JP4264496B2 - 標準電波受信装置及びタイムコード復号方法 - Google Patents

Description

本発明は、標準電波を受信して時刻の再生を行う標準電波受信装置及び標準電波に重畳されたタイムコード信号を復号するタイムコード復号方法に関する。

日本標準時を与える標準電波は、独立法人通信総合研究所が運営管理を行っている九州長波局と福島長波局の国内２箇所から、４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの長波電波によって常時送信されている。かかる標準電波の搬送波は、１ビット／秒のビットレートで発生されるタイムコード信号（以下、ＴＣＯ信号と称する）によって振幅変調が施されている。該タイムコード信号は、６０ビットからなる１フレームが１分毎に繰り返し連続する構成をとる。該１フレームには、年月日及び時分を含む時刻情報がＢＣＤ（Binary Coded Decimal code）コードの表記形式により格納されている（図１参照）。

タイムコード信号を構成する１ビットの符号は、バイナリ“１”を示すバイナリ“１”符号と、バイナリ“０”を示すバイナリ“０”符号と、時刻情報の仕切りを示すための同期信号であるマーカー符号（便宜上“２”又は”Ｍ”で示す）との３つの符号の何れかとる。その意味で、本明細書中において用いる「ビット」の用語は、通常の用語例とは異なることに注意を要する。かかる３つの符号間の区別は、方形パルスにおけるＨ幅の違いによりなされる（図２参照）。

かかる標準電波の実際の受信においては、タイムコード信号の精確な復号に問題を生じることはよく知られている。例えば、空電ノイズ或いは車や家電製品等の機器からの発生ノイズによって受信電波にノイズ信号が重畳されしまい、タイムコード信号の方形パルスの立ち上がりの起点を精確に検出することできずビット同期が不正確になってしまうことや、電界強度の弱い受信環境下では方形パルスの歪みが発生し符号の精確なデコードが困難となってしまうことが挙げられる。

この点、特許文献１に開示の技術は、標準電波から生成されるタイムコード信号パルスの積分値を所定時間毎にサンプリングして符号の識別を行う等の追加処理によってかかる問題を克服し得るとしている。
特開２００３−２１５２７７号公報

しかし、かかる方法の基本的なアプローチは、１つのパルス波形についてその積分値を求めるが如くして個々の方形パルスの精確な復号を図ることにとどまっている。このため、ノイズ強度あるいは電界強度等が著しく劣悪な受信環境下においては、復号エラーの有無を問題とする以前に波形の復号すらできない状況が発生していた。

本発明の目的は、劣悪な受信環境下においても、タイムコード信号の精確な復号を可能とする標準電波受信装置及びタイムコード復号方法を提供することである。

請求項１に記載の標準電波受信装置は、複数のタイムコードを含む１フレームが連続するタイムコード信号を含む標準電波を受信し、該タイムコードを復号する標準電波受信装置であり、該フレームの複数個が連続する期間にわたって、該タイムコード信号をサンプリングして時系列に生ずる複数の標本値からなる標本値列を蓄積する標本値列蓄積手段と、該標本値列を、該フレームの先頭位置を示すマーカ符号の予測周期毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、該加算値列に基づいて該マーカ符号の位置を判別するマーカ位置判別手段と、該マーカ符号の当該判別位置に従って、該複数のタイムコードの各々の位置を判別するタイムコード位置判別手段と、該タイムコードの各々毎に、該標本値列の中から該タイムコードの位置に対応し且つ同一の値をとると予測される部分標本値列を抽出し、該部分標本値列を畳み込み加算して加算値列を生成し、該加算値に基づいて該タイムコードの値を判別するタイムコード判別手段とを含むことを特徴とする。

請求項３に記載のタイムコード復号方法は、標準電波から、複数のタイムコードを含む１フレームが連続するタイムコード信号を復号するタイムコード復号方法であり、該フレームの複数個が連続する期間にわたって、該タイムコード信号をサンプリングして時系列に生ずる複数の標本値からなる標本値列を蓄積する標本値列蓄積ステップと、該標本値列を、該フレームの先頭位置を示すマーカ符号の予測周期毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、該加算値列に基づいて該マーカ符号の位置を判別するマーカ位置判別ステップと、該マーカ符号の当該判別位置に従って、該複数のタイムコードの各々の位置を判別するタイムコード位置判別ステップと、該タイムコードの各々毎に、該標本値列の中から該タイムコードの位置に対応し且つ同一の値をとると予測される部分標本値列を抽出し、該部分標本値列を畳み込み加算して加算値列を生成し、該加算値に基づいて該タイムコードの値を判別するタイムコード判別手段とを含むことを特徴とする。

請求項１０に記載のタイムコード復号方法は、標準電波から、複数のタイムコードを含む１フレームが連続するタイムコード信号を復号するタイムコード復号方法であり、該タイムコード信号をサンプリングして時系列をなす複数の標本値からなる標本値列を生成するサンプリングステップと、該標本値列を所定時間毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、該加算値列に基づいて該標本値列のビット同期点と定めるビット同期ステップと、該標本値列をポジションマーカ符号の予想出現周期毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、該ビット同期点及び該加算値列に基づいて該標本値列のポジションマーカ同期点を定めるポジションマーカ同期ステップと、該標本値列を該フレームの先頭を示すマーカ符号の予想出現周期毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、該ポジションマーカ同期点及び該加算値列に基づいて該標本値列のフレーム同期点を定めるフレーム同期ステップとを含むことを特徴とする。

