JP2005322982A - 周波数同期ネットワーク及び時刻同期ネットワーク、周波数同期方法及び時刻同期方法、ならびに通信局 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明では、予めマスタ局とスレーブ局との従属関係を設定することがなく、その時々の受信状態に応じて各通信局が同期先を決定して通信することが可能な周波数同期ネットワーク及び時刻同期ネットワーク、周波数同期方法及び時刻同期方法、ならびに通信局を提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明は、無線通信により基準周波数に周波数同期して通信する通信局５０〜５５を２以上有する周波数同期ネットワーク１であって、通信局は、いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された通信信号を他の通信局から受信し、受信した通信信号に含まれる同期階層識別情報から得られる送信元の同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、周波数同期する他の通信局を選択することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信により同期して通信する通信局を有する周波数同期ネットワーク及び時刻同期ネットワーク、周波数同期方法及び時刻同期方法、ならびにその通信局に関する。

本発明者らは、以下の特許文献１により、無線通信ネットワークにおける周波数同期の手法について出願を行った。

特許文献１に記載の発明では、無線通信ネットワークにおける通信局の中には、基準周波数を発生させるマスタ局と、マスタ局に周波数同期するスレーブ局と、を備えている。このスレーブ局は、受信フレームにおける送信元のアドレスを読み取り、それがマスタ局のアドレスと一致している場合には、受信フレームからクロック周波数を抽出してこれに周波数同期する。

また、同様に、無線通信ネットワークにおける通信局の中には、基準時刻を発生させるマスタ局と、マスタ局に対して時刻同期するスレーブ局と、を備えている。このスレーブ局は、受信フレームにおける送信元のアドレスを読み取り、それがマスタ局のアドレスと一致している場合には、マスタ局との間で相互にタイミングマーカ用のフレームの送受信を行って時刻同期する。

上記の同期手法は、無線通信ネットワークにおいて、予めマスタ局となる通信局とスレーブ局となる通信局とが決められている場合には有効な手法である。
特願２００３−１１４８８４９号公報

しかし、特許文献１に記載した発明を、特許文献１において想定していない例えば、アドホックネットワークのように、無線で接続できる携帯電話等の端末のみで構成されたアクセスポイントを必要としないネットワークに適用する場合、マスタ局とスレーブ局との従属関係が存在しないためにネットワーク全体の同期関係が不安定となることが予想される。

そこで、本発明では、予めマスタ局とスレーブ局との従属関係を設定することがなく、その時々の受信状態に応じて各通信局が同期先を決定して通信することが可能な周波数同期ネットワーク及び時刻同期ネットワーク、周波数同期方法及び時刻同期方法、ならびに通信局を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、いずれかの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層により、ネットワークを構成する通信局を階層化することとした。各通信局は、他の通信局と通信を行う前に、通信フレームに含まれる同期階層識別情報を読み取る。そして、各通信局は、読み取った同期階層と自局の同期階層とを比較して、通信を行う通信局を選択して同期することとした。

すなわち、本発明に係る周波数同期ネットワークは、無線通信により他の通信局から送信される基準周波数に合わせて周波数同期して通信する通信局を２以上有する周波数同期ネットワークであって、前記通信局は、いずれの通信局からの通信信号に同期するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された前記通信信号を他の通信局から受信し、受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる送信元の同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、周波数同期する前記他の通信局を選択することを特徴とする。

上記周波数同期ネットワークにおいて、前記通信局は、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する前記他の通信局を選択することが望ましい。

また、上記周波数同期ネットワークにおいて、前記通信局は、前記他の通信局のうち最も高い同期階層を有する通信局を選択することが望ましい。

また、上記周波数同期ネットワークにおいて、前記通信局は、周波数同期すると共に、自局の前記同期階層が同期元の前記他の通信局の同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新し、且つ更新後の自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することが望ましい。

また、本発明に係る時刻同期ネットワークは、無線通信により他の通信局から送信される基準時刻に合わせて時刻同期して通信する通信局を２以上有する時刻同期ネットワークであって、前記通信局は、いずれの通信局からの通信信号に同期するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された前記通信信号を他の通信局から受信し、受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる送信元の同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、時刻同期する前記他の通信局を選択することを特徴とする。

上記時刻同期ネットワークにおいて、前記通信局は、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する前記他の通信局を選択することが望ましい。

また、上記時刻同期ネットワークにおいて、前記通信局は、前記他の通信局のうち最も高い同期階層を有する通信局を選択することが望ましい。

また、上記時刻同期ネットワークにおいて、前記通信局は、時刻同期すると共に、自局の前記同期階層が同期元の前記他の通信局の同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新し、且つ更新後の自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することが望ましい。

