デジタル位相同期回路
【課題】ホールドオーバ期間中の温度特性と経年変化に対する影響を抑え、周波数の高安定性を維持するホールドオーバ機能を有するデジタル位相同期回路を得る。
【解決手段】電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度を測定する温度測定手段と、同期対象と同期している間、デジタルフィルタ手段からの出力で電圧制御型クロック発振手段を制御するとともにデジタルフィルタ手段からの出力と電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間と電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求め、同期対象と同期していない間、同期対象に同期しなくなってからの経過時間および電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度から２元多項式で電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を推定するとともに推定した制御信号で電圧制御型クロック発振手段を制御するホールドオーバ手段と、を有する。
【解決手段】電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度を測定する温度測定手段と、同期対象と同期している間、デジタルフィルタ手段からの出力で電圧制御型クロック発振手段を制御するとともにデジタルフィルタ手段からの出力と電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間と電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求め、同期対象と同期していない間、同期対象に同期しなくなってからの経過時間および電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度から２元多項式で電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を推定するとともに推定した制御信号で電圧制御型クロック発振手段を制御するホールドオーバ手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動体通信システムにおける基地局間同期を実現するためのデジタル位相同期回路（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ、以下、ＤＰＬＬと略す）に関し、特にＧＰＳ（Ｇ１ｏｂａ１ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星に同期したＧＰＳレシーバが出力する１ＰＰＳ（Ｐｕ１ｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）を基準信号としたＤＰＬＬに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムでは、周波数の有効利用の面から高い周波数安定度を求められている。特に、無線多重方式にＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）を使用する場合、サブキャリアの間隔が狭く、他の無線方式に比べて高い周波数安定度が必要である。また、高速なハンドオーバを実現する為に基地局間のフレーム同期精度も求められる。
【０００３】
これらの要求を満足する為、基地局にＤＰＬＬを実装して、ＧＰＳ衛星に同期したＧＰＳレシーバが出力する１ＰＰＳをＤＰＬＬの基準信号に使って、このＤＰＬＬで得られた同期クロックを基地局の標準クロックに用いて基地局間同期を実現している。ただし、天候不順やＧＰＳレシーバの故障等、ＧＰＳに関する障害が発生した場合、基地局間同期は機能しなくなる。これを回避する為、一部のシステムではＤＰＬＬにホールドオーバ機能を実装して、障害発生後一定期間、基地局間同期の状態を保持する機能を有する。
【０００４】
ホールドオーバ時に温度に対する影響を小さくする為、発振器に温度特性の良好なＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏ１１ｅｄ Ｏｓｃｉ１１ａｔｏｒ）を実装している。
【０００５】
ＧＰＳレシーバはＧＰＳアンテナを通じてＧＰＳ衛星からの電波を受信する。ＧＰＳ衛星に同期している間、ＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ衛星に同期した１ＰＰＳを出力する。位相検出器は、この１ＰＰＳとＯＣＸＯの出力クロックを分周器で分周した分周クロックの位相差を検出する。デジタルフィルタは低域通過型のフィルタであり、位相差の高周波成分を減衰する。デジタルフィルタ出力はホールドオーバ回路を通過して、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換後、ＯＣＸＯに入力される。この入力された電圧に応じてＯＣＸＯの出力クロックの周波数を制御することができる。以上の動作により、ＧＰＳ衛星に同期したＯＣＸＯの出力クロックを得ることができる。
【０００６】
ＧＰＳに関する障害が発生した場合、ＧＰＳレシーバは１ＰＰＳの出力を停止する。これを基準信号断検出で検出して基準信号断信号を出力する。これを受けてホールドオーバ回路は、直前のデジタルフィルタ出力を保持して、これをＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換後、ＯＣＸＯに入力する。以上の動作により、ホールドオーバ期間中、ＧＰＳ衛星に同期していたときの状態を維持して、安定したＯＣＸＯの出力クロックを得ることができる。
【０００７】
ただし、ホールドオーバ期間中のＯＣＸＯの周波数安定度はＯＣＸＯの特性に依存する。一例としてＯＣＸＯの特性を紹介すると、周波数温度特性は、最大±１０×１０−９（−１０℃〜＋７０℃）、経年変化は、最大±２×１０−９（／Ｄａｙ）となっている。
【０００８】
ここで、ホールドオーバ期問中の周波数温度特性を改善する方法として、同期中、ＶＣＯ（Ｖｏ１ｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏ１１ｅｄ Ｏｓｃｉ１１ａｔｏｒ）周辺の温度を測定して、測定したＶＣＯ周辺温度に対するＶＣＯ制御電圧値をメモリに記録する。ホールドオーバ期問中は、測定したＶＣＯ周辺温度に対するＶＣＯ制御電圧値をメモリから読み出して、読み出したＶＣＯ制御電圧をＶＣＯに入力して、周波数温度特性に対するＶＣＯの周波数安定度を改善している（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、ホールドオーバ期間中の経年変化を改善する方法として、同期中、計時手段で通知される周期毎に位相検出器出力の位相差を読み取り、読み取った位相差の情報からＶＣＯの経年変化に対する位相差情報を予測して、その経年変化に対する位相差を補正するためのＶＣＯ制御電圧値をメモリに記録する。ホールドオーバ期問中は、計時手段で通知される周期毎に、メモリからその周期に対応するＶＣＯ制御電圧値を読み出して、読み出したＶＣＯ制御電圧をＶＣＯに入力して、経年変化に対するＶＣＯの周波数安定度を改善している（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
また、ＤＰＬＬに関する事例ではないが、振動回路に対する周波数温度特性と経年変化を改善する方法として、水晶発振器の発振周波数を経年変化と温度の関数で表して、この関数のパラメータである公称周波数と経年変化に関する係数、温度に関する係数を水晶発振器メーカーから入手して不揮発メモリに記録する。ホールドオーバ期間中は、水晶発振器の発振周波数を先の関数で予測して、予測した周波数と標準周波数を比較後、比較した誤差を元に水晶発振器の出力クロックに端数処理を施す。つまり、水晶発振器の出力クロックにサイクルを追加、あるいは削除を施して、所望の振動信号を得る。同期中、基準信号と水晶発振器の発振周波数を比較して、比較した誤差情報の履歴を元に先の関数のパラメータを再評価してパラメータを更新する（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２１７７２２号公報
【特許文献２】特開２００６−１２１１７１号公報
【特許文献３】特表２００４−５１６７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載された発明は、ホールドオーバ期間中の経年変化を改善できない。したがって、経年変化に対する周波数安定度の劣化が発生する。
また、特許文献２に記載された発明は、ホールドオーバ期間中の周波数温度特性を改善できない。したがって、温度特性に対する周波数安定度の劣化が発生する。
また、特許文献３に記載された発明は端数処埋を施している為、得られた振動信号は大きなジッタを含む。また、水晶発振器の発振周波数を予測するための関数のパラメータを不揮発メモリに記録する手段は工場出荷前の調整時に実施される為、調整費用がかさむことになる。
