JPH10503282A

JPH10503282A - 一次基準クロックに用いるための統制時間スケール生成装置

Info

Publication number: JPH10503282A
Application number: JP8505857A
Authority: JP
Inventors: ジョージフィリップザムペティ
Original assignee: シンメトリコムインク
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1998-03-24
Also published as: WO1996003679A1; CA2195459C; US5666330A; EP0771438A1; CA2195459A1

Abstract

(57)【要約】統制されたクロック信号をネットワークじゅうに位置する複数のノードで提供する方法および装置を開示する。好ましい実施態様では、複数のクロックをアンサンブルして、アンサンブル時間ベース情報を提供する。また、全地球測位衛星（ＧＰＳ）またはＬｏｒａｎレシーバから得られるような世界クロック信号を提供し、アンサンブルされた時間情報をこの世界クロック信号の周波数または位相に合わせて統制して、ネットワークじゅうに同調または同期化を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】一次基準クロックに用いるための統制時間スケール生成装置著作権通知本特許文書の開示内容の一部は、著作権保護の対象である内容を含む。著作権所有者は、特許庁の特許ファイルもしくは記録に見られる特許開示を閲覧する他者によるファクシミリ再現に対しては異議はないが、それ以外に関しては、すべての著作権を留保する。発明の背景発明の分野本発明は、時間スケール生成に関し、特に、トレース可能な時間スケール生成に関する。発明の背景電話ネットワーク、電力ネットワークおよびコンピュータネットワークのような多くの用途で、タイミングを制御するためにクロック信号が生成される。例えば、低周波数無線ナビケーション（Ｌｏｒａｎ）および全地球測位衛星（ＧＰＳ）をクロックソースとして使用することができる。ＬｏｒａｎおよびＧＰＳは、廉価で正確な時間スケールソースを提供するが、欠点がいくつかあり、それらの欠点が、そのようなソースが一般に使用されないという結果をもたらしている。通常、ＬｏｒａｎおよびＧＰＳのマスタクロックは、ソースへの通信リンク、すなわち無線信号が、比較的雑音のある通信リンクを提供するため、望ましくないものとみなされている。このような雑音の多い通信リンクは、結果的に、ノードで感知されるマスタクロックに雑音を入れてしまう。通常は、これらの外部タイミングソースを使用するのではなく、これらのクロック信号の多くは、ネットワーク中の各スイッチまたはノードで生成される。スイッチまたはノードで生成されるクロック信号は、イベントの相対的な発生をトラッキングし、制御するための局所時間ベースを提供する。そのような時間スケール生成装置の例には、セラミック発振子、水晶発振子、クオーツ発振子、ルビジウム発振子およびセシウム発振子がある。通常、いわゆる一次原子時計であるセシウム発振子が最高の精度、正確さおよび安定性をもつ時間ベース基準を、ただし最大の費用で提供する。これら従来技術の発振子それぞれは、局所時間ベース生成装置として使用することができ、多様な要因、例えば温度、雑音、システムバイアスなどの影響を受ける精度および安定性を有している。ネットワークのノードの多くが互いに通信する必要があるとき、通常、これら個々のノードが互いに同期をとって、または同調して動作していなければならないという要件がある。同期とは、何らかの基準に照らして計測されると、二つの異なるノードのクロックどうしの間に所与のレベルの精度の特定のタイミング（位相および周波数）関係があることをいう。同調とは、所与のレベルの精度で計測されると、二つの異なるノードのクロックソースどうしの周波数が同じであることをいう。種々のタイプのマスタまたは基準ソースを使用することができる。例えば、セシウムクロックのようなマスタクロックソースは、ネットワークを介して各ノードに分与されるセシウム発振子であってもよい。ネットワーク中の各ノードは、ルビジウム発振子のような、より不安定な発振子を組み込み、通信リンクを介してマスタクロック信号を受信するものでもよい。そのような発振子をマスタまたは基準クロックソースに対してロックするために、種々の高精度の位相および周波数ロックループ、例えば本願の譲受人から市販されているStratumモデルＳＴ２、ＳＴ３およびＳＴ３Ｅが開発された。これらのクロック回路は、１日に１０¹¹分の１単位の範囲の正確さで、基準またはマスタ信号の高精度トラッキングを提供する。しかし、要求される精度および正確さの程度に依存して、これらの発振子の使用は結果的に複雑さおよび費用の増大をもたらす。同期または同調を得るもっとも一般的な方法は、ネットワークじゅうに分与される基準またはマスタクロック信号にそれぞれロックされる位相ロックループまたは周波数ロックループを使用する方法である。このようなネットワークじゅうのマスタクロック信号の分与の欠点は、通信リンク中の雑音および／または位相もしくは周波数ロックループ中の種々の誤差原因が、ネットワーク中にタイミング（位相）誤差または周波数誤差を生じさせるおそれがあることである。このようなタイミングまたは周波数の誤差は、結果として、異なるノード間でデータまたは他のタイプの情報フレームのタイミングにスリップを生じさせる。位相または周波数の誤差が生じる場合、それが、例えばタイミング間隔のスリップを招いて、データの損失をもたらしかねない。局所時間スケール生成を改善するさらなる手段として、安定性を改善するための種々のプロセスが開発された。改善された時間スケール生成のための一つの一般的な方法は、いくつかの異なる高精度ソース、例えばオーブンベースのルビジウム発振子を用意し、それらの発振子の信号を平均化して、統計的に誤差を最小限にしようとする方法である。このような平均化技術のさらなる改善が、アンサンブル時間ベース生成である。アンサンブル時間ベース生成では、多様なクロックおよび他の時間ベースソースが提供される。タイミングソースの簡単な数学的平均をとるのではなく、種々の異なる時間ソースの予測または計測による正確さおよび安定性に基づき、種々の重要視される要因が時間スケールの生成のために考慮に入れられる。National Institute of Standard and Technology（合衆国商務省の一部）によって開発され、M．Weiss & T．Weissertの「AT2，A New Time Scale Algorithm: AT1 Plu s Frequency Variance」Metrologia No．28 p．65-74(1991)に記載されたＡＴ１およびＡＴ２のようなパブリックドメインの手法をはじめとするアンサンブル時間スケール生成方法の例がいくつかある。それにもかかわらず、アンサンブル時間スケール生成は、同期化または同調のいずれをも提供することができない。したがって、本発明の第一の目的は、同期化または同調が可能な時間スケール生成装置を提供して、ネットワークじゅうに同期化または同調を提供することにある。さらなる目的は、簡潔で比較的廉価なアーキテクチャを使用する時間スケール生成装置を提供することにある。さらなる目的は、アンサンブル時間ソースを基準クロックに合わせる統制時間スケール生成装置を提供することにある。本発明のなおもさらなる目的は、ＧＰＳタイミングを使用して、基準またはマスタクロック信号を提供することにある。発明の概要これらおよびその他の目的は、制御されたアンサンブル時間スケール生成装置の実施態様によって達成される。