JP6876205B2 - 同期信号変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、同期信号変換装置に係り、特にGPS信号やネットワーク信号を受信できない環境であってもGPSに同期した時刻情報を利用したシステムを構築でき、システム構築の自由度を増大させることができる同期信号変換装置に関する。
[先行技術の説明]
CDMA(Code Division Multiple Access)やWiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)などのTDD(Time Division Duplex)方式の無線システム(既存の無線通信システム)では、端末と基地局の通信のタイミングをシステム全体で一致させる必要がある。そのため、基地局がGPS(Global Positioning System)の基準時刻に同期した同期信号を生成して、上り/下りの通信のタイミングを制御し、GPSの基準時刻に同期したシステムを実現している。
[GPS受信機を備えた基地局装置:図9]
ここで、GPS受信機を備えた基地局装置について図9を用いて説明する。図9は、GPS受信機を備えた基地局装置の概略構成を示す説明図である。
図9に示すように、基地局装置9は、GPSアンテナ101と、GPS受信機102とを備えている。
GPSアンテナ101は、GPS衛星からのGPS信号を受信して、GPS受信信号を出力する。
GPS受信機102は、GPSアンテナ101からのGPS受信信号から、UTC(Coordinated Universal Time;協定世界時)で表された基準時刻を抽出し、当該基準時刻に同期(時刻同期)する同期信号を生成する。そして、従来の基地局装置9は、当該同期信号に従って動作を行うことにより、GPSの基準時刻に同期した通信を行う。
また、GPS受信機102は、GPS受信信号に基づいて、位置情報を取得(算出)する。
ここで、本明細書においては、各GPS衛星(衛星)から送信される信号を「GPS信号」と称し、GPSアンテナ101で受信した複数の衛星からのGPS信号が重畳された状態の信号を「GPS受信信号」と称するものとする。
つまり、GPS受信信号は、GPS受信機102に入力される信号であり、GPS受信機102では、入力されたGPS受信信号に基づいて、UTCに同期した時刻情報と現在の位置情報とを取得(算出)するようになっている。
GPS信号の受信が困難な環境では、IEEE1588で規定される有線ネットワークを介して時刻同期の情報を配信する仕組みを利用する場合がある。
また、TDD方式を用いる既存の無線通信システムにおいて、基地局から端末に送信されている報知情報には、時刻同期の情報が含まれており、基地局装置では、GPS信号の代替として他の基地局からの報知情報を用いて同期信号を生成する場合がある。
[通信システムの報知情報]
しかしながら、現在の移動通信の主要システムであるLTE/LTE−Advanced、及び現在検討が進められている次世代システムである5G(第5世代通信)においては、基地局からの標準の報知情報には時刻情報が含まれていない。
そのため、GPS信号の代替としての活用が困難となっている。
[関連技術]
尚、同期信号変換装置の従来技術としては、特開2016−39514号公報「同期信号変換装置」(特許文献1)がある。
特許文献1には、受信した放送波から放送波同期信号を取得して、疑似的なGPS信号の同期信号に変換し、当該変換された同期信号を含む疑似的なGPS受信信号を生成してGPS受信部を備えた基地局装置に出力し、基地局装置に基準クロックを生成させる同期信号変換装置が記載されている。
特開2016−39514号公報
上述したように、LTE/LTE Advanced、及び5Gの通信システムにおいては、報知情報に時刻情報が含まれていないため、基地局装置が、GPS信号の代わりに報知情報を用いて同期信号を生成することができず、GPS信号やネットワーク信号の受信が困難な環境における通信システムの同期確立が困難であるという問題点があった。
尚、特許文献1には、GPS信号を受信できる環境に設置された第1の装置がGPS信号を受信して時刻同期情報を取り出し、GPS信号を受信できない環境に設置された第2の装置に、当該時刻同期情報をGPS信号とは異なる周波数で送信し、更に、第2の装置が、内部の時刻情報を当該時刻同期情報に同期させ、受信先の装置で当該同期された内部時刻情報が取得されるような疑似GPS受信信号を生成して送信することは記載されていない。
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、報知情報に時刻情報が含まれず、GPS信号やネットワーク信号の受信が困難な環境であっても、GPSの基準時刻に同期したシステムを実現し、システム構築の自由度を増大させることができる同期信号変換装置を提供することを目的とする。
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、第1の通信装置が、GPS信号を受信するGPS受信部と、受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、時刻同期情報をGPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、第2の通信装置が、第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、予め特定の位置情報を記憶し、基地局に、同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、特定の位置情報を算出させるため、複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と、疑似GPS受信信号を基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有することを特徴としている。
また、本発明は、第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、第1の通信装置が、GPS信号を受信するGPS受信部と、受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、受信したGPS信号から位置情報を算出する位置情報取得部と、時刻同期情報及び位置情報をGPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、第2の通信装置が、第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、受信した信号に含まれる位置情報を取得する位置情報取得部と、基地局に、同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、当該位置情報取得部で取得した位置情報を算出させるため、複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と、疑似GPS受信信号を基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有することを特徴としている。