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ホールドオーバ期間中の温度特性と経年変化に対する影響を抑え、且つ、工場出荷前の調整を必要としない、周波数の高安定性を維持するホールドオーバ機能を有するデジタル位相同期回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るデジタル位相同期回路は、同期対象の信号源からの信号を検出したとき基準信号を出力する基準信号抽出手段と、上記基準信号の未出力状態を検出する基準信号断検出手段と、出力するクロックの周波数が電圧で制御される電圧制御型クロック発振手段と、上記電圧制御型クロック発振手段から出力されるクロックを分周する分周手段と、上記分周手段で分周された分周クロックと上記基準信号抽出手段からの基準信号との位相差を比較する位相検出手段と、上記位相検出手段で検出された位相差の高周波成分を除去するデジタルフィルタ手段と、を有するホールドオーバ機能を具備するデジタル位相同期回路において、上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度を測定する温度測定手段と、上記同期対象と同期している間、上記デジタルフィルタ手段からの出力で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するとともに上記デジタルフィルタ手段からの出力と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求めて、上記同期対象と同期していない間、同期していない経過時間および上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度から上記２元多項式で上記電圧制御型クロック発振手段を制御する電圧を推定するとともに推定した電圧で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するホールドオーバ手段と、を有する。
【００１５】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路は、上記ホールドオーバ手段が上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されている間、上記デジタルフィルタ手段から出力されたデジタルフィルタ出力の履歴と上記温度測定手段で測定された温度の履歴とを記憶する記憶手段と、上記記憶手段に記憶されたデジタルフィルタ出力の履歴と温度の履歴とから時間と温度とを変数とするデジタルフィルタ出力を近似する２元多項式を求めるとともに、上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されていない間、上記基準信号の出力が断絶された時点からの経過時間と上記温度測定手段で測定した温度を用いて上記２元多項式から上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求める演算手段と、上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されている間、上記デジタルフィルタ手段から出力されたデジタルフィルタ出力を上記Ｄ／Ａ変換手段に出力するとともに、上記基準信号が出力されていない間、上記演算手段で求めた上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を上記Ｄ／Ａ変換手段に出力する切替手段と、を有する。
【００１６】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路は、上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記憶された上記デジタルフィルタ手段からの出力の履歴と温度の履歴とを参照して複数の２元多項式を求めるとともに、それぞれの２元多項式で求めた上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号と実際のデジタルフィルタ手段からの出力との誤差が最も小さい２元多項式を選択し、且つ上記同期対象と同期していない間、先に選択した２元多項式で電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求める
【００１７】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路は、上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記録された上記デジタルフィルタ出力の履歴と温度の履歴を参照する範囲を複数用意し、その複数の範囲の履歴に１対１に対応した複数の２元多項式を求める。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係るデジタル位相同期回路によれば、同期対象の信号源からの信号を検出したとき基準信号を出力する基準信号抽出手段と、上記基準信号の未出力状態を検出する基準信号断検出手段と、出力するクロックの周波数が電圧で制御される電圧制御型クロック発振手段と、上記電圧制御型クロック発振手段から出力されるクロックを分周する分周手段と、上記分周手段で分周された分周クロックと上記基準信号抽出手段からの基準信号との位相差を比較する位相検出手段と、上記位相検出手段で検出された位相差の高周波成分を除去するデジタルフィルタ手段と、を有するホールドオーバ機能を具備するデジタル位相同期回路において、上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度を測定する温度測定手段と、上記同期対象と同期している間、上記デジタルフィルタ手段からの出力で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するとともに上記デジタルフィルタ手段からの出力と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求めて、上記同期対象と同期していない間、同期していない経過時間および上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度から上記２元多項式で上記電圧制御型クロック発振手段を制御する電圧を推定するとともに推定した電圧で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するホールドオーバ手段と、を有するので、経年変化と温度特性に対するホールドオーバ期間中の周波数安定度の劣化を抑止する効果を得られる。
【００１９】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路によれば、対象の信号源に同期している間、上記記憶手段で記録されたデジタルフィルタ出力の履歴と上記電圧制御型クロック発振手段周辺の温度の履歴から２元多項式を上記演算手段で求めるようにしたので、上記電圧制御型クロック発振手段のパラメータを事前に必要としない為、工場出荷前の調整費用を省くことができ、装置のコストを抑える効果を得られる。
【００２０】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路によれば、上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記憶された上記デジタルフィルタ手段からの出力の履歴と温度の履歴とを参照して複数の２元多項式を求めるとともに、それぞれの２元多項式で求めた上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号と実際のデジタルフィルタ手段からの出力との誤差が最も小さい２元多項式を選択し、且つ上記同期対象と同期していない間、先に選択した２元多項式で電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求めるので、ホールドオーバ期間中の周波数安定度を高安定化する効果を得られる。
【００２１】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路によれば、上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記録された上記デジタルフィルタ出力の履歴と温度の履歴を参照する範囲を複数用意し、その複数の範囲の履歴に１対１に対応した複数の２元多項式を求めるので、ホールドオーバ期間中の周波数安定度を高安定化する効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ機能を有するデジタル位相同期回路を示すブロック図である。
【図２】ＧＰＳ衛星に同期している間に測定したデジタルフィルタからのフィルタ済位相差信号とＯＣＸＯの周辺の温度を図示したグラフである。
