TWI422253B - 時間同步裝置 - Google Patents

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TWI422253B
TWI422253B TW098120851A TW98120851A TWI422253B TW I422253 B TWI422253 B TW I422253B TW 098120851 A TW098120851 A TW 098120851A TW 98120851 A TW98120851 A TW 98120851A TW I422253 B TWI422253 B TW I422253B
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Description

時間同步裝置
本發明係關於時間同步裝置，尤關於依據從GPS通信衛星接收之報時訊號，於時脈同步之下中繼行動台之間之通信的基地台中的時間同步裝置。
行動通信系統，包含：分別具有服務區(cell)之多數基地台，及在服務區(cell)內行動之行動台。如此種行動通信系統之中，係使用GPS(全球定位系統(Global Positioning system))，採行基地台間之同步。亦即，基地台間同步方法(基地台間同步裝置)，係多數基地台間利用GPS收訊的UTC(Coordinated Universal Time：協定世界時間)而相互間或依照一方同步之方法(裝置)。
各基地台有時會有該基地台具備之GPS接收機無法補捉GPS通信衛星，而無法鎖定UTC時間之狀態。該狀態於此技術領域，稱為「GPS未鎖定狀態」。對於即使在如此種的GPS未鎖定狀態仍能取得基地台間同步之時間同步裝置，有人提供各種提議。
例如，於日本特開平11-154920號公報(以下稱「專利文獻1」)，揭示一種同步式基地台控制系統之時脈同步方法，即使於來自GPS通信衛星之報時訊號無法接收時仍可更為正確地保持同步式基地台控制系統之時脈同步。專利文獻1揭示之時脈同步方法中，當各基地台可接收來自GPS通信衛星之報時訊號(time signal)時，該基地台接收GPS報時訊號並輸出PPS(每秒脈鐘(Pulse Per Second))訊號，依據該PPS訊號產生PPS時脈，藉此進行時脈同步。另一方面，當各基地台無法接收來自於GPS通信衛星之報時訊號時，可利用該基地台產生之RTC(即時時脈(Real Time Clock))進行時脈同步。PPS訊號有時會無法接收來自GPS通信衛星之報時訊號的情形。RTC受監視是否與PPS時脈為一致，當不一致時，依據PPS時脈進行修正。又，當接收到報時訊號時，將RTC與已計數PPS訊號之PSC(PPS訊號計數器(PPS Signal Counter))起始化。
圖1顯示上述專利文獻1揭示之時間同步裝置之構成方塊圖。圖示之時間同步裝置，由中央處理裝置(CPU)101、本地時脈產生部102、ROM(唯讀記憶體(Read Only Memory))103、RAM(隨機存取記憶體(Random Access Memory))104、GPS天線105、GPS收訊部106、及PPS收訊部107構成。
GPS收訊部106，將由GPS通信衛星提供之報時訊號以GPS天線105接收並輸出PPS訊號，同時，經由線L1將該PPS訊號送給PPS收訊部107。PPS收訊部107，依據PPS訊號產生PPS時脈，並將該等提供給CPU101。PPS訊號，係依據與標準時間訊息大致相等之報時訊號產生之訊號，係逐秒提供之訊號。因此，只要能接收來自GPS通信衛星之報時訊號，對於CPU101會提供正確的時序的PPS時脈，並且保持時脈同步為正確。
本地時脈產生部102產生RTC，並由CPU101監視是否RTC與PPS時脈為一致，當不一致時，利用由CPU101、ROM103及RAM104構成之修正部修正。
然而，上述圖1所示關連技術，有以下所述問題。
第1問題，在於若各基地台處於無法捕捉GPS通信衛星之狀況，則無法得到正確的時間。理由如下。當各基地台處於無法捕捉GPS通信衛星之狀況，系統側之時脈會由RTC以秒為單位進行修正。然而，RTC本身係以約1秒程度之精度為前提之電路。因此，如此種方法中，當構建與UTC(Coordinated Universal Time：協定世界時間)同步之系統時，僅能以約1秒之精度修正。
第2問題，在於僅能以秒為單位之位準保持正確精度。其理由為：係比較從利用GPS通信衛星之時間同步裝置所輸出之PPS訊號進行每秒計數之PSC(PPS Signal Counter)之值及RTC時脈之秒資訊，對於RTC施加修正而得正確時間。
