JPH0980089A - 周波数測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動体通信基地局における搬送波やローカル
発振器の周波数を測定する場合に、立ち上がり時間が速
く、安価で、しかも可搬性が良好で、高精度の測定が可
能な周波数測定装置を提供する。 【解決手段】 移動体通信基地局における搬送波やロー
カル発振器の周波数を測定する周波数測定装置であっ
て、外部基準周波数信号を使用した周波数測定手段を備
え、周波数を測定するための汎用の周波数測定器と、移
動体通信基地局に供給される網同期クロックから外部基
準周波数信号を発生する周波数変換器とを有する構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル移動体通
信網における基地局設備の立ち上げ時や保守点検時に、
搬送波やローカル発振器の周波数を測定する周波数測定
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高度情報化社会の進歩に伴い通信
網が発展し、中でもセルラーシステム、ページングシス
テム、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）などの
移動体通信網が急速に整備されてきている。これら新し
い移動体通信サービスは従来からあるＦＤＭＡ（Freque
ncy Division Multiple Access）によるアナログ伝送方
式とは違い、ＴＤＭＡ（Time Division Multiple Acces
s）やＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）のよ
うなデジタル伝送方式が採用されている。

【０００３】デジタル伝送方式では伝送周波数、すなわ
ち搬送波周波数や基地局内のローカル発振器の不正確さ
が伝送エラーの原因となり、アナログ伝送方式よりも、
搬送波周波数の精度に対する要求が厳しくなっている。
したがって、周波数測定装置についても１０^-10 以下の
高い測定精度のものが要求され、あわせて多数存在する
基地局に対応するため、可搬性の向上も望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、周波数
カウンタやスペクトラム・アナライザ等の汎用の周波数
測定装置では、その測定精度が単体として１０^-9程度ま
でしかないため、上記の高精度要求に対応できなかっ
た。

【０００５】汎用の周波数測定装置の測定精度を制限し
ている主たる要因は、それら周波数測定装置が有する基
準周波数発振器の安定度の低さである。したがって、高
安定な発振器、例えば恒温層制御型水晶発振器やＲｂ
（ルビジウム）原子発振器などによって外部基準周波数
信号を汎用の周波数測定装置に供給することで高精度に
周波数を測定することができる。

【０００６】しかし、恒温層制御型水晶発振器は、電源
の入り切りによる周波数再現性が１０^-9程度とあまり良
好ではないため、持ち運びに際してはバッテリー等で電
源をバックアップしておかなければならず、そのために
可搬性が損なわれていた。

【０００７】また、原子発振器は、価格が高いだけでな
く、その校正方法が難しく、定期的なメンテナンスが必
要であるため維持管理がたいへんであった。

【０００８】また最近、基準信号を発振する水晶発振器
の長期的な周波数偏差を、ＶＬＦ（Very Low Frequenc
y）帯やＬＦ（Low Frequency）帯の標準電波、またはＧ
ＰＳ（Global Positioning System）やＧＬＯＮＡＳＳ
（ロシアの測位衛星）などの測位衛星の電波を利用して
自動的に校正する基準周波数発生装置などが開発されて
いる。これらを用いた場合、電波伝搬による校正用信号
の位相変動が十分抑制されるのに長時間（数時間に及
ぶ）を要することから、実用上問題のない周波数精度に
達するのに数時間を要し、さらに大型になるために可搬
性も良好ではなかった。

【０００９】本発明は上記したような従来の技術が有す
る問題点を解決するためになされたものであり、移動体
通信基地局における搬送波やローカル発振器の周波数を
測定する場合に、立ち上がり時間が速く、安価で、しか
も可搬性が良好で、高精度の測定が可能な周波数測定装
置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の周波数測定装置は、移動体通信基地局における
搬送波やローカル発振器などの周波数を測定する周波数
測定装置であって、外部基準周波数信号を使用する周波
数測定手段を備え、前記周波数を測定するための汎用の
周波数測定器と、前記移動体通信基地局に供給される網
同期クロックから、前記外部基準周波数信号を発生する
周波数変換器とを有することを特徴とする。

