JP2006177889A - 発振器監視装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の構成では、各中継交換局が個別の基準発振器を搭載しているため、各局が実際にどの程度の周波数誤差、タイミング誤差を持って稼動しているか、制御局において高精度で把握することはできないという問題があった。
【解決手段】基準発振器3は、GPS受信機6から補正信号を取得し、基準周波数と基準タイミングパルスを中継交換装置2と発振器監視装置20へ出力する。発振器監視装置20は、基準発振器3の基準周波数と基準タイミングパルスを取得して所定の処理を実行した後に誤差情報を中継交換装置2に出力し、中継交換装置2はその情報を制御装置に送信する。
【選択図】図1
【解決手段】基準発振器3は、GPS受信機6から補正信号を取得し、基準周波数と基準タイミングパルスを中継交換装置2と発振器監視装置20へ出力する。発振器監視装置20は、基準発振器3の基準周波数と基準タイミングパルスを取得して所定の処理を実行した後に誤差情報を中継交換装置2に出力し、中継交換装置2はその情報を制御装置に送信する。
【選択図】図1
Description
本発明は、通信システムの中継局、交換局又は移動体通信網の基地局などで使用される基準発振器の監視に関し、特に複数の測位衛星から受信される複数の衛星クロックを利用して中継交換局の基準発振器を監視する発振器監視装置に関するものである。
従来から、通信システムの中継交換局又は移動体通信網の基地局は、複数の中継交換局が連係して広域な通信エリアを確保するために、網の目状に分散して設置され、高精度な基準発振器により時刻同期を取りながら通信を行っている。
中継交換局などで使用される測位衛星を利用した基準発振器は、内部発振器の周波数誤差、ドリフト誤差と、測位衛星クロックと、内部発振器の発振周波数の位相誤差とを1つの式で計算し、計算された結果に基づいて内部発振器の動作を補正することによって、高精度な発振周波数と位相信号を出力することが可能である。
図5は、従来構成における複数の中継交換局と、制御局と、を含む通信システムの全体構成図である。なお、移動体通信機の中継交換局(11,12,13)は広域サービスエリアを確保するために、n個の中継交換局が各所に設置されている。
各中継交換局(11,12,13)は、高精度な周波数同期、タイミング同期が必要であることから、恒温槽付水晶発振器、ルビジウム原子発振器、セシウム原子発振器などの高安定度の基準発振器3が用いられ、さらに、補正用衛星信号受信機として使用するGPS受信機6から出力される1PPS(Pulse Per Second)信号で補正した高安定度の基準周波数及び基準タイミング信号を他の中継交換局に供給している。
特許文献1には、GPS衛星信号から世界時クロックを抽出し、精密時刻を提供するための測位システムの1PPSを抽出し、世界時クロックに対して恒久的に100ns以内の誤差で提供する技術が公開されている。
また、特許文献2には、主発振器と2つのモニタ用の発振器との周波数差を検出して、主発振器の周波数ずれによる異常を監視するとともに、この周波数ずれ検出信号と主発振器の出力信号にレベルとをOR回路で論理和演算して、レベル低下をも検出する技術も公開されている。
従来の構成では、各中継交換局が個別の基準発振器を搭載しているため、各局が実際にどの程度の周波数誤差、タイミング誤差を持って稼動しているか、制御局において高精度で把握することはできないという問題があった。
また、基準発振器の周波数ずれによる不通などの障害が発生した場合でも、保守用の周波数カウンタに内蔵されている発振器そのものがドリフトによる誤差を持っており1E-9程度の周波数精度しか測定できないため、中継交換局の基準発振器の誤差を現場において高精度で検査することができないという問題があった。
以上のような問題を解決するために、本発明に係る発振器監視装置は、時刻同期のために高安定度の基準発振器を内蔵し、通信エリアをカバーする中継交換局と、複数の中継交換局を制御する制御局と、を含む通信システムにより広域通信を可能とし、前記基準発振器の監視を行う発振器監視装置であって、複数の衛星信号を受信して各衛星の衛星時刻情報及び衛星受信情報を出力する衛星信号受信機と、前記衛星時刻情報と、中継交換局の基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と、を比較する比較部と、比較部からの出力信号と前記衛星受信情報とに基づいて、基準発振器の周波数精度とタイミングパルス信号の精度を誤差情報として出力する演算部と、を有し、前記演算部は、前記基準発振器の情報を制御局へ報知することを特徴とする。
