JP5378258B2

JP5378258B2 - Ｇｐｓ腕時計

Info

Publication number: JP5378258B2
Application number: JP2010026718A
Authority: JP
Inventors: 拓史萩田
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: JP2011163911A

Description

本発明は、ＧＰＳ腕時計に関する。

現在、我々の生活は様々な無線受信機に囲まれている。
無線受信機は有線の受信機と比較した場合、ケーブルを接続する必要がないため、携帯型の受信機として特に適している。

例えば現在広く利用されている受信機として、ＧＰＳ受信機が挙げられる。ＧＰＳ信号は高度約2万メートルの軌道を周回しているＧＰＳ衛星から送信されており、このＧＰＳ衛星には原子時計が備えられている。ＧＰＳ信号には、この原子時計により作り出される時刻情報が含まれており、複数の衛星からこの時刻情報を受信し、処理することで自己の位置を算出することができる。
このように、ＧＰＳ衛星から送信される無線信号を受信することで、移動しながらでも自己の現在位置を知ることができ、例えばカーナビゲーションシステムなどで広く利用されている。

ＧＰＳ信号の別の利用方法として、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報による時刻修正が挙げられる。前述の通り、ＧＰＳ信号には原子時計により生成される正確な時刻情報が含まれており、これを受信することで正確な時刻情報が得られる。そこで、機器の内部に時刻計時装置を備えている機器において、ＧＰＳ信号を受信する機能を付加し、それによってＧＰＳ信号に含まれる時刻情報を受信し、受信した時刻情報に基づいて内部時計を修正すれば、常に正確な時刻を得ることができる。例えば腕時計にＧＰＳ受信機能を付加すれば、常に正確な時刻を腕時計に表示することができ、非常に有用である。

自動で正確な時刻への修正を行う時計としては、長波電波修正時計が広く知られている。これは、長波(LF)帯の標準電波を利用するものである。標準電波とは、長波帯の搬送波(40k〜77.5kHz)に世界標準時の情報を重畳させた信号であり、日本、アメリカ、ドイツ等で送信されている。標準電波を受信する受信機を腕時計の筐体内に搭載し、例えば一日一回、所定の時刻に受信動作を行い、受信した情報に基づいて内部の時計を修正するものである。
このような動作によって、時計の時刻表示は常に一定の小さな誤差の範囲内に収まることになる。標準電波の特徴としては、信号帯域周波数が低いことと、信号帯域幅が非常に狭帯域であることが挙げられる。この標準電波の特徴は、良くも悪くも長波電波修正時計の特徴を決定付けている。

まず、信号帯域周波数が低いため、受信機を非常に低消費電力にすることができる。例えば非特許文献1によれば、電圧1.1V、消費電流 38uAという、非常に低消費電力の受信回路が報告されている（但し、信号処理に伴う消費電力は含まない）。これは腕時計という他の携帯機器に比べても低消費電力化の要求が厳しい機器にとって、非常に好適な特徴と言える。
また、信号が非常に狭帯域であるため、信号処理に高速処理が求められない。そのため、低消費電力に特化したCPUを用いることが出来る。これも、腕時計という機器に非常に好適な特徴である。

一方、標準電波の特徴から生じる問題点もいくつかある。
まず、標準電波の送信されていない地域では、時刻修正を行うことが出来ない。これは地上-地上間通信を行っている以上仕方のないことである。
また、狭帯域であるがゆえに、タイムコードが非常に長く、時刻修正に非常に長い時間がかかる。具体的にはタイムコードの一周期が1分であるため、通常は短くても1分、長い場合には1回の受信に5分以上かかることもある。これもタイムコードの仕様上、改善が難しい問題である。

これらの問題点を解決する手段として、前述のＧＰＳ受信機能付き腕時計（以降、ＧＰＳ腕時計と呼ぶ）が期待されている。ＧＰＳ信号は衛星-地上間通信であり、衛星の周回軌道は全世界にまたがっているため、世界中のどこでも受信を行うことができる。また、送信データの周期が標準電波に比べて短いため、長波電波修正時計に比べて短時間で時刻修正が可能となる。

ＧＰＳ腕時計の問題点としては、消費電力が大きいという点が挙げられる。そのため、時刻修正に最低限必要なデータのみを受信して受信時間を短くすることで、実効的な消費電力を低減する技術が提案されている。しかしその場合、受信するデータ量自体が少なくなるため、誤受信率が上昇してしまうといった問題が生じる。すなわち、受信したデータが正しいかどうかの判断が十分にできず、誤った受信データで時刻修正をしてしまう恐れがある。

そこで、受信したデータと、内部時計の時刻とを比較することで、受信したデータの確からしさを求める技術が提案されている。（例えば特許文献1参照）。

特許文献1に示されている技術について、図１２を用いて説明する。図１２は、特許文献1に示されている技術内容を、その主旨が変わらない範囲で簡略化したものである。

まず計測処理を開始(S102)し、時刻データを受信(S103)する。そして受信した時刻データと、内部時計の時刻データとを比較する。

受信した時刻データと内部時計の時刻データが一致していれば、受信した時刻データは正しいと判断するものである。但し内部時計は有限の精度を有しているため、ある程度の誤差を許容する必要がある。この誤差の範囲を許容誤差範囲と呼ぶ。そして受信した時刻データと内部時計の時刻データとの差分を修正時間差として求め、この差分が許容誤差範囲より小さければ、受信エラー判定の結果、受信は成功したと判断して、受信した時刻データで内部時計を修正した後、受信動作を終了する(S104,S105,S106)。

