JP5030001B2 - Time synchronization apparatus and time synchronization method - Google Patents
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本発明は、時刻同期、特にGPS衛星から送信される時報信号に基づき生成される時刻同期信号を使用した基地局の時刻同期に関する。同期を必要とする無線通信方式としては、PHS(Personal Handy-Phone System)、WiMAX(Worldewide Interoperability for Microwave Access)、LTE(Long Time Evolution)、次世代PHS等がある。これらの無線通信方式において、ハンドオーバ(通信接続されている基地局間切替)を行う場合、各基地局内部の時間タイミングが他基地局と絶対時間で同期がとれていることが必要である。 The present invention relates to time synchronization, and more particularly to time synchronization of a base station using a time synchronization signal generated based on a time signal transmitted from a GPS satellite. Wireless communication systems that require synchronization include PHS (Personal Handy-Phone System), WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), LTE (Long Time Evolution), and next-generation PHS. In these wireless communication systems, when performing handover (switching between base stations connected for communication), it is necessary that the time timing inside each base station is synchronized with other base stations in absolute time.
従来のこの種の時刻同期装置は、GPS通信衛星からの時報信号を受信できる場合には、GPS時報信号を受信してPPS(Pulse Per Second)信号を出力し、この信号に基づいてPPSクロックを発生することによりクロック同期行い、GPS通信衛星からの時報信号を受信できない場合には、基地局が発生しているRTC(Real Time Clock)によりクロック同期を行うようにしている(例えば、特許文献1参照)。PPS信号はGPS通信衛星からの時報信号を受信できない場合にも発生される。RTCはPPSクロックと一致するか監視され、一致しない場合はPPSクロックに基づいて補正される。なお、時報信号を受信したときに、RTCとPPS信号をカウントしたPSC(Pps Signal Counter)は初期化される。 When this type of conventional time synchronizer can receive a time signal from a GPS communication satellite, it receives the GPS time signal, outputs a PPS (Pulse Per Second) signal, and generates a PPS clock based on this signal. When the time synchronization signal cannot be received from the GPS communication satellite, the clock synchronization is performed by the RTC (Real Time Clock) generated by the base station (for example, Patent Document 1). reference). The PPS signal is also generated when the time signal from the GPS communication satellite cannot be received. The RTC is monitored to see if it matches the PPS clock, and if not, it is corrected based on the PPS clock. When a time signal is received, a PSC (Pps Signal Counter) that counts RTC and PPS signals is initialized.
図8は上記の従来技術を示すブロック図である。GPS受信部106は、GPS通信衛星によって提供される時報信号をアンテナ105により受信してPPS信号を出力すると共に、ラインL1を通じてこのPPS信号をPPS受信部107に送る。PPS受信部107は、PPS信号に基づいてPPSクロックを発生し、これをCPU101に提供する。PPS信号は、標準時報とほぼ等しい時報信号に基づいて発生される信号であり、1秒ごとに提供される信号である。
FIG. 8 is a block diagram showing the above prior art. The
従って、GPS通信衛星からの時報信号が受信可能な限りCPU101には、正確なタイミングのPPSクロックが提供され、クロック同期が正確に保たれる。ローカルクロック発生部102はRTCを発生しており、RTCはPPSクロックと一致するか、CPU101によって監視され、一致しない場合は、CPU101,ROM103およびRAM104によって構成される補正部により補正される。
Therefore, as long as the time signal from the GPS communication satellite can be received, the
しかしながら、上述した従来技術では、GPS衛星を利用した時刻同期装置は非常に正確な時刻を得ることができるが、一旦何らかの理由によりGPS通信衛星を捕捉できない状況になると、システム側のクロックはRTCにより秒単位で補正を行うようにしているが、RTCそのものが1秒程度の精度を前提とした回路であるため、このような補正方法では、UTC(Coordinated Universal Time:協定世界時)と同期したシステムを構築する場合、1秒程度の精度でしか補正できないので、正しい時刻を得ることができなくなるという第1の問題点がある。 However, in the above-described prior art, the time synchronization device using the GPS satellite can obtain a very accurate time, but once the GPS communication satellite cannot be captured for some reason, the system clock is generated by the RTC. Although correction is performed in units of seconds, since the RTC itself is a circuit that assumes an accuracy of about 1 second, such a correction method is a system synchronized with UTC (Coordinated Universal Time). Since it can be corrected only with an accuracy of about 1 second, there is a first problem that the correct time cannot be obtained.
また、GPS衛星を利用した時刻同期装置から出力される1PPS信号を毎秒カウントしたPSCの値と、RTCクロックの秒情報を比較し、RTCへ補正をかける構成のため、秒単位のレベルでしか正確な精度を保つことができないという第2の問題点もある。 In addition, the PSC value obtained by counting 1 PPS signal output from the time synchronizer using a GPS satellite and the second information of the RTC clock are compared and the RTC is corrected. There is also a second problem that high accuracy cannot be maintained.
本出願人は、このような問題点を解消するため、GPS通信衛星を捕捉できなくなると、ハンドオーバー状態にある他の基地局から移動局を経由して、その基地局がGPS通信衛星から受信している時報信号の時刻情報を取得し、取得した時刻情報により自己のクロック同期を行なうようにした時刻同期装置を先に提案した。しかし、この時刻同期装置では、基地局によって通信が中継される移動局の存在を必須の構成要素としているため、移動局が存在しない場合にはGPS通信衛星からの時報信号に基づく時刻補正ができないことになる。 In order to solve such a problem, the present applicant, when the GPS communication satellite cannot be acquired, receives the base station from the GPS communication satellite via the mobile station from another base station in the handover state. The time synchronization device that acquires the time information of the current time signal and that synchronizes itself with the acquired time information has been proposed. However, in this time synchronizer, since the presence of a mobile station to which communication is relayed by a base station is an essential component, time correction based on a time signal from a GPS communication satellite cannot be performed when there is no mobile station. It will be.