ネットワーク中の複数のノードが、利用できる多様な時間スケール生成装置、例えば複数のルビジウム発振子と、セシウム発振子と、別のノードのマスタクロックから伝送されるネットワーククロックとを有している。複数のクロックがアンサンブルされ、統計学的基礎とされる、複数の信頼しうるソースにおける依存性によって良好な安定性を有するアンサンブル時間スケール生成装置が提供される。そして、これらアンサンブルされたクロックは、ネットワークじゅうで利用できる、根本的により良好な長期的安定性および正確さを有するクロックソースからの周波数統制を受ける。このような時間ソースの一例がＧＰＳである。加えて、周波数統制された時間スケールはさらに、この同じ信頼性の高いクロックソースからの時間統制を受けて、同期を提供することもできる。マイクロプロセッサを用いた構成により、アンサンブルされたクロックソースの周波数および時間スケールの統制の効率的な実施を実現できる信頼しうるコアハードウェアエンジンアーキテクチャが開示される。このアーキテクチャは、ＧＰＳレシーバと、それぞれが異なる局所クロック、ネットワーククロックおよび世界統制クロックに結合されている１対のマルチプレクサと、第一のマルチプレクサの出力に結合されているディジタルシンセサイザと、時間間隔計測装置、例えば、スタート入力が第二のマルチプレクサの出力に結合され、ストップ出力がシンセサイザに結合されている調歩カウンタとを要する。このコアアーキテクチャエンジンは、適切な入力信号を処理して、アンサンブルされた時間情報を得たのち、そのアンサンブルされた時間情報を周波数統制して、周波数統制された時間ベース信号を提供するマイクロプロセッサを使用する。あるいはまた、時間（位相）統制された時間ベース信号を提供してもよい。図面の簡単な説明図１は、本発明のネットワーク実施態様を示すブロック図である。図２は、ネットワーク中のノードに使用される本発明の実施態様の階層工程図である。図３は、ネットワーク中のノードが同調を提供するための本発明のさらなる実施態様のブロック図である。図４は、同期化を得るために図３の実施態様と組み合わせることができる追加部品のブロック図である。図５は、本発明のさらなる実施態様のブロック図である。図６は、本発明のさらなる実施態様のブロック図である。図７は、電話交換局に用いるための局所一次基準ソースのブロック図である。好ましい実施態様の詳細な説明図１は、本発明を具現化する、１個以上のノードを有するネットワーク１０を示す。このネットワークは、１個以上の伝送チャネル２０、２１、２２、２３、２４および２５を介して互いに通信する複数のノード１２、１３、１４、１５、１８および１９を含み、これらのノードが電話交換局を構成することができる。各ノードは複数のクロックソースを有し、これらのクロックソースは、２個のルビジウム発振子（ＲｂＡおよびＲｂＢ）、例えば本願の譲受人から市販されているＳＴ２と、例えば同譲受人から市販されているＳＴ３Ｅのような１個または２個のクォーツ発振子と、セシウム発振子（ＣＳ）と、ＧＰＳクロック出力を提供する全地球測位衛星レシーバ（ＧＰＳ）と、マスタクロックとして働く別のノードから伝送されるネットワーク発振子ソースとを含むことができる。各ノードはまた、Ｌｏｒａｎのような他のクロックソース（図示せず）を有することもできる。図２は、開示する本発明の実施態様を含むネットワークノードの基本動作を示す。ステップ３０で、複数のクロックソース、例えば２個の局所ルビジウムクロックＲｂＡおよびＲｂＢと、局所セシウムクロックＣｓと、ネットワーク中の別のノードのルビジウムクロックであってもよいネットワーククロックＮｔとがアンサンブルされる。このアンサンブル処理は、ソフトウェアエンジンを使用する確立されたプロトコルにしたがって、当業者には周知であり、その記載すべてを引用例として本明細書に含めるM．Weiss & T．Weissertの「AT2，A New Time Sc ale Algorithm: AT1 Plus Frequency Variance」Metrologia No．28 p．65-74(1 991)に記載のＡＴ２プロトコルによるものが好ましい。ＡＴ２プロトコルでは、所与のクロックソースが全体の時間スケールに寄与する程度を、クロック安定性についての演繹的推定とクロック安定性についての進行中の計測との両方によって管理することができる。ＡＴ２の標準的な実施態様では、周波数状態推定の統合時間は、主に、ランダムウォーク周波数変調雑音の各クロックのレベルについての演繹的推定によって決定されるが、時間状態に対する各クロックの寄与の重みは、白色雑音周波数変調についての測定レベルに基づいて適応的に決定される。一般に、すべての時間スケールアルゴリズムは、共通の基礎として、標準クロックモデルおよび時間スケール生成式を共有する。違いは、使用される重みおよび統合時間を制御するのに使用される方法にある。この実施態様は、特定の時間スケールアルゴリズムを完全に独立した成分として包含する。時間スケールアルゴリズムが管理される厳密な方法は重要ではない。例えば、譲受人が考慮する本実施態様の特定の応用では、重みおよび統合時間の両方が演繹的に決定される。この第一段の出力が、利用可能なクロックソースに基づくアンサンブル時間スケールクロックまたはクロック状態情報である。そして、ノードは、アンサンブル時間と、例えばＧＰＳレシーバ（図示せず）によって検出される全地球測位衛星信号中に含めて伝送されるクロック基準信号であってもよい「世界統制クロック」（ＵＤＣ）との間の周波数誤差を測定する処理３２により、アンサンブルされた時間スケールに合わせる周波数統制を行う。あるいはまた、比較的小さな地理的区域をカバーするネットワークの場合、Ｌｏｒａｎを使用してもよい。そして、計測された周波数誤差を使用して周波数補正係数を生成して、長い時間間隔、例えば数時間にわたってアンサンブル時間スケールの周波数をＵＤＣのそれに合わせて変更する。ネットワーク中の各ノードが、アンサンブルされた時間スケールのＵＤＣに合わせる統制を行うならば、そのネットワークは同調状態にある。すなわち、各ネットワークでの統制された時間スケールの周波数が非常に高い精度で同じである。さらに、ステップ３４に示すように、周波数統制して得られた時間スケールをさらに時間統制してもよい。時間統制は、周波数統制されたアンサンブル時間とＧＰＳのような世界統制クロックとの間の位相誤差を除くという点で、周波数統制とは異なる。時間統制は、データフレームのスリップを最小限にするように、はるかに長期間をかけて行われる。図３は、そのようなアンサンブル処理および統制を用いる実施態様１００を示すブロック図である。アンサンブラ１０２は、その入力として、２個のルビジウムクロック（Ｒｂ０およびＲｂ１）、セシウムクロック（Ｃｓ）、ネットワーククロック（Ｎｔ）および、任意のものしてＧＰＳレシーバから提供される全地球測位衛星クロック（ＧＰＳ）を含む利用可能なクロックソースそれぞれを有している。アンサンブラの出力は好ましくは２０MHzクロック信号であり、これが次に分周器１０４によって分周されて４KHzクロック信号（電話への応用の場合）が得られる。分周器１０４からの４KHz出力は、調歩カウンタを含むことができる４個の時間間隔計測装置１０６、１０８、１１０および１１２に供給される。時間計測装置１０６は、サンプリング期間中、ＧＰＳクロック信号とアンサンブルされた時間との間の位相差を計測する。時間計測装置１０８、１１０および１１２は、アンサンブル時間と、セシウムクロック（Ｃｓ）、ネットワーククロック（Ｎｔ）およびＲｂＡクロックとの位相差をそれぞれ計測する。これらの時間計測装置それぞれは、クロック信号によって駆動され、スタート（ＲｂＡ、ＣｓおよびＮｔクロックのいずれか）信号とストップ信号（アンサンブル時間）との間の規定時間（位相）差を計測する調歩カウンタであってもよい。サンプリング期間中これらの時間計測装置１０６、１０８、１１０および１１２それぞれからの位相差がカウント値を提供する。