また、本発明に係る発振器監視装置において、前記比較部は、基準発振器から出力される基準周波数と各衛星の衛星時刻情報とを比較し、周波数誤差情報を出力する周波数比較部を有することを特徴とする。
さらに、本発明に係る発振器監視装置において、前記比較部は、基準発振器から出力される基準タイミングパルスと各衛星の衛星時刻情報とを比較し、タイミング誤差情報を出力するタイミング比較部を有することを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る発振器監視装置において、前記演算部は、前記周波数誤差情報に対して統計処理を施し、測定経過時間に対する周波数誤差を計算して基準発振器の周波数誤差情報を出力することを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る発振器監視装置において、前記演算部は、前記タイミング誤差情報に対して統計処理を施し、測定経過時間に対するタイミング誤差を計算して基準発振器のタイミング誤差情報を出力することを特徴とする。
さらにまた、本発明に係る発振器監視装置において、前記演算部は、前記衛星受信情報に含まれる複数の衛星の位置及び受信状態に基づいて、基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と比較する衛星を、選択することを特徴とする。
本発明を用いることにより、制御局において各中継交換局の基準発振器の誤差を、各局現地に赴かず、高精度、かつ連続的に監視することが可能となるという効果がある。
さらに、制御局において継続的に各中継交換局の基準発振器の誤差を把握することができるため、計画的な保守作業の立案と実施が可能となりメンテナンスコストの低減という効果がある。
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。ここでは、測位衛星の一例としてGPS衛星を用いた実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る発振器監視装置を有する複数の中継交換局と、制御局とを含む通信システムの全体構成図である。さらに中継交換局(11,12,13)は、GPS受信機6と、基準発振器3と、発振器監視装置20と、中継交換装置2とを有している。
基準発振器3は、GPS受信機6から補正信号を取得し、基準周波数と基準タイミングパルスを中継交換装置2と発振器監視装置20へ出力する。発振器監視装置20は、基準発振器3の基準周波数と基準タイミングパルスを取得して所定の処理を実行した後に誤差情報を中継交換装置2に出力し、中継交換装置2はその情報を制御装置に送信する。
図2は、本発明に係る発振器監視装置2の構成を示す構成図である。発振器監視装置20は、GPS受信機30と、比較部39と、演算部36とを有している。さらに、比較部39は、周波数比較部31と、タイミング比較部32を有している。さらにまた、演算部36は、重付け加算部37と統計処理部38とを有している。
GPS受信機30は図示しない複数のGPS衛星から送信される信号を受信することにより得られた各GPS時刻情報を周波数比較部31と、タイミング比較部32と、演算部36とに出力する。前記GPS時刻情報はGPS衛星ごとに実数値として出力され、データバスを介して伝達される。
周波数比較部31は、各GPS衛星からのGPS時刻情報と基準発振器3から入力される基準周波数を分周することでパルスに変換し、両者の時刻誤差を検出してその誤差を、例えば8チャンネル分のGPS衛星との周波数誤差情報としてデータバスを介して演算部36に出力する。
比較部39のタイミング比較部32は、各GPS衛星からのGPS時刻情報と入力される基準タイミングパルス信号を比較し、両者の時刻誤差を検出してその誤差を、各GPS衛星とのタイミング誤差情報としてデータバスを介して演算部36に出力する。
