特許 6548120 周波数校正システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6548120

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】周波数校正システム

(51)【国際特許分類】

   H04L 7/04 20060101AFI20190711BHJP

   H04L 7/00 20060101ALI20190711BHJP

   G04G 5/00 20130101ALI20190711BHJP

   G04G 7/00 20060101ALI20190711BHJP

   G04G 3/00 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   H04L7/04

   H04L7/00 990

   G04G5/00 J

   G04G7/00

   G04G3/00 Z

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-199829(P2015-199829)

(22)【出願日】2015年10月8日

(65)【公開番号】特開2017-73678(P2017-73678A)

(43)【公開日】2017年4月13日

【審査請求日】2018年8月29日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２７年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業に係る委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100095337

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 伸一

(74)【代理人】

【識別番号】100095061

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 恭介

(74)【代理人】

【識別番号】100174425

【弁理士】

【氏名又は名称】水崎 慎

(72)【発明者】

【氏名】志賀 信泰

(72)【発明者】

【氏名】安田 哲

(72)【発明者】

【氏名】木戸 耕太

【審査官】 阿部 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５０８９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０７５２０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９６６７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ ７／０４

Ｇ０４Ｇ ３／００

Ｇ０４Ｇ ５／００

Ｇ０４Ｇ ７／００

Ｈ０４Ｌ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

時計の基準となり得る高精度の計時基準周波数の信号を生成する周波数発生器が備わったマスタークロックを用いて無線通信を行うマスター局と、
自局の通信用周波数信号を生成する周波数発生器が備わった仮基準クロックを有し、該仮基準クロックで生成した搬送波に所要の送信情報を乗せた校正信号を送信する仮基準局と、
自局時計の基準として用いる計時基準周波数の信号を生成する周波数発生器が備わった被校正クロックを備え、前記仮基準局からの校正信号を受信して、被校正クロックの計時基準周波数をマスタークロックの計時基準周波数に校正する１又は複数のスレーブ局と、
から成る周波数校正システムであって、
前記マスター局には、
仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信して、校正信号の搬送波とマスタークロックで生成した基準周波数信号との位相差であるマスター局位相差ΦＭ_t1を求めるマスター局位相差取得手段と、
前記第１時刻ｔ１から校正信号の送受信に必要十分な時間が経過した第２時刻ｔ２に、前記マスター局位相差ΦＭ_t1を送信情報として含む校正信号を送信するよう仮基準局へ指示する仮基準局送信制御手段と、
を設け、
前記仮基準局には、
前記マスター局からの送信指示に基づき、仮基準クロックで生成した仮基準周波数の搬送波に送信情報を乗せた校正信号を送信する校正信号送信手段、
を設け、
前記スレーブ局には、
前記仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信して、校正信号の搬送波と被校正クロックで生成した被校正周波数信号との位相差であるスレーブ局位相差ΦＳ_t1を求めるスレーブ局位相差取得手段と、
前記仮基準局より第２時刻ｔ２に送信された校正信号を受信して、仮基準局からの送信情報であるマスター局位相差ΦＭ_t1を取得するマスター局情報取得手段と、
前記仮基準クロックによる仮基準周波数信号と被校正クロックによる被校正周波数信号との位相差であるスレーブ局位相差ΦＳ_t1と、同じく仮基準クロックによる仮基準周波数信号とマスタークロックによる基準周波数信号との位相差であるマスター局位相差ΦＭ_t1との差を求めることで、被校正クロックによる被校正周波数信号とマスタークロックによる基準周波数信号との位相差である校正位相差ΔΦ_t1を得る校正位相差取得手段と、
前記校正位相差取得手段により取得した校正位相差ΔΦ_t1に基づいて、被校正クロックの計時基準周波数がマスタークロックの計時基準周波数となるように位相ロックさせる周波数校正手段と、
を設けたことを特徴とする周波数校正システム。

【請求項2】

前記マスター局の仮基準局送信制御手段による仮基準局への校正信号送信指示は、所定時間毎に連続して行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の周波数校正システム。

【請求項3】

前記マスター局の仮基準局送信制御手段から仮基準局への校正信号送信指示は、有線による直接通信で行うようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の周波数校正システム。

【請求項4】

前記マスター局には、仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信した時刻であるマスター局受信時刻ＴＭ_t1を前記マスタークロックより取得するマスター局受信時刻取得手段を設け、前記仮基準局送信制御手段は、前記マスター局位相差ΦＭ_t1およびマスター局受信時刻ＴＭ_t1を送信情報として仮基準局へ指示し、
前記スレーブ局には、
仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信した時刻であるスレーブ局受信時刻ＴＳ_t1を前記被校正クロックより取得するスレーブ局受信時刻取得手段と、
前記マスター局情報取得手段が仮基準局より第２時刻ｔ２に送信された校正信号より取得したマスター局受信時刻ＴＭ_t1と、スレーブ局受信時刻取得手段により取得したスレーブ局受信時刻ＴＳ_t1との差である校正時刻差ΔＴ_t1を求める校正時刻差取得手段と、
前記校正時刻差取得手段によって取得された校正時刻差ΔＴ_t1に基づいて、被校正クロックの時刻カウンタを補正する時刻校正手段と、
を設けるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の周波数校正システム。