本発明による標準電波受信装置及びタイムコード復号方法によれば、複数のフレームを含み得る例えば３０分間等の期間にわたってタイムコード信号の標本値列である複数のサンプリングデータを蓄積し、該サンプリングデータに対して、マーカ符号の出現周期性、及び１分桁〜曜日桁に対応する符号が同一値を以て出現する周期性を考慮した統計的処理を施す一括デコード方式により時刻データを復号する構成が与えられる。これにより、劣悪な受信環境下においても、タイムコード信号の精確な復号が可能となる。

本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。
＜第1の実施例＞
図３は、本発明の第１の実施例を示し、本発明による標準電波受信装置の構成を示している。該標準電波受信装置は、本発明によるタイムコード復号方法を実行する。本図を参照すると、標準電波受信装置１０は、アンテナ２０、高周波回路３０、及び主処理回路４０から構成される。主処理回路４０には、サンプリング回路４１、ＲＡＭ４２、表示回路４３、マイクロプロセッサ４４、及びＲＯＭ４５の各回路が含まれる。標準電波受信装置１０は、例えば、標準電波の時刻データに基づいて表示時刻を較正する電波時計等の装置であり得る。

アンテナ２０は、例えば、バーアンテナ等の長波電波用受信アンテナであって、標準電波を受信してこれを高周波回路３０に供給する。高周波回路３０は、かかる受信電波を増幅及び検波して標準電波に搬送されていたタイムコード信号（以下、ＴＣＯ信号と称する）を抽出して、これを主処理回路４０に供給する。主処理回路４０は、ＴＣＯ信号をデジタル情報処理する部分であり、アナログ信号であるＴＣＯ信号を例えば５０ｍｓのサンプリングレートにてサンプリングして、デジタル信号であるサンプリングデータを出力するサンプリング回路４１と、該サンプリングデータを蓄積する共に該サンプリングデータに対する演算結果を蓄積するＲＡＭ４２と、該サンプリングデータに対するビットデコード及びフレームデコードを演算して、ＴＣＯ信号に含まれる年月日及び時分等の時刻データを復元するマイクロプロセッサ４３と、ビットデコード及びフレームデコード等の演算プログラムを格納するＲＯＭ４５と、該復元された時刻情報を、例えば、ＬＥＤや液晶ディスプレイ等の表示素子を用いて表示する表示回路４３とから構成される。これら各部は共通バスによって接続されている。

図４は、図３に示される標準電波受信装置１０において実行される処理手順を示している。該処理手順について図３に示される構成要素を適宜参照して説明する。前提として、標準電波受信装置１０は、サンプリング回路４１において、所定の起点位置を基準として高周波回路３０から供給されるタイムコード信号のサンプリングを開始する。この起点位置は、例えば、最初に受信した標準電波の立ち上がりから算出しても良いし、或いは、標準電波に含まれる特殊呼出符号等を同期信号に利用して算出するようにしても良い。

先ず、標準電波受信装置１０は、例として３０分間のＴＣＯ信号を、５０ｍｓ毎にサンプリングし、時系列をなす複数の標本値の標本値列すなわちサンプリングデータを蓄積する（ステップＳ１０１）。

次に、標準電波受信装置１０は、蓄積されたサンプリングデータに対して統計的ビット同期を行い、同期スタートタイミングを得る（ステップＳ１０２）。該統計的ビット同期とは、ＴＣＯ信号の波形を本実施例の５０ｍｓの如く所定サンプリングレートでサンプリングした上で、これをＴＣＯ信号のビットレートに一致する１秒周期で、例えば５回の如く複数回畳み込み波形加算を行ったグラフにおいて最小から最大に一様に変化する上昇エッジを同期起点とする方式である。

一方、上記のビット同期に前後又は並行して、標準電波受信装置１０は、蓄積されたサンプリングデータを６０秒周期で畳み込み波形加算を行い加算値列を取得し、該加算値列からサンプリングデータ平均値を求める（ステップＳ１０３）。該サンプリングデータ平均値は、３０分間において時刻推移に応じて変動する部分を捨象してはいるが、ノイズ成分が低減されたサンプリングデータである。

次に、標準電波受信装置１０は、同期スタートタイミングをベースに、テンプレート及びマスクパターンを求め、該サンプリングデータ平均値に対して、一括ビットデコードを行う（ステップＳ１０４）。これにより、符号の復号が行われた３０分間の符号列が得られる。一括ビットデコードの詳細については後述する。

次に、標準電波受信装置１０は、該符号列に対して、ポジションマーカの位置検出及び正分マーカの位置検出を行う（ステップＳ１０５）。ポジションマーカの位置検出及び正分マーカの位置検出は、統計的マーカ位置検出及び統計的正分マーカ位置検出の方式を用いて実行する。かかる方式については第３の実施例において詳細に説明される。次いで、標準電波受信装置１０は、蓄積されたサンプリングデータに対して、タイムコードのフォーマットに照らし合わせることで、１分桁コード、１０分桁コード、時桁コード、通算日桁コード、年桁コード及び曜日桁コードからなる各タイムコードの桁位置を認識する（ステップＳ１０６）。

次に、標準電波受信装置１０は、変化の大きい１分桁に関して、その周期性に着目した分析的復号方式を用いて、１分桁の時刻データを取得する（ステップＳ１０７）。１分桁の分析的復号方式とは、１分桁が１０分間で１周する特性を考慮したものでり、ステップＳ１０４において蓄積されたサンプリングデータの中から１０分毎に抽出した部分標本値列であるサンプリングデータと、ステップＳ１０６において得られた１分桁の位置情報を基にして分桁の時刻データを復号するものである。

