(57)【要約】【課題】無線回線を介して接続された装置間の位相同期を行うことが可能な位相同期装置を得ること。【解決手段】マスタ側無線装置３は、マスタ装置１からの受信パケットから、位相同期の基準となるタイミングを抽出し、基準となるタイミングに同期して、スレーブ側無線装置４へパケットを送信するタイミングを決定し、受信パケットをスレーブ側無線装置４へ送信し、スレーブ側無線装置４は、マスタ側無線装置３からの受信パケットから、位相同期の基準となるタイミングを抽出し、抽出したタイミングと自装置内の動作タイミングとを比較して検出した位相差に基づいて、周波数偏差を検出し、位相差および周波数偏差に基づいて、自装置内の動作クロックの周波数を制御し、基準となるタイミングに同期してスレーブ装置２へパケットを送信するタイミングを決定し、受信パケットをスレーブ装置２へ送信する。【選択図】図１
2012114815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスタ−スレーブの関係で動作周期を共有するマスタ装置およびスレーブ装置の間に挿入し、無線回線を介して前記２つの装置間の位相同期を確立する位相同期装置であって、
前記位相同期装置が、マスタ装置に位相同期するマスタ側無線装置と、スレーブ装置に同期タイミングを供給するスレーブ側無線装置と、を備える場合に、
前記マスタ側無線装置は、
前記マスタ装置から受信したパケットから、位相同期の基準となるタイミングを抽出する第１の同期タイミング抽出手段と、
前記基準となるタイミングに同期して、前記スレーブ側無線装置へパケットを送信するタイミングを決定する第１の動作タイミング生成手段と、
前記決定したタイミングで、受信したパケットを前記スレーブ側無線装置に向けて送信する第１のパケット送信手段と、
を備え、
前記スレーブ側無線装置は、
前記マスタ側無線装置から受信したパケットから、位相同期の基準となるタイミングを抽出する第２の同期タイミング抽出手段と、
前記抽出したタイミングと自装置内の動作タイミングとを比較して、位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差に基づいて、周波数偏差を検出する周波数偏差検出手段と、
前記位相差および前記周波数偏差に基づいて、自装置内の動作クロックの周波数を制御するクロック周波数制御手段と、
前記基準となるタイミングに同期して前記スレーブ装置へパケットを送信するタイミングを決定する第２の動作タイミング生成手段と、
前記決定したタイミングで受信したパケットを前記スレーブ装置に向けて送信する第２のパケット送信手段と、
を備えることを特徴とする位相同期装置。
【請求項２】
前記スレーブ側無線装置では、
前記周波数偏差検出手段における周波数偏差を検出する前記マスタ側無線装置と自装置との動作位相の監視と、
前記クロック周波数制御手段における動作クロック周波数制御による位相差の制御と、
をそれぞれ一定の周期で別々の時間帯に行い、前記監視した結果に基づいて、当該周期で位相差が所望の値となるように、前記クロック周波数制御手段が動作クロック周波数の制御量を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位相同期装置。
【請求項３】
前記スレーブ側無線装置では、
前記周波数偏差検出手段における周波数偏差を検出する前記マスタ側無線装置と自装置との動作位相の監視と、
前記クロック周波数制御手段における動作クロック周波数制御による位相差の制御と、
をそれぞれ一定の周期で同一時間帯に行い、前記監視した結果に基づいて、つぎの周期で位相差が所望の値となるように、前記クロック周波数制御手段が動作クロック周波数の制御量を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位相同期装置。
【請求項４】
前記スレーブ側無線装置では、
前記周波数偏差検出手段における周波数偏差を検出する前記マスタ側無線装置と自装置との動作位相の監視と、
前記クロック周波数制御手段における動作クロック周波数制御による位相差の制御と、
をそれぞれ一定の周期で同一時間帯に行い、前記監視した結果に基づいて、つぎの周期の時間帯よりも短い時間内に位相差が所望の値となるように、前記クロック周波数制御手段が動作クロック周波数の制御量を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位相同期装置。
【請求項５】
さらに、前記スレーブ側無線装置が、