また、本発明に係る周波数同期方法は、無線通信により基準周波数を送受信する通信局が、他の通信局から送信される前記基準周波数に合わせて周波数同期する周波数同期方法であって、通信局が、いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報を通信信号に付加して送信する通信信号送信ステップと、前記通信信号送信ステップにおいて送信された前記通信信号を他の通信局が受信する通信信号受信ステップと、前記通信信号受信ステップにおいて受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報によって、前記他の通信局が自局の同期階層と前記通信信号の送信元の同期階層とを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおける比較に基づいて、前記他の通信局が周波数同期する前記通信局を選択する周波数同期通信局選択ステップと、を有することを特徴とする。

上記周波数同期方法における前記周波数同期通信局選択ステップにおいて、前記他の通信局は、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する通信局を選択することが望ましい。

また、上記周波数同期方法における前記周波数同期通信局選択ステップにおいて、前記他の通信局は、前記通信局のうち最も高い同期階層を有する通信局を選択することが望ましい。

また、上記周波数同期方法において、前記周波数同期通信局選択ステップの後に、前記他の通信局が、自局の前記同期階層が同期元の前記通信局の同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新する更新ステップと、前記更新ステップにおいて同期階層を更新した後に、前記他の通信局が、通信信号に自局の同期階層識別情報を付加して送信する情報付加送信ステップと、を更に有することが望ましい。

また、本発明に係る時刻同期方法は、無線通信により基準時刻を送受信する通信局が、他の通信局から送信される前記基準時刻に合わせて時刻同期する時刻同期方法であって、通信局が、いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報を通信信号に付加して送信する通信信号送信ステップと、前記通信信号送信ステップにおいて送信された前記通信信号を他の通信局が受信する通信信号受信ステップと、前記通信信号受信ステップにおいて受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報によって、前記他の通信局が自局の同期階層と前記通信信号の送信元の同期階層とを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおける比較に基づいて、前記他の通信局が時刻同期する前記通信局を選択する時刻同期通信局選択ステップと、を有することを特徴とする。

上記時刻同期方法における前記時刻同期通信局選択ステップにおいて、前記他の通信局は、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する通信局を選択することが望ましい。

また、上記時刻同期方法における前記時刻同期通信局選択ステップにおいて、前記他の通信局は、前記通信局のうち最も高い同期階層を有する通信局を選択することが望ましい。

また、上記時刻同期方法において、前記時刻同期通信局選択ステップの後に、前記他の通信局が、自局の前記同期階層が同期元の前記通信局の同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新する更新ステップと、前記更新ステップにおいて同期階層を更新した後に、前記他の通信局が、通信信号に自局の同期階層識別情報を付加して送信する情報付加送信ステップと、を更に有することが望ましい。

また、本発明に係る通信局は、無線通信により他の通信局から送信される基準周波数に合わせて周波数同期して通信する通信局であって、いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された前記通信信号を受信し、受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる前記同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、周波数同期する前記通信信号を選択することを特徴とする。

上記通信局において、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する通信信号を選択することが望ましい。

また、上記通信局において、前記通信信号のうち最も高い同期階層を有する通信信号を選択することが望ましい。

また、上記通信局において、周波数同期すると共に、自局の前記同期階層が同期元の前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新し、且つ更新後の自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することが望ましい。

また、本発明に係る通信局は、無線通信により他の通信局から送信される基準時刻に合わせて時刻同期する通信局であって、いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された前記通信信号を受信し、受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる前記同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、時刻同期する前記通信信号を選択することを特徴とする。

上記通信局において、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する通信信号を選択することが望ましい。

また、上記通信局において、前記通信信号のうち最も高い同期階層を有する通信信号を選択することが望ましい。

また、上記通信局において、時刻同期すると共に、自局の前記同期階層が同期元の前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新し、且つ更新後の自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することが望ましい。

本発明では、同期階層により、ネットワークを構成する通信局を階層化することとしたため、通信局間で通信を行う際に、いずれの通信局の信号に同期して通信するかを同期階層によって判断することが可能となる。上記判断によって、自局の同期階層より高い同期階層を有する通信局と通信することにより、より精度が良い周波数同期状態又は時刻同期状態を確保することができる。また、周波数同期又は時刻同期すると共に、同期階層が低い側の通信局が、同期階層が高い側の通信局の同期階層より１つ低い同期階層となるように自局の同期階層を更新し、更新後の同期階層識別情報を通信信号に付加することで、次の通信局でいずれの通信局の信号に同期して通信するかの判断が容易になる。その結果、ネットワーク全体として周波数同期状態又は時刻同期状態を保持することが可能となる。

本発明の周波数同期ネットワーク及び時刻同期ネットワーク、周波数同期方法及び時刻同期方法、ならびに通信局では、予めマスタ局とスレーブ局との従属関係を設定することなく、その時々の受信状態に応じて各通信局が同期先を決定して通信することが可能である。

以下、本発明について実施形態を示して説明するが、本発明は、以下の記載に限定して解釈されない。

（第１実施形態）
図１に、本実施形態に係る周波数同期ネットワークの概略図を示す。図１において、矢印は、通信の方向を示す。

図１に示す本実施形態に係る周波数同期ネットワーク１は、無線通信により基準周波数を送受信する２以上の通信局５０〜５５を有する。また、周波数同期ネットワーク１は、図１の矢印が示すように、任意の通信局５０〜５５の間で相互に通信することができる。なお、図１では通信局が６である形態を示したが、通信局は、２以上であればいくつでも増設することができる。