次に、標準電波受信装置１０は、１分桁に次いで変化の大きい１０分桁に関して、そのの周期性に着目した分析的復号方式を用いて、１０分桁の時刻データを取得する（ステップＳ１０８）。１０分桁の分析的な復号方式は、１分桁のデコード完了の後に、０分〜９分の１０データは変化しない特性、あるいは、１０分桁の最下位ビットが１０分毎に０と１との値で交互に変化する特性を考慮したものであり、ステップＳ１０１において蓄積されたサンプリングデータの中から２０分間のサンプリングデータと、ステップＳ１０６において得られた１０分桁の位置情報を基にして１０分桁の時刻データを復号するものである（図８、図９Ａ乃至９Ｄ参照）。

次に、標準電波受信装置１０は、１０分桁の変化タイミングすなわちそのインクリメントのタイミングの認識に基づいて、時桁〜曜日桁のデコードを行い、時刻データを取得する（ステップＳ１０９）。これは、１０分桁のインクリメント後１０分間は、時桁、通算日桁、曜日桁に関しては、タイムコードに変化が無いという特性を利用するものである。

次に、標準電波受信装置１０は、得られた分桁、時桁、通算日、曜日桁からなる時刻データの整合性について検証を行う（ステップＳ１１０）。整合性の検証は、フォーマットとの適合性、年月日の実在等のチェックを行い有り得ないデータをエラーとする処理を行う。得られた標準時刻情報は、表示あるいは時刻合わせ等の機能に提供される。

以上の処理手順において明らかなように本発明の１つの特徴は、タイムコード信号を構成する個々の符号をリアルタイムにデコードするアプローチとは異なり、ある時間期間に亘るタイムコード信号のサンプリングデータをまとめて一括した統計的処理を施すことで、精確な符号復号を実現するものである。時間期間にわたった時刻情報は当然にリアルタイムに更新されて値が変動するという難点がある。しかし、本特徴においては、タイムコードの各コードが同一の値をとる周期性あるいは連続性を考慮して同一の値をとると予測されるサンプリングデータを抽出して統計処理を施すことことで、かかる難点を回避している。

図５及び図６は、第１の実施例における一括デコード方法を説明している。ここで、ビット同期の得られたサンプリングデータに対して一括ビットデコードが行われ、複数フレーム分に相当するサンプリングデータのフレーム同期が得られる。

図５を参照すると、蓄積されたサンプリングデータを６０秒周期で１０分間重ね合わせてた結果として得られる、６０秒中の特定の秒位置にある１ビットの１０分間における変化が示されている。ビット同期は、統計的ビット同期により抽出されたビット同期点を用いて同期が計られる。これらのサンプリングデータを、縦方向に畳み込み加算することにより、本図下方のグラフの如きサンプリングデータ加算値が得られる。サンプリングデータの加算値は、０〜加算数の間のアナログ値である。

図６を参照すると、サンプリングデータ加算値に対して、１０分間の平均値をとったサンプリングデータ平均値のグラフが示されている。該サンプリングデータ平均値に対して、Ｈ判定しきい値と、Ｌ判定しきい値とが設定される。本例では、Ｈ判定しきい値を加算数７０％（＝０．７）以上、Ｌ判定しきい値を加算数の３０％（＝０．３）以上と設定している。

これらのしきい値を適用して、マスクパターン５１及びテンプレートパターン５２が得られる。マスクパターン５１の作成は、サンプリングデータ平均値が両しきい値の範囲内にあるポイントを０とし、それ以外のポイントを１とすることで得られる。テンプレートパターン５２の作成は、Ｈ判定しきい値以上のポイントを１とし、それ以外のポイントは０とすることで得られる。マスクパターンは、サンプリングデータのうち、ＨＬの判定が
困難な部分をマッチング度の評価から外すためのものである。

サンプリングデータ平均値に対してマスクパターン５１及びテンプレートパターン５２を適用して得られるデータと、参照基準データとしての理論サンプリングデータ（バイナリ０、バイナリ１又はマーカ）との論理積を列毎に取り、これをマッチングデータとする。ここで言うマッチングとは、比較対象となる２つデータ間の相関値すなわちマッチング度を評価することにより、バイナリ０、バイナリ１又はマーカの何れの符号であるかを判別することを意味する。ここでは、マッチングデータの長さ、すなわちサンプリングデータと理論サンプリングデータとの適合ビットをカウントしてマッチング度を算出している。マッチング度が最大を与える符号（バイナリ０、バイナリ１又はマーカ）をビットデコード値とする。本図の例では、最大マッチング度”１５”を与える”バイナリ０”であるとデコードされる。

以上の一括ビットデコードを用いて、マーカ検出及び正分マーカの位置検出を行うことでフレームの頭を認識することができる。これにより、３０分間の如く蓄積されたサンプリングデータにおいて、その劣化した波形状態にかかわらず、タイムコードフォーマットにおける各タイムコードの桁位置、すなわち、分桁、時桁、通算日、曜日桁の各桁位置を精確に認識することが可能となる。尚、サンプリング期間１０分間中に符号が変化しないマーカの位置検出の例を説明したが、分桁のように変化する場合は、ばらつきが大きくなり、加算値の中間値が増えるため、マスクパターンの適合領域が減り結果としてマッチング度が低下し、分桁コード、時桁コード、通算日コード、曜日桁コードの如きタイムコード自体のデコードは困難であることに注意を要する。

