JP2020047971A - 同期信号変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＧＮＳＳ信号の受信が困難な環境であっても、ＧＮＳＳ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同期信号変換装置を提供する。【解決手段】 放送波同期信号取得部１１が、放送波から放送波時刻情報を取得し、タイミング調整部１４が、ＧＮＳＳ信号を受信して基準タイミング信号を取得すると共に、当該タイミング信号を用いてＧＮＳＳの基準時刻と放送波時刻情報との差分であるオフセット値を算出し、同期信号変換部１２が、当該オフセット値を用いて放送波時刻情報を補正して、ＧＮＳＳ基準時刻に同期した補正済み時刻情報を生成し、ＩＭＥＳ信号送出部１３が、補正済み時刻情報を含む航法メッセージを生成してＩＭＥＳ信号を受信側の基地局装置５に出力する同期信号変換装置としている。【選択図】 図２

Description

本発明は、移動体通信システムの基地局に取り付けられる同期信号変換装置に係り、特にＧＮＳＳ信号を受信できない環境であってもＧＮＳＳ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）方式や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、基地局間の同期信号として外部クロックを利用している。
従来の基地局装置には、外部クロックとして、ＧＰＳ（Global Positioning System；全球測位衛星システム）を含むＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からの信号を受信して、同期信号を抽出したり、時間情報を抽出して同期信号として用いるものがある。
また、接続しているネットワークの同期信号を利用する場合もある。

［基地局装置の構成］
一般的な基地局装置の構成について図１０，図１１，図１２を用いて説明する。図１０，１１，１２は基地局装置の構成を示す概略説明図である。尚、図１０〜１２においては、同期信号取得に関する部分以外は省略している。

［基地局装置（１）：図１０］
基地局装置（１）について図１０を用いて説明する。
図１０に示すように、基地局装置（１）５′は、ＧＮＳＳ信号を受信するＧＮＳＳアンテナ５０と、ＧＮＳＳ信号を復調するＧＮＳＳ受信部５３と、ＧＮＳＳ信号から同期信号を抽出するＧＮＳＳ同期信号抽出部５４とを備えている。
そして、基地局装置（１）５′では、ＧＮＳＳアンテナ５０でＧＮＳＳ信号を受信して、ＧＮＳＳ受信部５３がベースバンド信号に変換して復調し、ＧＮＳＳ同期抽出部５４で同期信号を抽出して、基準クロック信号として装置各部に供給している。

［基地局装置（２）：図１１］
基地局装置（２）について図１１を用いて説明する。
図１０に示すように、ＩＥＥＥ１５８８などに準拠するネットワークに接続するネットワークインタフェース６１と、ネットワーク信号から同期信号を抽出するネットワーク同期信号抽出部６２とを備えている。
そして、基地局装置（２）６では、ネットワークインタフェース６１でＩＥＥＥ１５８８などに準拠するネットワーク信号を入力し、ネットワーク同期信号抽出部６２で同期信号を抽出して、基準クロック信号として装置各部に供給している。

［基地局装置（３）：図１２］
基地局装置（３）について図１２を用いて説明する。
図１２に示すように、基地局装置（３）７は、コヒーレントなクロック（周波数が一定のクロック）及びタイミングパルスを入力するＰＰＳインタフェース７１と、クロック及びタイミングパルスから基準クロック信号を生成するＰＰＳタイミング生成部７２とを備えている。
そして、基地局装置（３）７では、ＰＰＳインタフェース７１でコヒーレントなクロックとタイミングパルスとを入力し、ＰＰＳタイミング生成部７２で基準クロック信号を生成して、各部に供給している。

［放送信号の時刻情報］
また、放送局から送信されている地上波デジタル放送（ＩＳＤＢ−Ｔ；Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial）や衛星放送の放送波には、時刻情報が含まれている。
地上波デジタル放送では、高い精度での時刻同期が必要なため、ネットワーク経由でＵＴＣ（Coordinated Universal Time；協定世界時）基準の時刻同期やＧＮＳＳ同期で運用されている。
また、衛星放送では、放送衛星と地上局との同期が必要であるため、周波数精度の高いＲｂ（ルビジウム）発振器やＣｓ（セシウム）発振器を用いて、高い精度での放送伝送信号の周波数同期を確立している。

そして、ＧＮＳＳ信号が受信できない屋内や、干渉を受ける環境、あるいはＩＥＥＥ１５８８などに準拠するネットワークに接続できない環境においても、地上波デジタル放送は受信できることが多い。
但し、放送波の時刻情報には、放送局毎のクロック精度の違いや、伝搬による受信タイミングのゆらぎが発生することがある。

［通信システムの時刻情報］
また、ＴＤＤ方式を用いる既存（例えば３ＧＰＰ；Third Generation Partnership Project）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、ＧＮＳＳ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。