無線回線における無線パケットの再送を検出する再送パケット検出手段、を備え、
前記同期タイミング抽出手段は、前記再送パケット検出手段が検出した再送された無線パケットを、位相同期の基準となるタイミングを抽出する対象から除外する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の位相同期装置。
【請求項６】
さらに、前記スレーブ側無線装置が、
無線回線における無線パケットの再送回数を検出し、再送回数に応じた遅延増加量を補正する補正指示信号を出力する再送回数検出手段、を備え、
前記同期タイミング抽出手段は、前記補正指示信号に基づいて、再送された無線パケットを用いて位相同期の基準となるタイミングを抽出する際に、受信タイミングを補正する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の位相同期装置。
【請求項７】
マスタ−スレーブの関係で動作周期を共有するマスタ装置およびスレーブ装置の間に挿入し、無線回線を介して前記２つの装置間の位相同期を確立する位相同期装置における位相同期方法であって、
前記位相同期装置が、マスタ装置に位相同期するマスタ側無線装置と、スレーブ装置に同期タイミングを供給するスレーブ側無線装置と、を備える場合に、
前記マスタ側無線装置が、前記マスタ装置から受信したパケットから、位相同期の基準となるタイミングを抽出する第１の同期タイミング抽出ステップと、
前記マスタ側無線装置が、前記基準となるタイミングに同期して、前記スレーブ側無線装置へパケットを送信するタイミングを決定する第１の動作タイミング生成ステップと、
前記マスタ側無線装置が、前記決定したタイミングで、受信したパケットを前記スレーブ側無線装置に向けて送信する第１のパケット送信ステップと、
前記スレーブ側無線装置が、前記マスタ側無線装置から受信したパケットから、位相同期の基準となるタイミングを抽出する第２の同期タイミング抽出ステップと、
前記スレーブ側無線装置が、前記抽出したタイミングと自装置内の動作タイミングとを比較して、位相差を検出する位相差検出ステップと、
前記スレーブ側無線装置が、前記位相差に基づいて、周波数偏差を検出する周波数偏差検出ステップと、
前記スレーブ側無線装置が、前記位相差および前記周波数偏差に基づいて、自装置内の動作クロックの周波数を制御するクロック周波数制御ステップと、
前記スレーブ側無線装置が、前記基準となるタイミングに同期して前記スレーブ装置へパケットを送信するタイミングを決定する第２の動作タイミング生成ステップと、
前記スレーブ側無線装置が、前記決定したタイミングで、受信したパケットを前記スレーブ装置に向けて送信する第２のパケット送信ステップと、
を含むことを特徴とする位相同期方法。
【請求項８】
前記周波数偏差検出ステップにおける周波数偏差を検出する前記マスタ側無線装置と自装置との動作位相の監視と、
前記クロック周波数制御ステップにおける動作クロック周波数制御による位相差の制御と、
をそれぞれ一定の周期で別々の時間帯に行い、前記監視した結果に基づいて、当該周期で位相差が所望の値となるように、前記クロック周波数制御ステップにおいて動作クロック周波数の制御量を決定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の位相同期方法。
【請求項９】
前記周波数偏差検出ステップにおける周波数偏差を検出する前記マスタ側無線装置と自装置との動作位相の監視と、
前記クロック周波数制御ステップにおける動作クロック周波数制御による位相差の制御と、
をそれぞれ一定の周期で同一時間帯に行い、前記監視した結果に基づいて、つぎの周期で位相差が所望の値となるように、前記クロック周波数制御ステップにおいて動作クロック周波数の制御量を決定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の位相同期方法。
【請求項１０】
前記周波数偏差検出ステップにおける周波数偏差を検出する前記マスタ側無線装置と自装置との動作位相の監視と、
前記クロック周波数制御ステップにおける動作クロック周波数制御による位相差の制御と、
をそれぞれ一定の周期で同一時間帯に行い、前記監視した結果に基づいて、つぎの周期の時間帯よりも短い時間内に位相差が所望の値となるように、前記クロック周波数制御ステップにおいて動作クロック周波数の制御量を決定する、
ことを特徴とする請求項７に記載の位相同期方法。
【請求項１１】
さらに、