図７は、第１の実施例において、フレーム内におけるタイムコードの位置桁を決定する方法を説明している。本図に示されるように、サンプリングデータは、タイムコード信号を１秒間に２０回サンプリングすることで、そのＨ／Ｌ値の変化が５０ｍｓ毎に１／０の形式で取り込まれる。図示されように、タイムコード信号のＨ値が連続して検知される期間は塗りつぶされて表現される。第１の実施例における統計的ビット同期及び統計的正分マーカ位置判別の結果として、時系列状のサンプリングデータに対して、ビット同期及びフレーム同期がなされる。その結果、図示されるように、時系列状のサンプリングデータの各秒位置と、タイムコード信号と各タイムコードの桁位置との対応関係を確定することができる。

図８は、第１の実施例における１分桁コードのデコード方法を説明している。１分桁コードのデコードは、１分桁が１分毎にインクリメントされるために他桁のように各分毎に連続して畳み込み加算値を求めてＳＮ比を向上する手法は使えない。そこで、１分桁のデータが１０分周期で同じデータが現れる特性を利用した畳み込み加算によりＳＮ比向上を図る手法が用いられ得る。

先ず、１分桁のデコードにおいては、図７において説明したように、１分桁の位置が判別しているため 蓄積されたサンプリングデータの中から分桁に該当するサンプリングデータのみ取得する。そして、分桁に該当するサンプリングデータから、さらに、１分桁が１０分で１周する特性を考慮し、１０分毎の１分桁のサンプリングデータのみを抽出する。 本図を参照すると、タイムコードの分桁において ０，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０分目の分桁データは、”９”（１００１Ｂ）であるため、該当するサンプリングデータのみを取得して４ビットのサンプリングデータとして並べることができる。このサンプリングデータに対して、一括ビットデコード（図５及び図６参照）において説明したのと同様の加算値及びビットデコード方法を適応することにより、分桁の４ビットがデコードされる。以上の分桁のデコード方法を１分毎にずらして順次分桁に適応することにより、０〜９分のデータがデコードされ分桁のデータが全て求まる。

図９Ａ乃至図９Ｄは、第１の実施例における１０分桁コードのデコード方法を説明している。ここで、１分桁の時刻データの復号に基づいて、桁位置が認識されたサンプリングデータに対して、１０分桁の時刻データを復号する状況を説明される。

１０分桁は、１０分間変化しない特性を持つ。この特性を考慮して１０分桁のデコードを行う。１０分桁のデコード方法として、第1の方法として、１分桁のデコードを完了させ、０分〜９分の１０データは変化しないことを利用してデコードを行う方法がある。第２の方法として、１０分桁の最下位ビットが１０分で０⇔１と変化する特性を利用して１０分毎の変化を検知しデコードを行う方法がある。第１の方法は確実な方法であるが、１分桁のデコードは１０分毎に１データ加わるため加算処理により十分なＳＮ比を得るために他桁の１０倍のサンプリング時間を要する欠点がある。本実施例では第２の方法について説明する。

図９Ａを参照すると、２０分間サンプリングされたサンプリングデータの１０分桁の最下位ビットの内容と、該当するタイムコードが示されている。サンプリングデータの内容はデータを見ただけでは符号の判別は不可能である。該当するタイムコードの内容は、黒枠で示されるように、０分目〜４分目がバイナリ０、５分目〜１４分目までがバイナリ１、１５分目〜１９分目までがバイナリ１であるとする。１０分桁の最下位ビットは、０分、２０分、４０分の如く偶数毎の１０分でバイナリ０であり、１０分、３０分、５０分の如く奇数毎の１０分でバイナリ１と、１０分毎に交互に符号を反転する性質がある。本発明はかかる点に着目し、１０分桁ビット０のサンプリングデータに対して、Ａグループに連続した１０データを、Ｂグループに残った１０データを分割し、各々のグループで畳み込み加算によるビットデコードを行う。このグループ分けの境界を１分ずつオフセットをかけて行い、最も特性が良好になるグループ分けを選び出し、１０分桁の最下位ビットがバイナリ０であるかバイナリ１であるかを判別する。

図９Ｂを参照すると、具体的なグループ分けの方法が示されている。第１のグループ分けは、Ａグループが０分目〜９分目、Ｂグループが１０分目〜１９分目とする、第２のグループは、１分のオフセットをかけ、０分目がＢグループ、１分目〜１０分目がＡグループ、１１分目〜１９分目がＢグループと分ける。これを以降同様に分けることで、第１乃至第１０の１０個のグループ分けが出来上がる。１０個のグループ分けの各々について、最も特性が良好になるグループ分けを選び出し、１０分桁ビット０のデータがバイナリ０であるかバイナリ１であるか判別する。

図９Ｃを参照すると、１つのグループ分けについて、一括ビットデコードを行いマッチング度を求める方法が示されている。１つのグループ分けのグループＡ及びグループＢに関して、一括ビットデコードにおける同様の方法により畳み込み加算及びビットデコード方法を適応するが、グループＡ、グループＢは、各々バイナリ相反する０／バイナリ１から構成されるはずである。そこで、理論サンプリングデータをバイナリ０＆バイナリ１の組み合わせと、その逆のバイナリ１とバイナリ０の組み合わせとの２種に関してマッチングデータ及びマッチング度を求める。また、各々の組み合わせの統合値を得るためにマッチング度の合計を求める。マッチング度の合計は、組み合わせが互いに逆の関係となるため適合性が高いほど差が広がる。すなわち、マッチング度の合計の両者の差分が大きくなる。このため、マッチング度差分＝｜組み合わせ０＆１のマッチング度合計−組み合わせ１＆０のマッチング度合計｜と定義する。

