JP7218968B1 - 時刻タイミング信号を生成する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】基地局とリモート局と間の伝送遅延を正確に測定する。
【解決手段】時刻タイミング信号により第１基準マイクロ波信号を位相変調して往路マイクロ波位相変調信号を生成し、往路マイクロ波位相変調信号によりレーザ光を光強度変調して生成した往路光強度変調信号を光ファイバ３００経由で基地局１００からリモート局２００に伝送する。往路光強度変調信号を復調した往路マイクロ波位相変調信号の周波数を変更した復路マイクロ波位相変調信号を生成し、復路マイクロ波位相変調信号によりレーザ光を光強度変調して生成した復路光強度変調信号を光ファイバ３００経由でリモート局２００から基地局１００に伝送する。基地局１００では、復路光強度変調信号を光電気変換して復路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、復路マイクロ波位相変調信号を復調することにより往復時刻タイミング信号を抽出し、時刻タイミング信号と往復時刻タイミング信号との差から伝送遅延を求める。
【選択図】図１

Description

この開示は、時刻タイミング信号を生成する方法及びシステムに関し、特に、基地局からリモート局に光ファイバを通して伝送するリモート局用の時刻タイミング信号を生成する方法及びシステムに関する。

高速光通信、深宇宙探査、天文精密計測などの分野では、非常に離れた複数の測定地点で時刻を高精度に同期させる必要がある。このような時刻の同期のため、高精度な時刻タイミング信号の生成及び伝送が求められている。

非常に離れた基地局とリモート局とが光ファイバにより接続されており、基地局からリモート局にタイミング信号を伝送して同期をとる場合、光ファイバにおいて生じる伝送遅延を予め精密に測定し、測定した伝送遅延分を進めたリモート局用のタイミング信号を基地局からリモート局に伝送することで、時刻同期を行う。この種の技術は、以下の非特許文献１に記載されている。

P.Krehlik, L.Sliwczynski, L.Buczek, J.Kolodziej, M.Lipinski, 「ELSTAB.Fiber-Optic Time and Frequency Distribution Technology: A General Characterization and Fundamental Limits,」, IEEE Trans on Ultrasonics, Ferroelectrics, and frequency control, (vol.63, no.7, pp.993-1004, Jul. 2016)

上記非特許文献１に記載された従来の手法では、以下のようにして時刻同期を行う。
１．基地局は、時刻タイミング信号によりレーザ光を振幅変調し、振幅変調された光信号を生成する。
２．基地局は、光信号を光ファイバ経由でリモート局に伝送する。
３．リモート局は、光ファイバ経由で伝送された光信号を光電気変換により電気信号に変換し、時刻タイミング信号を抽出する。
４．リモート局は、抽出した時刻タイミング信号によりレーザ光を振幅変調し、光信号を再生成する。ただし、基地局で生成された光信号とリモート局で再生成された光信号とを、基地局で分離可能なように、リモート局において再生成する光信号の波長は、光フィルタで分離可能なように、基地局で生成された光信号の波長と異なるものにしておく。
５．リモート局は、再生成した光信号を光ファイバ経由で基地局に伝送する。
６．基地局は、リモート局から伝送された光信号を光フィルタにより分離抽出し、分離抽出した光信号を光電気変換により電気信号に変換し、時刻タイミング信号を抽出する。
７．基地局は、元の時刻タイミング信号と、リモート局から伝送された光信号に含まれる時刻タイミング信号とのタイミングを比較し、光信号の往復により生じた遅延（往復遅延）を検出する。
８．基地局は、往復遅延の１／２の伝送遅延に相当する時間を早めたリモート局用の時刻タイミング信号によりレーザ光を振幅変調し、リモート局同期用光信号を生成する。
９．基地局は、リモート局同期用光信号を光ファイバ経由でリモート局に伝送する。

従来手法では、基地局からリモート局までの往路の光信号と、リモート局から基地局までの復路の光信号とで、光フィルタにより分離可能なように異なる波長を採用する必要がある。この場合、光ファイバ伝送における波長分散の影響により、往路と復路の光信号の波長の違いに応じて、往路と復路の遅延量が変化する。

また、従来手法では、リモート局は、基地局からの光信号から時刻タイミング信号を抽出し、抽出した時刻タイミング信号によりレーザ光を振幅変調して光信号を再生成している。この場合、リモート局内の処理に起因して、基地局からリモート局までの光信号の往路とリモート局から基地局までの光信号の復路とで異なる経路を通ることがある。

以上のような事情により、光ファイバを介して伝送される光信号に生じる伝送遅延を正確に測定することが困難になり、リモート局用の高精度な時刻タイミング信号を生成することが困難になるという問題があった。

この開示は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、基地局とリモート局との間で光ファイバを介して伝送される光信号に生じる伝送遅延を正確に測定し、基地局からリモート局に光ファイバを通して伝送するリモート局用の時刻タイミング信号を生成する方法及びシステムを提供することを目的とする。

この開示に係る時刻タイミング信号を生成する方法は、光ファイバを通して基地局からリモート局に伝送する時刻タイミング信号を生成する方法であって、基地局において、第１搬送波周波数ｆ１の第１基準マイクロ波信号を時刻タイミング信号により位相変調して往路マイクロ波位相変調信号を生成し、波長λ１の第１レーザ光を往路マイクロ波位相変調信号により光強度変調して往路光強度変調信号を生成し、光ファイバを通して基地局から往路光強度変調信号をリモート局に伝送する、ステップと、リモート局において、基地局から伝送された往路光強度変調信号を光電気変換して往路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、往路マイクロ波位相変調信号を用いて第１搬送波周波数ｆ１とは異なる第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を生成し、波長λ１の第２レーザ光を復路マイクロ波位相変調信号により光強度変調して復路光強度変調信号を生成し、光ファイバを通してリモート局から基地局へ復路光強度変調信号を伝送する、ステップと、基地局において、復路光強度変調信号を光電気変換して復路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、復路マイクロ波位相変調信号を復調して往復時刻タイミング信号を抽出し、時刻タイミング信号と往復時刻タイミング信号とのタイミング差から伝送遅延を求め、時刻タイミング信号を伝送遅延だけ進めてリモート局用の時刻タイミング信号を生成する、ステップと、を備える。

この開示に係る時刻タイミング信号を生成する方法において、リモート局において、往路マイクロ波位相変調信号から時刻タイミング信号を抽出すると共に、第１搬送波周波数の第１基準マイクロ波信号を再生し、第１基準マイクロ波信号に位相同期するように、第２搬送波周波数の第２基準マイクロ波信号を生成し、時刻タイミング信号により、第２基準マイクロ波信号を位相変調して、復路マイクロ波位相変調信号を生成する、ステップを更に含み、基地局において、第２搬送波周波数の第２基準マイクロ波信号を生成し、復路光強度変調信号を光電気変換して抽出した復路マイクロ波位相変調信号の位相と第２基準マイクロ波信号とを比較し、比較により得られた往復位相変化量から伝送位相変化量を求め、時刻タイミング信号を、伝送遅延及び伝送位相変化量分進めて時刻タイミング信号を生成する、ステップを更に含む。

