JP2015173311A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の基地局を備えた通信システムにおいて、効率的に且つ確実に基地局間の同期を行う。【解決手段】制御装置２０１と複数の基地局２０２とがカスケード状に多重化構成で接続され、複数の基地局２０２は上位側の装置からのフレームタイミング信号に基づく送信フレーム信号に対して返送フレーム信号を送信し、上位側の制御装置２０１あるいは基地局２０２は返送フレーム信号に基づいて遅延補正量を算出し、その遅延補正量に基づいて下位側の基地局２０２に対するフレームタイミング信号を補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置に接続された複数の基地局が同期した通信システムに関し、特に制御装置と複数の基地局との接続回線が多重化された通信システムに関する。

従来から、例えば、制御装置としての上位局に複数の基地局（被制御装置）が接続された通信システムにおいて、複数の基地局が同一周波数の送信波を送信するシステムがある。このようなシステムでは、基地局によって異なるタイミングで電波を送信してしまうと、移動局無線機に対して、複数の基地局から同一周波数で異なる位相の送信波が到来することになり、送信波の相互干渉が生じてしまう。つまり、一方の基地局からの送信波が妨害波となってしまい、通信品質の低下を招くおそれがある。

このような信号干渉を回避する手法として、複数の基地局から電波を送信するタイミングを揃える基地局間同期が用いられる。従来の無線通信システムにおける複数基地局間の同期手法についての先行技術として例えば特許文献１に記載された技術がある。
この特許文献１の技術は、上位局の送信機からループ状の光回線で複数の基地局を接続し、上位局から各基地局までの光回線の長さを同じにすることで、基地局が恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：Oven Controlled Xtal Oscillator）等の高精度な水晶発振器を備えることなく、同期確立の精度の向上を図っている。

特願２０１０−１９３２０５

しかしながら、上記特許文献１の光回線の長さを均等にする手法では、光回線の長さを揃える手間や、上位局から最も近い位置の基地局の光回線を最も遠い位置の基地局の光回線の長さにする必要があり、コストが嵩むという問題があった。
また、近年、イーサネット（Ethernet；登録商標）によるデータ伝送が主流となっている。しかし、イーサネットによるデータ伝送の場合、複数の基地局をリング状に接続し、ループ構成を組んでしまうと、イーサネットパケットが同ループ上を延々と巡回し続け、宛先へ到達できない現象が発生するおそれがある。

本発明は上述した課題に鑑み、複数の基地局を備えた通信システムにおいて、効率的に且つ確実に基地局間の同期を行うことを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る通信システムは、複数の基地局と、これら複数の基地局を制御する制御装置とを備え、前記複数の基地局が同期をとって動作する通信システムであって、前記制御装置から順に前記複数の基地局をカスケード状に接続し、最下位の基地局にて終端する第１の回線系と、前記制御装置から前記第１の回線系とは逆順に前記第１の回線系の最下位の基地局が最上位の基地局となるように前記複数の基地局をカスケード状に接続し、前記第１の回線系の最上位の基地局である最下位の基地局にて終端する第２の回線系とを備え、前記制御装置は、基準クロックを生成する基準クロック生成部と、前記基準クロックに基づいてフレームタイミング信号を生成する第１フレームタイミング信号生成部と、前記第１フレームタイミング信号生成部が生成した前記フレームタイミング信号に基づいて送信フレーム信号を生成する第１フレーム生成部と、隣接する下位の前記基地局から返送された返送フレーム信号に基づいて遅延補正量を算出する第１遅延補正量算出部と、前記遅延補正量に基づいて前記第１フレームタイミング生成部が生成したフレームタイミング信号を補正する第１補正部と、を備え、前記複数の基地局は、受信した前記送信フレーム信号に基づいてフレームタイミング信号を生成する第２フレームタイミング信号生成部と、前記第２フレームタイミング信号生成部が生成した前記フレームタイミング信号に基づいて隣接する上位の前記制御装置、または、隣接する上位の前記基地局に返送する返送フレーム信号を生成する返送フレーム信号生成部と、前記第２フレームタイミング信号生成部が生成した前記フレームタイミング信号に基づいて送信フレーム信号を生成する第２フレーム生成部と、隣接する下位の前記基地局から返送された返送フレーム信号に基づいて遅延補正量を算出する第２遅延補正量算出部と、前記遅延補正量に基づいて前記第２フレームタイミング生成部が生成したフレームタイミング信号を補正する第２補正部と、を備えたことを特徴としている。

なお、複数の基地局は、上位の基地局から順に、隣接する上位の制御装置、または、隣接する上位の前記基地局と同期をとることが好ましい。

また、前記第１補正部及び前記第２補正部はカウンタを備え、カウンタの値に基づいて前記遅延補正量分、隣接する下位の前記基地局に送信するフレームタイミング信号を早めるように補正することが好ましい。

さらに、前記制御装置及び前記複数の基地局は、少なくとも隣接する下位の基地局との回線接続状態を監視する監視部を備え、前記制御装置は、監視部による監視結果に基づいて、第１の回線系と第２の回線系とのいずれか、または、第１の回線系と第２の回線系の両方を用いて通信を行うことが好ましい。

本発明によれば、制御装置と複数の基地局とを第１の回線系と第２の回線系によりそれぞれカスケード状に接続し、制御装置と複数の基地局とが隣接する下位の基地局との遅延補正により同期をとるので、回線の多重化を実現しつつ、効率的に且つ確実に基地局間の同期を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る通信システムの回線制御装置及び基地局の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る通信システムにおける伝搬遅延補正を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る通信システムにおける遅延補正処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る通信システムにおける回線接続異常状態の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る通信システムにおける回線接続異常状態の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る通信システムにおける回線接続異常状態の一例を示す図である。

