WO2016088449A1 - 基準信号発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＮＳＳ衛星からの測位信号が微弱であっても正確な基準信号を出力できる基準信号発生装置を提供する。 【解 決手段】基準信号発生装置１０が備える測位演算部２５は、アンテナ端子３１から受信したＧＰＳ信号に基づいて測位を行うとともに、アシスト情報入力端子 ３２から入力されたアシスト情報に基づいて、現在時刻におけるＧＰＳ衛星の位置を求めて測位を行うことが可能である。タイミング調整部２６は、測位演算部 ２５による測位演算の結果として得られた現在時刻に基づいて、発振部２０の信号に基づいて生成される信号のタイミングを補正し、この補正された信号が信号 出力端子３４から出力される。ただし、当該信号と、外部タイミング信号入力端子３３に入力されたタイミング信号との間に生じる誤差が位相比較器２８によっ て検出され、タイミング調整部２６は、当該誤差に基づいて、信号出力端子３４から出力される信号のタイミングを更に補正する。

Description

基準信号発生装置

　本発明は、基準信号発生装置に関する。

　従来から、携帯電話の基地局や地上デジタル放送の送信局等において、信号を送信するタイミングや周波数の同期を行うための基準信号を発生させる基準信号発生装置が知られている。

　 基準信号発生装置は、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ、全地球航法衛星システム）を構成するＧＮＳＳ衛星 からの測位信号を、ＧＮＳＳ受信機によって受信する。また、基準信号発生装置は、発振器を備えており、この発振器の出力する信号と、アンテナから受信した 測位信号と、を用いて測位演算（正確なＧＮＳＳ時刻の計算を含む）を行い、この結果に基づいて基準信号（例えば、１ＰＰＳ信号等）を生成する。

　特許文献１は、上記のＧＮＳＳ受信機を開示する。このＧＮＳＳ受信機は、ＧＮＳＳの一種であるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ、全地球測位システム）において、ＧＰＳ衛星からの測位信号を受信するＧＰＳ受信機として構成されている。

　 特許文献１も指摘するように、電源を投入したばかりの航法衛星受信機（いわゆるコールドスタートをした場合の受信機）は、見えている衛星の正確な軌道上の 位置も、受信機自体の現在位置も、受信機の水晶発振器の誤差の程度やその調整周波数も、現在時刻もまだ分からない。ただし、数秒以内もしくはもう少し正確 な時刻と、数百キロメートルの範囲で大体の位置を掴んでいる場合は、このようなおおよその値であっても既にある情報が使用できることは、受信機の初期化を 素早く完了させて測位演算を素早く行う上で大きな利点となる。

　ＧＮＳＳ受信機は、受信する航法データの受信レベルが弱す ぎると、受信及び復調を確実に行うことができない。このため、特許文献１のＧＰＳ受信機は、受信レベルが弱すぎて航法データが判読できない場合は、ネット ワークで接続されたサーバに、例えばＧＰＳ衛星に関する衛星暦情報、軌道暦情報、航法データ、その他の情報等の支援を要求することにより、衛星の捕捉を達 成する構成になっている。

　更に、特許文献１では、ＧＰＳ受信機が、ＧＰＳ衛星からの測位信号の強度によって、当該ＧＰＳ 衛星の捕捉方法を変化させる手法が開示されている。具体的に説明すると、特許文献１のＧＰＳ受信機は、測位信号の強度が高いとき（－１４２［ｄＢｍ］程度 以上のとき）、屋外探索法（ＯＤＳＭ）と呼ばれる方法によって衛星の捕捉を行い、時間追跡ステートマシン（ＴＳＭ）と呼ばれる方法によって衛星を追跡す る。測位信号の強度があまり高くないとき（－１５０［ｄＢｍ］程度のとき）、屋内探索法（ＩＤＳＭ）によって衛星の捕捉を行う。

特開２００４－１７０４２２号公報

　 ところで、ＧＰＳにおいて、それぞれのＧＰＳ衛星はＬ１波と呼ばれる信号（１５７５．４２ＭＨｚ）を測位信号として送信している。Ｌ１波の信号には、衛星 の軌道情報や、当該衛星が搭載するきわめて正確な時計に基づく現在時刻等を含む航法メッセージを、１０２３ＭＨｚ／チップのチップレートで１０２３チップ を周期１ミリ秒で発生させた衛星固有のＣ／Ａコード（Ｃｏａｒｓｅ／Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｃｏｄｅ）で位相変調したものが含まれている。なお、Ｃ／Ａ コードは、疑似ランダムノイズコードと呼ばれることもある。

　航法メッセージは、周期１ミリ秒のＣ／Ａコードが２０回繰り返されるごとに位相を反転させることで１ビットを表現する。従って、航法メッセージの送信速度は５０ビット毎秒である。

　 ＧＰＳ衛星が送信するＣ／Ａコードの先頭のタイミングは、当該衛星が搭載する正確な時計に基づく時刻に同期している。また、航法メッセージは、周期１ミリ 秒のＣ／Ａコードが２０回繰り返されるごとに、ビットの切り換わりに応じてＣ／Ａコードの位相を反転させる方法で変調される。ＧＰＳ受信機では、この位相 反転のタイミングに基づいて、測位演算の際、正確な時刻のうちミリ秒単位の部分を求めている。

