JP7345351B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は無線通信システムに関し、特に、縦列に接続された複数の基地局装置と中央装置との間を有線ネットワークで接続する無線通信システムに関する。

無線通信システムにおいては、搬送波を変調して送信信号を生成し、送信する。搬送波には、位相雑音が含まれるが、位相雑音が低い方が無線信号の歪みが少なく、望ましい無線性能が得られる。位相雑音が低い搬送波を生成するために、同期デジタル・ハイアラーキ（synchronous digital hierarchy：ＳＤＨ）通信などのマスタクロックの生成およびクロック供給装置に使用されるようなルビジウム原子時計またはセシウム原子時計などの原子時計を使用することが考えられる。しかし、これらを動作させるには、温湿度、電磁波などの環境条件を整える必要があるので、機器スペースが大きくなり、コストが高くなるため、無線通信システムの基地局装置および移動局装置における搬送波発生部の用途には適さない。

特許文献１には、基地局装置を親局装置と子局装置に分離して、有線回線で接続し、基準クロック信号を親局装置から子局装置に供給する方法が開示されている。特許文献１によれば、親局装置は上位の移動体交換機と接続し、通信データを子局装置に渡し、子局装置が移動局との無線通信を担う。親局装置に基準クロック発生部が設けられており、基準クロック発生部に同期してデータを子局装置に伝送する。また、子局装置は、伝送信号から基準クロックを再生し、これに同期して動作する。さらに、子局装置は、上記基準クロックを元に搬送波を発生する。

特開２００４－３１２１５０号公報

特許文献１で開示される無線通信システムでは、例えば図６に開示される構成を採ることで、基準クロック生装置を子局装置内に配備する必要がなくなり、基地局の小型化を図ることが開示されているが、子局装置で基準クロック信号を再生できない場合には、子局装置がカバーするエリアで、無線通信が途絶する問題があった。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、基地局装置において基準クロック信号を再生できない場合でも、無線通信が途絶することのない無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信システムは、中央装置と、複数の基地局装置と、前記複数の基地局装置と無線通信する移動局装置とを備えた無線通信システムであって、前記中央装置と前記複数の基地局装置とがリング状に有線回線で接続されて現用系の回線と予備系の回線を有するリング型有線ネットワークが構築され、前記中央装置は、基準クロック信号を、前記現用系の回線および前記予備系の回線を介して前記複数の基地局装置に分配し、前記複数の基地局装置のそれぞれは、前記現用系の回線を介して分配された前記基準クロック信号を再生して現用系基準クロック信号とする第１のクロック再生部と、前記予備系の回線を介して分配された前記基準クロック信号を再生して予備系基準クロック信号とする第２のクロック再生部と、少なくとも前記第１のクロック再生部において前記基準クロック信号が再生できなかった場合にはクロック障害警報を発報する、クロック障害警報部と、を備え、前記クロック障害警報部から前記クロック障害警報が発報された場合、前記クロック障害警報を前記中央装置に転送することで、前記中央装置において、前記現用系の回線を前記予備系の回線に切り替え、前記複数の基地局装置のそれぞれは、前記現用系基準クロック信号または前記予備系基準クロック信号に基づいて前記移動局装置との無線通信のための搬送波を発生する搬送波発生部を備え、前記搬送波発生部は、前記第１のクロック再生部において前記基準クロック信号が再生できた場合は、前記現用系基準クロック信号に基づいて前記搬送波を発生して前記移動局装置との無線通信を行い、前記第２のクロック再生部において前記基準クロック信号が再生できた場合は、前記予備系基準クロック信号に基づいて前記搬送波を発生して前記移動局装置との前記無線通信を行う。

本発明に係る無線通信システムによれば、基地局装置において基準クロック信号を再生できない場合でも、無線通信が途絶することがない。

本発明に係る実施の形態１の無線通信システム１０００の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の基地局装置の構成を示す機能ブロック図である。 クロック再生部の構成を示すブロック図である。 無線通信システムにおける正常時の光信号の流れを説明する図である。 光ファイバが断線する異常が発生した場合の光信号の流れを説明する図である。 基地局装置においてクロック障害が発生した場合の光信号の流れを説明する図である。 実施の形態２の基地局装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２の基地局装置の構成を示す機能ブロック図である。 回線の切り替え条件を模式的に示す図である。

＜実施の形態１＞
＜システム構成＞
図１は、本発明に係る実施の形態１の無線通信システム１０００の構成を示すブロック図である。図１に示される無線通信システム１０００は、列車無線システムへの適用を例示しており、列車司令室の指令員が指令卓１を介して列車に乗務する乗務員の移動局装置５０ａとの間で、音声、または、データによる通信をすることを前提としている。

図１に示されるように無線通信システム１０００は、基準クロック発生部２と、サーバ３と、中央装置４と、ｎ台の基地局装置１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎと移動局装置５０ａを備えている。

中央装置４は、中央ＩＦ（インターフェース）部２００、中央制御部２０１および中央切替部２０２を備え、中央ＩＦ部２００は、指令卓１と接続され、指令員の音声および指令員による指令卓１での操作内容は、指令卓１で音声信号および操作データ信号に変換され、中央ＩＦ部２００に伝送される。逆に、列車内の乗務員の音声および移動局装置５０ａに対する操作内容は、中央ＩＦ部２００を経由して、指令卓１に出力される。