前記スレーブ側無線装置が、無線回線における無線パケットの再送を検出する再送パケット検出ステップ、を含み、
前記同期タイミング抽出ステップでは、前記再送パケット検出ステップにおいて検出した再送された無線パケットを、位相同期の基準となるタイミングを抽出する対象から除外する、
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の位相同期方法。
【請求項１２】
さらに、
前記スレーブ側無線装置が、無線回線における無線パケットの再送回数を検出し、再送回数に応じた遅延増加量を補正する補正指示信号を出力する再送回数検出ステップ、を含み、
前記同期タイミング抽出ステップでは、前記補正指示信号に基づいて、再送された無線パケットを用いて位相同期の基準となるタイミングを抽出する際に、受信タイミングを補正する、
ことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の位相同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケット通信を行う２つの装置間の位相同期を行う位相同期装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線伝送システムでは、無線回線を介して接続された装置間で動作周期を合わせるための位相同期を行う際、受信装置は、送信装置から一定時間間隔毎に送信されたパケットの受信間隔を監視し、この受信間隔の変動に基づいて、動作クロックを生成する発振器の周波数を制御して、受信装置側時刻を送信装置側時刻に同期させている。このような技術が下記特許文献１において開示されている。
【０００３】
一般に、無線伝送では、電波伝搬の状態が時間的に変動することによって受信誤りが発生し、パケットを正常に受信できないケースがあることが知られている。受信誤りが発生した場合、送信装置が、受信誤りとなったのと同じパケットを再送することによって、無線伝送におけるパケットの欠落を防止している。この際、再送を行う分だけ、受信装置がパケットを受信するまでの遅延が増加する。
【０００４】
また、再送が発生しない場合でも、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されている無線ＬＡＮ（Local  Area  Network）では、パケットを送信する際、他の装置が送信している電波を検出した場合には、この電波が無くなった後、さらにパケットを送信する毎に乱数を用いて算出するバックオフと呼ばれる時間だけ待ってから送信を開始する。そのため、他の装置が送信している時間と該バックオフを合計した時間だけ、パケットの遅延が増加する。このように、無線伝送では、パケットを転送する毎に遅延が増減することになる。以降、このパケット転送における遅延の増減を遅延揺らぎとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３５０１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、一定時間間隔毎に送信されたパケットの受信間隔の変動に基づいて、動作クロックを生成する発振器の周波数を制御している。そのため、パケットの再送や他の装置の送信によってパケットの遅延揺らぎが発生した場合、送信装置と受信装置との間で、受信したパケットの遅延量に応じた位相のずれが発生し、正常に動作できなくなる、という問題があった。
【０００７】
また、このような問題を回避する方法として、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）やＮＴＰ（Network  Time  Protocol）などの公知の技術を用いて、送信装置、受信装置の双方に、外部から共通の時刻情報を供給することにより位相同期を行うことも可能である。しかしながら、ＧＰＳでは屋内などのＧＰＳ電波の受信が困難な場所では使用できない、という問題があった。