又，日本專利第3,379,698號公報(以下稱為「專利文獻2」)，揭示即使處於GPS未鎖定狀態時，仍可將系統時脈與UTC時間同步之基地台間同步裝置。專利文獻2所揭示之基地台間同步裝置中，各基地台包含：GPS接收機，從GPS通信衛星接收本身之UTC時間；時脈產生器，產生與本身之UTC時間同步的時脈訊號；運算部，因應本身之UTC時間以及從其他基地台經由傳遞路徑輸入之其他UTC時間的延遲時間而運算延遲修正值；記憶部，記憶傳遞路徑之交通狀態及延遲修正值。各基地台於無法從GPS通信衛星捕捉本身之UTC時間時，於上述其他之UTC時間加上上述延遲修正值，產生經同步之時脈訊號。上述延遲修正值，於鎖定於本身之UTC時間時，利用經由傳遞路徑於其他基地台鎖定之其他UTC時間與本身之UTC時間之差運算輸出。
專利文獻2揭示之基地台間同步裝置中，必需從其他基地台經由傳遞路徑周期性地接收其他UTC時間，而運算延遲修正值。
日本特開2000-332678號公報(以下稱為「專利文獻3」)揭示一同步維持方法，當無法從GPS衛星取得同步時間資訊時，能維持同步為高精度，同時使未連線之行動台保持同步時間。該專利文獻3所揭示之同步維持方法中，當無法從GPS衛星接收同步時間資訊時，檢測經接收之GPS時間之時脈與內部產生之時脈間的相位差，以消除相位差之方式控制內部產生之時脈之相位，並使用該經控制之時脈進行同步。
專利文獻3所揭示之同步維持方法中，當無法從GPS衛星接收同步時間資訊時，不知如何接收GPS時間。
日本特開2005-318196號公報(以下稱「專利文獻4」)揭示一基地台間同步系統，即使於基地台間之傳遞路徑之延遲時間變動時，仍能得到基地台間之同步。專利文獻4揭示之基地台間同步系統中，與多數之其他基地台取得時脈同步之基地台，包含：時間資訊收訊部；輸入部；延遲時間檢測部；記憶部；輸入時脈訊號監視部；及時脈訊號產生部。時間資訊收訊部，接收來自於衛星之時間資訊，使用接收之時間資訊產生本身之時脈訊號。輸入部，輸入至少2個來自其他基地台之時脈訊號作為輸入時脈訊號。延遲時間檢測部，使用時間資訊收訊部產生之本身之時脈訊號及輸入部輸入之輸入時脈訊號，檢測針對本身之時脈訊號的輸入時脈訊號的各延遲時間。記憶部，記憶延遲時間檢測部檢測到的延遲時間。時脈訊號監視部，監視從輸入部輸入之各輸入時脈訊號而檢測輸入時脈訊號的變動。
專利文獻4揭示之基地台間同步系統，並需經常監視輸入時脈訊號的變動。
本發明之目的在於提供一種時間同步裝置，即使陷於無法捕捉GPS通信衛星之狀況時，仍能長時間輸出安定的PPS訊號(=時間同步訊號)。
本發明之另一目的在於提供一種時間同步裝置，能減低關於為了維持對於時間同步訊號為同水平安定度所需花的費用。
本發明之時間同步裝置，於當GPS通信衛星由於某理由無法捕捉時，從其他可正常接收GPS通信衛星之時間同步裝置，將正確的時間資訊經由存在於兩時間同步裝置間之行動台，修正既定延遲時間，藉此，即使於無法捕捉GPS通信衛星之狀態仍能儘可能於長時間維持時間同步裝置之效果。
亦即，本發明之時間同步裝置，係依據從GPS通信衛星接收之報時訊號於時脈同步之下中繼行動台之間之通信的基地台中之時間同步裝置，特徵在於包含：若無法捕捉GPS通信衛星，則從處於交遞狀態之其他基地台經由行動台，取得其他基地台從GPS通信衛星接收之報時訊號之時間資訊之電路；及利用取得之時間資訊進行本身之時脈同步之電路。
本發明之效果在於利用GPS通信衛星，不變更迄今為止之時間同步裝置之基本構成，能於即使無法捕捉GPS通信衛星之情形仍能夠延長保持系統可運用之時間。理由在於：依據從其他正常可接收GPS通信衛星之基地台得到之訊框資料計算無法捕捉GPS通信衛星之基地台之UTC時序，並施加修正調整。
 (實施發明之最佳形態)
其次對於本發明之實施形態參照圖式詳加說明。
[構成之說明]
具備本發明之時間同步裝置之基地台，於時脈同步之下中繼行動台(Mobile Station)之間之通信。
圖2顯示行動通信系統之方塊圖，包含具備本發明之時間同步裝置之基地台。圖2例示2個基地台與行動台之位置關係。圖示之行動通信系統，包含：第1及第2基地台100、200、第1至第3行動台41、42、及43。第1基地台100與第2基地台200，經由有線通信網30而彼此相連接。第1基地台100包含第1GPS天線8-1及第1通信用天線9-1。同樣，第2基地台200包含第2GPS天線8-2及第2通信用天線9-2。
圖2顯示以下狀態。即，第1基地台100經由第1通信用天線9-1，中繼第1行動台41與第2行動台42之間之通信。第2基地台200，經由第2通信用天線9-2，中繼第2行動台42與第3行動台43之間之通信。因此，圖示例中，第2行動台42存在可於第1及第2基地台100、200間送訊收訊之區域(交遞區)。
