JP3069983U - 基準時刻・基準周波数発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数系統の基準時刻信号の信号源を受信し、最
も精度が優れている信号源を利用して追従同期可能な基
準時刻・基準周波数発生装置を提供する。 【解決手段】３つの独立した電波により配信されている
基準信号源を受信してタイミング信号を復調する受信機
を具備し、各タイミング信号の間の位相差を測定する位
相比較器を具備し、位相比較結果から３つの基準信号源
から最良のもの１つを多数決と優先順位に基づいて最も
精度が優れている信号源を選択決定する多数決判定部を
具備し、多数決判定部からの選択信号を受けて３つのタ
イミング信号から最良のタイミング信号を選択して出力
する切換スイッチを具備し、選択されたタイミング信号
を受けて位相および周波数が安定に同期した信号を発生
させるデジタル信号処理型ＰＬＬ部を具備する基準時刻
・基準周波数発生装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

この考案は、原子周波数標準器を内蔵する人工衛星からの電波あるいはこれに 類する超高精度の時刻信号を受信して、高精度な基準時刻・基準周波数を発生す る基準時刻・基準周波数発生装置に関する。特に、複数系統の超高精度の時刻信 号を受信して、高精度な基準時刻・基準周波数を発生する基準時刻・基準周波数 発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来技術の一例としては特開平０８−１４６１６６号の「基準周波数発生装置 」がある。この概念構成図を図７に示す。これによれば、基準となる衛星電波を 受信し、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ又はＤＳＰ）の演算手段を用いて長大な時 定数のデジタルフィルタを実現した周波数制御アルゴリズムによって、高確度な 周波数が常時出力される構成を備えている。

【０００３】 従来の基準時刻・基準周波数発生装置では単一のＧＰＳ電波を受け、この１秒 単位の時刻信号に基づいて内蔵する微小周波数範囲が可変の高安定水晶発振器（ 以下ＯＣＸＯという）の周波数および位相をＧＰＳ電波に同期させて高精度な基 準時刻や基準周波数を発生させるシステムとなっている。

【０００４】 次に、３つの基準時刻信号の個々における固有の不具合状況を図８の受信信号 の経時変化を示して説明する。上段の経時変化はＧＰＳ電波の代表的な揺らぎで あり、中段の経時変化はＧＬＯＮＡＳＳ電波の代表的な揺らぎであり、下段の経 時変化は長波標準電波の代表的な揺らぎである。 第１のＧＰＳ電波は、軍事上の都合でＧＰＳ衛星から発射される電波のタイミ ングや周波数の精度を一時的に劣化（図８Ａ１、Ａ２、Ａ３参照）させている場 合があり、この異常状態が数時間続くと、利用者のシステム（たとえば通信、放 送、そして金融などのインフラ）に支障をきたす場合がある。尚、公共電波の発 射設備など日本国家標準とトレースする必要がある場合、ＧＰＳ電波は日本国家 標準とトレースされていないため、その要求を満たされないという欠点がある。

【０００５】 第２のＧＬＯＮＡＳＳ電波は、米国が運用しているＧＰＳの他の衛星測位シス テムであって、ロシアが運用しているＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal Navigation Sate llite System）がある。ＧＬＯＮＡＳＳはＧＰＳのような国防上の理由による故 意の精度劣化がなく、測位精度やタイミング精度がＧＰＳより高い。ただし、Ｇ ＰＳは衛星数が２７個であるのに対してＧＬＯＮＡＳＳは１４個であるため、Ｇ ＰＳのように世界中どこでも常時４個以上（測位に必要な最低衛星捕捉数）の衛 星を捕捉できる体制にはなっておらず、受信できない期間（図８Ｂ１、Ｂ２、Ｂ ３参照）が生じるため、利用性がＧＰＳより劣る。

【０００６】 第３の長波標準電波は、郵政省通信総合研究所が運用している長波標準電波Ｊ Ｇ２ＡＳであって、高精度な基準時刻・基準周波数を発生する。これは、その搬 送波４０ｋＨｚを基準信号源とし、内蔵Ｒｂ原子発振器の周波数および位相を標 準電波に同期させ、高精度なタイミングや周波数を発生させるシステムである。 しかしながら、長波標準電波ＪＧ２ＡＳは搬送波周波数４０ｋＨｚと長波長であ る為に、その受信波は、地表波（直接波）と、最下部電離層Ｅ層で反射する空間 波とが受信されるため、送信局から受信局までの距離が１０００ｋｍにもなると 、地表波受信レベルと空間波受信レベルが同等か、あるいは空間波受信レベルの 方が地表波受信レベルよりも大きくなったり変動する。しかも、電離層の高さの 昼夜の変動が、復調された４０ｋＨｚの位相変動となって現れ、出力するタイミ ングや周波数の精度を悪化（図８Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３参照）させる。そのため、Ｇ ＰＳなどの１０^-12程度の精度に対し、ＪＧ２ＡＳは１０^-11程度の精度が悪いと いう難点がある。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

