図２、図３ともに、ｔ＝０においてホールドオーバー状態に入り、ｔ＝ｔ_０においてホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰している。図２、図３のどちらの場合も、ホールドオーバー状態においては、内部パルスのＧＰＳ基準パルスに対する位相ずれ、および、内部周波数信号の周波数ずれは、時間の経過とともに大きくなっていく。ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に切り替わる直前の内部パルスのＧＰＳ基準パルスに対する位相ずれは、図２に示す温度勾配が閾値より大きい場合の位相ずれＺ_１の方が、図３に示す温度勾配が閾値より小さい場合の位相ずれＺ_２よりも大きい可能性が高い。また、内部周波数信号の周波数ずれも、図２に示す温度勾配が閾値より大きい場合の周波数ずれＸ_１の方が、図３に示す温度勾配が閾値より小さい場合の周波数ずれＸ_２よりも大きい可能性が高い。実際に、図２、図３は、Ｚ_１＞Ｚ_２、Ｘ_１＞Ｘ_２の関係となる場合を示している。したがって、図２では同期部１４のループタイムを小さい値に設定し、図３では同期部１４のループタイムを大きい値に設定しており、このループタイムの設定値に比例して、ｔ_１−ｔ_０＜ｔ_２−ｔ_０の関係となっている。また、内部パルスをＧＰＳ基準パルスに同期させるために要する時間（すなわち、ループタイムに比例する時間）と、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰したときに一時的に発生する内部周波数信号の周波数ずれの大きさとはトレードオフの関係にあるため、温度勾配が閾値より大きくループタイムを小さい値に設定した図２の場合の内部周波数信号の周波数ずれの絶対値Ｙ_１の方が、温度勾配が閾値より小さくループタイムを大きい値に設定した図３の場合の内部周波数信号の周波数ずれの絶対値Ｙ_２よりも大きく、Ｙ_１＞Ｙ_２の関係となっている。

このように、本実施形態によれば、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰する際に、基地局の状態に応じて、内部パルスおよび内部周波数信号をＧＰＳ基準パルスに同期させた状態に復帰することができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１ 同期信号生成装置
２ アンテナ
３ 基地局
１１ ＧＰＳ受信器
１２ 分周器
１３ 制御部
１４ 同期部
１５ 発振器
１６ 温度センサー

Claims (4)

1. 基地局にパルスを提供する同期信号生成装置であって、
   ＧＰＳ衛星から受信した信号からＧＰＳ基準パルスを生成するＧＰＳ受信器と、
   内部周波数信号を生成する発振器と、
   前記内部周波数信号を分周して内部パルスを生成する分周器と、
   前記ＧＰＳ基準パルスと前記内部パルスとを比較して前記内部パルスを前記ＧＰＳ基準パルスに同期させる同期部と、
   前記基地局の状態に応じて、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰するときの、前記同期部のループタイムを決定する制御部と、
   を備えることを特徴とする同期信号生成装置。
2. 前記制御部は、前記基地局の状態として、前記基地局が無線通信端末の処理を行っている状態か、前記基地局が無線通信端末の処理を行っていない状態か、に応じて、前記同期部のループタイムを決定する請求項１に記載の同期信号生成装置。
3. 前記制御部は、前記基地局の状態として、前記基地局が無線通信端末からの位置登録を受け付けている状態か、前記基地局が無線通信端末からの位置登録を受け付けていない状態か、に応じて、前記同期部のループタイムを決定する請求項１に記載の同期信号生成装置。
4. ＧＰＳ衛星から受信した信号からＧＰＳ基準パルスを生成するステップと、
   内部周波数信号を生成するステップと、
   前記内部周波数信号を分周して内部パルスを生成するステップと、
   前記ＧＰＳ基準パルスと前記内部パルスとを比較して前記内部パルスを前記ＧＰＳ基準パルスに同期させるステップと、
   基地局から受け取った前記基地局の状態に応じて、ホールドオーバー状態からＧＰＳロック状態に復帰するときの、同期部のループタイムを決定するステップと、
   を含むことを特徴とする同期信号生成方法。

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