【００１１】このとき、周波数変換器に、ＡＭＩ符号化
信号からなる網同期クロックをＲＺ信号に変換する波形
変換回路と、前記波形変換回路の出力信号の周波数を分
周する第１の分周器と、入力電圧によって発振周波数を
変化させる電圧制御型発振器、前記電圧制御型発振器の
出力信号の周波数を分周する第２の分周器、前記第１の
分周器と前記第２の分周器の出力信号との位相を比較し
て位相差信号を出力する位相比較回路、及び前記位相差
信号を積分して前記電圧制御型発振器に帰還するローパ
スフィルタから構成され、前記第１の分周器の出力信号
に同期した前記外部基準周波数信号を発生するＰＬＬ回
路と、前記ＰＬＬ回路の出力を所定のレベルやインピー
ダンスに変換する増幅器とを備えていてもよく、波形変
換回路に、ＡＭＩ符号化信号からなる網同期クロックか
ら正レベルのパルスを検出して出力する正パルス用コン
パレータと、前記網同期クロックから負レベルのパルス
を検出して出力する負パルス用コンパレータと、前記正
パルス用コンパレータの出力信号、及び前記負パルス用
コンパレータの出力信号を合成する論理和回路とを備え
ていてもよい。

【００１２】また、電圧制御型発振器として、恒温層制
御型水晶発振器を備えていてもよく、ローパスフィルタ
の時定数を大きくして、ＰＬＬ回路のループの結合力を
弱くしてもよい。

【００１３】上記のように構成された周波数測定装置
は、移動体通信基地局に供給される高安定な網同期クロ
ックから、周波数変換器によって汎用の周波数測定装置
用の外部基準周波数信号を発生することで、高安定な外
部基準周波数信号を得ることができる。

【００１４】また、周波数変換器に、ＡＭＩ符号化信号
からなる網同期クロックをＲＺ信号に変換する波形変換
回路と、波形変換回路の出力信号の周波数を分周する第
１の分周器と、入力電圧によって発振周波数を変化させ
る電圧制御型発振器、電圧制御型発振器の出力信号の周
波数を分周する第２の分周器、第１の分周器と第２の分
周器の出力信号との位相を比較して位相差信号を出力す
る位相比較回路、及び位相差信号を積分して電圧制御型
発振器に帰還するローパスフィルタからなり、第１の分
周器の出力信号に同期した外部基準周波数信号を発生す
るＰＬＬ回路と、ＰＬＬ回路の出力信号を所定のレベル
やインピーダンスに変換する増幅器とを備え、波形変換
回路に、ＡＭＩ符号化信号からなる網同期クロックから
正レベルのパルスを検出して出力する正パルス用コンパ
レータと、網同期クロックから負レベルのパルスを検出
して出力する負パルス用コンパレータと、正パルス用コ
ンパレータの出力信号、及び負パルス用コンパレータの
出力信号を合成する論理和回路とを備えることで、簡単
な回路で周波数変換器を構成することができ、小さな筺
体に収納することができる。

【００１５】さらに、電圧制御型発振器に恒温層制御型
水晶発振器を用いると、恒温層制御型水晶発振器は、小
型、安価で、かつ立ち上がり時間が短く、しかも位相雑
音も優れているため、立ち上がり時間が早く、可搬性に
優れた周波数変換器を得ることができる。

【００１６】また、ローパスフィルタの時定数を大きく
して、ＰＬＬ回路のループの結合力を弱くすることで、
網同期クロックに含まれるジッタや波形変換回路等の内
部回路で発生するジッタが抑圧される。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００１８】デジタル移動体通信基地局に供給されてい
るＩＳＤＮ用網同期クロックは、国際的にはＩＴＵ−
Ｔ、国内ではＴＴＣなどの標準機関で波形や伝送レート
が勧告されており、一般的にはそれらに従った伝送レー
トである６４ＫＨｚで、８ＫＨｚまたは４ＫＨｚのバイ
オレーションがかかったＡＭＩ（Alternate Mark Inver
sion）符号化信号の形態で供給されている。ＩＳＤＮ用
網同期クロックは、周波数安定度が１０^-12 の１次周波
数標準器であるＣｓ（セシウム）原子発振器によって作
られており、ネットワークを構成する各基地局へと分配
されている。各基地局では受け取ったクロックを網同期
をとるための網同期装置で受信し、伝送中に重畳された
位相変動を除去して、安定なクロックとして再生し、各
基地局内に１０^-11 以下の周波数安定度で分配してい
る。