以下、本発明に係る通信システムを実施するための形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態としての通信システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態としての通信システム（以下、本通信システムという）は、上位局である制御装置としての回線制御装置２０１と、複数の基地局２０２ａ〜２０２ｎ（ここでは、ｎは４以上の整数；以下、これら基地局２０２ａ〜２０２ｎを区別しない場合には単に基地局２０２という）、及び、移動局２０３ａ、２０３ｂ（以下、これら移動局２０３ａ、２０３ｂを区別しない場合には単に移動局２０３という）を備えている。

本通信システムは、例えば列車無線システムであり、移動局２０３は列車に備えた無線通信装置である。列車無線システムでは、例えば、移動局２０３と回線制御装置に接続された指令台（図示略）とが基地局２０２を介して音声通話やデータ通信を行う。
列車無線システムの場合、複数の基地局２０２から同一周波数帯で同じデータを送信するため、送信波の相互干渉を回避するために、複数の基地局２０２間で同期を行い、複数の基地局２０２が同じタイミングで送信するように構成されている。この同期方法の詳細は後述する。

そして、回線制御装置２０１と複数の基地局２０２とは、カスケード状に多重化構成で接続されており、少なくとも現用系回線系と、予備系回線系とを備えている。なお、これら回線は例えば光回線であり回線制御装置２０１と複数の基地局２０２との間はイーサネット（登録商標）方式により通信を行う。
具体的には、本通信システムは、回線制御装置２０１から順に複数の基地局２０２をカスケード状に光回線で接続し、最下位（最後段）の基地局２０２ｎにて終端する現用系光回線（第１の回線系）２０４を備えている。

さらに、本通信システムは、回線制御装置２０１から現用系光回線２０４とは逆順に、現用系光回線２０４の最下位の基地局２０２ｎが最上位の基地局となるように複数の基地局２０２をカスケード状に光回線で接続し、現用系光回線２０４の最上位の基地局である最下位の基地局２０２ａにて終端する予備系光回線（第２の回線系）２０５とを備えている。

つまり、回線制御装置２０１は隣接する下位の基地局２０２ａまたは２０２ｎとのみ接続され、最終段の基地局２０２ａまたは２０２ｎ以外の複数の基地局２０２は、上位の基地局と下位の基地局にそれぞれ１対１で接続される。最終段の基地局２０２ａまたは２０２ｎは、隣接する上位の装置とのみ接続される。
ここで、図１には装置間の光回線２０４、２０５を両矢印線にて１本で示しているが、上り方向（基地局２０２から回線制御装置２０１への送信方向）の光回線と、下り方向（回線制御装置２０１から基地局２０２への送信方向）の光回線とは同一回線でも別回線でもよい。

回線制御装置２０１は、本通信システムを制御するものであり、移動局２０３と指令台との通信や移動局２０３間の通信回線を制御する。そして、回線制御装置２０１は現用系光回線２０４及び／又は予備系回線２０５を介して複数の基地局２０２によるデータや音声の送信を制御する。
また、回線制御装置２０１は、基準クロックを生成する原振（例えば、ＯＣＸＯ）を備えるマスタとして機能し、各基地局２０２をスレーブとして動作させ、本通信システム内の同期を実現している。この点については後述する図２を参照しながら詳述する。

複数の基地局２０２は、移動局２０３と無線通信を行うものであり、複数の基地局２０２は基本的に同一構成である。但し、終端となる基地局２０２ａ、２０２ｎは、他の基地局２０２ｂ〜２０２ｎ-１とは異なり、下位側の基地局２０２と接続される機構を二つではなく一つだけ備えていてもよい。

移動局２０３は、基地局２０２と無線通信を行い、回線制御装置２０１や回線制御装置２０１に接続された各種装置、あるいは、他の移動局２０３と通信を行う。つまり、移動局２０３は基地局２０２と無線通信を行う無線通信装置であり、例えば、無線部、ユーザの操作を受け付ける操作部、スピーカ、マイク、表示部、これら機能部を制御する制御部などを備えている。

次に、図２に示す回線制御装置２０１及び複数の基地局２０２の機能ブロック図を参照しながら、本通信システムにおける同期方法について説明する。なお、図２に示すブロック図は主に同期に使用する機能を示したものであり、回線制御装置２０１及び基地局２０２は図２に示す機能ブロック以外の種々の機能部を備えていてもよい。

回線制御装置２０１は、原振ＯＣＸＯ３０１、フレームタイミング生成部３０２ａ、３０２ｂ、遅延補正部３０３ａ、３０３ｂ、フレームパケット生成部３０４ａ、３０４ｂ、位相検出部３０５ａ、３０５ｂ、フレームパケット検出部３０６ａ、３０６ｂ、ＭＡＣ（Media Access Control）３０７ａ、３０７ｂ、ＰＨＹ（Physical Layer）３０９ａ、３０９ｂ、及び、制御部３１１ａ、３１１ｂを備えている。

ここで、符号の末尾がａの機能部は、現用系光回線２０４を介して使用される現用系の機能部であり、符号の末尾がｂの機能部は、予備系光回線２０５を介して使用される予備系の機能部である。これらは同一の動作を行う。
制御部３１１ａ、３１１ｂは、回線制御装置２０１内の各機能部を制御するものであり、複数の基地局２０２の通信の制御も行う。