また、フレームタイミングを規定する第1のタイミング信号を発生しているPHP基地局において、GPS衛星からの受信信号に基づいて第2のタイミングを発生し、第2のタイミングによって第1のタイミングを較正する一方、隣接するPHP基地局からの制御信号を受信してフレームタイミングを検出し、自局のフレームタイミングとの差から自局の異常を判定する無線通信装置が公知である。しかし、この無線通信装置では、隣接するPHP基地局からの制御信号は、いわば受動的に受信してフレームタイミング同士を比較して単純に時間のみで判定しているため、正しい時刻に関する不確定な要素を排除できない。更に、WiMAX等の無線通信方式において要求される1usec レベルの高精度な時刻同期精度を期待することができない。 In addition, the PHP base station that generates the first timing signal that defines the frame timing generates the second timing based on the received signal from the GPS satellite, and calibrates the first timing based on the second timing. On the other hand, a wireless communication apparatus that receives a control signal from an adjacent PHP base station, detects a frame timing, and determines an abnormality of the own station from a difference from the frame timing of the own station is known. However, in this wireless communication apparatus, control signals from adjacent PHP base stations are passively received, and the frame timings are compared with each other and are simply determined only by time. The element cannot be excluded. Furthermore, it is not possible to expect a highly accurate time synchronization accuracy of 1 usec level required in a wireless communication system such as WiMAX.
解決しようとする問題点は、移動局が介在しない既存の基地局においてGPS衛星が捕捉できない状況に陥った際、基地局間の時刻同期を所定の精度で長時間安定して維持できない点である。 The problem to be solved is that the time synchronization between the base stations cannot be stably maintained for a long time with a predetermined accuracy when a GPS satellite cannot be captured in an existing base station without a mobile station. .
本発明は、GPS衛星を捕捉できないときに、GPS衛星を捕捉できている基地局から、そのことを保証する情報と共に自他基地局間の時刻ズレ情報を受信して、自基地局の時刻同期信号補正することを最も主要な特徴とする。 When the GPS satellite cannot be acquired, the present invention receives the time deviation information between the own base station and the base station that has acquired the GPS satellite together with the information guaranteeing the fact, and synchronizes the time of the base station. The most important feature is signal correction.
本発明は、GPS衛星を利用しているこれまでの時刻同期装置の基本構成を変更せずに、GPS衛星を捕捉不可能となった場合でも、システム運用可能な時間を長く取れるようにできるという利点がある。その理由は、GPS衛星が捕捉できなくなった基地局のUTCタイミングを、他の正常にGPS衛星を受信できている基地局からをもらい、基準精度以内であるか判定をしているからである。 According to the present invention, even if the GPS satellite cannot be captured without changing the basic configuration of the conventional time synchronization apparatus using the GPS satellite, the system can be operated for a long time. There are advantages. This is because the UTC timing of the base station that can no longer capture the GPS satellite is obtained from another base station that can normally receive the GPS satellite, and it is determined whether it is within the reference accuracy.
また、GPS衛星を利用しているこれまでの時刻同期装置において、GPSレシーバー内部の発振器を低価格のものへ変更が可能となることである。その理由は、従来は、ホールドオーバー発生時にシステムとして必要な時間が所定の精度に入るように高価なものを採用していたが、UTCタイミングから許容される精度以内であるか判定するため、使用するオシレータまたは周囲温度環境を含んだ実力値での対応が可能となるからである。 In addition, in the conventional time synchronizer using a GPS satellite, the oscillator inside the GPS receiver can be changed to a low-priced one. The reason for this is that, in the past, an expensive system was used so that the time required for the system when the holdover occurred was within the specified accuracy, but it was used to determine whether it was within the accuracy allowed from the UTC timing. This is because it is possible to cope with the actual value including the oscillator or the ambient temperature environment.
既存の基地局においてGPS衛星が捕捉できない状況に陥った際、長時間安定した基地局間の時刻同期を所定の精度で長時間安定して維持するという目的を、GPS衛星を正常に捕捉できている基地局において取得する基地局間の正確な時刻ズレにより補正することにより実現した。 When the existing base station falls into a situation where GPS satellites cannot be captured, the purpose of maintaining stable time synchronization between base stations for a long time with a predetermined accuracy can be captured normally. This was realized by correcting the time difference between the base stations acquired at the base station.
