JP6302887B2

JP6302887B2 - 信号出力装置

Info

Publication number: JP6302887B2
Application number: JP2015207816A
Authority: JP
Inventors: 厚史長手; 藤井　輝也; 輝也藤井
Original assignee: SoftBank Corp
Current assignee: SoftBank Corp
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: JP2017079445A

Description

本発明は、絶対時刻情報を含む信号を出力する信号出力装置に関するものである。

従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）から受信したＧＰＳ信号に基づいて絶対時刻情報（測位時刻）を含む信号を出力するＧＰＳ受信機が知られている（例えば特許文献１参照）。ＧＰＳ受信機から出力される信号は、例えば基地局などの装置における時間同期に用いられる。

しかしながら、上記ＧＰＳ受信機はＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信できない場所では使用できないという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る信号出力装置は、絶対時刻情報を含む信号を出力する信号出力装置であって、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステムの基地局から送信される共通信号を受信する信号受信部と、前記信号受信部で受信した共通信号に基づいてから前記基地局との同期を行う同期タイミングを取得する同期タイミング取得部と、前記同期タイミング取得部で取得した同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得する時刻情報取得部と、前記同期タイミング取得で取得した同期タイミングと前記時刻情報取得部で取得した絶対時刻情報とに基づいて、所定の周期のタイムパルス信号と、そのタイムパルス信号に対応する絶対時刻情報を含むＮＭＥＡ（National Marine Electronics Association）フォーマットのデータ信号を生成する信号生成部と、前記データ信号と前記タイムパルス信号とを出力する出力部と、を備える。
前記信号出力装置において、前記時刻情報取得部は、前記同期タイミングに対応する絶対時刻情報を含む報知信号を前記基地局から受信し、その報知信号に基づいて、前記同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得してもよいし、又は、有線又は無線のネットワークを経由して時刻サーバから、前記同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得してもよい。
また、前記信号出力装置において、前記信号生成部は、前記基地局との間の無線信号の伝搬遅延時間に基づいて、前記同期タイミングを補正してもよい。ここで、前記基地局に送信した上りリンク信号に対する前記基地局からの応答信号の受信結果に基づいて、前記伝搬遅延時間を推定してもよいし、又は、有線又は無線のネットワークを経由して前記基地局の位置情報を取得し、その基地局の位置情報と当該信号出力装置の位置情報とに基づいて、前記伝搬遅延時間を推定してもよい。
また、前記信号出力装置において、前記信号生成部は、前記信号受信部で受信した受信信号に基づいて、所定の基準周波数を有する基準クロック信号を更に生成し、前記出力部は、前記データ信号と前記タイムパルス信号と前記基準クロック信号とを出力してもよい。
また、前記信号出力装置において、前記出力部は、当該信号出力装置の現在位置を示す位置情報を更に出力してもよい。
また、前記信号出力装置において、当該信号出力装置の周辺に位置する１又は複数の基地局から受信した無線受信信号の間の受信タイミング時間差に基づいて、当該信号出力装置の現在位置を推定する現在位置推定部を備えてもよい。

本発明に係る信号出力装置によれば、ＧＰＳ信号を受信できない場所でもＧＰＳ受信機と同等の絶対時刻情報を含む信号を出力できる。

本発明の一実施形態に係る信号出力装置の構成例を示す機能ブロック図。本実施形態に係る信号出力装置における処理手順の一例を示すフローチャート。

以下、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信号出力装置の構成例を示す機能ブロック図である。本実施形態に係る信号出力装置１０は、ＧＰＳ受信機と同等の信号を出力できるＧＰＳ代替装置として用いることができる。例えば、信号出力装置１０は、ＧＰＳ信号を受信できない屋内に設置されたスモールセル基地局やタイムサーバ等にＧＰＳ受信機と同等の信号を出力できるＧＰＳ代替装置として用いることができる。