通信局５０〜５５は、無線通信により基準周波数を送信するマスタ局、マスタ局が送信する基準周波数に合わせて周波数同期して通信するスレーブ局、いずれの局にもなりうる。そのため、通信局５０〜５５は、同期階層識別情報が付加された通信信号を他の通信局から受信し、受信した通信信号に含まれる同期階層識別情報から得られる送信元の同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、周波数同期する他の通信局を選択することで、それぞれ自局がマスタ局となるかスレーブ局となるかを判断する。この判断を行うために、本実施形態では、通信局５０〜５５はそれぞれ、自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信する。

この同期階層識別情報は、いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する情報である。ここで、図２に、通信局５０〜５５が同期階層により階層化されている状態の１例を示す。図２において、左側の各マスに同期階層の階層番号が記載されており、右側に通信局番号が記載されている。なお、図２において、階層番号は、値が小さいほど階層が高いことを示すこととする。

図２に示すように、本実施形態では、通信局５５の階層番号はＮ−３である。そのため、通信局の同期階層が、通信局５０〜５５の中で最も高く、通信局５５が送信する基準周波数が最も精度がよい。そこで、通信局５０〜５５は、それぞれ自局よりも高い同期階層の通信局と周波数同期して通信するように、周波数同期するマスタ局を選択する。例えば、通信局５０が、通信局５３と通信する場合を想定する。

まず通信要求が発生した通信局５０が、自局の同期階層を識別する同期階層識別情報を通信信号に付加して通信局５３に向けて送信する。通信局５３は、通信局５０から送信された通信信号を受信し、受信した通信信号に含まれる同期階層識別情報から得られる通信局５０の同期階層と自局の同期階層とを比較する。そして、比較により、通信局５３が通信局５０に周波数同期することを選択すると通信局５０が通信局５３に対するマスタ局となり、通信局５３が通信局５０に対するスレーブ局となる。このように、通信局５０、５３間の従属関係を決定することにより、予め通信局５０、５３の相互のアドレスを認識できなくてもいずれか一方の通信局に周波数同期して通信することが可能となる。この場合、通信局５３は、自局の同期階層より高い同期階層を有するか否かを判断し、自局の同期階層より高い場合に周波数同期することが望ましい。自局の同期階層より高い同期階層を有する通信局に同期することにより、より精度が良い周波数同期状態を確保することができる。

また、例えば、通信局５０、５１、５４の複数の通信局に通信局５３への通信要求が発生した場合を想定する。この場合、通信局５０、５１、５４はそれぞれ自局の同期階層を示す同期階層識別情報を通信信号に付加して通信局５３に向けて送信する。通信局５３は、一定時間受信信号をモニタし、通信局５０、５１、５４からの通信信号を受信する。通信局５３は、通信信号を受信した順に、受信した通信信号に付加された同期階層識別情報から得られる通信局５０、５１、５４の同期階層と自局の同期階層とを比較する。そして、比較結果から、通信局５０、５１、５４のいずれと周波数同期するかを選択する。この場合、通信局５３は、同期階層が最も高い通信局を選択して周波数同期することが望ましい。同期階層が最も高い通信局に周波数同期することで、スレーブ局である通信局５３はより精度の高い周波数を得られ、通信精度が向上する。図２に示す例では、通信局５０の同期階層がＮー１で最も高いために、通信局５３は通信局５０に周波数同期して通信することとなる。また、通信局５３は、周波数同期すると共に、自局の同期階層が同期元（ここでは、通信局５０）の同期階層より１つ下の階層となるように自局の同期階層を更新し、更新後の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することが望ましい。自局の同期階層を更新し、更新後の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することで、次の通信局でいずれの通信局の基準周波数に同期して通信するかの判断が容易となる。その結果、ネットワーク全体として周波数同期状態を保持することが可能となる。

ここで、さらに複数の通信局間で通信を行う場合を想定する。図３に、通信局５０〜５５が同期階層により階層化されている状態の１例を示す。図３において（ａ）は、図１に示す周波数同期ネットワーク１で通信が行われる前の状態の同期階層を示した図である。また、図３（ｂ）は、図１に示す周波数同期ネットワーク１で通信局５０と通信局５３との間、通信局５１と通信局５４との間、通信局５５と通信局５２との間、で通信が行われた後の同期階層を示した図である。図３（ｃ）は、図１に示す周波数同期ネットワーク１でさらに通信局５０と通信局５１との間、通信局５２と通信局５３との間、通信局５４と通信局５５との間、で通信が行われた後の同期階層を示した図である。