また、本発明は、第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、前記第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、第1の通信装置が、GPS信号を受信するGPS受信部と、受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、受信したGPS信号から位置情報を算出する位置情報取得部と、受信したGPS信号から衛星情報を取得する衛星情報取得部と、時刻同期情報と、位置情報と、衛星情報とをGPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、第2の通信装置が、第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、受信した信号に含まれる位置情報を取得する位置情報取得部と、受信した信号に含まれる衛星情報を取得する衛星情報取得部と、基地局に、同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、当該位置情報取得部で取得した位置情報を算出させるための複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号、又は、同期された内部時刻情報と当該衛星情報取得部で取得した衛星情報とを含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と、疑似GPS受信信号を基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有することを特徴としている。
また、本発明は、上記同期信号変換装置において、第2の通信装置が、基地局の内部に設けられていることを特徴としている。
また、本発明は、上記同期信号変換装置において、第2の通信装置が、疑似GPS受信信号を基地局に無線で送信することを特徴としている。
本発明によれば、第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、第1の通信装置が、GPS信号を受信するGPS受信部と、受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、時刻同期情報をGPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、第2の通信装置が、第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、予め特定の位置情報を記憶し、基地局に、同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、特定の位置情報を算出させるため、複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と、疑似GPS受信信号を基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有する同期信号変換装置としているので、基地局が、GPS信号を受信できない環境に設置されている場合でも、疑似GPS受信信号に基づいてGPS基準時刻に同期した同期信号を生成して通信システムを実現でき、システム構築の自由度を増大させることができ、また、基地局に任意の位置情報を設定できる効果がある。
また、本発明によれば、第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、第1の通信装置が、GPS信号を受信するGPS受信部と、受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、受信したGPS信号から位置情報を算出する位置情報取得部と、時刻同期情報及び位置情報をGPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、第2の通信装置が、第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、受信した信号に含まれる位置情報を取得する位置情報取得部と、基地局に、同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、当該位置情報取得部で取得した位置情報を算出させるため、複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と、疑似GPS受信信号を基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有する同期信号変換装置としているので、基地局が、GPS信号を受信できない環境に設置されている場合でも、疑似GPS受信信号に基づいてGPS基準時刻に同期した同期信号を生成して通信システムを実現でき、システム構築の自由度を増大させることができ、また、基地局に第1の通信装置がGPS信号から算出した位置情報を設定できる効果がある。
また、本発明によれば、第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、前記第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、第1の通信装置が、GPS信号を受信するGPS受信部と、受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、受信したGPS信号から位置情報を算出する位置情報取得部と、受信したGPS信号から衛星情報を取得する衛星情報取得部と、時刻同期情報と、位置情報と、衛星情報とをGPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、第2の通信装置が、第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、受信した信号に含まれる位置情報を取得する位置情報取得部と、受信した信号に含まれる衛星情報を取得する衛星情報取得部と、基地局に、同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、当該位置情報取得部で取得した位置情報を算出させるための複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号、又は、同期された内部時刻情報と当該衛星情報取得部で取得した衛星情報とを含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と疑似GPS受信信号を基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有する同期信号変換装置としているので、基地局が、GPS信号を受信できない環境に設置されている場合でも、疑似GPS受信信号に基づいてGPS基準時刻に同期した同期信号を生成して通信システムを実現でき、システム構築の自由度を増大させることができる効果がある。