［ＩＭＥＳ］
また、屋内測位を行う技術として、ＩＭＥＳ（Indoor MEssaging System）がある。
ＩＭＥＳ送信機は、ＧＰＳ等のＧＮＳＳ衛星の軌道情報が含まれる航法メッセージを、緯度・経度・高さ及びフロア情報に置き換えて、ＧＮＳＳ信号と同等の信号で送信する。
ＩＭＥＳメッセージでは、フロア階を情報に加えることで、建物の中にいる歩行者等の３次元位置を確定できる。

ＩＭＥＳは、信号構造、中心周波数、変調方式，チップレート、データレート、偏波（ＲＨＣＰ）等はＧＰＳと同等である。周波数は８．２kHzだけずれているが、ＧＰＳと同じ受信機で受信復調できるものである。
また、ＩＭＥＳ信号は、ＧＮＳＳ衛星と同様のＰＲＮ（Pseudorandom noise codes；拡散符号）番号が付されているので、ＧＮＳＳ受信機では、ＩＭＥＳ信号を補足して位置情報等を取得することができる。
更に、ＩＭＥＳでは位置情報そのものを送信するので、受信側の装置における距離の計測が不要になり、送信側の時刻同期も不要になる。

［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）、国際公開第２０１６／１９４５１８号「同期信号変換装置」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。

また、特許文献２には、放送波から同期信号を取得して、ＵＴＣ又はＧＮＳＳ時刻からのオフセット値を計測して、当該オフセット値で放送波からの同期信号を補正し、それを疑似的なＧＮＳＳ受信信号に変換してＧＮＳＳ受信機を備えた基地局装置に出力する同期信号変換装置が記載されている。

特開２０１６−３９５１４号公報 国際公開第２０１６／１９４５１８号

しかしながら、特許文献１及び２のように疑似的なＧＮＳＳ受信信号を生成してＧＮＳＳ受信機を備えた基地局装置に出力する場合、ＧＮＳＳ受信機の抑制機能が働き、疑似ＧＮＳＳ受信信号を異常衛星からの信号であると判断して、動作を停止してしまうことがあり、基準クロックを生成できない場合があるという問題点があった。

尚、特許文献１には、放送波の時刻情報を入力し、当該時刻情報とＵＴＣとのオフセットを算出して時刻情報を補正し、ＧＮＳＳに同期した正確な時刻情報を含むＩＭＥＳ信号に変換して基地局装置に出力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、ＧＮＳＳ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、ＧＮＳＳ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、無線通信システムの基地局装置の受信機に接続される同期信号変換装置であって、放送波を受信して、放送波から放送波時刻情報を取得する放送波同期信号取得部と、基準時刻の情報を有する信号を受信して、当該信号から基準タイミング信号を取得し、基準タイミング信号に基づいて、放送波時刻情報と基準時刻との差分をオフセット値として算出するタイミング調整部と、放送波時刻情報からオフセット値を減算して、補正済み時刻情報を出力する同期信号変換部と、補正済み時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成して基地局装置に出力するＩＭＥＳ信号送出部とを備えた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、同期信号変換部が、放送波時刻情報が入力されると、カウンタ値を放送波時刻情報に合わせて更新する自走式の内部カウンタと、内部カウンタからのカウンタ値からオフセット値を減算する減算部とを備え、タイミング調整部が、基準時刻の情報を有する信号を受信して、基準タイミング信号を取得して出力する受信部と、基準タイミング信号に同期して内部カウンタからカウンタ値を取得して、カウンタ値の１秒未満の値に基づいてオフセット値を算出するオフセット変換部と、算出されたオフセット値を記憶して、減算部に出力するメモリ部とを備えた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、基準時刻の情報を有する信号が、ＧＮＳＳ信号であ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、基準時刻の情報を有する信号が、日本標準時の信号、協定世界時に同期したパルス信号、３ＧＰＰの無線通信システムの信号、又はＩＥＥＥ１５８８に準拠したネットワーク信号であることを特徴としている。

また、本発明は、無線通信システムの基地局装置の受信機に接続される同期信号変換装置における同期信号変換方法であって、放送波同期信号取得部が、放送波を受信して、放送波から放送波時刻情報を取得し、タイミング調整部が、基準時刻の情報を有する信号を受信して、当該信号から基準タイミング信号を取得し、基準タイミング信号に基づいて放送波時刻情報と基準時刻との差分をオフセット値として算出し、同期信号変換部が、放送波時刻情報からオフセット値を減算して、補正済み時刻情報を出力し、ＩＭＥＳ信号送出部が、補正済み時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成して基地局装置に出力することを特徴としている。