【００１９】本発明は、この高安定なＩＳＤＮ用網同期
クロックからクロック成分を抽出し、抽出したクロック
から、例えば１０ＭＨｚの信号を発生する周波数変換器
を設け、その出力信号を汎用の周波数測定装置である周
波数カウンタやスペクトラム・アナライザへの外部基準
周波数信号として使用する。網同期装置から出力される
クロックの周波数は前述したように非常に高い精度であ
るため、それを利用して得られる外部基準周波数もまた
高い精度の周波数であり、このことによって、１０^-10
以下の高い精度の周波数測定が可能になる。

【００２０】図１は本発明の周波数測定装置の周波数変
換器の構成を示すブロック図である。図２は図１に示し
た波形変換回路の例を示す回路図である。図３は図１に
示した位相比較回路の例を示す図であり、同図（ａ）は
ＥＸ−ＯＲを使用した回路図、同図（ｂ）はフリップフ
ロップを使用した回路図、同図（ｃ）はゲート回路とチ
ャージポンプとを使用した回路図である。また、図４は
図１に示したローパスフィルタの例を示す図であり、同
図（ａ）はラグフィルタの回路図、同図（ｂ）はラグリ
ードフィルタの回路図、同図（ｃ）は能動ＲＣフィルタ
の回路図である。

【００２１】図１において、周波数変換器は、ＩＳＤＮ
用網同期クロックとして一般的なＡＭＩ符号化信号から
ＲＺ（Return to Zero）信号に変換する波形変換回路１
と、波形変換回路１の出力信号を分周する第１の分周器
２と、第１の分周器２の出力信号に同期してカウンタや
スペクトラム・アナライザなどの汎用の周波数測定器の
外部基準周波数信号を出力するＰＬＬ回路３と、ＰＬＬ
回路３の出力を汎用の周波数測定器に必要なレベルやイ
ンピーダンスに変換する任意の数の増幅器８によって構
成されている。ＰＬＬ回路３は２つの入力信号の位相を
比較してその位相差信号を出力する位相比較回路４と、
位相比較回路４の位相差信号を積分してその位相差に応
じた電圧を出力するローパスフィルタ５と、ローパスフ
ィルタ５の出力電圧に応じて発振周波数を変える電圧制
御型発振器６と、電圧制御型発振器６の出力信号を分周
して位相比較回路４に帰還する第２の分周器７とによっ
て構成され、第１の分周器２の出力信号の位相に対して
第２の分周器７の出力信号の位相が同期するようにルー
プが構成されている。このとき電圧制御型発振器６から
は、ＩＳＤＮ用網同期クロックに同期した出力信号を得
ることができ、その出力周波数は第１の分周器２、及び
第２の分周器７の分周数で決まる。

【００２２】図２において、波形変換回路１は電圧比較
用の基準電圧を発生する基準電圧発生部１１と、ＡＭＩ
符号化信号中から正のパルスを取り出す正パルス用コン
パレータ１２と、ＡＭＩ符号化信号中から負のパルスを
取り出す負パルス用コンパレータ１３と、正パルス用コ
ンパレータ１２、及び負パルス用コンパレータ１３の出
力信号を合成する論理和回路１４とによって構成されて
いる。正パルス用コンパレータ１２、及び負パルス用コ
ンパレータ１３は、入力されたＡＭＩ符号化信号と基準
電圧発生部１１で発生した基準電圧とを比較し、正パル
ス列、及び負パルス列を作成する。論理和回路１４はそ
れらのパルス列を合成し、６４ＫＨｚのＲＺ信号を作成
する。この６４ＫＨｚのＲＺ信号は第１の分周器２によ
って１／８に分周され、８ＫＨｚの信号となってＰＬＬ
回路３を構成する位相比較回路４へ出力される。