圖2所示行動通信系統中，以如下方式進行時脈同步。即，第1基地台100利用第1GPS天線8-1，第2基地台200利用第2GPS天線8-2，分別從GPS通信衛星(以下記為「GPS衛星」)接收報時訊號。且，依據該時間訊息資訊，進行第1基地台100與第2基地台200之間之時脈同步。該報時訊號，以極高精度同步於UTC(Coordinated Universal Time：協定世界時間)。
圖3顯示本發明一實施形態之第1基地台(時間同步裝置)100之構成方塊圖。又，第2基地台200亦與圖3所示第1基地台100為同樣構成。因此，以下以第1基地台100為代表說明。
第1基地台100由第1GPS接收機1-1、第1之1PPS修正電路部2-1、第1控制部3-1、第1訊框產生部4-1、第1無線電波輸入輸出部5-1、第1CPU電路部6-1、第1訊框時序檢測部7-1、第1GPS天線8-1、第1通信用天線9-1，及第1LAN埠10-1構成。第1GPS天線8-1為GPS衛星捕捉用，第1通信用天線9-1為無線連接用。
又，雖無圖示，第2基地台200之構成要素將”1”之接尾辭改為附加”2”之接尾辭。亦即，第2基地台200，由第2GPS接收機1-2、第2之1PPS修正電路部2-2、第2控制部3-2、第2訊框產生部4-2、第2無線電波輸入輸出部5-2、第2CPU電路部6-2、第2訊框時序檢測部7-2、第2GPS天線8-2、第2通信用天線9-2，及第2LAN埠10-2構成。第2GPS天線8-2為GPS衛星捕捉用，第2通信用天線9-2為無線連接用。
第1GPS接收機1-1，藉由第1GPS天線8-1從GPS衛星接收資訊，進行內部處理，藉此，取得位置資訊、GPS衛星資訊、時間資訊(包含報時訊號)等。又，第1GPS接收機1-1於內部處理後，將10MHz之時脈(以下單記為「時脈」)與1PPS(1 Pulse Per Second)訊號輸出到第1控制部3-1。又，第1GPS接收機1-1，若無法接收報時訊號，會將警報資訊對第1控制部3-1送出。
第1控制部3-1與時脈同步動作。第1控制部3-1，可將來自於第1GPS接收機1-1之各種狀況資訊或警報資訊藉由RS-232C(串列通信)接收。又，為了變更第1GPS接收機1-1之狀態或狀況(status)，第1控制部3-1連接成使得可藉由RS-232C進行第1GPS接收機1-1之設定等變更。
第1控制部3-1，於正常狀態，將來自於第1GPS接收機1-1之1PPS訊號送出到第1訊框產生部4-1。但是，若收到來自第1GPS接收機1-1之警報資訊，第1控制部3-1會對於第1CPU電路部6-1進行計時器動作之開始要求。且，第1控制部3-1，當於既定時間內不存在可交遞之基地台時，使無線輸出停止。另一方面，當於既定時間內存在可交遞之基地台時，第1控制部3-1比較於第1CPU電路部6-1計算出之該基地台之1PPS訊號之時序以及來自於第1GPS接收機1-1之1PPS訊號之時序。又，第1控制部3-1，接受來自於第1之1PPS修正電路部2-1之修正資訊(修正相位量)，並連接成使得可將修正資訊送給第1GPS接收機1-1。又，第 1控制部3-1，連接成使得可將來自於第1GPS接收機1-1之修正後1PPS訊號對於第1訊框產生部4-1輸出。
又，「交遞(handover)」係指行動台存在於可於多數基地台間送訊收訊之區域(交遞區)時，例如從行動台正進行通信之基地台變更為現未進行通信之其他基地台之變更通信之基地台的動作。
參照圖4說明交遞區。從基地台到行動台之電波到達距離，視基地台之送訊電力功率與各接收機之性能決定。視該等而決定之第1基地台100與行動台之可通信範圍，以從第1基地台100起算之第1電波到達範圍A1表示，且第2基地台200與行動台間之可通信範圍，以從第2基地台200起算之第2電波到達範圍A2表示。該等第1及第2電波到達範圍A1、A2，重疊存在使得與行動台之通信不中斷，相當於圖4之斜線部分。又，第1基地台100、第2基地台200為了進行與行動台之位置資訊或上位網路等之通信，例如以LAN網等有線通信網30(參照圖2)連接。如前述，圖2之例中，第2行動台42，存在於上述重疊的區域Ao1 。
第1訊框產生部4-1，以來自第1控制部3-1之1PPS訊號為基準，產生訊框。該產生之訊框被送往第1無線電波輸入輸出部5-1。第1無線電波輸入輸出部5-1，將從第1訊框產生部4-1輸入之訊框朝行動台或其他基地台，從第1通信用天線9-1以無線輸出。亦即，利用該訊框，與行動台或其他基地台之間進行通信。從其他基地台以無線輸出並由第1通信用天線9-1接收之訊框，經由第1無線電波輸入輸出部5-1，送往第1訊框時序檢測部7-1。第1訊框時序檢測部7-1於訊框檢測時序資訊並送給第1CPU電路部6-1。