本発明によれば、無線通信システムの基地局装置の受信機に接続される同期信号変換装置であって、放送波を受信して、放送波から放送波時刻情報を取得する放送波同期信号取得部と、基準時刻の情報を有する信号を受信して、当該信号から基準タイミング信号を取得し、基準タイミング信号に基づいて、放送波時刻情報と基準時刻との差分をオフセット値として算出するタイミング調整部と、放送波時刻情報からオフセット値を減算して、補正済み時刻情報を出力する同期信号変換部と、補正済み時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成して基地局装置に出力するＩＭＥＳ信号送出部とを備えた同期信号変換装置としているので、基地局装置が、基準時刻の情報を有する信号を受信できない環境に設置される場合でも、本同期信号変換装置からのＩＭＥＳ信号に基づいてＧＮＳＳ等の基準時刻を取得して基準クロックを生成し、ＧＮＳＳ等の基準時刻に同期した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。

本同期信号変換装置と基地局装置との接続を示す説明図である。 本同期信号変換装置の構成ブロック図である。 ＧＮＳＳ信号を用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。 オフセット値の算出方法を示す説明図である。 ３ＧＰＰ信号を用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。 ＪＪＹ信号を用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。 ＰＰＳパルスを用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。 ネットワーク信号を用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。 ＩＭＥＳ航法メッセージの構成を示す説明図である。 基地局装置（１）の構成を示す概略説明図である。 基地局装置（２）の構成を示す概略説明図である。 基地局装置（３）の構成を示す概略説明図である。

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（本同期信号変換装置）は、ＧＮＳＳ信号を受信して基準となるタイミング信号（基準タイミング信号）を取得すると共に、放送波から取得した時刻情報を、当該タイミング信号を用いて補正することによりＧＮＳＳ信号の基準時刻に同期した時刻情報とし、当該時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成して、ＩＭＥＳ受信部を備えた受信側装置（例えば基地局装置）に出力するものであり、基地局装置がＧＮＳＳ信号を受信できない環境に設置されていても、ＩＭＥＳ信号に基づいてＧＮＳＳの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。

また、本同期信号変換装置は、放送波から取得した時刻情報を補正するための基準となるタイミング信号を、ＩＥＥＥ１５８８に準拠したネットワーク信号や、３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project)の無線通信システムの報知情報や、ＪＪＹ（日本標準時を示す）信号から取得するようにしており、設置される環境等に応じて適切な信号を利用可能とし、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。

特に、本同期信号変換装置では、従来のように、所望の位置を算出させるための疑似ＧＮＳＳ信号を生成して基地局等の受信側装置に出力して、受信側の装置で当該疑似ＧＮＳＳ信号に基づいて位置を算出させるのではなく、所望の位置座標や正確な時刻情報をＩＭＳＳ信号に含めて送信することで、受信側装置で確実に正確な時刻情報に基づいた同期信号を生成する共に、所望の位置情報を設定できるようにしている。

尚、近年、ＩＭＥＳ受信機を備えた機器が増えている。また、ＩＭＥＳ信号は、ＧＰＳと同等の信号形式であるため、ＧＰＳ受信機でも受信可能である。

［本同期信号変換装置と基地局装置との接続：図１］
図１は、本同期信号変換装置と基地局装置との接続を示す説明図である。
本同期信号変換装置１は、図１に示すように、ＩＭＥＳ受信部５１を備えた基地局装置５に接続されて用いられ、基地局装置５に正確な時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を供給するものである。

具体的には、本同期信号変換装置１は、放送波に含まれる時刻情報を取得して、当該時刻情報を、例えばＧＮＳＳの基準タイミング信号で補正して、ＧＮＳＳの基準時刻に同期した正確な時刻情報（補正済時刻情報）に変換し、当該補正済時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成して、基地局装置５に出力するものである。

基地局装置５は、ＩＭＥＳ受信部５１と、ＩＭＥＳ同期信号抽出部５２とを備えている。
そして、基地局装置５では、ＩＭＥＳ受信部５１が、本同期信号変換装置１からのＩＭＥＳ信号を受信して復調し、ＩＭＥＳ同期信号抽出部５２が、復調されたＩＭＥＳ信号から同期信号を抽出してそれに基づいて基準クロックを生成し、装置各部に供給する。
ＩＭＥＳ受信部５１は、請求項に記載した受信機に相当している。
尚、図１では、同期信号取得に関する部分のみを示し、他の構成部分は省略している。

［本同期信号変換装置の構成：図２］
本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、本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、本同期信号変換装置１は、放送波受信アンテナ１０と、放送波同期信号取得部１１と、同期信号変換部１２と、ＩＭＥＳ信号送出部１３と、タイミング調整部１４とを備えている。

本同期信号変換装置１の各部について説明する。
放送波受信アンテナ１０は、放送局からの放送波を受信するアンテナである。
放送波同期信号取得部１１は、放送波受信アンテナ１０で受信した放送波に含まれる時刻情報を抽出して、同期信号変換部１２に出力する。
上述したように、放送波に含まれる時刻情報は、クロック精度の違いや電波伝搬による受信タイミングのゆらぎによる誤差を含んでおり、ＧＮＳＳの基準時刻とは同期していない。