　ＧＰＳ衛星からの測位信号 の受信レベルが良好な場合、ＧＰＳ受信機は、当該測位信号に含まれるＣ／Ａコードと、航法メッセージと、を復調することができる。このため、航法データ メッセージから当該ＧＰＳ衛星の軌道情報を取得することで、上記の時間追跡ステートマシン（ＴＳＭ）によって、当該ＧＰＳ衛星の追跡が可能となる。これに より、ＧＰＳ受信機は、測位結果等を十分に短い時間間隔で（具体的には、毎秒毎に）取得することができる。

　しかし、 ＧＰＳ受信機が屋内等に設置される等して、ＧＰＳ衛星からの測位信号の受信レベルが良好でない場合、当該信号から航法メッセージ等を復調することができな い。そのため、上記の屋内探索法の１つとして、当該ＧＰＳ衛星から受信した微弱な信号を一定時間積算することで信号のピークを探索し、そのピークを利用し てＧＰＳ衛星の測位を継続することが考えられる。この場合、信号のピークが検出できるまで測位演算をすることができないので、ＧＰＳ受信機は、測位結果を 上記のような短い時間間隔で得ることができない。

　ＧＰＳ受信機が測位演算をする場合、正確な時刻のうちミリ秒単位の部分 は、上記のように、航法メッセージのビット変化に応じたＣ／Ａコードの位相反転のタイミングを基準にして求めることになる。しかし、測位信号の強度が弱い 場合は、Ｃ／Ａコードの判別ができないため、航法メッセージのビット変化に応じてＣ／Ａコードの位相が反転するタイミングも正確に得ることができない。 従って、微弱な信号を積算することでピークを探索して測位する方法で得られた時刻には、ミリ秒単位の誤差が生じ得ることになる。

　 なお、上記の時間追跡ステートマシン（ＴＳＭ）による測位結果に基づく時刻には、ミリ秒単位の誤差は生じない。また、測位信号の受信レベルが低下し、 Ｃ／Ａコードの判別ができなくなる状況（即ち、正確な時刻のうちミリ秒単位の部分が不明になる状況）に陥ったとしても、信号の積算によりピークを探すこと で測位自体は可能である。従って、いったん時間追跡ステートマシンでの測位に成功して正確な時刻を取得してしまえば、その後に測位信号の受信レベルが低下 しても、測位により得られた時刻に生じるミリ秒未満（例えば、ナノ秒単位）での変動を追跡することでミリ秒を跨ぐタイミングを検出し、当該タイミングで１ ミリ秒ずつ適切に調整を行うことで、測位結果としての時刻にミリ秒単位の誤差が生じることを回避できる。

　ただし、ＧＰＳ 受信機においては、測位信号の受信レベルが悪く測位ができない状況が長時間継続する状況も起こり得る。この場合、基準信号発生装置は、内部の発振器に基づ いて基準信号の発生を継続することになる（以下、この状態を自走状態と呼ぶことがある）。一般的に基準信号発生装置には精度の高い発振器が用いられるが、 発振器自体の経年変化や温度変化等で、ミリ秒単位のズレが発生している可能性も否定できない。前述のように測位信号の受信レベルが低くなっている状態で発 振器に上記のようなミリ秒単位のズレが発生すると、そのズレは、時間追跡ステートマシンによる測位が成功しない限り（自走状態が継続する限り）、いつまで も修正することができない。

　一方で、特許文献１に示すように、ＧＰＳ受信機において、ネットワークで接続されたサーバか ら、例えばＧＰＳ衛星に関する衛星暦情報、軌道暦情報等を取得するとともに、ある程度正確な時刻の情報についても提供を受けるようにすることが考えられ る。これはアシストＧＰＳ（アシストＧＮＳＳ）と呼ばれており、これによれば、上述のコールドスタートの状況であっても、最初から、微弱な信号を一定時間 積算して信号のピークを探索する方法で測位することが可能になる。

　しかしながら、ネットワークで接続されたサーバが提供 する時刻情報が正確だったとしても、受信機側としては、ネットワークを介して情報を取得する関係上、情報の受信に遅延が生じることは避けられない。イン ターネット等の一般的なＷＡＮを利用した場合、受信の遅延は状況によって様々であるが、１００ミリ秒程度になったり、時には数秒以上の遅延が生じることも ある。従って、サーバから時刻の情報を取得したとしても、微弱な信号を積算して測位する方法によって生じた上述のミリ秒単位のズレを正確に修正することは 現実的でない。

　本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ＧＮＳＳ衛星からの測位信号が微弱であっても正確な基準信号をコールドスタート状態からであっても出力できる基準信号発生装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