この開示に係る時刻タイミング信号を生成するシステムは、光ファイバを通して基地局からリモート局に伝送する時刻タイミング信号を生成するシステムであって、基地局は、時刻タイミング信号を生成し、生成した時刻タイミング信号をマイクロ波変調器とタイミング比較部とに供給する時刻タイミング信号生成部と、第１搬送波周波数の第１基準マイクロ波信号を発生し、発生した第１基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器に供給するマイクロ波発生器と、時刻タイミング信号により第１基準マイクロ波信号を位相変調して往路マイクロ波位相変調信号を生成し、生成した往路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器に供給するマイクロ波変調器と、波長λ１の第１レーザ光を生成し、生成した第１レーザ光を光強度変調器に供給する第１レーザ光源と、往路マイクロ波位相変調信号により第１レーザ光を光強度変調して往路光強度変調信号を生成し、生成した往路光強度変調信号を方向性結合器に供給する光強度変調器と、光ファイバを通して往路光強度変調信号をリモート局に供給すると共に、光ファイバを通してリモート局から供給される復路光強度変調信号を往路光強度変調信号から分離し、分離した復路光強度変調信号を光電気変換器に供給する方向性結合器と、復路光強度変調信号を光電気変換して復路マイクロ波位相変調信号を抽出し、抽出した復路マイクロ波位相変調信号をマイクロ波復調器に供給する光電気変換器と、復路マイクロ波位相変調信号から往復時刻タイミング信号を抽出し、抽出した往復時刻タイミング信号をタイミング比較部に供給するマイクロ波復調器と、時刻タイミング信号と往復時刻タイミング信号とのタイミング差から伝送遅延を求め、求めた伝送遅延を制御部に通知するタイミング比較部と、伝送遅延に基づいて制御を行う制御部と、を備え、リモート局は、光ファイバを通して基地局から供給される往路光強度変調信号を復路光強度変調信号から分離し、分離した往路光強度変調信号を光電気変換器に供給すると共に、光ファイバを通して復路光強度変調信号をリモート局に供給する方向性結合器と、往路光強度変調信号を光電気変換して往路マイクロ波位相変調信号を抽出し、抽出した往路マイクロ波位相変調信号を復路マイクロ波位相変調信号発生部に供給する光電気変換器と、往路マイクロ波位相変調信号を用いて第１搬送波周波数とは異なる第２搬送波周波数の復路マイクロ波位相変調信号を生成し、生成した復路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器に供給する復路マイクロ波位相変調信号発生部と、波長λ１の第２レーザ光を生成し、生成した第２レーザ光を光強度変調器に供給する第２レーザ光源と、復路マイクロ波位相変調信号により第２レーザ光を光強度変調して復路光強度変調信号を生成し、生成した復路光強度変調信号を方向性結合器に供給する光強度変調器と、を備え、制御部は、時刻タイミング信号生成部を制御し、時刻タイミング信号を伝送遅延だけ進めてリモート局用の時刻タイミング信号を生成する。

この開示に係る時刻タイミング信号を生成するシステムにおいて、復路マイクロ波位相変調信号発生部は、局部発振器と周波数変換器とを備え、局部発振器は、局部発振信号を生成し、生成した局部発振信号を周波数変換器に供給し、周波数変換器は、局部発振信号を用いて周波数変換を行い、第１搬送波周波数の往路マイクロ波位相変調信号から、第１搬送波周波数とは異なる第２搬送波周波数の復路マイクロ波位相変調信号を生成する。

この開示に係る時刻タイミング信号を生成するシステムにおいて、復路マイクロ波位相変調信号発生部は、マイクロ波復調器と、マイクロ波発生器と、マイクロ波変調器とを備え、マイクロ波復調器は、往路マイクロ波位相変調信号から時刻タイミング信号を抽出し、抽出した時刻タイミング信号をマイクロ波変調器に供給し、マイクロ波発生器は、第１搬送波周波数とは異なる第２搬送波周波数の第２基準マイクロ波信号を生成し、生成した第２基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器に供給し、マイクロ波変調器は、時刻タイミング信号により、第２基準マイクロ波信号を位相変調して、第１搬送波周波数とは異なる第２搬送波周波数の復路マイクロ波位相変調信号を生成し、生成した復路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器に供給する。

この開示に係る時刻タイミング信号を生成するシステムにおいて、リモート局において、マイクロ波復調器は、往路マイクロ波位相変調信号から時刻タイミング信号を抽出し、抽出した時刻タイミング信号をマイクロ波変調器に供給すると共に、往路マイクロ波位相変調信号から第１基準マイクロ波信号を再生し、再生した第１基準マイクロ波信号をマイクロ波発生器に供給し、マイクロ波発生器は、第１基準マイクロ波信号を位相同期信号として利用し、第２搬送波周波数の第２基準マイクロ波信号を、第１基準マイクロ波信号に位相同期した状態で生成し、生成した第２基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器に供給し、マイクロ波変調器は、第１基準マイクロ波信号に位相同期した第２基準マイクロ波信号を、時刻タイミング信号により位相変調して、復路マイクロ波位相変調信号を生成し、基地局において、位相比較部が更に設けられ、マイクロ波発生器は、第２基準マイクロ波信号を更に発生し、発生した第２基準マイクロ波信号を位相比較部に供給し、光電気変換器は、復路光強度変調信号から光電気変換により抽出した復路マイクロ波位相変調信号を更に位相比較部に供給し、位相比較部は、第２基準マイクロ波信号と復路マイクロ波位相変調信号との位相変化量から伝送位相変化量を算出し、算出した伝送位相変化量を制御部に供給し、制御部は、時刻タイミング信号生成部を制御して時刻タイミング信号を伝送遅延だけ進めると共に、マイクロ波発生器を制御して第１基準マイクロ波信号の位相を伝送位相変化量分進め、リモート局用の時刻タイミング信号を生成する。

この開示に係る時刻タイミング信号を生成するシステムにおいて、基地局は、光電気変換器とマイクロ波復調器との間に、共振周波数を第２搬送波周波数に設定されたフィルタを備え、フィルタは、復路光強度変調信号から抽出された第２搬送波周波数の復路マイクロ波位相変調信号を通過させ、リモート局は、光電気変換器とマイクロ波復調器との間に、共振周波数を第１搬送波周波数に設定されたフィルタを備え、フィルタは、往路光強度変調信号から抽出された第１搬送波周波数の往路マイクロ波位相変調信号を通過させる。

この開示に係る時刻タイミング信号を生成する方法及びシステムによれば、基地局とリモート局との間で光ファイバを介して伝送される光信号に生じる伝送遅延を正確に測定し、基地局からリモート局に光ファイバを通して伝送するリモート局用の時刻タイミング信号を生成することができる。

実施の形態１に係るシステムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるマイクロ波位相変調信号の生成の様子を示すタイミングチャートである。 実施の形態１における伝送遅延の算出の様子を示すタイミングチャートである。 実施の形態１に係るシステムにおける各部の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るシステムの構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係るシステムの構成を示すブロック図である。

以下、本開示の時刻タイミング信号を生成する方法及びシステムの実施の形態につき、図面を用いて説明する。
実施の形態１．
はじめに、本開示の実施の形態１におけるシステム１Ａの構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係るシステム１Ａの構成を示すブロック図である。

［システム１Ａの構成］
システム１Ａは、主に、基地局１００と、リモート局２００と、光ファイバ３００とにより構成されている。

基地局１００には、制御部１０１と、時刻タイミング信号生成部１１０と、マイクロ波発生器１２０と、マイクロ波変調器１３０と、第１レーザ光源１４０と、光強度変調器１５０と、方向性結合器１６０と、光電気変換器１７０と、フィルタ１７５と、マイクロ波復調器１８０と、タイミング比較部１９０とが設けられている。