【請求項5】

前記スレーブ局の時刻校正手段は、予め定めた時刻補正実行条件が達成されるまで校正時刻差ΔＴを複数回に亘って取得し、その平均である平均値で被校正クロックの時刻を補正するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の周波数校正システム。

【請求項6】

前記スレーブ局の時刻校正手段は、校正時刻差ΔＴから計時基準周波数の逆数の整数倍となる粗調整時刻差ΔＴｃと、計時基準周波数の逆数に満たない微調整時刻差ΔＴｆとを求め、粗調整時刻差ΔＴｃに基づいて被校正クロックの時刻カウンタを校正し、微調整時刻差ΔＴｆを計時基準周波数信号との位相差に換算した時刻微調整位相差ΔΦｆを求めて、前記周波数校正手段へ供給し、
前記スレーブ局の周波数校正手段は、時刻校正手段より供給された時刻微調整位相差ΔΦｆに基づいて、位相ロックポイントを修正するようにしたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の周波数校正システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、高精度のマスタークロックの基準周波数を用いて、比較的低精度であるスレーブクロックの発振周波数を校正する周波数校正システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、無線通信によって時計の同期を行うシステムは種々提案されている。そして、通信周波数の１クロックよりも小さな誤差を補正するために、ＧＰＳ衛星から衛星クロックによる時間情報をマスターサイトとスレーブサイトで同時に受信し、マスターサイトではマスタークロックと衛星クロックとの差分を求め、スレーブサイトではスレーブクロックと衛星クロックとの差分を求め、地上のネットワークを介してマスターサイトから得たクロックの差分情報を使用して、スレーブサイトがクロック補正値を決定する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

特許文献１に記載の発明では、ＧＰＳ衛星に搭載された衛星クロックの発振周波数を仲介として、マスターサイトが備えるマスタークロックとスレーブサイトが備えるスレーブクロックとの位相差を求めることができ、この位相差に基づいてスレーブクロックの発振周波数を校正すれば、比較的低精度のスレーブクロックをマスタークロックに匹敵する高精度の発振器として利用できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００３／００８３１０３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明では、ＧＰＳ衛星からの時間情報をマスターサイトとスレーブサイトで同時に受信する必要があるため、事前の準備が非常に煩雑であり、利便性が高いとは言えないし、その分だけ高コストになってしまう。加えて、特許文献１に記載の発明では、ＧＰＳ衛星から情報を受信した後に，マスターサイトとスレーブサイト間で受信データを比較する必要があるために、別途通信手段を設けなければならない点でも、利便性が低い。

【0006】

そこで、本発明は、マスター局におけるマスタークロックの周波数発生器とスレーブ局におけるスレーブクロックの周波数発生器との位相差を簡便かつ低コストで取得して、スレーブクロックの発振周波数を校正できる周波数校正システムの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、請求項１に係る周波数校正システムは、時計の基準となり得る高精度の計時基準周波数の信号を生成する周波数発生器が備わったマスタークロックを用いて無線通信を行うマスター局と、自局の通信用周波数信号を生成する周波数発生器が備わった仮基準クロックを有し、該仮基準クロックで生成した搬送波時計の基準となり得る高精度の計時基準周波数の信号を生成する周波数発生器が備わったマスタークロックを用いて無線通信を行うマスター局と、自局の通信用周波数信号を生成する周波数発生器が備わった仮基準クロックを有し、該仮基準クロックで生成した搬送波に所要の送信情報を乗せた校正信号を送信する仮基準局と、自局時計の基準として用いる計時基準周波数の信号を生成する周波数発生器が備わった被校正クロックを備え、前記仮基準局からの校正信号を受信して、被校正クロックの計時基準周波数をマスタークロックの計時基準周波数に校正する１又は複数のスレーブ局と、から成る周波数校正システムであって、前記マスター局には、仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信して、校正信号の搬送波とマスタークロックで生成した基準周波数信号との位相差であるマスター局位相差ΦＭ_t1を求めるマスター局位相差取得手段と、前記第１時刻ｔ１から校正信号の送受信に必要十分な時間が経過した第２時刻ｔ２に、前記マスター局位相差ΦＭ_t1を送信情報として含む校正信号を送信するよう仮基準局へ指示する仮基準局送信制御手段と、を設け、前記仮基準局には、前記マスター局からの送信指示に基づき、仮基準クロックで生成した仮基準周波数の搬送波に送信情報を乗せた校正信号を送信する校正信号送信手段、を設け、前記スレーブ局には、前記仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信して、校正信号の搬送波と被校正クロックで生成した被校正周波数信号との位相差であるスレーブ局位相差ΦＳ_t1を求めるスレーブ局位相差取得手段と、前記仮基準局より第２時刻ｔ２に送信された校正信号を受信して、仮基準局からの送信情報であるマスター局位相差ΦＭ_t1を取得するマスター局情報取得手段と、前記仮基準クロックによる仮基準周波数信号と被校正クロックによる被校正周波数信号との位相差であるスレーブ局位相差ΦＳ_t1と、同じく仮基準クロックによる仮基準周波数信号とマスタークロックによる基準周波数信号との位相差であるマスター局位相差ΦＭ_t1との差を求めることで、被校正クロックによる被校正周波数信号とマスタークロックによる基準周波数信号との位相差である校正位相差ΔΦ_t1を得る校正位相差取得手段と、前記校正位相差取得手段により取得した校正位相差ΔΦ_t1に基づいて、被校正クロックの計時基準周波数がマスタークロックの計時基準周波数となるように位相ロックさせる周波数校正手段と、を設けたことを特徴とする。

