JP2016038376A - 時刻同期システム及び時刻同期方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】衛星航法システムアンテナ１０は、時刻情報が含まれる衛星航法システム信号ＳＯを受信する。衛星航法システムリピーター１１は、衛星航法システムアンテナ１０に接続されており、衛星航法システム信号ＳＯを衛星航法システムリピート信号ＳＲとしてリピートする送信アンテナ２０を有する。電子機器１２は、衛星航法システム受信機２１と、時刻同期装置２３とを有する。衛星航法システム受信機２１は、衛星航法システムリピート信号ＳＲを受信する受信アンテナ２２を有する。時刻同期装置２３は、衛星航法システム受信機２１に接続されており、時刻情報に基づいて電子機器１２の時刻を設定する。なお、衛星航法システムアンテナ１０の偏波の種類と衛星航法システムリピーター１１の送信アンテナ２０の偏波の種類とが異なっている。【効果】時刻同期を行う電子機器の設置場所が限定されず、信号の干渉も軽減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、時刻同期（time synchronization）システム及び時刻同期方法に関し、特に、衛星航法システム（Satellite Navigation System）信号を用いて時刻同期を実行するシステム及び方法に関する。

科学技術が急速に進歩し、移動通信ネットワークが普及し、家庭用電子機器の数も増えたことに伴って、多くの電子機器には、正確に作動することができるように、時刻同期操作を実行することができるようにする必要がある。例示すると、屋内における移動通信ネットワークの受信の質を良好にするために、屋内にスモールセル（例えばフェムトセル、ピコセル又はマイクロセル）を設けることによって、屋内における信号カバレッジを向上させるが、スモールセルは精確なクロック信号と同期する必要がある。したがって、屋内の電子機器の精確な時刻同期をどのように効果的に実現することができるかが、現在、業界で取り組む課題の一つとなっている。

本発明は、衛星航法システム信号に基づいて屋内にある電子機器に時刻同期の設定をさせることができるとともに、システムの振動現象の発生を回避して、電子機器の使用上の利便性を効果的に向上させることができる時刻同期システム及び時刻同期方法の提供を目的とする。

本発明の第１の態様によると、時刻同期システムが提供される。時刻同期システムは、衛星航法システムアンテナと、衛星航法システムリピーターと、電子機器とを備える。衛星航法システムアンテナは、時刻情報が含まれる衛星航法システム信号を受信する。衛星航法システムリピーターは、衛星航法システムアンテナに接続されており、衛星航法システム信号を衛星航法システムリピート信号としてリピートする送信アンテナを有する。電子機器は、衛星航法システム受信機と、時刻同期装置とを有する。衛星航法システム受信機は、衛星航法システムリピート信号を受信する受信アンテナを有する。時刻同期装置は、衛星航法システム受信機に接続されており、時刻情報に基づいて電子機器の時刻を設定する。なお、衛星航法システムアンテナの偏波の種類と衛星航法システムリピーターの送信アンテナの偏波の種類とが異なっている。

本発明の第２の態様によると、時刻同期システムが提供される。時刻同期システムは、衛星航法システムアンテナと、衛星航法システムリピーターと、電子機器とを備える。衛星航法システムアンテナは、時刻情報が含まれる衛星航法システム信号を受信する。衛星航法システムリピーターは、衛星航法システムアンテナに接続されており、衛星航法システム信号を衛星航法システムリピート信号としてリピートする送信アンテナを有する。電子機器は、衛星航法システム受信機と、時刻同期装置とを有する。衛星航法システム受信機は、衛星航法システムリピート信号を受信する受信アンテナを有する。時刻同期装置は、衛星航法システム受信機に接続されており、時刻情報に基づいて電子機器の時刻を設定する。なお、衛星航法システムリピーターの送信アンテナは、直線偏波アンテナである。