第1の同期信号変換装置の概略構成を示す説明図である。 第1の同期信号変換装置の構成ブロック図である。 時刻情報同期部24の構成を示す構成ブロック図である。 第2の同期信号変換装置の構成ブロック図である。 第3の同期信号変換装置の構成ブロック図である。 第4の同期信号変換装置の概略構成を示す説明図である。 第4の同期信号変換装置の構成ブロック図である。 第5の同期信号変換装置の概略を示す説明図である。 GPS受信機を備えた基地局装置の概略構成を示す説明図である。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る同期信号変換装置は、GPS信号を受信できる屋外に設置された第1の通信装置と、受信できない屋内に設置された第2の通信装置とを備え、第1の通信装置が、GPS信号を受信して時刻同期情報を取り出し、それを第2の通信装置にGPS信号とは異なる周波数帯域で無線送信し、第2の装置が、受信信号を復調して時刻同期情報を取り出して内部の時刻情報を同期させ、GPS受信機を備えた受信側装置(例えば基地局装置)で当該時刻情報が取得可能となるよう、複数の衛星の軌道情報及び各衛星からの送信時刻に相当する時刻情報を含む疑似GPS受信信号を生成して、受信側装置に出力するものであり、GPS信号が受信できない環境にある受信側装置でも、疑似GPS受信信号に基づいてGPS基準時刻に同期した同期信号を生成して通信システムを実現でき、システム構築の自由度を増大させることができるものである。
尚、本発明の実施の形態に係る同期信号変換装置は、LTE/LTE−Advanced又は5Gに特化したものではなく、報知情報に時刻情報を含まず、GPSの基準時刻に同期したシステム同期信号を含むシステム全般における時刻同期に適用可能なものである。
[第1の実施の形態に係る同期信号変換装置の概略:図1]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る同期信号変換装置(第1の同期信号変換装置)の概略構成を示す説明図である。
第1の同期信号変換装置は、図1に示すように、屋外のGPS信号を受信可能な位置に設置された第1の通信装置(以下、「親機」とする)1と、屋内等のGPS信号を受信できない位置に設置された第2の通信装置(以下、「子機」とする)2とを備えている。
そして、第1の同期信号変換装置は、子機2が図9と同様のGPS受信機102を備えた基地局装置9に接続されて、基地局装置9に疑似GPS受信信号を出力するものである。
具体的には、屋外に設けられた親機1は、GPS信号を受信する受信アンテナ11と、無線信号を送信する送信アンテナ12とを備え、受信したGPS信号から、GPSの基準時刻に同期した時刻同期情報を取得し、当該時刻同期情報をGPS信号とは異なる周波数帯域の無線信号で子機2に送信するものである。
ここで、時刻同期情報は、時刻の情報と、タイミングの情報とを含むものである。
子機2は、受信アンテナ21で親機1からの無線信号を受信して復調し、GPSの基準時刻に同期した時刻同期情報を取り出して、時刻同期情報に基づいて、自装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させ、更に受信側の基地局装置9に当該同期させた内部時刻情報を取得(算出)させるための情報を含む疑似GPS受信信号を生成して、基地局装置9に出力するものである。
基地局装置9は、GPS受信機102を備えているが、GPSアンテナは設けられていない。そして、GPS受信機102が、GPS受信信号の代わりに第1の同期信号変換装置からの疑似GPS受信信号を入力して、GPSの基準時刻に同期した時刻同期情報を取得し、それに基づいて同期信号を生成する。
ここで、本発明の同期信号変換装置で生成される疑似GPS受信信号は、接続された基地局装置9のGPS受信機102が、UTCに同期した正確な時刻同期情報と所望の位置情報とを取得できるように生成された信号であり、複数の衛星からのGPS信号を受信した場合と同様に、GPS基準時刻に同期した時刻情報や、複数の衛星に対応する軌道情報及び各衛星の送信時刻に相当する時刻情報を含む信号である。
つまり、基地局9のGPS受信機102は、疑似GPS受信信号が入力されると、複数の衛星からのGPS信号が重畳されて入力されたものとして認識し、本来のGPS受信信号を入力した場合と同じ動作を行うものである。
尚、ここでは「GPSの基準時刻に同期した時刻同期情報」は「UTCに同期した時刻同期情報」と同義として用いる。
[第1の同期信号変換装置の構成:図2]
第1の同期信号変換装置の構成について図2を用いて説明する。図2は、第1の同期信号変換装置の構成ブロック図である。
図2に示すように、第1の同期信号変換装置の親機1は、受信アンテナ11と、GPS受信部13と、時刻情報取得部14と、変調部15と、無線送信部16と、送信アンテナ12とを備えている。
また、第1の同期信号変換装置の子機2は、受信アンテナ21と、無線受信部22と、復調部23と、時刻情報同期部24と、GPS時刻情報変換部25と、疑似GPS受信信号送出部26とを備えている。
[親機1]
第1の同期信号変換装置の親機1の各部について説明する。
受信アンテナ11は、図9に示した基地局装置9のGPSアンテナ101と同様に、GPS衛星からの電波を受信するアンテナである。GPS信号は1.5GHzである。
GPS受信部13は、複数のGPS衛星からのGPS信号が重畳された信号を受信して復調する。
時刻情報取得部14は、復調されたGPS受信信号から、時刻情報と1PPS(Pulse Per Second)情報を取得する。ここで取得される時刻情報及び1PPS情報は、GPS基準時刻に同期している。