【0008】

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の周波数校正システムにおいて、前記マスター局の仮基準局送信制御手段による仮基準局への校正信号送信指示は、所定時間毎に連続して行うようにしたことを特徴とする。

【0009】

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の周波数校正システムにおいて、前記マスター局の仮基準局送信制御手段から仮基準局への校正信号送信指示は、有線による直接通信で行うようにしたことを特徴とする。

【0010】

また、請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の周波数校正システムにおいて、前記マスター局には、仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信した時刻であるマスター局受信時刻ＴＭ_t1を前記マスタークロックより取得するマスター局受信時刻取得手段を設け、前記仮基準局送信制御手段は、前記マスター局位相差ΦＭ_t1およびマスター局受信時刻ＴＭ_t1を送信情報として仮基準局へ指示し、前記スレーブ局には、仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信した時刻であるスレーブ局受信時刻ＴＳ_t1を前記被校正クロックより取得するスレーブ局受信時刻取得手段と、前記マスター局情報取得手段が仮基準局より第２時刻ｔ２に送信された校正信号より取得したマスター局受信時刻ＴＭ_t1と、スレーブ局受信時刻取得手段により取得したスレーブ局受信時刻ＴＳ_t1との差である校正時刻差ΔＴ_t1を求める校正時刻差取得手段と、前記校正時刻差取得手段によって取得された校正時刻差ΔＴ_t1に基づいて、被校正クロックの時刻カウンタを補正する時刻校正手段と、を設けるようにしたことを特徴とする。

【0011】

また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の周波数校正システムにおいて、前記スレーブ局の時刻校正手段は、予め定めた時刻補正実行条件が達成されるまで校正時刻差ΔＴを複数回に亘って取得し、その平均である平均値で被校正クロックの時刻を補正するようにしたことを特徴とする。

【0012】

また、請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載の周波数校正システムにおいて、前記スレーブ局の時刻校正手段は、校正時刻差ΔＴから計時基準周波数の逆数の整数倍となる粗調整時刻差ΔＴｃと、計時基準周波数の逆数に満たない微調整時刻差ΔＴｆとを求め、粗調整時刻差ΔＴｃに基づいて被校正クロックの時刻カウンタを校正し、微調整時刻差ΔＴｆを計時基準周波数信号との位相差に換算した時刻微調整位相差ΔΦｆを求めて、前記周波数校正手段へ供給し、前記スレーブ局の周波数校正手段は、時刻校正手段より供給された時刻微調整位相差ΔΦｆに基づいて、位相ロックポイントを修正するようにしたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る周波数校正システムによれば、マスター局の制御下におかれる仮基準局から第１時刻ｔ１と第２時刻ｔ２に送信する２回分の校正信号を受信可能なスレーブ局において、被校正クロックで生成される被校正周波数とマスタークロックで生成される基準周波数との位相差である校正位相差ΔΦ_t1を簡便に得ることができ、被校正クロックの被校正周波数をマスタークロックの基準周波数と同等精度に校正することが可能となる。しかも、スレーブ局が校正位相差ΔΦ_t1を求めるために必要なマスター局側の情報を、第２時刻ｔ２に送信される校正信号によってスレーブ局へ送ることができるので、マスター局側の情報をマスター局からスレーブ局へ送るための通信手段を別途設ける必要がない点でも利便性が高い。よって、低コストで利便性の高い周波数校正システムを構築できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る周波数校正システムの実施形態を示す概略構成図である。

【図2】本実施形態に係る周波数校正システムにて行われる通信処理の一例を時系列に示したシーケンス図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、添付図面に基づいて、本発明に係る周波数校正システムの実施形態につき説明する。なお、本実施形態における周波数校正システムでは、周波数校正に加えて、時刻校正も可能なものとした。

【0016】

図１に示す周波数校正システム１は、マスター局２と、該マスター局２と有線で接続されて送信タイミング等を制御される仮基準局３と、該仮基準局３が所定の通信プロトコルに基づいて送信する校正信号を受信可能な第１スレーブ局４ａ、第２スレーブ局４ｂ、第３スレーブ局４ｃ、第４スレーブ局４ｄから成る。なお、第１〜第４スレーブ局４ａ〜４ｄは、例示に過ぎず、１局のスレーブ局のみで構成することもできるし、数百〜数億のスレーブ局が散在していても構わない。また、各スレーブ局４ａ〜４ｄに必須の構成は同じであるから、以下の説明で特にスレーブ局の区別を要しない場合は、単にスレーブ局４という。また、マスター局２と仮基準局３のペアを複数箇所に分散配置すれば、仮基準局３による送信エリアが狭くても、より広範囲にあるスレーブ局４の周波数校正を実現できる。