当該分野に周知である周波数誤差推定技術を使用して、このカウント値を特定期間にわたりマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）１１４によって処理することができる。そして、この周波数誤差推定値を、マイクロプロセッサ１１４中で実行されるろ波機能によって数学的に変更して補正係数を得て、第一の数値制御発振器１１６の出力周波数を変化させる。この数値制御発振器１１６が４KHz信号の周波数を変化させて、周波数統制された時間スケール出力１１８を提供する。ＧＰＳレシーバからのＧＰＳクロック信号が極めて良好な長期的安定性および正確さを有し、平均して地球上の事実上どこででも利用できるため、ネットワークじゅうに統制された時間スケールを得るためには通常これが選択される。したがって、ＧＰＳ信号は世界統制クロックとして働く。統制を実施するために、統制時間ソースとアンサンブルされた時間との位相差を計測する時間計測装置からのカウント値がＣＰＵによってときどきサンプリングされ、記憶される。そして、数値制御発振器の補正係数を変更するためにサンプルがＣＰＵによって処理される。ＧＰＳのような統制時間ソースの場合、周波数制御ループ時定数は通常、数時間のオーダであるが、Ｌｏｒａｎ信号時間スケールのような、より短期的で安定な統制ソースの場合、統制のための時間間隔ははるかに短く、例えば１時間程度となりうる。高い短期的安定性を有するセシウムクロックがＵＤＣが得られていない状態において使用されている場合、間隔はわずか数分となりうる。時間椎定値の更新は２５．６秒ごとに実施することができる。ＣＰＵはまた、種々の局所クロック、例えばＲｂＡおよびＣｓならびにＵＤＣ、例えばＧＰＳおよびＬｏｒａｎをはじめとする種々のクロック信号をモニタして、種々のクロックの性能を測定することもできることに注目すべきである。マイクロプロセッサが、例えばこれら種々のクロックのいずれかとアンサンブル時間との間で、その特定のクロックの信頼性および安定性が相当に低下したことを示す有意で多様な位相変化に気が付けば、そのクロックをアンサンブラによって無視することもできる。同様に、ＣＰＵが、世界統制クロック、例えばＧＰＳまたはＬｏｒａｎの安定性に有意な低下が見られることに注目するならば、ＣＰＵは、異なる世界統制クロックを選択することもできる。いずれにしても、ＣＰＵは、ＣＰＵ１１４を含むネットワークノードまたはネットワーク中の他どこか離れた位置のいずれかの表示装置上での障害インジケータを活性化することができる。またさらに、多数決投票規準を使用して、利用可能な入力信号ごとに重み割り当てを制御することもできる。このような投票は、各推定の後に実施することができる。世界統制クロックは短期間では安定性に劣るが、不安定になった局所クロックを検出するのに役立つため、重みを割り当てるためのこの投票に使用することができる。図４は、周波数統制された出力を発振器１１６から得て、選択された世界時ソース、例えばＧＰＳに対しての同期を提供する、図３の実施態様のさらなる変形である。具体的には、図３の発振器１１６からの同調出力１１８が第二のＮＣＯ１５０に供給される。この第二のＮＣＯ１５０の出力１５２が、第二の発振器１５０の出力と、同調を得るために選択されたＵＤＣ時間ソース１５６、例えばＧＰＳクロック信号との間の位相差を計測する時間計測装置１５４に接続される。時間計測装置１５４の出力がディジタルフィルタ１５８の入力に供給されて、第二のＮＣＯ１５０からの同調時間とＵＤＣ時間ソースとの間の平均位相差を表す出力を提供する。ＵＤＣソースの平均短期的安定性およびアンサンブル時間スケールの長期的安定性が、フィルタ１５８の調節可能な時定数を決定する。したがって、比較的短期間の不安定なＵＤＣソース、例えばＧＰＳの場合、時定数はかなり長い、すなわち１日のオーダであるべきである。ＵＤＣ時間ソースの非存在において、より高い短期的安定性を有する局所セシウムクロックが使用される場合には、フィルタ時定数ははるかに短くてもよい。このように、第二のＮＣＯ１５２をＧＰＳまたは他のＵＤＣ時間ソースの平均位相に対して位相ロックすることにより、開示される実施態様を有するネットワーク内でノード間の同期を達成することができる。図４の実施態様を有するネットワーク中の他すべてのノードに関し、そのようなノードすべてについて十分な同期が達成される。不必要なフレームのスリップを避けるために、第二の発振器１５２による発振器１５０からの周波数統制された時間スケールクロック信号の位相補正は、周波数補正よりもはるかにゆっくり行われるべきである。図５は、より効率的なアーキテクチャをもつ、統制された時間スケールのさらなる実施態様２００を示す。クロックソース、例えば局所時間ソース、ルビジウムＡ（ＲｂＡ）およびルビジウムＢ（ＲｂＢ）、セシウム原子時計（Ｃｓ）ならびに世界統制クロックソース、好ましくはＧＰＳ、さらには他の時間ソース、例えばネットワーク時間ソース（Ｎｔ）それぞれが、２個のマルチプレクサ２０２、２０４に供給される。マルチプレクサ２０２、２０４の選択された出力は中央処理装置（ＣＰＵ）２０６によって制御される。このＣＰＵ２０６は、いかなる高速マイクロプロセッサであってもよく、好ましくはディジタル信号プロセッサである。選択された入力が不安定にならない限り、制御ライン２０３は一般に変更されない。普通、制御ライン２０３は、ＣＰＵ２０６による判断で、利用できる中でもっとも信頼でき安定な短期的時間ソース、通常はセシウム時間ソース（Ｃｓ）をマルチプレクサ２０２の出力として選択するようにセットされている。異なる時間ソース、例えばルビジウム時間ソース（ＲｂＡおよびＲｂＢ）のいずれかを選択することは、ＣＰＵ２０６が、先に選択されたソースが不安定になったと判断した場合またはオフィス中にセシウムが存在しない場合にしか行われない。選択された時間ソースは、ＮＣＯまたはスワローカウンタであることができるシンセサイザ２１０への入力として供給される。シンセサイザ（Ｓｙｎｔ）またはＮＣＯ２１０の出力２１２は、調歩時間計測装置２１４の入力にフィードバックされる。時間計測装置２１４の他方の入力は、第二のマルチプレクサ２０４の出力に接続されている。制御２０５を介するＣＰＵ２０６の制御の下、マルチプレクサ２０４は、定期的に（ときどき）制御信号を発して、時間計測装置との比較に用いるための異なる時間ソースを提供する。このように、時間計測装置は、ＣＰＵ２０６によって制御されるサンプリング間隔で、連続的な位相計測または以下のサンプリングを提供する。その結果から以下を計算する。ここで、ΔＸは、括弧の中の二つの時間ベースの間の周波数差に比例する、サンプリング期間にわたって計測された増分時間誤差（公称周波数に対して正規化された位相誤差）であり、 ΔＸ（Ｓｙｎｔ−Ｓｙｎｔ）は、ＣＰＵ２０６がこのオフセット偏差を温度および他の環境要因の関数として補償することを許すためのタイミング計測装置中の増分時間オフセットの測度であり、入力クロックをカウンタのスタートおよびストップ端子に印加することによって計測されるものであり、Ｓｙｎｔはシンセサイザの出力である。ＣＰＵ２０６は、簡単な操作により、シンセサイザ入力から独立した「対の」差分マトリックスを得ることができる。例えば、ＲｂＡおよびＲｂＢ時間ソースの連続するサンプルの間の対差は、以下により、シンセサイザ周波数成分を減算によって消去すると、得ることができる。和算により、増分時間誤差の対データを、通常は時間スケールアルゴリズムに使用される時間誤差データに変換することができる。Ｘ（ＲｂＡ−ＲｂＢ）＝ΣΔＸ（ＲｂＡ−ＲｂＢ）異なる時間ソースの連続サンプルの間のこれらの対差それぞれをＣＰＵ２０６によって同様な方法で得て、表IIに示す対マトリックスを得ることができる。ただし、ｉおよびｊは対マトリックスの指標である。（もちろん、計算しやすくするため、左上から右下（対称軸）に延びる対角マトリックス(Ｘ_j、j)に沿うサンプルの対差は、当然ゼロであるので、それらを計算する必要はない。