図1は、本発明が適用される無線通信システムの概略図であり、基地局100がアンテナ91を経由して、基地局200がアンテナ92を経由して相互の間で無線通信している様子を示す。基地局100はアンテナ81により、基地局200はアンテナ82により、それぞれGPS通信衛星(以下、「GPS衛星」と記す)から時報信号を受信して、これに基づいて基地局100と基地局200の間におけるクロック同期を行う。この時報信号は、UTCに極めて高い精度で同期したものである。
FIG. 1 is a schematic diagram of a wireless communication system to which the present invention is applied, in which a
基地局100と基地局200の位置は固定されており、相互に無線通信が直接可能な位置関係にあるものとする。従って、無線通信を行う際に発生する電波伝搬遅延時間も固定とみなすことができる。以下の説明では、基地局100をGPS衛星が捕捉できなくなった基地局とし、基地局200をGPS衛星が通常通り捕捉できている基地局とする。
It is assumed that the positions of the
図2は、基地局100,200の主要部を示すブロック図である。これらの基地局は、発振器11を内蔵するGPSレシーバー1,カウンター2,フレームタイミング制御部3,フレーム生成部4,無線電波入出力部5,演算部6,フレームタイミング検知部7,アンテナ8,アンテナ9およびメモリ10で構成されている。アンテナ8はGPS衛星捕捉用、アンテナ9は無線接続用であり、メモリ10は演算部6のワークメモリとして機能する。
FIG. 2 is a block diagram showing the main parts of
GPSレシーバー1は、アンテナ8を介してGPS衛星からの航法メッセージを受信し、航法メッセージを受信することにより各種の情報を得る。各種の情報とは、アルマナック(almanac)やエフェメリス(ephemeris)等に代表されるものである。
The
航法メッセージは、25 フレームから構成されている。更に、一つのフレームは 6 個のサブフレームから構成されている。1サブフレームの周期は 6 秒であり、1フレームの周期は 30 秒となる。従って、航法メッセージの周期、30 秒*25 フレーム=12.5 分となるので、航法メッセージ全てを受信するためには最短で12.5 分かかる。 The navigation message consists of 25 frames. Furthermore, one frame consists of 6 subframes. The period of one subframe is 6 seconds, and the period of one frame is 30 seconds. Therefore, since the navigation message cycle is 30 seconds * 25 frames = 12.5 minutes, it takes a minimum of 12.5 minutes to receive all the navigation messages.
エフェメリスデータとは、GPS衛星の正確な位置を示すデータであり、送信したGPS衛星固有の詳細情報である。エフェメリスデータは衛星自身の精密軌道情報であり約1時間ごとに更新される。アルマナックデータとは、各GPS衛星の概略位置を示すデータであり、送信したGPS衛星以外のデータも含んでいる。アルマナックデータは約1週間ごとにデータが更新される。エフェメリスデータとアルマナックデータは、GPSレシーバー1内部にも保存され演算に使用されるが、メモリ10にも一時的に保存可能な構成とされている。
The ephemeris data is data indicating the exact position of the GPS satellite, and is detailed information specific to the transmitted GPS satellite. The ephemeris data is the precise orbit information of the satellite itself and is updated about every hour. Almanac data is data indicating the approximate position of each GPS satellite, and includes data other than the transmitted GPS satellite. Almanac data is updated about every week. The ephemeris data and almanac data are also stored in the
GPSレシーバー1は、複数のGPS衛星からの航法メッセージを内部処理することにより、基地局位置情報、各GPS衛星情報、時間情報等を取得することが可能である。GPSレシーバー1は、内部処理後、10MHz のクロックと時刻同期信号である1PPS(1Pulse Per Second)信号をカウンター2,制御部3および演算部6へ出力する。
The
この10MHz のクロックと1PPS信号は、内蔵する発振器11の10MHz 出力をベースにGPS衛星からの情報を基に補正を実施するため、非常に正確なタイミングを持って出力されているものである。発振器11にはダブルオーブン型OCXO(Oven Controlled Xtal Oscillator)等が採用される。これによって、ホールドオーバー(HOLDOVER:GPS衛星が補足できず、GPS衛星からの時報信号で補正を掛けていない)状態での基地局運用を極力長くとれる。
The 10 MHz clock and 1 PPS signal are output with very accurate timing because correction is performed based on information from the GPS satellite based on the 10 MHz output of the built-in
GPSレシーバー1は、1PPS信号をフレームタイミング制御部3、演算部6およびカウンター2へ分配出力する。また、10MHz のクロックをフレームタイミング制御部3とカウンター2へ分配出力している。更に、時報信号を受信できなくなると、位置情報を演算部6へ出力し、アラーム情報を制御信号としてフレームタイミング制御部3へ出力する。そして、フレームタイミング制御部3から補正情報(補正位相量)を受けると1PPS信号を補正する。