もし受信した時刻データと内部時計の時刻データの差分が許容誤差範囲より大きければ、受信した時刻データは誤りであり受信は失敗したと判断し、受信動作を終了する(S104,S106)。

上記技術は次のような考え方に基づくものである。
受信した時刻データと内部時計の時刻データに差異が生じる原因は２種類に分けることができる。１つは内部時計が真の時刻からずれている場合、もう１つは受信した時刻データが誤っている場合である。内部時計の精度を考慮して、受信した時刻データと内部時計との差異が前者によるものなのか、後者によるものなのかを判断する。もし前者である場合には、受信した時刻データは正しいと判断して時刻修正を行い、後者によるものである場合には、受信した時刻データは破棄する。

以上のように、必要な情報のみを受信し、かつ受信時刻と内部時刻との誤差が所定値以内の場合のみ時刻修正を許可することで、低消費電力化を実現しながら誤受信の確率を低く
抑えることができる。

特開2000-199792

電気学会研究会資料電子回路研究会 ECT-08-59〜63 「水晶フィルタレスCMOS電波時計受信回路」

特許文献１に示した技術は誤受信率を低くする効果があるものの、電波環境が悪く、受信信号のビットエラーレート(以降BERと呼ぶ)が高い環境においては、受信成功率を低くしてしまうといった問題があることがわかった。すなわち、ビットエラーを許容することができないため、1ビットでもエラーがあった場合に、受信失敗となってしまう。

上記問題点を具体的に説明するため、ここでＧＰＳ信号のフォーマットについて簡単に説明する。ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報は、TOWと呼ばれる１７ビットの情報で表わされる。TOWは日曜日の午前０時００分００秒からの経過秒数を表わしており、毎週日曜日の午前０時００分００秒にリセットされる。TOWは6秒に1回送信されており、毎回送信時に1つずつインクリメントされる。すなわちTOWの1は6秒を表わしている。
例えばＧＰＳ信号を受信した時点での正しい現在時刻に対応した正確なTOWが、「０１０１０００１０１１１００１０１」であったとする。これは十進数で表現すると４１７０１となり、日曜日０時００分００秒から２５０２０６秒後であることを表わしている。すなわち受信時の日時は、火曜日の２１時３０分６秒となる。

ここで具体例として、前述の火曜日２１時３０分６秒のTOWを受信した場合について説明する。受信信号には必ずノイズが含まれているため、その信号を受信、デコードして得たTOWも、有限のビットエラーレートを有している。
現在の正しいTOWが、「０１０１０００１０１１１００１０１」であるのに対して、受信時に１ビットのビットエラーが生じて左から３番目のビットが反転し、「０１１１０００１０１１１００１０１」であったとする。このような場合、内部時計が正確であったとすると、受信した時刻データと内部時計の時刻データとの差異が９８３０４秒となってしまい、受信は失敗と判断されてしまう。すなわち、受信データに１ビットでもビットエラーが生じると、受信は失敗と判断されてしまう。

上記問題点がどの程度問題であるか、定量的に説明する。受信したデータのビットエラーレートを３%とすると、TOW１７ビットを受信する場合、受信に失敗する確率、すなわち１７ビット中１ビット以上エラーになる確率P_NGは次式で表わされる。但し^は累乗を表わす。
P_NG=1-0.97^17=0.40
つまり、１０回中４回は受信失敗となってしまう。すなわちＧＰＳ腕時計の使用者（以降ユーザーと呼ぶ）から見れば、受信結果の確認をした際に、１０回中６回しか受信に成功しないことになる。これは常に正確な時刻を示すことを目的とするＧＰＳ腕時計にとって致命的な問題である。

本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的とするところは、誤受信率を低く抑
えつつ、高い受信感度を実現した受信機を内蔵したＧＰＳ腕時計を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明のＧＰＳ腕時計は、以下のような構成を採用する。

現在時刻情報を含む無線信号を受信する受信部と、
源振による発振信号を生成するとともに、前記発振信号を分周して時間基準信号を出力する発振部と、
前記時間基準信号をカウントして求められたデータを内部時刻として計時する計時部と、
前記源振の周波数精度から前記内部時刻データの許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、
前記許容範囲によって、受信した前記現在時刻情報の受信エラーの有無を判定する受信エラー判定部と、
前記受信エラーの有無に応じて、受信した前記現在時刻情報で前記内部時刻データを修正する時刻修正手段と、を有する受信機であって、
受信した前記現在時刻情報と前記内部時刻データとを、対応するビットごとに比較して、同一でないビットの数を計数する差異ビット計数手段と、
前記許容範囲設定手段で設定した前記内部時刻データの許容範囲内にある全時刻データのビットパターンを生成する全ビットパターン生成部と、
をさらに有し、
前記受信エラー判定部で受信エラーが有ると判断した場合、受信した前記時刻情報のビットパターンと前記全ビットパターン生成部で生成した各々の時刻データのビットパターンとの比較を行なって、前記差異ビット計数手段において計数された同一でないビットの数が所定値以下となるビットパターンで表わされる時刻データによって前記内部時刻を修正する。