サーバ３は、音声信号およびデータ信号を蓄積する記憶装置であるが、中央ＩＦ部２００と直接接続する場合には、サーバ３と移動局装置５０ａが、中央ＩＦ部２００を経由して相互に通信することができる。

指令卓１またはサーバ３から入力された音声信号およびデータ信号は、中央制御部２０１でフレーム処理などを加えられ、中央切替部２０２に入力される。入力された信号は、中央切替部２０２で二分岐された後、光信号に変換され、光ファイバ７ｕ－１、７ｄ－（ｎ＋１）に出力される。

中央切替部２０２と基地局装置１０－１は光ファイバ７ｕ－１および７ｄ－１を介して接続される。基地局装置１０－１と基地局装置１０－２は光ファイバ７ｕ－２および７ｄ－２を介して接続される。このように、基地局装置１０－（ｉ－１）と基地局装置１０－ｉは、光ファイバ７ｕ－ｉおよび７ｄ－ｉを介して接続される。ここで、ｉは１からｎまでの自然数である。最後の基地局装置１０－ｎは、光ファイバ７ｕ－（ｎ＋１）および７ｄ－（ｎ＋１）を介して中央切替部２０２にリング状に接続される。すなわち、中央装置４と基地局装置１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎは、現用系の回線と予備系の回線との２重のリング型有線ネットワークを構築している。

ここで、データが中央装置から出力され、光ファイバ７ｕ－１、７ｕ－２、・・・、７ｕ－（ｎ＋１）を伝送して、中央装置４に戻る系統をＵ系と称し、通常はこちらが現用系回線とされる。一方、光ファイバ７ｄ－（ｎ＋１）、７ｄ－ｎ、・・・、７ｄ－１を伝送する系統をＤ系と称し、通常はこちらが予備系とされる。

また、基地局装置１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎは、それぞれアンテナ９－１、９－２、・・・、９－ｎと接続され、音声データ、信号データなどのデータは無線信号としてアンテナ９－１、９－２、・・・、９－ｎから出力される。

移動局装置５０ａは、アンテナ９－１、９－２、・・・、９－ｎから出力された無線信号のうち、最も受信電界強度が高い無線信号を選択して、受信処理する。これにより、基地局装置１０－１、１０－２、・・・、１０－ｎのうち、どの基地局装置の配下に属するかを判定する。移動局装置５０ａが無線信号を送信する際には、属する基地局装置のアンテナで無線信号が受信され、当該基地局装置を経由して中央装置４に伝送される。

＜基準クロック発生部＞
実施の形態１の無線通信システム１０００では、基準クロック発生部２が基準クロック信号を生成し、中央装置ＩＦ部２００に入力する。中央装置４は、基準クロック信号に同期して動作するため、中央装置４を伝送する信号および中央装置４から出力される信号は、基準クロック信号に同期する。

なお、中央装置４は、基準クロック発生部２から入力される基準クロック信号の周波数の逓倍波を、中央装置４の基準クロック信号として用いてもよい。

＜基地局装置の構成＞
図２は、実施の形態１の基地局装置１０－１の構成を示す機能ブロック図である。図２に示されるように基地局装置１０－１は、Ｕ系光受信部１００ｕ－１、Ｕ系光送信部１５４ｕ－１、Ｄ系光受信部１００ｄ－１およびＤ系光送信部１５４ｄ－１を有し、それぞれには、光ファイバ７ｕ－１、７ｕ－２、７ｄ－１および７ｄ－２が接続されている。

また、Ｕ系光受信部１００ｕ－１、Ｕ系光送信部１５４ｕ－１、Ｄ系光受信部１００ｄ－１およびＤ系光送信部１５４ｄ－１は、それぞれ受信処理部１０１ｕ－１、送信処理部１５３ｕ－１、受信処理部１０１ｄ－１および送信処理部１５３ｄ－１に接続されている。

受信処理部１０１ｕ－１は、送信処理部１５３ｕ－１、クロック再生部１０２ｕ－１（第１のクロック再生部）および回線選択部１０３－１に接続され、クロック再生部１０２ｕ－１は、クロック選択部１０４－１に接続されている。

受信処理部１０１ｄ－１は、送信処理部１５３ｄ－１およびクロック再生部１０２ｄ－１（第２のクロック再生部）に接続され、クロック再生部１０２ｄ－１は、クロック選択部１０４－１に接続されている。

また、受信処理部１０１ｄ－１は、回線選択部１０３－１に接続され、回線選択部１０３－１はＤ／Ａ変換部１０５－１に接続され、Ｄ／Ａ変換部１０５－１は変調部１０６－１に接続され、変調部１０６－１は増幅部１０７－１に接続され、増幅部１０７－１は、合分波部１２０－１に接続されている。合分波部１２０－１はアンテナ９－１および増幅部１５０－１に接続されている。

増幅部１５０－１は、復調部１５１－１に接続され、復調部１５１－１はＡ／Ｄ変換部１５２－１に接続され、Ａ／Ｄ変換部１５２－１は送信処理部１５３ｕ－１および送信処理部１５３ｄ－１に接続されている。