【0017】

マスター局２は、上記仮基準局３より送信される校正信号（後に詳述する）をアンテナ２１および受信機２２で受信する。この受信機２２では、時計の基準となり得る高精度のマスタークロック２３から供給される周波数信号を用いる。また、受信機２２によって得られた情報はＰＣ等で構成した演算処理装置２４に供給され、この演算処理装置２４によって仮基準局３を制御する。なお、マスター局２から仮基準局３への制御は、無線通信で行う事も可能であるが、有線接続であれば、信頼性の高い制御を行える利点がある。

【0018】

仮基準局３は、マスター局２の制御下にあり、マスター局２の演算処理装置２４からの指示に基づくタイミングで所要の情報を含んだ校正信号をアンテナ３１より送信する。なお、仮基準局３の送信機３２は、マスター局２の演算処理装置２４から供給された所要情報を、仮基準クロック３３より供給される周波数信号の搬送波に変調信号として乗せて送信する。

【0019】

スレーブ局４は、仮基準局３より送信された校正信号をアンテナ４１及び受信機４２で受信する。この受信機４２では、上記マスタークロック２３に比べて精度が落ちる被校正クロック４３から供給される周波数信号を用いる。また、受信機４２によって得られた情報はＰＣ等で構成した演算処理装置４４に供給され、この演算処理装置４４によって被校正クロック４３の校正を行う。すなわち、スレーブ局４で用いるスレーブクロックが、周波数及び時刻の校正対象となる被校正クロック４３である。

【0020】

次に、周波数校正システム１を構成する各局の詳細な構成を説明する。

【0021】

まず、周波数校正システム１における動作開始に当たっては、マスター局２における演算処理装置２４の仮基準局送信制御手段２４ｂが、仮基準局３における送信機３２の校正信号送信手段３２ａに指示したタイミング（例えば、第１時刻）で、仮基準クロック３３の周波数発生器３３ａによって生成した周波数信号の搬送波に所要情報を変調信号して乗せた校正信号を送信する。ただし、初回の校正信号送信時には、マスター局２の演算処理装置２４から送信すべき所要情報が指示されていない。

【0022】

なお、この校正信号の送信手法は特に限定されるものではなく、マスター局２およびスレーブ局４で容易に受信できる通信プロトコルを用いれば、本発明の周波数校正システム１を導入し易いので、利便性を高められる。例えば、近距離無線通信規格の一つであるＺｉｇＢｅｅ（登録商標）を採用した市販の無線通信装置を仮基準局３として用い、２．４ＧＨｚ帯で校正信号の送信を行えば、無線免許が必要なく、且つマスター局２による仮基準局３の制御も容易である。

【0023】

上記のようにして、第１時刻に仮基準局３より送信された校正信号を受信するマスター局２では、受信機２２の復調手段２２ａによって校正信号を復調する。この復調処理には、マスタークロック２３の周波数発生器２３ａで発生させた基準周波数と、時刻カウンタ２３ｂによって計時される時刻情報が用いられ、復調信号が時系列に演算処理装置２４へ入力される。なお、マスタークロック２３の時刻カウンタ２３ｂには、極めて高精度の周波数発生器２３ａから計時基準周波数の信号が供給されており、このクロックをカウントすることで、時刻カウンタ２３ｂの時刻は高精度な時刻となる。なお、時刻カウンタ２３ｂにて更新される時刻を可視表示する時刻表示器を別途設けても良い。

【0024】

上記復調手段２２ａからの復調信号は、演算処理装置２４の搬送波位相および時刻取得手段２４ａに入力され、搬送波位相を取得する。この搬送波位相とは、校正信号の搬送波（仮基準局３における仮基準クロック３３の周波数発生器３３ａで発生させた基準周波数信号）とマスタークロック２３の周波数発生器２３ａで生成した基準周波数信号との位相差（以下、マスター局位相差ΦＭ_t1という）である。なお、この搬送波位相および時刻取得手段２４ａでは、マスター局２における校正信号の受信時刻（以下、マスター局受信時刻ＴＭ_t1という）も取得する。

【0025】

このように、マスター局２の受信機２２とマスタークロック２３と演算処理装置２４が協働することで、「仮基準局より第１時刻に送信された校正信号を受信して、校正信号の搬送波とマスタークロックで生成した基準周波数信号との位相差であるマスター局位相差ΦＭ_t1を求めるマスター局位相差取得手段」としての機能と、「仮基準局より第１時刻に送信された校正信号を受信した時刻であるマスター局受信時刻ＴＭ_t1を前記マスタークロックより取得するマスター局受信時刻取得手段」としての機能を備えるものとなる。なお、マスター局位相差取得手段およびマスター局受信時刻取得手段によるマスター局位相差ΦＭ_t1、マスター局受信時刻ＴＭ_t1の取得手法は特に限定されるものではなく、デジタル無線通信の直交変調・復調の原理を用いたデジタル処理で求めても良いし、アナログ的に求めるようにしても構わない。