また、ＮＴＰでは時刻情報を供給するＮＴＰサーバの追加設置が必要となり、システムとしての設備コスト、管理コストが増加する、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部からの時刻情報を必要とすることなく、無線回線を介して接続された装置間の位相同期を行うことが可能な位相同期装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、マスタ−スレーブの関係で動作周期を共有するマスタ装置およびスレーブ装置の間に挿入し、無線回線を介して前記２つの装置間の位相同期を確立する位相同期装置であって、前記位相同期装置が、マスタ装置に位相同期するマスタ側無線装置と、スレーブ装置に同期タイミングを供給するスレーブ側無線装置と、を備える場合に、前記マスタ側無線装置は、前記マスタ装置から受信したパケットから、位相同期の基準となるタイミングを抽出する第１の同期タイミング抽出手段と、前記基準となるタイミングに同期して、前記スレーブ側無線装置へパケットを送信するタイミングを決定する第１の動作タイミング生成手段と、前記決定したタイミングで、受信したパケットを前記スレーブ側無線装置に向けて送信する第１のパケット送信手段と、を備え、前記スレーブ側無線装置は、前記マスタ側無線装置から受信したパケットから、位相同期の基準となるタイミングを抽出する第２の同期タイミング抽出手段と、前記抽出したタイミングと自装置内の動作タイミングとを比較して、位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差に基づいて、周波数偏差を検出する周波数偏差検出手段と、前記位相差および前記周波数偏差に基づいて、自装置内の動作クロックの周波数を制御するクロック周波数制御手段と、前記基準となるタイミングに同期して前記スレーブ装置へパケットを送信するタイミングを決定する第２の動作タイミング生成手段と、前記決定したタイミングで受信したパケットを前記スレーブ装置に向けて送信する第２のパケット送信手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外部からの時刻情報を必要とすることなく、無線回線を介して接続された装置間の位相同期を行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、位相同期装置を適用する通信システムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、マスタ側無線装置の構成例を示す図である。
【図３】図３は、スレーブ側無線装置の構成例を示す図である。
【図４】図４は、位相同期動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、スレーブ側無線装置の位相同期動作を示す図である。
【図６】図６は、スレーブ側無線装置の位相同期動作を示す図である。
【図７】図７は、スレーブ側無線装置の位相同期動作を示す図である。
【図８】図８は、スレーブ側無線装置の構成例を示す図である。
【図９】図９は、スレーブ側無線装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる位相同期装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態にかかる位相同期装置を適用した通信システムの構成例を示す図である。通信システムは、マスタ装置１と、スレーブ装置２と、マスタ側無線装置３と、スレーブ側無線装置４と、を備える。マスタ装置１とマスタ側無線装置３は有線回線１０で接続され、マスタ側無線装置３とスレーブ側無線装置４は無線回線２０で接続され、スレーブ側無線装置４とスレーブ装置２は有線回線１１で接続されている。マスタ側無線装置３およびスレーブ側無線装置４の２つの装置で位相同期装置を構成する。
【００１４】
マスタ装置１は、有線回線１０に接続され、自装置内で生成する動作周期に基づいて有線回線１０を介してマスタ側無線装置３へ有線パケットを送信する。
【００１５】
スレーブ装置２は、有線回線１１に接続され、有線回線１１を介してスレーブ側無線装置４から受信した有線パケットの受信タイミングに基づいて自装置内の動作周期を生成する。
【００１６】
本来は、マスタ装置１とスレーブ装置２が有線回線を介して直接接続され、スレーブ装置２がマスタ装置１に従属する関係で動作周期を共有するよう動作する。特に、高い信頼性が要求されるＦＡ（Factory  Automation）用の制御装置においては、この動作周期の共有（即ち位相同期）においても高い精度が要求される。
【００１７】
マスタ側無線装置３は、有線回線１０および無線回線２０に接続され、有線回線１０を介してマスタ装置１から受信した有線パケットの受信タイミングに基づいて同期タイミングを抽出し、この同期タイミングに同期して無線回線２０を介してスレーブ側無線装置４へ無線パケットを送信する。
【００１８】