また、クロック選択部１０４－１は、搬送波発生部１０８－１に接続され、搬送波発生部１０８－１は、復調部１５１－１および変調部１０６－１に接続されている。

また、送信処理部１５３ｕ－１および送信処理部１５３ｄ－１には回線障害警報部１０９－１が接続され、回線障害警報部１０９－１にはクロック障害警報部１１０－１が接続されている。なお、図２においては回線障害警報部１０９－１とクロック障害警報部１１０－１とが接続され、回線障害警報部１０９－１が送信処理部１５３ｕ－１および送信処理部１５３ｄ－１に接続されているが、クロック障害警報部１１０－１が送信処理部１５３ｕ－１および送信処理部１５３ｄ－１に接続されていてもよいし、回線障害警報部１０９－１およびクロック障害警報部１１０－１の両方が送信処理部１５３ｕ－１および送信処理部１５３ｄ－１に接続されていてもよい。

また、便宜的に図示は省略するが、回線障害警報部１０９－１およびクロック障害警報部１１０－１には、受信処理部１０１ｕ－１および受信処理部１０１ｄ－１が接続され、受信データが入力される。

また、便宜的に図示は省略するが、回線障害警報部１０９－１およびクロック障害警報部１１０－１は、回線選択部１０３－１に接続され、それぞれでの判定結果が回線選択部１０３－１に入力される。

また、便宜的に図示は省略するが、回線選択部１０３－１はクロック選択部１０４－１に接続され、回線選択部１０３－１での選択結果がクロック選択部１０４－１に入力される。

クロック障害警報部１１０－１は、マイクロコンピュータおよびＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）で実現でき、搬送波発生部１０８－１は、ＰＬＬ（phase locked loop）回路などの周波数シンセサイザで実現できる。

なお、図示は省略するが基地局装置１０－２、・・・、１０－ｎも同様の構成を採り、ハイフンの後の数字が２、・・・、ｎに変わるだけである。

＜光信号受信から無線信号送信までの信号の流れ＞
次に、図２を参照して基地局装置１０－１における光信号受信から無線信号送信までの信号の流れについて説明する。Ｕ系光受信部１００ｕ－１は、光ファイバ７ｕ－１を介してＵ系の光信号を受信する。一方、Ｕ系光送信部１５４ｕ－１は光ファイバ７ｕ－２を介して、Ｕ系の光信号を送信する。受信されたＵ系の光信号は、Ｕ系光受信部１００ｕ－１において電気信号に変換され、受信処理部１０１ｕ－１に入力される。受信処理部１０１ｕ－１においては、符号変換および警報転送などを実施して、回線選択部１０３－１に入力する。

同様に、光ファイバ７ｕ－１を介して入力されたＤ系の光信号は、Ｄ系光受信部１００ｄ－１において電気信号に変換され、受信処理部１０１ｄ－１に入力され、受信処理部１０１ｄ－１を介して、受信処理部１０１ｄ－１において、符号変換および警報転送などを実施して回線選択部１０３－１に入力する。

回線選択部１０３－１は、回線障害警報部１０９－１およびクロック障害警報部１１０－１の判定結果に基づいて、Ｕ系またはＤ系のうち、現用系を選択して、選択された系のデータを後段のＤ／Ａ変換部１０５－１に出力する。

Ｄ／Ａ変換部１０５－１は、入力されたデータをアナログ信号に変換して、変調部１０６－１に出力する。

変調部１０６－１は、搬送波発生部１０８－１から搬送波が入力されることにより、入力されたアナログ信号をアップコンバートする。

アップコンバートされたアナログ信号は、増幅部１０７－１で増幅され、合分波部１２０－１に入力される。

合分波部１２０－１は、デュプレクサ（Duplexer）とも称され、送信アンテナと受信アンテナを１本のアンテナで共用する場合に、送信信号と受信信号を合成および分配する機能を有している。すなわち、送信信号の搬送波周波数ｆｔと受信信号の搬送波周波数ｆｒは異なるので、合分波部１２０－１は、増幅部１０７－１から入力された搬送波周波数ｆｔのアナログ信号をアンテナ９－１にのみ伝達し、増幅部１５０－１には伝達しない。同様に、アンテナ９－１から入力された搬送波周波数ｆｒのアナログ信号は、増幅部１５０－１にのみ伝達し、増幅部１０７－１には伝達しない。

合分波部１２０－１に入力したアナログ信号は、アンテナ９－１に伝達され、アナログ信号のうち、送信アンテナが出力できる周波数範囲の信号が無線信号として空間に出力される。

＜無線信号受信から光信号送信までの信号の流れ＞
次に、図２を参照して基地局装置１０－１における無線信号受信から光信号送信までの信号の流れについて説明する。移動局装置５０ａから出力された無線信号は、アンテナ９－１の受信アンテナで受信された後、空間を伝搬する無線信号のうち、受信アンテナが感じられる周波数範囲の信号がアナログ信号に変換され、合分波部１２０－１に入力される。

合分波部１２０－１に入力されたアナログ信号は、増幅部１５０－１に伝達され、復調部１５１－１に入力される。

復調部１５１－１は、搬送波発生部１０８－１から搬送波が入力されることにより、入力されたアナログ信号をダウンコンバートする。

ダウンコンバートされたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換部１５２－１でデジタル信号に変換され、Ｕ系の送信処理部１５３ｕ－１とＤ系の送信処理部１５３ｄ－１に入力される。

送信処理部１５３ｕ－１および１５３ｄ－１では、デジタル信号に符号変換および警報転送などを実施して、それぞれ、Ｕ系光送信部１５４ｕ－１およびＤ系光送信部１５４ｄ－１に入力する。

