説明

無線通信システム

【課題】 各基地局の送信タイミングを同期させるため、GPSを用いる場合、トンネル内ではGPS信号を受信できないといった問題がある。また、NTP(Network Time Protocol)装置を用いずに基地局間の同期を取る方法が求められている。
【解決手段】 本発明に係る無線通信システムは、第一の基地局は、基準信号を受信した時刻から1−t1/2秒後が次の同期タイミングであることが分かる。また、第二の基地局は、基準信号を受信した時刻から1−(t1/2+t2/2)秒後が次の同期タイミングであることが分かる。第三の基地局は、基準信号を受信した時刻から1−(t1/2+t2/2+t3/2)秒後が次の同期タイミングであることが分かる。上記のように、各基地局では基準信号を受け取った時刻の(1−回線遅延時間)秒後が中央装置の基準信号時刻として同期することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、列車無線に使用される無線通信システムにおいて、縦列に接続された複数の基地局装置の無線送信タイミングを同期させるに無線通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
中央装置から基地局を介して無線にて移動局との間で伝送される音声信号やデータ信号を扱うシステムにおいて、移動局の位置を特定する手段がない場合、各基地局から同じタイミングで無線を送信して移動局で受信する必要がある。この場合、各基地局が送信する無線データのタイミングが同期していないと、複数の基地局から無線が届く移動局においては、無線の干渉により正常に信号を受信することができないという問題がある。
【0003】
従来、各基地局の無線送信タイミングを同期させる方法として、GPS(Global Positioning System)やNTP(Network Time Protocol)装置など外部機器を使用して各基地局の同期を取っていた。
【0004】
また、特許文献1には、GPS衛星から受信したデータに基づいて1秒ごとに生成されるパルス信号(1秒パルス 1PPS)を用いて、光ファイバケーブルを通過することによる遅延時間を測定する方法が開示されている。具体的には、送信装置は、光ファイバを介して接続された受信装置に1PPS信号を送信し、当該受信装置より送り返されたパルス信号が戻ってくるまでの時間を測定する。そして、測定した時間の半分の時間が光ファイバケーブルを通過することによる遅延時間と判断し、その遅延時間分だけ実際の1PPS信号よりも早いタイミングで1PPS信号を送信することにより、遅延時間を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2010―177982
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
各基地局の無線送信タイミングを同期させる方法として、GPSを用いる場合、トンネル内ではGPS信号を受信できないといった問題がある。また、NTP装置は高価であるため、NTP装置を用いずに基地局間の同期を取る方法が求められている。
【0007】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、GPS装置やNTP装置のような外部機器を使用せずに、GPSアンテナが設置できないトンネル内でも各基地局の無線送信タイミングを同期させることができ、かつ、安価な無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明に係る無線通信システムは、中央装置と、この中央装置から所定期間T毎に送信される基準信号に基づいて同期を取る第一の基地局、第二の基地局及び第三の基地局とを備えた無線通信システムにおいて、第一の基地局は、中央装置に計測用信号を送信してから、中央装置より計測用信号が戻ってくるまでの時間t1を測定し、t1/2を回線遅延時間として記憶するとともに、所定期間Tから回線遅延時間t1/2を引いたT−t1/2を補正時間とする処理を実行し、第二の基地局は、第一の基地局に計測用信号を送信してから、第一の基地局より計測用信号が戻ってくるまでの時間t2を測定し、t2/2を回線遅延時間として記憶するとともに、所定期