JPH0744526B2 - 信号同期方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は信号同期方式に係り、特に互いに離れた２点間
を結ぶデータ伝送路を利用して、例えば送電線電流値等
の数値を同時に計測するためのサンプリング信号の信号
同期方式に関するものである。

［従来の技術］ 送電線保護リレーとしてディジタル電流作動リレー装置
の採用が近年進みつつある。このディジタル電流作動リ
レーにおいては、送電線の両端子の電流情報をディジタ
ル値に変換し、これをマイクロ波や光ファイバ等のディ
ジタル伝送路により伝送し、差動演算により保護動作を
おこなう仕組になっている。従って、互いに離れた両端
子で同時にサンプリング信号を発生させることが必要で
ある。しかしながら伝送路には伝送遅延時間が存在する
ため、従来のデータ伝送技術によってはサンプリング信
号の同期化を行なうことができない。

この問題を解決する方法として第４図（ａ）及び（ｂ）
に示すような同期化方式が提案されている（特公昭59-5
1209号）。即ち、対向する伝送路により結ばれた主局と
従局とからそれぞれ特定サンプリングナンバーのデータ
Dm及びDsを周期Ｔで互いに伝送し、この周期Ｔを両局間
の伝送遅延時間τに対しＴ＞２τとなるように設定す
る。さらに、主局がデータDmを送信してからデータDsを
受信するまでの所要時間をtm、従局がデータDsを送信し
てからデータDmを受信するまでの所要時間をtsとして、
tm＝tsとなるように従局におけるデータDsの送信を進ま
せあるいは遅らせる。ただし、第４図（ｂ）のようにtm
＋ts＞Ｔのときには、まずtmとtsの差が大きくなるよう
に従局の送信タイミングを変化させて第４図（ａ）のご
とくtm＋ts＜Ｔとしてからtm＝tsとなるように操作す
る。

以上のようにしてサンプリングの同期化を行なうことが
できる。

［発明が解決しようとする問題点］ すなわち、この同期化方式は周期Ｔ毎に得られる所要時
間データtmとtsの大小比較の結果に基づいて従局側の送
信タイミングを進ませるあるいは遅らせることによりサ
ンプリングの同期化を行なおうとするものである。従っ
て、主局の送信タイミング信号周波数fmと従局の送信タ
イミング信号周波数fsとの差Δｆにより周期Ｔの間に生
じる両局の送信タイミングの偏差δＴ＝Ｔ・Δf/f（た
だし、ｆ＝（fm＋fs）/2）が無視できる程度に小さいこ
とが前提条件となっている。この偏差δＴが大きいと、
周期Ｔ毎のタイミング制御量tcを大きくしなければなら
ず、その結果、制御が粗くなって同期誤差が大きくなっ
てしまう。

例えば、周期Ｔ＝20msの場合、｜Δｆ＝f|＝２×10^-5で
は偏差｜δT|＝0.8μｓとなり、前記の方式では同期を
維持することができないか、あるいは±５μｓ程度の同
期誤差が常に生じてしまうので、｜Δf/f|≦２×10^-6の
安定度が必要となってくる。

このため、前記の同期化方式で高精度の同期化を行なう
ためには高精度且つ高安定度のクロック発生回路が必要
となる。

しかしながら、このようなクロック発生回路を実現する
ためには回路の精密調整に加えて恒温槽等を用いて回路
温度を一定に保持しなければならず、そのために装置の
大型化，信頼性の低下、及び高価格化等の問題を招いて
いた。