Ｕ系光送信部１５４ｕ－１およびＤ系光送信部１５４ｄ－１は、それぞれ、Ｕ系およびＤ系の光信号を送信し、光ファイバ７ｕ－２および７ｄ－１に出力する。

＜基準クロック信号および搬送波の流れ＞
次に、図２を参照して基地局装置１０－１における基準クロック信号および搬送波の流れについて説明する。Ｕ系のクロック再生部１０２ｕ－１は、受信処理部１０１ｕ－１で分岐された電気信号からＵ系の基準クロック信号を再生する。クロック再生部１０２ｕ－１で再生された基準クロック信号（現用系基準クロック信号）は、Ｕ系光受信部１００ｕ－１、受信処理部１０１ｕ－１、送信処理部１５３ｕ－１およびＵ系光送信部１５４ｕ－１を駆動するクロックとして使用される。なお、便宜的に、基準クロック信号のルートは図示を省略している。

同様に、Ｄ系のクロック再生部１０２ｄ－１は、受信処理部１０１ｄ－１で分岐された電気信号からＤ系の基準クロック信号（予備系基準クロック信号）を再生し、再生された基準クロック信号は、Ｄ系光受信部１００ｄ－１、受信処理部１０１ｄ－１、送信処理部１５３ｄ－１およびＤ系光送信部１５４ｄ－１を駆動するクロックとして使用される。なお、便宜的に、基準クロック信号のルートは図示を省略している。

Ｕ系の基準クロック信号とＤ系の基準クロック信号は、クロック選択部１０４－１に入力される。クロック選択部１０４－１は、回線選択部１０３－１で選択された回線の基準クロック信号を選択し、搬送波発生部１０８－１に出力する。

搬送波発生部１０８－１は、入力された基準クロック信号に基づいて搬送波を発生し、出力する。なお、基準クロック信号と搬送波の周波数は、必ずしも同一である必要はなく、基準クロック信号の周波数を逓倍して搬送波としてもよい。

クロック再生部１０２ｕ－１で再生された基準クロック信号は、光受信信号に同期して再生されるため、光送信信号も光受信信号に同期する。このようにして、中央装置４および基地局装置１０－１、・・・、１０－ｎは、同期伝送路網を構成する。

次に、図３を用いてクロック再生部１０２ｕ－１における基準クロック信号の再生方法について説明する。図３はクロック再生部１０２ｕ－１の構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、クロック再生部１０２ｕ－１は、位相同期回路（ＰＬＬ）を用いて基準クロック信号を再生する。

すなわち、クロック再生部１０２ｕ－１は、ループ状に接続された位相比較器１０１１、ループフィルタ１０１２、ＶＣＯ（Voltage-Controlled Oscillator：電圧制御発振器１０１３および分周器１０１４で構成される位相同期回路を備えている。なお、ＶＣＯ１０１３が基準クロック信号と同じ周波数のクロック信号を出力するのであれば、ＶＣＯ１０１３を具備しない構成であってもよい。

位相比較器１０１１は、受信処理部１０１ｕ－１から入力されるクロック再生部１０２ｕ－１の入力信号と分周器１０１４を介したＶＣＯ１０１３の出力信号の位相を比較して、位相差に比例した電気信号を出力する。

ループフィルタ１０１２は、ローパスフィルタであり、位相比較器１０１１の出力信号の低周波成分を抽出し、電気信号として出力する。

ＶＣＯ１０１３は、ループフィルタ１０１２の出力信号の電圧に従って、出力するクロック信号の周波数を変化させる。

そして、位相差がなくなるように、ループフィルタ１０１２の利得を設定する。これにより、入力信号の方が、ＶＣＯ１０１３の出力信号より早い位相を有する場合、ＶＣＯ１０１３の出力信号の位相が早まる。逆に、入力信号の方が、ＶＣＯ１０１３の出力信号より、遅い位相を有する場合、ＶＣＯ１０１３の出力信号の位相が遅れる。このようにして、クロック再生部１０２ｕ－１の入力信号に同期した、基準クロック信号を再生できる。

さらに、生データでは、ビット０または１が長時間連続する場合があるが、これでは、周期が長すぎて、本来、再生したい周波数のクロックを出力できなくなる場合がある。そのため、基準クロック信号を再生するために、クロック再生部１０２ｕ－１の入力信号をスクランブル処理してもよい。これにより、長周期のビット列を抑止し、クロックを再生できるようになる。なお、Ｄ系のクロック再生部１０２ｄ－１も同様の構成を採る。

従って、基準クロック発生部２の基準クロック信号の位相雑音が低ければ、基地局装置１０－１、・・・、１０－ｎの搬送波の位相雑音を低くすることができる。すなわち、所望の搬送波周波数を高精度に得ることができる。

ここで、基準クロック発生部２での基準クロック信号の発生には、ＳＤＨ通信などのマスタクロックの生成およびクロック供給装置で使用されるような原子時計を使用するので、位相雑音を低くできる。このような原子時計は、機器スペースを大きくし、コスト増を招くが、中央装置４だけに設けるので問題はない。

なお、基地局装置１０－１において、受信した光信号から基準クロック信号を再生するまでは、基地局装置１０－１内の各構成は自走クロック信号で動作する。

ここで、基地局装置１０－１が構築される基板上には、ＴＣＸＯ (Temperature-compensated crystal Oscillator)、ＯＣＸＯ (Oven-Controlled crystal Oscillator)などの発振器で構成される図示されない自走クロック源が実装されている。自走クロック信号は、この自走クロック源によるクロック信号であり、他のクロック信号に従属しない（同期しない）クロック信号である。

