JP2023514719A - 通信システムにおけるプラットフォームの動きを緩和するシステム及び方法 - Google Patents

通信システムにおけるプラットフォームの動きを緩和するシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

クライアント・トランシーバと基準端末との間の相対運動の存在下で、基準端末に対するクライアント・トランシーバの基準クロックを安定化させるためのシステム及び方法を提供する。いくつかの実施形態では、この方法は、クライアント・トランシーバがプローブパケットを基準端末に送信するステップと；クライアント・トランシーバが基準端末からプローブパケットを受信するステップと；クライアント・トランシーバが基準端末からの第１の同期パケットを受信するステップと；クライアント・トランシーバがプローブパケットを基準端末に送信することと、クライアント・トランシーバが基準端末からプローブパケットを受信することとの間に経過した時間に基づいて、及びクライアント・トランシーバがプローブパケットを受信する時間に基づいて、基準クロックのレートを調整するステップと；を含む。

Description

本発明による実施形態の１つ又は複数の態様は、通信システムに関し、より詳細には、通信システムにおいて同期を維持するためのシステム及び方法に関する。
商用通信システム（又は軍事通信システム）では、例えば周波数ホッピングを確実に実行することができるように、データを交換する複数のトランシーバのそれぞれを同期させることが有利である。状況によっては、リピータを介してトランシーバ同士の間でデータが送信される場合がある。トランシーバによって交換される同期信号は、トランシーバ及びリピータの相対運動が存在する場合に、伝搬遅延の変化によって影響を受ける可能性がある。こうして、通信システムにおけるプラットフォームの動き（platform motion）を緩和するためのシステム及び方法が必要とされている。
本発明の一実施形態によれば、クライアント・トランシーバと基準端末との間の相対運動の存在下で基準端末に対するクライアント・トランシーバの基準クロックを安定化させる方法が提供され、この方法は、クライアント・トランシーバが、プローブパケットを基準端末に送信するステップと；クライアント・トランシーバが、基準端末からプローブパケットを受信するステップと；クライアント・トランシーバが、基準端末から第１の同期パケットを受信するステップと；クライアント・トランシーバがプローブパケットを基準端末に送信することと、クライアント・トランシーバが基準端末からプローブパケットを受信することとの間の経過時間に基づいて、及びクライアント・トランシーバがプローブパケットを受信する時間に基づいて、基準クロックのレート（rate）を調整するステップと；を含む。
いくつかの実施形態では、この方法は、クライアント・トランシーバが、基準端末から複数の同期パケットを受信するステップであって、複数の同期パケットには第１の同期パケットが含まれる、ステップと；基準端末から受信した複数の同期パケットを追跡するために、受信クロックのレートを調整するステップと；受信クロックのレートの調整に基づく第１の補正信号と、クライアント・トランシーバがプローブパケットを基準端末に送信することと、クライアント・トランシーバが基準端末からプローブパケットを受信することとの間に経過した時間に基づく第２の補正信号とに基づいて、送信クロックを調整するステップと；を含む。
いくつかの実施形態では、第１の補正信号は、受信クロックに適用されるレート調整の反対（opposite：逆）である。
いくつかの実施形態では、この方法は、クロックエラー信号に基づいて基準クロックのレートを調整するステップを含み、クロックエラー信号は、クロックに関して測定された、基準クロックで測定された、送信クロックでの基準イベントが発生した時間、基準クロックで測定された、受信クロックでの基準イベントが発生した時間の平均と、基準イベントの発生予定時間との間の差に基づいて、計算される。
いくつかの実施形態では、基準クロックのレートを調整するステップは、クロックエラー信号に比例する第１の項（term）に基づく制御信号を用いて基準クロックのレートを制御するステップを含む。
いくつかの実施形態では、基準クロックのレートを調整するステップは、第１の項を含む加重和に基づく制御信号を用いて基準クロックのレートを制御するステップを含む。
いくつかの実施形態では、加重和には、クロックエラー信号の積分に比例する第２の項がさらに含まれる。
いくつかの実施形態では、この方法は、クライアント・トランシーバが、基準端末から複数の同期パケットを受信するステップであって、複数の同期パケットには第１の同期パケットが含まれる、ステップと；基準端末から受信した複数の同期パケットを追跡するために、受信クロックのレートを調整するステップと；受信クロックのレートの調整に基づく第１の補正信号と、クライアント・トランシーバがプローブパケットを基準端末に送信することと、クライアント・トランシーバが基準端末からプローブパケットを受信することとの間に経過した時間に基づく第２の補正信号とに基づいて、送信クロックを調整するステップと；をさらに含む。
いくつかの実施形態では、第１の補正信号は、受信クロックに適用されるレート調整の反対である。
いくつかの実施形態では、基準クロックのレートを調整するステップは、加重和に基づく制御信号を用いて基準クロックのレートを制御するステップを含み、加重和には、クロックエラー信号に比例する第１の項と、クロックエラー信号の積分に比例する第２の項とが含まれる。