【図３】ＧＰＳ衛星に同期している間のデジタルフィルタのフィルタ済位相差信号とＯＣＸＯ制御電圧推定値とを図示したグラフである。
【図４】２元多項式で求めたＯＣＸＯ制御電圧推定値の標準偏差である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のデジタル位相同期回路（ＤＰＬＬ）の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ機能を有するデジタル位相同期回路（ＤＰＬＬ）を示すブロック図である。
この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ機能を有するＤＰＬＬは、ＧＰＳアンテナ２、基準信号抽出手段としてのＧＰＳレシーバ３、位相検出器４、デジタルフィルタ５、基準信号断検出回路６、ホールドオーバ回路７、Ｄ／Ａ変換器８、ＯＣＸＯ９、分周器１１、および、温度センサ１２を有する。
【００２４】
ＧＰＳアンテナ２は、図示しないＧＰＳ衛星からの電波を受ける。
ＧＰＳレシーバ３は、ＧＰＳアンテナ２が受信した電波から同期対象のＧＰＳ衛星が発する信号を受信している間、ＧＰＳ衛星に同期した基準信号として１ＰＰＳを出力する。
位相検出器４は、ＧＰＳレシーバ３から出力される１ＰＰＳと分周器１１から出力される分周クロックとの位相差を検出するとともに位相差に応じた信号を出力する。
デジタルフィルタ５は、低域通過型のフィルタであり、位相検出器４から出力される位相差に応じた信号の高周波成分を減衰し、フィルタ済位相差信号を出力する。
基準信号断検出回路６は、ＧＰＳレシーバ３から１ＰＰＳが出力されないことを検出し基準信号断信号を出力する。
【００２５】
ホールドオーバ回路７は、基準信号断信号が入力されていないときはデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号をそのまま出力するとともに基準信号断信号が入力されているときには、基準信号断信号が入力されていないときのフィルタ済位相差信号の履歴と温度センサ１２からの温度の履歴とから推定する推定値を出力する。
Ｄ／Ａ変換器８は、ホールドオーバ回路７から出力される信号をアナログ信号に変換する。
ＯＣＸＯ９は、Ｄ／Ａ変換器８から出力されるアナログ信号の電圧に応じて制御される周波数のクロックを出力する。
分周器１１は、ＯＣＸＯ９から出力されるクロックを分周した分周クロックを出力する。
温度センサ１２は、ＯＣＸＯ９の近傍の温度を計測し、ホールドオーバ回路７に入力する。
【００２６】
この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ回路７は、演算器１５、メモリ１６、および切替器１７を有する。
演算器１５は、ＧＰＳ衛星に同期している間、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号が非アクティブの間、デジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃと温度センサ１２で測定したＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍとを所定の周期でメモリ１６に記憶する。また、メモリ１６に記憶したデジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃの履歴およびＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍの履歴から、ＯＣＸＯ９を制御する電圧を近似する２元近似式を求める。
また、演算器１５は、ＧＰＳに関する障害が発生している間、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号がアクティブの間、ホールドオーバ経過時間ｔとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍから２元多項式でＯＣＸＯ制御電圧推定値を求める。
【００２７】
切替器１７は、ＧＰＳ衛星に同期している間、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号が非アクティブの間、デジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃを出力する。一方、ＧＰＳに関する障害が発生した場合、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号がアクティブの間、演算器１５から出力されるＯＣＸＯ制御電圧推定値を出力する。
切替器１７から出力される信号はＤ／Ａ変換器８に入力される。
【００２８】
次に、この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ回路７を中心に実施例を説明する。
演算器１５は、ＧＰＳ衛星に同期している間、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号が非アクティブの間、デジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃと温度センサ１２で測定したＯＣＸＯ９の周辺温度Ｔｍとを所定の周期でメモリ１６に記憶する。一例として、所定の周期は１時間間隔である。
演算器１５は、メモリ１６に記憶されたデジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃの履歴およびＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍの履歴から、ＯＣＸＯ９を制御するＯＣＸＯ制御電圧推定値を２元多項式を用いて推定する。
切替器１７は、デジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃと演算器１５から出力されるＯＣＸＯ制御電圧推定値とを切り替える。切替器１７から出力される信号はＤ／Ａ変換器８に入力される。
【００２９】
ＧＰＳに関する障害が発生した場合、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号がアクティブの間、演算器１５は、ホールドオーバ経過時間ｔとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍから２元多項式でＯＣＸＯ制御電圧推定値を求める。
【００３０】
次に、ＯＣＸＯ制御電圧を推定する２元多項式について説明する。
公称周波数１０ＭＨｚ、周波数制御特性±１×１０−６（制御電圧０Ｖ〜４．０Ｖ）のＯＣＸＯ９と、分解能１８ｂｉｔ、出力電圧範囲０Ｖ〜＋４．０ＶのＤ／Ａ変換器８とを用いたＤＰＬＬを例とする。
図２は、ＧＰＳ衛星に同期しているときの同期経過時間に対するデジタルフィルタ５からの出力およびＯＣＸＯ９の周辺の温度を実測したデータを表したグラフである。
この図２からＧＰＳ同期経過時間およびＯＣＸＯ９の周辺の温度がデジタルフィルタ５の出力に及ぼす影響が分かる。また、この図２からデジタルフィルタ５の出力、つまり、ＯＣＸＯ制御電圧ｖＣ（ｔ，Ｔｍ）は、経過時間ｔとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍを項とする２元多項式である式（１）、または、式（２）で表せることが分かっている。但し、ここで示した式（１）及び式（２）は全ての電圧制御型発振器に適用することができるものではなく、電圧制御型発振器毎に異なっているので電圧制御型発振器が異なる毎に求める。
【００３１】
【数１】
【００３２】
式（１）と式（２）中の係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを求める方法として、一般的に最小二乗法で求められることが知られている。ＧＰＳ衛星に同期している間、メモリ１６に記憶したデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍから式（３）に示す履歴を得たとする。
【００３３】
【数２】
【００３４】
ここで、経過時間の履歴（ｔ１，ｔ２，・・・，ｔｎ）はメモリ１６に記憶していないが、メモリ１６にデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍを最後に記録した時間を原点に取り、記録周期を１時間間隔とした場合、経過時間の履歴（ｔ１，ｔ２，・・・，ｔｎ）は式（４）となる。
【００３５】
【数３】
【００３６】
式（１）中の係数Ａ、Ｂ、Ｃまたは式（２）中の係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍ、式（４）で表される経過時問の履歴（ｔ１，ｔ２，・・・，ｔｎ）から式（５）または式（６）で求めることができる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