リモート局２００には、局部発振器２２５と、周波数変換器２３５と、第２レーザ光源２４０と、光強度変調器２５０と、方向性結合器２６０と、光電気変換器２７０と、フィルタ２７５と、フィルタ２９５とが設けられている。ここで、局部発振器２２５と、周波数変換器２３５とは、復路マイクロ波位相変調信号発生部を構成している。

光ファイバ３００は、高速光通信、深宇宙探査、または天文精密計測などを行うため、非常に離れた測定地点に設けられている基地局１００とリモート局２００とを、光通信可能に接続している。なお、リモート局２００は、１つである必要は無く、複数存在していてもよい。

［システム１Ａの各部の動作］
基地局１００において、制御部１０１は、基地局１００とリモート局２００との時刻同期の制御を行う。システム１Ａの各部は、制御部１０１の制御に基づいて、高精度な時刻タイミング信号を生成する方法の各ステップを実行する。
すなわち、制御部１０１は、以下に述べるようにして伝送遅延を算出した後、時刻同期の制御として、伝送遅延だけ進めた時刻タイミング信号によりレーザ光を変調してリモート局同期用光信号を生成し、光ファイバ３００を通してリモート局同期用光信号をリモート局２００に供給するように、基地局１００の各部を制御する。

時刻タイミング信号生成部１１０は、１秒信号（１ＰＰＳ信号）または１／１０秒信号（１０ＰＰＳ信号）などの特定の周期の精密な時刻タイミング信号を生成し、生成した時刻タイミング信号をマイクロ波変調器１３０とタイミング比較部１９０とに供給する。

マイクロ波発生器１２０は、第１搬送波周波数ｆ１の第１基準マイクロ波信号を発生し、発生した第１基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器１３０に供給する。実施の形態１において、「マイクロ波」とは、一般にマイクロ波と呼ばれる３００ＭＨｚ～３００ＧＨｚの周波数範囲に限定されず、短波（３ＭＨｚ～３０ＭＨｚ）、超短波（３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）などの周波数範囲をも含むものとする。実施の形態１において、第１基準マイクロ波信号は、例えば、１０ＭＨｚ等の単一周波数の基準信号とすることができる。

マイクロ波変調器１３０は、時刻タイミング信号生成部１１０において生成されたベースバンド信号としての時刻タイミング信号により、第１搬送波周波数ｆ１の第１基準マイクロ波信号を位相変調し、マイクロ波位相変調信号（以下、「往路マイクロ波位相変調信号」と呼ぶ）を生成する。マイクロ波変調器１３０は、生成した往路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器１５０に供給する。

第１レーザ光源１４０は、波長λ１の第１レーザ光を光搬送波として生成し、生成した第１レーザ光を光強度変調器１５０に供給する。実施の形態１において、伝送遅延を測定する際にレーザ光の位相を用いないため、レーザ光の波長安定性は重要でない。基地局１００からの第１レーザ光と後述するリモート局２００からの第２レーザ光とを干渉させる必要はないため、第１レーザ光及び第２レーザ光は狭線幅である必要はない。

光強度変調器１５０は、往路マイクロ波位相変調信号により第１レーザ光を光強度変調することで光強度変調信号（以下、「往路光強度変調信号」と呼ぶ）を生成し、生成した往路光強度変調信号を方向性結合器１６０の端子ａに入力する。光強度変調とは、変調したい信号を光のパワーの強弱に変換する変調方式である。この光強度変調において、強度は振幅の２乗に比例する点が、振幅変調と異なる。

方向性結合器１６０は、往路光強度変調信号と、リモート局２００からの光強度変調信号（以下、「復路光強度変調信号」と呼ぶ）とを、進行方向の違いにより分離し、振り分けを行う。

具体的には、方向性結合器１６０は、往路光強度変調信号を端子ａから端子ｂに向けて通過させて光ファイバ３００を通してリモート局２００に供給すると共に、リモート局２００からの復路光強度変調信号を端子ｂから端子ｃに向けて通過させて光電気変換器１７０に供給する。

光電気変換器１７０は、リモート局２００からの復路光強度変調信号を光電気変換し、復路光強度変調信号に含まれる復路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、抽出した復路マイクロ波位相変調信号を、フィルタ１７５を通してマイクロ波復調器１８０に供給する。なお、光電気変換器１７０は、基地局１００からリモート局２００に向かいつつも光ファイバ３００の途中で反射し、方向性結合器１６０を通過した往路光強度変調信号の後方散乱成分をも光電気変換し、往路光強度変調信号に含まれる往路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出することがある。

フィルタ１７５は、共振周波数ｆｏ＝ｆ２に設定されており、光電気変換器１７０とマイクロ波復調器１８０との間に配置されている。ｆ２は、リモート局２００において生成される復路マイクロ波位相変調信号の第２搬送波周波数である。フィルタ１７５は、基地局１００からリモート局２００に向かいつつも光ファイバ３００の途中で反射した往路光強度変調信号の後方散乱成分に含まれている第１搬送波周波数ｆ１の往路マイクロ波位相変調信号を除去すると共に、復路光強度変調信号から抽出された第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を通過させる。フィルタ１７５は、通過させた復路マイクロ波位相変調信号をマイクロ波復調器１８０に供給する。

マイクロ波復調器１８０は、リモート局２００から光ファイバ３００を通り基地局１００に到達した復路マイクロ波位相変調信号を復調することにより、基地局１００～光ファイバ３００～リモート局２００～光ファイバ３００～基地局１００と往復した時刻タイミング信号（以下、「往復時刻タイミング信号」と呼ぶ）を抽出し、抽出した往復時刻タイミング信号をタイミング比較部１９０に供給する。

タイミング比較部１９０は、時刻タイミング信号生成部１１０で生成された時刻タイミング信号と、マイクロ波復調器１８０において抽出された往復時刻タイミング信号とを比較し、往復遅延に相当するタイミング差Δｔを求める。タイミング比較部１９０は、更にΔｔの１／２を伝送遅延として算出し、伝送遅延を制御部１０１に供給する。

リモート局２００において、光ファイバ３００を通して基地局１００から供給された往路光強度変調信号は、方向性結合器２６０の端子ｂに入る。
方向性結合器２６０は、基地局１００からの往路光強度変調信号と、リモート局２００から基地局１００に向かう復路光強度変調信号とを、進行方向の違いにより分離し、振り分けを行う。
具体的には、方向性結合器２６０は、基地局１００からの往路光強度変調信号を端子ｂから端子ｃに向けて通過させ光電気変換器２７０に供給すると共に、リモート局２００で生成された復路光強度位相変調信号を端子ａから端子ｂに向けて通過させ基地局１００に供給する。

光電気変換器２７０は、往路光強度変調信号を光電気変換し、往路光強度変調信号に含まれる往路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、抽出した往路マイクロ波位相変調信号をフィルタ２７５に供給する。なお、光電気変換器２７０は、光ファイバ３００の途中で反射し、方向性結合器２６０を通過した復路光強度変調信号の後方散乱成分をも光電気変換し、復路光強度変調信号に含まれる復路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出することがある。

フィルタ２７５は、共振周波数ｆｏ＝ｆ１に設定されており、光電気変換器２７０とマイクロ波復調器２８０との間に配置されている。ｆ１は、基地局１００において生成される往路マイクロ波位相変調信号の第１搬送波周波数である。
フィルタ２７５は、リモート局２００から基地局１００に向かいつつも光ファイバ３００の途中で反射した復路光強度変調信号の後方散乱成分に含まれている第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を除去すると共に、往路光強度変調信号から抽出された第１搬送波周波数ｆ１の往路マイクロ波位相変調信号を通過させる。フィルタ２７５は、通過させた往路マイクロ波位相変調信号を周波数変換器２３５に供給する。