本発明の第３の態様によると、時刻情報が含まれる衛星航法システム信号を受信するステップと、前記衛星航法システム信号とは異なる偏波方式で該衛星航法システム信号を衛星航法システムリピート信号にリピートするステップと、前記衛星航法システムリピート信号を電子機器が受信するステップと、前記時刻情報に基づいて前記電子機器の時刻を設定するステップとを含む時刻同期方法が提供される。

本発明の第４の態様によると、時刻情報が含まれる衛星航法システム信号を受信するステップと、直線偏波方式で前記衛星航法システム信号を衛星航法システムリピート信号にリピートするステップと、前記衛星航法システムリピート信号を電子機器が受信するステップと、前記時刻情報に基づいて前記電子機器の時刻を設定するステップとを含む時刻同期方法が提供される。

以下、図面及び具体的な実施形態を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明を限定するものではない。

本発明の一実施形態に係る時刻同期システムを示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る時刻同期方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の構造原理及び動作原理を具体的に説明する。

電子機器の時刻同期操作の実行は、ネットワークタイムプロトコル（ＮＴＰ：Network Time Protocol）又は高精度時間プロトコル（ＰＴＰ：Precision Time Protocol）のような所定の時刻同期プロトコルに基づいて実行することができる。すなわち、ネットワークを介して接続し、ネットワーク上のクロックサーバーから正確な時刻情報を取得して電子機器に時刻同期の設定をすることができる。しかしながら、ネットワークのデータはパケットで伝送されるので、ネットワークにおけるそれぞれの経路においてそれぞれのパケットがそれぞれにタイムラグが生じ、ネットワーク接続による時間同期方法は精度が低くなってしまい、特に電子機器がネットワークトポロジー（network topology）においてクロックサーバーから遠い場合には、この問題がより顕著になる。

より精確な時刻同期を実現するために、非常に精確な時刻ソースを提供するとともにネットワークを介してパケット伝送する必要のない衛星航法システム信号に基づいて、時刻同期を実行する。衛星航法システムには、例えば中軌道（Medium Earth Orbit）を飛行する複数の衛星が含まれており、確実な位置決定、速度決定、及び高精度な時刻基準を提供することができる。後述する衛星航法システムは、全地球航法システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）、北斗衛星航法システム（ＢＤＳ： BeiDou Navigation Satellite System）、グロナス（ＧＬＯＮＡＳＳ： Global Navigation Satellite System）、ガリレオ（Galileo）、又は位置決定及び精確な時刻を提供可能な他の衛星航法システムとすることができる。

屋内又は遮蔽物の下方にある電子機器は常に、良好な衛星航法システム信号を受信することができず、衛星航法システム信号に基づいて電子機器に時刻同期を実行させることができるようにするためには、衛星航法システム信号の質が良好になるように、常に電子機器を屋外に置くか、又は窓に近付ける必要がある。しかしながら、例えばスモールセルの電子機器を窓辺に置くと、スモールセルの使用可能な範囲が限定される。理想的には、スモールセルは、信号カバレッジが最適になるように、可能な限り屋内の使用者の活動範囲の中心に近付けるべきである。

屋内又は遮蔽物の下方にある電子機器に衛星航法システム信号を用いて時刻同期をさせるとともに、電子機器の設置位置が窓辺に限定されずにすむようにするために、本発明は、衛星航法システム信号をリピートする方式を用いて、屋外に存在する衛星航法システム信号を屋内環境にリピートし、屋内の電子機器に、質の良好な衛星航法システム信号を受信させて、衛星航法システム信号の時刻情報に基づいて時刻同期の設定をさせることができる時刻同期システム及び時刻同期方法を提供する。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る時刻同期システムを示す模式図である。時刻同期システム１は、衛星航法システムアンテナ１０と、衛星航法システムリピーター（repeater）１１と、電子機器１２とを備えている。衛星航法システムアンテナ１０は、時刻情報Ｔｉが含まれる衛星航法システム信号ＳＯを受信する。衛星航法システムリピーター１１は、衛星航法システムアンテナ１０に接続されており、衛星航法システム信号ＳＯを衛星航法システムリピート信号ＳＲとしてリピート（repeat or retransmit）する送信アンテナ２０を有する。電子機器１２は、屋内又は遮蔽物の下方に位置することができ、衛星航法システム受信機２１と、時刻同期装置２３と、その他の部材とを備える。衛星航法システム受信機２１は、衛星航法システムリピート信号ＳＲを受信する受信アンテナ２２を有する。時刻同期装置２３は、衛星航法システム受信機２１に接続されており、時刻情報Ｔｉに基づいて電子機器１２の時刻を設定する。時刻情報Ｔｉに基づいて電子機器１２の時刻を設定する方式及びアルゴリズムは特に限定されない。なお、衛星航法システムアンテナ１０の偏波の種類と衛星航法システムリピーター１１の送信アンテナ２０の偏波の種類とが異なっている。ここで、各部材について詳細に説明する。