ＭＡＣ３０７ａ、３０７ｂは、いわゆるデータリンク層の機能を果たし、フレームの送受信に係る処理を行う。
ＰＨＹ３０９ａ、３０９ｂは、いわゆる物理層の機能を果たし、ＭＡＣ３０７ａ、３０７ｂと光回線２０４、２０５との間で、光回線２０４、２０５を利用した通信に係る処理を行う。

また、基地局２０２ａは、フレームタイミング生成部３０２ｃ、３０２ｄ、遅延補正部３０３ｃ、フレームパケット生成部３０４ｃ、位相検出部３０５ｃ、フレームパケット検出部３０６ｃ〜３０６ｅ、ＭＡＣ（Media Access Control）３０７ｃ〜３０７ｅ、無線部制御部３０８ａ、３０８ｂ、ＰＨＹ（Physical Layer）３０９ｃ〜３０９ｅ、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）３１０ａ、３１０ｂ、及び、返信フレームパケット生成部３１２ａ、３１２ｂを備えている。

ここで、基地局２０２ａのフレームタイミング生成部３０２ｃ、遅延補正部３０３ｃ、フレームパケット生成部３０４ｃ、位相検出部３０５ｃ、フレームパケット検出部３０６ｃ、３０６ｄ、ＭＡＣ（Media Access Control）３０７ｃ、３０７ｄ、無線部制御部３０８ａ、ＰＨＹ（Physical Layer）３０９ｃ、３０９ｄ、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）３１０ａ、及び、返送フレームパケット生成部３１２ａは、現用系光回線２０４を介して使用される現用系の機能部であり、それら以外は予備系光回線２０５を介して使用される予備系の機能部である。

基地局２０２ａは予備系光回線２０５の終端装置であり、予備系光回線２０５上では下位側に他基地局も回線制御装置２０１も接続されていないので、遅延補正部３０３ｃフレームパケット生成部３０４ｃ、位相検出部３０５ｃ、フレームパケット検出部３０６ｄ、ＭＡＣ３０７ｄ、ＰＨＹ３０９ｄに対応する予備系の機能部を備えていないが、上位及び下位の基地局に接続されている基地局２０２ｂ〜２０２ｎ−１は、これら機能部を備えている。つまり、基地局２０２ｂ〜２０２ｎ−１は、フレームタイミング生成部３０２ｃ、遅延補正部３０３ｃ、フレームパケット生成部３０４ｃ、位相検出部３０５ｃ、フレームパケット検出部３０６ｃ、３０６ｄ、ＭＡＣ（Media Access Control）３０７ｃ、３０７ｄ、無線部制御部３０８ａ、ＰＨＹ（Physical Layer）３０９ｃ、３０９ｄ、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）３１０ａ、及び、返送フレームパケット生成部３１２ａと同じ構成を、予備系にも備えている。

また、基地局２０２ｎは現用系光回線２０５の終端装置であるため、現用系光回線２０４のための遅延補正部３０３ｃフレームパケット生成部３０４ｃ、位相検出部３０５ｃ、フレームパケット検出部３０６ｄ、ＭＡＣ３０７ｄ、ＰＨＹ３０９ｄに対応する機能部を備えていない。
なお、図２に示す各機能部の符号における数字３桁が同一の機能部は、基本的に同じ処理を行うものであるため、各機能部の詳細な説明は一部省略する。

無線部、制御部３０８ａ、３０８ｂは、アンテナ（図示略）を介して移動局２０３と無線通信を行う無線部と、無線部を含む各機能部を制御する制御部とから構成される。ここでは図の簡略化のため、無線部と制御部とを同じ機能ブロックで表している。
ＭＡＣ３０７ｃ〜ｅ及びＰＨＹ３０９ｃ〜３０９ｅは、基本的に回線制御装置２０１のＭＡＣ３０７ａ、３０７ｂ及びＰＨＹ３０９ａ、３０９ｂと同じであるが、ＭＡＣ３０７ｃ、３０７ｅ及びＰＨＹ３０９ｃ、３０９ｅは上位側の装置に対するものであり、ＭＡＣ３０７ｄ及びＰＨＹ３０９ｄは下位側の装置に対するものである。

次に、基準クロックについて説明する。回線制御装置２０１は、精度が確保された基準クロックを生成する原振ＯＣＸＯ（以下、単に原振ともいう）３０１を基準として動作しており、基地局２０２に送出するデータを変換するＰＨＹ３０９ａが原振３０１の基準クロックを基に動作する。

基地局２０２ａは回線制御装置２０１からの信号を受け取るＰＨＹ３０９ｃにてＲＸ基準信号として基準クロックを抽出し、その基準クロック信号をＰＬＬ３１０ａに同期させて自局２０２ａ内の基準クロックを再生する。
また、ＰＬＬ３１０ａによって再生された基準クロックを基地局２０２ａの基準クロックとすることで、回線制御装置２０１と基地局２０２ａとの基準クロックの同期が確立できる。

基地局２０２ｂ以降の下位側の各基地局２０２ｂ〜２０２ｎにおいても基地局２０２ａと同様の機能を備えており、現用系光回線２０４の上位装置から下位へ順番に同期を確立することで、回線制御装置２０３から末端基地局２０２ｎまでのカスケード構成全体の周波数同期が確立できる。

次に、本通信システム内のフレーム同期について、図２及び図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
回線制御装置２０１にて原振３０１の周波数（基準クロック信号）に基づいて、フレームタイミング生成部３０２ａはフレームタイミング信号を生成する。例えば、本通信システムのフレーム単位が４０ｍｓの場合、フレームタイミング生成部３０２ａはフレーム単位の４０ｍｓ周期のフレームタイミング信号を生成する。