一例として、ＧＰＳ衛星に同期している間のデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃと式（２）で求めたＯＣＸＯ制御電圧推定値ｖｃ（ｔ，Ｔｍ）を図３に示す。図３から分かる通り、デジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃは、経過時間ｔとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍを項に含む２元多項式で近似することが出来て、ホールドオーバ期間中も、この２元多項式でＯＣＸＯ制御電圧推定値を求めることが出来る。
【００３９】
図４は、デジタルフィルタ５の出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時間の履歴数と２元多項式、履歴の更新時間に対するＯＣＸＯ制御電圧推定値２１０の近似精度を、ＧＰＳ衛星に同期している間のデジタルフィルタ出力１１２を期待値として２元多項式で求めたＯＣＸＯ制御電圧推定値２１０の標準偏差で示した表である。
【００４０】
標準偏差σは、デジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍ、経過時間ｔの履歴のうち２４サンプルを用いて、式（７）で求められる。
【００４１】
【数５】
【００４２】
図４から分かる通り、時問の経過とともに２元多項式や履歴数はＯＣＸＯ制御電圧推定値の近似精度に影響することが分かる。つまり、ＯＣＸＯ制御電圧推定値の標準偏差が最も少ない２元多項式と履歴数を選択して、ホールドオーバ期間中のＯＣＸＯ制御電圧推定値を求めることで、より高い周波数安定度を得ることが出来る。
【００４３】
上述のこの発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、ＯＣＸＯ９の周辺の温度を測定する温度センサ１２と、ＧＰＳ衛星と同期している間、デジタルフィルタ５からの出力でＯＣＸＯ９を制御するとともにデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間とＯＣＸＯ９の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求め、ＧＰＳ衛星と同期していない間、ＧＰＳ衛星に同期しなくなってからの経過時間およびＯＣＸＯ９の周辺の温度から２元多項式でＯＣＸＯ９を制御する制御信号を推定するとともに推定した制御信号でＯＣＸＯ９を制御するホールドオーバ回路７と、を有するので、経年変化と温度特性に対するホールドオーバ期間中の周波数安定度の劣化を抑止する効果を得られる。
【００４４】
従って、この発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬを実装した基地局装置であれば、ＧＰＳ衛星との同期が取れなくなっても基地局間同期を維持することが出来る。
【００４５】
なお、この発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、ＧＰＳ衛星に同期したＧＰＳレシーバ３が出力する１ＰＰＳを基準信号に用いているが、この基準信号に特定する必要は無く、例えば、ＤＰＬＬの基準信号を通信網から抽出した基準クロックに置き換えることが出来る。通信網の障害で基準クロックを抽出できない場合でも、ホールドオーバ期間中の周波数安定度を高安定化することが出来る。
【００４６】
また、この発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、移動体通信システムの基地局に実装して、ホールドオーバ期間中の基地局間同期維持に適用しているが、この目的に特定する必要は無く、例えば、このＤＰＬＬを通信システム内の伝送装置に実装して、ホールドオーバ期間中の高い周波数安定度を必要とする伝送装置に利用することが出来る。
【００４７】
また、この発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、式（１）または式（２）で表される２元多項式をデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から求めているが、式（１）および式（２）で表される２元多項式を求め、デジタルフィルタ５からの出力との誤差の少ない方の２元多項式を用いてホールドオーバ期間中にＯＣＸＯ制御電圧推定値を求めても良い。
また、２つの２元多項式ではなく、３つ以上の２元多項式をデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から求め、デジタルフィルタ５からの出力との誤差の最も少ない２元多項式を用いてホールドオーバ期間中にＯＣＸＯ制御電圧推定値を求めても良い。
【００４８】
また、上述のこの発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、経過時間の履歴を１つとして２元多項式をデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から求めているが、経過時間の履歴を複数の範囲に分け、その範囲それぞれのデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から２元多項式を求めても良い。
【００４９】
このように、複数の２元多項式を用いたり、複数の範囲での２元多項式を用いたりすることにより、ホールドオーバ期間中の周波数安定度をより高安定化する効果を得られる。
【符号の説明】
【００５０】
２ ＧＰＳアンテナ、３ ＧＰＳレシーバ、４ 位相検出器、５ デジタルフィルタ、６ 基準信号断検出回路、７ ホールドオーバ回路、８ Ｄ／Ａ変換器、１１ 分周器、１２ 温度センサ、１５ 演算器、１６ メモリ、１７ 切替器。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動体通信システムにおける基地局間同期を実現するためのデジタル位相同期回路（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ、以下、ＤＰＬＬと略す）に関し、特にＧＰＳ（Ｇ１ｏｂａ１ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星に同期したＧＰＳレシーバが出力する１ＰＰＳ（Ｐｕ１ｓｅ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ）を基準信号としたＤＰＬＬに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムでは、周波数の有効利用の面から高い周波数安定度を求められている。特に、無線多重方式にＯＦＤＭＡ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）を使用する場合、サブキャリアの間隔が狭く、他の無線方式に比べて高い周波数安定度が必要である。また、高速なハンドオーバを実現する為に基地局間のフレーム同期精度も求められる。
【０００３】
これらの要求を満足する為、基地局にＤＰＬＬを実装して、ＧＰＳ衛星に同期したＧＰＳレシーバが出力する１ＰＰＳをＤＰＬＬの基準信号に使って、このＤＰＬＬで得られた同期クロックを基地局の標準クロックに用いて基地局間同期を実現している。ただし、天候不順やＧＰＳレシーバの故障等、ＧＰＳに関する障害が発生した場合、基地局間同期は機能しなくなる。これを回避する為、一部のシステムではＤＰＬＬにホールドオーバ機能を実装して、障害発生後一定期間、基地局間同期の状態を保持する機能を有する。
【０００４】
ホールドオーバ時に温度に対する影響を小さくする為、発振器に温度特性の良好なＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ Ｃｏｎｔｒｏ１１ｅｄ Ｏｓｃｉ１１ａｔｏｒ）を実装している。
【０００５】
ＧＰＳレシーバはＧＰＳアンテナを通じてＧＰＳ衛星からの電波を受信する。ＧＰＳ衛星に同期している間、ＧＰＳレシーバは、ＧＰＳ衛星に同期した１ＰＰＳを出力する。位相検出器は、この１ＰＰＳとＯＣＸＯの出力クロックを分周器で分周した分周クロックの位相差を検出する。デジタルフィルタは低域通過型のフィルタであり、位相差の高周波成分を減衰する。デジタルフィルタ出力はホールドオーバ回路を通過して、Ｄ／Ａ変換器でアナログ信号に変換後、ＯＣＸＯに入力される。この入力された電圧に応じてＯＣＸＯの出力クロックの周波数を制御することができる。以上の動作により、ＧＰＳ衛星に同期したＯＣＸＯの出力クロックを得ることができる。
【０００６】
ＧＰＳに関する障害が発生した場合、ＧＰＳレシーバは１ＰＰＳの出力を停止する。これを基準信号断検出で検出して基準信号断信号を出力する。これを受けてホールドオーバ回路は、直前のデジタルフィルタ出力を保持して、これをＤ／Ａ変換器でアナログ信号に変換後、ＯＣＸＯに入力する。以上の動作により、ホールドオーバ期間中、ＧＰＳ衛星に同期していたときの状態を維持して、安定したＯＣＸＯの出力クロックを得ることができる。
【０００７】