また、マトリックスの対称軸の下側の対差は、容易に理解されるように、簡単な２の補数計算によって得ることができる。）そして、対マトリックス成分それぞれを、いくつかの周知の時間スケールソフトウェアエンジンのいずれかに供給して、アンサンブル時間に対する各入力の時間および周波数差の状態推定値を得ることができる。アンサンブル時間の状態推定値は、ＣＰＵ２０６によって生成され、ＲＡＭに記憶され、アンサンブル時間の状態推定値は、図３の実施態様の時間計測装置に供給されるアンサンブル時間の計算上の相似形である。時間スケールアルゴリズムの出力は、アンサンブル時間に対する入力のいずれかを補償するのに必要な補正係数を提供する。この実施態様では、この補償は、シンセサイザ出力に対して直接実施される。シンセサイザ出力の制御は、アンサンブル時間スケールに対する出力を補償するのに必要な補正と、長期的ＵＤＣ周波数に対するアンサンブル時間スケールを補償するのに必要な補正とを一つのアルゴリズムに組み合わせる。この制御サーボアルゴリズムを説明する前に、統制周波数補正値の計算を説明する。この統制アルゴリズムは、選択されたＵＤＣ入力の時間スケール増分時間状態推定値を利用して、統制周波数補正値を決定する。統制計算は、時間スケールアルゴリズムと同じ更新間隔で実施される。ＧＰＳがＵＤＣソースである場合には、時間スケールアルゴリズムは、ＧＰＳタイミング入力にゼロの重みを割り当てる。ＧＰＳタイミング信号は短期的には局所発振器ソース（例えば２個の局所ルビジウム）よりもはるかに不安定であるため、これが望ましい。時間スケールアルゴリズムは、実際の出力時間スケールに影響を及ぼすことなく、ゼロ重み入力の状態推定値を提供する。統制アルゴリズムは、増分ＵＤＣ時間状態推定値においてディジタルローパスフィルタを具現化して、この信号における過度の位相雑音を減らす。フィルタ出力は、統制周波数補正係数がｎ番目の時間スケール状態更新サイクルごとに更新されるようにデシメーションされる。ＧＰＳの場合、フィルタの公称積分時間は３０分であり、統制周波数補正係数は、公称には３０分ごとに更新される。ディジタルローパスフィルタは、切り捨て・丸め誤差を避けるために用いられる。ディジタルフィルタ出力が現在の統制周波数推定値である。この現在の推定値が過去のものと比較される。二つの推定値が予想される認定しきい値の範囲内で一致するならば、その現在の推定値は受け入れられる。受け入れられた推定値が実験平滑化フィルタへの入力として与えられて、統制周波数補正値が計算される。フィルタの時定数は、全体の出力の周波数不安定性を最小限にするように選択される。これは次のような制約を受ける。短時間定数の場合、ＵＤＣソースの不安定性が支配的となり、長時間定数の場合、時間スケールの不安定性が支配的となる。ＧＰＳの場合、公称の２時間定数が、ルビジウム局所発振器にとって最大周波数安定性の領域での動作を提供する。時間スケール状態推定値および計算された統制周波数補正値を与えられると、この実施態様では１個しかないシンセサイザを操るための制御サーボアルゴリズムを望むことができる。この説明に関して、シンセサイザ２１０への入力がマルチプレクサ２０２を介するＲｂＡであるように選択が行われると仮定する。シンセサイザ制御語は、周波数制御語（ＦＣＷ）と位相制御語（ＰＣＷ）との和である。周波数制御語は、時間スケール周波数状態および統制周波数補正値から次式によって直接計算される。式中、Ｙは、クロックの、その公称周波数に対する小数周波数誤差であり、したがって百万分の１単位で計測されるものであり、周波数制御語は、出力シンセサイザを公称的に正しい周波数に修正するための開ループまたは正方向送り補償とみなすことができる。ＮＣＯに提供される位相制御語（ＰＣＷ）は、ハードウェアＮＣＯに伴う小さなバイアスおよび分解効果から生じる残差誤差を除くための閉ループ補正フィードバック係数（ＳＹＮＴ）である。位相制御語は次式によって計算される。ＰＣＷ＝∝（時間残差誤差）２ここで式中、∝は比例時定数である。時間残差誤差は、ハードウェアシンセサイザ（ＮＣＯ）の出力と入力との間で計測された時間誤差を計算された予想位相ランプと比較することによって決定される。増分時間誤差は次のとおりである。 ΔＸ（ＲｂＡ−Ｓｙｎｔ¹）は、補償された計測増分位相ランプである。計算された予想時間誤差は、時間スケール周波数状態および統制周波数補正値から決定することができ、周波数制御語の負に比例する。式中、ΔＴは時間スケール更新間隔である。増分時間残差は、計測された補正増分時間誤差と、計算された増分時間誤差との差である。見逃し時間誤りは、増分時間残差の合計である。位相制御時定数は、時間計測装置中の計測雑音ならびにハードウェアシンセサイザ中のバイアスおよび分解努力に基づいて選択される。通常、１００〜１０００秒の範囲の時定数が所望の安定性を達成する。シンセサイザの出力を、ＣＰＵ２０６により、標準アルゴリズムにしたがって制御して、マトリックスから利用できる２個のルビジウムクロック、１個のセシウムおよび１個のネットワーククロックに基づいてアンサンブルされた時間を提供することができる。さらに、同じ時間スケールエンジンは、アンサンブル時間および計算されたアンサンブル時間と平均化された受信ＧＰＳ信号との間の周波数差を利用して、周波数統制された時間ベースを提供して、世界統制クロックとの同調を実現することができる。加えて、望むならば、ＣＰＵ２０６はまた、これらのエンジンにしたがって適切な位相増分更新を計算して同期を実現することもできる。このアプローチで使用するためのさらなる改善は、上記表IIに示す対マトリックスの代わりに増分対マトリックスを使用することである。増分対マトリックスは、連続する対サンプルの間の差を含む。 ΔＸ_j,i(ｔ＋τ)＝Ｘ_j,i(ｔ＋τ)−Ｘ_j,i(ｔ) ６式中、Ｘ_j,i(ｔ)は、時間サンプル間隔ｔにおける表IIのｊ，ｉ要素であり、Ｘ_j,i(ｔ＋τ)は、次の時間サンプル間隔ｔ＋τにおける表IIの同じｊ，ｉ要素である。このように、デルタ対マトリックスを以下の表IIIに定義する。上記表IIの通常の対マトリックスの代わりにデルタ対マトリックスを使用する利点は、マトリックス値の範囲ならびにクロックソースとシンセサイザ出力との間の時間および周波数の差の状態推定値の範囲が有意に小さな範囲の値になって、特に位相誤差に関して整数計算の使用を許すことにある。さらに、ＵＤＣとシンセサイザの出力との間で、周波数統制に加えて時間統制が必要であるならば、周波数補正係数を出力する代わりに、時間補正係数を計算してもよい。この時間補正係数は、周波数統制時間スケール状態を計算することによって導き出すことができ、ＧＰＳソースとシンセサイザの出力との間の時間計測装置のろ波された差分誤差に基づいて、位相誤差補正係数を求めてマイクロプロセッサによって補正係数を計算して、同期を提供することができる。クロックソースをＧＰＳに合わせて統制することの他に類を見ない利点は、ＧＰＳが一般にネットワークの地理的区域のいたる所で普遍的に利用できるということにある。したがって、ネットワーク中の各ノードが図３に示すような周波数統制されたクロックを有するならば、ネットワーク中のノードそれそれは、ＵＤＣ時間ソース（例えばＧＰＳ）と、ひいてはＵＤＣ時間ソースに合わせて統制された他のノードと同調する。さらに、アンサンブル時間スケールを使用することにより、例えば太陽のフレア活動によってＧＰＳのようなＵＤＣ時間ソースが失われるとしても、統制されたアンサンブル時間の使用が安定性の高い局所時間ソースを提供する。ＧＰＳまたは他のＵＤＣ時間ソースが損失したときでも、アンサンブルされた時間によって提供される安定性の高い局所時間ソースのおかげで、ネットワーク中の各ノードはなおもネットワーク中の他のノードとの同調およびおそらくは同期を相当な期間維持することができる。