　 本発明の第１の観点によれば、以下の構成の基準信号発生装置が提供される。即ち、この基準信号発生装置は、受信部と、アシスト情報入力部と、外部タイミン グ信号入力部と、測位演算部と、同期信号生成部と、誤差検出部と、タイミング補正部と、信号出力部と、を備える。前記受信部は、ＧＮＳＳ信号を受信する。 前記アシスト情報入力部には、ＧＮＳＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を含むアシスト情報が入力される。前記外部タイミング信号入力部には、外 部からのタイミング信号が入力される。前記測位演算部は、前記アシスト情報入力部から入力されたアシスト情報に基づいて、現在時刻におけるＧＮＳＳ衛星の 位置を求めて測位を行うことが可能である。前記同期信号生成部は、前記測位演算部による測位演算の結果として得られた現在時刻に同期したタイミングの信号 を生成する。前記誤差検出部は、前記同期信号生成部が生成した信号と前記外部タイミング信号入力部に入力されたタイミング信号との間に生じる誤差を検出す る。前記タイミング補正部は、前記誤差検出部が検出した誤差に基づいて、前記同期信号生成部から出力される信号のタイミングを補正する。前記信号出力部 は、前記タイミング補正部によってタイミングが補正された信号を出力する。

　これにより、ＧＮＳＳ信号の受信レベルが弱い 場合であっても、測位演算部が、アシスト情報入力部から入力されるアシスト情報を用いて測位計算を迅速に行うことができる。また、測位演算部による測位演 算の結果として得られた現在時刻に誤差が生じ、同期信号生成部が生成した信号のタイミングがズレていた場合でも、当該タイミングのズレを誤差検出部によっ て検出し、それに応じて、同期信号生成部の出力信号のタイミングをタイミング補正部により補正することができる。従って、高精度の出力信号を得ることがで きる。

　前記の基準信号発生装置においては、前記測位演算部は、ＧＮＳＳ信号の受信レベルが低い場合に、信号を積算して信号のピークを探索することで測位を行うことが可能に構成されていることが好ましい。

　 これにより、ＧＮＳＳ信号の受信レベルが低い場合でも、信号を積算してピークを探索することで、測位を行って現在時刻を得ることができる。また、得られた 現在時刻に誤差が生じた場合でも、タイミング補正部によって補正することで、出力信号の精度を高めることができる。従って、基準信号発生装置を、ＧＮＳＳ 信号が到達しにくい屋内等に設置する場合に特に好適である。

　前記の基準信号発生装置においては、前記タイミング補正部は、前記検出部が検出した誤差に基づいて、前記同期信号生成部が生成する信号のタイミングをミリ秒単位で補正することが好ましい。

　 即ち、信号を積算して信号のピークを探索する測位方法を採った場合、得られる現在時刻の誤差が、正確に１ミリ秒の整数倍になることがある。この場合、タイ ミング補正部が信号のタイミングをミリ秒単位で補正することで、高精度の出力信号を得ることができる。また、ミリ秒単位で補正できれば良いので、外部タイ ミング信号入力部に入力される外部タイミング信号としては、例えば０．１ミリ秒程度の確度が得られれば十分である。従って、外部タイミング信号の供給源と して例えば原子発振器等の高価な機器を設置する必要がなくなるので、全体として安価なシステムを構成することができる。

　前記の基準信号発生装置においては、前記外部タイミング信号入力部は、ＬＡＮで接続された時刻配信機器から、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｔｉｍｅ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌに基づいて、現在時刻の情報を外部タイミング信号として入力することが好ましい。

　これにより、ＧＮＳＳ測位により得られた現在時刻にある程度の時間（例えば、１ミリ秒）の正確に整数倍となる誤差が生じた場合に、当該誤差を確実に補正により除去することができる。

　 前記の基準信号発生装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記測位演算部は、前記アシスト情報入力部から入力されたアシスト情報により 得られた現在時刻に基づいてＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行う。前記測位演算部は、測位ができなかった場合、当該現在時刻に代えて、前記外部タイミン グ信号入力部から得られた現在時刻を用いてＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行うように構成されている。

　これにより、取得したアシスト情報に含まれる現在時刻に大きな遅延が生じていた場合でも、測位を確実に行うことができる。

　 前記の基準信号発生装置においては、以下の構成とすることもできる。即ち、前記アシスト情報入力部は、ＷＡＮで接続されたアシスト情報配信機器からアシス ト情報を入力する。前記測位演算部は、前記外部タイミング信号入力部から得られた現在時刻を用いてＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行うように構成されて いる。

　この場合、大きな遅延が含まれている可能性があるアシスト情報の現在時刻を最初から用いずに、外部タイミング信号入力部から取得した現在時刻を用いて測位を行うので、測位を正確に素早く行うことができる。

　 前記の基準信号発生装置においては、前記測位演算部は、前記アシスト情報入力部から入力されたアシスト情報に基づいて測位をすることができなかった場合、 当該アシスト情報により得られた現在時刻を１秒ずつズラしながらＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行うように構成することもできる。