自走クロック信号は、基地局装置１０－１、１０－２、・・・１０－ｎの電源投入直後の初期立ち上げ時に、光信号の受信処理ができない段階および前段の基地局装置から光信号が入力されない場合に使用され、また、上記のように受信した光信号から基準クロック信号を再生するまでの期間（数秒から１０秒程度）にも使用される。

＜光信号の流れ＞
次に、無線通信システム１０００における光信号の流れについて、図２を参照しつつ、図４および図５を用いて説明する。

＜正常時＞
図４は、無線通信システム１０００における正常時の光信号の流れを説明する図である。無線通信システム１０００が正常の場合、Ｕ系では、中央装置４内の中央切替部２０２から出力された光信号は、光ファイバ７ｕ－１を経て、基地局装置１０－１に入力する。その後、基地局装置１０－１の内部で、無線信号に変換されると共に、基地局装置１０－１から光ファイバ７ｕ－２に光信号を出力する。

以下、同様に、光信号は、基地局装置１０－２、・・・・、１０－ｎを順に経て、光ファイバ７ｕ－（ｎ＋１）を介して中央切替部２０２に戻る。

一方、Ｄ系でも、中央切替部２０２から出力された光信号は、光ファイバ７ｄ－（ｎ＋１）を経て、基地局装置１０－ｎに入力する。その後、基地局装置１０－（ｎ－１）、・・・・、１０－１を順に経て、光ファイバ７ｄ－１を介して中央切替部２０２に戻る。

このように、Ｕ系でもＤ系でも光信号が中央切替部２０２に戻るのは、列車の乗務員が話した音声を指令員が聞くためである、すなわち、指令員の音声は、中央装置４→基地局装置１０－１→移動局装置５０ａの順に伝送され、乗務員の音声は、移動局装置５０ａ→基地局装置１０－１→基地局装置１０－２→・・・１０－ｎ→中央装置４の順に伝送される。

次に、移動局装置５０ａが基地局装置１０－１の配下にある場合を例に、移動局装置５０ａから出力された無線信号の流れについて説明する。この場合、基地局装置１０－１は、移動局装置５０ａから出力された無線信号を受信し、アナログ信号に変換する。Ｕ系では、光ファイバ７ｕ－１を介して受信したデータに、アナログ信号のデータを加え、光ファイバ７ｕ－２に出力する。従って、基地局装置１０－２、・・・・、１０－ｎを順に経由して中央切替部２０２で受信されるため、移動局装置５０ａから出力された無線信号のデータが中央装置４に到達する。

これにより、移動局装置５０ａを介して乗務員が話した音声を指令員が聞くことができる。また、移動局装置５０ａが、車両故障を収集するような機器と接続すれば、車両故障情報などを指令員に伝達することができ、車両側の情報を伝送できる。

Ｄ系でも同様に、移動局装置５０ａから出力された無線信号のデータは、基地局装置１０－１から光ファイバ７ｄ－１を介して中央装置４に到達する。

中央装置４では、上記の２系統から受信したデータのうち、現用系の方のデータを指令卓１またはサーバ３に出力するような制御を行う。例えば、Ｕ系を現用系として初期設定していれば、正常時には、Ｕ系の方のデータが指令卓１またはサーバ３に出力される。

＜光伝送路の異常時＞
図５は、無線通信システム１０００において光ファイバ７ｕ－２が断線する異常が発生した場合の光信号の流れを説明する図である。この場合、Ｕ系では、基地局装置１０－１から光信号を光ファイバ７ｕ－２に出力する。しかし、光ファイバ７ｕ－２が断線しているため、光信号が基地局装置１０－２に到達しない。この場合、回線障害警報部１０９－２は、定期的に基地局装置１０－１から出力されているはずの光信号が届かないことで、回線障害が現用系のＵ系で発生しているものとして、回線障害警報を発報する。

回線選択部１０３－２は、現用系のＵ系で回線障害警報が発報されていることを検知した場合には、現用系をＵ系からＤ系に切り替える。これにより、Ｄ系のデータが後段のＤ／Ａ変換部１０５－２に出力され、変調部１０６－２、増幅部１０７－２および合分波部１２０－２を介してアンテナ９－２から、正しいデータに基づいた無線信号が送信される。

また、基地局装置１０－２で発報された回線障害警報は、伝送データのオーバーヘッドに格納され、Ｕ系とＤ系の両方の光ファイバに出力される。これにより、後段の基地局装置、すなわち、Ｕ系では基地局装置１０－３に、Ｄ系では基地局装置１０－１に、基地局装置１０－２で回線障害が発生したことが通知される。回線障害警報を受けた後段の基地局装置は、さらに後段の基地局装置に回線障害警報を伝送し、これを繰り返すことにより、中央装置４に、基地局装置１０－２で回線障害が発生したことを通知できる。

この結果、光ファイバ７ｕ－２が断線した場合には、中央装置４において、現用系をＵ系からＤ系に切り替えることができ、回線障害が発生した場合でも、無線通信が途絶することがない。