フレームパケット生成部３０４ａは、フレームタイミング生成部３０２ａが生成したフレームタイミング信号に基づいて送信フレーム信号であるフレームパケットを生成する。最初の同期設定前の状態では遅延補正部３０３ａの補正は行われず、フレームパケット生成部３０４ａがフレームパケットを生成し、ＰＨＹ３０９ａを介して下流装置（基地局２０２ａ）へ送出する。ここで、送出したフレームパケットのタイミングを図３（ａ）に示す。信号の立ち上がり部分がフレームタイミングであり、フレームパケットの先頭を示す。

なお、同期設定時のフレームパケット、及び、後述する返送フレームパケットの内容は本発明において限定されるものではなく、送信側や受信側を指定する識別情報や空データが含まれていても良い。

そして、基地局２０２ａではＰＨＹ３０９ｃが受信した信号から、フレームパケット検出部３０６ｃがフレームパケットを検出する。ここでの検出タイミングを図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）に示すように、送信時の図３（ａ）のタイミングに比べて現用系光回線２０４の伝搬遅延と装置内の処理遅延により伝送遅延が発生する。

次に、基地局２０２ａのフレームタイミング生成部３０２ｃは、フレームパケット検出部３０６ｃが検出したタイミングと、ＰＬＬ３１０ａからの基準クロックとに基づいて、フレームタイミング信号を生成する。このように、フレームタイミング生成部３０２ｃは、上位の回線制御装置２０１から受信したフレームパケットに基づいて、フレームタイミング信号を生成する。

そして、返送フレームパケット生成部３１２ａは、フレームタイミング生成部３０２ｃが生成したフレームタイミング信号に基づいて返送フレームパケット（返送フレーム信号）を生成し、隣接する上位側の装置（ここでは回線制御装置２０１）にＰＨＹ３０９ｃを介して送出する。
なお、この同期（補正）のための返送フレーム信号の送信処理、及び、後述する同期設定のための各種処理は、同期設定時のみに実施してもよいし、同期設定後も定期的に実施してもよい。

返送フレームパケット生成部３１２ａ及びＰＨＹ３０９ｃによって返送された返送フレームパケットは、回線制御装置２０１のパケット検出部３０６ａが検出する。このときのフレームタイミングを図３（ｃ）に示す。
位相検出部３０５ａは、自装置内生成のフレームタイミング生成部３０２ａが生成しているフレームタイミングと、パケット検出３０６ａで検出した返送パケットフレームのフレームタイミングとの位相を比較し遅延時間を検出する。具体的には、位相検出部３０５ａは、図３（ａ）のタイミングと図３（ｃ）のタイミングとを比較し、遅延Ｔを検出する。ここで遅延Ｔは回線制御装置２０１と基地局２０２ａとの間の往復で発生しているため、片道での遅延は遅延Ｔの１／２とする。つまり、位相検出部３０５ａは返送フレームパケットに基づいて遅延補正量として１／２Ｔを算出する。

そして、遅延補正部３０３ａは、位相検出部３０５ａによって算出された遅延補正量に基づいて、フレームタイミング生成部３０２ａが生成したフレームタイミング信号を遅延補正量分前倒しする補正を行う。つまり、遅延補正部３０３ａは、自身と基地局２０２ａのフレームタイミングが同一になるように、下位側の基地局２０２ａに対するフレームタイミング信号を補正する。これにより、回線制御装置２０１は、図３（ｄ）に示すようなフレームタイミングで、自身のフレームタイミング生成部３０２ａのフレームよりも先行してフレームパケット信号を送信する。

ここで、遅延補正部３０３ａによる遅延補正処理について詳細に説明する。遅延補正部３０３ａは、基準クロック信号に基づいて動作するカウンタ（図示略）を備え、このカウンタに基づいて遅延補正処理を実施する。
図４に原振３０１の基準クロック、遅延補正部３０３ａのカウンタ値、フレームタイミング信号（補正前後）の関係を示す。この図４（ａ）、（ｂ）に示すように、遅延補正部３０３ａのカウンタは、原振３０１の基準クロックに基づいてカウントアップするものであり、フレームタイミング生成部３０２ａが生成するフレームタイミング信号のフレーム期間（４０ｍｓ）でカウント値が０にリセットされるように構成されている（図４（ｃ）参照）。なお、カウンタのカウントアップは基準クロックの１クロックごとに実施してもよいし、複数クロックごとに実施してもよい。

そして、遅延補正部３０３ａは図４（ｄ）に示す例では、位相検出部３０５ａが算出した遅延補正量１／２Ｔに相当するカウント時間分、ここでは、２カウント分、フレームタイミング信号を前倒しして、以降のデータ送信を行う。
このように、回線制御装置２０１の遅延補正部３０３ａがフレームタイミング信号を補正することによって、ＰＨＹ３０９ａ、３０９ｂを介して基地局２０２ａのフレームパケット検出部３０６ｃで検出されてフレームタイミング生成部３０２ｃにて生成されるフレームタイミング信号は、図３（ｅ）に示すように、回線制御装置２０１内におけるフレームタイミング信号（図３（ａ）参照）と同一になる。
つまり、回線制御装置２０１のフレームタイミングと基地局２０２ａのフレームパケット検出部３０６ｃによるフレーム検出時タイミングが一致し、回線制御装置２０１と基地局２０２ａとのフレーム同期が確立される。なお、遅延補正部３０３ｂは、遅延補正部３０３ａと同様の処理を行う。また、位相検出部３０５ａが検出した遅延量Ｔが基準クロック単位で１／２に割り切れない場合には、遅延補正量は切り捨てや、繰り上げで算出してもよい。