【００２３】位相比較回路４では、入力されたＩＳＤＮ
用網同期クロックから作成された８ＫＨｚの信号、及び
第２の分周器７の出力信号の２つの信号の位相差信号を
検出する。位相比較回路４は、図３（ａ）に示すような
排他的論理和回路や図３（ｂ）に示すようなフリップフ
ロップ、あるいは図３（ｃ）に示すような複数の論理ゲ
ートを組み合わせた位相比較器などによって構成されて
いる。ここで、電圧制御型発振器６からは、周波数測定
器の基準周波数として一般的な１０ＭＨｚを中心周波数
とした信号が発振される。第２の分周器７は電圧制御型
発振器６の出力信号を１／１２５０に分周するため、第
２の分周器７からは８ＫＨｚを中心周波数とした信号が
出力されて位相比較回路４に出力される。

【００２４】位相比較回路４から出力された位相差信号
は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようなローパスフィルタ
５に入力され、ローパスフィルタ５によって積分されて
直流電圧に変換され、電圧制御型発振器６に出力され
る。

【００２５】電圧制御型発振器６は入力された直流電圧
の値によって、その発振周波数を変化させ、位相比較回
路４に入力される２つの信号の位相が一致するようにＰ
ＬＬループとして動作する。そして、それらの信号の位
相が一致したとき、電圧制御型発振器６の出力（１０Ｍ
Ｈｚ）がＩＳＤＮ用網同期用クロックに同期することに
なる。

【００２６】周波数が制御された電圧制御型発振器６の
出力（１０ＭＨｚ）は、増幅器８によって汎用の周波数
測定装置である周波数カウンタやスペクトラム・アナラ
イザなどの入力に対応したレベルやインピーダンスに変
換される。

【００２７】このようにして得られた増幅器８の出力信
号（１０ＭＨｚ）を外部基準周波数信号として周波数カ
ウンタやスペクトラム・アナライザ等に入力すること
で、高精度な周波数測定が可能になる。また、周波数変
換器は回路構成が非常に簡単であるため、比較的小さな
筺体に入れることができ、可搬性が良好になる。

【００２８】ところで、電圧制御型発振器６には、エー
ジングレートが優れたものよりも、価格や形状等の条件
が許される範囲で、極力位相雑音が少ないものを選び、
かつローパス・フィルタの時定数をフィードバックルー
プが成立する範囲内でなるべく大きくして、弱い結合に
しておいたほうが良い。このようにすることで、網同期
クロックに含まれるジッタや波形変換回路１等の内部回
路で発生するジッタが抑圧され、短期的にも優れた安定
度を有する外部基準周波数信号を発生することができ
る。

【００２９】また、電圧制御型発振器６の立ち上がり時
間（電源立ち上げ後から発振周波数がその制御周波数範
囲に収束するまでの時間）が、周波数測定装置の電源投
入後から周波数測定可能になるまでの時間になるので、
他の規格や条件との兼ね合いで許される範囲内で、立ち
上がり時間がなるべく早いものを選択し、かつ周波数制
御範囲が広いものを選ぶのが好ましい。

【００３０】これらの条件を満たす電圧制御型発振器６
としては、例えば、ＳＣカットによる恒温層制御型水晶
発振器などがある。最近のＳＣカットの恒温層制御型水
晶発振器は、従来使用されてきたＡＴカットの水晶発振
器よりも小型、安価で、かつ立ち上がり時間が短く、し
かも位相雑音も優れている。このような水晶発振器を電
圧制御型発振器６に用いることで、立ち上がり時間が早
く、可搬性に優れた周波数変換器を得ることができ、高
精度な周波数測定装置を安価に実現できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。

【００３２】請求項１に記載のものにおいては、移動体
通信基地局に供給される網同期クロックから、周波数変
換器によって汎用の周波数測定装置用の外部基準周波数
信号を発生し、その外部基準周波数信号を使用して搬送
波やローカル発振器の周波数を測定することで、高い精
度の周波数測定が可能になる。