第1CPU電路部6-1若收到來自於第1控制部3-1之計時器動作之開始要求，則於一定時間內尋找可交遞之基地台。當不存在如此種的基地台時，第1CPU電路部6-1使第1訊框產生部4-1中之訊框產生停止。另一方面，當存在可交遞之基地台時，第1CPU電路部6-1經由第1LAN埠10-1對於所有的基地台要求提供交遞資訊。第1基地台100之上位裝置，決定應交遞之基地台(於本例 為第2基地台200)。
又，第1CPU電路部6-1，從第2基地台200以無線及有線接收各種資料。該資料，包含要交遞成第2基地台200之資訊，作為時間資訊使用之時序資訊。第1CPU電路部6，依照行動台、第1基地台100及第2基地台200之位置資訊，計算從經由第2行動台42之第2基地台200往第1基地台100之資料送訊之總計延遲時間，並依據收訊之訊框具有的時間資訊，計算第2基地台200中之1PPS訊號之時序。
又，第1CPU電路部6-1於第1控制部3-1之控制下，控制於第1訊框產生部4-1之訊框產生。第1CPU電路部6-1，依照來自第1控制部3-1之1PPS訊號之比較結果，計算第1基地台100中之第1之1PPS訊號與第2基地台200中之第2之1PPS訊號間的相位差，並將算出之相位差送給第1之1PPS修正電路部2-1。第1之1PPS修正電路部2-1，從上述相位差計算修正相位量，並將算出之修正相位量送給第1控制部3-1。
如上述，第1CPU電路部6-1發揮以下作用：若無法捕捉GPS通信衛星，則從處於交遞狀態之其他基地台(第2基地台200)經由行動台(第2行動台42)，取得其他基地台(第2基地台200)從GPS通信衛星接收中之報時訊號之時間資訊。又，第1之1PPS修正電路部2-1，發揮以下作用：利用取得之時間資訊進行本身之時脈同步。
圖5顯示圖3所示第1GPS接收機1-1之詳細構成方塊圖。第1GPS接收機1-1，由第1GPS引擎11-1、第1相位比較器12-1、第1相位控制部13-1、第1振盪器14-1、第1分頻器15-1、及第1外部I/F部16-1構成。
又，雖無圖示，第2GPS接收機1-2，由第2GPS引擎11-2、第2相位比較器12-2、第2相位控制部13-2、第2振盪器14-2、第2分頻器15-2、及第2外部I/F部16-2構成。
第1GPS引擎11-1，當從第1GPS天線8-1接收報時訊號，則產生GPS_1PPS。第1振盪器14-1產生10MHz之時脈。該時脈， 送給第1分頻器15-1及第1控制部3-1。第1分頻器15-1，從時脈產生1PPS訊號。該產生之1PPS訊號，送給第1相位比較器12-1及第1控制部3-1。第1相位比較器12-1，比較GPS_1PPS與1PPS訊號之相位，並將該相位比較結果送給第1相位控制部13-1。
第1相位控制部13-1，連接到第1振盪器14-1，以使得能依照相位比較結果調整時脈之相位。又，當依照相位比較結果經過既定時間仍不能認知GPS_1PPS時，第1相位控制部13-1視為無法接收報時訊號，將該資訊傳送給第1外部I/F部16-1。第1外部I/F部16-1，藉由RS-232C進行與第1控制部3-1之各種資料通信。第1外部I/F部16-1，從第1相位控制部13-1接收資訊，並將控制指令傳送給第1相位控制部13-1。
[動作之說明]
其次，對於圖3所示時間同步裝置之動作，參照圖6之流程圖進行說明。實際上，第1基地台100可與許多基地台通信，但是為了使說明單純化，分為目前第1基地台100與第2基地台200可經由第2行動台42通信，焦點放在第1基地台100的動作。
第1基地台100之第1GPS接收機1-1中，第1振盪器14-1產生10MHz的時脈，並將該時脈送出到第1分頻器15-1及第1控制部3-1。第1分頻器15-1，從該時脈產生1PPS訊號，將該1PPS訊號送出到第1相位比較器12-1及第1控制部3-1。另一方面，第1GPS引擎11-1若接收來自第1GPS天線8-1之報時訊號，則產生GPS_1PPS，並將該GPS_1PPS送給第1相位比較器12-1。第1相位比較器12-1，比較GPS_1PPS與第1分頻器15-1產生之1PPS訊號間的相位，將該相位比較結果送給第1相位控制部13。
同樣，於第2基地台200之第2GPS接收機1-2，第2振盪器14-2產生10MHz之時脈，並將該時脈送給第2分頻器15-2及第2控制部3-2。第2分頻器15-2，從該時脈產生1PPS訊號，並將該1PPS訊號送給第2相位比較器12-2與第2控制部3-2。另一方面，第2GPS引擎11-2當從第2GPS天線8-2接收報時訊號，則產生GPS_1PPS，並將該GPS_1PPS送給第2相位比較器12-2。第2相位比較器12-2，比較GPS_1PPS與第2分頻器15-2產生之1PPS訊號間的相位，將其相位比較結果送給第2相位控制部13-2。