ここで、本同期信号変換装置１が利用する放送波としては、地上波デジタル放送の放送波と、衛星放送の放送波とがあり、放送波同期信号取得部１１は、地上波デジタル放送の受信手段と、衛星放送の受信手段のいずれか一方、又は両方を備えている。
両方を備えている場合には、放送波同期信号取得部１１は、本同期信号変換装置1が設置されている環境に応じて、地上波デジタル放送又は衛星放送のいずれの放送波を選択して受信するよう設定される。

同期信号変換部１２は、後述するオフセット値を用いて、放送波から取得した時刻情報（放送波時刻情報）をＧＮＳＳ等の基準時刻に合わせて補正し、補正済み時刻情報をＩＭＥＳ信号送出部１３に出力する。
また、同期信号変換部１２は、放送波時刻情報に一致するカウンタ値をタイミング調整部１４に出力する。

タイミング調整部１４は、ＧＮＳＳ信号等を受信して基準タイミング信号を取得して、放送波時刻情報をＧＮＳＳ等の基準時刻に合わせるオフセット値を生成し、同期信号変換部１２に出力する。
基準タイミング信号の信号源としては、ＧＮＳＳ信号の他、３ＧＰＰの無線通信システムの信号、ＪＪＹ信号、ＩＥＥＥ１５８８等に準拠したネットワーク信号などがある。
同期信号変換部１２及びタイミング調整部１４の構成及び動作については、後述する。

ＩＭＥＳ信号送出部１３は、同期信号変換部１２から出力される補正済み時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成して、基地局装置５に出力する。
尚、ＩＭＥＳ信号送出部１３に、基地局装置５に取得させたい緯度経度の情報やフロア情報等を記憶させておき、これらの情報を含むＩＭＥＳ信号を生成することが可能である。

［ＧＮＳＳ信号を用いたタイミング調整部１４の構成：図３］
ここで、タイミング調整部１４の構成について図３を用いて説明する。図３は、ＧＮＳＳ信号を用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。
図３に示すように、タイミング調整部１４は、ＧＮＳＳアンテナ２０と、アンテナ検出部２１と、ＧＮＳＳ受信部２２と、オフセット変換部２３と、メモリ部２４とを備えている。

ＧＮＳＳアンテナ２０は、ＧＮＳＳ信号を受信して、アンテナ検出部２１とＧＮＳＳ受信部２２に出力する。
アンテナ検出部２１は、ＧＮＳＳ信号の有無を検出して、ＧＮＳＳ受信部２２にタイミングパルス生成の動作を指示する信号（「有効」を示す信号）を出力して、ＧＮＳＳ受信部２２の動作を開始させる。

尚、アンテナ検出部２１は、基地局装置５の設置時にのみ「有効」を示す信号を出力し、例えば、起動から一定時間が経過すると、その後は「無効」を示す信号を出力して、ＧＮＳＳ受信部２２の動作を停止させるようになっている。
これにより、ＧＮＳＳ受信部２２は、無駄な動作を行わずに済み、消費電力を抑えることができるものである。

ＧＮＳＳ受信部２２は、アンテナ検出部２１から「有効」を示す情報を入力すると、ＧＮＳＳ信号を受信して復調すると共に、ＧＮＳＳの基準タイミング信号に同期したタイミンパルスを生成して、オフセット変換部２３に出力する。
また、ＧＮＳＳ受信部２２は、アンテナ検出部２１から「無効」を示す信号を入力すると、タイミングパルスの出力を停止する。
基準タイミング信号及びタイミングパルスは、ＧＮＳＳの基準時刻に同期した１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号である。

オフセット変換部２３は、同期信号変換部１２から入力される放送波時刻情報に一致したカウンタ値と、タイミングパルスとに基づいて、放送波時刻情報を補正するオフセット値を算出してメモリ部２４に出力する。
この処理は、基地局装置５の設置時のみ行われ、その後はＧＮＳＳ受信部２２から基準タイミングパルスが入力されなくなるため、オフセット算出の処理も行われない。

メモリ部２４は、不揮発性メモリで構成され、入力されたオフセット値を記憶し、同期信号変換部１２に出力する。
放送波の時刻情報とＧＮＳＳ信号の基準時刻との差分は変動しないと考えられるため、設置時に算出されてメモリ２４に記憶されたオフセット値を継続して用いて放送波時刻情報の補正を行うようにしている。

［オフセット値の算出：図４］
次に、本同期信号変換装置におけるオフセット値の算出について図４を用いて説明する。図４は、オフセット値の算出方法を示す説明図である。
図４に示すように、オフセット値の算出は、同期信号変換部１２とタイミング調整部１４の動作によって行われる。