ただし、ホールドオーバ期間中のＯＣＸＯの周波数安定度はＯＣＸＯの特性に依存する。一例としてＯＣＸＯの特性を紹介すると、周波数温度特性は、最大±１０×１０−９（−１０℃〜＋７０℃）、経年変化は、最大±２×１０−９（／Ｄａｙ）となっている。
【０００８】
ここで、ホールドオーバ期問中の周波数温度特性を改善する方法として、同期中、ＶＣＯ（Ｖｏ１ｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏ１１ｅｄ Ｏｓｃｉ１１ａｔｏｒ）周辺の温度を測定して、測定したＶＣＯ周辺温度に対するＶＣＯ制御電圧値をメモリに記録する。ホールドオーバ期問中は、測定したＶＣＯ周辺温度に対するＶＣＯ制御電圧値をメモリから読み出して、読み出したＶＣＯ制御電圧をＶＣＯに入力して、周波数温度特性に対するＶＣＯの周波数安定度を改善している（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、ホールドオーバ期間中の経年変化を改善する方法として、同期中、計時手段で通知される周期毎に位相検出器出力の位相差を読み取り、読み取った位相差の情報からＶＣＯの経年変化に対する位相差情報を予測して、その経年変化に対する位相差を補正するためのＶＣＯ制御電圧値をメモリに記録する。ホールドオーバ期問中は、計時手段で通知される周期毎に、メモリからその周期に対応するＶＣＯ制御電圧値を読み出して、読み出したＶＣＯ制御電圧をＶＣＯに入力して、経年変化に対するＶＣＯの周波数安定度を改善している（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
また、ＤＰＬＬに関する事例ではないが、振動回路に対する周波数温度特性と経年変化を改善する方法として、水晶発振器の発振周波数を経年変化と温度の関数で表して、この関数のパラメータである公称周波数と経年変化に関する係数、温度に関する係数を水晶発振器メーカーから入手して不揮発メモリに記録する。ホールドオーバ期間中は、水晶発振器の発振周波数を先の関数で予測して、予測した周波数と標準周波数を比較後、比較した誤差を元に水晶発振器の出力クロックに端数処理を施す。つまり、水晶発振器の出力クロックにサイクルを追加、あるいは削除を施して、所望の振動信号を得る。同期中、基準信号と水晶発振器の発振周波数を比較して、比較した誤差情報の履歴を元に先の関数のパラメータを再評価してパラメータを更新する（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−２１７７２２号公報
【特許文献２】特開２００６−１２１１７１号公報
【特許文献３】特表２００４−５１６７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載された発明は、ホールドオーバ期間中の経年変化を改善できない。したがって、経年変化に対する周波数安定度の劣化が発生する。
また、特許文献２に記載された発明は、ホールドオーバ期間中の周波数温度特性を改善できない。したがって、温度特性に対する周波数安定度の劣化が発生する。
また、特許文献３に記載された発明は端数処埋を施している為、得られた振動信号は大きなジッタを含む。また、水晶発振器の発振周波数を予測するための関数のパラメータを不揮発メモリに記録する手段は工場出荷前の調整時に実施される為、調整費用がかさむことになる。
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ホールドオーバ期間中の温度特性と経年変化に対する影響を抑え、且つ、工場出荷前の調整を必要としない、周波数の高安定性を維持するホールドオーバ機能を有するデジタル位相同期回路を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係るデジタル位相同期回路は、同期対象の信号源からの信号を検出したとき基準信号を出力する基準信号抽出手段と、上記基準信号の未出力状態を検出する基準信号断検出手段と、出力するクロックの周波数が電圧で制御される電圧制御型クロック発振手段と、上記電圧制御型クロック発振手段から出力されるクロックを分周する分周手段と、上記分周手段で分周された分周クロックと上記基準信号抽出手段からの基準信号との位相差を比較する位相検出手段と、上記位相検出手段で検出された位相差の高周波成分を除去するデジタルフィルタ手段と、を有するホールドオーバ機能を具備するデジタル位相同期回路において、上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度を測定する温度測定手段と、上記同期対象と同期している間、上記デジタルフィルタ手段からの出力で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するとともに上記デジタルフィルタ手段からの出力と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求めて、上記同期対象と同期していない間、同期していない経過時間および上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度から上記２元多項式で上記電圧制御型クロック発振手段を制御する電圧を推定するとともに推定した電圧で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するホールドオーバ手段と、を有する。
【００１５】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路は、上記ホールドオーバ手段が上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されている間、上記デジタルフィルタ手段から出力されたデジタルフィルタ出力の履歴と上記温度測定手段で測定された温度の履歴とを記憶する記憶手段と、上記記憶手段に記憶されたデジタルフィルタ出力の履歴と温度の履歴とから時間と温度とを変数とするデジタルフィルタ出力を近似する２元多項式を求めるとともに、上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されていない間、上記基準信号の出力が断絶された時点からの経過時間と上記温度測定手段で測定した温度を用いて上記２元多項式から上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求める演算手段と、上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されている間、上記デジタルフィルタ手段から出力されたデジタルフィルタ出力を上記Ｄ／Ａ変換手段に出力するとともに、上記基準信号が出力されていない間、上記演算手段で求めた上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を上記Ｄ／Ａ変換手段に出力する切替手段と、を有する。
【００１６】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路は、上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記憶された上記デジタルフィルタ手段からの出力の履歴と温度の履歴とを参照して複数の２元多項式を求めるとともに、それぞれの２元多項式で求めた上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号と実際のデジタルフィルタ手段からの出力との誤差が最も小さい２元多項式を選択し、且つ上記同期対象と同期していない間、先に選択した２元多項式で電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求める
【００１７】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路は、上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記録された上記デジタルフィルタ出力の履歴と温度の履歴を参照する範囲を複数用意し、その複数の範囲の履歴に１対１に対応した複数の２元多項式を求める。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係るデジタル位相同期回路によれば、同期対象の信号源からの信号を検出したとき基準信号を出力する基準信号抽出手段と、上記基準信号の未出力状態を検出する基準信号断検出手段と、出力するクロックの周波数が電圧で制御される電圧制御型クロック発振手段と、上記電圧制御型クロック発振手段から出力されるクロックを分周する分周手段と、上記分周手段で分周された分周クロックと上記基準信号抽出手段からの基準信号との位相差を比較する位相検出手段と、上記位相検出手段で検出された位相差の高周波成分を除去するデジタルフィルタ手段と、を有するホールドオーバ機能を具備するデジタル位相同期回路において、上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度を測定する温度測定手段と、上記同期対象と同期している間、上記デジタルフィルタ手段からの出力で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するとともに上記デジタルフィルタ手段からの出力と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求めて、上記同期対象と同期していない間、同期していない経過時間および上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度から上記２元多項式で上記電圧制御型クロック発振手段を制御する電圧を推定するとともに推定した電圧で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するホールドオーバ手段と、を有するので、経年変化と温度特性に対するホールドオーバ期間中の周波数安定度の劣化を抑止する効果を得られる。