第1相位控制部13-1中，定為可依第1相位比較器12-1之相位比較結果認知GPS_1PPS。此情形中，由於第1基地台100可捕捉GPS衛星(圖6之步驟S1為是)，故為正常運用模式(圖6之步驟S9)。正常運用模式中，並未從第1相位控制部13-1經由第1外部I/F部16-1對第1控制部3-1傳送資訊。
第1控制部3-1將來自第1分頻器15-1之1PPS訊號(未修正)送給第1訊框產生部4-1。第1訊框產生部4-1，依據來自第1控制部3-1之1PPS訊號產生訊框。產生之訊框送給第1無線電波輸入輸出部5-1，從第1通信用天線9-1發射，利用於第1基地台100與第2基地台200之間傳遞而進行第2行動台42之中繼。基地台間之時脈的相位偏差，利用第1相位比較器12-1中之GPS_1PPS與1PPS訊號之相位比較及第1相位控制部13-1中之第1振盪器14-1之相位控制而校正。藉此，可維持第1基地台100與第2基地台200之間之時脈同步。
1PPS訊號係以極高精度同步於協定世界時間：Coordinated Universal Time(以下稱為UTC)者。例如，若第1振盪器14-1使用昂貴的雙烤箱型振盪器，則可對於UTC同步於±100nsec以內。
另一方面，第1相位控制部13-1中，定為無法認知GPS_1PPS。此情形中，第1基地台100由於某理由無法捕捉GPS衛星(圖6之步驟S1為否)。此情形過渡到HoldOver模式(圖6之步驟S2)。在此，「HoldOver」，係指無法捕捉GPS衛星結果依據裝載於第1GPS接收機1-1之第1振盪器14-1之性能，將時脈與1PPS訊號輸出到第1控制部3-1之狀態。HoldOver模式中，無法依據來自GPS衛星之報時訊號進行如上述相位控制。其結果，時脈同步依照第1GPS接收機1-1具備的性能唯一的決定。
若為HoldOver模式，則從第1GPS接收機1-1對於第1控制部3-1以串列通信通知警報資訊。該通知於圖5中，經由第1相位控制部13-1、第1外部I/F部16-1及RS-232C到達第1控制部3-1之路徑。第1控制部3-1，以該警報資訊觸發進行對於第1CPU電路部6-1之計時器動作之開始要求。
第1CPU電路部6-1，依照計時器動作之開始要求使計時器作動(圖6之步驟S3)，監視於一定時間內是否從第1訊框時序檢測部7-1接受時序資訊。以此方式，尋找從第2基地台200接收中之GPS衛星是否接到將報時訊號利用行動台之中繼。亦即，尋找可交遞之行動台是否存在。
其次，參照圖7，說明尋找可交遞之行動台之存在時，設計一定時間之延遲的含意。該情形之一定時間，係與系統可正常運用之時間為同含意，其可保障之時間性能很依存於第1GPS接收機1-1單體性能。可容許之範圍，係視推想的系統要件變化。例如，若系統的考慮IEEE802.16e(以下記為「WiMAX」)，需要對於UTC保持10μsec以內之精度。
圖7中，訊框A，表示在與UTC同步亦即完全未發生時間偏差之時序所送出之訊框。訊框B，表示正常捕捉GPS衛星，從處於安定狀態之基地台送出之訊框訊號之送出開始時序。此時之時間狀態，雖與UTC非完全相同之時間，但是為系統上保持充足的餘裕的狀態。
訊框C，與訊框B同樣表示從正常動作中之其他基地台送出之訊框時序。此時，時間的狀態與訊框B同樣維持系統上充足的餘裕的狀態，但與訊框B不同，相對UTC為快的時序。但是，因為是系統容許之範圍故不成為問題。例如，第1振盪器14-1若採用雙烤箱型之振盪器，十分可能得到±100nsec以內之精度。若可得此精度，則為於WiMAX也可充分使用之程度。
訊框D，代表由於某理由無法正常捕捉GPS衛星，移行到HoldOver模式，且逐漸地從UTC發生時間的偏離，並超過系統可容許時間的偏差的狀態。以上訊框A~D之時序作為時序資訊，供給到第1CPU電路部6-1。
若往HoldOver模式移行，訊框之相位由於很依存於第1GPS接收機1-1內部之第1振盪器14-1之性能，因此隨時間經過，會發生從UTC之時間的偏離。例如，若為雙烤箱型振盪器，可距UTC保持24小時以上為10μsec以內之偏差。為了把握如此種狀態，第1控制部3-1對於第1CPU電路部6-1要求計時器動作，進行往HoldOver移行後之時間的管理。