The
カウンター2は、GPSレシーバー1からの1PPS信号の立上りエッジから10MHz のクロックをカウントし、クロックの数を逐次に演算部6へ出力する。このカウント値は、後述のように演算部6によりクリアされる。カウンター2は、常に正確な10MHz のクロックをカウントするので、カウント結果の精度は0.1usec に保たれる。
The
一方、無線電波入出力部5は、フレーム生成部4から入力されるフレームを他の基地局に向けてアンテナ9から無線出力し、他の基地局(基地局200とする)から無線出力されアンテナ9で受信されたフレームは、無線電波入出力部5を経由してフレームタイミング検知部7へ送られる。このようにして基地局100と基地局200との間で通信が行なわれる。
On the other hand, the radio wave input /
フレームタイミング検知部7は、フレームにおいてタイミング情報と位置情報を検知し演算部6へ送る。タイミング情報にはアラームデータが含まれることがある。アラームデータが含まれてない場合は、そのフレームは、GPS衛星が通常通り捕捉できている基地局から受信されたものであると見做すことができる。
The frame
演算部6は、正常状態においては、GPSレシーバー1からの1PPS信号および位置情報をフレームタイミング制御部3へ転送している。しかし、アラーム情報を受けたフレームタイミング制御部3からタイマー動作の開始要求を受けると、所定時間内にフレームタイミング検知部7からのタイミング情報と位置情報を待つことにより、ハンドオーバー可能な基地局が存在するかを見極める。その結果、見つからない場合は、その旨をフレームタイミング制御部3へ伝える。
The
一方、ハンドオーバー可能な基地局200が見つかった場合は、フレームタイミング検知部7から基地局200のタイミング情報と位置情報が入力するので、タイミング情報中のズレ情報による時刻から基地局100と基地局200の間の電波伝搬遅延時間を減算することにより、基地局100のタイミングズレを求める。ズレ情報とは基地局100の1PPS信号と基地局200の1PPS信号の見かけ上の時間差、タイミングズレとはズレ情報に電波伝搬遅延時間を補正した基地局100の1PPS信号と基地局200の1PPS信号の実態的な時間差をいう。
On the other hand, when the
ここで、基地局200からのタイミング情報には当然にアラームデータが含まれていないことに留意されたい。このため、上記タイミング情報は信頼するに足り、求めたタイミングズレによって正確な時刻同期が保証できることになるのである。GPSレシーバー1からの1PPS信号のタイミングと共にメモリ10に一時的に保存される。
Here, it should be noted that the alarm information is naturally not included in the timing information from the
演算部6は、タイミングズレを1PPS信号の補正情報としてフレームタイミング制御部3へ送り、フレームタイミング制御部3から補正後の1PPS信号をフレーム生成部4へ出力できた旨の通知を受けると、カウンター2をリセットする。ここまでの演算部6についての機能は基地局100においてのものである。
When the
基地局200における演算部6は、フレームタイミング検知部7からアラームデータを受けると、基地局100と基地局200のズレ情報を取得する。それには、フレームタイミング検知部7から受けたタイミング情報から基地局200における1PPS信号のタイミングを割り出し、このタイミングにおけるカウンター2からのカウント結果をズレ情報とする。
When the
フレームタイミング制御部3は、GPSレシーバー1からの各種ステータス情報やアラーム情報(制御信号)をRS−232C等を経由してシリアル通信により受信する。また、GPSレシーバー1の状態やステータスを変更するために、シリアル通信にて設定等の変更をすることが可能となるように構成されており、正常状態では演算部6からの1PPS信号および位置情報をフレーム生成部4へ出力している。
The frame
しかし、GPSレシーバー1からアラーム情報を受けると、演算部6へタイマー動作の開始要求を行なう。そして、演算部6からの補正情報により基地局100内部のタイミングズレが所定の精度以内であるかを判定する。この判定の結果、タイマー動作の開始要求から所定時間内に所定の精度以内の補正情報の入力がない場合には、フレーム生成部4に対して無線出力を停止させる。ハンドオーバー可能な基地局が見つからない旨の通知があった場合も同様である。
However, when alarm information is received from the
基地局100内部のタイミングズレが所定の精度以内である場合には、補正情報(補正位相量)をGPSレシーバー1へ送付する。更に、GPSレシーバー1からの補正後の1PPS信号を受けるとフレーム生成部4へ出力し、その旨を演算部6へ伝える。
When the timing shift within the
フレーム生成部4は、フレームタイミング制御部3からの1PPS信号を基準にフレームを生成する。このとき、1PPS信号のタイミング情報(場合によりアラーム情報を含む)および位置情報をフレームに含ませる。生成されたフレームは無線電波入出力部5へ送る。
The frame generation unit 4 generates a frame based on the 1PPS signal from the frame
無線電波入出力部5は、フレーム生成部4から入力されたフレームを他の基地局に向けてアンテナ9から無線出力する。このフレームによって他の基地局との間で通信が行なわれる。この結果、GPS衛星を捕捉できなくなった基地局100であっても、GPS衛星を捕捉できている基地局200からタイミング情報の供給を受けて、1PPS信号のタイミングを補正することによりUTCからの絶対精度を維持できることとなる。
The radio wave input /
なお、図1のGPS衛星捕捉用のアンテナ8と無線用のアンテナ9は、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。
The GPS
次に、本実施例の動作について、図3のタイムチャートと図4,図5のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the time chart of FIG. 3 and the flowcharts of FIGS.