上述説明したように従来技術においては、１秒単位の基準の時刻信号の信号源 として１つのＧＰＳ電波を受けて追従同期する構成であり、一時的に劣化となる 異常状態が数時間続くと精度に支障をきたす場合があり、実用上の難点がある。 また他のＧＬＯＮＡＳＳ電波や長波標準電波ＪＧ２ＡＳを受ける構成に変更した としても各々には固有の問題が存在し実用的な精度を連続して維持するのは困難 な状況にある。ところで、図８の経時変化において３者が同時に精度悪化等を生 じる確率は少ないことが判る。 そこで、本考案が解決しようとする課題は、複数系統の基準時刻信号の信号源 を受信し、最も精度が優れている信号源を利用して追従同期可能な基準時刻・基 準周波数発生装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

第１図は、本考案に係る解決手段を示している。 第１に、上記課題を解決するために、３つの独立した基準信号源を受信してタ イミング信号を復調する受信機（例えばＧＰＳ受信機とＧＬＯＮＡＳＳ受信機と 長波標準電波受信機）を具備し、 上記受信機が出力する各タイミング信号間の位相差を各々測定する位相比較器 １２０を具備し、 上記位相比較器１２０の位相比較結果に基づいて３つの基準信号源から多数決 と優先順位とに基づいて最も精度が優れている信号源を選択決定する多数決判定 部１４０を具備し、 上記多数決判定部１４０からの選択信号を受けて３つのタイミング信号の中か ら最良のタイミング信号を選択して出力する切換スイッチ（例えば信号切換部１ ６０）を具備し、 上記切換スイッチにより選択されたタイミング信号を受けてＰＬＬ方式で発振 出力する信号の位相と周波数、若しくは周波数のみが、安定に同期して発生出力 するデジタル信号処理型ＰＬＬ部２００を具備し、 上記を具備していることを特徴とする基準時刻・基準周波数発生装置である。 上記考案によれば、複数系統の基準時刻信号の信号源を受信し、最も精度が優 れている信号源を利用して追従同期可能な基準時刻・基準周波数発生装置が実現 できる。

【０００９】 また、位相比較器１２０は上記受信機が復調した基準信号源であるタイミング 信号が１パルス／秒（１ｐｐｓ）の基準時刻信号としたとき、３つのタイミング 信号の中で２つのタイミング信号間における相対位相差を各々検出して３つの位 相差データＤ１，Ｄ２，Ｄ３を出力する位相比較器であることを特徴とする上述 基準時刻・基準周波数発生装置がある。

【００１０】 また、デジタル信号処理型ＰＬＬ部２００は上記切換スイッチからの選択され たタイミング信号を受けて、内部に備える高安定水晶発振器（ＯＣＸＯと呼称） の発振周波数の制御を、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ又はＤＳＰ）により長大な ループ時定数となる所定のデジタルフィルタ処理した結果に基づいて、上記ＯＣ ＸＯが発振して出力位相と出力周波数とを安定制御させるデジタルＰＬＬ方式で 構成されるデジタル信号処理型のＰＬＬであることを特徴とする上述基準時刻・ 基準周波数発生装置がある。

【００１１】 また、多数決判定部１４０は上記位相比較器１２０から出力される３つの位相 差データＤ１，Ｄ２，Ｄ３を受けて各々所定のしきい値ｔｈで良否判定（ＯＫ／ ＮＧ判定）を行い、良判定（ＯＫ判定）に対応する最良のタイミング信号をデジ タル信号処理型ＰＬＬ部２００へ供給する判定制御を行うことを特徴とする上述 基準時刻・基準周波数発生装置がある。

【００１２】 また、多数決判定部１４０は上記位相比較器１２０から出力される３つの位相 差データＤ１，Ｄ２，Ｄ３を受けて各々所定のしきい値ｔｈで良否判定（ＯＫ／ ＮＧ判定）を行い、良判定（ＯＫ判定）が複数点存在するときは所定の優先順位 に基づいて、最良のタイミング信号をデジタル信号処理型ＰＬＬ部２００へ供給 する判定制御を行うことを特徴とする上述基準時刻・基準周波数発生装置がある 。

【００１３】 また、多数決判定部１４０は上記位相比較器１２０から出力される３つの位相 差データＤ１，Ｄ２，Ｄ３を受けて前記３つの位相差データの大小関係に基づい て最良のタイミング信号を特定し、特定されたタイミング信号をデジタル信号処 理型ＰＬＬ部２００へ供給する判定制御を行うことを特徴とする上述基準時刻・ 基準周波数発生装置がある。