本発明の一実施形態によれば、クライアント・トランシーバと基準端末との間の相対運動の存在下で基準端末に対するクライアント・トランシーバの基準クロックを安定化させるためのシステムが提供され、基準端末は、クライアント・トランシーバから受信したプローブパケットを再送信し、複数の同期パケットを送信するように構成され、システムは、処理回路を含むクライアント・トランシーバを含み、処理回路は、クライアント・トランシーバに、プローブパケットを基準端末に送信させ、その後：クライアント・トランシーバが、基準端末からプローブパケットを受信し；クライアント・トランシーバが、複数の同期パケットのうちの第１の同期パケットを基準端末から受信し；クライアント・トランシーバがプローブパケットを基準端末に送信することと、クライアント・トランシーバが基準端末からプローブパケットを受信することとの間の経過時間に基づいて、及びクライアント・トランシーバがプローブパケットを受信する時間に基づいて、基準クロックのレートを調整する；ように構成される。
いくつかの実施形態では、処理回路は、クライアント・トランシーバが基準端末から複数の同期パケットを受信した後に、基準端末から受信した複数の同期パケットを追跡するために、受信クロックのレートを調整し；受信クロックのレートの調整に基づく第１の補正信号と、クライアント・トランシーバがプローブパケットを基準端末に送信することと、クライアント・トランシーバが基準端末からプローブパケットを受信することとの間に経過した時間に基づく第２の補正信号とに基づいて、送信クロックを調整する；ように構成される。
いくつかの実施形態では、第１の補正信号は、受信クロックに適用されるレート調整の反対である。
いくつかの実施形態では、処理回路は、クロックエラー信号に基づいて基準クロックのレートを調整するように構成され、クロックエラー信号は、クロックに関して測定された、基準クロックで測定された、送信クロックでの基準イベントが発生した時間、基準クロックで測定された、受信クロックでの基準イベントが発生した時間の平均と、基準イベントの発生予定時間との間の差に基づいて、計算される。
いくつかの実施形態では、基準クロックのレートを調整することは、クロックエラー信号に比例する第１の項に基づく制御信号を用いて基準クロックのレートを制御することを含む。
いくつかの実施形態では、基準クロックのレートを調整することは、第１の項を含む加重和に基づく制御信号を用いて基準クロックのレートを制御することを含む。
いくつかの実施形態では、加重和には、クロックエラー信号の積分に比例する第２の項がさらに含まれる。
いくつかの実施形態では、処理回路は、クライアント・トランシーバが、基準端末から複数の同期パケットを受信した後に、基準端末から受信した複数の同期パケットを追跡するために、受信クロックのレートを調整し；受信クロックのレートの調整に基づく第１の補正信号と、クライアント・トランシーバがプローブパケットを基準端末に送信することと、クライアント・トランシーバが基準端末からプローブパケットを受信することとの間に経過した時間に基づく第２の補正信号とに基づいて、送信クロックを調整する；ようにさらに構成される。
いくつかの実施形態では、第１の補正信号は、受信クロックに適用されるレート調整の反対である。
いくつかの実施形態では、基準クロックのレートを調整することは、加重和に基づく制御信号を用いて基準クロックのレートを制御することを含み、加重和には、クロックエラー信号に比例する第１の項と、クロックエラー信号の積分に比例する第２の項とが含まれる。
特徴、態様、及び実施形態について、添付の図面と併せて説明する。
本発明の一実施形態による通信システムの概略図である。 本発明の一実施形態によるトランシーバのブロック図である。 本発明の一実施形態による同期信号の送信タイミング図である。 本発明の一実施形態による通信システムの概略図である。 本発明の一実施形態による通信システムの概略図である。 本発明の一実施形態による、時間の関数としての時間オフセットのグラフである。 本発明の一実施形態によるタイミング図である。 本発明の一実施形態によるタイミング図である。 本発明の一実施形態による、位相ロックループの一部のブロック図である。 本発明の一実施形態による、時間の関数としての伝播遅延のグラフである。 本発明の一実施形態による、時間の関数としての時間基準精度のグラフである。
添付の図面に関連して以下に述べる詳細な説明は、本発明に従って提供する通信システムにおけるプラットフォームの動きを緩和するためのシステム及び方法の例示的な実施形態の説明を意図しており、本発明が構築又は利用され得る形態のみを表すことを意図していない。この説明では、図示の実施形態に関連して本発明の特徴について記載する。しかしながら、同じ又は同等の機能及び構造が、本発明の範囲内に包含されることも意図される異なる実施形態によって達成され得ることを理解すべきである。本明細書の他の箇所で示されるように、同様の要素符号は、同様の要素又は特徴を示すことを意図している。
図１を参照すると、いくつかの実施形態では、通信ネットワークは、マスタ・トランシーバ１０５、１つ又は複数のクライアント・トランシーバ１１０、及び衛星（satellite）を含む。衛星は、リピータ１１５又は「ベントパイプ（bent pipe）」として動作し、公称（及び実質的に一定の）遅延で受信した信号を単に再送信し得る。トランシーバのそれぞれは、データをリピータ１１５に送信することができ、トランシーバのそれぞれは、リピータ１１５によって再送信されたデータを受信することができる（再送信されたデータが、受信トランシーバ又は別のトランシーバによって最初にリピータ１１５に送信されたかどうかに関係なく）。