本図の例は、グループ分けはオフセット＝５の場合である。この場合、バイナリ０＆バイナリ１の組み合わせの場合にマッチング度の合計は”２１”であり、その逆のバイナリ１とバイナリ０の場合は”２９”である。マッチング度差分は８を与える。

図９Ｄを参照すると、図９Ｂに示される各グループ分けに対するマッチング度の合計及びマッチング度差分の変化が示されている。該グラフから明らかなように、オフセット＝５においてマッチング差分値は最も高い。すなわち、グループ分けの境界を２０分の真ん中とする最初の起点から５分オフセットした境界が最も最適な境界であることが判別される。かかる結果は、元々のサンプリングデータ及びタイムコード（図９Ａ参照）の内容とも一致する。

以上、説明したような手順で、１０分桁ビット０のサンプリングデータを分析することにより、１０分桁の変化タイミングを取得することが可能である。このタイミングにおいて、分桁データを０として、１分毎に１分桁をインクリメントすることにより、分桁の分析をせずとも分桁を取得することも可能となる。また、１０分桁の２桁目及び３桁目（最下位ビットを１桁目とする）に関しては、１０分桁の最下位ビットが変化しない１０分間のサンプリングデータをビットデコードすることでも取得可能である。尚、本実施例では、サンプリングタイミングを２０分間としたが、２０分以外においても同様の手順は適用可能である。

また、以上の１分刻みでオフセットを変化させる方法の変形として、２分刻みでオフセットを変化させる形態も可能である。２分刻みでオフセットを変化させる形態の可能性について以下に説明する。１分桁の最下位ビットを分析すると、第1に「１分桁の最下位ビットの０／１は、分桁の偶数／奇数を表現する」という点と、第２に「１分桁の繰り上がりはｘ９分→ｘ０分、すなわち１分桁の最下位ビットが奇数→偶数に変化するタイミングで発生する」という点がわかる。そこで、１０分桁最下位ビットの分析におけるグループ分けの境界を、１分桁の最下位ビットが０である分だけ選別して実施すれば良いことがわかる。１分刻みでオフセットを変化させる形態は、１０分の変化タイミングを検知する方法としては有効であるが、分析過程において１分刻みでオフセットを変化させていたため、マッチング度和の明確なピークが無い場合に判別しにくいという欠点がある。一方、２分刻みでオフセットを変化させる方法は、１分桁のビット０を分析することにより、オフセットの刻みを２分とすることにより、より明確なオフセット値の合計のピーク検出が可能となる利点がある。マッチング度和の差分のピークの判別がしやすいことは、より少ないサンプリングデータで正確な判断が可能であることを意味する。

図１０は、第１の実施例における時桁コード以降のコードのデコード方法を説明している。ここで、１分桁及び１０分桁の時刻データの復号に基づいて、桁位置が認識されたサンプリングデータに対して、時刻、通算日、曜日の時刻データを復号する状況を説明している。前述のように１０分単位のインクリメントタイミングが判別可能となった場合には、かかるインクリメント後１０分間は時桁、通算日桁、曜日桁に関しては、タイムコードに変化が無いことが判明している。かかる特性を利用して、時桁、通算日桁、曜日桁のデコードを行うことができる。

本図を参照すると、３０分間のタイムコードが示されている。図９乃至図１０により説明した方法により求めた１０分桁のインクリメントタイミングが太線で示されている。また、太線で囲まれた期間は、該当項目のタイムコードは変化しないが、時桁以上の繰り上がりを考慮すると、１０分桁が５→０（５９分から００分）に変化した場合のみ、時桁が繰り上がる。すなわち、１０分桁が奇数→偶数に変化する場合は、繰り上がる可能性があるが偶数→奇数に変化する場合は時桁の繰り上がりは発生しないことを意味する。従って、本図において、タイムコードの変化が発生する可能性があるのは１４分目→１５分目のみであることがわかる。従って、３０分間のサンプリングデータに限定すれば、時桁〜曜日桁データは、この区切りの前後の何れか最大３０分間はタイムコードの変化が無いことを意味する。そこで、最大３０分間分の加算を行いＳＮ比を向上することが可能となる。

以上の第１の実施例においては、複数のフレームを含み得る例えば３０分間等の期間にわたってタイムコード信号の標本値列である複数のサンプリングデータを蓄積し、該サンプリングデータに対して、マーカ符号の出現周期性、及び１分桁〜曜日桁に対応する符号が同一値を以て出現する周期性を考慮した統計的処理を施す一括デコード方式により時刻データを復号する構成が与えられる。これにより、ノイズによりＴＣＯ信号の乱れあるいはパルス波形の"Ｈ"幅に変化が生じた劣悪な受信環境下においても、タイムコード信号の精確な復号が可能となる。

尚、以上の１分桁コード、１０分桁コード、時桁乃至曜日桁コードの復号方法を適宜部分的に用いることにより蓄積された複数のフレームにわたるうちの１部のタイムコードの値を求め、これを基礎として補間等の算出手段により、該複数のフレームのうちの少なくとも１つのフレームが担う標準時刻情報のみを再生するようにしても良い。
＜第２の実施例＞
図１１は、本発明の第２の実施例における標準電波受信装置において実行される処理手順を示している。かかる処理手順は、第１の実施例における構成（図３参照）において、そのプログラムを変更することにより実現され、第１の実施例における処理手順の変形例を提供する。図３に示される構成要素を適宜参照して、該処理手順について説明する。前提として、ＴＣＯ信号のサンプリングデータが蓄積されているものとする。