図１において、信号出力装置１０は、アンテナ１１０と信号受信部１２０と同期タイミング取得部１３０と時刻情報取得部１４０と信号生成部１５０と出力部１６０とを備える。

信号受信部１２０は、アンテナ１１０を介して、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステムの基地局２０から所定の周期で送信される無線の同期信号や報知信号等の共通信号を受信する。
前記同期信号は、例えば、基地局２０から送信される下りリンク信号に含まれる第１の同期信号（ＰＳＳ：Primary Synchronization Signal）や第２の同期信号（ＳＳＳ：Secondary Synchronization Signal）であり、前記報知信号はＰＢＣＨ（Physical Broadcast CHannel）である。これらの同期信号及び報知信号は、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ標準で定義されている信号である。同期信号（ＰＳＳ，ＳＳＳ）は１０ｍｓ周期で送信が繰り返して行われるため、同期信号（ＰＳＳ，ＳＳＳ）を受信することで１０ｍｓ周期の同期タイミングを取得することができる。同期信号は約１ＭＨｚの帯域幅を持つ信号であるため、その逆数である１マイクロ秒前後のオーダーの精度で同期タイミングを取得することが可能である。また、１０．２４秒周期で繰り返して送信が行われる報知信号を受信することで１０．２４秒周期の同期タイミングを取得することができる。なお、同期タイミングを取得する共通信号は、セル固有参照信号（ＣＲＳ：Cell-specific Reference Signal）や位置決定参照信号（ＰＲＳ：Positioning Reference Signal）等の他の共通信号であってもよい。

同期タイミング取得部１３０は、信号受信部１２０で受信した同期信号や報知信号等の共通信号から基地局２０との同期を行う同期タイミングを取得する。

時刻情報取得部１４０は、例えば、基地局２０から無線の共通信号である報知信号を受信し、その報知情報に基づいて、前記同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得する。基地局２０から受信する報知信号は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ標準で定義されているシステム情報ブロックタイプ１６（ＳＩＢ１６）を有する。このシステム情報ブロックタイプ１６には、基地局２０が取得した絶対時刻情報が含まれており、このＳＩＢ１６を有する報知信号を受信することで、前記同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得する。

前記同期信号や報知信号を受信するためには、例えば、信号受信部１２０は、移動通信システムの移動局である通信端末（ＵＥ：ユーザ装置）と同等のアンテナ１１０、無線通信装置、ベースバンド処理装置の各機能を有する必要があるが、共通信号の受信処理のみを行えればよく、送信に関する機能はなくともよい。

また、時刻情報取得部１４０は、有線又は無線のネットワーク３０を経由して時刻サーバ４０から前記絶対時刻情報を取得してもよい。この場合、時刻情報取得部１４０は、携帯電話ネットワークや無線ＬＡＮ等の無線ネットワーク、専用回線や有線ＬＡＮ等の有線ネットワークのいずれかのネットワーク３０を介して時刻サーバ４０と通信可能なネットワーク通信装置で構成してもよい。なお、無線のネットワークを用いる場合はアンテナ１１０、信号受信部１２０を流用してもよい。

時刻情報取得部１４０は、同期信号タイミング取得部１３０で取得した基地局２０との同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得する。基地局２０からの報知信号（ＳＩＢ１６）から絶対時刻情報を取得する場合、同期タイミングである特定のフレーム境界での絶対時刻が指定されるため、その同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得することができる。一方、ネットワーク３０経由で時刻サーバ４０から絶対時刻情報を取得する場合、時刻情報取得部１４０は、基地局２０の報知信号の周期を、例えば、ＧＰＳ時刻と同様に１９８０年１月６日００：００：００を開始時刻とした時刻周期に合わせるものとする。時刻サーバ４０から受信する絶対時刻情報はネットワーク遅延により若干のずれが生じるが、１０．２４秒周期で取り得る時刻は前途の通りに決まっているため、±５．１２秒以内のずれであれば時刻を補正することで絶対時刻を取得することが可能となる。

信号生成部１５０は、当該信号出力装置１０と基地局２０との間の無線信号の伝搬遅延時間に基づいて、基地局２０との同期タイミングを補正する。例えば、伝搬遅延時間に応じて、実際の時刻よりも遅れて同期されるため、伝搬遅延時間分だけ同期タイミングを早める補正処理を適用する。