【0026】

上記のようにして搬送波位相および時刻取得手段２４ａにより取得されたマスター局位相差ΦＭ_t1、マスター局受信時刻ＴＭ_t1は、演算処理手段２４の仮基準局送信制御手段２４ｂへ供給され、上記第１時刻から校正信号の送受信に必要十分な時間（例えば、０．１秒）が経過した第２時刻に、前記マスター局位相差ΦＭ_t1およびマスター局受信時刻ＴＭ_t1を送信情報として含む校正信号を送信するよう仮基準局３における送信機３２の校正信号送信手段３２ａへ指示する。なお、周波数校正システム１としては、校正信号に含ませる送信情報はマスター局位相差ΦＭ_t1だけでも良いが、マスター局受信時刻ＴＭ_t1も併せて送信情報に含ませるようにすれば、スレーブ局４の時刻を高精度に校正することが可能となる。

【0027】

そして、マスター局２における演算処理装置２４の仮基準局送信制御手段２４ｂからの送信指示を受けた仮基準局３における送信機３２の校正信号送信手段３２ａは、第２時刻に、仮基準クロック３３の周波数発生器３３ａで生成した仮基準周波数の搬送波に送信情報（マスター局位相差ΦＭ_t1およびマスター局受信時刻ＴＭ_t1）を変調して搬送波に乗せた校正信号（２回目）を送信する。

【0028】

上記のようにして第２時刻に仮基準局３より送信された校正信号（２回目）を受信したマスター局２では、上述したと同様に、マスター局位相差ΦＭ_t2およびマスター局受信時刻ＴＭ_t2を取得し、上記第２時刻から校正信号の送受信に必要十分な時間（例えば、０．１秒）が経過した第３時刻に、前記マスター局位相差ΦＭ_t2およびマスター局受信時刻ＴＭ_t2を送信情報として含む校正信号を送信するよう仮基準局３における送信機３２の校正信号送信手段３２ａへ指示する。これにより、仮基準局３における送信機３２の校正信号送信手段３２ａは、第３時刻に、仮基準クロック３３の周波数発生器３３ａで生成した仮基準周波数の搬送波に送信情報（マスター局位相差ΦＭ_t2およびマスター局受信時刻ＴＭ_t2）を乗せた校正信号（３回目）を送信する。

【0029】

以下、同様にして、Ｎ回目の校正信号には、Ｎ−１回目の校正信号受信時にマスター局２が取得した送信情報（マスター局位相差ΦＭ_N-1およびマスター局受信時刻ＴＭ_N-1）が変調されて搬送波に乗せられることとなる。後述するように、スレーブ局４において周波数校正および時刻校正を行うためには、最低限、連続した２回の校正信号を受信できれば良いのであるが、本実施形態の周波数校正システム１のように、マスター局２の仮基準局送信制御手段２４ｂによる仮基準局３への校正信号送信指示を、所定時間毎に連続して行えば、スレーブ局４は、テレビ放送やラジオ放送を受信するように、任意のタイミングで校正信号を受信して周波数校正および時刻校正を行う事ができるので、利便性の高いものとなる。

【0030】

なお、仮基準局３より送信される校正信号が何回目であるかは、校正信号の送信情報の一つとして含ませたパケットＩＤ（例えば、連続する送信番号）によってマスター局２およびスレーブ局４で知ることができる。また、校正信号の送信情報として、マスター局２に固有の通信局ＩＤもしくは仮基準局３に固有の通信局ＩＤを含めておけば、校正のためのマスタークロック２３がどのマスター局２のものかを判定できる。例えば、マスター局２Ａの制御下にある仮基準局３Ａとマスター局２Ｂの制御下にある仮基準局３Ｂの両局から校正信号を受信できる位置にあるスレーブ局４では、仮基準局３Ａからの校正信号と仮基準局３Ｂからの校正信号とを識別できるので、何れか一方の仮基準局からの校正信号を選んで、周波数校正および時刻校正に用いることができる。

【0031】

上記のようにして、第１時刻に仮基準局３より送信された校正信号を受信するスレーブ局４では、受信機４２の復調手段４２ａによって校正信号を復調する。この復調処理には、被校正クロック４３の周波数発生器４３ａで発生させた基準周波数と、時刻カウンタ４３ｂによって計時される時刻情報が用いられ、復調信号が時系列に演算処理装置４４へ入力される。なお、被校正クロック４３の時刻カウンタ４３ｂには、上述したマスタークロック２３の周波数発生器２３ａに比べて低精度の周波数発生器４３ａから計時基準周波数の信号が供給されており、このクロックをカウントすることで、時刻カウンタ４３ｂは自局内時刻を計時している。なお、時刻カウンタ４３ｂにて更新される時刻を可視表示する時刻表示器を別途設けても良い。

【0032】

上記復調手段４２ａからの復調信号は、演算処理装置４４の搬送波位相および時刻取得手段４４ａに入力され、搬送波位相を取得する。この搬送波位相とは、校正信号の搬送波（仮基準局３における仮基準クロック３３の周波数発生器３３ａで発生させた基準周波数信号）と被校正クロック４３の周波数発生器４３ａで生成した基準周波数信号との位相差（以下、スレーブ局位相差ΦＳ_t1という）である。なお、この搬送波位相および時刻取得手段４４ａでは、スレーブ局４における校正信号の受信時刻（以下、スレーブ局受信時刻ＴＳ_t1という）も取得する。