かくして本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消
し、高精度且つ高安定度のクロック発生回路を用いなく
ても高精度の同期化を行なうことができる信号同期方式
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の信号同期信号は上記目的を達成するために、デ
ータ伝送路により結ばれた２台の送受信装置間で、前記
装置間の伝送遅延時間をτとするとき、２τより大きい
周期Ｔで繰返すサンプリングナンバーを付加した同じ伝
送フォーマットのデータを互いに送信し、前記装置のそ
れぞれにおいて自装置の特定サンプリングナンバーのデ
ータDmまたはDsの送信から相手装置からの特定サンプリ
ングナンバーのデータDsまたはDmの受信までの時間tmま
たはtsを計測し、同期に関して主局となる装置では時間
tmを他のデータに多重化して伝送し、一方同期に関して
従局となる装置では時間tm,tsを用いて送信タイミング
制御量を決定し、この送信タイミング制御量に基づいて
送信タイミングを進ませるあるいは遅らせることにより
前記主局となる装置のサンプリング同期信号に同期して
サンプリング同期信号を発生させる信号同期方式におい
て、従局となる装置は、クロックパルスを出力するクロ
ック発生回路と、このクロック発生回路に接続されクロ
ック発生回路からのクロックパルスを入力すると共に送
信タイミング制御量に対応した個数の制御パルス信号及
び進みまたは遅れ方向を指示するための制御方向指示信
号を入力してこれらの信号に基づいてクロックパルスを
抜取るあるいは挿入してクロック信号として出力するパ
ルス抜取り挿入回路と、さらにパルス抜取り挿入回路に
接続されクロック信号を分周して送信タイミング信号を
出力する固定分周器と、この固定分周器に接続され送信
タイミング信号により送信データDsを主局側に送信する
と共に所定の周期の送信同期信号と制御タイミング信号
とを出力するデータ送信回路と、主局から伝送された受
信データDmを受信して受信同期信号と受信データDmから
取出した所要時間tmとを出力するデータ受信回路と、デ
ータ送信回路及びデータ受信回路に接続されそれぞれ出
力された送信同期信号と受信同期信号との間の所要時間
tsをクロック信号により計測する計時回路と、データ受
信回路及び計時回路に接続され過去の所要時間tm及びts
のデータから最適な送信タイミング制御量を決定する同
期制御回路と、この同期制御回路に接続されると共にデ
ータ送信回路にも接続され、データ送信回路から制御タ
イミング信号を入力すると送信タイミング制御量に対応
した個数の制御パルス信号及び制御の方向を指示する制
御方向指示信号をパルス抜取り挿入回路に出力する進み
遅れ制御回路とより構成されており、上記送信タイミン
グ制御量と時間差tm-tsとの過去数回分の既知のデータ
から主局及び従局の送信タイミング周波数の相対偏差と
送信タイミング制御を行なったあとの時間差tm-tsとを
推定し、さらにこれらの推定値から送信タイミング制御
量を決定することを特徴とする信号同期方式にある。

［作用］ このような構成とすることにより、主局と従局の送信タ
イミング周波数fm及びfsの相対偏差Δf/f（ただし、Δ
ｆ＝fm−fs、ｆ＝（fm＋fs）/2）を小さくしなくても次
回の所要時間tmとtsを等しくするような従局の送信タイ
ミング制御量を決定して同期化させることができる。従
って、高精度且つ高安定度のクロック発生回路が不要と
なる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る信号同期方式における
従局の構成図である。図中、１は周期σのクロック信号
MCKを出力するクロック発生回路であり、このクロック
発生回路１に制御パルス信号CL及び制御方向（進みまた
は遅れ）指示信号FOを入力してこれらの信号に基づいて
クロック信号MCKのクロックパルスを抜取るあるいは挿
入してクロック信号CKとして出力するパルス抜取り挿入
回路２が接続されている。さらにパルス抜取り挿入回路
２にはクロック信号CKを分周して送信タイミング信号TC
を出力する固定分周器３が接続され、この固定分周器３
に送信タイミング信号TCにより送信データDsを主局側に
送信すると共に所定の周期Ｔの送信同期信号TSと制御タ
イミング信号CTとを出力するデータ送信回路４が接続さ
れている。

また、５は主局から伝送された受信データDmを受信して
受信同期信号RSと受信データDmから取出した所要時間tm
とを出力するデータ受信回路であり、６はデータ送信回
路４及びデータ受信回路５からそれぞれ出力された送信
同期信号TSと受信同期信号RSとの間の所要時間tsをクロ
ック信号MCKにより計測する計時回路である。そして、
データ受信回路５及び計時回路６には過去の所要時間tm
及びtsのデータから次回の最適な送信タイミング制御量
tcを決定する同期制御回路７が接続され、この同期制御
回路７にはデータ送信回路４から制御タイミング信号CT
を入力すると送信タイミング制御量tcに対応した個数の
制御パルス信号CL及び制御の方向を指示する制御方向指
示信号FOをパルス抜取り挿入回路２に出力する進み遅れ
制御回路８が接続されている。