間Tから回線遅延時間t1/2+t2/2を引いたT−(t1/2+t2/2)を補正時間とする処理を実行し、第三の基地局は、第二の基地局に計測用信号を送信してから、第二の基地局より計測用信号が戻ってくるまでの時間t3を測定し、t3/2を回線遅延時間として記憶するとともに、所定期間Tから回線遅延時間t1/2+t2/2+t3/2を引いたT−(t1/2+t2/2+t3/2)を補正時間とする処理を実行し、第一の基地局、第二の基地局及び第三の基地局は、中央装置からの基準信号を受け取った時刻から、それぞれの補正時間T−t1/2、T−(t1/2+t2/2)、T−(t1/2+t2/2+t3/2)経過後の時刻を、中央装置の基準信号時刻として同期するものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る無線通信システムは、中央装置と、この中央装置から所定期間T毎に送信される基準信号に基づいて同期を取る第一の基地局、第二の基地局及び第三の基地局とを備えた無線通信システムにおいて、第一の基地局は、中央装置に計測用信号を送信してから、中央装置より計測用信号が戻ってくるまでの時間t1を測定し、t1/2を回線遅延時間として記憶するとともに、所定期間Tから回線遅延時間t1/2を引いたT−t1/2を補正時間とする処理を実行し、第二の基地局は、第一の基地局に計測用信号を送信してから、第一の基地局より計測用信号が戻ってくるまでの時間t2を測定し、t2/2を回線遅延時間として記憶するとともに、所定期間Tから回線遅延時間t1/2+t2/2を引いたT−(t1/2+t2/2)を補正時間とする処理を実行し、第三の基地局は、第二の基地局に計測用信号を送信してから、第二の基地局より計測用信号が戻ってくるまでの時間t3を測定し、t3/2を回線遅延時間として記憶するとともに、所定期間Tから回線遅延時間t1/2+t2/2+t3/2を引いたT−(t1/2+t2/2+t3/2)を補正時間とする処理を実行し、第一の基地局、第二の基地局及び第三の基地局は、中央装置からの基準信号を受け取った時刻から、それぞれの補正時間T−t1/2、T−(t1/2+t2/2)、T−(t1/2+t2/2+t3/2)経過後の時刻を、中央装置の基準信号時刻として同期するので、従来のGPSアンテナが立てられないトンネル内でも各基地局の無線送信タイミングを同期させることができ、また、高価なNTP装置を導入する必要がなく安価にシステムが構築できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施の形態1に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る無線通信システムにおける、基準信号の同期シーケンスを説明する説明図である。
【図3】本発明の実施の形態2に係る無線通信システムにおいて、1系統の回線に障害が発生した場合を説明する説明図である。
【図4】本発明の実施の形態3に係る無線通信システムにおいて、2系統の回線に障害が発生した場合を説明する説明図である。
【図5】GPS信号を用いて同期をとる一般的な無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。図1において、1はGPSアンテナ、2は中央装置、3は基地局装置、4はネットワーク回線1系、5はネットワーク回線2系、7は同期情報処理部である。図1に係る無線通信システムは、2系統の通信回線を設けている。中央装置2から送信されたデータを、基地局3―1、基地局3―2、基地局3―3へと伝達する通信回線がネットワーク回線1系4、基地局3―3、基地局3―2、基地局3―1へと伝達する通信回線がネットワーク回線2系5である。同期情報処理部7からの同期情報は、ネットワーク回線1系4、ネットワーク回線2系5の空きチャネルを利用して伝送される。
【0012】
図1における無線通信システムは、中央装置2よりネットワーク回線1系4、ネットワーク回線2系5を介して伝達された基準信号により、基地局3―1、3―2、3―3は同期を取る。このため、同期情報処理部7は中央装置2及び基地局3―1、3―2、3―3に実装されている。なお、以下の説明では、システム構成の一例として、3基地局を含む無線通信システムについて説明するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。