図３（ａ）により、図１に示す周波数同期ネットワーク１で通信局５０と通信局５３との間、通信局５１と通信局５４との間、通信局５５と通信局５２との間、で通信が行われる場合には、通信局５０、５１、５５がそれぞれマスタ局となり、通信局５３、５４、５２がそれぞれスレーブ局となる。通信局５０と通信局５３との間で通信が行われた後、同期階層が低い通信局５３は、通信局５０の同期階層より１つ低い同期階層へと自局の同期階層を更新することが望ましいため、通信局５３の同期階層は、図３（ｂ）に示すように、階層番号Ｎ＋１の階層から階層番号がＮの階層へと同期階層が移ることとなる。同様に、通信局５１と通信局５４との間で通信が行われた後、同期階層が低い通信局５４は、通信局５１の同期階層より１つ低い同期階層へと自局の同期階層を更新する。その結果、通信局５３の同期階層は、図３（ｂ）に示すように、階層番号Ｎ＋２の階層から階層番号がＮ＋１の階層へと同期階層が移ることとなる。また、通信局５２の同期階層は、通信局５５の同期階層より１つ下なので、このまま自局の同期階層は更新しない。

次に、通信局５０と通信局５３との間、通信局５１と通信局５４との間、通信局５５と通信局５２との間、で通信が行われた後に、通信局５０と通信局５１との間、通信局５２と通信局５３との間、通信局５５と通信局５４との間でそれぞれ通信が行われると、各通信局の同期階層から、図３（ｃ）に示すように、通信局５４の同期階層は、階層番号Ｎ＋１の階層から階層番号Ｎ−２の階層へと更新され、通信局５３の同期階層は、階層番号Ｎの階層から階層番号Ｎ−１の階層へと更新されることとなる。

このように、自局の同期階層を更新することで、図３に示すように、低い同期階層を有する通信局の同期階層が高くなっていくことがわかる。前述したように、同期階層が高い方が基準周波数の精度が向上するため、図１に示す周波数同期ネットワーク１では、通信局間で通信を重ねるに従って、ネットワーク全体としての基準周波数の精度を高めることができる。その結果、ネットワーク全体として周波数同期状態を安定させることが可能となる。

ここで、図４に、本実施形態に係る通信局の概略構成図を示す。図４に示す通信局６０は、無線通信により通信信号を送受信するアンテナ１０と、外部から来た通信信号を受信するか、あるいは通信信号を外部に送信するかを切り換える送受信切替スイッチ１１と、受信した通信信号を復調する復調回路１２と、復調回路１２によって復調された信号からクロックを抽出し周波数同期した信号を発振するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路１３と、復調回路１２によって復調された信号から情報を取得する媒体アクセス制御回路１４と、媒体アクセス制御回路１４から出力された信号を変調して出力する変調回路１５と、を有する。図１に示す周波数同期ネットワーク１を構成するそれぞれの通信局は、この通信局６０と同様の構成を有している。

ＰＬＬ回路１３は、通信局６０がマスタ局となる場合には、基準周波数を発生させる。この基準周波数は、ＰＬＬ回路１３内に設けた可変周波数発振器（不図示）によって発生させることができる。また、通信局６０がスレーブ局となる場合には、受信信号と送信信号との位相差を検出し、検出した位相差に基づいて可変周波数発振器の印加電圧を変化させ周波数同期することができる。

媒体アクセス制御回路１４は、送信する通信信号に自局のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレスを付加し、また受信した通信信号の誤り検出を行う回路で、ＯＳＩ参照モデルのデータリンク層（第２層）に相当する。本実施形態では、媒体アクセス制御回路１４は、通信信号に自局の同期階層識別情報を付加する。ここで、図５に、本実施形態に係る通信信号のフレームの概略構成図を示す。

図５に示すフレームは、ヘッダ８０と、フレーム本体６１と、ＦＣＳ（フレームチェックシーケンス）６２と、からなり、ヘッダ８０は、フレーム制御部７０と、アドレス部７１と、シーケンス制御部７２と、同期階層識別情報７３と、を有する。図５に示すように本実施形態では、同期階層識別情報７３は、ヘッダ８０の最後尾に付加した。フレームの構成上、ヘッダ８０の最後尾には予備のビット列が設けられているためである。

ここで、図４に示す通信局６０がマスタ局となる場合の通信局６０の動作について図４、図５、図６（ｂ）を参照して説明する。図６は、周波数同期方法を示したフローの１例を示した図で、図６（ｂ）は、通信局がマスタ局となる場合のマスタ局フローを示した図である。図４に示す通信局６０がマスタ局となる場合、まず、図６（ｂ）に示すステップＳ１１において、図４に示す媒体アクセス制御回路１４が、図５に示すフレームに自局の同期階層識別情報７３を付加して、図４に示す変調回路１５に向けて出力する。媒体アクセス制御回路１４からの出力信号は、変調回路１５によって変調された後、図６（ｂ）に示すステップＳ１２においてアンテナ１１から送信される。