変調部15は、時刻情報取得部14で取得された時刻情報及び1PPS情報(これらを時刻同期情報と称する)を変調して無線送信部16に出力する。つまり、親機1で取得される時刻同期情報は、GPS基準時刻情報と1PPS情報とを含むものである。
無線送信部16は、時刻同期情報をGPS信号の周波数とは異なる無線周波数で送信アンテナ12から無線出力する。親機1から子機2への送信周波数は、免許が不要な帯域でもよく、また、免許があれば免許が必要な帯域であってもよく、ここでは、GPS信号より低い周波数を用いている。
[子機2]
子機2は、受信アンテナ21と、無線受信部22と、復調部23と、時刻情報同期部24と、GPS時刻情報変換部25と、疑似GPS受信信号送出部26とを備えている。
受信アンテナ21は、親機1から送信された無線信号を受信する。
無線受信部22は、無線信号を周波数変換して出力する。
復調部23は、受信信号を復調して、時刻同期情報を取り出す。具体的には、復調部23は、GPS基準時刻に同期した時刻情報と1PPS信号とを取り出して出力する。
時刻情報同期部24は、復調部23からの時刻情報と1PPS信号とに基づいて、装置内部の時刻情報をGPS基準時刻に同期させ、GPS基準時刻に同期した内部時刻情報を出力する。時刻情報同期部24の構成及び動作については後述する。
GPS時刻情報変換部25は、時刻情報同期部24から入力されたGPS基準時刻に同期した内部時刻情報と、予め記憶されている位置情報に基づいて、疑似GPS受信信号を生成する。
尚、子機2に位置情報設定手段を設け、外部から入力された位置情報を、位置情報設定手段によってGPS時刻情報変換部25に設定するように構成してもよい。
具体的には、GPS時刻情報変換部25では、GPS基準時刻に同期した内部時刻情報及び位置情報に対応するよう、複数の衛星からのGPS信号を疑似的に算出し、あたかも複数のGPS信号が重なったようなGPS受信信号(疑似GPS受信信号)を生成する。
上述したように、疑似GPS受信信号には、当該内部時刻情報と、GPS受信機を備えた受信側装置で及び記憶されている(又は設定された)位置情報が取得されるように生成された、複数の衛星の軌道情報及び各衛星からの送信時刻に相当する時刻情報が含まれており、基地局装置9のGPS受信機102は、受信した疑似GPS受信信号に基づいてGPS基準時刻に同期した内部時刻情報と同一の時刻情報を取得して同期信号を生成すると共に、位置を算出することが可能となる。
尚、疑似GPS信号は、GPS受信機のテストに用いられるGPSシミュレータにおいて生成される信号と同様であり、例えば、キーサイトテクノロジー合同会社,2015年1月6日発行,「Keysight Technologies GPSレシーバ・テスト」に記載されている。
疑似GPS受信信号送出部26は、GPS時刻情報変換部25から出力された疑似GPS受信信号を、接続する基地局装置9に出力する。
[第1の同期信号変換装置の動作:図1,2]
第1の同期信号変換装置の動作について図1,2を用いて簡単に説明する。
第1の同期信号変換装置では、親局1が、受信アンテナ11でGPS信号が受信されると、時刻情報取得部14でGPSの時刻同期情報である時刻情報及び1PPS情報が取得される。そして、当該時刻情報及び1PPS情報が、変調部15でGPS信号とは異なる周波数に変調されて、無線送信部16から子機2に無線送信される。
そして、子機2では、受信アンテナ21で無線信号が受信され、復調部23でGPSの時刻同期情報である時刻情報及び1PPS情報が取得され、時刻情報同期部24で内部の時刻情報が受信した時刻情報に同期される。
更に、GPS時刻情報変換部25において、GPS基準時刻に同期した当該内部時刻情報と、予め内部のメモリに記憶されている位置情報とが算出されるような疑似GPS受信信号が生成されて、当該疑似GPS受信信号が、疑似GPS受信信号送出部26から基地局装置9に出力される。
このようにして第1の同期信号変換装置における動作が行われる。
[時刻情報同期部の構成:図3]
次に、時刻情報同期部24の構成について図3を用いて説明する。図3は、時刻情報同期部24の構成を示す構成ブロック図である。
図3に示すように、時刻情報同期部24は、同期補正部27と、時刻情報補正部28と、同期時刻生成部29とを備えている。
時刻情報同期部24は、基本的には内部クロックに基づいて自走動作を行うものであり、同期時刻生成部29が、時刻情報補正部28からの時刻情報を、同期補正部27からのタイミングに従って出力することで、GPS基準時刻に同期した時刻情報(内部時刻情報)を生成するようになっている。
そして、時刻情報同期部24では、復調部23からの1PPS情報が入力されると、同期補正部27でタイミングの補正を行い、また、復調部23から時刻情報が入力されると、時刻情報補正部28で内部の時刻情報を補正する。
時刻情報同期部24が自走動作を行うことにより、親局1からの無線信号が受信できなくなった場合でも、途切れることなく内部時刻情報を出力できるようにしている。
時刻情報同期部24の各部について具体的に説明する。
同期補正部27は、同期タイミング補正部271と、同期カウンタ272とを備えている。
同期タイミング補正部271は、復調部23から入力される1PPS信号に基づいて、同期カウンタ272に対してタイミング補正を行うものであり、1PPS信号が入力された場合に同期カウンタ272にタイミングを指示する。
具体的には、同期タイミング補正部271は、1PPS信号が正常に受信できているかどうかを判断し、正常に受信できている場合に同期カウンタ272のタイミングを1PPS信号に合わせて更新する。
同期カウンタ272は、VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator;電圧制御水晶発振器)やTCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator;温度補償水晶発振器)等を備えた周波数生成回路であり、タイミングをカウントする自走信号(自走クロック)を生成する。
ここでは、同期カウンタ272は、自走クロックに基づいて、1秒毎に同期タイミング(タイミング信号)を出力する。また、同期カウンタ272は、タイミング補正部271からのタイミング指示が入力されると、当該タイミングを起点として1秒毎の同期タイミングを生成する。
これにより、自走状態が長引いて同期カウンタ272で生成する同期タイミングがずれた場合に、その補正を行うことができるものである。
つまり、1PPS信号が正常に入力されている場合には、同期カウンタ272からはGPSの基準時刻に同期した1PPSのタイミング信号が出力される。
時刻情報補正部28は、時刻補正部281と、時刻カウンタ282とを備えている。