時刻同期システム１は、衛星航法システム信号ＳＯに基づいて時刻同期をすることを根拠としているので、空からの衛星航法システム信号ＳＯを受信する必要がある。この実施形態では、衛星航法システム信号ＳＯの受信の質が良好になるように、衛星航法システムアンテナ１０は、屋外環境に設置することがより適切であり、図１に示すように、衛星航法システムアンテナ１０が窓Ｗの外側であって空との間に仕切りのない位置に設けられている。しかしながら、本発明はこの位置への設置に限定されるものではなく、衛星航法システムアンテナ１０は建築物の屋上に設けてもよく、さらには、屋内の窓Ｗ付近の位置に設けてもよく、衛星航法システム信号の受信能力が良好な位置であればよい。衛星航法システムアンテナ１０を屋内に設けると、例えば装置の固定手段、防水部材及び落雷防止部材等の工事コストを低減することができる。また、例えば右旋円偏波（ＲＨＣＰ： Right Hand Circular Polarization）の衛星航法システム信号ＳＯに関して、衛星航法システムアンテナ１０は、良好な偏波整合の効果を実現して、信号受信の質が良好になるように、ＲＨＣＰアンテナを用いることが好ましい。

障害物の障害により、屋内又は遮蔽物の下方にある電子機器１２は、屋外環境における衛星航法システム信号ＳＯを直接受信することが難しいので、時刻同期システム１には、少なくとも衛星航法システムリピート信号ＳＲを電子機器１２に受信させることができる衛星航法システムリピーター１１が設けられている。

衛星航法システムリピーター１１は同軸ケーブルのようなケーブル２４を介して屋外又は屋内に設けられた衛星航法システムアンテナ１０に接続されており、ケーブル２４を用いて衛星航法システム信号ＳＯが伝送される。ケーブル２４により衛星航法システムアンテナ１０と衛星航法システムリピーター１１とが接続されていることによって、使用者が設置に便利な位置に衛星航法システムリピーター１１を配置することができる。当然ながら、衛星航法システムリピーター１１は衛星航法システムアンテナ１０と一体に形成してもよく、すなわち、衛星航法システムリピーター１１の本体に衛星航法システムアンテナ１０を付設してもよいが、そのようにすると、衛星航法システムアンテナ１０を屋外に接近させるように、衛星航法システムリピーター１１は窓Ｗ付近の位置に設ける必要がある。

ケーブル２４は信号損失を生じるので、ケーブル２４が長すぎるのは適さず、例えば１０ｍ以下にする。衛星航法システムリピーター１１は、衛星航法システムリピート信号ＳＲを電子機器１２に受信させることができるように、衛星航法システム信号ＳＯを衛星航法システムリピート信号ＳＲとしてリピートする送信アンテナ２０を有する。衛星航法システムリピート信号ＳＲにも同様に時刻情報Ｔｉが含まれているので、電子機器１２はこれに基づいて時刻同期の設定をする。衛星航法システムリピーター１１は、十分強い出力の衛星航法システムリピート信号ＳＲを屋内の電子機器１２に明瞭に受信させることができるように、信号出力を増幅することができる。衛星航法システムリピーター１１の信号送信のカバレッジは、使用者の必要に応じて、例えば衛星航法システムリピーター１１から２０ｍ以内の範囲をカバーするように衛星航法システムリピーター１１の送信出力を適宜調整することができる。