而，當於一定時間內不存在可交遞之行動台時(圖6之步驟S4為否)，第1基地台100過渡到無線輸出停止(圖6之步驟S10)。此情形中，如訊框D，第1CPU電路部6-1由於一定時間內未從第1訊框時序檢測部7-1收到時序資訊，因此，使第1訊框產生部4-1停止訊框產生。結果從第1無線電波輸入輸出部5-1停止訊框之送訊。由於無法從GPS衛星接收報時訊號，且無法從其他基地台以行動台之中繼接受到報時訊號，故無法維持時脈同步。
另一方面，當於一定時間內存在可交遞之行動台時(圖6之步驟S4為是)，第1CPU電路部6-1，從第1LAN埠10-1經由有線通信網30對於所有的基地台要求提供交遞資訊。現在，第2基地台200定為成為交遞的狀態。於此情形，第1基地台100從第2基地台200以有線及無線接收各種資料(圖6之步驟S5)。
亦即，第1CPU電路部6-1，將第2基地台200成為交遞狀態的資訊經由第1LAN埠10-1，從第2基地台200接受，準備可從第2行動台42接收電波。又，第2基地台200，將以將時間資訊送給第1基地台100為前提之訊框，經由第2行動台42送訊。該訊框，於第2基地台200以來自第2控制部3-2之1PPS訊號為基準於第2訊框產生部4-2產生，從第2通信用天線9-2發射，輸入到第1基地台100之第1無線電波輸入輸出部5-1。又，第2行動台42，將此時本身之位置資訊對第1基地台100送訊。又，從第2基地台200對第2行動台42發送之訊框之時間資訊，與上述訊框同時送給有線通信網30，經由第1基地台100之第1LAN埠10-1送給第1CPU電路部6-1。
第1無線電波輸入輸出部5-1，將接收之訊框與第2行動台42之位置資訊送往第1訊框時序檢測部7-1。第1訊框時序檢測部7-1，檢測訊框時序即訊框之前頭是否於何時序送出的所謂時序資訊。如此的時序資訊，包含來自其他基地台者可存在多數，但是，第1CPU電路部6-1，挑取包含與從第2基地台200經由有線通信網30送出的內容相同者的訊框資料。
中繼第2行動台42並由第1基地台100接收之訊框，於第2基地台200發送之時間起，加上從第2基地台200到第2行動台42為止之空間電波傳遞延遲時間、第2行動台42內部收到之資料之再送出所花之延遲時間及從第2行動台42至第1基地台100之空間電波傳遞延遲時間，於上述總計延遲時間經過後，傳到第1基地台100。
第1CPU電路部6-1，從第2行動台42之位置資訊及本身之位置資訊計算第2行動台42與第1基地台100之間之距離，從第2行動台42之位置資訊與第2基地台200之位置資訊計算第2行動台42與第2基地台200之間之距離。第1CPU電路部6-1，將以此方式計算的距離乘以光速，並於此相乘結果加上於第2行動台42內部之資料再送出所花費的延遲時間，藉此算出上述總計的延遲時間。又，第1CPU電路部6-1，從第1訊框時序檢測部7-1檢測到的訊框時序減去算出之總計的延遲時間，求出第2基地台200送出之時間時序。
第1CPU電路部6-1，將中繼第2行動台42並接收之訊框之訊框時序配合於該時間時序，藉此計算於第2基地台200中與GPS報時訊號同步得到之1PPS時序(圖6之步驟S6)。第1控制部3-1，比較該1PPS時序與來自第1分頻器15-1之1PPS訊號之時序(圖6之步驟S7)。
比較之結果，若相位差不為10μsec以內(圖6之步驟S7為否)，1CPU電路部6-1，過渡到第1基地台100之無線輸出停止，停止第1基地台100之無線輸出(圖6之步驟S10)。其理由為：以比起基準時間更為大幅不同的時序輸出無線電波，會成為對於其他基地台之妨害電波。第1CPU電路部6-1，停止於第1訊框產生部4-1之訊框產生，結果停止從第1無線電波輸入輸出部5-1之訊框送訊。
另一方面，若相位差為10μsec以內(圖6之步驟S7為是)，則第1CPU電路部6-1，將相位差送給第1之1PPS修正電路部2-1。第1之1PPS修正電路部2-1，依照相位差計算修正相位量，並送給第1控制部3-1。第1控制部3-1，以RS-232C之串列通信對於第1GPS接收機1-1傳遞修正資訊。第1GPS接收機1-1之第1外部I/F部16-1於收到修正資訊時，以第1相位控制部13-1進行第1振盪器14-1之微調整，使1PPS配合於既定之基準時間(第2基地台200之1PPS訊號)(圖6之步驟S8)。經微調整並輸出到第1分頻器15-1之1PPS訊號，經由第1控制部3-1對於第1訊框產生部4-1供給，用於產生訊框。
又，第1基地台100中，使用第2基地台200之1PPS訊號進行時脈同步之期間，若第1基地台100可捕捉GPS衛星(圖6之步驟S1為是)，則回到正常運用模式(圖6之步驟S9)。