同期信号変換部１２は、内部カウンタ３１と減算部３２とを備えている。
内部カウンタ３１は、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator；電圧制御発振器）やＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator；温度補償水晶発振器）等を備えた自走式の時刻カウンタであり、放送波時刻情報が入力されると、カウンタ値を放送波時刻情報に合わせて更新（時刻補正）する。

減算部３２は、内部カウンタ３１から出力されるカウンタ値から、タイミング調整部１４のメモリ部２４から出力されるオフセット値を減算して、放送波時刻情報をＧＮＳＳの基準時刻に合わせるよう補正し、ＩＭＥＳ信号送出部１３に出力する。

タイミング調整部１４は、上述したように、ＧＮＳＳ受信部２２と、オフセット変換部２３と、メモリ部２４とを備えている。

オフセット値算出の動作について説明する。
放送波同期信号取得部１１は放送波時刻情報を取得して、同期信号変換部１２に出力する。
同期信号変換部１２の内部カウンタ３１は、放送波時刻情報が入力されると、カウンタ値を放送波時刻情報に合わせて時刻補正し、カウントを続けつつ、減算部３２にカウント値を出力する。つまり、内部カウンタ３１から出力されるカウンタ値は、放送波時刻情報に一致している。

タイミング調整部１４のＧＮＳＳ受信部２２は、ＧＮＳＳ波を受信して基準タイミング信号として１ＰＰＳ信号を取得し、タイミングパルスとしてオフセット変換部２３に出力する。
オフセット変換部２３は、基準タイミング信号に基づくタイミングパルスの立ち上がりに同期して、同期信号変換部１２の内部カウンタ３１からカウント値を取得する。

ここで、放送波時刻情報がＧＮＳＳ基準時刻に同期していれば、基準タイミング信号に同期して取得したカウント値の１秒未満の値は、０となるはずであるが、ずれがある場合には０にならない。
そこで、オフセット変換部２３は、放送波時刻情報とＧＮＳＳ基準時刻とのずれを無くすように、当該１秒未満の部分から放送波時刻情報を補正するオフセット値（補正値）を求め、内部に保持すると共に、メモリ部２４に格納する。

具体的には、放送波時刻情報はＧＮＳＳ基準時刻に対して遅れているため、オフセット変換部２３は、カウンタ値の１秒未満の値から１秒を減算して、オフセット値を算出する。つまり、オフセット値は負の値となる。
更に、オフセット変換部２３は、算出したオフセット値について特定時間の時間平均処理を行って、メモリ部２４に出力する。
そのため、オフセット変換部２３は、オフセット値を特定個数保持しておき、当該特定個数のオフセット値について時間平均処理を行って、その結果をメモリ部２４に格納する。

オフセット変換部２３は、ＧＮＳＳ受信部２２からタイミングパルスが入力されている間（アンテナ検出部２１から「有効」を示す信号が出力されている間）は、オフセット値を算出してメモリ部２４の値を更新する。

そして、減算部３２において、内部カウンタ３１からのカウンタ値から、メモリ部２４に記憶されたオフセット値を減算する。放送波時刻情報がＧＮＳＳの基準時刻より遅れている場合には、負のオフセット値を減算することにより、放送波時刻情報を進めるように補正される。
これにより、放送波時刻情報がＧＮＳＳの基準時刻に同期するよう補正され、補正された時刻情報（補正済み時刻情報）がＩＭＥＳ信号送出部１３に出力される。

上述したように、アンテナ検出部２１を設けたことにより、オフセット値の算出の動作は基地局装置５の設置時に所定時間だけ行われ、設置後は、ＧＮＳＳ受信部２２からのタイミングパルスが出力されなくなるため、オフセット値算出の動作は行われない。
設置後は、メモリ部２４に記憶されたオフセット値を用いて減算部３２で放送波時刻情報の補正を行って補正済み時刻情報を出力するようになっている。

尚、アンテナ検出部２１からの「有効／無効」を示す信号に基づいて点灯／消灯するＬＥＤを設けることにより、本同期信号変換装置の内部状態（オフセット算出の動作中／非動作中）を外部に報知できるものである。
これにより、基地局装置５の設置時には、一旦、本同期信号変換装置を基地局装置５の設置場所（例えば屋内）の近傍でＧＮＳＳ信号を受信可能な位置（例えば屋外）に置いてオフセット値算出の処理を行わせ（ＬＥＤ点灯）、その後ＬＥＤが消灯してから本同期信号変換装置を屋内に持ち込むようにすればよい。

［タイミング調整部の別の構成］
次に、タイミング調整部の別の構成について図５〜図８を用いて説明する。別の構成のタイミング調整部はいずれも、放送波時刻情報を、正確な基準タイミング信号を用いて補正するものであり、基準タイミング信号を取得する信号源が異なっている。