次に、図４に示す通信局６０がスレーブ局となる場合の通信局６０の動作について図４、図５、図６（ａ）を参照して説明する。図６（ａ）は、通信局がスレーブ局となる場合のスレーブ局フローを示した図である。図４に示す通信局６０がスレーブ局となる場合、まず図６（ａ）に示すステップＳ２１において、ＮＵＬＬ状態（自局がいずれの通信局とも同期していない状態）とするために、自局の同期階層を０とする。次に、ステップＳ２２において、一定時間受信信号をモニタする。このステップＳ２２においては、図４に示すアンテナ１１で受信した通信信号を復調回路１２によって復調し、媒体アクセス制御回路１４に向けて出力する。また、復調回路１２と媒体アクセス制御回路１４との間において、ＰＬＬ回路１３がクロックを抽出する。媒体アクセス制御回路１４は、図５に示す通信信号のフレームのヘッダ８０に含まれる同期階層識別情報７３を読み取る。

次に、図６（ａ）に示すステップＳ２３では、同期階層識別情報を読み取った結果、自局の同期階層より高い階層の受信信号はあるか否かを判断する。ステップＳ２３において、自局の同期階層より高い階層の受信信号がないと判断した場合、自局の同期階層と送信元の同期階層とが一致しているか、あるいは自局の同期階層が最も高いため、ステップＳ２１において自局の同期階層を再びリセットする。ＮＵＬＬ状態にリセットすることで、同期周波数の選択の幅を広げることができる。また、ステップＳ２３において、自局の同期階層より高い階層の受信信号がないと判断した場合、自局の同期階層が周波数同期ネットワーク内で最も高い場合もあるため、自局がマスタ局となるよう
に逆に通信信号を送信することとしてもよい。通信信号を送信することで、送信した通信信号を受信した通信局がスレーブ局となって、周波数同期させることが可能となる場合もある。

一方、ステップＳ２３において、自局の同期階層より高い階層の受信信号があった場合、ステップＳ２４に進む。また、ステップＳ２３において、自局の同期階層より高い階層の受信信号があった場合、図４に示す通信局６０では、ＰＬＬ回路１３に設けた不図示の可変周波数発振器の周波数を、抽出したクロックにロックする。一方、ステップＳ２３において、自局の同期階層より高い階層の受信信号がないと判断した場合、または媒体がアイドル状態である場合は、ＰＬＬ回路１３をホールドオーバーとする。

次に、ステップＳ２４において、自局よりも高い同期階層の受信信号を選択する。ここで、図６（ａ）に示すように、自局よりも高い同期階層の受信信号のうち最も高い受信信号を選択することが、同期周波数精度を高める点から望ましい。なお、自局の状態がＮＵＬＬ状態である場合は、ステップＳ２２において読み取った同期階層は、いずれの場合でも自局よりも高くなる。

次に、ステップＳ２５においてパラメータＫに、選択した他局の同期階層を代入し、ステップＳ２６において、周波数同期が確立したかを判断する。周波数同期が確立した場合、ステップＳ２７において、自局の同期階層が他局の同期階層より１つ下の階層となるように、パラメータＫに１を足すことで自局の同期階層を更新する。そして、ステップＳ２８において、自局に送信要求があるか否かを判断し、送信要求がある場合には、図６（ｂ）に示すマスタ局フローに従って通信信号を送信する。同期階層が高い側の通信局の同期階層より１つ低い同期階層となるように自局の同期階層を更新し、更新後の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することで、次の通信局でいずれの通信局の信号に同期して通信するかの判断が容易になる。その結果、ネットワーク全体として周波数同期状態を保持することが可能となる。一方、ステップＳ２６において、周波数同期が確立しない場合、ステップＳ２８において自局に送信要求がない場合には、ステップＳ２２に戻って再び受信信号をモニタする。

以上の、ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ２８を繰り返すことによって、予めマスタ局とスレーブ局との従属関係を設定することなく、その時々の受信状態に応じて各通信局が同期先を決定して通信することが可能となる。その結果、ネットワーク全体として高精度の周波数同期を確保することができる。

（第２実施形態）
本実施形態に係る時刻同期ネットワークは、図１に示した通信局５０〜５５を有する構成によって全く同様に実現することができる。図１に示す時刻同期ネットワーク１は、第１実施形態で説明した通信局５０〜５５を有する時刻同期ネットワークである。なお、図１では通信局が６である形態を示したが、通信局は、２以上であればいくつでも増設することができる。

通信局５０〜５５は、同期階層識別情報が付加された通信信号を他の通信局から受信し、受信した通信信号に含まれる同期階層識別情報から得られる送信元の同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、時刻同期する他の通信局を選択する。ここで、同期階層識別情報は、第１実施形態で説明したものと同様であるため、説明は省略する。