【0013】
次に、図1に示す無線通信システムにおいて、基地局3―1、3―2、3―3が同期を取る動作について説明する。最初に、基地局3―1、3―2、3―3は、前段の中央装置あるいは基地局との間の回線遅延時間を計測する。基地局3―1の同期情報処理部7は、ネットワーク回線2系5を用いて計測信号を中央装置2に送信する。中央装置2の同期情報処理部7は、基地局3−1からの計測信号を受信すると、ネットワーク回線1系4に送信を用いて計測信号を基地局3−1に送り返す。基地局装置3−1の同期情報処理部7は、中央装置2の同期情報処理部7からの計測信号を受信する。基地局装置3−1の同期情報処理部7は、中央装置2からの計測信号を受信すると、中央装置2に対して計測信号を送信してから、中央装置2から計測信号が戻ってくるまでの時間t1を計測する。この時間t1の2分の1が中央装置2までの回線において遅延する時間であるので、中央装置2と基地局3−1間のネットワーク回線1系4の回線遅延時間t1/2を記憶する。
【0014】
基地局3―2の同期情報処理部7は、ネットワーク回線2系5を用いて計測信号を基地局3―1に送信する。基地局3―1の同期情報処理部7は、基地局3−2からの計測信号を受信すると、ネットワーク回線1系4に送信を用いて計測信号を基地局3−2に送り返す。基地局装置3−2の同期情報処理部7は、基地局3―1の同期情報処理部7からの計測信号を受信する。基地局装置3−2の同期情報処理部7は、基地局3―1からの計測信号を受信すると、基地局3―1に対して計測信号を送信してから、基地局3―1から計測信号が戻ってくるまでの時間t2を計測する。この時間t2の2分の1が基地局3―1までの回線において遅延する時間であるので、基地局3―1と基地局3−2間のネットワーク回線1系4の回線遅延時間t2/2を記憶する。さらに、基地局3―2から中央装置2までのネットワーク回線1系4の回線遅延時間は、基地局3−1から中央装置2までの回線遅延時間t1/2とt2/2を加算した時間である。基地局3―2から中央装置2までのネットワーク回線1系4の回線遅延時間t1/2+t2/2を記憶する。
【0015】
基地局3―3は、前段に位置する基地局3―2までのネットワーク回線1系4の改選遅延時間t3/2と、中央装置2までの改選遅延時間t1/2+t2/2+t3/2を記憶する。以降、ネットワーク回線1系の後段の基地局は上記と同様の処理により、前段の基地局及び中央装置2までの回線遅延時間を記憶する。
【0016】
上記によりネットワーク回線1系において、中央装置2からの回線遅延時間を計測し記憶した各基地局は、中央装置2からネットワーク回線1系4に送信される基準信号の実遅延時間を認識できる。各基地局は、中央装置2からの基準信号を受け取った時刻より、記憶した回線遅延時間を引くことにより、各基地局における補正時間が求められる。各基地局は、この補正時間を用いることで、中央装置2が実際に基準信号を送信した「基準信号時刻」を知ることができるので、中央装置2の基準信号に同期させることができる。図2は、本発明の実施の形態1に係る無線通信システムにおける、基準信号の同期シーケンスを説明する説明図である。図2において、中央装置2は、1秒毎にパルス信号を生成する1秒パルス(1PPS)信号を基準信号としている。中央装置2がネットワーク回線1系4に送信した基準信号は、回線遅延時間t1/2秒後に基地局3−1に、回線遅延時間t1/2+t2/2秒後に基地局3−2に到達する。基地局3−1、3―2は、基準信号を受信した時刻、及び中央装置2からの回線遅延時間を把握しているので、次の「同期タイミング」を推測することが出来る。つまり、基地局3−1は、基準信号を受信した時刻から1−t1/2秒後が次の同期タイミングであることが分かる。また、基地局3−2は、基準信号を受信した時刻から1−(t1/2+t2/2)秒後が次の同期タイミングであることが分かる。上記のように、各基地局では基準信号を受け取った時刻の(1−回線遅延時間)秒後が中央装置の基準信号時刻として同期することができる。図2で図示されていないが、基地局3−3は、基準信号を受信した時刻から1−(t1/2+t2/2+t3/2)秒後が次の同期タイミングとなる。
【0017】