特に、ネットワーク中の各ノードは、好ましくは、ＵＤＣ時間ソースの損失を検出したならば、ホールドオーバ状態に入ることができ、それにより、ＮＣＯそれぞれが固定状態に保持される。各ノードにとっての局所時間ソースは、アンサンブルされた時間スケールにおける構成要素時間ソースそれぞれよりもはるかに安定であるアンサンブルされた時間であるため、各ノードは、ＧＰＳのようなＵＤＣ時間スケールが再び取得されるまでの相当な時間間隔にわたって他のノードと同調した状態を保つ。図６は、本発明の実施態様を使用する局所一次基準ソース３００のブロック図である。ソース３００は、好ましくは、全地球測位信号を受信するように設計され、好ましくは、局所一次基準ソース３００が位置するところのオフィスの屋根に設置される全地球基準測位タイミングレシーバ（ＧＴＲ）３０２に結合される。ＧＴＲ３０２は、衛星ネットワークから全地球測位信号を受信し、雷抑制装置３０４と、局所一次基準ソース３００を含むオフィスへのファイバケーブルリンク３０６とを有している。ソース３００は、全地球測位タイミングインタフェース４００と、エラー状態を示すための種々の可聴および可視アラーム３０８と、電源３１０とを含む。また、ソース３００には、米国カリフォルニア州サン・ホセのSymmetricom社のTelecom Solutions部門から市販されているようなディジタルクロック分配システム（ＤＣＤ）３２０が結合されている。ＤＣＤ３２０は、 Telecom Solutionsから市販されているＳＴ２（３２２、３２４）であってもよい２個のルビジウムクロックソースＲｂＡおよびＲｂＢを含むことが好ましい。同様に、メンテナンスインタフェースシステム３２６と、外部の多数の基準クロックソース３３０およびＧＴＩの出力をオフィスじゅうに分与するために受信することができる多数の基準クロック制御装置ＡおよびＢ（ＭＲＣＡ３２７およびＭＲＣＢ３２８）とが含まれる。図７は、ＬＰＲＳ３００の一部をより詳細に示すタイミング図である。５MHz の平方波クロックソースＲｂＡおよびＲｂＢが結合されて１２５０分周器によって分周されて４KHz信号ＲｂＡおよびＲｂＢ信号をセレクタ４０２に提供する。セレクタ４０２の出力は２０．１２８MHz位相ロックループに結合され、これが、ＧＰＳレシーバからの４KHzのＲｂＡ、４KHzのＲｂＢおよびＵＤＣ４KHz信号とともに、Telecomから市販されているＩＳＡＭ４０４に供給される。通常は、２０．１２８MHz位相ロックループ４０４は、４KHzのＲｂＡおよびＲｂＢ信号の一方によって駆動される。ＧＴＩは、ＩＳＡＭ（統合シンセサイザおよび計測）ハードウェアエンジンを使用して、費用効果的で高性能の統制された時間スケール機能を提供する。ＧＴＩＩＳＡＭは、５個までの位相計測のチャネルと、ＦＰＧＡに集積された３２ビットコヒーレントディジタル合成との機能を果たすように設計されている。ディジタルシンセサイザは、Ｄ／Ａ変換器を使用することなしに具現化される。代わりに、ディジタルミキサ技術を用いて、シンセサイザのジッタを抑制し、ハードウェア分解能を改善する。ディジタルシンセサイザは以下の仕様を有している。１．分解能：１．４Ｅ−１１（ステアリングコントロールサーボによって６Ｅ −１５まで拡張）２．ジッタ：＜２００ps ３．公称出力周波数：２０MHz マルチチャネル位相計測サブシステムが５個までの入力チャネルをシンセサイザ出力に対して計測する。各入力チャネルは、ＦＰＧＡへのサンプリングパルス列であるように状態調節される。パルス列は、４KHz、８KHz、１６KHzまたは３２KHzの速度であることができる。３２KHzよりも低い速度の場合、位相計測は、３２KHz高調波周波数で効率的に実施される。ＧＲＩにおいて、すべての入力チャネルは、４KHzサンプリングパルスレートにある。公称パルス幅は５００nsである。位相計測サブシステムは以下の仕様を有している。１．整定時間（入力チャネルを選択したのち、計測の準備ができるまで）：８０ms ２．シングルショット計測間隔：＜２０ms ３．シングルショット計測分解能：６４０ps ４．計測範囲：ＦＰＧＡから３１．２５マイクロ秒（１６ビット入出力で０〜ＢＥＣ５（１６進））ＧＴＩでは、４個の位相計測チャネルが用いられる。チャネルの割り当ては次のとおりである。１．局所発振器入力Ａから導出された４KHzサンプリングストローブ２．局所発振器入力Ｂから導出された４KHzサンプリングストローブ３．ＧＴＲタイミング入力から導出された４KHzサンプリングストローブ４．２０MHzシンセサイザ出力から導出された４KHzサンプリングストローブ（較正チャネル）計測サイクルは、４個のチャネルそれぞれから一つずつのシングルショット計測の集合からなる。計測サイクルは４００msごとに完了する。数値制御発振器および統合位相計測システムは、SymmetricomのTelecom Solut ions部門から市販されているゲートアレイに具現化されたＩＳＡＭエンジン４０６を含む。ＩＳＡＭエンジン４０６は、二つの出力、すなわち１０MHz出力と、一方１．５４４／２．０４８MHzフレーマ位相ロックループ４０８に提供される２０MHz出力とを提供する。ループ４０８が１．５４４MHzで作動しているのか２．４８MHzで作動しているのかは、出力がＴ１データフォーマットにあるのかＥ１データフォーマットにあるかに依存する。フレーマＰＬＬ４０８の出力は、ラインインタフェースユニット４１４によって出力バスＯｕｔＡおよびＯｕｔＢへ分配させるためにＴ１／Ｅ１フレーマ４１２に結合される。また、ＧＰＳ４ KHz信号が出力で利用できる。望むならば、ＩＳＡＭエンジン４０６はＬＯＲＡＮタイミング信号を受信してもよい。４KHzのＧＰＳ信号が以下の方法でＧＴＲ３０２から供給される。光センサモジュール４１６がファイバ３０６に結合され、ファイバ３０６からの光パルス列を電気信号に変換し、マンチェスタデコーダ４１８がそれをデコードして、バス４２０に載せて分配するための４KHzのＧＰＳ信号を発する。マンチェスタデコーダはまた、１８．４３２MHzのクロック信号を受信し、ＧＴＲからの信号に含まれる所定のシーケンスに基づいて１パルス／秒（１ＰＰＳ）デコーダ４２４に信号を発して、時刻を多様なデータフォーマットで提供する時刻モジュール４２２が使用するための毎秒１パルスデータを提供する。時刻モジュール４２２からのデータはまた、エンジン４１６を介してファイバ３０４に載ってＧＴＲにも提供される。時刻データはまた、エンジン４１６からマイクロプロセッサ４４０上のＵＡＲＴに直列に通してもよい。データはまた、好ましくは米国カリフォルニア州キャンベルのZilog から市販されているＺ１８０であるマイクロプロセッサ４４０により、モジュール４１６を介してＧＴＲ３０２に提供してもよい。マイクロプロセッサ４４０は、好ましくは、ＧＴＲ３０２と通信するための２４００ボーのＵＡＲＴと、ＲＳ２３２プロトコルを使用する直列インタフェースを介してＭＩＳ３２６に結合されているＵＡＲＴ９６００ボーポートとを含む。ＩＰＰＳデコーダ４２４はまた、毎秒１パルスを２４００ボーのＵＡＲＴポートに提供する。好ましくは、マイクロプロセッサは、１ＰＰＳデコーダ４２４および時刻エンジンの出力と、入出力割り込み制御装置４５２中の状態レジスタに応答するマスク可能な割り込みと、直接メモリアクセス（ＤＭＡ）制御装置と、フレーマ４１２に結合された直列ポートとにそれぞれ結合された３個のハードウェア割り込みＩＮＴ０、ＩＮＴ１およびＩＮＴ２を有している。フレーマ４１２は、フレーミングされたすべて１の信号を、任意には、それぞれDallas Semiconductor ＤＳ２１８０ＡまたはＤＳ２１８１のいずれかを使用するＴ１フォーマット（１．５４４MHz）またはＥ１ＣＣフォーマット（２．０４８MHz）で提供する。