リピータ１１５は、大気圏外で地球を周回する宇宙船であってもよく、任意の他の固定又は移動リピータ、例えば無人航空機（ＵＡＶ）のリピータであってもよい。トランシーバのうちの１つ又は複数は、移動プラットフォーム（例えば、航空機又は船）にあってもよい。いくつかの実施形態では、システムは、マスタ・トランシーバとリピータ１１５との間の相対運動の存在下で動作し、各クライアント・トランシーバとリピータ１１５との間の相対運動の存在下でも動作する。
通信は、周波数ホッピングシステム又は時分割多重システム、又は時分割多重化と周波数ホッピングとの両方を使用するハイブリッドシステムであってもよい。そのようなシステムでは、送信は予め規定したタイムスロット中に発生する可能性があり、周波数の変更はタイムスロット境界の一部又は全てで発生する可能性がある。各タイムスロットは「ホップ」と呼ばれ得る。いくつかのホップを使用して、同期を実行することができ、そのようなホップは、「同期ホップ（synchronization hop）」又は「同期ホップ（sync hop）」と呼ばれ得る。いくつかの実施形態では、周波数ホッピングが使用されないか、又は時分割多重化が使用されず、送信ユニットは一般に「パケット」と呼ばれ得、同期を実行するために使用されるパケットは「同期パケット」と呼ばれ、他のパケットは「データパケット」と呼ばれる。
図１Ｂを参照すると、各トランシーバは、受信クロック１２５を含む受信機１２０と、送信クロック１３５を含む送信機１３０とを含むことができる。送信クロック１３５及び受信クロック１２５のそれぞれのレート（rate：速度）を動作中に調整して、トランシーバ及びリピータの相対運動によって生じる伝播遅延の変化を補償することができる。例えば、受信クロック１２５は、トランシーバ及びリピータの相対運動が存在する場合でも、受信周波数（例えば、受信機が使用する局部発振器の周波数）がタイムスロットの境界で切り替わるように調整され得る。送信クロック１３５及び受信クロック１２５のそれぞれは、アキュムレータ及びインクリメント・レジスタを使用して、例えば同期デジタル回路に実装され得る。基準クロック１４０の各サイクル中に、インクリメント・レジスタの内容がアキュムレータに追加され得る。それぞれのアキュムレータのロールオーバ（rolling over）によって、送信クロック１３５又は受信クロック１２５の新しいサイクル（又は新しい半サイクル）が開始され得る。そのようなクロックのレートは、異なる値をインクリメント・レジスタに書き込むことによって修正することができる。このようなクロックのオフセットは、例えば、修正した値をアキュムレータに書き込むことによって、調整することもできる。
同期パケットは、全てのトランシーバが利用できる所定のスケジュールに従って送信され得る。各同期パケットは、所定のビットパターンを含み（例えば、これから構成され）得、同期パケットを受信する任意のトランシーバが、同期パケットが予想よりも早く又は遅く到着した程度を正確に決定できるようにする。トランシーバによる同期パケットの受信時におけるそのようなエラー（error：誤差）は、例えば、トランシーバ及びリピータの相対運動、又は基準クロック１４０のエラー、又はその両方によって生じる可能性がある。トランシーバによる同期パケットの受信時間におけるそのようなエラーは、（例えば、インクリメント・レジスタに格納した値を変更することによって）トランシーバの受信クロック１２５のレートを調整するために使用され得る。
図１Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、マスタ・トランシーバ１０５は、タイミングフレームワークを提供し、同期パケットを送信する。タイミングフレームワークは、タイミングを取るために使用できるパケット又はシーケンスの位置を含むスケジュールであり得る。このスケジュール内のこれらのパケット又はシーケンスの位置は、マスタ・トランシーバ１０５によって及びクライアント・トランシーバ１１０によって先験的に規定であり得る。特定の位置は、特定のクライアント・トランシーバ１１０に専用であり得る。タイミングを取るために使用されるパケットが、一部のデータを搬送することもある。スケジュールは、固定される場合もあれば、時間の経過とともに変更される場合もある。第１のクライアント・トランシーバ１１０（例えば、クライアントＡ）は、受信した同期パケットを追跡して、それ自体のデータパケットを適切に同期した時間に送信することができる（例えば、時分割多重化と周波数ホッピングとの両方を採用するハイブリッドシステムでは、クライアントＡに割り当てられたタイムスロット内のデータパケット（又は「データホップ」）を送信する）。第２のクライアント・トランシーバ１１０も、同期パケットを追跡して、例えばクライアントＡによって送信されたデータパケットを受信することができる。
いくつかの実施形態では、マスタ・トランシーバ１０５の送信タイミングは、マスタ・トランシーバ１０５及びリピータの相対運動を補償するように調整され得、それによって、リピータ１１５によって再送信される同期パケットの（及びデータパケットの）タイミングは、マスタ・トランシーバ１０５及びリピータの相対運動がない場合と略同じである。図２Ａを参照すると、マスタ・トランシーバ１０５は、上述したように、複数の同期パケットをリピータに送信することができる。次に、マスタ・トランシーバ１０５は、各同期パケットのリピータ１１５への往復伝搬遅延から、例えば、マスタ・トランシーバ１０５によって送信される次の同期パケットが経験すると予想される往復伝搬遅延を予測することができる。この予測に基づいて、マスタ・トランシーバ１０５は、次の同期パケットの送信時間を調整し、マスタ・トランシーバ１０５及びリピータの相対運動がなかったかのように略同時にリピータ１１５によってその次の同期パケットが再送信されるようにすることができる。