図5は、GPS信号を用いて同期をとる、一般的な無線通信システムの構成を示すブロック図である。図5において図1と同一の符号は同一又は相当部分を示すので説明は省略する。各基地局が送信する無線データの送信タイミングの同期を取るために、GPS受信機を用いたシステムでは、トンネル6外に設置された基地局3―1、3―3はそれぞれGPSアンテナを有しており、このGPSアンテナが受信したGPS信号より同期タイミングを抽出している。一方、トンネル6内に設置された基地局3−2は、GPSアンテナを設けることが出来ないので、GPS信号より同期タイミングを抽出することができなかった。
【0018】
一方、本発明では、上記説明のように、各基地局が送信する無線データの送信タイミングの同期を取るために、中央装置からシステム内のネットワークを介して送られてくる基準信号を、各基地局が同期を取るために各装置間の回線遅延時間の計測・加算・記憶をすることで、中央装置の基準信号のタイミングを、各基地局にて認識させ無線送信タイミングを同期させる。中央装置と複数の基地局が縦列に接続されてなる通信システムにおいて、中央装置からの回線距離が異なる各基地局がそれぞれ回線遅延時間の計測・加算・記憶をすることにより各基地局における補正時刻を求め、各基地局において中央装置の実際の基準信号時刻を認識することができる。
【0019】
また、NTP装置のような外部機器を用いることがないため、トンネルが多い地域のシステム構築にあたり、費用を削減できるという効果があるほか、従来のGPSアンテナが立てられないトンネル内でも各基地局の無線送信タイミングを同期させることができる。
【0020】
実施の形態2.
上記の実施の形態1では、ネットワーク回線1系4における回線遅延時間を各基地局にて計測したが、同時にネットワーク回線2系5においても同様に回線遅延時間を計測することにより、2系統の回線のうちいずれかの障害時においても、正常であるネットワーク回線側での同期タイミングを用いて同期状態を保つことができる。図3は、本発明の実施の形態2に係る無線通信システムにおいて、1系統の回線に障害が発生した場合を説明する説明図である。図3では、基地局3−1と基地局3−2の間のネットワーク回線1系4にて回線断となる障害が発生したケースを示す。なお、図3において、図1と同一の符号は同一又は相当部分を示すので説明は省略する。
【0021】
この場合、基地局3−1と基地局3−2の間のネットワーク回線1系4にて回線断となっているので、基地局3−2および基地局3−3は、中央装置からネットワーク回線1系4を介して基準信号を受信することができない。したがって、ネットワーク回線1系4を使用した同期タイミングの生成は不可能となる。しかし、ネットワーク回線2系5による基準信号の受信は可能であり、回線遅延時間を計測・記憶しておくことでネットワーク回線2系5による無線タイミングの同期が可能となる。具体的には、図3に示す無線通信システムにおいて、基地局3−3が最後段に設置されていると仮定すると、基地局3−3は、中央装置2までの回線遅延時間を測定する。回線遅延時間の測定は、中央装置2に対して計測信号を送信してから、中央装置2から戻ってくるまでの時間t4の1/2が基地局3−3と中央装置2間の回線遅延時間となる。
【0022】
この場合、中央装置2がネットワーク回線2系5に送信した基準信号は、回線遅延時間t4/2秒後に基地局3−3に、回線遅延時間t4/2+t3/2秒後に基地局3−2に、回線遅延時間t4/2+t3/2+t2/2秒後に基地局3−1に到達する。基地局3−3、3―2、3−1は、基準信号を受信した時刻、及び中央装置2からの回線遅延時間と、各基地局における補正時刻を把握しているので、次の「同期タイミング」を推測することが出来る。つまり、基地局3−3は、基準信号を受信した時刻から1−t4/2秒後が次の同期タイミングであることが分かる。また、基地局3−2は、基準信号を受信した時刻から1−(t4/2+t3/2)秒後、基地局3−3は、基準信号を受信した時刻から1−(t4/2+t3/2+t2/2)秒後が次の同期タイミングであることが分かる。上記のように、1系統の回線に障害が発生した場合でも、各基地局では基準信号を受け取った時刻の補正時間(1−回線遅延時間)経過後が中央装置の基準信号時刻として同期することができる。
【0023】
実施の形態3.