　この場合でも、測位を確実に行うことができる。

　 本発明の第２の観点によれば、以下の構成のＧＮＳＳモジュールが提供される。即ち、このＧＮＳＳモジュールは、受信部と、アシスト情報入力部と、外部タイ ミング信号入力部と、測位演算部と、同期信号生成部と、誤差検出部と、タイミング補正部と、信号出力部と、を備える。前記受信部は、ＧＮＳＳ信号を受信す る。前記アシスト情報入力部には、ＧＮＳＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を含むアシスト情報が入力される。前記外部タイミング信号入力部に は、外部からのタイミング信号が入力される。前記測位演算部は、前記アシスト情報入力部から入力されたアシスト情報に基づいて、現在時刻におけるＧＮＳＳ 衛星の位置を求めて測位を行うことが可能である。前記同期信号生成部は、前記測位演算部による測位演算の結果として得られた現在時刻に同期したタイミング の信号を生成する。前記誤差検出部は、前記同期信号生成部が生成した信号と前記外部タイミング信号入力部に入力されたタイミング信号との間に生じる誤差を 検出する。前記タイミング補正部は、前記誤差検出部が検出した誤差に基づいて、前記同期信号生成部から出力される信号のタイミングを補正する。前記信号出 力部は、前記タイミング補正部によって補正された信号を出力する。

　これにより、ＧＮＳＳ信号の受信レベルが弱い場合で あっても、測位演算部が、アシスト情報入力部から入力されるアシスト情報を用いて測位計算を迅速に行うことができる。また、測位演算部による測位演算の結 果として得られた現在時刻に誤差が生じ、同期信号生成部が生成した信号のタイミングがズレていた場合でも、当該タイミングのズレを誤差検出部によって検出 し、それに応じて、同期信号生成部の出力信号のタイミングをタイミング補正部により補正することができる。従って、高精度の出力信号を得ることができる。

　 本発明の第３の観点によれば、以下の基準信号発生方法が提供される。即ち、この基準信号発生方法は、受信工程と、アシスト情報入力工程と、外部タイミング 信号入力工程と、測位演算工程と、同期信号生成工程と、誤差検出工程と、タイミング補正工程と、信号出力工程と、を含む。前記受信工程では、ＧＮＳＳ信号 を受信する。前記アシスト情報入力工程では、ＧＮＳＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を含むアシスト情報を入力する。前記外部タイミング信号入 力工程では、外部からのタイミング信号を入力する。前記測位演算工程では、アシスト情報入力工程で入力されたアシスト情報に基づいて、現在時刻における ＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行う。前記同期信号生成工程では、前記測位演算工程による測位演算の結果として得られた現在時刻に同期したタイミングの 信号を生成する。前記誤差検出工程では、前記同期信号生成工程で生成された信号と前記外部タイミング信号入力工程で入力されたタイミング信号との間に生じ る誤差を検出する。前記タイミング補正工程では、前記誤差検出工程で検出された誤差に基づいて、前記同期信号生成工程で生成される信号のタイミングを補正 する。前記信号出力工程では、前記タイミング補正工程でタイミングが補正された信号を出力する。

　これにより、ＧＮＳＳ信 号の受信レベルが弱い場合であっても、測位演算工程で、アシスト情報入力工程で入力されるアシスト情報を用いて測位演算を迅速に行うことができる。また、 同期信号生成工程で生成された信号のタイミングがズレていた場合でも、当該タイミングのズレを誤差検出工程で検出し、それに応じて、同期信号生成工程で生 成された信号のタイミングをタイミング補正部により補正することができる。従って、高精度の出力信号を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る基準信号発生装置の全体的な構成を示すブロック図。

　次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る基準信号発生装置１０の全体的な構成を示すブロック図である。

　本実施形態の基準信号発生装置１０は、携帯電話の基地局、地上デジタル放送の送信局及びＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ　Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ　ｆｏｒ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ａｃｃｅｓｓ）の通信設備等に設置される。

　基準信号発生装置１０は、ＧＰＳアンテナ１１を接続するためのアンテナ端子（受信部）３１を備える。ＧＰＳアンテナ１１は、ＧＰＳ衛星からＧＰＳ信号を受信し、この測位信号を基準信号発生装置１０へ出力する。

　基準信号発生装置１０は、この測位信号に基づいて、基準信号（本実施形態では、１ＰＰＳ信号）を生成する。基準信号は、基準信号発生装置１０が備える信号出力端子（信号出力部）３４を介して、上記の基地局や放送局のシステムに提供される。

　 図１に示すように、基準信号発生装置１０は、発振器２１と、シンセサイザ２２と、ダウンコンバータ部２３と、ベースバンド処理部２４と、測位演算部２５ と、タイミング調整部（タイミング補正部）２６と、分周部（同期信号生成部）２７と、位相比較器（誤差検出部）２８と、を備える。

　 発振器２１は、例えば温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）で構成されている。発振器２１は、所定の周波数の信号を生成して出力する。シンセサイザ２２は、発 振器２１が出力した信号を、所定の周波数のクロック信号に変換する。シンセサイザ２２は、発振信号をダウンコンバータ部２３、ベースバンド処理部２４、及 びタイミング調整部２６等へ出力する。本実施形態では、発振器２１とシンセサイザ２２により、所定のクロック信号（発振信号）を生成する発振部２０が構成 されている。