予測は、推定器、例えばカルマンフィルタによって実行され得る。推定器は、複数の同期パケットのそれぞれをマスタ・トランシーバ１０５からリピータに送信することと、マスタ・トランシーバ１０５がリピータから複数の同期パケットのそれぞれを受信することとの間に経過した時間に基づいて、状態ベクトルの複数の要素を推定することができる。状態ベクトルの要素は、マスタ・トランシーバ１０５及びリピータの相対運動のモデルのパラメータであり得、例えば、状態ベクトルの要素には、推定される往復遅延、往復遅延の推定される変化率（つまり、時間に関する一次導関数）、往復遅延の時間に関する推定される二次導関数、往復遅延の時間に関する推定される三次導関数等が含まれ得る。
次に、送信時間は、マスタ・トランシーバ１０５に戻る同期パケットの予測受信時間において、公称値から予測される変化の半分だけ調整され得る。理想的には、リピータによる再送信の時間（マスタ・トランシーバ１０５に戻る同期パケットの受信時間ではない）がトランシーバ及びリピータの相対運動と無関係にされると仮定することに基づいて、１／２の係数が使用される。いくつかの実施形態では、調整の効果は、次のようになるか、又は次のように略なり得る。ｎ番目のパルスが送信される時間ｔｔｎ（つまり、調整される送信時間）は、以下の式によって与えられ得るか、又は以下の式によって略与えられ得る。
ｔｔｎ＝ｔｔｎ０－１／２＊（ｔｒｎｅ－ｔｒｎ０）
ここで、ｔｔｎ０は、ｎ番目のパルスを送信するようにスケジュールされた時間（つまり、未調整の送信時間）であり、
ｔｒｎｅは、スケジュールされた時間に送信された場合に、カルマンフィルタがｎ番目のパルスを受信すると予測する時間であり、
ｔｒｎ０は、相対運動がなく、送信時間の調整がない場合に、ｎ番目のパルスを受信する時間である。
この補正は、以下のように（送信クロック１３５のレートの調整可能性を使用して）（時間オフセット領域ではなく）レート領域で達成することができる。推定される将来の時間レートの半分が、送信クロックに反対（逆）方向に適用され得る。推定される将来の時間レートがｘ ｎｓ／秒であると予想される場合（つまり、同期パケットがより速く到着すると予想される場合）に、送信クロックは、ｘ／２ ｎｓ／秒だけ遅くされる。
いくつかの実施形態では、推定される将来の時間レートの半分が、信号を受信する将来にも適用される。これを行う方法は、現在の時間の追跡ループによって予測される時間レートから、以前に推定された将来の時間レートの半分を差し引くことである。例えば、ある信号が現在の時間ｔ０でマスタ・トランシーバによって送信され得、その信号が将来の時間ｔ１にリピータに到着すると予想され得、リピータによって再送信された信号が将来の時間ｔ２にマスタ・トランシーバで受信されると予想され得る。時間ｔ０で追跡ループを使用して、時間ｔ２で伝播時間がｘ ｎｓ／秒のレートで減少すると予測する。時間ｔ０で、マスタ・トランシーバの送信クロックはｘ／２ ｎｓ／秒だけ遅くされる。時間ｔ２で、追跡ループは、例えば、受信信号の伝搬遅延が現在ｙ ｎｓ／秒で変化していると予測することができ、時間ｔ２で、受信クロックは（ｙ－ｘ／２）ｎｓ／秒だけ速度上昇され得る。
図２Ｂは、そのような方法の一例を示す。図２Ａ及び図２Ｂでは、リピータ１１５は静止しており、マスタ・トランシーバ１０５は移動しているように示される。しかしながら、代わりにリピータ１１５が移動している場合、又は両方が移動している場合に、解析及び動作は類似し得る。図２Ｂに示されるように、実際の動きは、予測した動きと正確に同じではない可能性があり、それら実際の及び予想した動きは異なるかもしれないが、しかしながら、リピータ１１５での再送信時間の変動はそれにもかかわらず、予測補正が行われなかった場合よりも小さくなり得る。
図３は、ハードウェア・イン・ザ・ループ・シミュレーションで観測された、リピータ１１５での再送信時間の変動（又は「時間オフセット」）として測定された性能を示す。
いくつかの実施形態では、クライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０は、マスタ・トランシーバ１０５の基準クロック１４０に対して安定化され得る。そのようなシステムでは、マスタ・トランシーバ１０５の基準クロックは、安定性が高く、比較的高価なクロック（例えば、原子時計）であり得、クライアント・トランシーバ１１０の基準クロックは、マスタ・トランシーバ１０５の基準クロックに対して安定化された結果、マスタ・トランシーバ１０５の基準クロックの安定性に匹敵する安定性を示し得る比較的安価なクロック（例えば、水晶発振器）であってもよい。いくつかの実施形態では、クライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０は、安定した時間基準を含む又はそれに接続された別のシステムと同様の方法で安定化され得る。例えば、いくつかの実施形態では、クライアント・トランシーバ１１０は、（介在するリピータによってパケットを再送信することなく）マスタ・トランシーバ１０５と直接パケットを交換することができ、又はリピータは安定した時間基準を含むことができ、そのリピータは、クライアント・トランシーバ１１０とパケットを交換することができ、クライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０をリピータの安定した時間基準に対して安定化させるのを可能にする。