同様に、Ｚ１８０のプログラムを含むことができるＥＥＰＲＯＭ４４２、プロセッサが使用するためのデータＲＡＭ４４４、ブートプログラムを含むフラッシュＲＡＭ４４６、実時間クロックモジュール４４８、例えばHarris Semiconduct orから市販されているＩＣＭ７１７０およびマルチライン表示モジュール、例えばＤＭＣ１６１０１Ａを含むフロント制御パネル４５０が含まれる。ＥＥＰＲＯＭは、データを後でＣＰＵ４４０に再伝送するためにネットワークを介してＭＩＳ３２６に伝送することによって再プログラムすることができる。マスク不可能なインタフェースで、マイクロプロセッサ４４０はまた、ウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）４４１にも応答する。入出力割り込み制御装置４５２はまた、可聴アラームおよび可視アラームを発生し、また、アラーム遮断出力を生成するためにも接続されている。例えばＧＰＳ信号の損失もしくは不安定化、ＲｂＡおよびＲｂＢ信号の損失もしくは不安定化などといった特定のエラー状態にあるオフィスや離れた場所での人員に警告するために使用される重要な警報と軽度の警報の両方がある。好ましくは、ＧＴＩ４００は、それ自体の電源を含むだけでなく、それがオンおよびオフにすることができるＧＴＲ用電源４６０をも含む。ＧＴＩはまた、状態バス４６２を介してＧＴＲ用電源の電流および電圧をモニタする。この状態バスにはまた、ＲｂＡおよびＲｂＢ信号の存在および安定性、２０．１２８MHzのＰＬＬ４０４のロック状態、ＢＳＹラインを介して通知される、ＩＳＡＭエンジン４０６が位相計測を完了したかどうか、１．５４４／２．０４８MHzのＰＬＬ４０８がロックされているかどうか、及びＬＩＵ４１４がデータを出力しているかどうか、をモニタするモニタ４１０が結合されている。モニタ４１０は、ＲｂＡおよびＲｂＢの３回の５MHzクロック期間（６００nsec）ごとにワンショットのセットを含み、プロセッサ４４０によってしかリセットすることができない。各ワンショットの出力は、状態バス４６２を介して入出力制御装置４５２に接続される。低レベルはＲｂＡまたはＲｂＢクロックの故障を示す。制御バス４６４が結合されて、入出力割り込み制御装置４５２からセレクタ４０２のソースを含む種々の構成要素に制御を提供し、ＩＳＡＭエンジン４０８を使用可能にし、またＬＩＵ出力４１４およびＧＴＲ電源４６０を使用可能にする。ＳＴ２エンジン４０８へのＳＴ入力が、ＳＴ２エンジンが位相計測およびストローブを実行することを許可して、ＳＴ２エンジンが数値制御発振器のための３２ビット周波数データを記憶するようにする。さらに、Ｚ１８０マイクロプロセッサ４４０がデータを伝送し、種々のブロックから受信することを許すデータ／アドレスバス４６６が設けられている。具体的には、種々のマトリックス制御演算を実行して世界統制時を提供することができるよう、ＳＴ２エンジン４０６が位相差データをマイクロプロセッサ４４０に提供する。位相計測を行うためには、プロセッサ４４０の２０ミリ秒タイマを使用することにより、位相計測値を１００ミリ秒ごとに記録する。システムに用いるためのメモリは次のとおりである。マイクロプロセッサは、プログラムおよびデータのために外部メモリを使用し、メモリマッピングされた入出力を使用する。好ましくは、マイクロプロセッサ４４０は、ＳＴ２出力の周波数をセットし、同時に、マイクロプロセッサ４４０が世界統制時を導出するために使用するための位相差計測値を種々のクロックソース（４KHzのＲｂＡおよびＲｂＢ、ＧＰＳ、Ｌｏｒａｎなど）から受信するために、３２ビット語をＳＴ２エンジン４０６に書き込む。位相計測ごとにＳＴ２エンジンから得られる計測された位相差はまた、ＲＡＭにも記憶される。具体的には、上述したように、ＳＴ２エンジン４０６は、マイクロプロセッサがＳＴ２エンジン４０６に提供される３２ビット周波数値を決定することができるよう、表Ｉの種々の位相計測値を提供する。マイクロプロセッサは、上記表IIおよび任意には表IIIの操作をすべて実行して、世界時の推定値を導き出す。そして、この推定値が式１〜５について記した計算にしたがって使用されて、ＳＴ２が周波数および位相ロック状態になるように制御するために使用される３２ビット語が生成される。メモリマップはまた、セレクタ４０２、実時間クロック４４８、時刻エンジン４２２、入出力割り込み制御装置４５２中の入出力割り込み／状態レジスタ、割り込みマスクレジスタ４６３ならびに同じく入出力割り込み制御装置４６０に含まれる２個の制御レジスタ、すなわち制御レジスタＡおよび制御レジスタＢを制御するためにも使用される。加えて、ＳＴ２エンジン４０６およびウォッチドッグリセットへの種々の入力間で計測された位相誤差の測定および読み出しを開始し、１ＰＰＳ４２４割り込みをクリアするためのストローブ、スタートおよびストローブラインもまた、メモリアクセスによって制御される。入出力割り込み制御装置中の状態／割り込みレジスタは、２バイトに分割することができる。このとき、最上位バイト中のビットの割り当ては次のようになる。割り込みレジスタの最下位バイトの状態／割り込みレジスタ編成は次のようになる。マスクレジスタは、マイクロプロセッサによって割り込みを不活性化することができるよう、アドレス指定可能なマスクを提供し、マスクレジスタのためのマスクビットマッピングは同じである。マスクされた出力は割り込み番号１に結合される。ハードウェア制御レジスタＡの最上位バイトは次のとおりである。ハードウェア制御レジスタＡの最下位バイトは次のとおりである。ハードウェア制御レジスタＢは次のとおりである。このように、図６および７は、オフィスなどにとっての局所一次基準ソースとしての世界統制時間スケールを提供するクロック分配システムの実施態様を示す。具体的な実施態様は、ディジタル技術を用いて行うように記載したが、例えばＮＣＯに代えて電圧制御発振器を用い、時間計測装置に代えて位相検出器を用いることにより、種々の実施態様を全体的または部分的に具現化しうることが容易に理解されよう。加えて、当業者であれば容易に理解できるように、種々の他の部品に変更を加えてもよい。また、具体的な実施態様は特に遠隔通信に関するものであるが、これらの実施態様は、局所および広域のコンピュータネットワークならびに配電ネットワークに使用してもよい。当然ながら、本発明の範囲は請求の範囲によって定義される。

【手続補正書】【提出日】１９９７年８月２７日【補正内容】請求の範囲１．局所クロックと、線形および非線形の雑音効果を信号に加えるおそれのある媒体を介する信号により伝達される世界時ソースとの間で同調を達成する方法において、それぞれクロック信号を出力する複数の構成要素時間クロックを設けることと、前記構成要素時間クロックの前記出力をアンサンブルして、前記構成要素時間クロックのいずれよりも安定であるアンサンブルされた時間クロック情報を提供することと、世界統制クロック信号を受信することと、前記世界統制クロック信号とアンサンブルされた前記時間クロック情報との間の周波数差を繰り返し測定することと、複数の前記周波数差および、複数の前記構成要素時間クロックとアンサンブルされた前記時間クロック情報とのうちの少なくとも１つに基づいて、前記世界統制クロック信号と同じ周波数のクロック信号を出力することと、を含む方法。２．全地球測位衛星タイミング信号を受信して前記世界統制クロック信号を提供するための受信機を設けることをさらに含む請求の範囲１に記載の方法。３．Ｌｏｒａｎタイミング信号を受信して前記世界統制クロック信号を提供するための受信機を設けることをさらに含む請求の範囲１に記載の方法。４．二つの入力信号を入力されこれら二つの入力信号相互間の位相差を表す情報を提供する時間計測装置を設けることと、前記時間計測装置への第一の入力信号として異なる構成要素クロック信号を繰り返し選択し、出力クロック信号と、前記構成要素クロック信号の選択された一つとの間の前記位相差を表す前記情報を提供することと、クロック信号をアンサンブルするのに使用するための代表的な前記位相差に係る前記情報に基づいて、データマトリックスを生成することと、をさらに含む請求の範囲１に記載の方法。