【００１４】 第４（ａ）図は、本考案に係る解決手段を示している。 第２に、上記課題を解決するために、３つの独立した基準信号源を受信してタ イミング信号を復調する受信機を具備し、 上記受信機が出力する各タイミング信号間の相対的な周波数偏差を各々測定す る周波数比較器１２０ａを具備し、 上記周波数比較器１２０ａの周波数偏差に基づいて３つの基準信号源から多数 決と優先順位とに基づいて最も精度が優れている信号源を選択決定する多数決判 定部１４０を具備し、 上記多数決判定部１４０からの選択信号を受けて３つのタイミング信号の中か ら最良のタイミング信号を選択して出力する切換スイッチ（例えば信号切換部１ ６０）を具備し、 上記切換スイッチにより選択されたタイミング信号を受けてＰＬＬ方式で発振 出力する信号の周波数が、安定に同期して発生出力するデジタル信号処理型ＰＬ Ｌ部２００を具備し、 上記を具備していることを特徴とする基準時刻・基準周波数発生装置がある。

【００１５】 第４（ｂ）図は、本考案に係る解決手段を示している。 第３に、上記課題を解決するために、周波数比較器１２０ａは３系統の周波数 比較部１２１ａ、１２２ａ、１２３ａを備え、前記１系統の周波数比較部１２１ ａはＴＩカウンタ１３２とメモリ１３４と周波数比較演算器１３６とを備えると き、 上記ＴＩカウンタ１３２は２つのタイミング信号（例えばＧＰＳ１ｐｐｓとＧ ＬＯＮＡＳＳ１ｐｐｓ）の時間差をクロックＣＬＯＣＫ単位に計数し、計数結果 を現時点の位相差値φ(n)として上記メモリ１３４へ格納し、 上記メモリ１３４は所定時間の期間に対応するメモリ容量を備えて上記位相差 値φ(n)を順次格納し、所定時間以前に格納された位相差値φ(m)を読み出して上 記周波数比較演算器１３６へ供給し、 上記周波数比較演算器１３６は上記ＴＩカウンタ１３２からの位相差値φ(n) と上記メモリ１３４からの位相差値φ(m)とを受けて両者の位相差の差分値を演 算し、これから相対周波数偏差Δｆx（図４Ａ参照）を算出して上記多数決判定 部１４０へ供給することを特徴とする上述基準時刻・基準周波数発生装置がある 。

【００１６】 第５図と第９図は、本考案に係る解決手段を示している。 また、３つの独立した基準信号源はＧＰＳ受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、長 波標準電波受信機、ＩＳＤＮ網クロックを受けて所定に分周したタイミング信号 、ＩＳＤＮ網データを受けてクロックリカバリ回路４４で再生したクロックを所 定に分周したタイミング信号、デジタル地上波放送を受けて所定に分周したタイ ミング信号、の信号源の中で所定の３つの信号源を用いることを特徴とする上述 基準時刻・基準周波数発生装置がある。

【００１７】

【考案の実施の形態】

以下に本考案を適用した実施の形態の一例を図面を参照しながら説明する。ま た、以下の実施の形態の説明内容によって実用新案登録請求の範囲を限定するも のではないし、更に、実施の形態で説明されている要素や接続関係が解決手段に 必須であるとは限らない。

【００１８】 本考案について、図１と、図２と、図３と、を参照して以下に説明する。

【００１９】 本考案は、まったく独立した標準機関が持つそれぞれの標準時間あるいは標準 周波数にトレースされた電波を３系統受信し、それぞれの相対精度を検出して、 ３者の多数決比較を行い、最も精度が優れている標準時間あるいは標準周波数源 に内蔵するＯＣＸＯの位相と周波数を同期させた、精度信頼度が高い基準時刻あ るいは基準周波数を発生させる装置構成である。尚、３者の内、１者が日本国家 標準にトレースされたＪＧ２ＡＳとしていることで、ＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳを 使用しながら、日本国家標準に対する値付け即ちトレースができる。 本願に係る要部構成は、図１に示すように、ＧＰＳ受信機１０と、ＧＬＯＮＡ ＳＳ受信機２０と、長波標準電波受信機３０と、位相比較器１２０と、多数決判 定部１４０と、信号切換部１６０と、デジタル信号処理型ＰＬＬ部２００とを備 える。これは従来構成に対してＧＬＯＮＡＳＳ受信機２０と長波標準電波受信機 ３０と位相比較器１２０と多数決判定部１４０と信号切換部１６０とを追加して 備える構成である。

【００２０】 ＧＰＳ受信機１０は、ＧＰＳ電波を受信して、ＵＴＣ（世界協定時）に同期し た１秒単位毎のタイミング信号ＧＰＳ１ｐｐｓを発生する。 ＧＬＯＮＡＳＳ受信機２０は、ＧＬＯＮＡＳＳ電波を受信して、ＵＴＣに同期 した１秒単位毎のタイミング信号ＧＬＯＮＡＳＳ１ｐｐｓを発生する。 長波標準電波受信機３０は、ＪＧ２ＡＳ標準電波を受信して、ＵＴＣに同期し た１秒単位毎のタイミング信号ＪＧ２ＡＳ１ｐｐｓを発生する。