　ダウンコンバータ部２３には、アンテナ端子３１から入力された測位信号と、シンセサイザ２２が出力するク ロック信号と、が入力される。ダウンコンバータ部２３は、このクロック信号を復調用信号として使用して、測位信号をダウンコンバートしてＩＦ信号へ変換す る。ダウンコンバータ部２３が変換したＩＦ信号は、ベースバンド処理部２４へ出力される。

　ベースバンド処理部２４には、このＩＦ信号と、クロック信号と、が入力される。ベースバンド処理部２４は、クロック信号を復調用信号として使用して、ＩＦ信号からベースバンド信号を復調して測位演算部２５へ出力する。

　 測位演算部２５は、ベースバンド処理部２４が出力するベースバンド信号に含まれる航法メッセージを読み取ることにより、衛星の軌道情報と時刻情報を取得 し、測位演算を行う。この測位演算により、１マイクロ秒程度の確度で正確な現在時刻を随時得ることができる。ただし、詳細は後述するが、受信信号のレベル が低い場合には、測位演算により得られる現在時刻にはミリ秒単位の誤差が生じることもある。

　測位演算部２５は、上記の測 位演算により取得した現在時刻に基づくタイミングと、クロック信号のタイミングと、を比較する。そして、測位演算部２５は、分周部２７が出力する信号のタ イミングを、当該現在時刻に同期させるためのタイミング調整情報（具体的には、クロックオフセット情報及びクロックドリフト情報）を生成する。測位演算部 ２５は、このタイミング調整情報をタイミング調整部２６へ出力する。

　基準信号発生装置１０は、ＷＡＮであるインターネッ トに接続可能なアシスト情報入力端子（アシスト情報入力部）３２を備えている。基準信号発生装置１０は、アシスト情報配信サーバ４１からインターネットを 介して、ＧＰＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を含むアシスト情報を取得することができる。得られたアシスト情報は、測位演算部２５に入力され る。

　なお、ＧＰＳ衛星の軌道に関するデータは、ＧＰＳ衛星から受信する航法メッセージに含まれているが、航法メッセージ の送信速度は５０ビット毎秒と比較的遅いため、測位に必要なデータをすべて受信するのに長時間を要する。このため、本実施形態の測位演算部は、ＧＰＳ衛星 の軌道に関するデータや時刻に関するデータを不揮発性の図略の記憶部に保存しておき、次回以降では当該記憶内容を用いて測位を素早く行うように構成されて いる（いわゆるホットスタート）。また、ＧＰＳ衛星の軌道に関するデータが記憶部に記憶されていない場合や、記憶内容が古くて用いることができない場合 （いわゆるコールドスタートの場合）においても、測位演算部２５は、必要に応じてインターネットを介して上記のアシスト情報を取得することにより、測位を 素早く行うことができる。

　ここで、上述したとおり、ＧＰＳアンテナ１１が受信できるＧＰＳ信号の強度は、設置場所が屋外であるか屋内であるか等に応じて様々である。

　 ＧＰＳ信号の強度が十分に高い場合（例えば－１４５［ｄＢｍ］程度以上の場合）、測位演算部２５は、当該測位信号に含まれるＣ／Ａコードと、航法メッセー ジと、を復調することができる。このため、測位演算部２５は、時間追跡ステートマシン（ＴＳＭ）と呼ばれる方法で測位を行うことで、ミリ秒単位も含めて正 確な現在時刻を取得することができる。

　一方、ＧＰＳ信号の強度が低い場合（例えば－１６０［ｄＢｍ］程度の場合）、測位 演算部２５は、受信した信号を積算してピークを探索する方法により測位を行うことはできるが、上述したとおり、この方法による測位演算で得られた現在時刻 には、ミリ秒単位の誤差が含まれている可能性がある。ただし、当該誤差は１ミリ秒の整数倍となっており、ミリ秒未満の部分では、１マイクロ秒程度の確度で 正確なタイミングが得られている点に注意すべきである。なお、測位演算部２５がアシスト情報配信サーバ４１から取得できるアシスト情報には現在時刻の情報 が含まれているが、インターネットを介して受信するアシスト情報には、数百ミリ秒、場合によっては１秒以上の遅延が生じる場合も考えられるので、アシスト 情報に含まれている現在時刻を用いて上記のミリ秒単位の誤差を修正することは困難である。

　タイミング調整部２６は、測位 演算部２５が出力したタイミング調整情報に基づき、分周部２７が信号を出力するタイミングをオフセットさせるためのタイミングオフセット情報を生成して分 周部２７へ出力する。これにより、分周部２７は原則として、測位演算部２５の測位演算により得られた現在時刻に同期した信号を出力する。ただし、測位演算 により得られた現在時刻に上記のミリ秒単位の誤差がある場合は、タイミング調整部２６はタイミングオフセット情報を適宜変更することにより、分周部２７か ら出力される信号のタイミングを補正する。なお、この信号タイミングの補正については後述する。