信号生成部１５０は、基地局２０から受信するＴＡ（タイミングアドバンス）の値に基づいて、前記伝搬遅延時間を推定してもよい。ＴＡ（タイミングアドバンス）は、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ標準で定義されている、基地局２０が移動局（ＵＥ）から受信した信号の受信タイミングから測定した信号伝搬遅延時間に対応するパラメータである。ＴＡ（タイミングアドバンス）は約０．５［μｓ］の時間精度で設定され、移動局（ＵＥ）における上りリンクの送信タイミングの制御にも用いられる。ＴＡを用いる場合、基地局２０に対してＲＡＣＨ（ランダムアクセスチャネル）を送信する必要があり、ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄに対応した信号送信機能を有する必要がある。

また、信号生成部１５０での補正に用いられる伝搬遅延時間は手動で設定してもよい。また、信号生成部１５０は、有線又は無線のネットワークを経由して基地局２０の位置情報を取得し、その基地局２０の位置と信号出力装置１０の位置との間の距離を算出し、その距離に基づいて、前記伝搬遅延時間を推定してもよい。なお、信号出力装置１０の位置は設置場所に応じて手動で設定される。また、基地局２０の位置と信号出力装置１０の位置との間の距離は手動で設定してもよい。

信号生成部１５０は、前記補正された同期タイミングと前記時刻情報取得部１４０で取得された絶対時刻情報とに基づいて、所定の周期のタイムパルス信号と、そのタイムパルス信号に対応する絶対時刻情報を含むデータ信号とを生成する。

前記タイムパルス信号は、所定の周期Ｔppsで生成される。例えば１秒当たりに１パルス発生するＰＰＳ（Pulse Per Second）信号である。また、タイムパルス信号は、複数秒毎に１パルス出力されるタイムパルス信号（例えば、２秒毎のパルスからなるＰＰ２Ｓ（Pulse Per 2 Seconds）信号）、又は、１秒間に複数回パルスが発生するタイムパルス信号（例えば、１秒間に５パルス発生する５ＰＰＳ（５Pluses per Seconds）信号）であってもよい。

信号生成部１５０で生成されるデータ信号は、絶対時刻情報を含むように所定の方式で変調される。この絶対時刻情報を含むデータ信号は、例えば、ＧＰＳ受信機から出力されるデータ信号について規格されているＮＭＥＡ（National Marine Electronics Association）フォーマット（以下「ＮＭＥＡフォーマット」という。）を有する信号である。データ信号は、ＮＭＥＡフォーマットのデータ項目と同様に、絶対時刻情報のほか、信号出力装置１０の現在位置の位置情報（緯度、経度、及び、必要に応じて高度）等を含んでもよい。

出力部１６０は、信号生成部１５０で生成されたタイムパルス信号及びデータ信号を出力する。出力部１６０は、有線ケーブルを介して、基地局（例えばスモールセル基地局）や時刻サーバにＧＰＳ受信機と同等の信号を出力する。

図２は、本実施形態の信号出力装置１０における処理手順の一例を示すフローチャートである。
図２において、信号出力装置１０は、基地局２０から同期信号や報知信号などの共通信号を受信し（Ｓ１０１）、基地局２０から受信した共通信号から基地局２０との同期を行う同期タイミングを取得するとともに、その同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得する（Ｓ１０２）。次に、信号出力装置１０は、基地局２０との間の無線信号の伝搬遅延時間に基づいて、基地局２０との同期タイミングを補正し、その補正後の同期タイミングと、基地局２０から取得した絶対時刻情報とに基づいて、所定の周期のタイムパルス信号（例えばＰＰＳ信号）と、そのタイムパルス信号の各パルスに対応する絶対時刻情報を含むデータ信号とを生成する（Ｓ１０３）。このように生成されたタイムパルス信号及びデータ信号が信号出力装置１０から外部に出力される（Ｓ１０４）。

以上、本実施形態の信号出力装置１０によれば、ＧＰＳ信号を受信できない場所でもＧＰＳ受信機と同等のタイムパルス信号と絶対時刻情報を含むデータ信号とを出力することができる。