ケーブル２４が長いわけではなく、おそらく衛星航法システムアンテナ１０が衛星航法システムリピーター１１の本体に付設されていることによっても、送信アンテナ２０で生じた衛星航法システムリピート信号ＳＲと自然環境における衛星航法システム信号ＳＯとが空間中で接近する可能性があり、衛星航法システムリピーター１１が出力を増幅して、衛星航法システムリピート信号ＳＲの信号強度が元の衛星航法システム信号ＳＯよりも大きくなる可能性があり、衛星航法システムリピート信号ＳＲが衛星航法システムアンテナ１０により受信されてしまう可能性があり、正帰還（positive feedback）となって、システムの振動（oscillation）が起こり不安定になることは、注意すべきである。

上述した問題を解決するために、本実施形態では、衛星航法システムアンテナ１０の偏波の種類と衛星航法システムリピーター１１の送信アンテナ２０の偏波の種類とが異なっており、このため、衛星航法システム信号ＳＯと衛星航法システムリピート信号ＳＲとの相関（correlation）が低減され、それによって、信号の干渉を軽減し、正帰還による振動を回避することができる。

例えば、衛星航法システムアンテナ１０は円偏波アンテナであることが好ましく、送信アンテナ２０には直線偏波（linear polarization）を用いて、送信アンテナ２０で生じた衛星航法システムリピート信号ＳＲを直線偏波とし、衛星航法システム信号ＳＯとの相関を低減することができる。また、送信アンテナ２０に直線偏波アンテナを用いることによって、全方向（omnidirection）の放射パターンを有することができる。

電子機器１２は、衛星航法システム受信機２１と、時刻同期装置２３と、未図示のその他の部材とを有している。衛星航法システム受信機２１は、衛星航法システムリピート信号ＳＲを受信するように受信アンテナ２２を有しており、衛星航法システムリピート信号ＳＲには衛星航法システム信号ＳＯと同じ時刻情報Ｔｉが含まれているので、時刻同期装置２３は時刻情報Ｔｉに基づいて電子機器１２の時刻を設定することができる。本実施形態に係る時刻同期システム１は衛星航法システム受信機２１を有する様々な電子機器１２に適用することができ、電子機器１２は例えばスモールセル、無線アクセスポイント（Ｗｉ−Ｆｉ ＡＰ）、携帯機器等とすることができる。

本実施形態に係る時刻同期システム１において、複数の電子機器を更に備えることができ、各電子機器はいずれも衛星航法システム受信機を有しており、このため、各電子機器はいずれも衛星航法システムリピート信号ＳＲを共に受信して、これに基づいて時刻同期の設定をすることができる。例えば、オフィス内に複数のスモールセルを設置しておき、各スモールセルはいずれも、同一の衛星航法システムリピーターによりリピートされた衛星航法システム信号を共に受信して時刻を同期させることができる。

本実施形態では、衛星航法システムリピーター１１の送信アンテナ２０は直線偏波アンテナであり、衛星航法システムリピート信号ＳＲは直線偏波であり、このため、電子機器１２の衛星航法システム受信機２１の受信アンテナ２２は、良好な偏波整合の効果を実現するように、直線偏波アンテナを用いることが好ましい。また、電子機器１２が固定されている機器の場合には、その設置位置は、最良の信号受信効果が得られるように、受信アンテナ２２の直線偏波方向と送信アンテナ２０の直線偏波方向とを一致させることが好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、衛星航法システム受信機２１の受信アンテナ２２は円偏波アンテナであってもよい。円偏波アンテナは、直線偏波を受信する場合には、偏波不整合の損失はあるが、それでも衛星航法システムリピート信号ＳＲを受信することができる機会がある。したがって、一般に、円偏波アンテナの衛星航法システム受信機が設けられた電子機器も、本発明の実施形態に係る時刻同期システム１に適用することができる。