　分周部２７は、クロック 信号を分周して高い周波数から低い周波数に変換し、得られた信号を、出力信号（基準信号）として信号出力端子３４に出力するように構成されている。例え ば、クロック信号の周波数が１０ＭＨｚである場合、分周部２７は、当該クロック信号を分周比１／１０００００００で分周して、１Ｈｚ（１ＰＰＳ）の出力信 号を生成する。

　なお、分周部２７はタイミングオフセット機能を備えており、タイミング調整部２６から入力されたタイミン グオフセット情報に基づき、出力信号のタイミングをオフセットさせることができる。この出力信号は、信号出力端子３４から外部に出力されるとともに、位相 比較器２８に入力される。

　位相比較器２８には、基準信号発生装置１０が備える外部タイミング信号入力端子（タイミング信号入力部）３３を介して時刻配信機器４２から時刻情報が入力されるとともに、分周部２７が分周した出力信号が入力される。

　 時刻配信機器４２は、外部タイミング信号入力端子３３に対してＬＡＮによって接続されており、ＩＥＥＥ１５８８で仕様が定義されるＰｒｅｃｉｓｉｏｎ　 Ｔｉｍｅ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＰＴＰ）に基づいて、高精度な時刻情報を配信する。時刻配信機器４２が生成する時刻情報のソースは様々に考えられるが、例え ば基準信号発生装置１０とは別系統のＧＰＳ受信機とすることができる。

　このＰＴＰは、利用環境をＬＡＮに限ることで、高 精度な時刻同期を得ることを目的として定められたプロトコルである。本実施形態において時刻配信機器４２は、時刻を配信するグランドマスタクロックとして 動作し、基準信号発生装置１０は時刻を受信するスレーブとして動作する。なお、ＰＴＰにおいてマスタ－スレーブ間で時刻同期を行う仕組みは上記の ＩＥＥＥ１５８８等で公知であるため、説明を省略する。

　基準信号発生装置１０はＰＴＰクライアントとして動作し、時刻配信機器４２から配信された時刻情報に基づき、正確な時刻に対して１０～１００マイクロ秒程度の精度で同期させて生成された１ＰＰＳ信号を位相比較器２８に入力させる。

　 なお、上記のＰＴＰによる１ＰＰＳ信号の確度は１０～１００マイクロ秒程度と相当に正確であるものの、ＧＰＳ測位により得られる現在時刻に基づく確度（１ マイクロ秒程度）には及ばない。従って、本実施形態において、外部タイミング信号入力端子３３から入力される外部タイミング信号は、測位演算部２５の測位 結果として得られた現在時刻にミリ秒単位の誤差が生じた場合に、当該誤差を補正するために専ら用いられる。

　位相比較器２８は、外部タイミング信号入力端子３３から得られた情報に基づいて生成された１ＰＰＳ用信号と、分周部２７から入力される１ＰＰＳ信号と、の位相差を検出する。位相比較器２８は、検出された位相差をタイミング調整部２６に出力する。

　 タイミング調整部２６は、位相比較器２８から位相差が入力されると、当該位相差を補正するように、分周部２７に出力するタイミングオフセット情報を調整す る。なお、このときのタイミングオフセット情報の調整は、測位演算部２５から取得したタイミング調整情報に基づいて行う場合と異なり、１ミリ秒単位で行わ れる。

　以上の構成により、ＧＮＳＳ信号の信号強度が弱い場合でも、アシスト情報配信サーバ４１から取得したアシスト情報 によって、迅速に衛星追尾を行うことができる。また、ＧＮＳＳ信号の信号強度が弱く、信号を積算して測位したために現在時刻にミリ秒単位の誤差が生じた場 合でも、外部タイミング信号入力端子３３から入力された外部タイミング信号によって修正できるため、信号強度が十分な場合と同等の精度の出力信号を得るこ とができる。従って、本実施形態の基準信号発生装置１０は、受信信号のレベルが良好でない状況が長時間継続する場合や、受信信号のレベルが良好でない状況 下でコールドスタートした場合等であっても、良好な確度の基準信号を早い段階から出力することができる。また、信号を積算して測位する場合に生じる現在時 刻の誤差は正確に１ミリ秒の整数倍となることがわかっているため、外部タイミング信号入力端子３３から入力されるタイミング信号は、例えば０．１ミリ秒程 度の確度で十分である。このため、ナノ秒単位まで精密なタイミング信号を生成するタイミング信号発生器（例えば、高価な原子発振器等）は必要なくなり、安 価にシステムを構成することができる。