５．前記マトリックスが対マトリックスを含む請求の範囲４に記載の方法。６．前記マトリックスが増分対マトリックスを含む請求の範囲４に記載の方法。７．それぞれがある水準の信頼性および安定性を有するタイミング情報を生成する複数の局所クロックと、前記複数の局所クロックに基づいて、当該局所クロックそれぞれの安定性および信頼性の水準よりも高い水準の信頼性および安定性を有する時間スケール情報を生成するためのアンサンブラと、線形および非線形雑音を加えるおそれのある通信チャネルから、タイミング情報を内包した信号の群であって、ＧＰＳ信号およびＬｏｒａｎ信号を含む信号群のうちの一つの信号を受信するための受信機と、受信された前記信号に応じて世界統制クロック情報を生成する世界統制クロック信号生成器と、アンサンブルされた前記時間スケール情報を、前記世界統制クロック情報の周波数および位相を含む群中の一つに合わせて統制して、統制された出力信号を提供するための手段と、を有する時間スケール生成装置。８．前記世界統制クロック情報が世界統制クロック信号であり、アンサンブルされた時間情報がアンサンブルされた時間クロック信号であり、生成装置がさらに、前記アンサンブルされた時間クロック信号と前記世界統制クロック信号との間の周波数差および位相差の少なくとも一方に関する情報を提供するための時間計測装置と、前記アンサンブルされた時間クロック信号および制御情報に応答して、前記アンサンブルされた時間クロック信号および前記制御情報に基づくクロック信号を生成するための制御可能な発振器と、前記時間計測装置の出力に応答して、前記発振器の出力が周波数統制されるように当該発振器を制御するための制御情報を生成するための制御装置と、を含む請求の範囲７に記載の時間スケール生成装置。９．前記制御装置が前記時間計測装置からの前記情報を長期間にわたって平均化する請求の範囲８に記載の時間スケール生成装置。１０．各局所クロックおよび前記世界統制クロック信号について対データを生成するプログラムステップと、前記各局所クロックの前記対データに基づいた前記アンサンブルの状態を表すデータを生成するプログラムステップと、種々の時点で前記アンサンブルの状態と前記世界統制クロック信号との差異を測定して平均差を得るプログラムステップと、前記アンサンブルの状態間の差異に基づいてクロック信号を出力し、前記平均差に基づいて前記世界統制クロック信号の長期的周波数を得るプログラムステップと、を実行するプロセッサを含む請求の範囲７に記載の時間スケール生成装置。１１．前記対データが増分対データである請求の範囲１０に記載の時間スケール生成装置。１２．安定性および信頼性のある周波数を有する複数の局所クロックを有した複数の交換局を含み、周波数を内包した世界統制クロック情報を含む信号に誤差を加えるおそれのある媒体を介して信号を受信する地域に存在する遠隔通信ネットワークであって、複数の交換局それぞれにおいて、その交換局の複数の前記局所クロックをアンサンブルして、その交換局の前記局所クロックそれぞれよりも高い信頼性および安定性を有する周波数を含んだアンサンブルされた時間ベース情報を提供するための手段と、前記アンサンブルされた時間ベース情報と前記世界統制クロック情報との間の周波数差を随時測定するための手段と、当該交換局が使用するための、前記アンサンブルされた時間ベース情報と前記世界統制クロック情報との間の平均周波数差に基づく周波数を有する局所時間ベース信号を提供するための手段と、を含み、それにより、前記複数の交換局中の各交換局の前記局所時間ベース信号が互いに同調した状態にある遠隔通信ネットワーク。１３．前記局所時間ベース信号それぞれが４キロヘルツクロック信号である請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１４．前記複数の交換局それぞれが、前記世界統制クロック情報を前記測定手段に提供するために結合された受信機を有する請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１５．少なくとも複数のノードを測定するための前記測定手段が調歩カウンタを含む請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１６．前記複数のノードの少なくともいくつかを測定するための前記測定手段が、前記周波数差に依存する信号を生成する位相検出器を含む請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１７．前記世界統制クロック情報を含む信号がＧＰＳ信号であり、前記複数のノードそれぞれが、前記世界統制クロック情報を前記測定手段に提供するＧＰＳ受信機を有する請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１８．第一のノードからのクロックソースがまた、前記アンサンブルするための手段によって使用されて、前記アンサンブルされた時間ベース情報を提供する請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１９．アンサンブルされたクロック信号の群を、線形および非線形の雑音効果を有するチャネルを介して提供される世界時ソース信号に合わせて統制する方法において、時間スケールアルゴリズムの中に、前記クロックの群および前記世界時ソース信号を提供して、アンサンブル時間とクロックの群中の各クロックとの間の差の状態推定値を求め、前記アンサンブル時間状態中の世界時ソース信号には、重みを与えられていないアンサンブル時間状態が与えられることと、低域ろ波アルゴリズムによって前記アンサンブル時間状態を前記世界時ソース信号に合わせて統制して、統制された時間状態を提供することと、前記統制された時間状態に基づいてクロック信号を生成することと、を含む方法。

Claims

【特許請求の範囲】１．局所クロックと、線形および非線形の雑音効果を信号に加えるおそれのある媒体を介する信号により伝達される世界時ソースとの間で同調を達成する方法において、それぞれクロック信号を出力する複数の構成要素時間クロックを設けることと、前記構成要素時間クロックの前記出力をアンサンブルして、前記構成要素時間クロックのいずれよりも安定であるアンサンブルされた時間クロック情報を提供することと、世界統制クロック信号を受信することと、前記世界統制クロック信号とアンサンブルされた前記時間クロック情報との間の周波数差を繰り返し測定することと、複数の前記周波数差および、複数の前記構成要素時間クロックとアンサンブルされた前記時間クロック情報とのうちの少なくとも１つに基づいて、前記世界統制クロック信号と同じ周波数のクロック信号を出力することと、を含む方法。２．全地球測位衛星タイミング信号を受信して前記世界統制クロック信号を提供するための受信機を設けることをさらに含む請求の範囲１に記載の方法。３．Ｌｏｒａｎタイミング信号を受信して前記世界統制クロック信号を提供するための受信機を設けることをさらに含む請求の範囲１に記載の方法。４．二つの入力信号を入力されこれら二つの入力信号相互間の位相差を表す情報を提供する時間計測装置を設けることと、前記時間計測装置への第一の入力信号として異なる構成要素クロック信号を繰り返し選択し、出力クロック信号と、前記構成要素クロック信号の選択された一つとの間の前記位相差を表す前記情報を提供することと、クロック信号をアンサンブルするのに使用するための代表的な前記位相差に係る前記情報に基づいて、データマトリックスを生成することと、をさらに含む請求の範囲１に記載の方法。５．前記マトリックスが対マトリックスを含む請求の範囲４に記載の方法。６．前記マトリックスが増分対マトリックスを含む請求の範囲４に記載の方法。７．