前記許容範囲設定手段は、前記源振の周波数精度の許容差に基づき、前回の内部時刻修正時からの経過時間に応じて演算された現在時刻からの最大および最小と推定される時刻データを、前記内部時刻データの許容範囲として設定することができる。

許容範囲設定部は、前記内部時刻データの許容範囲に対するしきい値が設けられており、前記内部時刻データの許容範囲が、前記しきい値を超えたと判断された場合には、前記時刻修正手段の動作を停止することができる。

前記差異ビット計数手段は、前記全ビットパターン生成部で生成された各時刻データのビットパターンで、対応するビット位置にあるビット値が、各時刻データでいずれも同じであるビットは、比較の対象から除外することができる。

本発明におけるＧＰＳ腕時計は、受信した現在時刻情報と内部時刻データとを、対応するビットごとに比較して、同一でないビットの数を計数する差異ビット計数手段と、源振の周波数精度に基づく内部時刻データの許容範囲内にある全時刻データのビットパターンを生成する全ビットパターン生成部とを有しており、受信エラー発生時には、差異ビットの数が所定値以下となるビットパターンで表わされる時刻データを用いて内部時刻を修正するものである。
このような構成とすることにより、内部時計にある範囲の誤差を許容しながら、所定のビ
ット数までのエラーを許容することができる。その結果、誤受信率を低く抑えながら、高い受信感度を実現することが可能となる。
また、前記内部時刻データの許容範囲に対するしきい値を設け、前記内部時刻データの許容範囲が、前記しきい値を超えたと判断された場合には、前記時刻修正手段の動作を停止することもできる。このような構成とすることで、内部時計の誤差が大きい場合に、信号処理の負荷を軽減すると共に、誤受信率の上昇を防ぐことができる。
また、前記差異ビット計数手段は、前記全ビットパターン生成部において生成された全ビットパターンにおいて、対応するビット位置にあるビット値が、各時刻データでいずれも同じであるビットは、比較の対象から除外することもできる。このような構成とすることで、比較動作の負荷を軽減することができる。

本発明の実施例１に記載のＧＰＳ腕時計を示す概略図である。本発明の実施例１に記載のＧＰＳ腕時計の内部を示す概略図である。本発明の実施例１に記載のＧＰＳ腕時計で用いるパッチアンテナを示す構造図である。本発明の実施例１に記載のＧＰＳ腕時計の機能を示すブロック図である。本発明の実施例１に記載のＧＰＳ腕時計の照合動作のフローチャートである。本発明の実施例１および２に記載のＧＰＳ腕時計の照合動作を説明する説明図である。本発明の実施例２に記載のＧＰＳ腕時計の照合動作のフローチャートである。本発明の実施例３に記載のＧＰＳ腕時計の照合動作のフローチャートである。本発明の実施例３に記載のＧＰＳ腕時計の照合動作を説明する説明図である。本発明の実施例４に記載のＧＰＳ腕時計の照合動作のフローチャートである。本発明の実施例５に記載のＧＰＳ腕時計の照合動作のフローチャートである。従来のＧＰＳ腕時計の時刻修正動作を表わすフローチャートである。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。

（概要構成）
図1は、本発明におけるＧＰＳ腕時計を示す概略図である。ＧＰＳ腕時計は、その表面に文字板11、秒針、分針、時針等の指針12が配置される時刻表示部と、外装である時計ケース13と、時計ケース13の外部にリューズ14、プッシュボタン15が配置される外部入力部等により構成されている。また図示はしないが、文字板11のすぐ裏には、太陽光を受けて発電する太陽電池が配置されている。

図2は、図1の文字板および太陽電池を外した状態を表わしている。時計ケース13の中に、アンテナ21と、電池22とが12時-6時方向に直列に配置されている。そしてアンテナの上方に指針12を駆動するための輪列23が配置されており、リューズ14がこの輪列23の一部と接している。また、アンテナ21と電池22の裏側には円形の回路基板24が配置されている。図示はしないが、この回路基板24の表面に受信回路、CPUやそれらの動作に必要な周辺部品等が実装されている。

アンテナ21は、ＧＰＳの信号を効率良く受信するため、右旋回円偏波特性を有するパッチアンテナとなっている。パッチアンテナの構造を図3に示す。パッチアンテナは高さの低い直方体の誘電体31を二つの電極で挟む形で構成されている。電波を受信する側の電極を
受信電極32、反対側の電極をグランド電極33と呼ぶ。受信電極32上には信号を取り出し次段へ出力するための給電点34が設けられている。本実施形態においては、アンテナ21は文字板11のすぐ裏に、受信電極32を文字板側に向けるように配置されている。この時、文字板は電波を透過させるため、プラスチックで形成されている。

電池22は、コイン型の二次電池となっている。電池22の電気的特性としては、受信時には10mA以上の大電流が必要となるため、電流容量の大きな二次電池を使用している。
前述の太陽電池で電池22を充電することで、電池交換の必要がない、所謂太陽電池腕時計を構成している。