【００２１】 位相比較器１２０は、３系統の位相比較部１２１、１２２、１２３を備えて、 上記３者のタイミング信号間における２者の相対位相差を各々検出して出力する 。ここで、第１の位相比較部１２１はＧＰＳ１ｐｐｓとＧＬＯＮＡＳＳ１ｐｐｓ 間の位相差を検出し、その位相差をＤ１として毎秒出力する。第２の位相比較部 １２２はＧＬＯＮＡＳＳ１ｐｐｓとＪＧ２ＡＳ１ｐｐｓ間の位相差を検出し、そ の位相差をＤ２として毎秒出力する。第３の位相比較部１２３はＪＧ２ＡＳ１ｐ ｐｓとＧＰＳ１ｐｐｓ間の位相差を検出し、その位相差をＤ３として毎秒出力す る。 上記検出の際の計数クロックＣＬＯＣＫはデジタル信号処理型ＰＬＬ部（以下 ＤＰ−ＰＬＬ部という）から出力される周波数信号、例えば１０ＭＨｚ程度のク ロックを用いる。ここで、上記タイミング信号の定常的な位相変動は１μ秒程度 であるからして、クロックＣＬＯＣＫの周波数が１０ＭＨｚ（１００ｎｓ周期） と仮定すると、１秒単位毎の位相差は±１０カウントのデータとして実用的に検 出されるが、更に測定時間分解能を上げたい場合には、図６に示すように、シン セサイザや逓倍手段等による周波数変換器２５０を追加して備えたり、図１０に 示すように逓倍器３００を追加して備えて、数倍から数十倍の高い周波数のクロ ックを供給するように構成するのが望ましい。

【００２２】 多数決判定部１４０は所定のしきい値ｔｈで判定を行った結果と、所定の優先 順位とに基づいて最良のタイミング信号に切り替える切換信号１４０ｓを出力す る。ここで、優先順位とは３者の優先順位をあらかじめ定義しておくもので、図 １の入力信号源の場合では、ＧＰＳを優先順位１位とし、ＧＬＯＮＡＳＳを優先 順位２位とし、受信距離や日周により位相安定性が左右されるＪＧ２ＡＳを優先 順位３位としている。 第１の多数決判定の具体例について図２と図３とを参照して説明する。この場 合は個々のしきい値ｔｈを備えてＯＫ／ＮＧを判定し、判定結果に基づいて所定 に切換制御する手法である。また、１秒毎に入力される位相差データＤ１、Ｄ２ 、Ｄ３をその都度受けて判定処理する例である。 ＯＫ／ＮＧを判定するしきい値ｔｈは信号源の揺らぎ等の状況により任意に付 与できる個別の値であって、位相差データＤ１、Ｄ２、Ｄ３に対応して、例えば しきい値ｔｈ１＝３００ｎｓ、ｔｈ２＝４００ｎｓ、ｔｈ３＝４００ｎｓの設定 条件と仮定する。このとき、図２に示す分岐図のように、位相差データＤ１は３ ００ｎｓ未満のときＯＫと判定され、３００ｎｓ以上はＮＧと判定される。同様 に、位相差データＤ２、Ｄ３は４００ｎｓ未満のときＯＫと判定され、４００ｎ ｓ以上はＮＧと判定される。 切換制御の判定例を示す。第１例では上記で検出した位相差がＤ１＝１５０ｎ ｓ、Ｄ２＝３００ｎｓ、Ｄ３＝３５０ｎｓであると仮定する。このとき、Ｄ１： ＯＫ、Ｄ２：ＯＫ、Ｄ３：ＯＫの判定結果（図２Ｔ１、図３Ｔ１参照）が得られ る。このときは３者全てがＯＫであるが上記した優先順位に従って、ＧＰＳ１ｐ ｐｓを選択するようにＳＷ１をＯＮする切換信号１４０ｓを発生する。また、こ こではＤ１が最優先順位としているからして、Ｄ１：ＯＫとなる他の入力条件（ 図２Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５、図３Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ５参照）においてもＧ ＰＳ１ｐｐｓを選択するようにＳＷ１をＯＮする切換信号１４０ｓを発生する。 ここで、図３に示す図はＧＰＳ受信機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、ＪＧ２ＡＳ受信 機、の各々における基準時刻との位相差を示す経時変化であって、この中で、図 ３Ａ１、Ａ２、Ａ３は例えば故意に揺らぎが付与された状況であり、図３Ｂ１、 Ｂ２、Ｂ３は受信不能期間であり、図３Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は地上波に伴う揺らぎ である。 第２例では上記で検出した位相差がＤ１＝３５０ｎｓ、Ｄ２＝３００ｎｓ、Ｄ ３＝３００ｎｓであると仮定する。このとき、Ｄ１：ＮＧ、Ｄ２：ＯＫ、Ｄ３： ＯＫの判定結果（図２Ｔ３、図３Ｔ３参照）が得られる。この結果、このときは 優先順位に従って、ＧＬＯＮＡＳＳ１ｐｐｓを選択するようにＳＷ２をＯＮする 切換信号１４０ｓを発生する。 第３例では上記で検出した位相差がＤ１＝４５０ｎｓ、Ｄ２＝２００ｎｓ、Ｄ ３＝４５０ｎｓであると仮定する。このとき、Ｄ１：ＮＧ、Ｄ２：ＯＫ、Ｄ３： ＮＧの判定結果（図２Ｔ６、図３Ｔ６参照）が得られる。この結果、このときは Ｄ２に対応するＧＬＯＮＡＳＳ１ｐｐｓを選択するようにＳＷ２をＯＮする切換 信号１４０ｓを発生する。 第４例では上記で検出した位相差がＤ１＝４５０ｎｓ、Ｄ２＝４５０ｎｓ、Ｄ ３＝２００ｎｓであると仮定する。このとき、Ｄ１：ＮＧ、Ｄ２：ＮＧ、Ｄ３： ＯＫの判定結果（図２Ｔ７、図３Ｔ７参照）が得られる。この結果、このときは Ｄ３に対応するＪ２ＡＳ１ｐｐｓを選択するようにＳＷ３をＯＮする切換信号１ ４０ｓを発生する。 第５例では上記で検出した位相差がＤ１＝４５０ｎｓ、Ｄ２＝４５０ｎｓ、Ｄ ３＝４５０ｎｓであると仮定する。このとき、Ｄ１：ＮＧ、Ｄ２：ＮＧ、Ｄ３： ＮＧの判定結果（図２Ｔ８参照）が得られる。この結果、このときは３者全てが ＮＧであるので選択スイッチＳＷ１〜ＳＷ３はオープンとし、自走指示信号１４ ２をＤＰ−ＰＬＬ２００へ供給する。ＤＰ−ＰＬＬ２００側では内部発振器の状 態を直前の位相、発振周波数を維持するように自走状態にして、無用な追従同期 を一時停止する。