スレーブ側無線装置４は、有線回線１１および無線回線２０に接続され、無線回線２０を介してマスタ側無線装置３から受信した無線パケットの受信タイミングに基づいて同期タイミングを抽出し、この同期タイミングに同期して有線回線１１を介してスレーブ装置２へ有線パケットを送信する。
【００１９】
つぎに、位相同期装置を構成するマスタ側無線装置３について詳細に説明する。図２は、マスタ側無線装置３の構成例を示す図である。マスタ側無線装置３は、有線パケット受信部３０と、同期タイミング抽出部３１と、動作クロック生成部３２と、動作タイミング生成部３３と、無線パケット送信部３４と、を備える。
【００２０】
有線パケット受信部３０は、有線回線１０で転送されるパケットを受信し、有線回線１０上を転送するために付加されているヘッダ情報を取り除いて装置内へ出力する。
【００２１】
同期タイミング抽出部３１は、有線パケット受信部３０で受信されたパケットの受信タイミングを記憶する。また、記憶した受信タイミングから共通する周期を検出し、同期タイミング信号として出力する。
【００２２】
動作クロック生成部３２は、自装置内の各部が動作するのに必要となるクロック信号を生成する。
【００２３】
動作タイミング生成部３３は、動作クロック生成部３２からのクロック信号で動作し、前記同期タイミング信号を用いて無線パケットを無線回線２０へ送信するタイミングを決定して無線送信タイミング信号を生成する。
【００２４】
無線パケット送信部３４は、有線パケット受信部３０から出力されたパケットを、動作タイミング生成部３３からの無線送信タイミング信号にしたがって無線回線２０へ送信する。ここで、同期タイミング抽出部３１は、例えば、以下のいずれかの方法によって受信タイミングから共通する周期を検出する。
【００２５】
１．受信パケットの中から周期的に送信されるパケット種別を判別し、その受信タイミングのみを抽出する。
【００２６】
２．全てのパケットに共通する周期を検出する。例えば、全てのパケットが、ある一定時間毎に送信すべきパケットがあれば送信し、送信すべきパケットが無ければ送信しない、という規則で送信される場合、受信タイミングの最小値を全てのパケットに共通する周期とする。
【００２７】
つぎに、位相同期装置を構成するスレーブ側無線装置４について詳細に説明する。図３は、スレーブ側無線装置４の構成例を示す図である。スレーブ側無線装置４は、無線パケット受信部４０と、同期タイミング抽出部４１と、動作クロック生成部４２と、動作タイミング生成部４３と、有線パケット送信部４４と、位相差検出部４５と、周波数偏差検出部４６と、クロック周波数制御部４７と、を備える。
【００２８】
無線パケット受信部４０は、無線回線２０から転送されてきたパケットを受信し、無線回線２０上を転送するために付加されているヘッダ情報を取り除いて装置内へ出力する。
【００２９】
同期タイミング抽出部４１は、無線パケット受信部４０で受信されたパケットの受信タイミングを記憶する。また、記憶した受信タイミングの各々に対して無線伝送での遅延揺らぎを検出し、一定数毎に平均値を算出することで遅延揺らぎの平均化を行って平均受信タイミングとして記憶し、この平均受信タイミングから共通する周期を検出し、同期タイミング信号として出力する。
【００３０】
動作クロック生成部４２は、自装置内の各部が動作するのに必要となるクロック信号を生成すると共に、入力される周波数制御信号に従って該クロック信号の周波数を変更する。
【００３１】
動作タイミング生成部４３は、動作クロック生成部４２からのクロック信号で動作し、有線パケットを有線回線１１へ送信するタイミングを決定して有線送信タイミング信号を生成すると共に、前記同期タイミング信号と比較するための比較用タイミング信号を生成する。
【００３２】
有線パケット送信部４４は、無線パケット受信部４０から出力されたパケットを動作タイミング生成部４３からの有線送信タイミング信号に従い有線回線１１へ送信する。
【００３３】
位相差検出部４５は、同期タイミング抽出部４１で生成された同期タイミング信号と、動作タイミング生成部４３で生成された比較用タイミング信号とを比較することにより、マスタ側無線装置３と自装置との動作周期の差、即ち装置間の位相差を検出し位相差情報として出力する。
【００３４】
周波数偏差検出部４６は、前記位相差を一定の周期で監視し、位相差の時間的な変動からマスタ側無線装置３に対する自装置における動作クロックの周波数偏差を検出する。
【００３５】