時計ケース13は、ステンレスで構成されている。これは時計としての美観、質感のためである。またリューズ14およびプッシュボタン15についても同様に、ステンレスで構成されている。
ＧＰＳ腕時計は以上のような主要部材から構成されている。

（ブロック構成）
図4は、本実施例におけるＧＰＳ腕時計の機能ブロック図を示している。
ＧＰＳ腕時計はアンテナ21と、SAWフィルタ44と、受信部41と、CPU42と、電池22と、太陽電池46と、TCXO47とで構成されている。またその他に、各部の動作に必要なコンデンサ等の周辺部品も多数存在するが、ここでは省略する。

SAWフィルタ44は不要な周波数帯のノイズを除去するためのものであり、その中心周波数はＧＰＳ信号のL1帯である1575.42MHzに設定されている。温度補償型水晶発振器（TCXO）47は受信回路45のリファレンスクロックとして用いられている。
受信部41は受信したＧＰＳ衛星からのRF信号を増幅し、RF信号の周波数帯より低い周波数帯の信号(以降IF信号と呼ぶ)へと変換し、A/D変換器でデジタル信号へと変換する。また受信部４１は狭帯域（数MHz）のフィルタを備えており、不要な周波数帯のノイズを除去する機能を備えている。そしてデジタル化された信号に対して、逆拡散およびフィルタリングを施すことで航法データを復元し、CPU42へ出力する。

CPU42は、入力された航法データを処理する受信信号処理部421と、時刻を計時および表示する時計制御駆動部422とで構成されており、時計制御駆動部422は、現在時刻を計時する内部時計4221と、内部時計の情報に基づいて指針12を駆動することで現在時刻を表示する駆動回路4222とで構成されている。CPU42は受信信号処理の他に通常の時計動作の制御も行っているため、時計制御駆動部422で、内部時刻を計時するとともに、前述の指針12を駆動したり、リューズ14やプッシュボタン15からの入力信号を受けて、内部時刻を修正するなどの動作を行っている。
また、電池22および太陽電池46がCPU42に接続されており、電池22よりCPU42へ電力を供給する。そして太陽電池46が発電を行っているときには発電した電力を電池22へ充電する。このような構成とすることで、電池22は有線での充電動作などをせずに、CPU42へ安定した電力を供給することが可能となる。
またCPUのクロックを生成するために水晶振動子45が時計制御駆動部に接続されている。これによってCPU４２のクロックが生成され、受信信号処理部421もこのクロックをリファレンスとして動作する。

（受信部の動作）
ここから、本実施例におけるＧＰＳ腕時計の動作について説明する。
通常時、ＧＰＳ腕時計は普通の腕時計と同様に、時刻を計時している。すなわち、時計制御駆動部422が1秒に1回、指針12を駆動することでユーザーに時間を報知している。

受信タイミングになると、CPU42は受信部41を起動し、受信部41は受信動作を開始する。まず始めに、受信動作について説明する。アンテナ21で電磁波から電気信号へと変換されたＧＰＳ信号は、50Ωの出力インピーダンスでSAWフィルタ44へと出力される。SAWフィルタ44は通過周波数帯域がＧＰＳ信号の帯域とほぼ等しく設定されており、遮断周波数帯域における遮断特性は40dB以上となっている。すなわち、ＧＰＳ信号の帯域内の成分（ＧＰＳ信号+ノイズ）は次段へと通過させ、ＧＰＳ信号の帯域外の成分は遮断することになる。なお、SAWフィルタ44の出力インピーダンスは50Ωに設定されている。

SAWフィルタ44を通過した信号は受信部41に入力される。受信部41の入力インピーダンスは50Ωに設定されている。受信部41に入力された信号はLNAで増幅され、フィルタ回路でフィルタリングされた後、周波数変換回路で周波数をRFからIFへと変換されて、A/D変換回路でデジタル信号へと変換され、CPU42へと出力される。
周波数変換回路を動作させるためにはローカル信号が必要となるが、本実施例においては、TCXO47の信号をリファレンスクロックとしてPLL回路へ入力することで、所望のローカル信号を生成している。

（信号取得動作）
受信信号処理部421に信号が入力されると、受信信号処理部421はまず信号の捕捉動作を行う。捕捉動作とは、受信した信号と内部で生成しているPRN符号（以降レプリカPRNと呼ぶ）との相関を求める動作であり、相関値が所定値を超えた場合に捕捉成功として捕捉動作を終了する。
捕捉動作が終了すると、受信信号処理部421は追尾動作へと移行する。追尾動作とは、受信した信号の位相とレプリカPRNの位相がずれないように制御しながら、逆拡散を連続的に行うことで航法データを復元する動作である。追尾動作時の位相の制御方法としては、DLL(Delay Locked Loop)やTDL(タウ・ディザループ)が広く知られており、ここではその説明は省略する。
受信信号処理部421は、捕捉動作に成功した瞬間から、ＧＰＳ信号に含まれる復調信号（以降航法データと呼ぶ）を取得する。