演算部36は、データバスを介してGPS時刻情報、周波数誤差情報、タイミング誤差情報、GPS受信情報を取得して基準発振器3の誤差情報を算出し、中継交換装置2を介して制御局10に出力される。このようにして制御局10は、複数の中継交換局における基準発振器3の誤差情報を把握することが可能となる。
図3は、本発明に係る発振器監視装置20で検出した1秒の観測値から1万秒の観測時間で周波数誤差情報を取得する処理を示した模式図である。
周波数比較部31は、例えば基準周波数が10MHzの場合1/10,000,000分周した1Hzのパルスを作成し、その立ち上がり時刻t1と各GPS時刻情報との差Δt1を求める。さらに、タイミング比較部32は、基準タイミング信号の立ち上がり時刻t2と各GPS時刻情報との差Δt2を求める。
図4は、本発明に係る発振器監視装置20で検出した複数の衛星クロックに基づく誤差情報を、重付け加算及び統計処理した誤差情報を示す模式図である。図3と図4を用いて周波数誤差情報の演算における演算部36の動作の流れを説明する。
最初に説明を簡略化するためにGPS受信機6は、1衛星しかGPS衛星の受信をしていないと仮定すると、演算部36は、周波数誤差情報を検出したい周波数誤差量を得るために十分長い期間における周波数誤差情報を取得する。
これは、GPS時刻情報のばらつき(約1E−8)を抑圧するためである。1E−10の精度で基準発振器3の誤差を検出する場合には、例えば1万秒の期間のデータを用いて、平均処理、近似処理などの統計処理を行う。次に、周波数誤差量の経過時間に対する変化量を求める。ここで求めた傾きから基準発振器3の周波数誤差を得ることができ、その情報を制御局10で把握することができる。
GPS衛星を用いた場合には、周波数カウンタに内蔵されている発振器と異なり、常時GPS地上管制局から制御されているため、瞬時値に誤差はあるもののドリフトによるオフセットを持たず、平均的には正確な値を得ることができる。
例えば図4に示すように1秒の観測値Δt1_1,Δt1_2....Δt1_10000と1万秒(1E4)の観測時間で周波数誤差情報を取得し、統計処理を実施した結果−100ns(−1E−7)変化が生じた場合において、周波数誤差は−100ns/10000s=−1E−7/1E4=−1E−11であることが検出できる。
また、タイミング誤差情報についても同様に処理を行い、タイミング誤差量を得ることができる。さらに、中継交換局の各局は、上記の方法で得られた誤差情報を制御局10に送信することで制御局10は、各局の発振器の状態を把握することができる。
次にGPS受信機6が、複数のGPS衛星の信号を受信した場合について説明する。演算部36は、GPS受信情報から、GPS受信点において。例えば最も仰角の高いもの、あるいは最も受信信号レベルの高いものを選択することで受信状態が良好なGPS時刻情報を選択し、上記と同様の処理を施して基準発振器3の誤差を検出することが可能である。
また、1つの被測定信号に対して独立した観測データが多いほど検出結果の精度が上がることが一般的であるため、受信しているGPS衛星のすべての時刻情報と基準発振器3を比較し、その平均値を発振器の誤差情報として検出することも好適である。
更に、GPS受信点における各GPS衛星の仰角をパラメータと利用する場合の1例を説明する。仰角の低いGPS衛星は、伝播距離が他の衛星と比べて長いことにより生ずる受信電力の低下、アンテナ利得の低下、及び電離層、並びに対流圏を通過する距離が長いことにより測定誤差が生じるため、その衛星単独の測定信頼度は低下する。しかし、低仰角衛星を排除すると情報量が低下することから、衛星仰角をパラメータとして各GPS衛星時刻情報と周波数誤差情報、及びタイミング情報の各々に例えば(GPS衛星の仰角(度)/90(度))の重付けをかけ、同様の重付け処理をした他の衛星の情報と周波数誤差情報、及びタイミング誤差情報の平均値を発振器の誤差情報として検出することも好適である。
なお、中継交換局と制御局10の接続は一例であり、無線又は有線による通信ネットワークを組んでも、異なる基準発振器を使用している限り、本発明に係る作用は変わらない。