【００２３】 上記多数決判定による切換制御が行われる結果、図３の経時例においては図３ Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、Ｋの精度の良い信号源に順次切り替えられて使用に供 されることとなる。 従って、上述多数決判定による切換制御が行われて、３つの信号源の中で最良 の信号源に切換される結果、３つの信号源が有していた経時的な不安定要因が除 去され、更に３つの信号源の中で最も精度が優れている信号源を用いて追従同期 する基準時刻・基準周波数発生装置が実現できることとなる。従って、一段と長 期間に渡って常に安定な精度が維持された基準時刻・基準周波数発生装置が実現 できる大きな利点が得られる。

【００２４】 尚、上記多数決判定部１４０が行う切換信号１４０ｓの更新頻度については上 述したように１秒毎に頻繁に更新する方法があるが、所望により複数回の判定結 果に基づいて行う方法としても良い。即ち、ＤＰ−ＰＬＬ部２００の内部には数 十分〜数時間にも及ぶ長大な時定数のデジタルフィルタを備えているからして、 例えば１０秒〜１００秒の所望単位期間毎に上記で得られた１秒毎の判定結果が 最多頻度のものを対象として前記単位期間毎に切換信号１４０ｓを更新するよう にしても良い。また、上記１秒毎の位相差を所望複数回単位に加算平均化（アベ レージング）した結果の位相差平均値を用いて判定するようにしても良い。 また、上記位相差データＤ１、Ｄ２、Ｄ３において、所望により、個々に所望 の重み付け係数で各々乗算した結果のデータ値を用いるようにしても良い。

【００２５】 第２の多数決判定の具体例について説明する。 上述図２ではしきい値ｔｈを備えてＯＫ／ＮＧを判定し、判定結果に基づいて 切換制御していたが、位相差データＤ１、Ｄ２、Ｄ３の数値内容によって切換制 御を判定する第１手法と第２手法とがあり、これを説明する。

【００２６】 第１手法では、検出した位相差がＤ１＝２００ｎｓ、Ｄ２＝６００ｎｓ、Ｄ３ ＝５００ｎｓであると仮定する。このとき、Ｄ２が最も大きい位相差であるから してＤ１とＤ３に共通する信号源であるＧＰＳ１ｐｐｓを選択する手法である。 第２手法では、検出した位相差が上記同様にＤ１＝２００ｎｓ、Ｄ２＝６００ ｎｓ、Ｄ３＝５００ｎｓであると仮定する。このとき、大きな位相差を示す２つ のＤ２とＤ３に共通する信号源はＪＧ２ＡＳであり、これを排除し、残る２つの Ｄ１、Ｄ２中から優先順位に基づいてＧＰＳ１ｐｐｓを選択する手法である。 尚、上記位相差データＤ１、Ｄ２、Ｄ３において、所望により、個々に所望の 重み付け係数で各々乗算した結果のデータ値を用いるようにしても良い。