上記の実施の形態2では、ネットワーク回線1系4及びネットワーク回線2系5双方の回線遅延時間を計測することにより、2系統の回線のうちいずれかの障害時において、正常であるネットワーク回線側での同期タイミングを用いて同期状態を保つことができる。図4は、本発明の実施の形態3に係る無線通信システムにおいて、2系統の回線に障害が発生した場合を説明する説明図である。図4では、基地局3−2と基地局3−3の間のネットワーク回線1系4、ネットワーク回線2系5にて回線断となる障害が発生したケースを示す。なお、図4において、図1と同一の符号は同一又は相当部分を示すので説明は省略する。
【0024】
基地局間のネットワーク回線が2系統とも断となるような障害が発生すると、中央装置2からの送信データは、障害発生箇所の両側の基地局で折り返される。中央装置2からの基準信号も障害発生箇所の両側の基地局で折り返される。図4のケースでは、基地局3−2と基地局3−3の間にてネットワーク回線1系4及びネットワーク回線2系5が両方とも断となり、中央装置2からのデータは、基地局3−2と基地局3−3で回線が折り返されている。この状態において、折り返された基準信号ではなく、中央装置からの基準信号を元に同期タイミングを計測するために、折り返し基地局を経由した基準信号であるか否かを識別する必要がある。
【0025】
その方法として、折り返し基地局3−2と3−3において、折り返される回線データに折り返し情報を付加する。図4のケースでは、基地局3−2で折り返す回線データに折り返し情報を付加し、ネットワーク回線2系5に折り返しデータとともに送出する。基地局3−1では、ネットワーク回線2系5からの回線データに折り返し情報が含まれることから、ネットワーク回線2系5からの基準信号を使用することは選択せず、ネットワーク回線1系からの基準信号のみを使用することを選択して、無線送信同期タイミングを生成する。
【0026】
具体的には、基地局3―1の同期情報処理部7は、中央装置2に対して計測信号を送信してから、中央装置2から計測信号が戻ってくるまでの時間t1を計測する。この時間t1の2分の1が中央装置2までの回線において遅延する時間であるので、中央装置2と基地局3−1間のネットワーク回線1系4の回線遅延時間t1/2を記憶する。また、基地局3―2の同期情報処理部7は、基地局3―1に対して計測信号を送信してから、基地局3―1から計測信号が戻ってくるまでの時間t2を計測する。この時間t2の2分の1が基地局3―1までの回線において遅延する時間であるので、基地局3―1と基地局3−2間のネットワーク回線1系4の回線遅延時間t2/2を記憶する。
【0027】
一方、基地局3−3は、最後段に設置されていると仮定すると、中央装置2までの回線遅延時間を測定する。回線遅延時間の測定は、ネットワーク回線1系4を用いて中央装置2に対して計測信号を送信してから、ネットワーク回線2系5を介して中央装置2から戻ってくるまでの時間t4の1/2が基地局3−3と中央装置2間の回線遅延時間となる。この回線遅延時間t4/2を記憶する。
【0028】
上記より、中央装置2がネットワーク回線1系4に送信した基準信号は、回線遅延時間t1/2秒後に基地局3−1に、回線遅延時間t1/2+t2/2秒後に基地局3−2に到達する。基地局3−1、3―2は、基準信号を受信した時刻、及び中央装置2からの回線遅延時間を把握しているので、次の「同期タイミング」を推測することが出来る。つまり、基地局3−1は、基準信号を受信した時刻から1−t1/2秒後が次の同期タイミングであることが分かる。また、基地局3−2は、基準信号を受信した時刻から1−(t1/2+t2/2)秒後が次の同期タイミングであることが分かる。また、基地局3−3は、基準信号を受信した時刻から1−t4/2秒後が次の同期タイミングであることが分かる。上記のように、2系統の回線に障害が発生した場合でも、各基地局では基準信号を受け取った時刻の(1−回線遅延時間)秒後が中央装置の基準信号時刻として同期することができる。
【符号の説明】
【0029】
1 GPSアンテナ、2 中央装置、3 基地局装置、4 ネットワーク回線1系、