本発明の上述の実施形態に係る時刻同期システムでは、衛星航法システムリピーターによって本来では衛星航法システム信号の受信が難しい位置へ衛星航法システム信号をリピートするので、屋内又は遮蔽物の下方にある電子機器も衛星航法システム信号に基づいて時刻同期の設定を成功裏に行うことができる。このようにして、衛星航法システム信号に基づいて時刻を同期する必要がある電子機器は、衛星航法システム信号を受信するように窓辺の側に設置する必要はなく、衛星航法システムリピーターのリピートを通じて、衛星航法システムリピーターの設置位置が適切でさえあれば、本来では衛星航法システム信号の受信が難しい位置でも衛星航法システム信号の受信の質を良好にすることができ、例えばスモールセルを設置可能な位置に関してはより柔軟になり、スモールセルのサービス可能な範囲及び使用上の利便性が向上する。

また、衛星航法システムリピーターの送信アンテナと衛星航法システムアンテナの偏波の種類とが異なっているので、すなわち、衛星航法システムリピーターの受信端末及び送信端末に偏波の種類が異なるアンテナを用いているので、屋内の衛星航法システムリピート信号が屋外の元の衛星航法システム信号に干渉するのを回避して、システムの振動現象を効果的に回避することができる。衛星航法システムリピーターの送信アンテナには直線偏波アンテナを用いており、衛星航法システムリピート信号の信号カバレッジを好適にすることもできる。

本発明は、時刻同期方法を更に提供する。図２を参照されたい。図２は本発明の一実施形態に係る時刻同期方法を示すフローチャートである。時刻同期方法には次のステップが含まれる。まず、ステップ３１において、時刻情報Ｔｉが含まれる衛星航法システム信号ＳＯを受信する。例えば、衛星航法システムアンテナで屋外環境における衛星航法システム信号ＳＯを受信する。続いて、ステップ３２において、衛星航法システム信号ＳＯを衛星航法システムリピート信号ＳＲにリピートする。例えば、衛星航法システム信号をリピートするステップを衛星航法システムリピーターで実行して、衛星航法システムリピート信号ＳＲを衛星航法システム信号ＳＯとは異なる偏波方式にさせるか、又は衛星航法システムリピート信号ＳＲを直線偏波信号にさせる。その後、ステップ３３において、衛星航法システムリピート信号ＳＲを電子機器が受信する。電子機器は例えば屋内にあるスモールセルである。その後、ステップ３４において、時刻情報Ｔｉに基づいて電子機器の時刻を設定する。

衛星航法システムリピート信号ＳＲと衛星航法システム信号ＳＯとが正帰還となって振動を起こさないようにするために、衛星航法システム信号ＳＯの偏波の種類と衛星航法システムリピート信号ＳＲの偏波の種類とは異なっている。例示すると、衛星航法システム信号ＳＯは円偏波であり、衛星航法システムリピート信号ＳＲは直線偏波である。

本発明の上述の実施形態に係る時間同期方法では、衛星航法システム信号をリピートするようにして、屋内の電子機器でも衛星航法システム信号の受信の質を良好にすることができ、時刻を同期することができる。電子機器は衛星航法システムリピート信号を受信するので、その設置位置をより柔軟にすることができる。また、衛星航法システム信号の偏波の種類と衛星航法システムリピート信号の偏波の種類とが異なっているので、干渉を起こすことにならず、システムの振動を効果的に回避することができる。その上、衛星航法システムリピート信号は直線偏波であり、衛星航法システムリピート信号の信号カバレッジを好適にすることもできる。

当然ながら、本発明は他の様々な実施形態を更に有することができ、本発明の精神及びその本質を逸脱しない限り、当業者は本発明に基づいて相応する様々な変更及び変形を実施することができ、これらの相応する変更及び変形はいずれも本発明の請求の範囲に含まれる。