動作中に、クライアント・トランシーバ１１０の受信クロック１２５は、マスタ・トランシーバ１０５から受信した同期パケットを追跡することができる。これにより、クライアント・トランシーバ１１０の受信クロック１２５のレートを調整して、（ｉ）クライアント・トランシーバ１１０及びリピータ１１５の相対運動、並びに（ｉｉ）クライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０のレート・エラーを補償することができる。さらに、動作中に、クライアント・トランシーバ１１０は、定期的に「プローブ」パケットをリピータ１１５に送信し、リピータ１１５から再送信されるプローブパケットを受信して、クライアント・トランシーバ１１０とリピータ１１５との間の往復伝播時間を測定することができる。
次に、クライアント・トランシーバ１１０の送信クロック１３５は、２つの補正信号、（ｉ）受信パケットのトリガ発生器のレートの調整（特に、送信クロック１３５のレートが、受信クロックと同じ量だけ反対方向に調整され得る）に基づく第１の補正信号、及び（ｉｉ）クライアント・トランシーバ１１０とリピータ１１５との間の往復伝搬時間に基づく第２の補正信号（送信クロック１３５のオフセットを調整するために使用され得る）に基づいて、調整され得る。次に、送信クロック１３５及び受信クロック１２５の平均は、クライアント・トランシーバ１１０及びリピータ１１５の相対運動（受信クロック１２５及び送信クロック１３５のそれぞれのレートに対して等しく反対の調整が行われる）が、送信クロック１３５及び受信クロック１２５の平均に影響を与えず、且つ送信クロック１３５及び受信クロック１２５の平均が、クライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０において（マスタ・トランシーバ１０５の基準クロック１４０のレートに対する）任意のレート・エラーについて（上記の調整の結果として）補正され得るため、マスタ・トランシーバ１０５の基準ブロック１４０の安定性に匹敵する（低周波数）安定性を有し得る。
図４Ａ及び図４Ｂは、この動作モードを示しており、（ｉ）合成クロック（例えば、クライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０）と、（ｉｉ）送信クロック１３５及び受信クロック１２５の平均との間の差（又は同等に、（合成クロックでスタンプされた）送信タイムスタンプと（同じく合成クロックでスタンプされた）受信タイムスタンプとの間の差）は、例えば、クライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０のレートを調整するために使用され得るエラー信号（誤差信号）である。送信タイムスタンプは、基準イベント（例えば、フレーム境界）が送信クロックで発生したときに基準クロックによって示される時間であり得、同様に、受信タイムスタンプは、基準イベント（例えば、フレーム境界等）が受信クロックで発生したときに基準クロックによって示される時間であり得る。基準イベントは、定期的なイベントである必要はなく、任意にスケジュールされる時間に発生し得、その場合に、エラー信号は、（ｉ）スケジュールされた時間に発生する基準イベントの送信タイムスタンプ及び受信タイムスタンプの平均、及び（ｉｉ）基準イベントの発生予定時間との間の差であり得る。
エラー信号によってオフセットされるクライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０は、マスタ・トランシーバ１０５の基準クロック１４０の安定性に匹敵する安定性を有するクロック信号であり得る。ただし、この信号は比較的ノイズが多い場合がある。このように、図４Ｃに示されるように、エラー信号は、クライアント・トランシーバ１１０の基準クロック１４０が可変レート発振器である位相ロックループの一部として使用され得る。エラー信号は、エラー信号に比例する第１の成分（示されるように重み係数Ｋ１を含む）と、エラー信号の積分に比例する第２の成分（示されるように重み係数Ｋ２を含む）との２つの成分を結合するフィルタによってフィルタリングされ得る。図５Ａは、リピータ及び（ｉ）（第１の曲線５０５の）マスタ・トランシーバと、（ｉｉ）（第２の曲線５１０の）クライアント・トランシーバとの間の伝播遅延の変動のシミュレーションを示す。図５Ｂは、マスタ・トランシーバの基準クロックに対するクライアント・トランシーバの基準クロックの安定化を含むシミュレーションにおいて、（ｉ）（第１の曲線５１５の）マスタ・トランシーバの時間エラー（時間誤差）、及び（ｉｉ）（第２の曲線５２０の）クライアント・トランシーバの時間エラーを示す。
本明細書で説明する方法は、以下のコードリストのコードを介してさらに理解することができる。各リストには、リストの上部にファイル名のラベルが付けられている。「.m」で終わるファイル名は、MATLAB（登録商標）プログラミング言語で記述されたコードをラベリングし、残りのリストはC++コードのリストである。MATLAB（登録商標）コードは、上記の方法のいくつかと、例えば端末及びリピータの相対運動をシミュレートするシミュレーション環境との両方を含むシミュレーションを実施する。