［３ＧＰＰ信号を用いたタイミング調整部：図５］
図５は、３ＧＰＰ信号を用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。
図５に示すように、３ＧＰＰ信号を用いたタイミング調整部１４０は、３ＧＰＰ受信アンテナ３０で３ＧＰＰの無線通信システムの信号から報知情報を受信し、報知情報に含まれるフレーム番号（フレームタイミング）等の周期信号を取得する。
３ＧＰＰ信号のフレームタイミングはＧＮＳＳの基準タイミングに同期している。

アンテナ検出部３１は、３ＧＰＰ受信アンテナ３０からの信号を監視して、３ＧＰＰ信号を検出すると、「有効」を示す信号を３ＧＰＰ受信部３２に出力する。
３ＧＰＰ受信部３２は、「有効」を示す信号が入力されると、受信した３ＧＰＰ信号を復調して報知情報からフレームタイミングを取得し、それに基づくタイミングパルスをオフセット変換部２３に出力する。
オフセット変換部２３は、図４に示したＧＮＳＳ信号からの基準タイミング信号の代わりに、３ＧＰＰ信号からのフレームタイミングに基づいて同期信号変換部１２からのカウンタ値を取得し、オフセット値を算出して、メモリ部２４に格納する。

アンテナ検出部３１は、基地局装置５の設置時のみ「有効」を示す信号を３ＧＰＰ受信部３２に出力して、タイミングパルスを出力させる。これにより、設置時のみ、オフセット値の算出が行われ、その後はメモリ部２４に記憶されたオフセット値を用いて放送波時刻情報の補正が行われる。

［ＪＪＹ信号を用いたタイミング調整部：図６］
図６は、ＪＪＹ信号を用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。
図６に示すように、タイミング調整部１４１は、特徴部分として、ＪＪＹ信号を受信する受信アンテナ３３と、アンテナ検出部３４と、ＪＪＹ受信部３５とを備えている。尚、図６〜図８において、オフセット変換部２３、メモリ部２４、同期信号変換部１２は、図４に示したタイミング調整部と同様であるため、説明は省略する。

タイミング調整部１４１では、受信アンテナ３３でＪＪＹ信号を受信し、アンテナ検出部３４がＪＪＹ信号を検出すると、ＪＪＹ受信部３５に「有効」を示す信号を出力する。
ＪＪＹ受信部３５は、「有効」を示す信号を入力すると、受信したＪＪＹ信号に同期するタイミングパルスを生成して、オフセット変換部２３に出力する。
アンテナ検出部３４は、基地局装置５の設置時のみＪＪＹ信号が「有効」を示す信号を出力して、ＪＪＹ受信部３５を動作させるようになっている。

［ＰＰＳパルスを用いたタイミング調整部：図７］
図７は、ＰＰＳパルスを用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。
図７に示すように、タイミング調整部１４２は、外部からＵＴＣに正確に同期したＰＰＳパルスを入力し、ＰＰＳ検出部４１は、ＰＰＳパルスを検出すると、「有効」を示す信号をＰＰＳ受信部４２に出力する。
ＰＰＳ受信部４２は、「有効」を示す信号が入力されると、受信したＰＰＳパルスに同期したタイミングパルスを生成して出力する。
タイミング調整部１４２においても、基地局５の設置時のみＰＰＳ検出部４１がＰＰＳ受信部４２に「有効」を示す信号を出力する。

［ネットワーク信号を用いたタイミング調整部：図８］
図８は、ネットワーク信号を用いたタイミング調整部の構成を示す構成ブロック図である。
図８に示すように、タイミング調整部１４３は、ＩＥＥＥ１５８８等に準じたネットワーク信号からＧＮＳＳの基準時刻に同期した同期信号を取り出して利用する。
リンク検出部４３は、ネットワーク信号を検出すると、ネットワークインタフェース４４に「有効」を示す信号を出力し、ネットワークインタフェース４４は、ネットワーク信号から同期信号を取得して、タイミングパルスを生成してオフセット変換部２３に出力する。
タイミング調整部１４３でも、基地局装置５の設置時のみネットワークインタフェース４４を「有効」にするようになっている。

［ＩＭＥＳ航法メッセージの構成：図２，図９］
図２に示したように、タイミング調整部１４で算出されたオフセット値に基づいて、同期信号変換部１２で放送波時刻情報が補正されて、ＧＮＳＳの基準時刻に同期した補正後の時刻情報（補正済み時刻情報）がＩＭＥＳ信号送出部１３に出力される。
タイミング調整部１４は、図５〜８に示したいずれの構成に変えてもよい。