以上のように、回線制御装置２０１及び基地局２０２の遅延補正部３０３ａ、３０３ｂはカウンタを備え、カウンタの値に基づいて遅延補正量分、隣接する下位の基地局２０２に送信するフレームタイミング信号を早めるように補正する。これにより、基地局２０２間の同期を確実にとることができる。なお、本通信システム内の全装置は原振３０１の基準クロックに基づいて各種処理を行っているため、処理遅延量は基準クロックの整数倍で現れることが多い。そのため、カウンタが原振３０１の基準クロック（基地局２０２のカウンタは原振３０１の基準クロックに基づくＰＬＬ３１０ａ、３１０ｂの基準クロック）に基づいて動作することにより、同期の補正を高精度に行うことができる。

次に、基地局２０２ａと基地局２０２ｂとの同期方法について説明する。基地局２０２ｂ以降の下位の基地局２０２間の同期方法も同様であり、上位の装置がマスタとして機能し、下位の装置がスレーブとして機能する。
基地局２０２ｂは、基地局２０２ａと同様に、フレームタイミング生成部３０２ｃ、遅延補正部３０３ｃ、フレームパケット生成部３０４ｃ、位相検出部３０５ｃ、フレームパケット検出部３０６ｃ、３０６ｄ、ＭＡＣ３０７ｃ、３０７ｄ、無線部制御部３０８ａ、ＰＨＹ３０９ｃ、３０９ｄ、ＰＬＬ３１０ａ、及び、返送フレームパケット生成部３１２ａを備えている。

そして、基地局２０２ａの遅延補正部３０３ｃ、フレームパケット生成部３０４ｃ、位相検出部３０５ｃ、フレームパケット検出部３０６ｄ、ＰＨＹ３０９ｄは、それぞれ、回線制御装置２０１の遅延補正部３０３ａ、フレームパケット生成部３０４ａ、位相検出部３０５ａ、フレームパケット検出部３０６ａ、ＰＨＹ３０９ａと同様に動作する。
なお、ＰＨＹ３０９ｄは、原振３０１の基準クロックに基づくＰＬＬ３１０ａの基準クロックを入力され、それに基づいて動作する。

また、基地局２０２ｂのフレームパケット検出部３０６ｃ、フレームタイミング生成部３０２ｃ、返送フレームパケット生成部３１２ａは、それぞれ、基地局２０２ａのフレームタイミング生成部３０２ｃ、返送フレームパケット生成部３１２ａと同様に動作する。
これにより、上述した回線制御装置２０１と基地局２０２ａとの間と同様に、基地局２０２ａと基地局２０２ｂとの間でフレーム同期が確立される。

したがって、本通信システムは、現用系光回線２０４の回線系の場合、最上位の基地局２０２ａから２０２ｎに向けて順に一つの基地局２０２ずつ上位装置との同期を確立していく。つまり、複数の基地局２０２は、上位の基地局２０２から順に、隣接する上位の回線制御装置２０１、または、隣接する上位の基地局２０２と同期をとる。これにより、最後の基地局２０２ｎが基地局２０２ｎ−１と同期を確立すると、回線制御装置２０１と複数の基地局２０２ａ〜ｎとのすべての装置の間で同期が確立され、各装置内で同期したフレームタイミング信号に基づいてデータ送受信に係る各種処理が実行される。その結果、回線制御装置２０１がすべての基地局２０２からの送信タイミングを同一になるように、送信タイミングを指定することで、すべての基地局２０２から同じタイミングでデータが送信される。

なお、送信タイミングの指定方法としては、本通信システムにおいてフレーム番号やスロット番号が存在、管理されていれば、回線制御装置２０１がその番号を指定してもよいし、回線制御装置２０１が所定数のフレームタイミング後にデータ送信するよう各基地局２０２に指定してもよい。これら場合、回線制御装置２０１は最下位（最終段）の基地局２０２への遅延を考慮して、その遅延以上の時間後に送信するように各基地局２０２に指示する。

ここで、最上位の基地局２０２ａから下位に向かって順に同期設定していく方法は、本発明において限定されるものではなく、回線制御装置２０１や基地局２０２に接続された外部装置によって順次実施してもよいし、同期設定時に、回線制御装置２０１と基地局２０２との間で順に動作するように構成してもよい。

つまり、回線制御装置２０１の制御部３１１ａが、基地局２０２ａとの同期設定時の最初のフレームパケットに同期設定処理を開始する旨の情報を入れて送信する。これを受けた基地局２０２ａの制御部３０８ａは、その情報に基づいて返送フレームパケット生成部３１２ａ等を制御して返送フレーム信号を回線制御装置２０１に返送する。そして、回線制御装置２０１の制御部３１１ａは、遅延補正部３０３ａによる補正後以降に、基地局２０２ａに同期設定処理が完了した旨の情報を送信する。基地局２０２ａの制御部３０８ａは、完了情報を受信すると、下位の基地局２０２ｂに対して、フレームパケット生成部３０４ｃに同期設定処理を開始する旨の情報を入れたフレームパケットを生成させて送信させる。以降、上記と同様に行うことで、上位の基地局２０２ａから下位の基地局２０２ｎに向けて順に同期を確立することができる。
以上、現用系光回線２０４の回線系に着目して説明したが、予備系光回線２０５の回線系についても、基地局２０２の接続順が異なるだけで各機能部の構成と処理内容は同一である。