【0033】

このように、スレーブ局４の受信機４２と被校正クロック４３と演算処理装置４４が協働することで、「仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信して、校正信号の搬送波と被校正クロックで生成した被校正周波数信号との位相差であるスレーブ局位相差ΦＳ_t1を求めるスレーブ局位相差取得手段」としての機能と、「仮基準局より第１時刻ｔ１に送信された校正信号を受信した時刻であるスレーブ局受信時刻ＴＳ_t1を前記被校正クロックより取得するスレーブ局受信時刻取得手段」としての機能を備えるものとなる。なお、スレーブ局位相差取得手段およびスレーブ局受信時刻取得手段によるスレーブ局位相差ΦＳ_t1、スレーブ局受信時刻ＴＳ_t1の取得手法は特に限定されるものではなく、デジタル無線通信の直交変調・復調の原理を用いたデジタル処理で求めても良いし、アナログ的に求めるようにしても構わない。

【0034】

上記搬送波位相および時刻取得手段４４ａによって取得したスレーブ局位相差ΦＳ_t1は校正位相差取得手段４４ｃに供給され、スレーブ局受信時刻ＴＳ_t1は校正時刻差取得手段４４ｄに供給される。校正位相差取得手段４４ｃおよび校正時刻差取得手段４４ｄは、それぞれスレーブ局位相差ΦＳ_t1およびスレーブ局受信時刻ＴＳ_t1を記憶しておく。

【0035】

また、復調手段４２ａにて復調された復調信号は、受信情報取得手段４４ｂへも供給され、コード化された送信情報を復号する。しかしながら、第１時刻に仮基準局３より送信された校正信号（１回目）には、変調信号としてマスター局位相差およびマスター局受信時刻が含まれていないので、１回目の校正信号受信時には、受信情報取得手段４４ｂから校正位相差取得手段４４ｃおよび校正時刻差取得手段４４ｄに供給する情報は無い。

【0036】

上記第１時刻から校正信号の送受信に必要十分な時間（例えば、０．１秒）が経過した第２時刻に仮基準局３より送信された校正信号（２回目）をスレーブ局４で受信すると、搬送波位相および時刻取得手段４４ａによって取得したスレーブ局位相差ΦＳ_t2は校正位相差取得手段４４ｃに供給され、スレーブ局受信時刻ＴＳ_t2は校正時刻差取得手段４４ｄに供給されて、少なくとも次回の校正信号受信処理まで記憶保持される。

【0037】

加えて、２回目の校正信号には、送信情報としてマスター局位相差ΦＭ_t1およびマスター局受信時刻ＴＭ_t1が含まれているので、受信情報取得手段４４ｂによりデコードされ、マスター局情報（マスター局位相差ΦＭ_t1、マスター局受信時刻ＴＭ_t1）を取得する。すなわち、スレーブ局４の受信機４２と被校正クロック４３と演算処理装置４４が協働することで、「仮基準局より第２時刻ｔ２に送信された校正信号を受信して、仮基準局からの送信情報であるマスター局位相差ΦＭ_t1およびマスター局受信時刻ＴＭ_t1を取得するマスター局情報取得手段」としての機能を備えるものとなる。なお、マスター局位相差ΦＭ_t1は、演算処理装置４４の校正位相差取得手段４４ｃに供給され、マスター局受信時刻ＴＭ_t1は、演算処理装置４４の校正時刻差取得手段４４ｄに供給される。

【0038】

校正位相差取得手段４４ｃは、スレーブ局位相差ΦＳ_t1（仮基準局３における仮基準クロック３３の周波数発生器３３ａが生成した仮基準周波数信号と、スレーブ局４における被校正クロック４３の周波数発生器４３ａが生成した被校正周波数信号との相対的な位相差）とマスター局位相差ΦＭ_t1（仮基準局３における仮基準クロック３３の周波数発生器３３ａが生成した仮基準周波数信号と、マスター局２におけるマスタークロック２３の周波数発生器２３ａが生成した基準周波数信号との相対的な位相差）との差である校正位相差ΔΦ_t1を求める。この校正位相差ΔΦ_t1は、被校正クロック４３の周波数発生器４３ａが生成する被校正周波数信号とマスタークロック２３の周波数発生器２３ａが生成する基準周波数信号との位相差である。

【0039】

この校正位相差ΔΦ_t1は周波数校正手段４４ｅへ供給される。この周波数校正手段４４ｅは、校正位相差ΔΦ_t1に基づいて被校正クロック４３の周波数発生器４３ａを制御し、周波数発生器４３ａから時刻カウンタ４３ｂに出力される計時基準周波数が、マスタークロック２３の周波数発生器２３ａが時刻カウンタ２３ｂに出力される計時基準周波数と一致するように位相ロックさせる。これにより、スレーブ局４の被校正クロック４３をマスタークロック２３並みの精度に校正することができる。

【0040】

また、校正時刻差取得手段４４ｄは、マスター局受信時刻ＴＭ_t1（第２時刻に仮基準局３から送信された校正信号の送信情報に含まれていた情報）とスレーブ局受信時刻ＴＳ_t1（第１時刻に搬送波位相および時刻取得手段４４ａにより取得した情報）との差である校正時刻差ΔＴ_t1を求める。