　次に、測位演算部２５がアシスト情報配信サーバ４１からアシスト情報を取得して測 位演算を行う場合について説明する。例えばコールドスタートの状態において、測位演算部２５はアシスト情報をアシスト情報配信サーバ４１から取得すること により、ＧＮＳＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を得ることができる。しかしながら上述したように、アシスト情報配信サーバ４１と基準信号発生 装置１０とはインターネットを介して接続されているため、得られたアシスト情報に基づく現在時刻には大きな遅延（例えば１秒以上の遅延）が発生している可 能性がある。基準とする現在時刻に１秒以上の遅延が生じていると、測位演算部２５が計算する衛星の位置が正確でなくなるため、測位ができなくなる。そのた め、測位演算部２５は、測位ができなかった場合は、アシスト情報に基づいて得られた現在時刻が秒単位で誤っているものと仮定し、当該現在時刻を１秒ずつズ ラしながら、測位ができるまで測位計算を繰り返し行う。これにより、アシスト情報に含まれる現在時刻に大きな遅延が生じていても、測位を確実に行うことが できる。

　ただし、本実施形態の基準信号発生装置１０では、時刻配信機器４２から十分な精度の現在時刻を得ることができ る。従って、アシスト情報の現在時刻を用いて測位計算ができなかった場合、測位演算部２５は、当該アシスト情報の現在時刻に代えて、時刻配信機器４２から 得られた現在時刻を用いて測位を行うように構成しても良い。あるいは、測位演算部２５は、アシスト情報の現在時刻の代わりに時刻配信機器４２から得られた 現在時刻を最初から用いて測位計算を行っても良い。これにより、測位を素早く行うことができる。

　以上に説明したように、 本実施形態の基準信号発生装置１０は、アンテナ端子３１と、アシスト情報入力端子３２と、外部タイミング信号入力端子３３と、測位演算部２５と、分周部 ２７と、位相比較器２８と、タイミング調整部２６と、信号出力端子３４と、を備える。アンテナ端子３１は、ＧＰＳ信号を受信する。アシスト情報入力端子 ３２には、ＧＰＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を含むアシスト情報が入力される。外部タイミング信号入力端子３３には、外部からのタイミング 信号が入力される。測位演算部２５は、アシスト情報入力端子３２から入力されたアシスト情報に基づいて、現在時刻におけるＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位 を行うことが可能である。分周部２７は、測位演算部２５による測位演算の結果として得られた現在時刻に同期したタイミングの信号を生成する。位相比較器 ２８は、分周部２７が生成した信号と外部タイミング信号入力端子３３に入力されたタイミング信号との間に生じる誤差を検出する。タイミング調整部２６は、 位相比較器２８が検出した誤差に基づいて、分周部２７から出力される信号のタイミングを補正する。信号出力端子３４は、タイミング調整部２６によってタイ ミングが補正された信号を出力する。

　これにより、ＧＰＳ信号の受信レベルが弱い場合であっても、アシスト情報配信サーバ ４１からアシスト情報を取得できるため、測位計算を迅速に行うことができる。また、分周部２７が生成した信号のタイミングがズレていた場合でも、当該タイ ミングのズレを位相比較器２８によって検出し、それに応じて、分周部２７の信号のタイミングをタイミング調整部２６によって補正することができるため、高 精度の出力信号を得ることができる。

　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

　上記の実施形態では、アンテナ端子３１に外部のＧＰＳアンテナ１１を接続する構成となっているが、アンテナ端子３１を省略し、ＧＰＳアンテナ１１を基準信号発生装置１０に内蔵させる構成としても良い。この場合、ＧＰＳアンテナ１１が本発明の受信部に相当する。

　 上記の実施形態においては、タイミング調整部２６が、分周部２７が出力する信号のタイミングが測位演算部２５の測位演算により得られた現在時刻に同期する ように調整するとともに、位相比較器２８が検出した誤差に基づいて、分周部２７が出力する信号のタイミングを補正している。しかしながら、測位演算部２５ の測位演算による現在時刻に分周部２７の出力信号を同期させる同期部と、位相比較器２８が検出した誤差に基づいて分周部２７の出力信号のタイミングを補正 する誤差補正部とが、別々に設けられても良い。

　アシスト情報入力端子３２と外部タイミング信号入力端子３３は、上記の実施形態では別々に備えられているが、共通の端子として構成しても良い。

　上記の実施形態において、基準信号発生装置１０は、ＧＰＳ時刻に同期する出力信号を出力するが、協定世界時（ＵＴＣ）や、その他の時刻に同期する構成でも良い。

　基準信号発生装置１０は、上記の実施形態のような１ＰＰＳの信号に代えて、あるいはそれに加えて、適宜の周波数の信号（例えば、１０ＭＨｚの信号）を基準信号として出力する構成としてもよい。

　本発明は、基準信号発生装置１０に限らず、例えばＧＰＳモジュールに適用することもできる。

　本発明は、ＧＰＳ以外の全地球測位システム（ＧＮＳＳ）を利用して基準信号を発生させる構成にも適用することができる。

　１０　基準信号発生装置
　１１　ＧＮＳＳアンテナ
　２０　発振部
　２５　測位演算部
　２６　タイミング調整部（タイミング補正部）
　２７　分周部（同期信号生成部）
　２８　位相比較器（誤差検出部）
　３１　アンテナ端子（受信部）
　３２　アシスト情報入力端子（アシスト情報入力部）
　３３　外部タイミング信号入力端子（外部タイミング信号入力部）
　３４　信号出力端子（信号出力部）
　４１　アシスト情報配信サーバ
　４２　時刻配信機器