以上のように、本通信システムでは、最上位の回線制御装置２０１が高精度の原振３０１を備え、この原振３０１の基準クロック信号に基づいて各基地局２０２のＰＬＬが各基地局内の基準クロックを生成するとともに、上位側の装置が下位側の装置に対してマスタとして動作し、下位側のスレーブ装置からの返送フレームパケットに基づいて遅延補正量を算出し、その遅延補正量に基づいてフレームタイミング信号を補正するので、上位装置と下位装置との同期を確立することができる。従来技術のように、光回線の長さを揃える必要がなく、また、高精度の原振も一つで良いので、製造コストを低減できる。さらに、回線制御装置２０１と複数の基地局２０２とはループ構成で接続されないので、イーサネットパケットが同ループ上を延々と巡回し続け、宛先へ到達できない現象が発生するおそれもない。

次に、現用系光回線２０４の回線接続異常時の本通信システムの動作について説明する。ここで、回線接続異常とは、光回線２０４の異常に限らず、各装置内のインタフェースを含む機能部に障害が発生し、上位側の装置あるいは下位側の装置との通信を正常に行うことができなくなった場合なども含む。

回線制御装置２０１の制御部３１１ａ、３１１ｂは、それぞれ、下位装置の基地局２０２ａ、２０２ｎとの接続状態を常に監視している。
また、基地局２０２の無線部、制御部３０８ａ、３０８ｂは、上位装置及び下位装置との接続状態を常に監視している。
これら制御部３１１ａ、３１１ｂ及び無線部、制御部３０８ａ、３０８ｂの監視方法は、従来からネットワーク機器の障害監視や生死監視に利用されている技術を使用することができる。例えば、定期的に上位側及び／又は下位側に確認信号を送信し、その確認信号に対する応答信号を受信すると正常、受信しなければ異常と判断する。

そして、各無線部、制御部３０８ａ、３０８ｂは回線接続異常を検出すると、どの装置との回線に異常が発生したのかを上位側の装置を介して制御部３１１ａ、３１１ｂのいずれかに送信する。
なお、無線部、制御部３０８ａ、３０８ｂが接続され、互いの回線接続異常検出結果を伝達するように構成してもよく、これにより、上位側の回線異常検出結果を、他系の無線部、制御部３０８ａ、３０８ｂから回線制御装置２０１に送信させてもよい。
また、本通信システムの回線接続状態の監視方法は、上述したものに限定されず、例えば制御部３１１ａ、３１１ｂがＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）のような方式により、光回線２０４、２０５の回線接続状態を一括して監視してもよい。

回線制御装置２０１の制御部３１１ａ、３１１ｂは、自身が検出した回線接続異常、あるいは、下位側の基地局２０２から受信した回線接続異常に基づいて、異常検出結果（どの部分に異常が発生したか）を互いに通知し合い、現用系光回線２０４、予備系光回線２０５の切り替え、あるいは、両用を制御する。

ここで、制御部３１１ａ、３１１ｂは、少なくとも現用系光回線２０４及び予備系光回線２０５にどの基地局２０２がどの順序で接続されているかという基地局接続情報を保持している。そして、これら制御部３１１ａ、３１１ｂは、異常検出結果に基づいて、使用する光回線を決定する。

例えば、図５に×印で示すように、基地局２０２ｂと基地局２０２ｃとの間の光回線２０４に異常が発生した場合、または、基地局２０２ｃの現用系の機能部に障害が発生した場合に、基地局２０２ｂが基地局２０２ｃとの回線接続異常を検出すると、回線制御装置２０１の制御部３１１ａ及び３１１ｂは、現用系光回線２０４の使用を停止して、予備系光回線２０５に切り替える。

また、図６に×印で示すように、基地局２０２ｂと基地局２０２ｃとの間の光回線２０４、２０５に異常が発生した場合（例えば、現用系及び予備系の両回線が切断した場合）、または、基地局２０２ｃの現用系及び予備系の機能部に障害が発生した場合（例えば基地局２０２ｃの両系が故障した場合）に、基地局２０２ｂが基地局２０２ｃとの回線接続異常を検出すると、回線制御装置２０１の制御部３１１ａ及び３１１ｂは、現用系光回線２０４と予備系光回線２０５の両方を使用する。つまり、制御部３１１ａ及び３１１ｂは、回線制御装置２０１から基地局２０２ａ、２０２ｂまでは現用系光回線２０４を使用し、回線制御装置２０１から基地局ｎ〜２０２ｃまでは予備系光回線２０５を使用するように制御する。

また、図７に×印で示すように、現用系と予備系とで異なる場所で回線接続異常が検出されても、図６に示した場合と同様に、現用系光回線２０４と予備系光回線２０５の両方を使用することにより、回線制御装置２０１と各基地局２０２との接続を維持できる。

以上のように、回線制御装置２０１及び複数の基地局２０２は、少なくとも隣接する下位の基地局２０２との回線接続状態を監視する監視部（ここでは制御部３１１ａ、３１１ｂあるいは無線部、制御部３０８ａ、３０８）を備え、回線制御装置２０１は、これら監視部による監視結果に基づいて、現用系光回線２０４と予備系光回線２０５とのいずれか、または、現用系光回線２０４と予備系光回線２０５との両方を用いて通信を行う。

したがって、本通信システムによれば、現用系光回線２０４と予備系光回線２０５のいずれか一方に障害が発生した場合はもちろんのこと、現用系光回線２０４と予備系光回線２０５の両方に障害が発生した場合でも、これら両系の光回線２０４、２０５を使用することにより、回線制御装置２０１とすべての基地局２０２との接続、同期を保つことができる。