リストsim01.mは、最上位レベルのシミュレーション関数のコードを含む。４０行目では、変数emで、（eventMgr.mで規定される）eventMgr（イベントマネージャ）クラスのインスタンスをインスタンス化する。５０行目から９７行目までのループは、トランシーバ（又は「端末」）をシミュレートするように設定し、各端末のイベントマネージャのイベントキューにTxFrame及びRxFrameイベントを追加する（６４行目及び７０行目）。シミュレーションにおける各フレームは、２０ｍｓの期間を有し、複数のホップから構成され、同期が実行されるレベルである。次に、１０８行目から２５８行目までのループでシミュレーションが実行される（つまり、時間の経過がシミュレートされる）。１１２行目から始まるswitchステートメントは、処理中のイベントの宛先に応じて適切なアクションを行う。宛先が衛星（つまり、宛先（dest）番号０として識別されるリピータ）である場合に、次に、１４１行目で、イベントは、新しい宛先（（１４０行目で）宛先番号１とし識別されるマスタ・トランシーバ）、及び１５９行目でモーションマネージャによって生成される時間（受信時間時間）（mm(1)、７行目でインスタンス化され、motionclass.mで規定されるモーションクラスのインスタンス）とともにイベントキューに戻される。リピータ１１５が全ての端末にブロードキャストしているので、イベントの複製（又は「クローン」）が（１５１行目で）各端末のイベントキューに入れられ、各クローンは対応する端末を宛先として有し（１４９行目）、及び対応するモーションマネージャによって（１５０行目で）生成された時間を有する。
１６７行目及びそれに続く行において、シミュレーションは、端末のうちの１つに対する（すなわち、リピータに対するものではなく、シミュレーション自体に対するものではない）イベントを処理する。１７３行目で、イベントが同期パケットの受信である場合に、（handleRxEvent.m内の）関数handleRxEventが呼び出される。この関数により、端末の受信クロックは、同期パケットの受信時間と同期パケットの予想受信時間との間の不一致に基づいて調整される。１８４行は、受信機における新しいフレームへの遷移、例えば端末の受信クロックのアキュムレータのロールオーバに対応する。
１８９行目で、シミュレーションは、端末がフレーム等の既知の時間インクリメントを通過（パス）するとき、例えば、端末の送信クロックのアキュムレータがロールオーバするときに発生するＴｘフレームイベントを処理する。次のフレーム中に送信すべきホップのリストが、（１９１行目で、handleTxFrame.m内の関数handleTxFrameへの呼び出しによって）作成され、（１９６行目から２０９行目までのループで）、各ホップについて、リピータ１１５でのホップの受信に対応するイベントがイベントキューに追加される。２１０行目～２２４行目で、コードはフレーム＃（番号）の時間エラーを秒単位の時間エラーに変換し、ネットワーク内の該当する端末に基づいて適切な時間シフトを追跡し続ける。
リストhandleRxEvent.mは、同期パケット（又は「sync」又は「synchronization hop」）の端末による受信をシミュレートするためのコードを含む。１２行目及び１３行目で、同期パケットの受信時間と同期パケットの予想受信時間との間の差に対応する時間エラー（timeErr）が計算される。１４行目及び１５行目で、シミュレートされたノイズがtimeErrに追加され、シミュレートされた測定エラー（測定誤差）（timeMeas）が形成される。この値は、１８行目及び１９行目で受信トラッカー（C++コードで実装されるシミュレーション）に渡される。
３２行目で、受信した同期パケットのソースが受信端末自体であるとシミュレーションによって判定された場合に、次に、同期パケットは、「プローブ」パケットと呼ばれ、送信追跡に使用される。プローブパケットの受信時間とプローブパケットの受信予定時間との間の差（符号（isLate）及び大きさ（errMag）で表される）は、６４行目で送信トラッカーに渡される。次に、往復遅延の推定される変化率が、６７行目で（推定誤差（カルマンフィルタによって推定される分散の平方根）とともに）カルマンフィルタから返される。
リストhandleRxFrame.mは、（端末の受信クロックのアキュムレータのロールオーバに対応する）受信フレーム境界をシミュレートするためのコードを含む関数handleRxFrame（上述）を含む。受信トラッカーは１５行目及び１６行目で呼び出され、２４行目及び２６行目でそれぞれそのトラッカーの出力に基づいて端末の送信クロック及び受信クロックのレートが設定される。トラッカーの出力は、推定された将来の時間レートの半分である（リストTrackingLoop.cppの２３９行目及び２４０行目で半分（１／２）の乗算が実行される）。
リストtrackLib.cppは、１６１行目のftLoop_addTimeErrorMeasurement関数、１８６行目のtLoop_loadHwMeasurements関数、１３１行目のselect_tLoop関数、８行目のtxTrack_select関数、２０行目のtxTrack_init関数、４６行目のtxTrack_getAccuracy関数、２５行目のtxTrack_calcMeasAccuracy関数、３２行目のtxTrack_update関数、２１３行目のtLoop_processLoop2関数を含む、MATLAB（登録商標）コードによって呼び出される様々な関数の規定を含む。
本明細書で使用される場合に、「又は」という語は包括的であり、そのため、例えば、「Ａ又はＢ」は、（ｉ）Ａ、（ｉｉ）Ｂ、及び（ｉｉｉ）Ａ及びＢのいずれか１つを意味する。本明細書で使用される場合に、方法（例えば、調整）又は第１の量（例えば、状態ベクトルの要素）が、第２の量（例えば、時間間隔）に「基づいている」と言われる場合に、それは、第２の量が方法への入力であるか、第１の量に影響を与える。例えば、第２の量は、第１の量を計算する関数への入力（例えば、唯一の入力、又は複数の入力のうちの１つ）であってもよく、又は第１の量が第２の量に等しくてもよく、又は第１の量は、第２の量と同じであってもよい（例えば、メモリ内の同じ場所又は複数の場所に格納される）。