それぞれがある水準の信頼性および安定性を有するタイミング情報を生成する複数の局所クロックと、前記複数の局所クロックに基づいて、当該局所クロックそれぞれの安定性および信頼性の水準よりも高い水準の信頼性および安定性を有する時間スケール情報を生成するためのアンサンブラと、線形および非線形雑音を加えるおそれのある通信チャネルから、タイミング情報を内包した信号の群であって、ＧＰＳ信号およびＬｏｒａｎ信号を含む信号群のうちの一つの信号を受信するための受信機と、受信された前記信号に応じて世界統制クロック情報を生成する世界統制クロック信号生成器と、アンサンブルされた前記時間スケール情報を、前記世界統制クロック情報の周波数および位相を含む群中の一つに合わせて統制して、統制された出力信号を提供するための手段と、を有する時間スケール生成装置。８．前記世界統制クロック情報が世界統制クロック信号であり、アンサンブルされた時間情報がアンサンブルされた時間クロック信号であり、生成装置がさらに、前記アンサンブルされた時間クロック信号と前記世界統制クロック信号との間の周波数差および位相差の少なくとも一方に関する情報を提供するための時間計測装置と、前記アンサンブルされた時間クロック信号および制御情報に応答して、前記アンサンブルされた時間クロック信号および前記制御情報に基づくクロック信号を生成するための制御可能な発振器と、前記時間計測装置の出力に応答して、前記発振器の出力が周波数統制されるように当該発振器を制御するための制御情報を生成するための制御装置と、を含む請求の範囲７に記載の時間スケール生成装置。９．前記制御装置が前記時間計測装置からの前記情報を長期間にわたって平均化する請求の範囲８に記載の時間スケール生成装置。１０．各局所クロックおよび前記世界統制クロック信号について対データを生成するプログラムステップと、前記各局所クロックの前記対データに基づいた前記アンサンブルの状態を表すデータを生成するプログラムステップと、種々の時点で前記アンサンブルの状態と前記世界統制クロック信号との差異を測定して平均差を得るプログラムステップと、前記アンサンブルの状態間の差異に基づいてクロック信号を出力し、前記平均差に基づいて前記世界統制クロック信号の長期的周波数を得るプログラムステップと、を実行するプロセッサを含む請求の範囲７に記載の時間スケール生成装置。１１．前記対データが増分対データである請求の範囲１０に記載の時間スケール生成装置。１２．安定性および信頼性のある周波数を有する複数の局所クロックを有した複数の交換局を含み、周波数を内包した世界統制クロック情報を含む信号に誤差を加えるおそれのある媒体を介して信号を受信する地域に存在する遠隔通信ネットワークであって、複数の交換局それぞれにおいて、その交換局の複数の前記局所クロックをアンサンブルして、その交換局の前記局所クロックそれそれよりも高い信頼性および安定性を有する周波数を含んだアンサンブルされた時間ベース情報を提供するための手段と、前記アンサンブルされた時間ベース情報と前記世界統制クロック情報との間の周波数差を随時測定するための手段と、当該交換局が使用するための、前記アンサンブルされた時間ベース情報と前記世界統制クロック情報との間の平均周波数差に基づく周波数を有する局所時間ベース信号を提供するための手段と、を含み、それにより、前記複数の交換局中の各交換局の前記局所時間ベース信号が互いに同調した状態にある遠隔通信ネットワーク。１３．前記局所時間ベース信号それぞれが４キロヘルツクロック信号である請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１４．前記複数の交換局それぞれが、前記世界統制クロック情報を前記測定手段に提供するために結合された受信機を有する請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１５．少なくとも複数のノードを測定するための前記測定手段が調歩カウンタを含む請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１６．前記複数のノードの少なくともいくつかを測定するための前記測定手段が、前記周波数差に依存する信号を生成する位相検出器を含む請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１７．前記世界統制クロック情報を含む信号がＧＰＳ信号であり、前記複数のノードそれぞれが、前記世界統制クロック情報を前記測定手段に提供するＧＰＳ受信機を有する請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１８．第一のノードからのクロックソースがまた、前記アンサンブルするための手段によって使用されて、前記アンサンブルされた時間ベース情報を提供する請求の範囲１２に記載の遠隔通信ネットワーク。１９．世界統制クロック情報に誤差を加えるおそれのある媒体を通った当該世界時クロック情報を含む信号によってカバーされている地域に位置している、互いの間で情報単位を伝送する複数のノードからなるネットワークにおいて前記複数のノードの間の同調を提供する方法において、前記複数のノードそれぞれで局所クロック情報を生成することと、前記複数のノードそれぞれで前記世界統制クロック情報を受信することと、前記複数のノードそれぞれで、随時、前記局所クロック情報と前記世界統制クロック情報との間の周波数差を測定することと、複数の前記測定に基づいて、同じ周波数を有する前記複数のノードそれぞれで同調したクロック信号を提供することと、を含む方法。２０．前記ネットワークが電話ネットワークを含む請求の範囲１９に記載の方法。２１．前記ネットワークがデータ局所地域ネットワークを含む請求の範囲１９に記載の方法。２２．前記ネットワーク中の前記複数のノードが電話交換局を含む請求の範囲１９に記載の方法。２３．前記局所クロック情報が前記ネットワーク中の前記各ノードで複数の局所クロックを含む請求の範囲１９に記載の方法。２４．前記複数のノードそれぞれで、随時、前記局所クロックの少なくともいくつかの間の周波数差を測定することと、前記局所クロックの前記周波数差に基づいて、前記複数のノードそれぞれのためのアンサンブル時間情報を生成することと、随時、前記複数のノードそれぞれのための前記アンサンブル時間情報と世界クロック情報との間の第二の周波数差を生成することと、前記各ノードでの前記第二の周波数差の情報に基づいて、他の前記複数のノードそれぞれの前記局所クロック信号に同調したクロック信号を生成することと、を含む請求の範囲２３に記載の方法。２５．前記複数のノードの少なくともいくつかのための前記アンサンブル時間情報が、部分的に、別のノードに位置する局所クロックに基づく請求の範囲２４に記載の方法。２６．アンサンブルされたクロック信号の群を、線形および非線形の雑音効果を有するチャネルを介して提供される世界時ソース信号に合わせて統制する方法において、時間スケールアルゴリズムの中に、前記クロックの群および前記世界時ソース信号を提供して、アンサンブル時間とクロックの群中の各クロックとの間の差の状態推定値を求め、前記アンサンブル時間状態中の世界時ソース信号には、重みを与えられていないアンサンブル時間状態が与えられることと、低域ろ波アルゴリズムによって前記アンサンブル時間状態を前記世界時ソース信号に合わせて統制して、統制された時間状態を提供することと、前記統制された時間状態に基づいてクロック信号を生成することと、を含む方法。２７．クロックソースの集合を、雑音のあるチャネルを介して受信される世界時スケールに合わせて統制するための装置において、世界時スケールに合わせて統制されたクロック信号を出力として提供する制御可能な発振器と、前記クロックソースおよび前記世界時スケールのそれぞれに応答してアンサンブル時間スケールを与えて、前記世界時スケールにゼロの重みを与え、アンサンブル時間スケールと前記世界時スケールとの差を使用して前記発振器を制御するプロセッサと、を含む装置。