図3は、基地局間で無線通信されるデータフレームを時系列的に示す。基地局100から送出されるデータフレーム301は、UTCに同期したものであり、UTCという、他の基地局からみても同期させるために有効な共通の時間タイミングを持たせている。他の基地局で受信したデータフレーム302の時間タイミングと、その基地局内部の時間タイミングとの差異をUTCからの時間差異として考えることにより、異なる基地局間での時間タイミングを共通化させることができる。
FIG. 3 shows data frames wirelessly communicated between base stations in time series. The data frame 301 transmitted from the
基地局100から送出されるデータフレーム301は基地局200へと送信される。基地局100と基地局200は物理的に離れているため電波伝搬遅延が発生する。この電波伝搬遅延の時間Ld1経過後に、基地局200へデータフレーム302が到着する。データフレーム302は基地局200内部でデータ処理される。基地局200内部でのデータ処理時間Mdは、装置固有のものであり時間変化は伴わない。この際、データフレーム302は、基地局200の内部タイミングと比較され、基地局100がデータフレーム301を送信したタイミングからどの程度遅延したかを測定し記憶される。
A data frame 301 transmitted from the
図2に即して言えば、基地局200の演算部6は、GPSレシーバー1からの1PPS信号のタイミングから、データフレーム302に含まれているタイミング情報から割り出した1PPS信号のタイミングまでの間において、カウンター2がカウントした10MHz のクロックの数をズレ情報とする。
Referring to FIG. 2, the
基地局100から送出されるデータフレーム301を受信後、基地局200内部において、所定の処置を実施した後、直ぐに基地局100へデータが送信される。直ぐにデータを送り返すのは、その時点での時間タイミングズレを極力直ぐに反映させるためである。
After receiving the data frame 301 transmitted from the
基地局2から送出されるデータフレーム303は、基地局200から規定の時間ごとに送信されるため、多少待ち時間が発生する。このときの待ち時間(=Fadj)は常に変動する可能性がある。基地局200から基地局100への電波伝搬遅延は、空間距離が変化していないためLd2=Ld1となるため、データフレーム303はLd2時間分遅延した後、基地局100へデータフレーム304として到達する。これらにより、基地局100から基地局200へ、基地局200から基地局100へとデータのやりとりを行う上で、時間的に変動要素が含まれるものは待ち時間Fadjとなる。
Since the data frame 303 transmitted from the
よって、時間変動要因を排除するために、待ち時間Fadjを含まないように処理することが肝要である。このためには、基地局200内部において、上記のズレ情報を時間差分情報としてデータフレーム303に含ませ基地局100へ送り返す。この結果、基地局100においては、データフレーム304を受信したタイミングではなく、データフレーム304に含まれフレームタイミング検知部7において検出されるタイミング情報中のズレ情報に基づいて、基地局100での時刻同期ズレを判断することになるので、Fadj分を考慮する必要がなくなるのである。
Therefore, in order to eliminate the time variation factor, it is important to perform processing so as not to include the waiting time Fadj. For this purpose, in the
図4は、GPS衛星捕捉不能状態発生時の処理を示す。GPS衛星補足不能状態が基地局100で発生した場合(図4のステップS1)、基地局100から近傍の他基地局である基地局200へアラームデータを送信する(ステップS2)。このとき、基地局200へ送信するデータフレームの中には、1PPS信号のタイミング情報と、場合によりアラーム情報を載せる。同時に、基地局100が送信する当該データフレームが他基地局で共通認識されるデータフレーム番号も載せる。
FIG. 4 shows a process when a GPS satellite cannot be captured. When a GPS satellite supplement impossible state occurs in the base station 100 (step S1 in FIG. 4), alarm data is transmitted from the
この共通認識されるデータフレーム番号とは、例えば、GPS−TIMEの開始時間である1980年1月6日からの経過時間等で識別する方法が考えられる。GPS−TIMEとの関連付けを採用することは、他のGPSを利用した時刻同期システムにおいて有益である。それは、当該システムの応用を考えたときに、GPS衛星からの航法メッセージを利用するという共通的な処理のためである。 For example, a method of identifying the commonly recognized data frame number by an elapsed time from January 6, 1980, which is a GPS-TIME start time, can be considered. Employing the association with GPS-TIME is beneficial in time synchronization systems using other GPS. This is because of a common process of using a navigation message from a GPS satellite when considering the application of the system.
基地局200にアラームデータが到達すると(ステップS3)、基地局200の演算部6は基地局100との間のズレ情報を取得して(ステップS4)、ズレ情報と基地局200の位置情報を基地局100へ送信する(ステップS5)。基地局100へズレ情報と位置情報のデータが到着すると(ステップS6)、演算部6が基地局200との時間差分を演算する(ステップS7)。
When the alarm data arrives at the base station 200 (step S3), the
そして、演算部6は、この演算結果が所定の精度以内であるかを判定する(ステップS8)。その結果、所定の精度以内であれば、通常通り継続運用する(ステップS9)。一方、所定精度外であれば、運用を停止し(ステップS10)、同時に、運用停止のアラームを上位ネットワーク等へ通知する(ステップS11)。
And the calculating
図5は、時間差分演算(ステップ4)の詳細を示し、基地局100の内部タイミングが、他のGPS衛星を正常に受信している正常動作の基地局200の内部タイミングとどの程度時間的なタイミングがずれているのかを算出するものである。
FIG. 5 shows the details of the time difference calculation (step 4). How much the internal timing of the
基地局200において、先ず、フレームタイミング検知部7からの位置情報により基地局100の位置を確認し(LCT1)、GPSレシーバー1からの位置情報により基地局200の位置(LCT2)を確認(ステップT2)する。次いで、LCT1とLCT2により基地局100と基地局200の間の直線距離D1を算出し(ステップT3)、そして電波伝搬遅延時間を算出する(ステップT4)。
In the
例えば、電波伝搬速度を簡易的に c=30,000km/sec とすると、基地局100と基地局200の空間距離が 2km であった場合、2km÷30,000km/sec≒6.7usecつまり、2kmの距離を電波が伝わるために、約 6.7usec 必要なことが分かる。同様に、各基地局間距離が分かれば、電波伝搬遅延時間を算出することができる。この際、周囲環境(温度、湿度、気圧)等により誤差が生じるが、1usec レベルの判定であれば無視できるレベルのため算出には考慮しない。よって、回路も簡素化できる。また、本周囲環境条件を考慮しないため、回路もシンプルなものとすることができるし、他の時刻同期システムへの応用も簡易となる。
For example, when the radio wave propagation speed is simply c = 30,000 km / sec, if the spatial distance between the
最後に、到着済み(図4のステップS6)のズレ情報から、算出した(ステップT4)電波伝搬遅延時間を減算する(ステップT5)ことにより、基地局100のタイミングズレが判明する(ステップT6)。
Finally, by subtracting the calculated (step T4) radio wave propagation delay time from the deviation information of the arrival (step S6 in FIG. 4) (step T5), the timing deviation of the
以上に説明したように、本実施例によれば、基地局100で何らかの理由によりGPS衛星を捕捉できなくなった場合においても、相互に無線通信が可能な位置関係にある基地局200があれば、基地局100の内部タイミングが所定の精度内であるかどうか判断が可能となる。本判断が可能となることで、GPSレシーバー1に内蔵されている発振器11の実力性能を最大限利用することができる。それにより、安全のためにという理由等で採用される非常に高価な発振器を搭載する必要が無くなり、コストダウンを図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, even when the
同時に、同じ性能の発振器を搭載した基地局であっても、発振器の最悪値を考慮して決定される運用停止までの時間が、実力値ベースで運用を継続できるため、運用停止までの時間を長くとることができる。また、実力値ベースで運用を継続できるため、同じ運用時間程度で良ければより低価格の発振器を搭載することもでき、コストダウンを図ることができる。 At the same time, even if a base station is equipped with an oscillator with the same performance, the time until operation stop determined based on the worst value of the oscillator can be continued on an actual value basis. Can take longer. Further, since the operation can be continued on the basis of the capability value, a lower-priced oscillator can be mounted if the same operation time is sufficient, and the cost can be reduced.