図７に、本実施形態に係る通信局の概略構成図を示す。図７に示す通信局７０は、無線通信により通信信号を送受信するアンテナ１０と、外部から来た通信信号を受信するか、あるいは通信信号を外部に送信するかを切り換える送受信切替スイッチ１１と、受信した通信信号を復調する復調回路１２と、復調回路１２によって復調された信号から情報を取得する媒体アクセス制御回路１４と、媒体アクセス制御回路１４から出力された信号を変調して出力する変調回路１５と、基準時刻に同期した基準タイミングマーカを発生させる基準時刻発生回路３４と、基準時刻発生回路３４で発生したタイミングマーカをフレームとして送受信するタイミングマーカ送受信部３１と、タイミングマーカ送受信部３１が送受信するタイミングマーカの位相遅延を測定する位相比較回路３２と、位相比較回路３２の測定結果に基づいて、基準時刻発生回路３４の位相を制御する基準時刻位相制御回路３３と、を有する。図１に示す時刻同期ネットワーク１を構成するそれぞれの通信局は、この通信局７０と同様の構成を有している。図７に示す通信局７０においては、アンテナ１０、送受信切替スイッチ１１、復調回路１２、変調回路１５、媒体アクセス制御回路１４は、図４に示す通信局６０で適用したものと同様のものを適用することができる。

ここで、図７に示す通信局７０がマスタ局となる場合の通信局７０の動作について図７、図５、図６を参照して説明する。通信局７０の動作は、図６によって説明することができる。図６は、時刻同期方法を示したフローの１例を示した図で、図６（ｂ）は、通信局がマスタ局となる場合のマスタ局フローを示した図である。図７に示す通信局７０がマスタ局となる場合、まず、図６（ｂ）に示すステップＳ１１において、図７に示す媒体アクセス制御回路１４がフレームに自局の同期階層識別情報７３を付加して、図７に示すタイミングマーカ送受信部３１に向けて出力する。この際に、基準時刻発生回路３４は、基準時刻に同期した基準タイミングマーカを発生させ、発生させた基準タイミングマーカをタイミングマーカ送受信部３１に向けて出力している。ここで、上記フレームは、図５において説明したフレームと同様の構成のフレームを適用することができる。タイミングマーカ送受信部３１は、基準タイミングマーカ受信後の媒体アイドル時に、媒体アクセス制御回路１４からのフレームを受信し、タイミングマーカフレームを付加して変調回路１５に向けて出力する。このタイミングマーカは、図５に示すフレームのフレーム本体６１に付加されることとなる。次に、変調回路１５によって変調された後、図６（ｂ）に示すステップＳ１２においてアンテナ１１から送信される。

次に、図７に示す通信局７０がスレーブ局となる場合の通信局７０の動作について図７、図５、図６（ａ）を参照して説明する。図６（ａ）は、通信局がスレーブ局となる場合のスレーブ局フローを示した図である。図７に示す通信局７０がスレーブ局となる場合、まず図６（ａ）に示すステップＳ２１において、ＮＵＬＬ状態（自局がいずれの通信局とも同期していない状態）とするために、自局の同期階層を０とする。次に、ステップＳ２２において、一定時間受信信号をモニタする。このステップＳ２２においては、図７に示すアンテナ１１で受信した通信信号を復調回路１２によって復調し、タイミングマーカ送受信部３１に向けて出力する。タイミングマーカ送受信部３１では、受信した通信信号に同期した受信タイミングマーカを位相比較回路３２に向けて出力する。媒体アクセス制御回路１４は、図５に示す通信信号のフレームのヘッダ８０に含まれる同期階層識別情報を読み取る。

次に、図６（ａ）に示すステップＳ２３では、同期階層識別情報を読み取った結果、自局の同期階層より高い階層の受信信号があるか否かを判断する。ステップＳ２３において、自局の同期階層より高い階層の受信信号がないと判断した場合、自局の同期階層と送信元の同期階層とが一致しているか、あるいは自局の同期階層が最も高いため、ステップＳ２１において自局の同期階層を再びリセットする。ＮＵＬＬ状態にリセットすることで、同期時刻の選択の幅を広げることができるためである。また、ステップＳ２３において、自局の同期階層より高い階層の受信信号がないと判断した場合、自局の同期階層が時刻同期ネットワーク内で最も高い場合もあるため、自局がマスタ局となるよう
に逆に通信信号を送信することとしてもよい。通信信号を送信することで、送信した通信信号を受信した通信局がスレーブ局となって、時刻同期させることが可能となる場合もある。

一方、ステップＳ２３において、自局の同期階層より高い階層の受信信号があった場合、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、自局よりも高い同期階層の受信信号を選択する。自局の同期階層より高い同期階層を有する通信局と通信することにより、より精度が良い時刻同期状態を確保することができる。ここで、図６（ａ）に示すように、自局よりも高い同期階層の受信信号のうち最も高い受信信号を選択することが望ましい。同期階層が最も高い通信局と通信することで、スレーブ局である通信局７０はより精度の高い時刻を得られ、時刻同期精度が向上する。なお、自局の状態がＮＵＬＬ状態である場合は、ステップＳ２２において読み取った同期階層は、いずれの場合でも自局よりも高くなる。