【0041】

この校正時刻差ΔＴ_t1は時刻校正手段４４ｆへ供給される。この時刻校正手段４４ｆは、校正時刻差ΔＴ_t1に基づいて、被校正クロック４３の時刻カウンタ４３ｂの時刻を補正するのである。なお、仮基準局３からマスター局２までの距離と、仮基準局３からスレーブ局４までの距離が異なれば、それだけ両局の受信時刻に誤差が生じてしまうため、スレーブ局４の時刻校正手段４４ｆによって行う時刻カウンタ４３ｂに対する時刻校正を行っても、マスタークロック２３の時刻カウンタ２３ｂの時刻と完全に一致させることはできないが、十分実用的な精度での時刻校正が可能である。

【0042】

ここで、図２を参照しつつ、スレーブ局４で行う周波数校正および時刻校正を時系列に説明する。

【0043】

例えば、マスター局２からの指示により、仮基準局３からＮ回目の校正信号が送信されたとき、これをスレーブ局４は第１時刻における校正信号として受信したものとする。Ｎ回目の校正信号には、送信情報としてマスター局位相差ΦＭ_N-1およびマスター局受信時刻ＴＭ_N-1が含まれており、これを受信したスレーブ局４の受信機４２は、受信情報としてマスター局位相差ΦＭ_N-1およびマスター局受信時刻ＴＭ_N-1を取得すると共に、スレーブ局位相差ΦＳ_Nおよびスレーブ局受信時刻ＴＳ_Nを取得し、これらを演算処理装置４４へ供給する。なお、スレーブ局４においては、これが最初の校正信号受信であるから、マスター局位相差ΦＭ_N-1およびマスター局受信時刻ＴＭ_N-1は使用しない。また、マスター局２では、仮基準局３からＮ回目の校正信号を受信して、マスター局位相差ΦＭ_Nおよびマスター局受信時刻ＴＭ_Nを取得しておく。

【0044】

続いて、マスター局２からの指示により、仮基準局３からＮ＋１回目の校正信号が送信されると、これをスレーブ局４は第２時刻における校正信号として受信する。Ｎ＋１回目の校正信号には、送信情報としてマスター局位相差ΦＭ_Nおよびマスター局受信時刻ＴＭ_Nが含まれており、これを受信したスレーブ局４の受信機４２は、受信情報としてマスター局位相差ΦＭ_Nおよびマスター局受信時刻ＴＭ_Nを取得すると共に、スレーブ局位相差ΦＳ_N+1およびスレーブ局受信時刻ＴＳ_N+1を取得し、これらを演算処理装置４４へ供給する。

【0045】

演算処理装置４４では、Ｎ回目の校正信号受信時に受け取ったスレーブ局位相差ΦＳ_Nおよびスレーブ局受信時刻ＴＳ_Nと、今回（Ｎ＋１回目）に受け取ったマスター局位相差ΦＭ_Nおよびマスター局受信時刻ＴＭ_Nに基づいて、校正位相差ΔΦ_Nと校正時刻差ΔＴ_Nを求める。ここで、Ｎ回目の校正信号受信時に求めた校正位相差ΔΦ_N＝ΦＳ_N−ΦＭ_N、Ｎ回目の校正信号受信時に求めた校正時刻差ΔＴ_N＝ＴＳ_N−ＴＭ_N、である。

【0046】

続いて、マスター局２からの指示により、仮基準局３からＮ＋２回目の校正信号が送信されると、これをスレーブ局４は３回目の送信信号として受信する。Ｎ＋２回目の校正信号には、送信情報としてマスター局位相差ΦＭ_N+1およびマスター局受信時刻ＴＭ_N+1が含まれており、これを受信したスレーブ局４の受信機４２は、受信情報としてマスター局位相差ΦＭ_N+1およびマスター局受信時刻ＴＭ_N+1を取得すると共に、スレーブ局位相差ΦＳ_N+2およびスレーブ局受信時刻ＴＳ_N+2を取得し、これらを演算処理装置４４へ供給する。

【0047】

演算処理装置４４では、Ｎ＋１回目の校正信号受信時に受け取ったスレーブ局位相差ΦＳ_N+1およびスレーブ局受信時刻ＴＳ_N+1と、今回（Ｎ＋２回目）に受け取ったマスター局位相差ΦＭ_N+1およびマスター局受信時刻ＴＭ_N+1に基づいて、校正位相差ΔΦ_N+1と校正時刻差ΔＴ_N+1を求める。ここで、Ｎ＋１回目の校正信号受信時に求めた校正位相差ΔΦ_N+1＝ΦＳ_N+1−ΦＭ_N+1、Ｎ＋１回目の校正信号受信時に求めた校正時刻差ΔＴ_N+1＝ＴＳ_N+1−ＴＭ_N+1、である。

【0048】

上述したように、本実施形態に係る周波数校正システム１によれば、マスター局２の制御によって仮基準局３より連続的に校正信号を送信させるので、スレーブ局４は、被校正クロック４３で生成される被校正周波数とマスタークロック２３で生成される基準周波数との位相差である校正位相差ΔΦを簡便に得ることができ、仮基準局３からの伝搬時間が変動しなければ、被校正クロック４３の被校正周波数をマスタークロック２３の基準周波数と同等精度に校正することが可能となる。しかも、スレーブ局４が校正位相差ΔΦを求めるために必要なマスター局２側の情報（マスター局位相差ΦＭ_t1およびマスター局受信時刻ＴＭ_t1）を、校正信号によって送ることができるので、マスター局２側の情報をマスター局２からスレーブ局４へ送るための通信手段を別途設ける必要がない点でも利便性が高い。よって、低コストで利便性の高い周波数校正システムを構築できる。