次に、本実施例の動作を説明する。

まず、データ送信回路４から送信データDsが送信される
とここから送信同期信号TSが、またデータ受信回路５に
受信データDmが受信されるとここから受信同期信号RSが
それぞれ計時回路６に出力される。そして、計時回路６
で送信同期信号TSと受信同期信号RSとの間の所要時間ts
が計測され、この所要時間tsとデータ受信回路５からの
所要時間tmとが同期制御回路７に入力し記憶される。

同期制御回路７では過去数回分の所要時間tm及びtsから
次回の最適な送信タイミング制御量tcが決定され、さら
に進み遅れ制御回路８から送信タイミング制御量tcに対
応した制御パルス信号CL及び制御方向指示信号FOが出力
されて、これらの信号に基づいてパルス抜取り挿入回路
２でクロック信号MCKのパルスの抜取りあるいは挿入が
行なわれる。

このようにして得られたクロック信号CKは固定分周器３
で分周され、送信タイミング信号TCとしてデータ送信回
路４に入力し、ここからこの送信タイミング信号TCに基
づいて送信データDsが送信される。これにより、サンプ
リングの同期化がなされる。

ここで、第２図のタイミング図を参照して同期制御回路
７における送信タイミング制御量tcの決定方法を述べ
る。

図中、t_mi及びt_si（ｉは整数）はそれぞれ期間iT≦ｔ＜
（ｉ＋１）Ｔにおける所要時間tm及びtsの計測値を表わ
しており、この期間での送信タイミング制御量t_ciをク
ロック信号MCKの周期σを用いてt_ci＝Ki・σ（Kiは制御
値）と表わすことにする。いま、時刻ｔ＝０において次
回（時刻ｔ＝Ｔ）の最適の制御値K₀を決定することを考
える。すなわち、過去の制御値K_-1,K_-2,K_-3…及び所要
時間t_s-1,t_s-2,t_s-3…は既知であり、所要時間t_miに関
しては主局からの伝送遅延が存在するために、t_m-3,t
_m-4,t_m-5…が既知である。

ところで、周期Ｔの間に主局と従局との伝信タイミング
周波数fm,fsの相対偏差Δf/f（ただし、Δｆ＝fm-fs、
ｆ＝（fm＋fs）/2）によって時間差t_mi-t_siは２δＴ＝2
T・Δf/fだけ増加する。一方、従局の送信タイミングを
Kiσだけ進めると時間差t_mi-t_siは−2Kiσだけ減少す
る。ここで係数２は所要時間tmとtsとで同一量の増減が
生じることによっている。従って、 t_mi+1-t_si+1＝t_mi-t_si＋２δＴ−2Kiσ ……（１） が成立する。そこで、δＴが既知であれば、上記（１）
式を用いて未知の時間差t_m-2-t_s-2，t_m-1-t_s-1，t_mo-t
_soを推定することができる。

さらに、δＴは既知の時間差t_mi−t_si及び制御値Kiを用
いて式 により推定できる。ただし、ｎは正の整数であり、サン
プル数を示している。

これら（１）式及び（２）式によりt_mi＝t_siとなるよう
な最適の制御値K₀が次のように決定される。

なお、t_mi及びt_siには−σないし０の計測誤差が含まれ
るために、δＴ及び（t_mo-t_so）の推定値にも誤差が生
じるが、この誤差を抑制するためには例えば（２）式に
おけるサンプル数ｎを大きくとればよい。

また、第３図（ａ）及び（ｂ）にT/σ＝86400,Δf/f＝
２×10^-5の場合における上記の方法を用いたシミュレー
ションの結果を示す。第３図（ａ）には（（t_mi-t_si）
／σが、第３図（ｂ）には決定された制御値Kiがそれぞ
れ示されており、計測誤差も加味されている。この結果
からわかるように極めて高い精度で制御値Kiが決定され
る。