いくつかの実施形態では、本明細書で説明する方法は、トランシーバにおいて１つ又は複数の処理回路によって実行される。「処理回路」という用語は、本明細書では、データ又はデジタル信号を処理するために使用されるハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアの任意の組合せを意味するために使用される。処理回路ハードウェアは、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、汎用又は専用中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のプログラマブル論理装置を含み得る。本明細書で使用する処理回路では、各機能は、その機能を実行するように構成された、つまり配線されたハードウェアによって、又は非一時的な記憶媒体に格納された命令を実行するように構成されたＣＰＵ等のより汎用的なハードウェアによって実行される。処理回路は、単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）上に製造される、又は複数の相互接続されたＰＣＢ上に分散される。処理回路は、他の処理回路を含むことができる。例えば、処理回路は、ＰＣＢ上で相互接続された２つの処理回路、ＦＰＧＡ及びＣＰＵを含むことができる。
本明細書では、通信システムにおけるプラットフォームの動きを緩和するためのシステム及び方法の限定された実施形態について具体的に説明及び図示してきたが、当業者には多くの修正及び変形が明らかであろう。従って、本発明の原理に従って使用される通信システムにおけるプラットフォームの動きを緩和するためのシステム及び方法は、本明細書で具体的に説明したもの以外にも具現化できることを理解されたい。本発明は、以下の特許請求の範囲及びその均等物によっても規定される。
コードリスト
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Claims (20)

  1. クライアント・トランシーバと基準端末との間の相対運動の存在下で前記基準端末に対する前記クライアント・トランシーバの基準クロックを安定化させる方法であって、当該方法は、
    前記クライアント・トランシーバが、プローブパケットを前記基準端末に送信するステップと、
    前記クライアント・トランシーバが、前記基準端末から前記プローブパケットを受信するステップと、
    前記クライアント・トランシーバが、前記基準端末から第１の同期パケットを受信するステップと、
    前記クライアント・トランシーバが前記プローブパケットを前記基準端末に送信することと、前記クライアント・トランシーバが前記基準端末から前記プローブパケットを受信することとの間の経過時間に基づいて、及び
    前記クライアント・トランシーバが前記プローブパケットを受信する時間に基づいて、
    前記基準クロックのレートを調整するステップと、を含む、
    方法。
  2. 前記クライアント・トランシーバが、前記基準端末から複数の同期パケットを受信するステップであって、該複数の同期パケットには第１の同期パケットが含まれる、ステップと、
    前記基準端末から受信した前記複数の同期パケットを追跡するために、受信クロックの前記レートを調整するステップと、
    前記受信クロックの前記レートの調整に基づく第１の補正信号と、
    前記クライアント・トランシーバが前記プローブパケットを前記基準端末に送信することと、前記クライアント・トランシーバが前記基準端末からプローブパケットを受信することとの間の経過時間に基づく第２の補正信号とに基づいて、
    送信クロックを調整するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１の補正信号は、前記受信クロックに適用されるレート調整の反対である、請求項２に記載の方法。
  4. クロックエラー信号に基づいて前記基準クロックの前記レートを調整するステップをさらに含み、
    前記クロックエラー信号は、クロックに対して測定された、
    前記基準クロックで測定された、送信クロックでの基準イベントが発生した時間、前記基準クロックで測定された、受信クロックでの前記基準イベントが発生した時間の平均と、
    前記基準イベントの発生予定時間との間の差に基づいて、計算される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
  5. 前記基準クロックの前記レートを調整するステップは、前記クロックエラー信号に比例する第１の項に基づく制御信号を用いて前記基準クロックの前記レートを制御するステップを含む、請求項４に記載の方法。
  6. 前記基準クロックの前記レートを調整するステップは、前記第１の項を含む加重和に基づく制御信号を用いて前記基準クロックの前記レートを制御するステップを含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記加重和には、前記クロックエラー信号の積分に比例する第２の項がさらに含まれる、請求項６に記載の方法。
  8. 前記クライアント・トランシーバが、前記基準端末から複数の同期パケットを受信するステップであって、複数の同期パケットには第１の同期パケットが含まれる、ステップと、
    前記基準端末から受信した前記複数の同期パケットを追跡するために、受信クロックの前記レートを調整するステップと、
    前記受信クロックの前記レートの調整に基づく第１の補正信号と、