局部発振器２２５は、周波数Δｆの局部発振信号を生成し、周波数変換器２３５に供給する。周波数Δｆは、第１搬送波周波数ｆ１を第２搬送波周波数ｆ２に変換するのに必要な局部発振信号の周波数である。
周波数変換器２３５は、周波数Δｆの局部発振信号を用いて周波数変換を行い、第１搬送波周波数ｆ１の往路マイクロ波位相変調信号から、第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を生成する。周波数変換器２３５は、生成した復路マイクロ波位相変調信号をフィルタ２９５に供給する。ここで、局部発振器２２５と周波数変換器２３５とが、復路マイクロ波位相変調信号発生部を構成している。

フィルタ２９５は、共振周波数ｆｏ＝ｆ２に設定されており、第２搬送波周波数ｆ２以外の周波数の成分を除去すると共に、第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を通過させる。フィルタ２９５は、復路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器２５０に供給する。

第２レーザ光源２４０は、第１レーザ光と同じ波長λ１の第２レーザ光を光搬送波として生成し、生成した第２レーザ光を光強度変調器２５０に供給する。実施の形態１において、伝送遅延を測定する際にレーザ光の位相を用いないため、レーザ光の波長安定性は重要でない。

光強度変調器２５０は、第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号により第２レーザ光を光強度変調することで、復路光強度変調信号を生成する。光強度変調器２５０は、生成した復路光強度変調信号を方向性結合器２６０の端子ａに入力する。

方向性結合器２６０は、復路光強度変調信号と往路光強度変調信号とを進行方向の違いにより分離しており、復路光強度変調信号を図１中の端子ａから端子ｂに向けて通過させ、光ファイバ３００を通して基地局１００に供給する。

以下、マイクロ波変調器１３０よる往路マイクロ波位相変調信号の生成について、図２を参照して説明する。図２は、実施の形態１における往路マイクロ波位相変調信号の生成の様子を示すタイミングチャートである。

図２の（ａ）は、時刻タイミング信号生成部１１０において生成される１秒信号などの時刻タイミング信号の波形を示している。図２の（ｂ）は、マイクロ波発生器１２０が生成する第１基準マイクロ波信号の波形を示している。図２の（ｃ）は、マイクロ波変調器１３０において、時刻タイミング信号により第１基準マイクロ波信号を位相変調して生成される往路マイクロ波位相変調信号の波形を示している。
図２の（ｃ）に示す往路マイクロ波位相変調信号は、図２の（ｂ）に示す第１基準マイクロ波信号を搬送波として、図２の（ａ）に示す時刻タイミング信号の波形変化タイミングで第１基準マイクロ波信号の位相が変化する状態になっており、振幅に変化は生じていないことがわかる。

以下、同期検波により往復時刻タイミング信号を抽出し、伝送遅延を算出する様子を図３により説明する。図３は、実施の形態１における伝送遅延の算出の様子を示すタイミングチャートである。

図３の（ａ）は、復路光強度変調信号が光電気変換器１７０において光電気変換されて生成された復路マイクロ波位相変調信号の波形を示している。図３の（ｂ）は、第１基準マイクロ波信号の波形を示している。図３の（ｃ）は、第１基準マイクロ波信号（図３の（ｂ））を基準搬送波として使用し、復路マイクロ波位相変調信号（図３の（ａ））を同期検波することにより抽出された往復時刻タイミング信号の波形を示している。図３の（ｄ）は、時刻タイミング信号生成部１１０からの時刻タイミング信号の波形を示している。

基地局１００からリモート局２００に向けた往路マイクロ波位相変調信号が、復路マイクロ波位相変調信号としてリモート局２００から基地局１００に返送されてくるため、図３の（ｃ）と（ｄ）とにおけるタイミング差Δｔは、光ファイバ３００を往復したことによる往復遅延に相当する。
よって、タイミング比較部１９０は、マイクロ波変調器１３０において光強度変調に使用した時刻タイミング信号と、マイクロ波復調器１８０において抽出された往復時刻タイミング信号とを比較し、往復遅延に相当するタイミング差Δｔを求める。更に、タイミング比較部１９０は、このΔｔの半分のΔｔ／２を、光ファイバ３００を通して基地局１００からリモート局２００までに生じる伝送遅延として算出して、制御部１０１に通知する。

［システム１Ａにおける各部の処理手順］
以下、図４のフローチャートを参照して、システム１Ａにおける各部の処理手順、すなわち、時刻タイミング信号を生成する方法の手順を説明する。図４は、実施の形態１に係るシステム１Ａにおける各部の処理手順を示すフローチャートである。
このフローチャートにおいて、基地局１００はステップＳ１００～Ｓ１０９の処理を行い、リモート局２００はステップＳ２０１～Ｓ２０７の処理を行う。
なお、図４のフローチャートは、各種の信号を生成または処理する際の信号の因果関係または関連を示したものであり、処理の時刻または順番を厳密に示したものではない。また、幾つかの処理を同時または重複したタイミング、あるいは順番を入れ替えて実行することが可能である。

まず、ステップＳ１００において、時刻タイミング信号生成部１１０は時刻タイミング信号を生成し、生成した時刻タイミング信号をマイクロ波変調器１３０とタイミング比較部１９０とに供給する。マイクロ波発生器１２０は第１搬送波周波数ｆ１の第１基準マイクロ波信号を発生し、発生した第１基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器１３０に供給する。第１レーザ光源１４０は波長λ１の第１レーザ光を生成し、生成した第１レーザ光を光強度変調器１５０に供給する。この後、処理はステップＳ１０１へと進む。

ステップＳ１０１において、マイクロ波変調器１３０は、第１搬送波周波数ｆ１の第１基準マイクロ波信号を時刻タイミング信号により位相変調して往路マイクロ波位相変調信号を生成し、生成した往路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器１５０に供給する。この後、処理はステップＳ１０２へと進む。

ステップＳ１０２において、光強度変調器１５０は、往路マイクロ波位相変調信号により、第１レーザ光を光強度変調し、往路光強度変調信号を生成する。光強度変調器１５０は、生成した往路光強度変調信号を方向性結合器１６０の端子ａに入力する。この後、処理はステップＳ１０３へと進む。

ステップＳ１０３において、方向性結合器１６０は、端子ａに入力された往路光強度変調信号を端子ｂに向けて通過させ、光ファイバ３００を通してリモート局２００に供給する。この後、処理は、リモート局２００におけるステップＳ２０１に移る。

ステップＳ２０１において、リモート局２００は、光ファイバ３００を通して基地局１００から往路光強度変調信号の供給を受ける。この後、処理はステップＳ２０２へと進む。

ステップＳ２０２において、方向性結合器２６０は、基地局１００からの往路光強度変調信号を、信号の進行方向の違いにより他の信号から分離し、往路光強度変調信号を光電気変換器２７０に供給する。方向性結合器２６０を通る他の信号としては、後述する復路光強度変調信号が存在する。この後、処理はステップＳ２０３へと進む。

ステップＳ２０３において、光電気変換器２７０は、往路光強度変調信号を光電気変換し、往路マイクロ波位相変調信号を抽出し、抽出した往路マイクロ波位相変調信号をフィルタ２７５に供給する。なお、光電気変換器２７０は、光ファイバ３００の途中で反射する復路光強度変調信号の後方散乱成分をも光電気変換することがあり、復路光強度変調信号に含まれる復路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出することがある。
このため、共振周波数ｆｏ＝ｆ１に設定されたフィルタ２７５が、復路光強度変調信号の後方散乱成分に含まれている第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を除去し、往路光強度変調信号から抽出された第１搬送波周波数ｆ１の往路マイクロ波位相変調信号を通過させる。この後、処理はステップＳ２０４へと進む。