【００１９】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路によれば、対象の信号源に同期している間、上記記憶手段で記録されたデジタルフィルタ出力の履歴と上記電圧制御型クロック発振手段周辺の温度の履歴から２元多項式を上記演算手段で求めるようにしたので、上記電圧制御型クロック発振手段のパラメータを事前に必要としない為、工場出荷前の調整費用を省くことができ、装置のコストを抑える効果を得られる。
【００２０】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路によれば、上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記憶された上記デジタルフィルタ手段からの出力の履歴と温度の履歴とを参照して複数の２元多項式を求めるとともに、それぞれの２元多項式で求めた上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号と実際のデジタルフィルタ手段からの出力との誤差が最も小さい２元多項式を選択し、且つ上記同期対象と同期していない間、先に選択した２元多項式で電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求めるので、ホールドオーバ期間中の周波数安定度を高安定化する効果を得られる。
【００２１】
また、この発明に係る他のデジタル位相同期回路によれば、上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記録された上記デジタルフィルタ出力の履歴と温度の履歴を参照する範囲を複数用意し、その複数の範囲の履歴に１対１に対応した複数の２元多項式を求めるので、ホールドオーバ期間中の周波数安定度を高安定化する効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ機能を有するデジタル位相同期回路を示すブロック図である。
【図２】ＧＰＳ衛星に同期している間に測定したデジタルフィルタからのフィルタ済位相差信号とＯＣＸＯの周辺の温度を図示したグラフである。
【図３】ＧＰＳ衛星に同期している間のデジタルフィルタのフィルタ済位相差信号とＯＣＸＯ制御電圧推定値とを図示したグラフである。
【図４】２元多項式で求めたＯＣＸＯ制御電圧推定値の標準偏差である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のデジタル位相同期回路（ＤＰＬＬ）の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ機能を有するデジタル位相同期回路（ＤＰＬＬ）を示すブロック図である。
この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ機能を有するＤＰＬＬは、ＧＰＳアンテナ２、基準信号抽出手段としてのＧＰＳレシーバ３、位相検出器４、デジタルフィルタ５、基準信号断検出回路６、ホールドオーバ回路７、Ｄ／Ａ変換器８、ＯＣＸＯ９、分周器１１、および、温度センサ１２を有する。
【００２４】
ＧＰＳアンテナ２は、図示しないＧＰＳ衛星からの電波を受ける。
ＧＰＳレシーバ３は、ＧＰＳアンテナ２が受信した電波から同期対象のＧＰＳ衛星が発する信号を受信している間、ＧＰＳ衛星に同期した基準信号として１ＰＰＳを出力する。
位相検出器４は、ＧＰＳレシーバ３から出力される１ＰＰＳと分周器１１から出力される分周クロックとの位相差を検出するとともに位相差に応じた信号を出力する。
デジタルフィルタ５は、低域通過型のフィルタであり、位相検出器４から出力される位相差に応じた信号の高周波成分を減衰し、フィルタ済位相差信号を出力する。
基準信号断検出回路６は、ＧＰＳレシーバ３から１ＰＰＳが出力されないことを検出し基準信号断信号を出力する。
【００２５】
ホールドオーバ回路７は、基準信号断信号が入力されていないときはデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号をそのまま出力するとともに基準信号断信号が入力されているときには、基準信号断信号が入力されていないときのフィルタ済位相差信号の履歴と温度センサ１２からの温度の履歴とから推定する推定値を出力する。
Ｄ／Ａ変換器８は、ホールドオーバ回路７から出力される信号をアナログ信号に変換する。
ＯＣＸＯ９は、Ｄ／Ａ変換器８から出力されるアナログ信号の電圧に応じて制御される周波数のクロックを出力する。
分周器１１は、ＯＣＸＯ９から出力されるクロックを分周した分周クロックを出力する。
温度センサ１２は、ＯＣＸＯ９の近傍の温度を計測し、ホールドオーバ回路７に入力する。
【００２６】
この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ回路７は、演算器１５、メモリ１６、および切替器１７を有する。
演算器１５は、ＧＰＳ衛星に同期している間、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号が非アクティブの間、デジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃと温度センサ１２で測定したＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍとを所定の周期でメモリ１６に記憶する。また、メモリ１６に記憶したデジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃの履歴およびＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍの履歴から、ＯＣＸＯ９を制御する電圧を近似する２元近似式を求める。
また、演算器１５は、ＧＰＳに関する障害が発生している間、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号がアクティブの間、ホールドオーバ経過時間ｔとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍから２元多項式でＯＣＸＯ制御電圧推定値を求める。
【００２７】
切替器１７は、ＧＰＳ衛星に同期している間、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号が非アクティブの間、デジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃを出力する。一方、ＧＰＳに関する障害が発生した場合、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号がアクティブの間、演算器１５から出力されるＯＣＸＯ制御電圧推定値を出力する。
切替器１７から出力される信号はＤ／Ａ変換器８に入力される。
【００２８】
次に、この発明の実施の形態１に係るホールドオーバ回路７を中心に実施例を説明する。
演算器１５は、ＧＰＳ衛星に同期している間、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号が非アクティブの間、デジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃと温度センサ１２で測定したＯＣＸＯ９の周辺温度Ｔｍとを所定の周期でメモリ１６に記憶する。一例として、所定の周期は１時間間隔である。
演算器１５は、メモリ１６に記憶されたデジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃの履歴およびＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍの履歴から、ＯＣＸＯ９を制御するＯＣＸＯ制御電圧推定値を２元多項式を用いて推定する。
切替器１７は、デジタルフィルタ５から出力されるフィルタ済位相差信号ｖｃと演算器１５から出力されるＯＣＸＯ制御電圧推定値とを切り替える。切替器１７から出力される信号はＤ／Ａ変換器８に入力される。
【００２９】