時刻補正部281は、復調部23より、無線信号から抽出した時刻情報が正常に受信できているかどうかを判断し、正常に受信できている場合には、時刻カウンタ281のカウンタ値を取得した時刻情報で更新する。
時刻カウンタ282は、VCXOやTCXOを備えた周波数生成回路であり、自走クロックを生成して、自立した時刻情報を生成して出力する。
そして、時刻カウンタ282は、時刻補正部281から時刻情報が入力されると、カウンタ値を入力された時刻情報(親局1から取得した時刻情報)で更新する。
これにより、親局1からの時刻情報が正常に入力されている場合には、時刻カウンタ282からは、カウンタ値としてGPS基準時刻に同期した時刻情報が出力される。
同期時刻生成部29は、時刻情報補正部28から入力されるカウンタ値を保持すると共に、同期補正部27からGPS基準時刻に同期した1PPSのタイミング信号が入力されると、保持しているカウンタ値を当該タイミングに従って内部時刻情報として出力する。
これにより、同期時刻生成部29からはGPS基準時刻に同期した内部時刻情報が1秒毎に出力されるものである。
そして、時刻情報同期部24で生成されたGPS基準時刻に同期した内部時刻情報は、予め記憶された位置情報と共に、GPS時刻情報変換部25で適切な疑似GPS受信信号に変換されて、疑似GPS受信信号送出部26から基地局装置9に出力される。
これにより、基地局装置9では、GPS受信機102が、受信した疑似GPS受信信号に基づいて、GPS基準時刻情報と一致する時刻を算出して同期信号を生成すると共に、位置情報を算出する。
このようにして、GPS信号を受信できない環境であっても、基地局装置9がGPS基準時刻に同期した同期信号を生成して、GPSと時刻同期した無線通信システムを実現することができるものである。
[第1の同期信号変換装置の効果]
第1の同期信号変換装置によれば、屋外に設置された親機1が、受信アンテナ11でGPS信号を受信して、時刻情報取得部14でGPS基準時刻情報と1PPS情報とを含む時刻同期情報を取得し、変調部15が時刻同期情報をGPS信号とは異なる周波数に変換して、無線送信部16及びアンテナ12を介して屋内に設置された子機2に送信し、子機2が、復調部23で受信信号を復調してGPS基準時刻情報と1PPS信号とを取得し、時刻情報同期部24が、内部の時刻情報を受信したGPS基準時刻情報に同期させ、GPS時刻情報変換部25が、受信側において、当該内部時刻情報と同じ時刻が取得されるよう、複数の衛星の軌道情報や送信時刻情報を含む疑似GPS受信信号を生成して、疑似GPS信号送出部26が、GPS受信機102を備えた基地局装置9に出力するようにしているので、GPS信号を受信できない環境下であっても、基地局装置9は、疑似GPS受信信号からGPS基準時刻に同期した時刻情報を算出して同期信号を生成でき、GPSに同期した無線通信システムを実現することができる効果がある。
[第2の実施の形態に係る同期信号変換装置:図4]
次に、本発明の第2の実施の形態に係る同期信号変換装置(第2の同期信号変換装置)について図4を用いて説明する。図4は、第2の同期信号変換装置の構成ブロック図である。
第2の同期信号変換装置は、GPS信号を受信する親機が、GPS受信信号から時刻情報だけでなく位置情報を取得して、時刻同期情報に加えて位置情報も子機に送信するようにしたものである。
図4に示すように、第2の同期信号変換装置は、第1の同期信号変換装置と同様に、屋外等、GPS信号の受信が可能な環境に設置された第1の通信装置(親機)3と、GPS信号の受信が不能な環境に設置された第2の通信装置(子機)4とを備え、GPS信号を受信できない環境に設置された基地局装置9に疑似GPS受信信号を提供するものである。
第2の同期信号変換装置の親機3は、第1の同期信号変換装置の親機1と同様の、受信アンテナ31と、GPS受信部33と、時刻情報取得部34と、変調部35と、無線送信部36と、送信アンテナ32と、第2の同期信号変換装置の特徴部分である位置情報取得部37とを備えている。
位置情報取得部37は、GPS受信部33から出力されるGPS受信信号から位置情報を取得する。位置情報は、例えば緯度経度の情報である。
つまり、位置情報取得部37で取得される位置情報は、親機3が設置されている位置に対応する情報である。
第2の同期信号変換装置の子機4は、第1の同期信号変換装置の子機と同様の、受信アンテナ41と、無線受信部42と、復調部43と、時刻情報同期部44と、GPS時刻情報変換部45と、疑似GPS受信信号送出部46と、第2の同期信号変換装置の特徴部分である位置情報取得部47を備えている。
子機4の位置情報取得部47は、復調部43から出力される信号から位置情報(緯度経度の情報)を取得して、GPS時刻情報変換部45に出力する。
GPS時刻情報変換部45では、受信側の基地局装置9において、内部時刻情報と同一の時刻情報に加えて当該位置情報が算出されるよう、複数の衛星からの軌道情報及び送信時刻の情報を含む疑似GPS受信信号を生成する。
[第2の同期信号変換装置の動作:図4]
第2の同期信号変換装置の動作について、位置情報に関する部分について説明する。尚、時刻情報に関する部分は、第1の同期信号変換装置と同様であるため、説明を省略する。
第2の同期信号変換装置では、親機3において、GPS信号を受信して復調し、位置情報取得部37で位置情報を取得し、時刻同期情報及び位置情報を変調部35で変調し、無線送信部36で無線信号として送信アンテナから子機4宛に送信する。
そして、子機4において、親機3からの無線信号を受信して、復調部43で復調し、位置情報取得部47で位置情報を取得して、GPS時刻情報変換部45が、受信側の基地局装置9でGPS基準時刻に同期した内部時刻情報と当該位置情報とを算出できるような疑似GPS受信信号を生成して、疑似GPS受信信号送出部46から基地局9に出力する。
第2の同期信号変換装置では、親機3でGPS信号から取得した位置情報に基づいて子機4で疑似GPS受信信号を生成することができ、基地局装置9に親機3の位置情報を反映させることができるものである。
[第2の同期信号変換装置の効果]
第2の同期信号変換装置によれば、親機3に位置情報取得部37を備え、GPS受信信号から時刻同期情報に加えて、位置情報を取得し、無線送信部36が時刻同期情報と位置情報とをGPS信号とは異なる周波数で子機4に無線送信し、子機4が、時刻情報同期部44が、時刻同期情報に基づいてGPS基準時刻に同期した内部時刻情報を生成し、位置情報取得部47で、受信信号から位置情報を取得し、GPS時刻情報変換部45が、内部時刻情報と当該位置情報とに基づいて疑似GPS受信信号を生成するようにしているので、GPS信号を受信できない場所に設置されている基地局装置9でも、疑似GPS受信信号からGPS基準時刻に同期した時刻情報を算出して同期信号を生成でき、また、基地局装置9に親機3の正確な位置情報を反映させることができる効果がある。