【００２７】 第３の多数決判定の具体例について図４を参照して説明する。上述した図１の 構成例では３つ信号源の１秒単位の基準時刻信号を対象とした位相差検出とした 具体例であったが、位相精度については問題にされず、周波数精度のみが要求さ れる場合における多数決判定の具体例について説明する。 図４（ａ）は図１に示す位相比較器１２０を３系統の周波数比較部１２１ａ、 １２２ａ、１２３ａを備える周波数比較器１２０ａに置き換えた構成であり、そ の入力信号及び出力信号は図１と同一である。 周波数比較器１２０ａは、２つの基準時刻信号の相対位相の変化を検出し、そ れを周波数偏差に換算した周波数比較データをＤ１、Ｄ２、Ｄ３として各々出力 する。ここで、相対位相の変化量は、現時点の位相差値をφ(n)とし、所定時間 前（例えば２４時間）の位相差値をφ(m)としたとき、所定時間前における位相 差値に対して今回得られた位相差値との差分値とする相対値である。 １系統の周波数比較部１２１ａの内部構成を図４（ｂ）に示して説明する。内 部構成例としてはＴＩカウンタ１３２と、メモリ１３４と、周波数比較演算器１ ３６とで成る。 ＴＩカウンタ１３２は、ＧＰＳ１ｐｐｓとＧＬＯＮＡＳＳ１ｐｐｓの時間差を クロックＣＬＯＣＫ単位に計数し、計数した結果を現時点の位相差値φ(n)とし てメモリ１３４へ格納し、周波数比較演算器１３６の一方の入力端へ供給する。 メモリ１３４は、所定時間に対応するメモリ容量を備えて順次格納し、所定時 間前に格納された位相差値φ(m)を読み出して周波数比較演算器１３６の他方の 入力端へ供給する。 周波数比較演算器１３６は、上記両者を演算して得られた差分値である相対周 波数偏差Δｆx（図４Ａ参照）を算出し、これをＤ１として多数決判定部１４０ へ供給する。以後は上述図１と同様である。 上記のようにして３つの基準時刻信号による３系統の相対周波数偏差をＤ１〜 Ｄ３として出力し、上述した多数決判定部１４０の第１の多数決判定、第２の多 数決判定により切替制御を行う。これによれば、周波数精度のみが要求される場 合においても３つの信号源の中で最良の信号源に切換される結果、３つの信号源 が有していた経時的な不安定要因が除去され、更に３つの信号源の中で最も精度 が優れている信号源を用いて追従同期する基準周波数の発生装置が実現できるこ ととなる。従って、一段と長期間に渡って常に安定な精度が維持された基準周波 数発生装置が実現できる大きな利点が得られる。

【００２８】 尚、本考案の技術的思想は、上述実施の形態の具体構成例に限定されるもので はない。更に、所望により、上述実施の形態を変形して応用してもよい。 例えば上述実施例では、３つの入力信号源とした場合であったが、所望により ４つ以上の入力信号源を受ける構成を備えて上述同様に多数決判定して切換制御 するように実現しても良い。

【００２９】 また、上述実施例では、３つの入力信号源としてＧＰＳ受信機１０とＧＬＯＮ ＡＳＳ受信機２０と長波標準電波受信機３０とを適用した具体例であったが、本 考案はこれに限らない。図５に示す構成例ではＧＬＯＮＡＳＳ受信機２０をＩＳ ＤＮデジタルクロック源４０に置き換え、ＤＰ−ＰＬＬのクロック出力を所定周 波数のクロックＣＬＯＣＫ２に変換する周波数変換器２８０（図６Ａ参照）を備 えた構成例である。ＩＳＤＮデジタルクロック源４０は、セシウム原子発振器を 主発振器として、ネットワーク内のノードに設置されたデジタルクロック供給装 置（以下ＤＣＳという）によって、ネットワーク内が１０^-22の高精度で周波数 同期している。しかし、ネットワークの規模が大きくなり、階層構造が深くなっ たり、クロック伝送路が長距離になると、末端での従属同期精度が落ち、１０^{-1 1} の精度を保てなくなる場合がある。そこで、図５の変形実施例に示すように、 ＩＳＤＮ網のネットワークのクロック（図５ＡのＩＳＤＮ網クロック）、ＧＰＳ 受信機１０そして長波標準電波受信機３０の３者でその精度を相互に監視し、常 時最良の精度でデジタルクロックを発生させれば、ネットワーク全体のクロック 精度が向上し、国家標準とのトレースもでき、信頼性が向上する利点が得られる 。ここでＤＣＳはデジタルクロックレート、例えば６４ｋＨｚ、１．５４４ＭＨ ｚ、６．３１２ＭＨｚ等の周波数を発生するものであり、通常１ｐｐｓ（１パル ス／秒）というレートは出力されていない。よって、上記のいずれかの周波数を １ｐｐｓへ分周する分周器４２が必要になる。また、ＤＣＳからクロックを配信 されなくても、ＩＳＤＮデジタル回線データをクロックリカバリ回路４４（図５ Ｂ参照）を入力して再生したデジタルクロックを用いて分周器４２へ供給しても 良い。