また、本実施例によれば、従来の基地局装置の構成をほとんど変更する必要がないため、追加コストも低く抑えることができる。 Moreover, according to the present Example, since it is almost unnecessary to change the structure of the conventional base station apparatus, additional cost can also be suppressed low.
なお、上記実施例では、基地局100の内部時間タイミングレベルを、UTCに対して1usec レベルとしたが、採用される無線通信方式システムによっては、例えば、10 usec レベルとしても良いし、絶対時刻精度に対するズレにより余裕があるシステムにおいては、10 usecとしても良い。
In the above embodiment, the internal time timing level of the
また、上記実施例では、GPS衛星の捕捉ができている基地局を基地局200の一つだけとしたが複数であっても良い。
In the above embodiment, only one
また、上記実施例では、GPSレシーバーを使用しているが、GLONASS(Global Navigation Satellite System)、またはGalileo(欧州版衛星測位システム)、またはGPSとGLONASSを併用利用したもの、またはGPSとGalileoを併用利用したもの、またGLONASSとGalileoを併用利用したもの、またはGPSとGLONASSとGalileoを併用利用したものでも良い。 In the above embodiment, a GPS receiver is used. However, GLONASS (Global Navigation Satellite System), Galileo (European version of satellite positioning system), a combination of GPS and GLONASS, or a combination of GPS and Galileo. It may be used, a combination of GLONASS and Galileo, or a combination of GPS, GLONASS, and Galileo.
また、上記実施例では、発振器100にダブルオーブン型OCXOを適用しているが、シングルオーブン型オシレータを適用すれば、コストは低下させることができる。但し、システムが許容できるUTCからのズレを超えてしまうまでの時間が短くなる。また、TCXO(Temperature Compensated Crysal Oscillator)等、オーブンなしタイプのオシレータを適用すれば、コストは更に低下させることができる。但し、システムが許容できるUTCからのズレを超えてしまうまでの時間がシングルオーブン型OCXOを適用したものよりも更に時間が短くなる。また、Rb発振器(Rubidium:ルビジウム)やCs発振器(Caesium:セシウム)等Rb発振器やCs発振器、より精度の高い発振器を使用することも可能であり、その場合は、システムが許容できる時間をより長くすることができる。しかし、コストは増加してしまう。
Moreover, in the said Example, although the double oven type OCXO is applied to the
また、上記実施例では、GPSレシーバーとの通信方式をRS−232Cとしているが、RS−422を利用したもの、またはGP−IBを利用したもの、またはIrDAを利用したもの、またはIEEE 1394を利用したもの、またはシリアルATA(Serial AT Attachment)を利用したもの、またはPCI Expressを利用したもの、またはUSB(Universal Serial Byus)を利用したもの、または他のパラレル通信方式を利用したものでも良い。 Moreover, in the said Example, although the communication system with a GPS receiver is RS-232C, the thing using RS-422, the thing using GP-IB, the thing using IrDA, or IEEE1394 is used. It is also possible to use a serial ATA (Serial AT Attachment), a PCI Express, a USB (Universal Serial Byus), or another parallel communication method.