ステップＳ２０４において、周波数変換器２３５は、周波数Δｆの局部発振信号を用いて、第１搬送波周波数ｆ１の往路マイクロ波位相変調信号を周波数変換し、第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を生成する。周波数変換器２３５は、生成した復路マイクロ波位相変調信号をフィルタ２９５に供給する。
なお、局部発振器２２５は、局部発振信号の周波数Δｆを保っていればよく、位相についての同期は必要ない。
フィルタ２９５は、共振周波数ｆｏ＝ｆ２に設定されており、周波数ｆ２以外の周波数の成分を除去すると共に、第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を通過させ、復路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器２５０に供給する。この後、処理はステップＳ２０５へと進む。

ステップＳ２０５において、光強度変調器２５０は、復路マイクロ波位相変調信号により波長λ１の第２レーザ光を光強度変調することで、復路光強度変調信号を生成する。光強度変調器２５０は、生成した復路光強度変調信号を方向性結合器２６０の端子ａに入力する。この後、処理はステップＳ２０６へと進む。

ステップＳ２０６において、方向性結合器２６０は、端子ａに入力された復路光強度変調信号を端子ｂに向けて通過させ、光ファイバ３００を通して基地局１００に供給する。この後、処理は、基地局１００におけるステップＳ１０４に移る。

ステップＳ１０４において、方向性結合器１６０は、信号の進行方向の違いによりそれぞれの信号を分離し、リモート局２００からの復路光強度変調信号を端子ｂから端子ｃに向けて通過させ、光電気変換器１７０に供給する。この後、処理はステップＳ１０５へと進む。

ステップＳ１０５において、光電気変換器１７０は、復路光強度変調信号を光電気変換し、復路光強度変調信号に含まれる復路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出する。なお、光電気変換器１７０は、基地局１００からリモート局２００に向かいつつも光ファイバ３００の途中で反射し、方向性結合器１６０を通過した往路光強度変調信号の後方散乱成分をも光電気変換し、往路光強度変調信号に含まれる往路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出することがある。
このため、共振周波数ｆｏ＝ｆ２に設定されたフィルタ１７５が、往路光強度変調信号の後方散乱成分に含まれている第１搬送波周波数ｆ１の往路マイクロ波位相変調信号を除去し、復路光強度変調信号から抽出された第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を通過させる。フィルタ１７５は、復路マイクロ波位相変調信号をマイクロ波復調器１８０に供給する。この後、処理はステップＳ１０６へと進む。

ステップＳ１０６において、マイクロ波復調器１８０は、復路マイクロ波位相変調信号を復調し、基地局１００～光ファイバ３００～リモート局２００～光ファイバ３００～基地局１００と往復した往復時刻タイミング信号を抽出し、タイミング比較部１９０に供給する。この後、処理はステップＳ１０７へと進む。

ステップＳ１０７において、タイミング比較部１９０は、時刻タイミング信号生成部１１０からの時刻タイミング信号と、マイクロ波復調器１８０において抽出された往復時刻タイミング信号とを比較し、往復遅延に相当するタイミング差Δｔを求める。タイミング比較部１９０は、更に、Δｔの１／２を伝送遅延として算出する。この結果、基地局１００とリモート局２００との間において光ファイバ３００で伝送される光信号に生じる伝送遅延を正確に測定することが可能になる。この後、処理はステップＳ１０８へと進む。

ステップＳ１０８において、制御部１０１は、伝送遅延分だけ時刻を進めた時刻タイミング信号（以下、「リモート局用の時刻タイミング信号」と呼ぶ）を生成するよう、時刻タイミング信号生成部１１０を制御する。
なお、具体的には、時刻タイミング信号生成部１１０は、伝送遅延分だけ時刻を進めた時刻タイミング信号を生成する場合、（（時刻タイミング信号の１パルス分の時間）－（伝送遅延））に相当する遅延を時刻タイミング信号に与えるようにする。実際には、図示しない外部の原子時計からの１ＰＰＳ信号や基準信号を時刻タイミング信号生成部１１０に入力し、時刻タイミング信号生成部１１０において伝送遅延を補正した時刻タイミング信号を生成する。この場合、時刻タイミング信号生成部１１０は、制御部１０１により遅延量を制御される遅延回路として作用する。この後、処理はステップＳ１０９へと進む。

ステップＳ１０９において、制御部１０１は、光ファイバ３００を通してリモート局同期用光信号をリモート局２００に供給するよう制御する。このリモート局同期用光信号については、マイクロ波位相変調と光強度変調以外の変調であってもよい。この後、処理は、リモート局２００のステップＳ２０７に移る。

ステップＳ２０７において、リモート局２００は、光ファイバ３００を通して受信したリモート局同期用光信号からリモート局用の時刻タイミング信号を抽出し、リモート局用の時刻タイミング信号によってリモート局２００内の各部のタイミングを制御する。

以上の一連の処理により、基地局１００とリモート局２００との間において光ファイバ３００を介して伝送される光信号に生じる伝送遅延を正確に測定したうえで、基地局１００とリモート局２００との間において時刻を高精度に同期させた状態にすることができる。

［システム１Ａの特徴］
実施の形態１のシステム１Ａにおいて、基地局１００では、第１搬送波周波数ｆ１の往路マイクロ波位相変調信号により波長λ１の第１レーザ光を光強度変調して往路光強度変調信号を生成し、この往路光強度変調信号をリモート局２００に供給する。
一方、リモート局２００では、往路マイクロ波位相変調信号の第１搬送波周波数ｆ１を第２搬送波周波数ｆ２にシフトすることで復路マイクロ波位相変調信号を生成し、復路マイクロ波位相変調信号により波長λ１の第２レーザ光を光強度変調して復路光強度変調信号を生成し、この復路光強度変調信号を基地局１００に供給する。

往路マイクロ波位相変調信号と復路マイクロ波位相変調信号とを異なる第１搬送波周波数ｆ１及びｆ２に設定しているため、基地局１００において、復路マイクロ波位相変調信号を、往路マイクロ波位相変調信号とその後方散乱成分とから分離することができる。同様に、リモート局２００において、往路マイクロ波位相変調信号を、復路マイクロ波位相変調信号とその後方散乱成分とから分離することができる。

往路マイクロ波位相変調信号と復路マイクロ波位相変調信号とを第１搬送波周波数ｆ１及びｆ２の違いにより分離することができるため、往路光強度変調信号と復路光強度変調信号とで同一波長λ１のレーザ光を用いることが可能になる。この結果、光ファイバ３００において波長分散の影響を受けることがなく、伝送遅延を正確に求めたうえで正確な時刻を伝送することができる。

実施の形態１のシステム１Ａにおいて、レーザ光の位相をパラメータとして用いていないため、第１レーザ光源１４０及び第２レーザ光源２４０において生成されるレーザ光の波長安定性は重要でない。よって、波長安定性及び狭線幅発振特性等に特別に配慮された高価なレーザ光源を用いる必要はない。

実施の形態１のシステム１Ａにおいて、光信号として往路光強度変調信号と復路光強度変調信号とを使用しているため、光電気変換器１７０及び２７０により光信号の強度を単純に電気信号に変換するだけで、往路マイクロ波位相変調信号と復路マイクロ波位相変調信号とを抽出することができる。このため、実施の形態１のシステム１Ａでは、光位相変調の場合のような複雑な回路構成及び厳密な温度補償等が不要であり、高精度な処理を容易に実現することができる。