【００３０】 また、図９に示す構成例では３系統入力信号源の内、１系統のＧＬＯＮＡＳＳ 受信機２０をＴＶ放送波受信機５０に置き換え、ＤＰ−ＰＬＬのクロック出力を 所定周波数のクロックＣＬＯＣＫ２に変換する周波数変換器２８０（図６Ｂ参照 ）を備えた構成例である。デジタル地上波放送では、周波数有効利用のため、単 一周波数による放送網が構築され、その周波数精度はＩＳＤＮと同様１０^-11の 精度が要求される。このとき、従属同期網によって周波数情報を配信すると、ロ ーカル局の数が増えるにつれ階層構造が深くなり、従属接続による誤差が累積さ れという欠点がある。また、送信局間距離が遠いと、末端での従属同期精度が落 ち、要求される精度を保てなくなり、複数の送信局からの放送波を受信してしま うところではＢＥＲ（ビットエラーレート）が落ち、受像不能に陥るという欠点 がある。そこで、図９に示すように、ＴＶ放送波、ＧＰＳそしてＪＧ２ＡＳの３ 者でその精度を相互に監視し、常時最良の精度で放送波を再送出でき、放送網内 の搬送波周波数精度が向上し、更に国家標準とのトレースも可能となる利点が得 られる。

【００３１】

【考案の効果】

本考案は、上述の説明内容から、下記に記載される効果を奏する。 上述説明したように本考案によれば、多数決判定による切換制御が行われて３ つの信号源の中で最良の信号源を受けて追従同期する構成を備える結果、３つの 信号源の経時的な不安定要因がほとんど除去される結果、更なる高安定な精度維 持が計られるという特筆した利点が得られる。従って、極めて良好なる基準時刻 ・基準周波数発生装置が実現できる利点が得られる。 従って本考案の技術的効果は大であり、産業上の経済効果も大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の、３つの基準時刻信号を受ける基準時
刻・基準周波数発生装置の要部構成例。

【図２】本考案の、３つの基準時刻信号を受けて多数決
による切換説明図。

【図３】図２の動作を説明する３つの基準時刻信号の各
々における基準時刻との位相差を示す経時変化。

【図４】本考案の応用構成例で、（ａ）は、周波数比較
器に置き換える構成例であり、（ｂ）は、１チャンネル
の内部構成例と、周波数比較データの算出計算を示す。

【図５】本考案の応用であり、ＩＳＤＮ網を１つの基準
時刻信号として受ける構成例。

【図６】本考案の、デジタル信号処理型ＰＬＬ部の出力
に周波数変換器を付加した応用構成例。

【図７】従来の、基準時刻・基準周波数発生装置の例。

【図８】３つの基準時刻信号の個々において、固有の不
具合状況を説明する受信信号の経時変化。

【図９】本考案の応用であり、ＴＶ放送網を１つの基準
時刻信号として受ける構成例。

【図１０】本考案の応用であり、逓倍器で位相比較の分
解能を所望に細かくする構成例。

【符号の説明】

ＳＷ１〜ＳＷ３ 選択スイッチ １０ ＧＰＳ受信機 ２０ ＧＬＯＮＡＳＳ受信機 ３０ 長波標準電波受信機 ４０ ＩＳＤＮデジタルクロック源 ４２ 分周器 ４４ クロックリカバリ回路 ５０ ＴＶ放送波受信機 １２０ 位相比較器 １２０ａ 周波数比較器 １２１〜１２３ 位相比較部 １２１ａ〜１２３ａ 周波数比較部 １３２ ＴＩカウンタ １３４ メモリ １３６ 周波数比較演算器 １４０ 多数決判定部 １６０ 信号切換部 ２００ デジタル信号処理型ＰＬＬ部（ＤＰ−ＰＬＬ
部） ２５０，２８０ 周波数変換器 ３００ 逓倍器