ＧＰＳに関する障害が発生した場合、つまり、基準信号断検出回路６から出力される基準信号断信号がアクティブの間、演算器１５は、ホールドオーバ経過時間ｔとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍから２元多項式でＯＣＸＯ制御電圧推定値を求める。
【００３０】
次に、ＯＣＸＯ制御電圧を推定する２元多項式について説明する。
公称周波数１０ＭＨｚ、周波数制御特性±１×１０−６（制御電圧０Ｖ〜４．０Ｖ）のＯＣＸＯ９と、分解能１８ｂｉｔ、出力電圧範囲０Ｖ〜＋４．０ＶのＤ／Ａ変換器８とを用いたＤＰＬＬを例とする。
図２は、ＧＰＳ衛星に同期しているときの同期経過時間に対するデジタルフィルタ５からの出力およびＯＣＸＯ９の周辺の温度を実測したデータを表したグラフである。
この図２からＧＰＳ同期経過時間およびＯＣＸＯ９の周辺の温度がデジタルフィルタ５の出力に及ぼす影響が分かる。また、この図２からデジタルフィルタ５の出力、つまり、ＯＣＸＯ制御電圧ｖＣ（ｔ，Ｔｍ）は、経過時間ｔとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍを項とする２元多項式である式（１）、または、式（２）で表せることが分かっている。但し、ここで示した式（１）及び式（２）は全ての電圧制御型発振器に適用することができるものではなく、電圧制御型発振器毎に異なっているので電圧制御型発振器が異なる毎に求める。
【００３１】
【数１】
【００３２】
式（１）と式（２）中の係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを求める方法として、一般的に最小二乗法で求められることが知られている。ＧＰＳ衛星に同期している間、メモリ１６に記憶したデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍから式（３）に示す履歴を得たとする。
【００３３】
【数２】
【００３４】
ここで、経過時間の履歴（ｔ１，ｔ２，・・・，ｔｎ）はメモリ１６に記憶していないが、メモリ１６にデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍを最後に記録した時間を原点に取り、記録周期を１時間間隔とした場合、経過時間の履歴（ｔ１，ｔ２，・・・，ｔｎ）は式（４）となる。
【００３５】
【数３】
【００３６】
式（１）中の係数Ａ、Ｂ、Ｃまたは式（２）中の係数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍ、式（４）で表される経過時問の履歴（ｔ１，ｔ２，・・・，ｔｎ）から式（５）または式（６）で求めることができる。
【００３７】
【数４】
【００３８】
一例として、ＧＰＳ衛星に同期している間のデジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃと式（２）で求めたＯＣＸＯ制御電圧推定値ｖｃ（ｔ，Ｔｍ）を図３に示す。図３から分かる通り、デジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃは、経過時間ｔとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍを項に含む２元多項式で近似することが出来て、ホールドオーバ期間中も、この２元多項式でＯＣＸＯ制御電圧推定値を求めることが出来る。
【００３９】
図４は、デジタルフィルタ５の出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時間の履歴数と２元多項式、履歴の更新時間に対するＯＣＸＯ制御電圧推定値２１０の近似精度を、ＧＰＳ衛星に同期している間のデジタルフィルタ出力１１２を期待値として２元多項式で求めたＯＣＸＯ制御電圧推定値２１０の標準偏差で示した表である。
【００４０】
標準偏差σは、デジタルフィルタ５からのフィルタ済位相差信号ｖｃとＯＣＸＯ９の周辺の温度Ｔｍ、経過時間ｔの履歴のうち２４サンプルを用いて、式（７）で求められる。
【００４１】
【数５】
【００４２】
図４から分かる通り、時問の経過とともに２元多項式や履歴数はＯＣＸＯ制御電圧推定値の近似精度に影響することが分かる。つまり、ＯＣＸＯ制御電圧推定値の標準偏差が最も少ない２元多項式と履歴数を選択して、ホールドオーバ期間中のＯＣＸＯ制御電圧推定値を求めることで、より高い周波数安定度を得ることが出来る。
【００４３】
上述のこの発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、ＯＣＸＯ９の周辺の温度を測定する温度センサ１２と、ＧＰＳ衛星と同期している間、デジタルフィルタ５からの出力でＯＣＸＯ９を制御するとともにデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間とＯＣＸＯ９の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求め、ＧＰＳ衛星と同期していない間、ＧＰＳ衛星に同期しなくなってからの経過時間およびＯＣＸＯ９の周辺の温度から２元多項式でＯＣＸＯ９を制御する制御信号を推定するとともに推定した制御信号でＯＣＸＯ９を制御するホールドオーバ回路７と、を有するので、経年変化と温度特性に対するホールドオーバ期間中の周波数安定度の劣化を抑止する効果を得られる。
【００４４】
従って、この発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬを実装した基地局装置であれば、ＧＰＳ衛星との同期が取れなくなっても基地局間同期を維持することが出来る。
【００４５】
なお、この発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、ＧＰＳ衛星に同期したＧＰＳレシーバ３が出力する１ＰＰＳを基準信号に用いているが、この基準信号に特定する必要は無く、例えば、ＤＰＬＬの基準信号を通信網から抽出した基準クロックに置き換えることが出来る。通信網の障害で基準クロックを抽出できない場合でも、ホールドオーバ期間中の周波数安定度を高安定化することが出来る。
【００４６】
また、この発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、移動体通信システムの基地局に実装して、ホールドオーバ期間中の基地局間同期維持に適用しているが、この目的に特定する必要は無く、例えば、このＤＰＬＬを通信システム内の伝送装置に実装して、ホールドオーバ期間中の高い周波数安定度を必要とする伝送装置に利用することが出来る。
【００４７】
また、この発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、式（１）または式（２）で表される２元多項式をデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から求めているが、式（１）および式（２）で表される２元多項式を求め、デジタルフィルタ５からの出力との誤差の少ない方の２元多項式を用いてホールドオーバ期間中にＯＣＸＯ制御電圧推定値を求めても良い。
また、２つの２元多項式ではなく、３つ以上の２元多項式をデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から求め、デジタルフィルタ５からの出力との誤差の最も少ない２元多項式を用いてホールドオーバ期間中にＯＣＸＯ制御電圧推定値を求めても良い。
【００４８】
また、上述のこの発明の実施の形態１に係るＤＰＬＬは、経過時間の履歴を１つとして２元多項式をデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から求めているが、経過時間の履歴を複数の範囲に分け、その範囲それぞれのデジタルフィルタ５からの出力とＯＣＸＯ９の周辺の温度、経過時問の履歴から２元多項式を求めても良い。
【００４９】
このように、複数の２元多項式を用いたり、複数の範囲での２元多項式を用いたりすることにより、ホールドオーバ期間中の周波数安定度をより高安定化する効果を得られる。
【符号の説明】
【００５０】
２ ＧＰＳアンテナ、３ ＧＰＳレシーバ、４ 位相検出器、５ デジタルフィルタ、６ 基準信号断検出回路、７ ホールドオーバ回路、８ Ｄ／Ａ変換器、１１ 分周器、１２ 温度センサ、１５ 演算器、１６ メモリ、１７ 切替器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期対象の信号源からの信号を検出したとき基準信号を出力する基準信号抽出手段と、
上記基準信号の未出力状態を検出する基準信号断検出手段と、
出力するクロックの周波数が電圧で制御される電圧制御型クロック発振手段と、
上記電圧制御型クロック発振手段から出力されるクロックを分周する分周手段と、
上記分周手段で分周された分周クロックと上記基準信号抽出手段からの基準信号との位相差を比較する位相検出手段と、
上記位相検出手段で検出された位相差の高周波成分を除去するデジタルフィルタ手段と、
を有するともにホールドオーバ機能を具備するデジタル位相同期回路において、