航法データの取得を開始すると、受信信号処理部421はプリアンブルの探索を開始する。受信信号処理部421は、内部に正しいプリアンブルパターン（以降レプリカプリアンブルと呼ぶ）と、8ビットの信号を格納するレジスタ（以降プリアンブルレジスタと呼ぶ）とを有しており、受信部41から入力される航法データを、プリアンブルレジスタに格納する。そしてプリアンブルレジスタに格納された航法データと、レプリカプリアンブルとを比較し、両者が一致しないと判断した場合、航法データを1ビット更新した後に、再度航法データとレプリカプリアンブルとの比較を行う。そして両者が一致したと判断した場合、プリアンブルを検出したとしてTOW取得動作へと移行する。

もし受信開始から所定時間（例えば６秒間）経過してもプリアンブルが検出できない場合、受信失敗として受信動作を終了する。

TOW取得動作へと移行すると、受信信号処理部421はTOWが入力されるまで、入力された航法データを破棄する。具体的にはプリアンブルを検出後、２２ビットはTOW以外のデータが取得されるため、これらのデータを破棄する。そしてプリアンブル検出後、２３ビット目からをTOWとして、受信データを取得する。そしてTOW１７ビットが格納された時点でTOW取得動作を終了する。その後、取得したTOWが正しいかどうか、照合動作へと移行する。

（照合動作）
図４の受信信号処理部421には、照合動作を司るいくつかのブロックが示されている。ここから受信信号処理部421での照合動作について、図５のフローチャートを参照しながら
説明する。

TOW１７ビットの取得が完了した時点で照合動作を開始する（S１１）。
まず内部時計を参照して、内部時計の時刻t_isを日曜日０時００分００秒からの経過時間で表わす（S１２）。例えば内部時計の曜日が火曜日となっており、時刻が２１時２９分５９秒であった場合、t_isは２５０１９９秒となる。

次に前回時刻修正時からの経過時間と、既知の時計精度とから、現在の内部時計の誤差許容範囲△teを許容範囲設定手段４２１１で求める（S１３）。例えば前回時刻修正時からの経過時間が336時間（14日間）、時計精度が月差±15秒とすると、誤差許容範囲は±7秒となる。

次に内部時計の時刻と、受信したTOWとの時間差を求め、先に求めた許容誤差範囲と比較する（S１４）。そして内部時計と受信したTOWとの時間差が許容誤差範囲内であった場合、受信エラー判定の結果受信に成功したと判断して、受信したTOWで内部時計を修正する（S２０）。この動作は、先に示した特許文献１に示されている技術と同様である。

本実施例における照合動作は、内部時計と受信したTOWとの時間差が許容誤差範囲外であった場合の動作が従来技術とは異なる。この場合の動作が本実施例の特長を表わすものであり、以降、そのような場合の動作について説明する。

例えば内部時計が火曜日の２１時２９分５９秒となっていたとする。この時刻情報を日曜日０時００分００秒からの経過秒数で表わすと２５０１９９秒となる。受信したTOWが「０１１１０００１０１１１００１０１」であった場合、これを十進数で表わすと３４８５１０秒となる。これらの時間差を求めると９８３１１秒となる。これは先に求めた許容誤差範囲±７秒より大きいため、S１４での判定はNoとなる。

次に内部時計４２２１の時刻と、許容範囲設定手段４２１１の許容誤差範囲△teとから、TOWとして考えられる全パターンを全ビットパターン生成部４２１２で生成する（S１５）。このパターン生成について、図６を用いて説明する。横軸は正しい現在時刻を、T1はTOWを受信した瞬間の内部時計の時刻を、T2はT1から5秒進めた時刻を、T3は許容誤差範囲△teを表わしている。

まずTOWを受信した時点で内部時計はT1の時刻を示していたとする。TOWの時刻は次のサブフレーム開始タイミングの時刻を表わしており、TOWの最後のビットから次のサブフレーム開始タイミングまでは約５秒（以降、簡単のため５秒とする）あるため、内部時計の誤差がゼロである場合、受信したTOWの時刻と、内部時計を５秒進めた時刻とは等しくなるはずである。すなわち、T2の時刻と受信したTOWの時刻は等しくなるはずである。

実際には前述の通り内部時計はある範囲で誤差を持つため、T2の時刻から外れはするが、前述の誤差許容範囲△te内、すなわちT3の範囲内に正しいTOWが存在するはずである。T3の範囲内で取り得るTOWは「０１０１０００１０１１１０００１１」、「０１０１０００１０１１１００１００」、「０１０１０００１０１１１００１０１」の３通りである。そこで、これら３通りのTOW時刻を内部で生成する（S１５）。これら取り得るTOW時刻を以降、TOW候補と呼ぶ。

このようにしてパターンを生成した後、各TOW候補と、受信したTOWとを比較し、それぞれについて差異ビット数を差異ビット計数手段４２１３で計数する（S１６）。そして差異ビット数が最小となるTOW候補を選択する（S１７）。例えば受信したTOWが「０１１１０００１０１１１００１０１」であった場合を考えてみる。これは、現在の正しいTOWが、
「０１０１０００１０１１１００１０１」であるのに対して、受信時に１ビットのビットエラーが生じて左から３番目のビットが「０」から「１」に反転したものである。このような場合、内部時計が正確であったとしても、受信した時刻データと内部時計の時刻データとの差異が９８３０４秒とみなされてしまい、受信は失敗したと判断することになる。すなわち、受信データに１ビットでもビットエラーが生じると、受信失敗となってしまうことから、明らかに受信エラーとわかるビットエラーについては、無視をしたほうが受信成功率を高くすることができる。