また、ステップＳ２４において、図７に示す通信局７０では、タイミングマーカ送受信部３１が時刻同期先として適当であると判断した送信元のアドレスを登録する。位相比較回路３２は、基準時刻発生回路３４から出力される基準タイミングマーカに対する受信タイミングマーカの遅延を測定し遅延データとして基準時刻位相制御回路３３に向けて出力する。基準時刻位相制御回路３３は、位相比較回路３２から出力された遅延データに基づいて時刻同期を行う。

次に、ステップＳ２５においてパラメータＫに、選択した他局の同期階層を代入し、ステップＳ２６において、時刻同期が確立したかを判断する。時刻同期が確立した場合、ステップＳ２７において、自局の同期階層が他局の同期階層より１つ下の階層となるように、パラメータＫに１を足すことで自局の同期階層を更新する。そして、ステップＳ２８において、自局に送信要求があるか否かを判断し、送信要求がある場合には、図６（ｂ）に示すマスタ局フローに従って通信信号を送信する。同期階層が高い側の通信局の同期階層より１つ低い同期階層となるように自局の同期階層を更新し、更新後の同期階層識別情報を通信信号に付加することで、次の通信局でいずれの通信局の信号に同期して通信するかの判断が容易になる。その結果、ネットワーク全体として時刻同期状態を保持することが可能となる。一方、ステップＳ２６において、時刻同期が確立しない場合、ステップＳ２８において自局に送信要求がない場合には、ステップＳ２２に戻って再び受信信号をモニタする。

以上の、ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６、Ｓ２７、Ｓ２８を繰り返すことによって、予めマスタ局とスレーブ局との従属関係を設定することなく、その時々の受信状態に応じて各通信局が同期先を決定して通信することが可能となる。その結果、ネットワーク全体として高精度の時刻同期を確保することができる。

本発明の周波数同期ネットワーク及び時刻同期ネットワーク、周波数同期方法及び時刻同期方法、ならびに通信局は、方向推定技術と組み合わせることによって、端末装置の位置情報サービスにも適用することができる。

本実施形態に係る同期ネットワークを示した概略図である。 通信局が同期階層により階層化されている状態の１例を示した図である。 通信局が同期階層により階層化されている状態の１例を示した図で、（ａ）は、図１に示す周波数同期ネットワーク１で通信が行われる前の状態の同期階層を示した図である。また、（ｂ）は、図１に示す周波数同期ネットワーク１で通信局５０と通信局５３との間、通信局５１と通信局５４との間、通信局５５と通信局５２との間、で通信が行われた後の同期階層を示した図である。（ｃ）は、図１に示す周波数同期ネットワーク１でさらに通信局５０と通信局５１との間、通信局５２と通信局５３との間、通信局５５と通信局５４との間、で通信が行われた後の同期階層を示した図である。 本実施形態に係る通信局を示した概略図である。 本実施形態に係る通信信号のフレームの構成を示した概略図である。 同期方法を示したフローの１例を示した図で、（ａ）は通信局がスレーブ局となる場合のスレーブ局フローを示した図を示し、（ｂ）は通信局がマスタ局となる場合のマスタ局フローを示した図である。 本実施形態に係る通信局を示した概略図である。

符号の説明

１ 同期ネットワーク
１０ アンテナ
１１ 送受信切替スイッチ
１２ 復調回路
１３ ＰＬＬ回路
１４ 媒体アクセス制御回路
１５ 変調回路
３１ タイミングマーカ送受信部
３２ 位相比較回路
３３ 基準時刻位相制御回路
３４ 基準時刻発生回路
５０、５１、５２、５３、５４、５５、６０、７０ 通信局
６１ フレーム本体
６２ ＦＣＳ
８０ ヘッダ
７０ フレーム制御部
７１ アドレス部
７２ シーケンス制御部
７３ 同期階層識別情報

Claims (24)