Claims (9)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３つの独立した基準信号源を受信してタ
   イミング信号を復調する受信機と、 該受信機が出力する各タイミング信号間の位相差を各々
   測定する位相比較器と、 該位相比較器の位相比較結果に基づいて３つの基準信号
   源から多数決と優先順位とに基づいて最も精度が優れて
   いる信号源を選択決定する多数決判定部と、 該多数決判定部からの選択信号を受けて３つのタイミン
   グ信号の中から最良のタイミング信号を選択して出力す
   る切換スイッチと、 該切換スイッチにより選択されたタイミング信号を受け
   てＰＬＬ方式で発振出力する信号の位相と周波数、若し
   くは周波数のみが、安定に同期して発生出力するデジタ
   ル信号処理型ＰＬＬ部と、 を具備していることを特徴とする基準時刻・基準周波数
   発生装置。
2. 【請求項２】 位相比較器は該受信機が復調した基準信
   号源であるタイミング信号が１パルス／秒（１ｐｐｓ）
   としたとき、３つのタイミング信号の中で２つのタイミ
   ング信号間における相対位相差を各々検出して３つの位
   相差データを出力する位相比較器であることを特徴とす
   る請求項１記載の基準時刻・基準周波数発生装置。
3. 【請求項３】 デジタル信号処理型ＰＬＬ部は該切換ス
   イッチからの選択されたタイミング信号を受けて、内部
   に備える高安定水晶発振器（ＯＣＸＯと呼称）の発振周
   波数の制御を、マイクロプロセッサにより長大なループ
   時定数となる所定のデジタルフィルタ処理した結果に基
   づいて、該ＯＣＸＯが発振して出力位相と出力周波数と
   を安定制御させるデジタルＰＬＬ方式で構成されるデジ
   タル信号処理型のＰＬＬであることを特徴とする請求項
   １記載の基準時刻・基準周波数発生装置。
4. 【請求項４】 多数決判定部は該位相比較器から出力さ
   れる３つの位相差データを受けて各々所定のしきい値ｔ
   ｈで良否判定を行い、良判定に対応する最良のタイミン
   グ信号をデジタル信号処理型ＰＬＬ部へ供給する判定制
   御を行うことを特徴とする請求項１記載の基準時刻・基
   準周波数発生装置。
5. 【請求項５】 多数決判定部は該位相比較器から出力さ
   れる３つの位相差データを受けて各々所定のしきい値ｔ
   ｈで良否判定を行い、良判定が複数点存在するときは所
   定の優先順位に基づいて、最良のタイミング信号をデジ
   タル信号処理型ＰＬＬ部へ供給する判定制御を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の基準時刻・基準周波数発生
   装置。
6. 【請求項６】 多数決判定部は該位相比較器から出力さ
   れる３つの位相差データを受けて前記３つの位相差デー
   タの大小関係に基づいて最良のタイミング信号を特定
   し、特定されたタイミング信号をデジタル信号処理型Ｐ
   ＬＬ部へ供給する判定制御を行うことを特徴とする請求
   項１記載の基準時刻・基準周波数発生装置。
7. 【請求項７】 ３つの独立した基準信号源を受信してタ
   イミング信号を復調する受信機と、 該受信機が出力する各タイミング信号間の相対的な周波
   数偏差を各々測定する周波数比較器と、 該周波数比較器の周波数偏差に基づいて３つの基準信号
   源から多数決と優先順位とに基づいて最も精度が優れて
   いる信号源を選択決定する多数決判定部と、 該多数決判定部からの選択信号を受けて３つのタイミン
   グ信号の中から最良のタイミング信号を選択して出力す
   る切換スイッチと、 該切換スイッチにより選択されたタイミング信号を受け
   てＰＬＬ方式で発振出力する信号の周波数が、安定に同
   期して発生出力するデジタル信号処理型ＰＬＬ部と、 を具備していることを特徴とする基準時刻・基準周波数
   発生装置。
8. 【請求項８】 周波数比較器は３系統の周波数比較部を
   備え、前記１系統の周波数比較部はＴＩカウンタとメモ
   リと周波数比較演算器とを備えるとき、 該ＴＩカウンタは２つのタイミング信号の時間差をクロ
   ック単位に計数し、計数結果を現時点の位相差値φ(n)
   として該メモリへ格納し、 該メモリは所定時間の期間に対応するメモリ容量を備え
   て該位相差値φ(n)を順次格納し、所定時間以前に格納
   された位相差値φ(m)を読み出して該周波数比較演算器
   へ供給し、 該周波数比較演算器は該ＴＩカウンタからの位相差値φ
   (n)と該メモリからの位相差値φ(m)とを受けて両者の位
   相差の差分値を演算し、これから相対周波数偏差Δｆx
   を算出して該多数決判定部へ供給することを特徴とする
   請求項７記載の基準時刻・基準周波数発生装置。
9. 【請求項９】 ３つの独立した基準信号源はＧＰＳ受信
   機、ＧＬＯＮＡＳＳ受信機、長波標準電波受信機、ＩＳ
   ＤＮ網クロックを受けて所定に分周したタイミング信
   号、ＩＳＤＮ網データを受けてクロックリカバリ回路で
   再生したクロックを所定に分周したタイミング信号、デ
   ジタル地上波放送を受けて所定に分周したタイミング信
   号、の信号源の中で所定の３つの信号源を用いることを
   特徴とする請求項１又は７記載の基準時刻・基準周波数
   発生装置。