実施の形態１のシステム１Ａにおいて、基地局１００からリモート局２００に対して時刻タイミング信号の伝送のみでよい場合、リモート局２００の局部発振器２２５は、基地局１００から送られた往路マイクロ波位相変調信号の搬送波に位相同期している必要はなく、自走状態で発振していればよい。
一方、リモート局２００において、局部発振器２２５の局部発振信号を、基地局１００から送られた往路マイクロ波位相変調信号の搬送波に位相同期させた場合、基地局１００からリモート局２００に対して時刻タイミング信号の伝送と周波数情報の伝送とを行うことが可能である。

実施の形態１では、周波数変換器２３５において、往路マイクロ波位相変調信号の第１搬送波周波数ｆ１を第２搬送波周波数ｆ２にシフトすることで復路マイクロ波位相変調信号を生成しており、システム１Ａを簡素に構成することができる。

実施の形態２．
次に、本開示の実施の形態２におけるシステム１Ｂの構成について、図５を参照して説明する。図５は、実施の形態２に係るシステム１Ｂの構成を示すブロック図である。
図５に示すシステム１Ｂにおいて、図１に示した実施の形態１に係るシステム１Ａと同一物には同一番号を付している。

ここで、実施の形態２におけるシステム１Ｂの構成及び処理について、実施の形態１におけるシステム１Ａと異なる部分を中心にして説明する。

システム１Ｂには、システム１Ａの局部発振器２２５及び周波数変換器２３５の代わりに、マイクロ波発生器２２０と、マイクロ波変調器２３０と、マイクロ波復調器２８０とが設けられている。ここで、マイクロ波発生器２２０とマイクロ波変調器２３０と、マイクロ波復調器２８０とが、復路マイクロ波位相変調信号発生部を構成している。

マイクロ波復調器２８０は、基地局１００からリモート局２００に供給された往路マイクロ波位相変調信号を復調し、時刻タイミング信号を抽出する。マイクロ波復調器２８０は、抽出した時刻タイミング信号をマイクロ波変調器２３０に供給する。
マイクロ波発生器２２０は、第２搬送波周波数ｆ２の第２基準マイクロ波信号を生成し、生成した第２基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器２３０に供給する。
マイクロ波変調器２３０は、マイクロ波復調器２８０で抽出された時刻タイミング信号により、第２搬送波周波数ｆ２の第２基準マイクロ波信号を位相変調して、復路マイクロ波位相変調信号を生成する。マイクロ波変調器２３０は、復路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器２５０に供給する。

システム１Ｂにおいて、基地局１００からリモート局２００に対して時刻タイミング信号の伝送のみでよい場合、リモート局２００のマイクロ波発生器２２０は、基地局１００から送られた往路マイクロ波位相変調信号の搬送波に位相同期している必要はなく、自走状態で発振していればよい。

システム１Ｂでは、往路マイクロ波位相変調信号から時刻タイミング信号を抽出し、抽出した時刻タイミング信号と、新たに生成した第２基準マイクロ波信号とから復路マイクロ波位相変調信号を新たに生成しているため、復路マイクロ波位相変調信号に含まれる余分な周波数成分、すなわちスプリアス成分を極限まで抑えることが可能になる。

実施の形態３．
次に、本開示の実施の形態３におけるシステム１Ｃの構成について、図６を参照して説明する。図６は、実施の形態３に係るシステム１Ｃの構成を示すブロック図である。なお、図６に示すシステム１Ｃにおいて、図１に示した実施の形態１に係るシステム１Ａ及び図５に示した実施の形態２に係るシステム１Ｂと同一物には同一番号を付している。

システム１Ｃは、実施の形態２のシステム１Ｂを改良することで、基地局１００からリモート局２００に対して時刻タイミング信号に加えて周波数情報も伝送することが可能に構成されている。ここで、実施の形態３におけるシステム１Ｃの構成及び処理について、実施の形態１におけるシステム１Ａまたは実施の形態２におけるシステム１Ｂと異なる部分を中心にして説明する。

システム１Ｃにおいて、基地局１００には、位相比較部１９５が更に設けられている。リモート局２００には、システム１Ｂと同様に、マイクロ波発生器２２０と、マイクロ波変調器２３０と、マイクロ波復調器２８０とが設けられている。

マイクロ波復調器２８０は、基地局１００からリモート局２００に供給された往路マイクロ波位相変調信号を復調して時刻タイミング信号を抽出するのに加え、往路マイクロ波位相変調信号の搬送波である第１基準マイクロ波信号を再生してマイクロ波発生器２２０に供給する。

マイクロ波発生器２２０は、マイクロ波復調器２８０で再生された第１基準マイクロ波信号を位相同期信号として利用し、第２搬送波周波数ｆ２の第２基準マイクロ波信号を、第１基準マイクロ波信号に位相同期した状態で生成する。

マイクロ波変調器２３０は、マイクロ波復調器２８０で抽出された時刻タイミング信号により、第２基準マイクロ波信号を位相変調して、復路マイクロ波位相変調信号を生成する。マイクロ波変調器２３０は、復路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器２５０に供給する。
ここで、マイクロ波発生器２２０からの第２基準マイクロ波信号がリモート局２００での第１基準マイクロ波信号に位相同期した状態であるため、マイクロ波変調器２３０で得られる復路マイクロ波位相変調信号も、リモート局２００での第１基準マイクロ波信号に位相同期した状態になっている。

光強度変調器２５０は、リモート局２００での第１基準マイクロ波信号に位相同期した状態の復路マイクロ波位相変調信号により第２レーザ光を光強度変調することで、復路光強度変調信号を生成する。光強度変調器２５０は、生成した復路光強度変調信号を方向性結合器２６０の端子ａに入力する。
方向性結合器２６０は、復路光強度変調信号を図１中の端子ａから端子ｂに向けて通過させ、光ファイバ３００を通して基地局１００に供給する。

マイクロ波発生器１２０は、第１搬送波周波数ｆ１の第１基準マイクロ波信号を発生するのに加え、第２搬送波周波数ｆ２の第２基準マイクロ波信号を発生する。マイクロ波発生器１２０は、第１基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器１３０に供給し、第２基準マイクロ波信号を位相比較部１９５に供給する。ここで、第２基準マイクロ波信号は、マイクロ波発生器２２０が発生する第２搬送波周波数ｆ２の第２基準マイクロ波信号と同じである。

位相比較部１９５は、フィルタ１７５を通過したリモート局２００からの第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号と、マイクロ波発生器１２０からの第２搬送波周波数ｆ２の第２基準マイクロ波信号との位相を比較する。
復路マイクロ波位相変調信号は、リモート局２００において往路マイクロ波位相変調信号から再生された第１基準マイクロ波信号に位相同期するように生成されている。
このため、位相比較部１９５は、基地局１００～光ファイバ３００～リモート局２００～光ファイバ３００～基地局１００と往復したことによる位相変化量（往復位相変化量）Δθを検出することができる。
位相比較部１９５は、更にΔθの１／２を、光ファイバ３００を通して基地局１００からリモート局２００までに生じる伝送位相変化量として算出し、伝送位相変化量を制御部１０１に供給する。