[第3の実施の形態に係る同期信号変換装置の構成:図5]
次に、本発明の第3の実施の形態に係る同期信号変換装置(第3の同期信号変換装置)について図5を用いて説明する。図5は、第3の同期信号変換装置の構成ブロック図である。
図5に示すように、第3の同期信号変換装置は、第2の同期信号変換装置の構成に加えて、GPS受信信号から衛星情報を取得して利用する構成を備えたものであり、第1の通信装置(親機)5と、第2の通信装置(子機)6とを備えている。
第3の同期信号変換装置の特徴部分について説明する。
第3の同期信号変換装置の親機5は、第2の同期信号変換装置の親機3の構成に加えて、衛星情報取得部58を備えている点が特徴となっている。
同様に第3の同期信号変換装置の子機6は、第2の同期信号変換装置の子機4の構成に加えて、衛星情報取得部68を備えた点が特徴となっている。
他の構成部分は、第2の同期信号変換装置と同様であり、説明は省略する。
第3の同期信号変換装置の親機5の衛星情報取得部58は、GPS受信部53からのGPS受信信号から航法データ等の衛星情報を取り出して、GPS衛星情報として変調部55に出力する。
また、子機6の衛星情報取得部68は、復調部63で復調した信号から、航法データ等のGPS衛星情報を取り出し、GPS時刻情報変換部65に出力する。
子機6のGPS時刻情報変換部65は、時刻情報同期部64からの内部時刻情報と、親機5から送信された位置情報を受信して、当該時刻及び位置情報が算出されるような疑似GPS受信信号を生成する。
[第3の同期信号変換装置の動作:図5]
第3の同期信号変換装置の動作について、図5を用いて説明する。
第3の同期信号変換装置では、親機5において、GPS信号を受信して復調し、時刻情報取得部54で時刻同期情報(GPS基準時刻情報と1PPS情報)を取得し、位置情報取得部57で位置情報を取得し、衛星情報取得部58で航法データ等の衛星情報を取得し、時刻同期情報と位置情報とGPS衛星情報を変調部55で変調し、無線送信部56で無線信号として送信アンテナから子機6宛に送信する。
そして、子機6において、親機5からの無線信号を受信して、復調部63で復調し、位置情報取得部67で位置情報を取得し、時刻情報同期部64でGPS基準時刻に同期した内部時刻情報を生成し、衛星情報取得部68でGPS衛星情報を取得して、GPS時刻情報変換部65が、当該内部時刻情報と位置情報とに基づいて、当該位置情報が算出されるような疑似GPS受信信号を生成して、疑似GPS受信信号送出部46から基地局9に出力する。
そして、基地局装置9では、子機6からの疑似GPS受信信号に基づいて、GPS基準時刻に同期した時刻情報を取得すると共に、親機5から送信した位置情報と同等の位置を算出する。
[別の第3の同期信号変換装置]
ここで、別の第3の同期信号変換装置について説明する。
別の第3の同期信号変換装置は、上述した第3の同期信号変換装置と同じ構成であるため、図5を用いて説明するが、子機6の動作が一部異なっている。
別の第3の同期信号変換装置の子機6のGPS時刻情報変換部65は、時刻情報同期部64からの内部時刻情報と、衛星情報取得部68からのGPS衛星情報とを含む疑似GPS受信信号を生成する。
この場合、GPS時刻情報変換部65は、親機5から受信した位置情報が算出されるような疑似的な衛星情報を生成する処理は行わない。
基地局装置9は、子機6から受信したGPS衛星情報に基づいて位置を算出するため、親機5における位置情報取得部57及び子機6における位置情報取得部67を設けない構成としてもよい。
つまり、別の第3の同期信号変換装置では、子機6のGPS時刻情報変換部65が、親機5から送信された同期時刻情報とGPS衛星情報とを含む疑似GPS受信信号を生成して、疑似GPS受信信号送出部66から基地局装置9に送信し、基地局装置9が、受信した疑似GPS受信信号から時刻情報を取得すると共に、航法データに基づいて位置を算出する。
[第3の同期信号変換装置の効果]
第3の同期信号変換装置によれば、親機5に衛星情報取得部58を備え、GPS受信信号から時刻同期情報に加えて、航法データ等のGPS衛星情報を取得し、無線送信部56が、GPS信号とは異なる周波数で時刻同期情報と位置情報とGPS衛星情報とを子機6に無線送信し、子機6において、時刻情報同期部64が、時刻同期情報に基づいてGPS基準時刻に同期した内部時刻を生成し、位置情報取得部67が、受信信号から位置情報を取得し、衛星情報取得部68が、受信信号からGPS衛星情報を取得し、GPS時刻情報変換部45が、内部時刻情報と、位置情報又はGPS衛星情報のいずれかを含む疑似GPS受信信号を生成して、基地局装置9に出力するようにしているので、GPS信号を受信できない場所に設置されている基地局装置9でも、疑似GPS受信信号からGPS基準時刻に同期した時刻情報を取得して同期信号を生成でき、また、親機5から送信した位置情報を取得するか、若しくは親機5が受信したGPS衛星情報に基づいて親機5と同一の位置情報を取得することができる効果がある。
また、第3の同期信号変換装置によれば、子機6において、親機5から送信された衛星情報を用いて疑似GPS信号を送信する場合には、目的とする時刻情報及び位置情報を受信側の基地局装置9に算出させるための複数の衛星の航法データや衛星からの送信時刻を算出する処理が不要となり、子機6の負荷を大幅に軽減することができる効果がある。
但し、第3の同期信号変換装置では、親機5から子機6に送信する情報量が増大するため、通信容量によっては、運用できない場合もある。
[第4の同期信号変換装置の概略:図6]
次に、本発明の第4の実施の形態に係る同期信号変換装置(第4の同期信号変換装置)について図6を用いて説明する。図6は、第4の同期信号変換装置の概略構成を示す説明図である。
図6に示すように、第4の同期信号変換装置は、GPS信号を受信可能な管局に設置された親機1と、GPS信号を受信できない環境に設置された子機7とを備え、特定の有線ネットワーク(例えばIEEE1588)を介して、GPS信号を受信できない環境に設置された基地局装置10にGPS基準時刻に同期した時刻情報を提供するものである。
ここで、基地局装置10は、特定の有線ネットワーク(例えばIEEE1588)のインタフェース(ネットワークインタフェース)103を備えている。
そして、第4の同期信号変換装置は、GPS基準時刻に同期した内部時刻情報をネットワークの同期信号に変換して、基地局装置20に送出する。
[第4の同期信号変換装置の構成:図7]
第4の同期信号変換装置の構成について図7を用いて説明する。図7は、第4の同期信号変換装置の構成ブロック図である。