【００３３】請求項２および３に記載のものにおいて
は、簡単な回路で周波数変換器を構成することができ、
小さな筺体に収納することができるため可搬性が良好に
なる。請求項４に記載のものにおいては、電圧制御型発
振器に恒温層制御型水晶発振器を用いることで、立ち上
がり時間が早く、可搬性に優れた周波数変換器を得るこ
とができ、高精度な周波数測定装置を安価に実現でき
る。

【００３４】請求項５に記載のものにおいては、ローパ
スフィルタの時定数を大きくして、ＰＬＬ回路のループ
の結合力を弱くすることで、網同期クロックに含まれる
ジッタや波形変換回路等の内部回路で発生するジッタが
抑圧され、短期的にも優れた安定度を有する外部基準周
波数信号を発生することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の周波数測定装置の周波数変換器の構成
を示すブロック図である。

【図２】図１に示した波形変換回路の例を示す回路図で
ある。

【図３】図１に示した位相比較回路の例を示す図であ
り、同図（ａ）はＥＸ−ＯＲを使用した回路図、同図
（ｂ）はフリップフロップを使用した回路図、同図
（ｃ）はゲート回路とチャージポンプとを使用した回路
図である。

【図４】図１に示したローパスフィルタの例を示す図で
あり、同図（ａ）はラグフィルタの回路図、同図（ｂ）
はラグリードフィルタの回路図、同図（ｃ）は能動ＲＣ
フィルタの回路図である。

【符号の説明】

１ 波形変換回路 ２ 第１の分周器 ３ ＰＬＬ回路 ４ 位相比較回路 ５ ローパスフィルタ ６ 電圧制御型発振器 ７ 第２の分周器 ８ 増幅器 １１ 基準電圧発生部 １２ 正パルス用コンパレータ １３ 負パルス用コンパレータ １４ 論理和回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体通信基地局における搬送波やロー
   カル発振器などの周波数を測定する周波数測定装置であ
   って、 外部基準周波数信号を使用する周波数測定手段を備え、
   前記周波数を測定するための汎用の周波数測定器と、 前記移動体通信基地局に供給される網同期クロックか
   ら、前記外部基準周波数信号を発生する周波数変換器
   と、を有することを特徴とする周波数測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の周波数測定装置におい
   て、 周波数変換器に、 ＡＭＩ符号化信号からなる網同期クロックをＲＺ信号に
   変換する波形変換回路と、 前記波形変換回路の出力信号の周波数を分周する第１の
   分周器と、 入力電圧によって発振周波数を変化させる電圧制御型発
   振器、前記電圧制御型発振器の出力信号の周波数を分周
   する第２の分周器、前記第１の分周器と前記第２の分周
   器の出力信号との位相を比較して位相差信号を出力する
   位相比較回路、及び前記位相差信号を積分して前記電圧
   制御型発振器に帰還するローパスフィルタから構成さ
   れ、前記第１の分周器の出力信号に同期した前記外部基
   準周波数信号を発生するＰＬＬ回路と、 前記ＰＬＬ回路の出力を所定のレベルやインピーダンス
   に変換する増幅器と、を備えたことを特徴とする周波数
   測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の周波数測定装置におい
   て、 波形変換回路に、 ＡＭＩ符号化信号からなる網同期クロックから正レベル
   のパルスを検出して出力する正パルス用コンパレータ
   と、 前記網同期クロックから負レベルのパルスを検出して出
   力する負パルス用コンパレータと、 前記正パルス用コンパレータの出力信号、及び前記負パ
   ルス用コンパレータの出力信号を合成する論理和回路
   と、を備えたことを特徴とする周波数測定装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の周波数測定装
   置において、 電圧制御型発振器として、恒温層制御型水晶発振器を備
   えたことを特徴とする周波数測定装置。
5. 【請求項５】 請求項２ないし４いずれか１項に記載の
   周波数測定装置において、 ローパスフィルタの時定数を大きくして、ＰＬＬ回路の
   ループの結合力を弱くして、入力信号のジッタを抑圧す
   ることを特徴とする周波数測定装置。