制御部１０１は、時刻同期の制御として、伝送遅延分を進めた時刻タイミング信号を時刻タイミング信号生成部１１０で生成し、伝送位相変化量分の位相を進めた第１基準マイクロ波信号をマイクロ波発生器１２０で生成し、伝送遅延分を進めた時刻タイミング信号と伝送位相変化量分の位相を進めた第１基準マイクロ波信号とを用いてマイクロ波変調器１３０で生成したマイクロ波位相変調信号によりレーザ光を変調してリモート局同期用光信号を生成し、光ファイバ３００を通してリモート局同期用光信号をリモート局２００に供給するように、基地局１００の各部を制御する。
なお、具体的には、時刻タイミング信号生成部１１０は、伝送遅延分だけ時刻を進めた時刻タイミング信号を生成する場合、制御部１０１の制御に基づいて、（（時刻タイミング信号の１パルス分の時間）－（伝送遅延））に相当する遅延を時刻タイミング信号に与えるようにする。また、マイクロ波発生器１２０は、伝送位相変化量だけ位相を進めた第１基準マイクロ波信号を生成する場合、制御部１０１の制御に基づいて、（３６０°－伝送位相変化量）または（－伝送位相変化量）の位相とした第１基準マイクロ波信号を生成する。

以上の一連の処理により、基地局１００とリモート局２００との間において光ファイバ３００を介して伝送される光信号に生じる伝送遅延と伝送位相変化量とを正確に測定することにより、基地局１００からリモート局２００に対して時刻タイミング信号に加えて周波数情報も伝送することが可能になる。

［実施の形態により得られる効果］
基地局１００からリモート局２００に光ファイバ３００を通して伝送する時刻タイミング信号を生成する方法及びシステムの実施の形態により得られる効果は以下の通りである。

この開示では、基地局１００において、第１搬送波周波数ｆ１の第１基準マイクロ波信号を時刻タイミング信号により位相変調して往路マイクロ波位相変調信号を生成し、波長λ１の第１レーザ光を往路マイクロ波位相変調信号により光強度変調して往路光強度変調信号を生成し、光ファイバ３００を通して基地局１００から往路光強度変調信号をリモート局２００に伝送し、リモート局２００において、基地局１００から伝送された往路光強度変調信号を光電気変換して往路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、往路マイクロ波位相変調信号を用いて第１搬送波周波数ｆ１とは異なる第２搬送波周波数ｆ２の復路マイクロ波位相変調信号を生成し、波長λ１の第２レーザ光を復路マイクロ波位相変調信号により光強度変調して復路光強度変調信号を生成し、光ファイバ３００を通してリモート局２００から基地局１００へ復路光強度変調信号を伝送し、基地局１００において、復路光強度変調信号を光電気変換して復路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、復路マイクロ波位相変調信号を復調して往復時刻タイミング信号を抽出し、時刻タイミング信号と往復時刻タイミング信号とのタイミング差から伝送遅延を求め、時刻タイミング信号を伝送遅延だけ進めてリモート局２００用の時刻タイミング信号を生成する。
これにより、以上の方法を用いて生成された高精度な時刻タイミング信号を含むリモート局同期用光信号を、基地局１００からリモート局２００に伝送することができるため、離れた局同士において時刻を高精度に同期させることができる。

この開示において、リモート局２００において、復路マイクロ波位相変調信号を、往路マイクロ波位相変調信号から再生された第１基準マイクロ波信号に位相同期するように生成することで、基地局１００～光ファイバ３００～リモート局２００～光ファイバ３００～基地局１００と往復したことによる位相変化量（往復位相変化量）Δθを基地局１００の位相比較部１９５が検出できるようになる。このように基地局１００とリモート局２００との間において光ファイバ３００を介して伝送される光信号に生じる伝送遅延と伝送位相変化量とを正確に測定することにより、基地局１００からリモート局２００に対して時刻タイミング信号に加えて周波数情報も伝送することが可能になる。

本開示は、たとえば、離れた複数の局間において時刻を高精度に同期させた状態にすることができる。このため、超高速光通信、深宇宙探査、宇宙・天文精密計測、及び各種精密計測分野への本開示の応用が可能である。

１Ａ 実施の形態１のシステム、１Ｂ 実施の形態２のシステム、１Ｃ 実施の形態３のシステム、１００ 基地局、１０１ 制御部、１１０ 時刻タイミング信号生成部、１２０ マイクロ波発生器、１３０ マイクロ波変調器、１４０ 第１レーザ光源、１５０ 光強度変調器、１６０ 方向性結合器、１７０ 光電気変換器、１７５ フィルタ、１８０ マイクロ波復調器、１９０ タイミング比較部、１９５ 位相比較部、２００ リモート局、２２０ マイクロ波発生器、２２５ 局部発振器、２３０ マイクロ波変調器、２３５ 周波数変換器、２４０ 第２レーザ光源、２５０ 光強度変調器、２６０ 方向性結合器、２７０ 光電気変換器、２７５ フィルタ、２８０ マイクロ波復調器、２９５ フィルタ、３００ 光ファイバ、ｆ１ 第１搬送波周波数、ｆ２ 第２搬送波周波数、λ１ 第１レーザ光及び第２レーザ光の波長。

Claims (7)