    前記クライアント・トランシーバが前記プローブパケットを前記基準端末に送信することと、前記クライアント・トランシーバが前記基準端末から前記プローブパケットを受信することとの間の経過時間に基づく第２の補正信号とに基づいて、
    送信クロックを調整するステップと、をさらに含む、請求項４に記載の方法。
  9. 前記第１の補正信号は、前記受信クロックに適用されるレート調整の反対である、請求項８に記載の方法。
  10. 前記基準クロックの前記レートを調整するステップは、加重和に基づく制御信号を用いて前記基準クロックの前記レートを制御するステップを含み、前記加重和には、前記クロックエラー信号に比例する第１の項と、前記クロックエラー信号の積分に比例する第２の項とが含まれる、請求項９に記載の方法。
  11. クライアント・トランシーバと基準端末との間の相対運動の存在下で前記基準端末に対する前記クライアント・トランシーバの基準クロックを安定化させるためのシステムであって、前記基準端末は、前記クライアント・トランシーバから受信したプローブパケットを再送信し、複数の同期パケットを送信するように構成され、当該システムは、処理回路を含むクライアント・トランシーバを含み、該処理回路は、
    前記クライアント・トランシーバに、プローブパケットを前記基準端末に送信させ、
    その後、
    前記クライアント・トランシーバが、前記基準端末から前記プローブパケットを受信し、
    前記クライアント・トランシーバが、前記複数の同期パケットのうちの第１の同期パケットを前記基準端末から受信し、
    前記クライアント・トランシーバが前記プローブパケットを前記基準端末に送信することと、前記クライアント・トランシーバが前記基準端末から前記プローブパケットを受信することとの間の経過時間に基づいて、及び
    前記クライアント・トランシーバが前記プローブパケットを受信する時間に基づいて、
    前記基準クロックのレートを調整するように構成される、
    システム。
  12. 前記処理回路は、前記クライアント・トランシーバが前記基準端末から前記複数の同期パケットを受信した後に、
    前記基準端末から受信した前記複数の同期パケットを追跡するために、受信クロックの前記レートを調整し、
    前記受信クロックの前記レートの調整に基づく第１の補正信号と、
    前記クライアント・トランシーバが前記プローブパケットを前記基準端末に送信することと、前記クライアント・トランシーバが前記基準端末から前記プローブパケットを受信することとの間の経過時間に基づく第２の補正信号とに基づいて、
    送信クロックを調整するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
  13. 前記第１の補正信号は、前記受信クロックに適用されるレート調整の反対である、請求項１２に記載のシステム。
  14. 前記処理回路は、クロックエラー信号に基づいて前記基準クロックの前記レートを調整するように構成され、
    前記クロックエラー信号は、クロックに対して測定された、
    前記基準クロックで測定された、送信クロックでの基準イベントが発生した時間、前記基準クロックで測定された、受信クロックでの前記基準イベントが発生した時間の平均と、
    前記基準イベントの発生予定時間との間の差に基づいて、計算される、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載のシステム。
  15. 前記基準クロックの前記レートを調整することは、前記クロックエラー信号に比例する第１の項に基づく制御信号を用いて前記基準クロックの前記レートを制御することを含む、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記基準クロックの前記レートを調整することは、第１の項を含む加重和に基づく制御信号を用いて前記基準クロックの前記レートを制御することを含む、請求項１５に記載のシステム。
  17. 前記加重和には、前記クロックエラー信号の積分に比例する第２の項がさらに含まれる、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記処理回路は、前記クライアント・トランシーバが、前記基準端末から前記複数の同期パケットを受信した後に、
    前記基準端末から受信した前記複数の同期パケットを追跡するために、受信クロックのレートを調整し、
    前記受信クロックの前記レートの調整に基づく第１の補正信号と、
    前記クライアント・トランシーバが前記プローブパケットを前記基準端末に送信することと、前記クライアント・トランシーバが前記基準端末から前記プローブパケットを受信することとの間の経過時間に基づく第２の補正信号とに基づいて、
    送信クロックを調整するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
  19. 前記第１の補正信号は、前記受信クロックに適用されるレート調整の反対である、請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記基準クロックの前記レートを調整することは、加重和に基づく制御信号を用いて前記基準クロックの前記レートを制御することを含み、前記加重和には、前記クロックエラー信号に比例する第１の項と、前記クロックエラー信号の積分に比例する第２の項とが含まれる、請求項１９に記載のシステム。
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