また、光ファイバ７ｕ－２の断線時に、基地局装置１０－２のＵ系の出力データとして、Ｕ系の入力データを使用する代わりに、光ファイバ７ｄ－３から入力されたＤ系の入力データを用いてもよい。これは、図５において、基地局装置１０－２のＤ系からＵ系に接続されるラインが設けられていることで模式的に表されている。

＜クロック障害時＞
図６は、クロック障害が基地局装置１０－２のＵ系で発生した場合の光信号の流れを説明する図である。クロック障害が基地局装置１０－２のＵ系で発生した場合、光信号が光ファイバ７ｕ－３には出力されず、基地局装置１０－３以降の基地局装置には光信号が伝送されなくなる。この場合、クロック障害警報部１１０－２は、基準クロック信号がクロック再生部１０２ｕ－２で再生できなかったことを検知して、クロック障害警報を発報する。

ここで、クロック障害警報部１１０－２において基準クロック信号が再生できなかったことを検知する方法としては、基準クロック信号の送信に際して、伝送データのヘッダ部に固定パターンを挿入して送信し、基準クロック信号の再生時に、当該固定パターンをビットエラーなく再生できているかを判断することで、基準クロック信号を再生できているかどうかを検知できる。また、クロック再生部１０２ｕ－１のループフィルタの出力電圧の時間変化量が一定値以下になった場合は収束したと判断し、基準クロック信号を再生できたと判断してもよい。

クロック障害が発生する場合は、光受信信号に同期した基準クロック信号が再生できておらず、クロック周波数がずれている可能性がある。また、Ｕ系光受信部１００ｕ－２が、データの再生に失敗している可能性もある。

クロック障害警報部１１０－２で発報されたクロック障害警報は、伝送データのオーバーヘッドに格納され、Ｕ系とＤ系の両方の光ファイバに出力される。これにより、Ｕ系、Ｄ系の後段の基地局装置にクロック障害が発生していることが通知される。クロック障害警報を受けた後段の基地局装置は、さらに後段の基地局装置にクロック障害警報を伝送し、これを繰り返すことにより、中央装置４に、基地局装置１０－２でクロック障害が発生したことを通知できる。この結果、中央装置４において、現用系をＵ系からＤ系に切り替えることができる。

また、基地局装置１０－２でのクロック障害の発生時には、後段の基地局装置１０－３のＵ系の出力データとして、Ｕ系の入力データを使用する代わりに、光ファイバ７ｄ－４から入力されたＤ系の入力データを用いてもよい。これは、図６において、基地局装置１０－３のＤ系からＵ系に接続されるラインが設けられていることで模式的に表されている。

以上説明したように、実施の形態１の無線通信システム１０００では、各基地局装置において、受信した光信号から基準クロック信号を再生し、この基準クロック信号から搬送波を生成する。また、無線通信システム１０００は現用系回線および予備系回線を有する２重のリング型有線ネットワークを構築し、各基地局装置には、現用系回線で回線障害が発生した場合には、回線障害警報を発報する回線障害警報部を設け、また、基地局装置内でクロック障害が発生した場合には、クロック障害警報を発報するクロック障害警報部を設けて、光信号の回線を現用系回線から予備系回線に切り替える構成としたので、現用系回線で回線障害およびクロック障害が発生しても無線通信を継続できる。また、各基地局装置には、基準クロック信号の発生部を設けないため、低コストの無線通信システムを実現できる。

なお、以上説明した実施の形態１においては、各基地局装置は、クロック障害警報部および回線障害警報部を有するものとしたが、クロック障害警報部だけを有する構成としても良い。

＜実施の形態２＞
図７は、本発明に係る実施の形態２の無線通信システムにおける基地局装置１０－１の構成を示す機能ブロック図である。なお、なお、図７においては、図２を用いて説明した基地局装置１０－１と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、無線通信システムの構成は、図１に示した無線通信システム１０００と同じである。

図７に示すように基地局装置１０－１においては、出力停止部１１１－１が追加され、クロック障害警報部１１０－１に接続されると共に、増幅部１０７－１に接続され、出力停止部１１１－１の出力信号が増幅部１０７－１に入力される構成となっている。

実施の形態１において説明したように、クロック障害警報部１１０－１から、Ｕ系のクロック障害警報が発報された場合、クロック選択部１０４－１は、回線選択部１０３－１で選択されたＤ系の回線の基準クロック信号に切り替え、搬送波発生部１０８－１に出力する。通常であれば、無線信号の搬送波周波数は、所望の周波数範囲に収まる。

しかし、Ｕ系とＤ系の両方で、クロック障害警報が発報される場合、無線信号の搬送波周波数は、所望の周波数範囲に収まる保証がない。従って、Ｕ系とＤ系の両方で、クロック障害警報が発報される場合、これを出力停止部１１１－１に通知する。これにより、出力停止部１１１－１が出力停止信号を増幅部１０７－１に出力する。これを受けた増幅部１０７－１は、アナログ信号の送信を抑止し、無線信号の送信を抑止する。なお、出力停止部１１１－１は、マイクロコンピュータおよびＦＰＧＡなどで実現できる。

以上説明したように、クロック障害警報部１１０－１に出力停止部１１１－１を接続し、Ｕ系とＤ系の両方で、クロック障害警報が発報された場合、増幅部１０７－１の出力を停止する出力停止信号を増幅部１０７－１に出力する構成としたので、搬送波の周波数が所望の周波数範囲から外れた場合に、無線信号の送信を抑止できる。