上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度を測定する温度測定手段と、
上記同期対象と同期している間、上記デジタルフィルタ手段からの出力で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するとともに上記デジタルフィルタ手段からの出力と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求め、上記同期対象と同期していない間、上記同期対象に同期しなくなってからの経過時間および上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度から上記２元多項式で上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を推定するとともに推定した制御信号で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するホールドオーバ手段と、
を有することを特徴とするデジタル位相同期回路。
【請求項２】
上記ホールドオーバ手段は、
上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されている間、上記デジタルフィルタ手段からの出力の履歴と上記温度測定手段で測定された温度の履歴とを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶されたデジタルフィルタ手段からの出力の履歴および上記温度の履歴から経過時間および温度を変数とするデジタルフィルタ手段からの出力を近似する２元多項式を求めるとともに、上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されていない間、上記基準信号の出力が断絶された時点からの経過時間および上記温度測定手段で測定した温度を用いて上記２元多項式から上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求める演算手段と、
上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されている間、上記デジタルフィルタ手段からの出力を上記電圧制御型クロック発振手段に出力するとともに、上記基準信号が出力されていない間、上記演算手段で推定した上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を上記電圧制御型クロック発振手段に出力する切替手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のデジタル位相同期回路。
【請求項３】
上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記憶された上記デジタルフィルタ手段からの出力の履歴と温度の履歴とを参照して複数の２元多項式を求めるとともに、それぞれの２元多項式で求めた上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号と実際のデジタルフィルタ手段からの出力との誤差が最も小さい２元多項式を選択し、且つ上記同期対象と同期していない間、先に選択した２元多項式で電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求めることを特徴とする請求項２に記載のデジタル位相同期回路。
【請求項４】
上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記録された上記デジタルフィルタ出力の履歴と温度の履歴を参照する範囲を複数用意し、その複数の範囲の履歴に１対１に対応した複数の２元多項式を求めることを特徴とする請求項３に記載のデジタル位相同期回路。
【請求項１】
同期対象の信号源からの信号を検出したとき基準信号を出力する基準信号抽出手段と、
上記基準信号の未出力状態を検出する基準信号断検出手段と、
出力するクロックの周波数が電圧で制御される電圧制御型クロック発振手段と、
上記電圧制御型クロック発振手段から出力されるクロックを分周する分周手段と、
上記分周手段で分周された分周クロックと上記基準信号抽出手段からの基準信号との位相差を比較する位相検出手段と、
上記位相検出手段で検出された位相差の高周波成分を除去するデジタルフィルタ手段と、
を有するともにホールドオーバ機能を具備するデジタル位相同期回路において、
上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度を測定する温度測定手段と、
上記同期対象と同期している間、上記デジタルフィルタ手段からの出力で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するとともに上記デジタルフィルタ手段からの出力と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度、経過時問の履歴から経過時間と上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度と項に持つ２元多項式を求め、上記同期対象と同期していない間、上記同期対象に同期しなくなってからの経過時間および上記電圧制御型クロック発振手段の周辺の温度から上記２元多項式で上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を推定するとともに推定した制御信号で上記電圧制御型クロック発振手段を制御するホールドオーバ手段と、
を有することを特徴とするデジタル位相同期回路。
【請求項２】
上記ホールドオーバ手段は、
上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されている間、上記デジタルフィルタ手段からの出力の履歴と上記温度測定手段で測定された温度の履歴とを記憶する記憶手段と、
上記記憶手段に記憶されたデジタルフィルタ手段からの出力の履歴および上記温度の履歴から経過時間および温度を変数とするデジタルフィルタ手段からの出力を近似する２元多項式を求めるとともに、上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されていない間、上記基準信号の出力が断絶された時点からの経過時間および上記温度測定手段で測定した温度を用いて上記２元多項式から上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求める演算手段と、
上記基準信号抽出手段から基準信号が出力されている間、上記デジタルフィルタ手段からの出力を上記電圧制御型クロック発振手段に出力するとともに、上記基準信号が出力されていない間、上記演算手段で推定した上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を上記電圧制御型クロック発振手段に出力する切替手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のデジタル位相同期回路。
【請求項３】
上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記憶された上記デジタルフィルタ手段からの出力の履歴と温度の履歴とを参照して複数の２元多項式を求めるとともに、それぞれの２元多項式で求めた上記電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号と実際のデジタルフィルタ手段からの出力との誤差が最も小さい２元多項式を選択し、且つ上記同期対象と同期していない間、先に選択した２元多項式で電圧制御型クロック発振手段を制御する制御信号を求めることを特徴とする請求項２に記載のデジタル位相同期回路。
【請求項４】
上記演算手段は、上記同期対象と同期している間、上記記憶手段で記録された上記デジタルフィルタ出力の履歴と温度の履歴を参照する範囲を複数用意し、その複数の範囲の履歴に１対１に対応した複数の２元多項式を求めることを特徴とする請求項３に記載のデジタル位相同期回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−６１４２１（Ｐ２０１１−６１４２１Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０７９６７（Ｐ２００９−２０７９６７）
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（５９１０３６４５７）三菱電機エンジニアリング株式会社 (419)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【出願人】（５９１０３６４５７）三菱電機エンジニアリング株式会社 (419)
【Ｆターム（参考）】
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