さて、図６に示したように、各TOW候補との差異ビット数を計数すると、それぞれ3ビット、３ビット、１ビットとなる。そのためこの場合は、差異ビット数が最小となるTOW候補は「０１０１０００１０１１１００１０１」となり、このTOW候補が選択される。以降、選択されたTOW候補を選択TOW候補と呼ぶ。

次に、選択TOW候補と受信したTOWとの差異ビット数が所定値（ここでは1ビット）以下であるかどうかを判定する（S１８）。もし差異ビット数が１ビット以下であった場合には、選択TOW候補が正しいTOWであるとして、内部時計を選択TOW候補に合わせて修正する（S２１）。
ただしこの瞬間の正しい時刻は、TOWを受信した瞬間から5秒後の時刻を表わしているため、選択TOW候補の５秒前の時刻を現在の正しい時刻として、その時刻へ内部時計を修正する。そして受信成功として受信動作を終了する（S１９）。

もしTOW候補と受信したTOWとの差異ビット数が１ビットより大きかった場合、受信失敗として受信動作を終了する。

なお、ここでの例として、TOW候補と受信したTOWとの差異ビット数は１ビットまで許容するとしたが、これは必ずしも１ビットに限るものではない。誤受信率と受信感度の関係で、任意の値に設定できるものとする。

このようにすることで、内部時計の源振誤差から生じる誤差を考慮しながら、受信信号にある程度のビットエラーを許容することができる。その結果、誤受信率を低く抑えながら、受信感度の向上が可能となる。

本実施例のＧＰＳ腕時計は、その多くの構成が実施例１と共通するので、共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例のＧＰＳ腕時計の概要構成は実施例１と共通であり、その説明を省略する。
また、本実施例におけるブロック構成は実施例１と共通であり、その説明を省略する。
また、本実施例における受信部の動作も実施例１と共通であり、その説明を省略する。
また、本実施例における情報取得動作も実施例１と共通であり、その説明を省略する。

（照合動作）
本実施例における照合動作のフローチャートを図７に示す。実施例１におけるフローチャート（図５）と比較した場合、S１４のステップが無い点が異なる。これは、S１８のステップが受信エラー判定を行なうS１４のステップを兼ねるためである。実施例１において、S１４でNoと判断された場合の動作は、本実施例においても同様であるため、その説明を省略する。実施例１のS１４ではYesと判断された場合の動作が、本実施例においては異なるため、その場合について説明をする。

本実施例におけるS１１〜S１３およびS１５〜S１８の動作は実施例１と共通である。S１
３で求められる許容誤差範囲は実施例１と同じく±７秒とする。また内部時計が実施例１と同じく火曜日の２１時２９分５９秒となっていたとする。
そして受信したTOWが「０１０１０００１０１１１００１０１」であったとすると、これを１０進数で表わすと２５０２０６秒となる。従って、内部時計の時刻と、受信したTOWとの差は７秒となり、許容誤差範囲内であるため、実施例１においては受信したTOWで内部時計を修正した。

本実施例においてはこのような動作は行わず、内部時計の時刻と許容誤差範囲より、TOW候補の全パターンを生成する（S１５）。内部時計の時刻情報を日曜日０時００分００秒からの経過秒数で表わすと２５０１９９秒となり、その場合のTOW候補は実施例１と同じく「０１０１０００１０１１１０００１１」、「０１０１０００１０１１１００１００」、「０１０１０００１０１１１００１０１」の３通りである（図６参照）。そしてそれら各パターンと受信したTOWとの差異ビット数と計数すると、「０１０１０００１０１１１００１０１」のTOW候補と、受信したTOWとの差異が０ビットとなる（S１６）。そのため
S１８でYesと判定され、選択TOW候補で内部時計が修正される。すなわち、内部時計に誤差を許容することと、TOW候補の全パターンを生成し比較することは等価であり、実施例１におけるS１４のステップをS１８のステップで兼ねることができるのである。

以上のように、実施例１におけるS１４のステップをS１８のステップで兼ねることによって、処理動作の負荷を軽減することが可能となる。

本実施例のＧＰＳ腕時計は、その多くの構成が実施例１または２と共通するので、共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例のＧＰＳ腕時計の概要構成は実施例１と共通であり、その説明を省略する。
また、本実施例におけるブロック構成は実施例１と共通であり、その説明を省略する。
また、本実施例における受信部の動作も実施例１と共通であり、その説明を省略する。
また、本実施例における情報取得動作も実施例１と共通であり、その説明を省略する。

（照合動作）
本実施例における照合動作のフローチャートを図８に示す。
本実施例におけるS１１〜 S１７の動作は実施例１または２と共通であり、その説明を省略する。
本実施例におけるＧＰＳ腕時計では、TOW候補の中で最も差異ビット数が少ないTOW候補を選択した（S１７）後、そのTOW候補と受信したTOWとの差異ビット数を計数し、差異ビット数が０ビットであるかどうかを判定する（S３１）。もし差異ビット数が０ビットであった場合には、受信エラー判定の結果、受信に成功したものとして内部時計をTOW候補に合わせて時刻修正を行う（S２１）。