なお、以上説明した実施の形態２においては、各基地局装置は、クロック障害警報部および回線障害警報部を有するものとしたが、クロック障害警報部だけを有する構成としても良い。

＜実施の形態３＞
図８は、本発明に係る実施の形態３の無線通信システムにおける基地局装置１０－１の構成を示す機能ブロック図である。なお、なお、図８においては、図２を用いて説明した基地局装置１０－１と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、無線通信システムの構成は、図１に示した無線通信システム１０００と同じである。

図８に示すように基地局装置１０－１においては、周波数比較部１１２－１が追加され、クロック再生部１０２ｕ－１および１０２ｄ－１に接続されると共にクロック障害警報部１１０－１に接続され、周波数比較部１１２－１の出力信号がクロック障害警報部１１０－１に入力される構成となっている。

クロック再生部１０２ｕ－１は、Ｕ系の基準クロック信号を分岐して、クロック選択部１０４－１および周波数比較部１１２－１に出力する。同様に、クロック再生部１０２ｄ－１は、Ｄ系の基準クロック信号をクロック選択部１０４－１および周波数比較部１１２－１に出力する。

周波数比較部１１２－１は、２系統の基準クロック信号を受けてそれぞれの周波数を比較する。例えば、一方の基準クロック信号を動作クロックとして用い、他方の基準クロック信号の周波数を計測する。周波数比較部１１２－１での比較結果は、出力信号としてクロック障害警報部１１０－１に入力される。周波数比較部１１２－１は、ＦＰＧＡを使用すれば実現できる。

クロック再生部１０２ｕ－１が受信データにロックしている状態からロックが外れる状態になり、クロック障害警報が発報される場合がある。先に説明したように、クロック再生部１０２ｕ－１および１０２ｄ－１には位相比較器１０１１（図３）を使用しており、受信データのクロック成分の周波数と、分周器１０１４の出力周波数が一致（同期）している状態（ＶＣＯ１０１３の制御が収束した状態）を受信データにロックしている状態と称する。これに対し、ＶＣＯ１０１３の制御が一旦収束して、受信データにロックしている状態から、何らかの要因で、受信データと同期しなくなることをロックが外れる状態と称する。この要因としては、例えば、受信データの瞬断、伝送路中の波形歪みおよびノイズが挙げられる。ロックが外れると、クロック障害が発生したものとしてクロック障害警報が発報される場合がある。

この場合でも、クロック再生部１０２ｕ－１は、ロックしている状態をホールドオーバーして、基準クロック信号を出力することができる。ここでホールドオーバーとは、様々な原因により、光信号を受信できず、基準クロック信号を生成できなくなった場合は、先に説明した自走クロック源による自走クロック信号を基準クロック信号とするが、この自走クロック信号は、本来の基準クロック信号に継続して同期するために、自走クロック源を自走制御することをホールドオーバーと称する。

ホールドオーバーしない場合、光信号を受信できなくなった途端に、自走クロック源は、本来同期すべき光信号と異なる位相と周波数の自走クロック信号を出力することになる。

ホールドオーバーした自走クロック信号を使用しても、それが本来の基準クロック信号に継続して同期しているので、Ｕ系光受信部１００ｕ－１、受信処理部１０１ｕ－１、送信処理部１５３ｕ－１、Ｕ系光送信部１５４ｕ－１を動作させ、正常な通信を行うことが、一定時間可能である。なお、一定時間は、中央装置および基地局装置の構成および製造誤差に依存するので一概には決まらないが、１～２４時間もすれば、位相および周波数のずれが無視できなくなるものと考えられる。

そこで、Ｕ系でクロック障害警報が発報しても、クロック再生部１０２ｕ－１がホールドオーバーして、周波数比較部１１２－１での周波数比較結果（周波数差）が所定の規格内であれば、周波数比較部１１２－１は所定の出力信号をクロック障害警報部１１０－１に入力し、クロック障害警報の発報を止め、クロック選択部１０４－１によるＤ系の回線の基準クロック信号への切り替えを抑止して、Ｕ系の回線の基準クロック信号を継続して使用できるようにする。

ここで、搬送波周波数の許容偏差は、電波法で規定され、周波数、出力電力および用途によって変わるが、１～１０ｐｐｍ程度となる。搬送波周波数の許容偏差をＡとすると、所定の規格としてのＵ系とＤ系の周波数差は、許容偏差Ａから測定誤差およびマージンを表すαを差し引いた値（Ａ－α）となる。

このように、周波数差が所定の規格内であればクロック選択部１０４－１によるＤ系の回線の基準クロック信号への切り替えを抑止するのは、受信データの瞬断およびノイズのような一時的な現象によってもクロック障害警報が発報される場合があり、クロック障害警報の発報のみを回線の切り替え条件とすると、本来、切り替える必要がない場合に回線を切り替えたり、Ｕ系で瞬断した後、Ｄ系で瞬断が発生し、再びＵ系で瞬断するような場合には、切り替えが連続して発生する可能性があるためである。このような不要な切り替えを少なくするために、基地局装置において周波数比較部を設けることで、クロック障害警報の発報だけでなく、周波数差が一定値以上になることも、回線の切り替え条件に加えているので、不要な切り替えを少なくすることができる。