本発明の実施例2として、その基本的構成は上記の通りであるが、GPSレシーバー1について更に工夫している。その構成を図6に示す。本図において、GPSレシーバー1をメイン動作機とし、GPSレシーバー1−1をサブ動作機とし、GPSレシーバー1と1−1からの1PPS信号および10MHz のクロックをセレクター12で選択出力する構成とする。
The basic configuration of the second embodiment of the present invention is as described above, but the
本構成により、GPSレシーバー1が何らかの理由で故障した際、他基地局からUTCと同期したタイミング情報を得ることができれば、サブ動作機であるGPSレシーバー1−1がバックアップ動作し、時刻同期装置の長時間運用が可能となる。本構成において、更に故障時等の装置安定性を求める場合は、バックアップ動作するGPSレシーバーを3以上の複数としても良い。
With this configuration, if the
更に、本発明の実施例3として、その基本的構成は上記の通りであるが、GPS衛星補足用のアンテナ8について更に工夫している。その構成を図7に示す。本図において、GPS衛星補足用のアンテナ8とGPS衛星補足用のアンテナ8−1は相互に独立して動作している。
Further, the basic configuration of the third embodiment of the present invention is as described above, but the
本実施例では、アンテナ8が何らかの理由で故障した際(例えば、誘導雷等で故障)、アンテナ8−1が独立して動作しているため、GPSレシーバー1−1がバックアップ動作し、時刻同期装置の連続運用が可能となる。同様に、GPSレシーバー1が何らかの理由で故障した際、GPSレシーバー1−1が単独でバックアップ動作し、時刻同期装置の連続運用が可能となる。
In this embodiment, when the
1 GPSレシーバー
2 カウンター
3 フレームタイミング制御部
4 フレーム生成部
5 無線電波入出力部
6 演算部
7 フレームタイミング検知部
8 アンテナ
9 アンテナ
10 メモリ
11 発振器
12 セレクター
8−1 アンテナ
1−1 GPSレシーバー
11−1 発振器
100 基地局
200 基地局
DESCRIPTION OF
Claims (8)
局の時刻同期装置において、
前記GPS衛星を捕捉できなくなるとアラーム情報を前記時刻同期信号のタイミング情
報と共に無線フレームに含ませて他基地局へ送信し、前記他基地局では前記タイミング情報により自基地局間の時刻ズレ情報を求めて基地局の位置情報と共に無線フレームに含ませて送信し、該無線フレームを受信した当該基地局ではアラーム情報が含まれていないことを確認して、前記時刻ズレ情報および前記位置情報により求まるタイミングズレに基づき前記時刻同期信号を補正することを特徴とする時刻同期装置。 In a base station time synchronization device using a time synchronization signal generated based on a time signal transmitted from a GPS satellite,
When the GPS satellite cannot be acquired, alarm information is included in a radio frame together with timing information of the time synchronization signal and transmitted to another base station. The other base station uses the timing information to indicate time shift information between its own base stations. send be included in the radio frame with the position information of the base station seeking, in the base station having received the radio frame to confirm that there are no alarm information, determined by the time shift information and the position information A time synchronization apparatus that corrects the time synchronization signal based on a timing shift.
局の時刻同期装置において、
前記時刻同期信号を高精度クロックと共に出力し、また前記時報信号を受信できなくな
るとアラーム情報を出力するGPSレシーバーと、
前記時刻同期信号の立上りエッジから前記高精度クロックの数を計数して出力しているカウンターと、
前記時刻同期信号のタイミング情報を含む無線フレームを生成するフレーム生成部と、
前記無線フレームを他基地局との間で送受信する無線電波入出力部と、
タイミング情報に前記アラーム情報があるときは、当該基地局と前記GPS衛星から時報信号を受信している他基地局との間のタイミングズレを算出する演算部と、
前記アラーム信号がないときは前記時刻同期信号のタイミング情報、前記アラーム信号
があるときは前記タイミングズレに基づき前記GPSレシーバーで補正された時刻同期信
号のタイミング情報を前記フレーム生成部へ出力するフレームタイミング制御部を有し、 前記他基地局では、前記無線電波入出力部で受信されたタイミング情報と自基地局のタイミング情報とから時刻ズレ情報を求めて基地局の位置情報と共に無線フレームに含ませて当該基地局へ送信し、当該基地局出の前記タイミングズレ算出に供することを特徴とする時刻同期装置。 In a base station time synchronization device using a time synchronization signal generated based on a time signal transmitted from a GPS satellite,
A GPS receiver that outputs the time synchronization signal together with a high-accuracy clock and outputs alarm information when the time signal cannot be received;
A counter that counts and outputs the number of high-precision clocks from the rising edge of the time synchronization signal;
A frame generation unit that generates a radio frame including timing information of the time synchronization signal ;
A radio wave input / output unit that transmits and receives the radio frame to and from other base stations;
When there is the alarm information in the timing information, a calculation unit that calculates a timing shift between the base station and another base station receiving a time signal from the GPS satellite,
Frame timing for outputting timing information of the time synchronization signal to the frame generator when there is no alarm signal, and timing information of the time synchronization signal corrected by the GPS receiver based on the timing deviation when there is the alarm signal The other base station obtains time shift information from the timing information received by the radio wave input / output unit and the timing information of the own base station, and includes it in the radio frame together with the position information of the base station. Transmitting to the base station, and used for calculating the timing deviation from the base station .
前記他基地局のフレームタイミング制御部は、前記時刻ズレ情報を前記フレーム生成部
へ出力し、
当該基地局の演算部は、受信した無線フレームに前記アラーム信号を検知しないときは、前記時刻ズレ情報によるタイミングから自他基地局間の電波伝搬遅延時間を減算して前記タイミングズレを算出することを特徴とする請求項2に記載の時刻同期装置。 When the arithmetic unit of the other base station detects the alarm signal in the received radio frame, it obtains the count value of the time determined by the timing information included in the radio frame as the time shift information,
The frame timing control unit of the other base station outputs the time shift information to the frame generation unit,
When the arithmetic unit of the base station does not detect the alarm signal in the received radio frame, the arithmetic unit of the base station calculates the timing deviation by subtracting the radio wave propagation delay time between its own and other base stations from the timing based on the time deviation information. The time synchronizer according to claim 2.