図7に示すように、第4の同期信号変換装置は、第1の同期信号変換装置と同一の親機1と、第4の同期信号変換装置の特徴部分である子機7とを備えている。親機1については説明を省略する。
子機7は、第1の同期信号変換装置の子機2と同様に、親機1からの時刻同期情報を無線信号で受信するものであるが、GPS基準時刻に同期した内部時刻情報を生成し、当該内部時刻情報を含むネットワーク信号を生成して基地局装置10に出力する点が特徴となっている。
子機7は、受信アンテナ71と、無線受信部72と、時刻情報同期部74と、ネットワーク信号変換部75と、ネットワーク信号送出部76とを備えている。
ここで、受信アンテナ71と、無線受信部72と、時刻情報同期部73とは第1の同期信号変換装置の子機2と同様の構成及び動作であり、説明は省略する。
第4の同期信号変換装置の子機7の特徴部分について説明する。
ネットワーク信号変換部75は、時刻情報同期部73から出力されるGPS基準時刻に同期した内部時刻情報を入力して、例えばIEEE1588等のネットワーク規格に準拠した所定のフォーマットに変換して、当該内部時刻情報を含むネットワーク信号を生成する。
ネットワーク信号送出部75は、ネットワーク信号変換部75からのネットワーク信号を基地局装置10に送出する。
基地局装置10は、ネットワークインタフェース103を介して受信したネットワーク信号から内部時刻情報を抽出し、当該内部時刻情報から同期信号(基準クロック)を生成して、通信を実現する。
これにより、GPS受信機を備えておらず、IEEE1588等に準拠したネットワーク信号を受信できない環境に設置されている基地局装置20であっても、ネットワーク信号からGPS基準時刻に同期した時刻情報を抽出して基準クロックを生成することができるものである。
[第4の同期信号変換装置の効果]
第4の同期信号変換装置によれば、親機1がGPS信号を受信して、GPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得し、GPS信号とは異なる周波数で無線送信し、子機7が、親機1からの無線信号を受信して復調し、時刻情報同期部74が時刻同期情報に基づいて内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させ、ネットワーク信号変換部75が、IEEE1588等のネットワークのフォーマットに従って、内部時刻情報を含むネットワーク信号を生成して、ネットワーク信号送出部76が、当該ネットワーク信号を、ネットワークインタフェース103を備えた基地局装置10に出力するようにしているので、IEEE1588等に準拠したネットワーク信号を受信できない環境に設置されている基地局装置20であっても、第2の同期信号変換装置からのネットワーク信号を受信してGPS基準時刻に同期した同期時刻情報を抽出し、基準クロックとして利用することができ、システム構築の自由度を増大させることができる効果がある。
[第5の同期信号変換装置:図8]
次に、本発明の第5の実施の形態に係る同期信号変換装置(第5の同期信号変換装置)について図8を用いて説明する。図8は、第5の同期信号変換装置の概略を示す説明図である。
図8に示すように、第5の同期信号変換装置は、第1の同期信号変換装置と同一の親機1と、第5の同期信号変換装置の特徴部分である子機8とを備えている。
そして、第5の同期信号変換装置の子機は、無線によって疑似GPS受信信号を送信する送信アンテナ82を備えた構成となっている。
尚、親機1の代わりに第2の同期信号変換装置と同一の親機2を用いることにより、位置情報も配信することが可能となる。
子機8の具体的な構成は省略するが、図2に示した子機2の構成において、疑似GPS受信信号送出部26の代わりに無線送信部を備えている。
そして、第5の同期信号変換装置の子機8は、親機1から受信した無線信号を復調して、時刻同期情報を取り出し、時刻同期情報に基づいて内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させ、当該内部時刻情報と同一の時刻情報が算出されるような疑似GPS受信信号を生成して、無線送信部で変調して無線信号として送信アンテナ82から送出する。
ここで、子機8から疑似GPS受信信号を送信する際には、GPS信号の周波数(1.5GHz)とは異なる周波数を用いてもよいし、本来のGPS信号と同等の1.5GHzの周波数を用いて、送信レベルを小さく(微弱に)してもよい。
また、ここでは、第5の同期信号変換装置として、第1の同期信号変換装置の子機が疑似GPS受信信号を無線出力する構成を記載したが、第2の同期信号変換装置及び第3の同期信号変換装置において、子機が疑似GPS受信信号を無線出力するように構成することも可能である。
[第5の同期信号変換装置の効果]
第5の同期信号変換装置によれば、親機1がGPS信号を受信して、GPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得し、GPS信号とは異なる周波数で無線送信し、子機8が、親機1からの無線信号を受信して復調し、時刻同期情報に基づいて内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させ、当該内部時刻情報と同一の時刻が取得されるよう、当該内部時刻情報及び複数の衛星の軌道情報や送信時刻を含む疑似GPS受信信号を生成して、無線信号として、GPS受信機を備えた受信側装置に出力するようにしているので、GPS信号を受信できない環境に設置されている装置であっても、第5の同期信号変換装置からの疑似GPS受信信号を受信してGPS基準時刻に同期した同期時刻情報を抽出し、基準クロックとして利用することができ、システム構築の自由度を増大させることができる効果がある。
[基地局装置に子機を備えた同期信号変換装置]
上述した第1〜第4の実施の形態では、無線通信システムの基地局に接続される同期信号変換装置として説明したが、上述したいずれかの同期信号変換装置の子機を内部に備えた基地局装置を構成することも可能である。
上述した同期信号変換装置は、いずれも正確な時刻情報を提供可能であるため、自営システム等のローカルネットワークの基地局装置の他、公衆システムの基地局装置の内部に設けることも可能である。
そして、基地局装置内部に設けられた子機は、それぞれ、親機から時刻同期情報(等)の情報を受信して、第1〜第3の同期信号変換装置の子機は、GPS受信機に疑似GPS受信信号を出力し、第4の同期信号変換装置の子機は、ネットワークインタフェースにGPS基準時刻に同期した同期時刻情報を含むネットワーク信号を出力する。