ＩＭＥＳ信号送出部１３では、補正済み時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成する。
ここで、ＩＭＥＳの航法メッセージの構成について図９を用いて簡単に説明する。図９は、ＩＭＥＳ航法メッセージの構成を示す説明図である。
ＩＭＥＳの航法メッセージは、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System；準天頂衛星システム）であり、そのメッセージ内容は可能な限りＧＰＳと互換となるよう定義されている。

図９（ａ）に示すように、ＩＭＥＳ航法メッセージは、５０ｂｐｓ、１５００ビットで１フレームが構成され、更に１フレームは５つのサブフレームが含まれる。つまり、１サブフレームの送信に６秒、１フレームの送信に３０秒を要する。また、全ての航法メッセージを送信するには２５フレームが必要である。
各サブフレームは３０ビットずつのワードに分割されており、先頭には、ＴＬＭ（telemetry）ワード、それに続いてＨＯＷ（handover）ワードが設けられている。

ＴＬＭワードとＨＯＷワードについて簡単に説明する。
図９（ｂ）に示すように、ＴＬＭワードは、プリアンブルと、ＴＬＭメッセージと、誤り訂正用のパリティを含み、各サブフレームの先頭を示すと共に同期用の情報を含んでいる。

ＨＯＷワードは、ＴＯＷ（Time-Of-Week）−Ｃｏｕｎｔ Ｍｅｓｓａｇｅ（truncated）やパリティを含む。
ＩＭＥＳでは、ＧＰＳと互換の時刻の定義を用いているため、ＧＰＳにおける時刻管理について簡単に説明する。
ＧＰＳにおける時刻は１週間を単位として管理されている（Ｚ−Ｃｏｕｎｔ）。
Ｚ−Ｃｏｕｎｔは、２９bitsのバイナリデータで、上位１０bitsが週番号（ＧＰＳ週：０〜１０２３）、下位１９bitsが１．５秒単位で表した週内秒（Time-Of-Week；０〜４０３，１９９：１ＬＳＢ＝１．５sec）となっている。
週内秒は、毎週日曜日の午前０時０分０秒にリセットされる。

そして、図９（ｂ）に示すように、ＩＭＥＳのＨＯＷワードには、１７bitsの６秒単位で週内秒を表した数値であるTruncated ＴＯＷ−Ｃｏｕｎｔ（０〜１００，７９９）が含まれる（週番号を含まない）。Truncated ＴＯＷは、次のサブフレームの時刻を示す値である。
Truncated ＴＯＷ−Ｃｏｕｎｔは、航法メッセージに含まれる最も粗い時間目盛りであり、一般の多くのＧＰＳ受信機でも時間目盛りとして利用されている。

つまり、本同期信号変換装置１のＩＭＥＳ信号送出部１３は同期信号変換部１２から出力される補正済みの時刻情報を、１７bits のTruncated ＴＯＷ−Ｃｏｕｎｔの値に変換して、サブフレームのＨＯＷワードに書き込む。
それと共に、ＩＭＥＳ信号送出部１３は、ＴＬＭや各サブフレームを構成するワードに適切な情報を書き込んで、図９（ａ）に示したようなＩＭＥＳの航法メッセージを生成して、ＩＭＥＳ信号として基地局装置５に出力する。
時刻情報以外の必要な情報は、予めＩＭＥＳ信号送出部１３に記憶されている。

これにより、受信側の基地局装置５では、受信したＩＭＥＳ信号のＨＯＷワードから、ＧＮＳＳに同期した正確な時刻情報を得ることができ、それに基づいて基準クロックを生成して利用することができるものである。

［実施の形態の効果］
本実施の形態に係る同期信号変換装置によれば、放送波同期信号取得部１１が、放送波から時刻情報（放送波時刻情報）を取得し、タイミング調整部１４が、ＧＮＳＳ信号を受信して基準となるタイミング信号（基準タイミング信号）を取得すると共に、当該タイミング信号を用いてＧＮＳＳの基準時刻と放送波時刻情報との差分であるオフセット値を算出し、同期信号変換部１２が、当該オフセット値で放送波時刻情報を補正して、ＧＮＳＳ基準時刻に同期した補正済み時刻情報を生成し、ＩＭＥＳ信号送出部１３が、補正済み時刻情報を含む航法メッセージを生成してＩＭＥＳ信号を受信側の基地局装置５に出力する同期信号変換装置としているので、基地局装置５は、ＧＮＳＳ信号を受信できない環境であっても、ＩＭＥＳ信号を復調して時刻情報を取得することで、ＧＮＳＳ基準時刻に同期したクロックを生成して動作を行うことができ、無線通信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。

また、従来のように、疑似ＧＮＳＳ信号を生成して基地局装置に出力する構成では、疑似ＧＮＳＳ信号が、基地局装置のＧＮＳＳ受信機において正常な衛星ではないと判定されて、時刻情報や位置情報の取得に失敗することがあったが、本同期信号変換装置によれば、ＧＮＳＳ受信機の性能や機能に左右されることなく、確実に時刻情報や位置情報を報知できる効果がある。