なお、上記実施形態において、前記信号受信部１２０で受信した受信信号に基づいて、所定の基準周波数（例えば１０［ＭＨｚ］）を有する基準クロック信号を生成し、その基準クロック信号を更に出力してもよい。この基準クロック信号は、移動通信システムの基地局で使用される場合、例えば０．０５［ｐｐｍ］以下（２［ＧＨｚ］の周波数帯で１００［Ｈｚ］以下）の周波数精度を有するものであってもよい。

また、上記実施形態において、信号出力装置１０の現在位置を示す位置情報（例えば緯度、経度及び高度）をデータ信号に含めてもよい。ここで、信号出力装置１０の現在位置は、手動で設定してもよい。また、信号出力装置１０の現在位置は、ＬＴＥ標準で規定されている位置情報サービス（ＬＣＳ：Location Service）機能を用いて取得してもよい。例えば、次のようなＯＴＤＯＡ（Observed Time Difference Of Arrival）の方法で、信号出力装置１０の現在位置を取得する。このＯＴＤＯＡの方法では、信号出力装置１０の周辺に位置する複数の基地局それぞれから所定のタイミングで同時に送信されている信号を受信し、その複数の基地局それぞれから受信した複数の受信信号の受信タイミング時間差を算出する。この受信タイミング時間差と各基地局の位置情報とに基づいて、信号出力装置１０の現在位置を推定する。

１０信号出力装置
２０基地局
３０ネットワーク
４０時刻サーバ
１１０アンテナ
１２０信号受信部
１３０同期タイミング取得部
１４０時刻情報取得部
１５０信号生成部
１６０出力部

特開２０００−３１４７７１号公報

Claims

絶対時刻情報を含む信号を出力する信号出力装置であって、
ＬＴＥ／ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄシステムの基地局から送信される同期信号及び報知信号を受信する信号受信部と、
前記信号受信部で受信した前記同期信号から前記基地局との同期を行う同期タイミングを取得する同期タイミング取得部と、
前記信号受信部で前記基地局から受信した前記報知信号から、前記同期タイミング取得部で取得した前記同期タイミングに対応する絶対時刻情報を取得する時刻情報取得部と、
前記同期タイミング取得部で取得した前記同期タイミングを、前記基地局との間の無線信号の伝搬遅延時間に基づいて補正し、その補正後の同期タイミングと前記時刻情報取得部で前記報知信号から取得した前記絶対時刻情報と当該信号出力装置の現在位置を示す位置情報とに基づいて、所定の周期のタイムパルス信号と、そのタイムパルス信号に対応する絶対時刻情報と前記位置情報とを含むＮＭＥＡ（National Marine Electronics Association）フォーマットのデータ信号を、ＧＰＳ信号を受信しないで生成する信号生成部と、
前記ＧＰＳ信号を受信しないで生成した前記ＮＭＥＡフォーマットのデータ信号と前記タイムパルス信号とを出力する出力部と、
を備えることを特徴とする信号出力装置。
請求項１の信号出力装置において、
前記信号生成部は、前記基地局に送信した上りリンク信号に対する前記基地局からの応答信号の受信結果に基づいて、前記伝搬遅延時間を推定することを特徴とする信号出力装置。
請求項１の信号出力装置において、
前記信号生成部は、有線又は無線のネットワークを経由して前記基地局の位置情報を取得し、その基地局の位置情報と当該信号出力装置の位置情報とに基づいて、前記伝搬遅延時間を推定することを特徴とする信号出力装置。
請求項１乃至３のいずれかの信号出力装置において、
前記信号生成部は、前記信号受信部で受信した受信信号に基づいて、所定の基準周波数を有する基準クロック信号を更に生成し、
前記出力部は、前記データ信号と前記タイムパルス信号と前記基準クロック信号とを出力することを特徴とする信号出力装置。
請求項１乃至４のいずれかの信号出力装置において、
当該信号出力装置の周辺に位置する複数の基地局それぞれから受信した複数の無線受信信号の間の受信タイミング時間差に基づいて、当該信号出力装置の現在位置を推定する現在位置推定部を備えることを特徴とする信号出力装置。