、前記演算部へタイマー動作の開始要求を行ない、演算部からの前記タイミングズレによ
る補正情報が所定の精度以内であるかを判定し、タイマー動作の開始要求から所定時間内
に所定の精度以内の補正情報の入力がない場合には、前記フレーム生成部に対して無線出
力を停止させることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の時刻同期装置。 When the frame timing control unit receives alarm information from the GPS receiver, the frame timing control unit requests the calculation unit to start a timer operation, and determines whether the correction information due to the timing shift from the calculation unit is within a predetermined accuracy. , when the request for starting timer operation there is no input of the correction information within a predetermined accuracy within a predetermined time period, according to claim 2 or claim 3, characterized in that to stop the wireless output to the frame generation unit The time synchronizer described in 1.
局の時刻同期方法において、
前記GPS衛星を捕捉できなくなると、アラーム情報を前記時刻同期信号のタイミング
情報と共に無線フレームに含ませて他基地局へ送信する手順と、
前記他基地局では前記タイミング情報により自基地局間の時刻ズレ情報を求めて基地局の位置情報と共に無線フレームに含ませて送信する手順と、
該無線フレームを受信した当該基地局ではアラーム情報が含まれていないことを確認して、前記時刻ズレ情報および前記位置情報により求まるタイミングズレに基づき前記時刻同期信号を補正する手順を有することを特徴とする時刻同期方法。 In a time synchronization method of a base station using a time synchronization signal generated based on a time signal transmitted from a GPS satellite,
When the GPS satellite cannot be captured, the alarm information is included in a radio frame together with the timing information of the time synchronization signal, and transmitted to another base station.
In the other base station, a procedure for obtaining time shift information between the base stations based on the timing information and transmitting it in a radio frame together with the position information of the base station ;
Characterized in that it has the steps in the base station having received the radio frame to confirm that there are no alarm information, corrects the time synchronization signal based on the timing deviation determined by the time shift information and the position information Time synchronization method.
局の時刻同期方法において、
前記時刻同期信号を高精度クロックと共に出力する手順と、
前記時報信号を受信できなくなるとアラーム情報を出力する手順と、
前記時刻同期信号の立上りエッジから前記高精度クロックの数を計数して出力する手順
と、
前記時刻同期信号のタイミング情報を含む無線フレームを生成する手順と、
前記無線フレームを他基地局との間で送受信する手順と、
タイミング情報に前記アラーム情報があるときは、当該基地局と前記GPS衛星から時報信号を受信している他基地局との間のタイミングズレを算出する手順と、
前記アラーム信号がないときは前記時刻同期信号のタイミング情報、前記アラーム信号
があるときは前記タイミングズレに基づき補正された時刻同期信号のタイミング情報を出
力する手順と、
前記他基地局では、前記無線電波入出力部で受信されたタイミング情報と自基地局のタイミング情報とから時刻ズレ情報を求めて基地局の位置情報と共に無線フレームに含ませて当該基地局へ送信し、当該基地局出の前記タイミングズレ算出に供する手順を有することを特徴とする時刻同期方法。 In a time synchronization method of a base station using a time synchronization signal generated based on a time signal transmitted from a GPS satellite,
Outputting the time synchronization signal together with a high-precision clock;
A procedure for outputting alarm information when the time signal cannot be received;
A procedure for counting and outputting the number of high-precision clocks from the rising edge of the time synchronization signal;
Generating a radio frame including timing information of the time synchronization signal ;
A procedure for transmitting and receiving the radio frame to and from another base station;
When there is the alarm information in the timing information, a procedure for calculating a timing shift between the base station and another base station receiving a time signal from the GPS satellite;
A procedure for outputting timing information of the time synchronization signal when there is no alarm signal, and outputting timing information of the time synchronization signal corrected based on the timing shift when there is the alarm signal ;
The other base station obtains time deviation information from the timing information received by the radio wave input / output unit and the timing information of the own base station, and transmits it to the base station by including it in the radio frame together with the base station position information. And a time synchronization method characterized by having a procedure for calculating the timing deviation from the base station .
前記時刻ズレ情報を無線フレームに含ませて送信する手順を有し、
当該基地局では、受信した無線フレームに前記アラーム信号を検知しないときは、前記時刻ズレ情報によるタイミングから自他基地局間の電波伝搬遅延時間を減算して前記タイミングズレを算出する手順を有することを特徴とする請求項6に記載の時刻同期方法。 In the other base station, upon detecting the alarm signal in the received radio frame, a procedure for acquiring the count value of the time determined by the timing information included in the radio frame as the time shift information;
Including the procedure of transmitting the time offset information by including it in a radio frame,
In the base station, when the alarm signal is not detected in the received radio frame, the base station has a procedure for calculating the timing deviation by subtracting the radio wave propagation delay time between its own and other base stations from the timing based on the time deviation information. The time synchronization method according to claim 6.
当該基地局の前記タイミングズレによる補正情報が所定の精度以内であるかを判定する
手順と、
前記タイマー動作の開始要求から所定時間内に所定の精度以内の補正情報の入力がない
場合には、無線出力を停止させる手順を有することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の時刻同期装置。 A procedure for making a timer operation start request upon receiving the alarm information;
A procedure for determining whether correction information due to the timing shift of the base station is within a predetermined accuracy;
8. The time according to claim 6, further comprising a step of stopping wireless output when correction information within a predetermined accuracy is not input within a predetermined time from the timer operation start request. Synchronizer.
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