Claims (9)

1. 　ＧＮＳＳ信号を受信する受信部と、
   　ＧＮＳＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を含むアシスト情報が入力されるアシスト情報入力部と、
   　外部からのタイミング信号が入力される外部タイミング信号入力部と、
   　前記アシスト情報入力部から入力されたアシスト情報に基づいて、現在時刻におけるＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行うことが可能な測位演算部と、
   　前記測位演算部による測位演算の結果として得られた現在時刻に同期したタイミングの信号を生成する同期信号生成部と、
   　前記同期信号生成部が生成した信号と前記外部タイミング信号入力部に入力されたタイミング信号との間に生じる誤差を検出する誤差検出部と、
   　前記誤差検出部が検出した誤差に基づいて、前記同期信号生成部から出力される信号のタイミングを補正するタイミング補正部と、
   　前記タイミング補正部によってタイミングが補正された信号を出力する信号出力部と、
   を備えることを特徴とする基準信号発生装置。
2. 　請求項１に記載の基準信号発生装置であって、
   　前記測位演算部は、ＧＮＳＳ信号の受信レベルが低い場合に、信号を積算して信号のピークを探索することで測位を行うことが可能に構成されていることを特徴とする基準信号発生装置。
3. 　請求項１又は２に記載の基準信号発生装置であって、
   　前記タイミング補正部は、前記誤差検出部が検出した誤差に基づいて、前記同期信号生成部から出力される信号のタイミングをミリ秒単位で補正することを特徴とする基準信号発生装置。
4. 　請求項１から３までの何れか一項に記載の基準信号発生装置であって、
   　前記外部タイミング信号入力部は、ＬＡＮで接続された時刻配信機器から、Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｔｉｍｅ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌに基づいて、現在時刻の情報を外部タイミング信号として入力することを特徴とする基準信号発生装置。
5. 　請求項４に記載の基準信号発生装置であって、
   　前記測位演算部は、前記アシスト情報入力部から入力されたアシスト情報により得られた現在時刻に基づいてＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行い、
   　前記測位演算部は、測位ができなかった場合、当該現在時刻に代えて、前記外部タイミング信号入力部から得られた現在時刻を用いてＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行うように構成されていることを特徴とする基準信号発生装置。
6. 　請求項４に記載の基準信号発生装置であって、
   　前記アシスト情報入力部は、ＷＡＮで接続されたアシスト情報配信機器からアシスト情報を入力し、
   　前記測位演算部は、前記外部タイミング信号入力部から得られた現在時刻を用いてＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行うように構成されていることを特徴とする基準信号発生装置。
7. 　請求項１から４までの何れか一項に記載の基準信号発生装置であって、
   　 前記測位演算部は、前記アシスト情報入力部から入力されたアシスト情報に基づいて測位をすることができなかった場合、当該アシスト情報により得られた現在 時刻を１秒ずつズラしながらＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行うように構成されていることを特徴とする基準信号発生装置。
8. 　ＧＮＳＳ信号を受信する受信部と、
   　ＧＮＳＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を含むアシスト情報が入力されるアシスト情報入力部と、
   　外部からのタイミング信号が入力される外部タイミング信号入力部と、
   　前記アシスト情報入力部から入力されたアシスト情報に基づいて、現在時刻におけるＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行うことが可能な測位演算部と、
   　前記測位演算部による測位演算の結果として得られた現在時刻に同期したタイミングの信号を生成する同期信号生成部と、
   　前記同期信号生成部が生成した信号と前記外部タイミング信号入力部に入力されたタイミング信号との間に生じる誤差を検出する誤差検出部と、
   　前記誤差検出部が検出した誤差に基づいて、前記同期信号生成部から出力される信号のタイミングを補正するタイミング補正部と、
   　前記タイミング補正部によってタイミングが補正された信号を出力する信号出力部と、
   を備えることを特徴とするＧＮＳＳモジュール。
9. 　ＧＮＳＳ信号を受信する受信工程と、
   　ＧＮＳＳ衛星の軌道に関する情報及び現在時刻の情報を含むアシスト情報が入力されるアシスト情報入力工程と、
   　外部からのタイミング信号を入力する外部タイミング信号入力工程と、
   　アシスト情報入力工程で入力されたアシスト情報に基づいて、現在時刻におけるＧＮＳＳ衛星の位置を求めて測位を行う測位演算工程と、
   　前記測位演算工程による測位演算の結果として得られた現在時刻に同期したタイミングの信号を生成する同期信号生成工程と、
   　前記同期信号生成工程で生成された信号と前記外部タイミング信号入力工程で入力されたタイミング信号との間に生じる誤差を検出する誤差検出工程と、
   　前記誤差検出工程で検出された誤差に基づいて、前記同期信号生成工程で生成される信号のタイミングを補正するタイミング補正工程と、
   　前記タイミング補正工程でタイミングが補正された信号を出力する信号出力工程と、
   を含むことを特徴とする基準信号発生方法。

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