如以上，即使於第1基地台100有某理由無法捕捉GPS通信衛星，只要以有線通信網30連接之第2基地台200與交遞區存在行動台，則可進行訊框送出之絕對時間的修正。藉由使本修正為可能，可為比起第1GPS接收機1-1之第1振盪器14-1自身之性能更長時間通信，可達基地台之長期安定化。又，依照本實施形態，不用在習知基地台構成要素大幅追加設備，可以壓低追加成本。
說明本發明之更具體態樣。
本發明之時間同步裝置，係依據從GPS通信衛星接收之報時訊號，於時脈同步之下中繼行動台之間之通信的基地台中的時間同步裝置，特徵在於包含：訊框時序檢測部，檢測以通信接收之通信訊框之時序資訊；GPS接收機，於正常時會輸出經與報時訊號同步之時脈及1PPS訊號，但若無法接收報時訊號則會輸出警報資訊；CPU電路部，正常時會輸出來自GPS接收機之1PPS訊號，但是，當警報資訊輸出時存在可交遞基地台時，從來自該基地台之時序資訊計算該基地台中之1PPS訊號之時序，並依與來自GPS接收機之1PPS訊號之時序比較結果求出相位差； 控制部，將從相位差計算相位修正量之1PPS修正電路部，與正常時輸出來自GPS接收機之1PPS訊號但於警報資訊輸出時將計算出之1PPS訊號之時序與來自GPS接收機之1PPS訊號之時序比較，將其結果輸出到CPU電路部，並利用相位修正量輸出由GPS接收機相位修正過之1PPS訊號；及訊框產生部，依照來自控制部之1PPS訊號產生通信用之訊框。
又，CPU電路部於警報資訊輸出時不存在可交遞之基地台時，使訊框產生部中之訊框產生停止。
又，控制部，當警報資訊輸出時於CPU電路部使計時器動作，並判斷CPU電路部在既定時間內是否存在可交遞之基地台。設計一定時間之延遲，係為了等待直到系統可正常運用之時間而搜尋可交遞之基地台之存在。可保障一定時間之時間性能，很依存於GPS接收機單體之性能，於可容許之範圍，視推想的系統要件而變化。
又，預先將基地台彼此以有線連接，得到取得來自其他基地台之報時訊號之時間資訊時的送訊時間資訊。藉此，可計算更為正確的1PPS訊號的時序。
又，控制部，於比較結果為相位差超過既定值時，對於CPU電路部使訊框產生部之訊框產生停止。原因在於：於比起基準時間更為大幅相異之時序輸出無線電波，會成為其他基地台之妨害電波的原故。
又，GPS接收機，由以下所構成：GPS引擎，接收來自天線之報時訊號及產生GPS_1PPS；振盪器，產生時脈並輸出到控制部；分頻器，從時脈產生IPPS訊號並輸出到控制部；相位比較器，比較GPS_1PPS與1PPS訊號之相位，並將相位比較結果輸出；相位控制部，連接於振盪器，使得可依照相位比較結果進行時脈之相位調整，且與控制部間進行各種資料通信或控制指令之傳遞，於依照相位比較結果即使經過既定時間仍無法認知GPS_1PPS時，視為無法接收報時訊號，並產生警報資訊。
說明本發明之態樣之效果。本發明之態樣之效果，係於利用GPS通信衛星之至今為止的時間同步裝置中，可將GPS接收機內部之振盪器改為低價位者。理由在於：以往於HoldOver時就系統而言為了必要的時間、進入既定精度使用了高價位者，但是，藉由對於UTC時序施加修正，即使為性能稍為差、低價位者仍可因應。因此，即使不裝備高價的振盪器，也能確保同程度以上之精度。
以上已參照實施形態說明本發明，但是本發明不限於上述實施形態。本發明之構成或細節，可在本發明之範疇內為該技術領域中具有通常知識者可理解之各種變更。
例如，上述實施形態中，使第1基地台100之無線輸出停止的判斷，係定為對於UTC之偏差為10μsec以內，但是於要求更高絕對時間精度之系統中，也可定為1μsec，反之，於絕對時間精度有餘裕之系統，也可定為100μsec。
又，上述實施形態中，係舉僅有1個無法捕捉GPS之基地台為例，但也可為多數。
又，上述實施形態中，雖使用GPS接收機，但是也可利用GLONASS(Global Navigation Satellite System)、Galileo(歐洲版衛星測位系統)，也可併用GPS與GLONASS、GPS與Galileo、GLONASS與Galileo、GPS與GLONASS與Galileo。
又，上述實施形態中，第1振盪器14-1適用雙烤箱型振盪器，但是，也可適用單烤箱型振盪器。惟，系統可容許之直到超過距UTC之偏差為止的時間會縮短。可減低成本。
又，上述實施形態中，第1振盪器14-1適用雙烤箱型振盪器，但是也可適用無烤箱型之振盪器。惟，系統可容許之直到超過距UTC之偏離之時間，較適用單烤箱型振盪器時間更縮短。可使成本更為降低。
又，上述實施形態中，GPS接收機與控制部之間之通信方式定為RS-232C，但是，也可利用RS-422、GP-IB、IrDA、IEEE 1394、串列ATA(Serial AT Attachment)、PCI Express、USB(Universal Serial Bus)，也可利用其他平行通信方式。