【0049】

また、周波数校正システム１において、マスター局２とスレーブ局４とは、クロック精度による相対的な関係において定まるもので、マスター局２のマスタークロック２３並みに高精度に校正された被校正クロック４３を持つスレーブ局４をマスター局として機能させることも可能である。例えば、スレーブ局４の制御下におかれるサブ仮基準局を設けておき、マスター局２の制御下におかれる仮基準局３からの校正信号によって周波数校正・時刻校正を行ったスレーブ局４が、サブ仮基準局からサブ校正信号を送信すれば、このサブ校正信号を受信可能なサブスレーブ局では、スレーブ局４の被校正クロック４３を基準とする周波数校正・時刻校正が可能となる。

【0050】

加えて、本実施形態に係る周波数校正システム１によれば、スレーブ局４の被校正クロック４３の時刻をマスター局２のマスタークロック２３並みの時刻に校正できる。なお、時刻校正手段４４ｆは、被校正クロック４３の周波数発生器４３ａにより生成される計時基準周波数をマスタークロック２３の周波数発生器２３ａにより生成される計時基準周波数に一致するように位相ロックしたうえで、予め定めた時刻補正実行条件が達成されるまで校正時刻差取得手段４４ｄより校正時刻差ΔＴを複数回に亘って取得し、それら校正時刻差ΔＴの平均値で被校正クロックの時刻を補正するようにしても良い。すなわち、校正時刻差ΔＴを取得する度に時刻カウンタ４３ｂを補正せずに、補正が必要と考えられるタイミングでのみ時刻校正を行うのである。これは、スレーブ局４において、被校正クロック４３の周波数発生器４３ａにより生成される計時基準周波数がマスタークロック２３の周波数発生器２３ａにより生成される計時基準周波数に一致するように位相ロックしているため、スレーブ局４の時刻とマスター局２の時刻とに生ずるズレを、極めて微少な値に抑えられるからである。なお、時刻補正実行条件は、校正時刻差ΔＴの取得回数が６００回（約１分）に達することや、校正時刻差ΔＴの平均値が時刻カウンタ４３ｂのクロックアップ間隔を超えたタイミング、校正時刻差ΔＴの平均値の分散が所定の値以下になったタイミング等である。

【0051】

また、スレーブ局４の時刻校正手段４４ｆは、校正時刻差ΔＴから計時基準周波数の逆数（１周期長）の整数倍となる粗調整時刻差ΔＴｃと、計時基準周波数の逆数（１周期長）に満たない微調整時刻差ΔＴｆとを求め、粗調整時刻差ΔＴｃに基づいて被校正クロック４３の時刻カウンタ４３ｂを校正し、微調整時刻差ΔＴｆを計時基準周波数信号との位相差に換算した時刻微調整位相差ΔΦｆを求めるようにしても良い。この時刻微調整位相差ΔΦｆを周波数校正手段４４ｅへ供給すると、周波数校正手段４４ｅが時刻微調整位相差ΔΦｆに基づいて、位相ロックポイントを修正する。すなわち、時刻カウンタ４３ｂに対する時刻校正は粗調整時刻差ΔＴｃにより粗調整し、それでは調整しきれない微調整時刻差ΔＴｆを周波数発生器４３ａの位相をマスター周波数発生器２３ａに対してΔΦｆだけずらすことによって微調整するのである。このように、時刻校正手段４４ｆと周波数校正手段４４ｅとが協働して時刻校正を行うと、一層高精度の時刻合わせが可能となる。なお、微調整位相差ΔΦｆが２πを超える値を取る場合には、一度にずらすのではなく、２πよりも十分に小さい値に分けて、その小さい値ずつロックし直すことを繰り返せば、２πを超える微調整位相差ΔΦｆ分の微調整が可能になる。

【0052】

以上、本発明に係る周波数校正システムを実施形態に基づき説明したが、本発明は、この実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全ての周波数校正システムを権利範囲として包摂するものである。

【符号の説明】

【0053】

１ 周波数校正システム
２ マスター局
２１ アンテナ
２２ 受信機
２２ａ 復調手段
２３ マスタークロック
２３ａ 周波数発生器
２３ｂ 時刻カウンタ
２４ 演算処理装置
２４ａ 搬送波位相および時刻取得手段
２４ｂ 仮基準局送信制御手段
３ 仮基準クロック
３１ アンテナ
３２ 送信機
３２ａ 校正信号送信手段
３３ 仮基準クロック
３３ａ 周波数発生器
４ａ〜４ｄ 第１〜第４スレーブ局
４１ アンテナ
４２ 受信機
４２ａ 復調手段
４３ 被校正クロック
４３ａ 周波数発生器
４３ｂ 時刻カウンタ
４４ 演算処理装置
４４ａ 搬送波位相および時刻取得手段
４４ｂ 受信情報取得手段
４４ｃ 校正位相差取得手段
４４ｂ 校正時刻差取得手段
４４ｅ 周波数校正手段
４４ｆ 時刻校正手段

【図1】

【図2】