本図を参照すると、先ず、標準電波受信装置は、１０分桁が奇数→偶数と変化するタイミング取得する（ステップＳ２０１）。ここで、１０分桁が奇数→偶数と変化するタイミングの取得は１０分桁の最下位ビットを分析することにより行う。

次に、標準電波受信装置は、時桁〜曜日桁に関して、１つの変化タイミングから次の変化タイミング間の最大２０分間のサンプリングデータに対して、一括して畳み込み加算処理及びビットデコードを実行する（ステップＳ２０２）。

次に、標準電波受信装置は、１０分桁からマッチング度、マッチング差分値によるビットデコード品質の評価を行い、十分なビットデコード品質が得られた場合は、さらに上位桁のデコード品質の評価を行う（ステップＳ２０３）。次いで、十分な品質が得られない場合でも、下位桁で繰り上がりが発生していない場合は、変化タイミングを無視して全サンプリングデータに対して、加算処理とビットデコードを行い、品質を評価する（ステップＳ２０４）。十分な品質が得られなかった場合、標準電波受信装置は、サンプリングを継続し、十分な品質が得られるまで繰り返す（ステップＳ２０５）。

以上の結果、十分な品質が得られている場合、標準電波受信装置は、変化タイミングから現在の分桁を算出し、全ての時刻データを得てデコードを完了する（ステップＳ２０６）。

以上の手順を実施することにより、標準電波のタイムコードをデコードすることが可能となり、従来のデコード処理で必要となっていたエラーデータに対する誤り訂正処理は不要となり、エラー対応のための複雑な制御シーケンスが不要となる。エラー検出処理又はエラー訂正処理が不要となる。結果的に、プログラムサイズが減少しシーケンスが単純化するためバグの発生が抑制されるという効果が得られる。

以上の第２の実施例においては、第１の実施例における効果に加えて、エラー復号に応じた再デコード処理が不用となると共に、受信時間の短縮、複雑な整合性検証処理が不用となる。
＜第３の実施例＞
図１２は、本発明の第３の実施例における標準電波受信装置において実行される処理手順を示している。ここで、本発明の１つの特徴である統計的マーカ位置検出及び統計正分マーカ位置検出の方法が実行される。かかる処理手順は、第１の実施例における構成（図３参照）において、そのプログラムを変更することにより実現され得る。図３に示される構成要素を適宜参照して、該処理手順について説明する。

先ず、標準電波受信装置１０は、そのサンプリング回路４１により、ＴＣＯ信号の波形を５０ｍｓ毎にサンプリングする（ステップＳ００１）。次いで、標準電波受信装置１０は、そのマイクロプロセッサ４４の制御の下に、該サンプリングデータに対する統計的ビット同期を行う（ステップＳ００２）。ここで、例として、５データのデータを積層したリストとするリスト化を行い、該リスト化されたデータの縦方向の畳み込み加算を行いグラフ化する。該グラフにおいて最小から最大に一様に変化する上昇エッジを同期起点としビット同期を得る。

次に、標準電波受信装置１０は、ビット同期されたサンプリングデータに対してビットデコードるよる符号判別を行う（ステップＳ００３）。ここで、マーカ符号”２”、バイナリ符号”０”及びバイナリ符号”１”の各々に対応するテンプレートパターンを用いたマッチング処理によりビットデコードを行い、マーカ符号”２”、バイナリ”０”符号及びバイナリ”１”符号の各々の何れであるかを識別する。尚、バラツキの大きいサンプルデータを除去するためにマスクパターンを併用しても良い。該マスクパターンは、例えば、サンプルリングデータにおける標準偏差を評価基準として標準偏差が所定値よりも大きいサンプリングデータをマスクするように作成される。

次に、標準電波受信装置１０は、識別された符号列に対して、統計的ポジションマーカ検出を行う（ステップＳ００４）。統計的ポジションマーカ検出は、本発明の１つの特徴であり、詳細については後述する。次いで、標準電波受信装置１０は、ポジションマーカの位置を基礎として、統計的正分マーカ検出を行う（ステップＳ００５）。統計的ポジションマーカ検出は、本発明の１つの特徴であり、詳細については後述する。これにより、サンプリングデータにおけるフレームが認識される。

次に、標準電波受信装置１０は、該フレームと、所定フォーマットとを照らし合わせることにより、タイムコードの各項目に分類するフォーマット整合を行う（ステップＳ００６）。ここで、各項目を抽出することにより時刻データが得られる。次いで、標準電波受信装置１０は、該時刻データの内容を検証する整合性検証を行う（ステップＳ００７）。時刻データの整合性の検証は、フォーマットとの適合性、年月日の実在等のチェックを行い有り得ないデータをエラーとする処理を行う。得られた分桁、時桁、通算日、曜日桁からなるタイムコードの値をまとめることにより標準時刻情報を再生することができる。該標準時刻情報は、表示あるいは時刻合わせ等の機能に提供される。

図１３は、第３の実施例におけるポジションマーカ位置を判別する方法を説明している。該検出方法は、図１２に示されるステップＳ００４において用いられる。ここで、ビットデコードされた符号列が６０秒以上の期間に亘ってあるものとする。

先ず、標準電波受信装置１０は、該符号列を１０秒周期でブロック化してリスト化を行う。本図の例では、０〜９秒間のブロックと、１０〜１９秒間のブロックと、２０〜２９秒間のブロックと、３０〜３９秒間のブロックと、４０〜４９秒間のブロックと、５０〜５９秒間のブロックとからなる６つにブロック化される。次いで、これら６つのブロックをリスト化周期１０秒に対応する１０秒間の横軸に積層してリストを作成する。次に、該リストについて、１０秒区間を横軸としてマーカ符号”２”の出現頻度を与えるヒストグラムを作成する。