このようにして決定された制御値Kiに周期σを乗じて送
信タイミング制御量t_ciを求め、この送信タイミング制
御量t_ciに基づいて次回のデータ送信が行なわれる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の信号同期方式によれば、次
のごとき優れた効果を発揮する。

すなわち、高精度且つ高安定度のクロック発生回路を用
いずに高精度の同期化を行なうことができる。従って、
恒温槽等を用いてクロック発生回路の温度を安定化させ
る必要がないので、伝送システムの小型化，信頼性の向
上，保守性の向上，低価格化等が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る信号同期方式における
従局の構成図、第２図は実施例の動作を示すタイミング
図、第３図（ａ）及び（ｂ）は実施例による送信タイミ
ング制御量の決定方法を用いたシミュレーションの結果
を示すグラフ、第４図（ａ）及び（ｂ）は従来の同期化
方式を示す説明図である。 図中、１はクロック発生回路、２はパルス抜取り挿入回
路、３は固定分周器、４はデータ送信回路、５はデータ
受信回路、６は計時回路、７は同期制御回路、８は進み
遅れ制御回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】データ伝送路により結ばれた２台の送受信
   装置間で、前記装置間の伝送遅延時間をτとするとき、
   ２τより大きい周期Ｔで繰返すサンプリングナンバーを
   付加した同じ伝送フォーマットのデータを互いに送信
   し、前記装置のそれぞれにおいて自装置の特定サンプリ
   ングナンバーのデータDmまたはDsの送信から相手装置か
   らの特定サンプリングナンバーのデータDsまたはDmの受
   信までの時間tmまたはtsを計測し、同期に関して主局と
   なる装置では時間tmを他のデータに多重化して伝送し、
   一方同期に関して従局となる装置では時間tm,tsを用い
   て送信タイミング制御量を決定し、この送信タイミング
   制御量に基づいて送信タイミングを進ませるあるいは遅
   らせることにより前記主局となる装置のサンプリング同
   期信号に同期してサンプリング同期信号を発生させる信
   号同期方式において、従局となる装置は、クロックパル
   スを出力するクロック発生回路と、このクロック発生回
   路に接続されクロック発生回路からのクロックパルスを
   入力すると共に送信タイミング制御量に対応した個数の
   制御パルス信号及び進みまたは遅れ方向を指示するため
   の制御方向指示信号を入力してこれらの信号に基づいて
   クロックパルスを抜取るあるいは挿入してクロック信号
   として出力するパルス抜取り挿入回路と、さらにパルス
   抜取り挿入回路に接続されクロック信号を分周して送信
   タイミング信号を出力する固定分周器と、この固定分周
   器に接続され送信タイミング信号により送信データDsを
   主局側に送信すると共に所定の周期の送信同期信号と制
   御タイミング信号とを出力するデータ送信回路と、主局
   から伝送された受信データDmを受信して受信同期信号と
   受信データDmから取出した所要時間tmとを出力するデー
   タ受信回路と、データ送信回路及びデータ受信回路に接
   続されそれぞれ出力された送信同期信号と受信同期信号
   との間の所要時間tsをクロック信号により計測する計時
   回路と、データ受信回路及び計時回路に接続され過去の
   所要時間tm及びtsのデータから最適な送信タイミング制
   御量を決定する同期制御回路と、この同期制御回路に接
   続されると共にデータ送信回路にも接続され、データ送
   信回路から制御タイミング信号を入力すると送信タイミ
   ング制御量に対応した個数の制御パルス信号及び制御の
   方向を指示する制御方向指示信号をパルス抜取り挿入回
   路に出力する進み遅れ制御回路とより構成されており、
   上記送信タイミング制御量と時間差tm-tsとの過去数回
   分の既知のデータから主局及び従局の送信タイミング周
   波数の相対偏差と送信タイミング制御を行なったあとの
   時間差tm-tsとを推定し、さらにこれらの推定値から送
   信タイミング制御量を決定することを特徴とする信号同
   期方式。