以上説明した通り、本通信システムは、複数の基地局２０２と、これら複数の基地局２２を制御する回線制御装置とを備え、複数の基地局２０２が同期をとって動作する通信システムであって、回線制御装置２０１から順に複数の基地局２０２をカスケード状に接続し、最下位の基地局２０２ｎにて終端する現用系光回線２０４と、回線制御装置２０１から現用系光回線２０４とは逆順に現用系光回線２０４の最下位の基地局２０２ｎが最上位の基地局となるように複数の基地局２０２をカスケード状に接続し、現用系光回線２０４の最上位の基地局である最下位の基地局２０２ａにて終端する予備系光回線２０５とを備える。さらに、本通信システムの回線制御装置２０１は、基準クロックを生成する原振と、基準クロックに基づいてフレームタイミング信号を生成するフレームタイミング生成部３０２ａ、３０２ｂと、フレームタイミング生成部３０２ａ、３０２ｂが生成したフレームタイミング信号に基づいて送信フレーム信号（フレームパケット；送信信号）を生成するフレームパケット生成部３０４ａ、３０４ｂと、隣接する下位の基地局２０２ａまたは２０２ｎから返送された返送フレーム信号に基づいて遅延補正量を算出する位相検出部３０５ａ、３０５ｂと、遅延補正量に基づいてフレームタイミング生成部３０２ａ、３０２ｂが生成したフレームタイミング信号を補正する遅延補正部３０３ａ、３０３ｂと、を備える。また、本通信システムの複数の基地局２０２は、受信した上位装置からの送信フレーム信号に基づいてフレームタイミング信号を生成するフレームタイミング生成部３０２ｃ、３０２ｄと、フレームタイミング生成部３０２ｃ、３０２ｄが生成したフレームタイミング信号に基づいて隣接する上位の回線制御装置２０１、または、隣接する上位の基地局２０２に返送する返送フレーム信号（フレームパケット；送信信号）を生成する返送フレームパケット生成部３１２ａ、３１２ｂと、フレームタイミング生成部３０２ｃ、３０２ｄが生成したフレームタイミング信号に基づいて送信フレーム信号を生成するフレームパケット生成部３０４ｃと、隣接する下位の基地局２０２から返送された返送フレーム信号に基づいて遅延補正量を算出する位相検出部３０５ｃと、遅延補正量に基づいてフレームタイミング生成部３０２ｃが生成したフレームタイミング信号を補正する遅延補正部３０３ｃと、を備えている。

したがって、本通信システムによれば、複数の基地局２０２と回線制御装置２０１とを備えた通信システムにおいて、これら回線制御装置２０１と基地局２０２間の回線の多重化を実現しながら、上位の装置が下位の装置への遅延量を算出しフレームタイミング信号を補正するので、基地局間の同期を確実に取ることができる。
また、従来技術のように、光回線の長さを揃える必要がなく、さらに、高精度の原振３０１も一つで良いので、製造コストを低減できる。
なお、回線の多重化接続構成は、ループ接続構成ではないので、回線にイーサネット回線を用いた場合でも、パケットが同ループ上を延々と巡回し続け、宛先へ到達できない現象が発生するおそれもない。

また、複数の基地局２０２は、上位の基地局２０２から順に、隣接する上位の回線制御装置２０１、または、隣接する上位の基地局２０２と同期をとるので、システム全体の同期を確実に実現できる。

さらに、遅延補正部３０３ａ〜３０３ｃがカウンタを備え、カウンタの値に基づいて遅延補正量分、隣接する下位の基地局２０２に送信するフレームタイミング信号を早めるように補正する。そのため、下位の基地局２０２への伝送遅延及び処理遅延を含めた遅延の補正を確実に実施できる。

なお、回線制御装置２０１及び複数の基地局２０２は、少なくとも隣接する下位の基地局との回線接続状態を監視する監視部を備え、回線制御装置２０１は、監視部による監視結果に基づいて、現用系光回線２０４と予備系光回線２０５とのいずれか、または、現用系光回線２０４と予備系光回線２０５との両方を用いて通信を行う。したがって、回線接続に異常が発生しても、回線制御装置２０１と複数の基地局２０２との間を接続を確保することができる。

以上、本発明の実施形態としての無線機について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述した実施形態では、回線制御装置２０１が原振３０１を一つのみ備えた場合を例に挙げて説明した。しかし、原振３０１も現用系と予備系の二つ備えていてもよい。また、その他、回線制御装置２０１及び基地局２０２において、現用系の機能部と予備系の機能部とで共通化できる機能ブロックは一つだけ備えていてもよいし、多重化のために二つ備えていてもよい。例えば、回線制御装置２０１の制御部３１１ａ、３１１ｂや、基地局２０２の無線部、制御部３０８ａ、３０８ｂは、一つの制御部で実現しても良いし、これらを統括する別制御部を備えていてもよい。

さらに、上述した実施形態では、末端の終端基地局となる基地局２０２ａ、２０２ｎは、それぞれ終端となる回線系における下位側の装置に対する機能部分（遅延補正部３０３ｃ、フレームパケット生成部３０４ｃ、位相検出部３０５ｃ、フレームパケット検出部３０６ｄ、ＭＡＣ３０７ｄ、及び、ＰＨＹ３０９ｄに対応する機能部）を備えない場合を例にあげて説明した。しかし、すべての基地局２０２を同一構成とし、上記終端の基地局２０２ａ、２０２ｎは下位側の装置に対する機能部分を備えていてもよく、これらの機能を使用しなければよい。これにより、すべての基地局２０２を同一構成にできるので、製造加工の手間を省くことができる。