5 ネットワーク回線2系、6 トンネル、7 同期情報処理部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
中央装置と、この中央装置から所定期間T毎に送信される基準信号に基づいて同期を取る第一の基地局、第二の基地局及び第三の基地局とを備えた無線通信システムにおいて、
前記第一の基地局は、前記中央装置に計測用信号を送信してから、前記中央装置より前記計測用信号が戻ってくるまでの時間t1を測定し、t1/2を回線遅延時間として記憶するとともに、前記所定期間Tから前記回線遅延時間t1/2を引いたT−t1/2を補正時間とする処理を実行し、
前記第二の基地局は、前記第一の基地局に計測用信号を送信してから、前記第一の基地局より前記計測用信号が戻ってくるまでの時間t2を測定し、t2/2を回線遅延時間として記憶するとともに、前記所定期間Tから前記回線遅延時間t1/2+t2/2を引いたT−(t1/2+t2/2)を補正時間とする処理を実行し、
前記第三の基地局は、前記第二の基地局に計測用信号を送信してから、前記第二の基地局より前記計測用信号が戻ってくるまでの時間t3を測定し、t3/2を回線遅延時間として記憶するとともに、前記所定期間Tから前記回線遅延時間t1/2+t2/2+t3/2を引いたT−(t1/2+t2/2+t3/2)を補正時間とする処理を実行し、
前記第一の基地局、前記第二の基地局及び前記第三の基地局は、前記中央装置からの基準信号を受け取った時刻から、それぞれの補正時間T−t1/2、T−(t1/2+t2/2)、T−(t1/2+t2/2+t3/2)経過後の時刻を、前記中央装置の基準信号時刻として同期することを特徴とする無線通信システム。
【請求項2】
中央装置から第一の基地局、第二の基地局及び第三の基地局を経由して前記中央装置に信号を送信する第一の回線と、前記中央装置から前記第三の基地局、前記第二の基地局及び前記第一の基地局を経由して前記中央装置に信号を送信する第二の回線とを備え、
前記第三の基地局は、前記第一の回線を介して前記中央装置に計測用信号を送信してから、前記第二の回線を介して前記中央装置より前記計測用信号が戻ってくるまでの時間t4を測定し、t4/2を回線遅延時間として記憶するとともに、所定期間Tから前記回線遅延時間t4/2を引いたT−t4/2を補正時間とする処理を実行し、
前記第一の回線に障害が発生した場合、前記第三の基地局、前記第二の基地局及び前記第一の基地局は、前記中央装置から前記第二の回線を介して送信された基準信号を受け取った時刻から、それぞれの補正時間T−t4/2、T−(t4/2+t3/2)、T−(t4/2+t3/2+t2/2)経過後の時刻を、前記中央装置の基準信号時刻として同期し、
前記第二の回線に障害が発生した場合、前記第一の基地局、前記第二の基地局及び前記第三の基地局は、前記中央装置から前記第一の回線を介して送信された基準信号を受け取った時刻から、それぞれの補正時間T−t1/2、T−(t1/2+t2/2)、T−(t1/2+t2/2+t3/2)経過後の時刻を、前記中央装置の基準信号時刻として同期することを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
【請求項3】
中央装置、第一の基地局、第二の基地局及び第三の基地局のいずれかの基地局区間において、第一の回線及び第二の回線の双方に障害が発生した場合、第一の基地局、第二の基地局及び第三の基地局は、隣接する基地局区間において障害が発生したことを検知すると、受信信号に折り返し情報を付加して、前記受信信号の送信元に返送することを特徴とする請求項2に記載の無線通信システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−5171(P2013−5171A)
【公開日】平成25年1月7日(2013.1.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−133401(P2011−133401)
【出願日】平成23年6月15日(2011.6.15)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】