差異ビット数が０ビットより大きかった場合、差異ビット数が１ビット以下であるかどうかを判定する（S３２）。もし差異ビット数が１ビット以下であった場合、受信したTOWを６倍した値TOW_rev*6（秒数に変換）と、内部時計の時刻t_isとの差分△tを算出する（S３３）。

ここで、内部時計の時刻と受信したTOW候補との時間差について、第２の許容誤差範囲である許容誤差範囲２（Δte2）を算出する。これは内部時計の最大のズレ量によって定められる値であり、例えば水晶振動子の温度特性を考慮して決定される。典型的な音叉型水晶振動子では、＋７０℃の環境下では−７０ｐｐｍ程度の精度となる。そのため、１日中７０℃の環境下に置かれるなど想定外で動作した場合、約６秒の誤差を生じることになる
。前回受信時からの経過時間と上記精度とから、内部時計の最大誤差を求めることができる。例えば前回受信時からの経過時間が１４日間とする場合、最大で約８５秒間の誤差が生じることになる（以降簡単のため８５秒とする）。

そして先に求めた△tが上記許容誤差範囲２△te2（この場合８５秒）以上であるか否かを判定する（S３５）。もし差分の絶対値が８５秒以上である場合は、内部時計をTOW候補に合わせて時刻修正を行う（２１）。もし８５秒未満である場合は、時刻修正を行わない。

このようにすることで、ビットエラーの数が１ビット以下で、かつ明らかにビットエラーである場合に限り、ビットエラーを許容することができる。すなわち、想定外の温度環境で使用されたため、内部時計が誤差許容範囲以上にずれてしまっていた場合にも、誤受信を防ぐことができる。

このことを、具体例を用いて説明する。具体例を図９に示す。TOWを受信した時の許容誤差範囲△teは±７秒、内部時計の曜日が火曜日となっており、時刻が２１時２９分４９秒であったとする。この時刻を１０進数で表わすと２５０１８９秒となる。このときの内部時計の時刻をT1として図９に示す。

TOWの時刻は次のサブフレーム開始タイミングの時刻を表わしており、TOWの最後のビットから次のサブフレーム開始タイミングまでは約５秒（以降、簡単のため５秒とする）あるため、内部時計の誤差がゼロである場合、受信したTOWの時刻と、内部時計を５秒進めた時刻とは等しくなるはずである。内部時計を５秒進めた時刻をT2（２５０１９４秒）として図９に示す。もし内部時計に誤差が無ければ、T2の時刻と受信したTOWの時刻は等しくなるはずである。

しかし内部時計には許容誤差範囲△teの範囲内での誤差があると考えられるため、現在の正しいTOWはT2から許容誤差範囲△teの範囲内にあると考えられる。すなわちこの場合のTOW候補は「０１０１０００１０１１１０００１０」、「０１０１０００１０１１１０００１１」、「０１０１０００１０１１１００１００」の３つとなる。

そして受信したTOWが「０１０１０００１０１１１００１０１」であったとする。これを１０進数で表わすと２５０２０６秒となる。これは内部時計と１２秒の誤差ということになる。

このような場合、正しいTOWとしては２通りが考えられる。１つめは正しいTOWが「０１０１０００１０１１１００１００」であり、最下位ビットがビットエラーを起こしている場合。この場合を以降前者と呼ぶ。２つめは正しいTOWが「０１０１０００１０１１１００１０１」であり、ビットエラー無しで受信できたが、内部時計が想定（許容誤差範囲△te）以上にずれてしまっている場合。この場合を以降後者と呼ぶ。これらのような場合に、どちらのTOWが正しいのか判断をするために、許容誤差範囲２△te2を設定する。これは先述の通り、内部時計の最大ズレ量を表わしている。そして内部時計と受信したTOWとの誤差と、許容誤差範囲２△te2とを比較する。

内部時計と受信したTOWとの誤差が許容誤差範囲２△te2以上である場合、後者であるとは考えにくい。なぜならば許容誤差範囲２△te2は内部時計の最大ズレ量であるため、内部時計が許容誤差範囲２△te2以上ずれることは無いためである。そのような場合には、前者であると判断し、ビットエラーを修正する。

内部時計と受信したTOWとの誤差が許容誤差範囲２△te2以下である場合、前者であるか後者であるかの判断が難しい。すなわち内部時計と受信したTOWとの誤差が、（極端な使用
環境での）内部時計のずれによるものなのか、受信時のビットエラーによるものなのか、区別ができない。そのような場合には受信失敗として時刻修正を行わない。

このような構成とすることによって、受信感度を高めつつ、極端な使用環境で内部時計が想定より大きくずれてしまった場合でも誤受信を防ぐことができる。

本実施例の具体例では差異ビット数が１以下の場合、あるいは受信したTOWと内部時計との差分の絶対値が８５秒以内との条件を示したが、これはあくまで一例であり、実際にはこれらの値に限定されるものではない。
例えば差異ビット数は２ビット以下、あるいは差分の絶対値が１００秒以内など、様々なパターンが考えられる。