１ 時刻同期システム
１０ 衛星航法システムアンテナ
１１ 衛星航法システムリピーター
１２ 電子機器
２０ 送信アンテナ
２１ 衛星航法システム受信機
２２ 受信アンテナ
２３ 時刻同期装置
２４ ケーブル
３１〜３４ ステップ
ＳＯ 衛星航法システム信号
ＳＲ 衛星航法システムリピート信号
Ｗ 窓。

Claims (10)

1. 時刻情報が含まれる衛星航法システム信号を受信する衛星航法システムアンテナと、
   前記衛星航法システムアンテナに接続されており、前記衛星航法システム信号として衛星航法システムリピート信号をリピートする送信アンテナを有する衛星航法システムリピーターと、
   電子機器であって、
   前記衛星航法システムリピート信号を受信する受信アンテナを有する衛星航法システム受信機と、
   前記衛星航法システム受信機に接続されており、前記時刻情報に基づいて該電子機器の時刻を設定する時刻同期装置と、
   を有する電子機器と、
   を備え、
   前記衛星航法システムアンテナの偏波の種類と前記衛星航法システムリピーターの前記送信アンテナの偏波の種類とが異なっていることを特徴とする、時刻同期システム。
2. 前記衛星航法システムアンテナは、円偏波アンテナであり、前記衛星航法システムリピーターの前記送信アンテナは、直線偏波アンテナであり、前記衛星航法システム受信機の前記受信アンテナは、直線偏波アンテナであることを特徴とする、請求項１に記載の時刻同期システム。
3. 時刻情報が含まれる衛星航法システム信号を受信する衛星航法システムアンテナと、
   前記衛星航法システムアンテナに接続されており、前記衛星航法システム信号を衛星航法システムリピート信号にリピートする送信アンテナを有する衛星航法システムリピーターと、
   電子機器であって、
   前記衛星航法システムリピート信号を受信する受信アンテナを有する衛星航法システム受信機と、
   前記衛星航法システム受信機に接続されており、前記時刻情報に基づいて該電子機器の時刻を設定する時刻同期装置と、
   を有する電子機器と、
   を備え、
   前記衛星航法システムリピーターの前記送信アンテナは、直線偏波アンテナであることを特徴とする、時刻同期システム。
4. 前記衛星航法システムアンテナは、円偏波アンテナであり、前記衛星航法システム受信機の前記受信アンテナは、直線偏波アンテナであることを特徴とする、請求項３に記載の時刻同期システム。
5. 前記電子機器は、スモールセルであることを特徴とする、請求項１又は３に記載の時刻同期システム。
6. 前記衛星航法システムリピーターは、屋内に位置しており、ケーブルを介して前記衛星航法システムアンテナに接続していることを特徴とする、請求項１又は３に記載の時刻同期システム。
7. 時刻情報が含まれる衛星航法システム信号を受信し、
   前記衛星航法システム信号を該衛星航法システム信号とは異なる偏波方式で衛星航法システムリピート信号にリピートし、
   前記衛星航法システムリピート信号を電子機器が受信し、
   前記時刻情報に基づいて前記電子機器の時刻を設定する、
   ことを含むことを特徴とする、時刻同期方法。
8. 前記衛星航法システム信号は、円偏波であり、前記衛星航法システムリピート信号は、直線偏波であることを特徴とする、請求項７に記載の時刻同期方法。
9. 時刻情報が含まれる衛星航法システム信号を受信し、
   前記衛星航法システム信号を直線偏波方式で衛星航法システムリピート信号にリピートし、
   前記衛星航法システムリピート信号を電子機器が受信し、
   前記時刻情報に基づいて前記電子機器の時刻を設定する、
   ことを含むことを特徴とする、時刻同期方法。
10. 前記電子機器は、スモールセルであることを特徴とする、請求項７又は９に記載の時刻同期方法。

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