ヒストグラムを参照すると、マーカ符号”２”の分布は、１０秒区間に亘って広がった分布を与えている。ポジションマーカは１０秒周期にて送信されることから、理想的なＴＣＯ信号では、１０秒のうちのある秒位置おいてのみ出現頻度を与えるはずである。しかし、現実のＴＣＯ信号は、ノイズによる波形の荒れあるいはＨ幅の変動により、ポジションマーカの誤検出が発生する。その結果、ヒストグラムの如くマーカ符号”２”の分布は広がった分布となる。尚、後述する正分マーカもマーカ符号”２”により与えられるが、６０秒周期にて１回して送信されないことから、以上の統計的処理においては無視することができる。

次に、標準電波受信装置１０は、ポジションマーカを検知するために、しきい値を”４”として判定を行う。これにより、出現頻度６を与える秒位置９秒においてポジションマーカを認識することができる。すなわち、ポジションマーカは、当該符号列の秒位置９、１９、２９、３９、４９、５９の位置にあることが認識される。以上の方式は、本発明において統計的ポジションマーカ検出方式と称している。

図１４は、第３の実施例における正分マーカ位置を判別する方法を説明している。該検出方法は、図１２に示されるステップＳ００５において用いられる。説明の容易性のために、ここでは、マーカ符号”２”のみが示されている。正分マーカはタイムコード信号におけるフレームの先頭に位置し１分に１回存在する。そこで、サンプリングデータを６０秒で畳み込み加算処理する。本図の例では、５分すなわち５回のサンプリングデータを畳み込み加算した例を示している。マーカ符号”２”の出現頻度のヒストグラムがグラフ化される。ここで、しきい値を４とし、マーカ符号”２”の出現頻度がしきい値以上のものをマーカと判別する。ポジションマーカに関しては、前述の統計的ポジションマーカの位置を判別する方法により位置が判別できているため、ポジションマーカを除去すれば正分マーカの位置を判別することができる。

以上のように、第３の実施例においては、ポジションマーカ及び正分マーカの位置の判別に統計的マーカ位置判別方法が用いられている。かかる方法は、統計的ビット同期方法をマーカ符号の検知に応用するものである。これにより、ノイズによりＴＣＯ信号の波形が乱れて正常なデコードが行われない場合や、パルス波形の"Ｈ"幅が変化するために正常にデコードされない場合、さらにはノイズ状況又は"Ｈ"幅が経時変化するような場合にも精確なマーカ符号の検知が可能となる。

なお、第３の実施例では、５回のリスト化データ群の加算によってマーカ符号の検出を行ったが、加算の回数はかかる事例に限定されるものではない。加算回数を増加させるほどマーカ符号の検出精度を向上させることが可能である。

本発明による標準電波受信装置及びタイムコード復号方法は、標準電波により与えられる標準時刻に基づいて時計の構成を行う電波時計のみならず、標準時刻に基づいてＴＶ録画を行うテレビ装置等の如く、精確な時刻情報に基づいた自動機能を備える各種装置に適用され得る。

標準電波のタイムコード信号に含まれるタイムコードの詳細を説明している説明図である。 標準電波のタイムコード信号を構成するパルス列を説明している説明図である。 本発明の第１の実施例を示し、本発明による標準電波受信装置の構成を示しているブロック図である。 第１の実施例における標準電波受信装置において実行される処理手順を示しているフローチャートである。 第１の実施例における一括デコード方法を説明している説明図ある。 第１の実施例における一括デコード方法をさらに説明している説明図ある。 第１の実施例において、フレーム内におけるタイムコードの位置桁を決定する方法を説明している説明図ある。 第１の実施例における１分桁コードのデコード方法を説明している説明図ある。 第１の実施例における１０分桁コードのデコード方法を説明している説明図ある。 第１の実施例における１０分桁コードのデコード方法をさらに説明している説明図ある。 第１の実施例における１０分桁コードのデコード方法をさらに説明している説明図ある。 第１の実施例における１０分桁コードのデコードにおけるオフセットに対するマッチング度の変化を示しているグラフである。 第１の実施例における時桁コード以降のコードのデコード方法を説明している説明図ある。 本発明の第２の実施例における標準電波受信装置において実行される処理手順を示しているフローチャートである。 本発明の第３の実施例における標準電波受信装置において実行される処理手順を示しているフローチャートである。 第３の実施例におけるポジションマーカ位置を判別する方法を説明している説明図ある。 第３の実施例における正分マーカ位置を判別する方法を説明している説明図ある。

符号の説明

１０ 標準電波受信装置
２０ アンテナ
３０ 高周波回路
４０ 主処理回路
４１ サンプリング回路
４２ ＲＡＭ
４３ 表示回路
４４ マイクロプロセッサ
４５ ＲＯＭ
５１ マスクパターン
５２ テンプレートパターン

Claims (11)