また、上述の実施形態では、各装置間の同期のための処理を定期的に実施してもよいことは説明した。ところで、光回線２０４、２０５のようなイーサネット（登録商標）等のシリアルデータ伝送路を使用してタイミング情報を伝送しようとした場合、タイミング情報を送信する際に、伝送路が常に空いているわけではないため、トラフィック量により装置内遅延時間が一定とならず、正確にタイミング情報を伝える事が困難であった。

そこで、伝送路遅延が一定の条件の元で、シリアルデータ伝送路を使用してタイミング情報を送受信することにより、装置間や基板間にて正確なタイミングを共有できるようにすることが望まれる。そこで、上位側のマスタ装置のＭＡＣ３０７とＰＨＹ３０９との間に基準フレーム挿入部を備え、別途生成される一定周期(T)のパルスに合わせてタイミングデータをＰＨＹ３０９へ送信する。下位側のスレーブ装置はＰＨＹ３０９が受信したデータよりタイミングデータを抽出し、タイミング生成部はそこから周期(T)後にパルスを生成する。周期(T)をＰＨＹ３０９からの抽出クロックを使って生成すると、さらに精度の高いタイミングを生成することができる。

そして、タイミングデータを送信する際にユーザデータが送信中であった場合、基準フレーム挿入部はタイミングデータを一時保存し、データ送信後に送信する。その際に生じた遅延時間(t1)はＭＡＣ３０７とＰＨＹ３０９との間のインタフェースがＭＩＩ（Media Independent Interface）だとすると、25MHzのクロックのn倍となるので、”n”をタイミングデータと共に送信する。このとき、スレーブ装置において基準フレームを抽出するフレームパケット検出部は、”n”の値を読出し、フレームタイミング生成部は周期(T)から”n”分だけ引いた時間をカウントした後にタイミングパルスを生成することで、他のデータを伝送中であっても、正確にタイミングパルスを生成する事ができる。

なお、本発明に係る各機能構成の処理は、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリに格納された制御プログラムを実行することにより実現してもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。

また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

２０１ 回線制御装置
２０２ａ〜２０２ｎ 基地局
２０３ａ、２０３ｂ 移動局
２０４ 現用系光回線
２０５ 予備系光回線
３０１ 原振ＯＣＸＯ
３０２ａ〜３０２ｄ フレームタイミング生成部
３０３ａ〜３０３ｃ 遅延補正部
３０４ａ〜３０４ｃ フレームパケット生成部
３０５ａ〜３０５ｃ 位相検出部
３０６ａ〜３０６ｅ フレームパケット検出部
３０７ａ〜３０７ｅ ＭＡＣ
３０８ａ、３０８ｂ 無線部、制御部
３０９ａ〜３０９ｅ ＰＨＹ
３１０ａ、３１０ｂ ＰＬＬ
３１１ａ、３１１ｂ 制御部
３１２ａ、３１２ｂ 返送フレームパケット生成部

Claims (4)

1. 複数の基地局と、これら複数の基地局を制御する制御装置とを備え、前記複数の基地局が同期をとって動作する通信システムであって、
   前記制御装置から順に前記複数の基地局をカスケード状に接続し、最下位の基地局にて終端する第１の回線系と、
   前記制御装置から前記第１の回線系とは逆順に前記第１の回線系の最下位の基地局が最上位の基地局となるように前記複数の基地局をカスケード状に接続し、前記第１の回線系の最上位の基地局である最下位の基地局にて終端する第２の回線系とを備え、
   前記制御装置は、
   基準クロックを生成する基準クロック生成部と、
   前記基準クロックに基づいてフレームタイミング信号を生成する第１フレームタイミング信号生成部と、
   前記第１フレームタイミング信号生成部が生成した前記フレームタイミング信号に基づいて送信フレーム信号を生成する第１フレーム生成部と、
   隣接する下位の前記基地局から返送された返送フレーム信号に基づいて遅延補正量を算出する第１遅延補正量算出部と、
   前記遅延補正量に基づいて前記第１フレームタイミング生成部が生成したフレームタイミング信号を補正する第１補正部と、を備え、
   前記複数の基地局は、
   受信した前記送信フレーム信号に基づいてフレームタイミング信号を生成する第２フレームタイミング信号生成部と、
   前記第２フレームタイミング信号生成部が生成した前記フレームタイミング信号に基づいて隣接する上位の前記制御装置、または、隣接する上位の前記基地局に返送する返送フレーム信号を生成する返送フレーム信号生成部と、
   前記第２フレームタイミング信号生成部が生成した前記フレームタイミング信号に基づいて送信フレーム信号を生成する第２フレーム生成部と、
   隣接する下位の前記基地局から返送された返送フレーム信号に基づいて遅延補正量を算出する第２遅延補正量算出部と、
   前記遅延補正量に基づいて前記第２フレームタイミング生成部が生成したフレームタイミング信号を補正する第２補正部と、を備えたことを特徴とする、通信システム。
2. 複数の基地局は、上位の基地局から順に、隣接する上位の制御装置、または、隣接する上位の前記基地局と同期をとることを特徴とする、請求項１記載の通信システム。
3. 前記第１補正部及び前記第２補正部はカウンタを備え、カウンタの値に基づいて前記遅延補正量分、隣接する下位の前記基地局に送信するフレームタイミング信号を早めるように補正することを特徴とする、請求項１または請求項２記載の通信システム。
4. 前記制御装置及び前記複数の基地局は、少なくとも隣接する下位の基地局との回線接続状態を監視する監視部を備え、
   前記制御装置は、監視部による監視結果に基づいて、第１の回線系と第２の回線系とのいずれか、または、第１の回線系と第２の回線系の両方を用いて通信を行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信システム。