また、図1に示すように誤差情報を制御局10に送信する手段として、通信データそのものに加えて送信しても良いし、基準周波数、及びタイミングが異常な大きさの誤差を生じて通信データが送受できない場合に備えて、誤差情報を制御局10に送信する図示しない専用ネットワークを加えて誤差情報を確実に送受する方法を取っても好適である。
また、比較的近距離をケーブルにより基準発振器3の信号を接続している場合でも、基準タイミング信号は各局ともに異なる伝播遅延を有しているので、本発明の効果は同様に得られる。
本実施例では説明を簡素化するために、発振器監視装置20に内蔵するGPS受信機30と発振器を高安定化させるGPS受信機6を分けているが、両者の機能を持ったGPS受信機1台で集約することも容易に実現できる。
以上に示すように、本実施形態に係る発信器監視装置を用いることで制御局において各中継交換局の基準発振器の誤差を、各局現地に赴かず、高精度、かつ連続的に監視することが可能となる。
さらに、制御局において長期間継続的に各中継交換局の基準発振器の誤差を把握することができるため、計画的な保守作業の立案と実施が可能となるという効果ある。
2 中継交換装置、3 基準発振器、6 GPS受信機、10 制御局、20 発振器監視装置、30 GPS受信機、31 周波数比較部、32 タイミング比較部、36 演算部、37 重付け加算部、38 統計処理部、39 比較部。
Claims (7)
- 時刻同期のために高安定度の基準発振器を内蔵し、通信エリアをカバーする中継交換局と、複数の中継交換局を制御する制御局と、を含む通信システムにより広域通信を可能とし、前記基準発振器の監視を行う発振器監視装置であって、
複数の衛星信号を受信して各衛星の衛星時刻情報及び衛星受信情報を出力する衛星信号受信機と、
前記衛星時刻情報と、中継交換局の基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と、を比較する比較部と、
比較部からの出力信号と前記衛星受信情報とに基づいて、基準発振器の周波数精度とタイミングパルス信号の精度を誤差情報として出力する演算部と、
を有し、
前記演算部は、前記基準発振器の情報を制御局へ報知することを特徴とする発振器監視装置。 - 請求項1に記載の発振器監視装置において、
前記比較部は、基準発振器から出力される基準周波数と各衛星の衛星時刻情報とを比較し、周波数誤差情報を出力する周波数比較部を有することを特徴とする発振器監視装置。 - 請求項1に記載の発振器監視装置において、さらに、
前記比較部は、基準発振器から出力される基準タイミングパルスと各衛星の衛星時刻情報とを比較し、タイミング誤差情報を出力するタイミング比較部を有することを特徴とする発振器監視装置。 - 請求項1に記載の発振器監視装置において、
前記演算部は、
前記周波数誤差情報に対して統計処理を施し、測定経過時間に対する周波数誤差を計算して基準発振器の周波数誤差情報を出力することを特徴とする発振器監視装置。 - 請求項1に記載の発振器監視装置において、
前記演算部は、
前記タイミング誤差情報に対して統計処理を施し、測定経過時間に対するタイミング誤差を計算して基準発振器のタイミング誤差情報を出力することを特徴とする発振器監視装置。 - 請求項4又は5に記載の発振器監視装置において、
前記演算部は、
前記衛星受信情報に含まれる複数の衛星の位置及び受信状態に基づいて、基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と比較する衛星を、選択することを特徴とする発振器監視装置。 - 請求項4又は5に記載の発振器監視装置において、
前記演算部は、
衛星受信情報に含まれる複数の衛星の位置及び受信状態に基づいて、基準発振器から出力される基準周波数及び基準タイミングパルス信号と比較する場合、衛星受信点から見える各衛星の仰角をパラメータとして、周波数誤差情報及びタイミング誤差情報を重付けし、基準発振器の周波数精度及びタイミングパルス信号の精度を計算することを特徴とする発振器監視装置。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2004
- 2004-12-24 JP JP2004373787A patent/JP2006177889A/ja active Pending
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