また、本同期信号変換装置によれば、タイミング調整部１４に、基準タイミング信号を取得するＧＮＳＳ受信部２２と、ＧＮＳＳ受信部２２の動作を有効又は無効に設定するアンテナ検出部２１を設け、アンテナ検出部２１が、基地局装置５の設置時のみＧＮＳＳ受信部を有効とするようにしているので、設置完了後はオフセット値の算出処理を行わず、運用時の消費電力や処理の負荷を低減できる効果がある。

また、本同期信号変換装置によれば、タイミング調整部が、基準タイミング信号を取得する信号源として、ＩＥＥＥ１５８８等に準拠したネットワーク信号、３ＧＰＰの無線通信システムの信号、ＪＪＹ信号、ＵＴＣに同期したＰＰＳ信号を利用するようにしているので、設置される環境等に応じて適切な信号を利用可能とし、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。

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…同期信号変換装置、 ５，５′，６，７…基地局装置、 １１…放送波同期信号取得部、 １２…同期信号変換部、 １３…ＩＭＥＳ信号送出部、 １４，１４０，１４１，１４２，１４３…タイミング調整部、 ２０，５０…ＧＮＳＳ受信アンテナ、 ２１…アンテナ検出部、 ２２…ＧＮＳＳ受信部、 ２３…オフセット変換部、 ２４…メモリ部、 ３０…受信アンテナ、 ３１…内部カウンタ、 ３２…減算部、 ３３，３６…アンテナ検出部、 ３４…３ＧＰＰ受信部、 ３５…ＪＪＹ受信アンテナ、 ３７…ＪＪＹ受信部、 ４１…ＰＰＳ検出部、 ４２…ＰＰＳ受信部、 ４３…リンク検出部、 ４４，６１…ネットワークインタフェース、 ５１…ＩＭＥＳ受信部、 ５２…ＩＭＥＳ同期信号抽出部、 ５３…ＧＮＳＳ受信部、 ５４…ＧＮＳＳ同期信号抽出部、 ６２…ネットワーク同期信号抽出部、 ７１…ＰＰＳインタフェース、 ７２…ＰＰＳタイミング生成部

Claims (5)

1. 無線通信システムの基地局装置の受信機に接続される同期信号変換装置であって、
   放送波を受信して、前記放送波から放送波時刻情報を取得する放送波同期信号取得部と、
   基準時刻の情報を有する信号を受信して、前記信号から基準タイミング信号を取得し、前記基準タイミング信号に基づいて、前記放送波時刻情報と前記基準時刻との差分をオフセット値として算出するタイミング調整部と、
   前記放送波時刻情報から前記オフセット値を減算して、補正済み時刻情報を出力する同期信号変換部と、
   前記補正済み時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成して前記基地局装置に出力するＩＭＥＳ信号送出部とを備えたことを特徴とする同期信号変換装置。
2. 同期信号変換部が、放送波時刻情報が入力されると、カウンタ値を前記放送波時刻情報に合わせて更新する自走式の内部カウンタと、
   前記内部カウンタからのカウンタ値からオフセット値を減算する減算部とを備え、
   タイミング調整部が、基準時刻の情報を有する信号を受信して、基準タイミング信号を取得して出力する受信部と、
   前記基準タイミング信号に同期して前記内部カウンタからカウンタ値を取得して、前記カウンタ値の１秒未満の値に基づいてオフセット値を算出するオフセット変換部と、
   前記算出されたオフセット値を記憶して、前記減算部に出力するメモリ部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の同期信号変換装置。
3. 基準時刻の情報を有する信号が、ＧＮＳＳ信号であることを特徴とする請求項１又は２記載の同期信号変換装置。
4. 基準時刻の情報を有する信号が、日本標準時の信号、協定世界時に同期したパルス信号、３ＧＰＰの無線通信システムの信号、又はＩＥＥＥ１５８８に準拠したネットワーク信号であることを特徴とする請求項１又は２記載の同期信号変換装置。
5. 無線通信システムの基地局装置の受信機に接続される同期信号変換装置における同期信号変換方法であって、
   放送波同期信号取得部が、放送波を受信して、前記放送波から放送波時刻情報を取得し、
   タイミング調整部が、基準時刻の情報を有する信号を受信して、前記信号から基準タイミング信号を取得し、前記基準タイミング信号に基づいて前記放送波時刻情報と前記基準時刻との差分をオフセット値として算出し、
   同期信号変換部が、前記放送波時刻情報から前記オフセット値を減算して、補正済み時刻情報を出力し、
   ＩＭＥＳ信号送出部が、前記補正済み時刻情報を含むＩＭＥＳ信号を生成して前記基地局装置に出力することを特徴とする同期信号変換方法。

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