実際には内部時計が想定以上の誤差を持ってしまった場合には、別の照合動作で受信を行う必要があるが、本発明の主旨からは外れてしまうため、別の照合動作については説明を省略する。

（照合動作）
本実施例における照合動作のフローチャートを図１０に示す。
本実施例におけるS１１〜S１５の動作は実施例１と共通であり、その説明を省略する。
本実施例におけるＧＰＳ腕時計では、TOW候補の全パターンを作成した後（S１５）、TOW候補のパターン数を計数し、パターン数が５以上であるかどうかを判断する（S４１）。もしパターン数が５以上であった場合、照合動作を終了する（S１９）。もしパターン数が５以下であった場合は、それぞれのTOW候補との差異ビット計数動作（S１６）へと以降する。以降、S１６〜S２１の動作については実施例１と共通であるため、説明を省略する。

TOW候補があまりに多くなってしまった場合、処理の負荷が重くなる、誤受信率が高まるなどの問題が発生してしまうが、本実施例のような構成とすることで、上記の問題を解決することができる。

すなわち、TOW候補があまりに多くなってしまった場合には、本発明の照合動作を行わず、別の照合動作を行うことで、上記の問題を解決できる。別の照合動作については本発明の主旨からは外れてしまうため、説明を省略する。

（照合動作）
本実施例における照合動作のフローチャートを図１１に示す。
本実施例におけるS１１〜S１５の動作は実施例１と共通であり、その説明を省略する。
本実施例におけるＧＰＳ腕時計では、TOW候補の全パターンを作成した後（S１５）、全パターンを互いに比較し、対応するビット位置にあるビット値が全てのパターンでいずれも同じであるビットについては、以降の比較対象から除外する（S５１）。以降、S１６〜S２１の動作については実施例１と共通であるため、説明を省略する。

全パターンにおいてビットパターンが同一である場合、受信したTOWとの比較結果も同一となる。そこで、あらかじめ同一のビットパターンを比較対象から除外することで、比較動作の負荷を軽減することができる。

また、本実施例では差異ビットの許容数を１ビットとしたが、実際にはこれに限ったものではない。例えば、比較対象となったビット数が多い場合には１ビットまで許容して、比較対象となったビット数が少ない場合には１ビットの差異も許容しない、などといった動作も考えられる。

１１文字板
１２指針
１３時計ケース
１４リューズ
１５プッシュボタン
２１アンテナ
２２電池
２３輪列
２４回路基板
３１アンテナを構成する誘電体
３２受信電極
３３グランド電極
３４給電点
４１受信部
４２ CPU
４４ SAWフィルタ
４５水晶振動子
４６太陽電池
４７ TCXO
４２１受信信号処理部
４２１１許容範囲設定手段
４２１２全ビットパターン生成部
４２１３差異ビット計数手段
４２２時計制御駆動部
４２２１内部時計
４２２２駆動回路

Claims

現在時刻情報を含む無線信号を受信する受信部と、
源振による発振信号を生成するとともに、前記発振信号を分周して時間基準信号を出力する発振部と、
前記時間基準信号をカウントして求められたデータを内部時刻として計時する計時部と、前記源振の周波数精度から前記内部時刻データの許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、
前記許容範囲によって、受信した前記現在時刻情報の受信エラーの有無を判定する受信エラー判定部と、
前記受信エラーの有無に応じて、受信した前記現在時刻情報で前記内部時刻データを修正する時刻修正手段と、
を有するＧＰＳ腕時計であって、
前記許容範囲設定手段で設定した前記内部時刻データの許容範囲内にある全時刻データのビットパターンを生成する全ビットパターン生成部と、
受信した前記現在時刻情報と前記全時刻データのビットパターンとを、対応するビットごとに比較して、同一でないビットの数を計数する差異ビット計数手段と、をさらに有し、前記受信エラー判定部で受信エラーが有ると判断した場合、
受信した前記現在時刻情報のビットパターンと前記全ビットパターン生成部で生成した各々の時刻データのビットパターンとの比較を行なって、前記差異ビット計数手段において計数された同一でないビットの数が所定値以下となるビットパターンで表わされる時刻データによって前記内部時刻を修正する、ことを特徴とするＧＰＳ腕時計。
前記許容範囲設定手段は、前記源振の周波数精度の許容差に基づき、
前回の内部時刻修正時からの経過時間に応じて演算された現在時刻からの最大および最小と推定される時刻データを、前記内部時刻データの許容範囲として設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳ腕時計。
前記許容範囲設定手段は、前記受信エラー判定部で受信エラーが有ると判断した場合、
さらに第２の許容範囲を設定し、
受信した前記現在時刻情報と前記内部時刻データの差分が、前記第２の許容範囲以上なら
、受信した前記現在時刻情報に基づき前記内部時計の時刻修正を行い、
受信した前記現在時刻情報と前記内部時刻データの差分が、前記第２の許容範囲未満なら、時刻修正を行わないことを特徴とする請求項１または２に記載のＧＰＳ腕時計。
前記差異ビット計数手段は、
前記全ビットパターン生成部で生成された各時刻データのビットパターンで、
対応するビット位置にあるビット値が、各時刻データでいずれも同じであるビットは、
比較の対象から除外する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のＧＰＳ腕時計。