1. 光ファイバを通して基地局からリモート局に伝送する時刻タイミング信号を生成する方法であって、
   前記基地局において、
   第１搬送波周波数の第１基準マイクロ波信号を前記時刻タイミング信号により位相変調して往路マイクロ波位相変調信号を生成し、
   波長λ１の第１レーザ光を前記往路マイクロ波位相変調信号により光強度変調して往路光強度変調信号を生成し、
   前記光ファイバを通して前記基地局から前記往路光強度変調信号を前記リモート局に伝送する、ステップと、
   前記リモート局において、
   前記基地局から伝送された前記往路光強度変調信号を光電気変換して往路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、
   前記往路マイクロ波位相変調信号を用いて前記第１搬送波周波数とは異なる第２搬送波周波数の復路マイクロ波位相変調信号を生成し、
   前記波長λ１の第２レーザ光を前記復路マイクロ波位相変調信号により光強度変調して復路光強度変調信号を生成し、
   前記光ファイバを通して前記リモート局から前記基地局へ前記復路光強度変調信号を伝送する、ステップと、
   前記基地局において、
   前記復路光強度変調信号を光電気変換して復路マイクロ波位相変調信号を電気的に抽出し、
   前記復路マイクロ波位相変調信号を復調して往復時刻タイミング信号を抽出し、
   前記時刻タイミング信号と前記往復時刻タイミング信号とのタイミング差から伝送遅延を求め、
   前記時刻タイミング信号を前記伝送遅延だけ進めて前記リモート局用の前記時刻タイミング信号を生成する、ステップと、
   を備える、
   時刻タイミング信号を生成する方法。
2. 前記リモート局において、
   前記往路マイクロ波位相変調信号から前記時刻タイミング信号を抽出すると共に、前記第１搬送波周波数の第１基準マイクロ波信号を再生し、
   前記第１基準マイクロ波信号に位相同期するように、前記第２搬送波周波数の第２基準マイクロ波信号を生成し、
   前記時刻タイミング信号により、前記第２基準マイクロ波信号を位相変調して、前記復路マイクロ波位相変調信号を生成する、ステップを更に含み、
   前記基地局において、
   前記第２搬送波周波数の前記第２基準マイクロ波信号を生成し、
   前記復路光強度変調信号を光電気変換して抽出した前記復路マイクロ波位相変調信号の位相と前記第２基準マイクロ波信号とを比較し、
   比較により得られた往復位相変化量から伝送位相変化量を求め、
   前記時刻タイミング信号を、前記伝送遅延及び前記伝送位相変化量分進めて前記時刻タイミング信号を生成する、ステップを更に含む、
   請求項１に記載の時刻タイミング信号を生成する方法。
3. 光ファイバを通して基地局からリモート局に伝送する時刻タイミング信号を生成するシステムであって、
   前記基地局は、
   前記時刻タイミング信号を生成し、生成した前記時刻タイミング信号をマイクロ波変調器とタイミング比較部とに供給する時刻タイミング信号生成部と、
   第１搬送波周波数の第１基準マイクロ波信号を発生し、発生した第１基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器に供給するマイクロ波発生器と、
   前記時刻タイミング信号により前記第１基準マイクロ波信号を位相変調して往路マイクロ波位相変調信号を生成し、生成した往路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器に供給するマイクロ波変調器と、
   波長λ１の第１レーザ光を生成し、生成した前記第１レーザ光を前記光強度変調器に供給する第１レーザ光源と、
   前記往路マイクロ波位相変調信号により前記第１レーザ光を光強度変調して往路光強度変調信号を生成し、生成した往路光強度変調信号を方向性結合器に供給する光強度変調器と、
   前記光ファイバを通して前記往路光強度変調信号を前記リモート局に供給すると共に、前記光ファイバを通して前記リモート局から供給される復路光強度変調信号を前記往路光強度変調信号から分離し、分離した復路光強度変調信号を光電気変換器に供給する方向性結合器と、
   前記復路光強度変調信号を光電気変換して復路マイクロ波位相変調信号を抽出し、抽出した復路マイクロ波位相変調信号をマイクロ波復調器に供給する光電気変換器と、
   前記復路マイクロ波位相変調信号から往復時刻タイミング信号を抽出し、抽出した往復時刻タイミング信号をタイミング比較部に供給するマイクロ波復調器と、
   前記時刻タイミング信号と前記往復時刻タイミング信号とのタイミング差から伝送遅延を求め、求めた伝送遅延を制御部に通知するタイミング比較部と、
   前記伝送遅延に基づいて制御を行う制御部と、を備え、
   前記リモート局は、
   前記光ファイバを通して前記基地局から供給される前記往路光強度変調信号を前記復路光強度変調信号から分離し、分離した前記往路光強度変調信号を光電気変換器に供給すると共に、前記光ファイバを通して前記復路光強度変調信号を前記リモート局に供給する方向性結合器と、
   前記往路光強度変調信号を光電気変換して前記往路マイクロ波位相変調信号を抽出し、抽出した前記往路マイクロ波位相変調信号を復路マイクロ波位相変調信号発生部に供給する光電気変換器と、
   前記往路マイクロ波位相変調信号を用いて前記第１搬送波周波数とは異なる第２搬送波周波数の復路マイクロ波位相変調信号を生成し、生成した復路マイクロ波位相変調信号を光強度変調器に供給する復路マイクロ波位相変調信号発生部と、
   前記波長λ１の第２レーザ光を生成し、生成した前記第２レーザ光を前記光強度変調器に供給する第２レーザ光源と、
   前記復路マイクロ波位相変調信号により前記第２レーザ光を光強度変調して前記復路光強度変調信号を生成し、生成した前記復路光強度変調信号を前記方向性結合器に供給する光強度変調器と、を備え、
   前記制御部は、前記時刻タイミング信号生成部を制御し、前記時刻タイミング信号を前記伝送遅延だけ進めて前記リモート局用の前記時刻タイミング信号を生成する、
   時刻タイミング信号を生成するシステム。
4. 前記復路マイクロ波位相変調信号発生部は、
   局部発振器と周波数変換器とを備え、
   前記局部発振器は、局部発振信号を生成し、生成した前記局部発振信号を前記周波数変換器に供給し、
   前記周波数変換器は、前記局部発振信号を用いて周波数変換を行い、前記第１搬送波周波数の前記往路マイクロ波位相変調信号から、前記第１搬送波周波数とは異なる前記第２搬送波周波数の前記復路マイクロ波位相変調信号を生成する、
   請求項３に記載の時刻タイミング信号を生成するシステム。
5. 前記復路マイクロ波位相変調信号発生部は、
   マイクロ波復調器と、マイクロ波発生器と、マイクロ波変調器とを備え、
   前記マイクロ波復調器は、前記往路マイクロ波位相変調信号から前記時刻タイミング信号を抽出し、抽出した前記時刻タイミング信号を前記マイクロ波変調器に供給し、
   前記マイクロ波発生器は、前記第１搬送波周波数とは異なる前記第２搬送波周波数の第２基準マイクロ波信号を生成し、生成した第２基準マイクロ波信号をマイクロ波変調器に供給し、
   前記マイクロ波変調器は、前記時刻タイミング信号により、前記第２基準マイクロ波信号を位相変調して、前記第１搬送波周波数とは異なる前記第２搬送波周波数の復路マイクロ波位相変調信号を生成し、生成した復路マイクロ波位相変調信号を前記光強度変調器に供給する、
   請求項３に記載の時刻タイミング信号を生成するシステム。
6. 前記リモート局において、
   前記マイクロ波復調器は、前記往路マイクロ波位相変調信号から前記時刻タイミング信号を抽出し、抽出した前記時刻タイミング信号をマイクロ波変調器に供給すると共に、前記往路マイクロ波位相変調信号から前記第１基準マイクロ波信号を再生し、再生した前記第１基準マイクロ波信号を前記マイクロ波発生器に供給し、
   前記マイクロ波発生器は、前記第１基準マイクロ波信号を位相同期信号として利用し、前記第２搬送波周波数の第２基準マイクロ波信号を、前記第１基準マイクロ波信号に位相同期した状態で生成し、生成した第２基準マイクロ波信号を前記マイクロ波変調器に供給し、
   前記マイクロ波変調器は、第１基準マイクロ波信号に位相同期した前記第２基準マイクロ波信号を、前記時刻タイミング信号により位相変調して、前記復路マイクロ波位相変調信号を生成し、
   前記基地局において、
   位相比較部が更に設けられ、
   前記マイクロ波発生器は、前記第２基準マイクロ波信号を更に発生し、発生した前記第２基準マイクロ波信号を前記位相比較部に供給し、
   前記光電気変換器は、前記復路光強度変調信号から光電気変換により抽出した前記復路マイクロ波位相変調信号を更に前記位相比較部に供給し、
   前記位相比較部は、前記第２基準マイクロ波信号と前記復路マイクロ波位相変調信号との位相変化量から伝送位相変化量を算出し、算出した前記伝送位相変化量を前記制御部に供給し、
   前記制御部は、時刻タイミング信号生成部を制御して時刻タイミング信号を伝送遅延だけ進めると共に、マイクロ波発生器を制御して第１基準マイクロ波信号の位相を伝送位相変化量分進め、リモート局用の時刻タイミング信号を生成する、
   請求項５に記載の時刻タイミング信号を生成するシステム。
7. 前記基地局は、前記光電気変換器と前記マイクロ波復調器との間に、共振周波数を第２搬送波周波数に設定されたフィルタを備え、
   前記フィルタは、前記復路光強度変調信号から抽出された前記第２搬送波周波数の前記復路マイクロ波位相変調信号を通過させ、
   前記リモート局は、前記光電気変換器と前記マイクロ波復調器との間に、共振周波数を第１搬送波周波数に設定されたフィルタを備え、
   前記フィルタは、往路光強度変調信号から抽出された第１搬送波周波数の往路マイクロ波位相変調信号を通過させる、
   請求項３～６のいずれか一項に記載の時刻タイミング信号を生成するシステム。

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