上述した回線の切り替え条件を図９に模式的に示す。図９においては、Ｕ系クロック障害警報、Ｄ系クロック障害警報、周波数差および現用系の回線を示しており、Ｕ系クロック障害警報が発報しても、周波数差が規格内であればＵ系の回線が現用系の回線として継続され、周波数差が規格外となった場合にＤ系の回線が現用系の回線として切り替わることを示している。

なお、以上説明した実施の形態３においては、各基地局装置は、クロック障害警報部および回線障害警報部を有するものとしたが、クロック障害警報部だけを有する構成としても良い。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

４ 中央装置、１０－１ 基地局装置、５０ａ 移動局装置、１０２ｕ－１，１０２ｄ－１ クロック再生、１０８－１ 搬送波発生部、１０９－１ 回線障害警報部、１１０－１ クロック障害警報部、１１１－１ 出力停止部、１１２－１ 周波数比較部。

Claims (4)

1. 中央装置と、
   複数の基地局装置と、
   前記複数の基地局装置と無線通信する移動局装置とを備えた無線通信システムであって、
   前記中央装置と前記複数の基地局装置とがリング状に有線回線で接続されて現用系の回線と予備系の回線を有するリング型有線ネットワークが構築され、
   前記中央装置は、
   基準クロック信号を、前記現用系の回線および前記予備系の回線を介して前記複数の基地局装置に分配し、
   前記複数の基地局装置のそれぞれは、
   前記現用系の回線を介して分配された前記基準クロック信号を再生して現用系基準クロック信号とする第１のクロック再生部と、
   前記予備系の回線を介して分配された前記基準クロック信号を再生して予備系基準クロック信号とする第２のクロック再生部と、
   少なくとも前記第１のクロック再生部において前記基準クロック信号が再生できなかった場合にはクロック障害警報を発報するクロック障害警報部と、を備え、
   前記クロック障害警報部から前記クロック障害警報が発報された場合、前記クロック障害警報を前記中央装置に転送することで、前記中央装置において、前記現用系の回線を前記予備系の回線に切り替え、
   前記複数の基地局装置のそれぞれは、
   前記現用系基準クロック信号または前記予備系基準クロック信号に基づいて前記移動局装置との無線通信のための搬送波を発生する搬送波発生部を備え、
   前記搬送波発生部は、
   前記第１のクロック再生部において前記基準クロック信号が再生できた場合は、前記現用系基準クロック信号に基づいて前記搬送波を発生して前記移動局装置との無線通信を行い、
   前記第２のクロック再生部において前記基準クロック信号が再生できた場合は、前記予備系基準クロック信号に基づいて前記搬送波を発生して前記移動局装置との前記無線通信を行う、無線通信システム。
2. 前記複数の基地局装置のそれぞれは、
   前記第１および第２のクロック再生部において前記基準クロック信号を再生できず前記クロック障害警報が発報された場合に、前記移動局装置への無線信号の出力を停止する出力停止部をさらに備える、請求項１記載の無線通信システム。
3. 前記複数の基地局装置のそれぞれは、
   前記現用系基準クロック信号と前記予備系基準クロック信号の周波数を比較する周波数比較部をさらに備え、
   前記周波数比較部での周波数比較結果は、前記クロック障害警報部に与えられ、
   前記クロック障害警報部から前記クロック障害警報が発報された場合でも、
   前記第１のクロック再生部または前記第２のクロック再生部がホールドオーバーしており、かつ、前記周波数比較結果が予め定めた規格を満足している場合には前記クロック障害警報の発報を停止して、回線の切り替えを抑止する、請求項１記載の無線通信システム。
4. 中央装置と、
   複数の基地局装置と、
   前記複数の基地局装置と無線通信する移動局装置とを備えた無線通信システムであって、
   前記中央装置と前記複数の基地局装置とがリング状に有線回線で接続されて現用系の回線と予備系の回線を有するリング型有線ネットワークが構築され、
   前記中央装置は、
   基準クロック信号を、前記現用系の回線および前記予備系の回線を介して前記複数の基地局装置に分配し、
   前記複数の基地局装置のそれぞれは、
   前記現用系の回線を介して分配された前記基準クロック信号を再生して現用系基準クロック信号とする第１のクロック再生部と、
   前記予備系の回線を介して分配された前記基準クロック信号を再生して予備系基準クロック信号とする第２のクロック再生部と、
   少なくとも前記第１のクロック再生部において前記基準クロック信号が再生できなかった場合にはクロック障害警報を発報するクロック障害警報部と、
   前記現用系基準クロック信号または前記予備系基準クロック信号に基づいて前記移動局装置との前記無線通信のための搬送波を発生する搬送波発生部と、
   前記有線回線が断線して前段の基地局装置から信号が届かない場合に回線障害警報を発報する回線障害警報部と、を備え、
   前記クロック障害警報部から前記クロック障害警報が発報された場合、前記クロック障害警報を前記中央装置に転送することで、前記中央装置において、前記現用系の回線を前記予備系の回線に切り替え、
   前記回線障害警報部から前記回線障害警報が発報された場合、後段の基地局装置を介して、前記回線障害警報を前記中央装置に転送することで、前記中央装置において、前記現用系の回線を前記予備系の回線に切り替え、
   前記搬送波発生部は、
   前記回線障害警報部から前記回線障害警報が発報された場合、
   前記第２のクロック再生部において前記基準クロック信号を再生した前記予備系基準クロック信号に基づいて前記搬送波を発生して前記移動局装置との前記無線通信を行う、無線通信システム。

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