1. 無線通信により他の通信局から送信される基準周波数に合わせて周波数同期して通信する通信局を２以上有する周波数同期ネットワークであって、
   前記通信局は、いずれの通信局からの通信信号に同期するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された前記通信信号を他の通信局から受信し、受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる送信元の同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、周波数同期する前記他の通信局を選択することを特徴とする周波数同期ネットワーク。
2. 前記通信局は、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する前記他の通信局を選択することを特徴とする請求項１に記載の周波数同期ネットワーク。
3. 前記通信局は、前記他の通信局のうち最も高い同期階層を有する通信局を選択することを特徴とする請求項２に記載の周波数同期ネットワーク。
4. 前記通信局は、周波数同期すると共に、自局の前記同期階層が同期元の前記他の通信局の同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新し、且つ更新後の自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することを特徴とする請求項２又は３に記載の周波数同期ネットワーク。
5. 無線通信により他の通信局から送信される基準時刻に合わせて時刻同期して通信する通信局を２以上有する時刻同期ネットワークであって、
   前記通信局は、いずれの通信局からの通信信号に同期するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された前記通信信号を他の通信局から受信し、受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる送信元の同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、時刻同期する前記他の通信局を選択することを特徴とする時刻同期ネットワーク。
6. 前記通信局は、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する前記他の通信局を選択することを特徴とする請求項５に記載の時刻同期ネットワーク。
7. 前記通信局は、前記他の通信局のうち最も高い同期階層を有する通信局を選択することを特徴とする請求項６に記載の時刻同期ネットワーク。
8. 前記通信局は、時刻同期すると共に、自局の前記同期階層が同期元の前記他の通信局の同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新し、且つ更新後の自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することを特徴とする請求項６又は７に記載の時刻同期ネットワーク。
9. 無線通信により基準周波数を送受信する通信局が、他の通信局から送信される前記基準周波数に合わせて周波数同期する周波数同期方法であって、
   通信局が、いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報を通信信号に付加して送信する通信信号送信ステップと、前記通信信号送信ステップにおいて送信された前記通信信号を他の通信局が受信する通信信号受信ステップと、前記通信信号受信ステップにおいて受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報によって、前記他の通信局が自局の同期階層と前記通信信号の送信元の同期階層とを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおける比較に基づいて、前記他の通信局が周波数同期する前記通信局を選択する周波数同期通信局選択ステップと、を有することを特徴とする周波数同期方法。
10. 前記周波数同期通信局選択ステップにおいて、前記他の通信局は、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する通信局を選択することを特徴とする請求項９に記載の周波数同期方法。
11. 前記周波数同期通信局選択ステップにおいて、前記他の通信局は、前記通信局のうち最も高い同期階層を有する通信局を選択することを特徴とする請求項１０に記載の周波数同期方法。
12. 前記周波数同期通信局選択ステップの後に、前記他の通信局が、自局の前記同期階層が同期元の前記通信局の同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新する更新ステップと、前記更新ステップにおいて同期階層を更新した後に、前記他の通信局が、通信信号に自局の同期階層識別情報を付加して送信する情報付加送信ステップと、を更に有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の周波数同期方法。
13. 無線通信により基準時刻を送受信する通信局が、他の通信局から送信される前記基準時刻に合わせて時刻同期する時刻同期方法であって、
    通信局が、いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報を通信信号に付加して送信する通信信号送信ステップと、前記通信信号送信ステップにおいて送信された前記通信信号を他の通信局が受信する通信信号受信ステップと、前記通信信号受信ステップにおいて受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報によって、前記他の通信局が自局の同期階層と前記通信信号の送信元の同期階層とを比較する比較ステップと、前記比較ステップにおける比較に基づいて、前記他の通信局が時刻同期する前記通信局を選択する時刻同期通信局選択ステップと、を有することを特徴とする時刻同期方法。
14. 前記時刻同期通信局選択ステップにおいて、前記他の通信局は、自局の前記同期階層より高い同期階層を有する通信局を選択することを特徴とする請求項１３に記載の時刻同期方法。
15. 前記時刻同期通信局選択ステップにおいて、前記他の通信局は、前記通信局のうち最も高い同期階層を有する通信局を選択することを特徴とする請求項１４に記載の時刻同期方法。
16. 前記時刻同期通信局選択ステップの後に、前記他の通信局が、自局の前記同期階層が同期元の前記通信局の同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新する更新ステップと、前記更新ステップにおいて同期階層を更新した後に、前記他の通信局が、通信信号に自局の同期階層識別情報を付加して送信する情報付加送信ステップと、を更に有することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の時刻同期方法。
17. 無線通信により他の通信局から送信される基準周波数に合わせて周波数同期して通信する通信局であって、
    いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された前記通信信号を受信し、受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる前記同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、周波数同期する前記通信信号を選択することを特徴とする通信局。
18. 自局の前記同期階層より高い同期階層を有する通信信号を選択することを特徴とする請求項１７に記載の通信局。
19. 前記通信信号のうち最も高い同期階層を有する通信信号を選択することを特徴とする請求項１８に記載の通信局。
20. 周波数同期すると共に、自局の前記同期階層が同期元の前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新し、且つ更新後の自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の通信局。
21. 無線通信により他の通信局から送信される基準時刻に合わせて時刻同期する通信局であって、
    いずれの通信局からの通信信号に同期して通信するかを決定する順位である同期階層を識別する同期階層識別情報が付加された前記通信信号を受信し、受信した前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる前記同期階層と自局の同期階層との比較に基づいて、時刻同期する前記通信信号を選択することを特徴とする通信局。
22. 自局の前記同期階層より高い同期階層を有する通信信号を選択することを特徴とする請求項２１に記載の通信局。
23. 前記通信信号のうち最も高い同期階層を有する通信信号を選択することを特徴とする請求項２２に記載の通信局。
24. 時刻同期すると共に、自局の前記同期階層が同期元の前記通信信号に含まれる前記同期階層識別情報から得られる同期階層より１つ下の階層となるように前記自局の同期階層を更新し、且つ更新後の自局の同期階層識別情報を通信信号に付加して送信することを特徴とする請求項２２又は２３に記載の通信局。
    

Images