1. 複数のタイムコードを含む１フレームが連続するタイムコード信号を含む標準電波を受信し、前記タイムコードを復号する標準電波受信装置であって、
   前記フレームの複数個が連続する期間にわたって、前記タイムコード信号をサンプリングして時系列に生ずる複数の標本値からなる標本値列を蓄積する標本値列蓄積手段と、
   前記標本値列を、前記フレームの先頭位置を示すマーカ符号の予測周期毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、前記加算値列に基づいて前記マーカ符号の位置を判別するマーカ位置判別手段と、
   前記マーカ符号の当該判別位置に従って、前記複数のタイムコードの各々の位置を判別するタイムコード位置判別手段と、
   前記タイムコードの各々毎に、前記標本値列の中から前記タイムコードの位置に対応し且つ同一の値をとると予測される部分標本値列を抽出し、前記部分標本値列を畳み込み加算して加算値列を生成し、前記加算値に基づいて前記タイムコードの値を判別するタイムコード判別手段と、
   を含むことを特徴とする標準電波受信装置。
2. 前記タイムコード判別手段は、前記タイムコードとして、１分桁コード、１０分桁コード、時桁コード、通算日桁コード、年桁コード及び曜日桁コードの値を判別する手段であり、前記複数のフレームにわたって部分的に判別された該タイムコードの値に基づいて、前記複数のフレームのうちの少なくとも１つのフレームのタイムコードを復号する手段を更に含むことを特徴とする請求項１記載の標準電波受信装置。
3. 標準電波から、複数のタイムコードを含む１フレームが連続するタイムコード信号を復号するタイムコード復号方法であって、
   前記フレームの複数個が連続する期間にわたって、前記タイムコード信号をサンプリングして時系列に生ずる複数の標本値からなる標本値列を蓄積する標本値列蓄積ステップと、
   前記標本値列を、前記フレームの先頭位置を示すマーカ符号の予測周期毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、前記加算値列に基づいて前記マーカ符号の位置を判別するマーカ位置判別ステップと、
   前記マーカ符号の当該判別位置に従って、前記複数のタイムコードの各々の位置を判別するタイムコード位置判別ステップと、
   前記タイムコードの各々毎に、前記標本値列の中から前記タイムコードの位置に対応し且つ同一の値をとると予測される部分標本値列を抽出し、前記部分標本値列を畳み込み加算して加算値列を生成し、前記加算値に基づいて前記タイムコードの値を判別するタイムコード判別ステップと、
   を含むことを特徴とするタイムコード復号方法。
4. 前記タイムコード判別ステップは、前記タイムコードとして、１分桁コード、１０分桁コード、時桁コード、通算日桁コード、年桁コード及び曜日桁コードの値を判別するステップであり、前記複数のフレームにわたって部分的に判別された該タイムコードの値に基づいて、前記複数のフレームのうちの少なくとも１つのフレームのタイムコードを復号するステップを更に含むことを特徴とする請求項３記載のタイムコード復号方法。
5. 前記タイムコード判別ステップは、前記タイムコードを１分桁コードとした場合に、前記標本値列から１０分毎に部分標本値列を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項３記載のタイムコード復号方法。
6. 前記タイムコード判別ステップは、前記タイムコードを１０分桁コードとした場合に、前記標本値列から、前記１分桁コードの判別値を基にして１０分桁コードの値が変化しないと予想される１０分間の部分標本値列を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項５記載のタイムコード復号方法。
7. 前記タイムコード判別ステップは、前記タイムコードを１０分桁コードとした場合に、前記標本値列から、前記１分桁コードの最下位ビットの値が１０分毎に０又は１に変化する特性を基にして１０分桁コードの値が変化しないと予想される１０分間の部分標本値列を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項３記載のタイムコード復号方法。
8. 前記タイムコード判別ステップは、前記タイムコードを時桁コード、通算日桁コード、年桁コード及び曜日桁コードの各コードとした場合に、前記標本値列から、前記１０分桁コードの判別値を基にして、１０分桁コードの値が５から０に変化する時点の前後何れかの前記各コードが変化しないと予想される部分標本値列を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項６又は７記載のタイムコード復号方法。
9. 前記タイムコード判別ステップは、前記タイムコードを時桁コード、通算日桁コード、年桁コード及び曜日桁コードの各コードとした場合に、前記標本値列から、前記１０分桁コードの値が１０分毎に奇数又は偶数に変化する特性を基にして、前記１０分の前記各コードが変化しないと予想される部分標本値列を抽出するステップを含むことを特徴とする請求項３記載のタイムコード復号方法。
10. 前記マーカ位置判別ステップ及び前記タイムコード判別ステップの各々は、前記加算値列と、前記マーカ符号及び前記タイムコードを構成するバイナリ１又は０の何れかである各ビット符号の基準参照値列の各々との相関値を、前記ビット符号の周期毎に算出する相関算出ステップと、前記相関値に応じて、前記加算値例を構成する各ビット符号の値を判別する符号判別ステップと、を含むことを特徴とする請求項３乃至９の何れか１記載のタイムコード復号方法。
11. 標準電波から、複数のタイムコードを含む１フレームが連続するタイムコード信号を復号するタイムコード復号方法であって、
    前記タイムコード信号をサンプリングして時系列をなす複数の標本値からなる標本値列を生成するサンプリングステップと、
    前記標本値列を所定時間毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、前記加算値列に基づいて前記標本値列のビット同期点と定めるビット同期ステップと、
    前記標本値列をポジションマーカ符号の予想出現周期毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、前記ビット同期点及び前記加算値列に基づいて前記標本値列のポジションマーカ同期点を定めるポジションマーカ同期ステップと、
    前記標本値列を前記フレームの先頭を示すマーカ符号の予想出現周期毎に畳み込み加算して加算値列を生成し、前記ポジションマーカ同期点及び前記加算値列に基づいて前記標本値列のフレーム同期点を定めるフレーム同期ステップと、
    を含むことを特徴とするタイムコード復号方法。

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