この出願は、2018年9月10日に出願された日本出願特願2018−168533を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
本発明は、特にGPS信号を受信できない地域であってもGPSに同期した時刻情報を利用したシステムを構築でき、システム構築の自由度を増大させることができる同期信号変換装置に適している。
1,3,5…親機、 2,4,6,7,8…子機、 9,10…基地局装置、 11,31,51,101…GPS受信アンテナ、 12,52…送信アンテナ、 13,33,53…GPS受信部、 14,34,54…時刻情報取得部、 15,35,55…変調部、 16,36,56…無線送信部、 37,47…位置情報取得部、 21,41,61、71,81…受信アンテナ、 22,42,62…無線受信部、 23,63…復調部、 24,64…時刻情報同期部、 25,45,65…GPS時刻情報変換部、 26,46,66…疑似GPS受信信号送出部、 27…同期補正部、 28…時刻情報補正部、 29…同期時刻生成部、 58,68…衛星情報取得部、 75…ネットワーク信号変換部、76…ネットワーク信号変換部、 102…GPS受信機、 103…ネットワークインタフェース、 271…同期タイミング補正部、 272…同期カウンタ、 281…時刻補正部、 282…時刻カウンタ

Claims (5)

  1. 第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、前記第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、
    前記第1の通信装置が、
    GPS信号を受信するGPS受信部と、
    前記受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、
    前記時刻同期情報を前記GPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、
    前記第2の通信装置が、
    前記第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、
    前記受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、
    予め特定の位置情報を記憶し、前記基地局に、前記同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、前記特定の位置情報を算出させるため、複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と、
    前記疑似GPS受信信号を前記基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有することを特徴とする同期信号変換装置。
  2. 第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、前記第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、
    前記第1の通信装置が、
    GPS信号を受信するGPS受信部と、
    前記受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、
    前記受信したGPS信号から位置情報を算出する位置情報取得部と、
    前記時刻同期情報及び前記位置情報を前記GPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、
    前記第2の通信装置が、
    前記第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、
    前記受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、
    前記受信した信号に含まれる位置情報を取得する位置情報取得部と、
    前記基地局に、前記同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、当該位置情報取得部で取得した位置情報を算出させるため、複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と、
    前記疑似GPS受信信号を前記基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有することを特徴とする同期信号変換装置。
  3. 第1の通信装置と第2の通信装置とを備え、前記第2の通信装置が基地局の受信機に接続される同期信号変換装置であって、
    前記第1の通信装置が、
    GPS信号を受信するGPS受信部と、
    前記受信したGPS信号からGPS基準時刻に同期した時刻同期情報を取得する時刻情報取得部と、
    前記受信したGPS信号から位置情報を算出する位置情報取得部と、
    前記受信したGPS信号から衛星情報を取得する衛星情報取得部と、
    前記時刻同期情報と、前記位置情報と、前記衛星情報とを前記GPS信号とは異なる周波数で無線送信する無線送信部とを有し、
    前記第2の通信装置が、
    前記第1の通信装置から送信された無線信号を受信する無線受信部と、
    前記受信した信号に含まれる時刻同期情報に基づいて、装置内の内部時刻情報をGPS基準時刻に同期させる時刻情報同期部と、
    前記受信した信号に含まれる位置情報を取得する位置情報取得部と、
    前記受信した信号に含まれる衛星情報を取得する衛星情報取得部と、
    前記基地局に、前記同期された内部時刻情報に一致した時刻を取得させると共に、当該位置情報取得部で取得した位置情報を算出させるための複数の衛星の衛星情報を含む疑似GPS受信信号、又は、前記同期された内部時刻情報と当該衛星情報取得部で取得した衛星情報とを含む疑似GPS受信信号を生成するGPS時刻情報変換部と、
    前記疑似GPS受信信号を前記基地局に出力する疑似GPS受信信号送出部とを有することを特徴とする同期信号変換装置。
  4. 第2の通信装置が、基地局の内部に設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の同期信号変換装置。
  5. 第2の通信装置が、疑似GPS受信信号を基地局に無線で送信することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の同期信号変換装置。
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