又，上述實施形態中，第1基地台100與第2基地台200間之連接定為有線通信網30，但是也可為利用無線通信者。
本申請案基於2008年6月23日提申之日本專利申請案第2008-162647號主張優先權，其所有揭示納入於此。
1-1．．．第1GPS接收機
2-1．．．第1之1PPS修正電路部
3-1．．．第1控制部
4-1．．．第1訊框產生部
5-1．．．第1無線電波輸入輸出部
6-1．．．第1CPU電路部
7-1．．．第1訊框時序檢測部
8-1．．．第1GPS天線
8-2．．．第2GPS天線
9-1．．．第1通信用天線
9-2．．．第2通信用天線
10-1‧‧‧第1LAN埠
11-1‧‧‧第1GPS引擎
12-1‧‧‧第1相位比較器
13-1‧‧‧第1相位控制部
14-1‧‧‧第1振盪器
15-1‧‧‧第1分頻器
16-1‧‧‧第1外部I/F部
30‧‧‧有線通信網
41‧‧‧第1行動台
42‧‧‧第2行動台
43‧‧‧第3行動台
100‧‧‧第1基地台
101‧‧‧中央處理裝置(CPU)
102‧‧‧本地時脈產生部
103‧‧‧ROM(唯讀記憶體(Read Only Memory))
104‧‧‧RAM(隨機存取記憶體(Random Aecess Memory))
105‧‧‧GPS天線
106‧‧‧GPS收訊部
107‧‧‧PPS收訊部
200‧‧‧第2基地台
圖1顯示關連技術之時間同步裝置之一例之方塊圖。
圖2顯示2個基地台與行動台之位置關係。
圖3顯示本發明之一實施形態之時間同步裝置構成之方塊圖。
圖4顯示說明交遞區之圖。
圖5顯示圖3之時間同步裝置中，GPS接收機之一詳細例之方塊圖。
圖6顯示用於說明圖3之時間同步裝置之動作的流程圖。
圖7顯示訊框與UTC時間之間之時間偏差的相對關係。
100．．．第1基地台
1-1．．．第1GPS接收機
2-1．．．第1之1PPS修正電路部
3-1．．．第1控制部
4-1．．．第1訊框產生部
5-1．．．第1無線電波輸入輸出部
6-1．．．第1CPU電路部
7-1．．．第1訊框時序檢測部
8-1．．．第1GPS天線
9-1．．．第1通信用天線
10-1．．．第1LAN埠

Claims (6)

  1. 一種時間同步裝置，係於根據接收自GPS通信衛星之報時訊號的時脈同步之情況下，中繼行動台間之通信的基地台內的時間同步裝置，其特徵在於包含：訊框時序檢測部，用以檢測藉由該通信所接收之通信訊框之時序資訊；GPS接收機，於正常時輸出與該報時訊號同步之時脈及1PPS訊號，但是於無法接收該報時訊號，則輸出警報資訊；CPU電路部，當該警報資訊輸出時，於存在有可交遞之其他基地台的情況，自該其他基地台，藉由該時序資訊計算該其他基地台中之1PPS訊號之時序，並由比較結果求取相位差；1PPS修正電路部，由該相位差計算相位修正量；控制部，於正常時將來自該GPS接收機的1PPS訊號輸出；但是於該警報資訊輸出時，比較該計算出之1PPS訊號之時序與來自該GPS接收機之1PPS訊號之時序，將該比較結果輸出到該CPU電路部，且將依照該相位修正量於該GPS接收機經相位修正之1PPS訊號輸出；及訊框產生部，依照來自該控制部之1PPS訊號，產生該通信用之訊框。
  2. 如申請專利範圍第1項之時間同步裝置，其中，該控制部於該警報資訊輸出時，對於該CPU電路部使計時器動作，該CPU電路部於既定時間內判斷是否存在該可交遞之其他基地台。
  3. 如申請專利範圍第2項之時間同步裝置，其中，於不存在可交遞之其他基地台時，該CPU電路部使該訊框產生部中之訊框產生停止。
  4. 如申請專利範圍第1項之時間同步裝置，其中，於該比較結果為相位差超過既定值時，該控制部對於該CPU電路部使該訊框產生部中之訊框產生停止。
  5. 如申請專利範圍第1項之時間同步裝置，其中，該GPS接收機由以下各部分構成： GPS引擎，一旦從天線接收該報時訊號，即產生GPS_1PPS；振盪器，產生該時脈並輸出到該控制部；分頻器，從該時脈產生該1PPS訊號，並輸出到該控制部；相位比較器，比較該GPS_1PPS與該1PPS訊號之相位，並輸出相位比較結果；及相位控制部，連接於該振盪器，使得可依照該相位比較結果調整該時脈之相位，且與該控制部間傳遞各種資料通信或控制指令，於依照該相位比較結果經過既定時間仍無法認知該GPS_1PPS時，視為無法接收該報時訊號，而產生該警報資訊。
  6. 如申請專利範圍第1項之時間同步裝置，其中，預先將該基地台彼此以有線連接，而得到在由其他基地台取得該報時訊號的時間資訊時之送訊時間資訊。
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