クロック周波数制御部４７は、位相差検出部４５から出力された位相差情報と周波数偏差検出部４６で検出された周波数偏差の値に基づき、マスタ側無線装置３と自装置との位相差が所望の値（例えば０）となるよう動作クロック周波数を制御するよう動作クロック生成部４２へ出力する周波数制御信号を生成する。ここで、同期タイミング抽出部４１は、例えば、以下のいずれかの方法によって平均受信タイミングから共通する周期を検出する。前述のマスタ側無線装置３の同期タイミング抽出部３１と同様である。
【００３６】
１．受信パケットの中から周期的に送信されるパケット種別を判別し、その受信タイミングのみを抽出する。
【００３７】
２．全てのパケットに共通する周期を検出する。例えば、全てのパケットが、ある一定時間毎に送信すべきパケットがあれば送信し、送信すべきパケットが無ければ送信しない、という規則で送信される場合、受信タイミングの最小値を全てのパケットに共通する周期とする。
【００３８】
つづいて、位相同期装置における位相同期動作について説明する。図４は、位相同期装置における位相同期動作を示すフローチャートである。まず、マスタ側無線装置３において、同期タイミング抽出部３１が、有線パケット受信部３０で受信されたパケットの受信タイミングから、共通する周期を検出し、位相同期の基準となるタイミングを抽出する（ステップＳ１）。
【００３９】
つぎに、動作タイミング生成部３３が、動作クロック生成部３２からのクロック信号で動作し、抽出したタイミングに同期して、スレーブ側無線装置４へパケットを送信するタイミングを決定する（ステップＳ２）。
【００４０】
そして、無線パケット送信部３４が、有線パケット受信部３０から出力されたパケットを、動作タイミング生成部３３が決定したタイミングでスレーブ側無線装置４へ送信する（ステップＳ３）。
【００４１】
図５は、スレーブ側無線装置４の位相同期動作を示す図である。マスタ側無線装置３とスレーブ側無線装置４との位相差の時間的な変化の様子を示すものである。図５において、スレーブ側無線装置４では、同期タイミング抽出部４１が、無線パケット受信部４０で受信されたパケットの受信タイミングから、共通する周期を検出し、位相同期の基準となるタイミングを抽出する（ステップＳ４）。具体的に、同期タイミング抽出部４１は、個々のパケットの受信タイミングの各々に対して一定数毎に平均値を算出する。
【００４２】
つぎに、位相差検出部４５が、抽出したタイミングと自装置内の動作タイミングを比較して位相差を検出する（ステップＳ５）。具体的に、位相差検出部４５は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけてマスタ側無線装置３との間の位相差がΔｔ１からΔｔｎへ変化したことを検出する。
【００４３】
つぎに、周波数偏差検出部４６が、検出された位相差に基づいて周波数偏差を検出する（ステップＳ６）。具体的に、周波数偏差検出部４６は、一定の周期（以降、同期化周期とする）で位相差検出部４５から出力される位相差情報を監視しており、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間に該当する位相監視時間における位相差変動量（Δｔｎ−Δｔ１）より、時刻Ｔ２での周波数偏差Δｆを以下の式（１）で算出する。
【００４４】
Ｔ２での周波数偏差（Δｆ）＝位相差変動量（Δｔｎ−Δｔ１）／位相監視時間（Ｔ２−Ｔ１）  …（１）
【００４５】
つぎに、クロック周波数制御部４７が、前記位相差および前記周波数偏差に基づいて、自装置内の動作クロックの周波数を制御する（ステップＳ７）。具体的に、クロック周波数制御部４７は、時刻Ｔ２での位相差Δｔｎと周波数偏差Δｆを用いて、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの時間に該当する位相制御時間で所望の位相差（例えば０）となるよう動作クロック周波数を制御するための周波数制御量を決定する。このとき、所望の位相差とするための位相差修正量（ここではマスタ側無線装置３との間の位相差の変化が正の値となる方向へ位相差を変化させるための数値を正の符号で表すものとし、所望の位相差を０とする場合には、位相差修正量は−Δｔｎとなる）と周波数制御量との関係は以下の式（２）で表される。
【００４６】
Ｔ２での周波数制御量＝位相差修正量／位相制御時間（Ｔ３−Ｔ２）−Δｆ  …（２）
【００４７】
つぎに、動作タイミング生成部４３が、抽出された基準となるタイミングに同期して、スレーブ装置２へパケットを送信するタイミングを決定する（ステップＳ８）。
【００４８】
そして、有線パケット送信部４４が、前記動作タイミング生成部４３が決定したタイミングで、無線パケット受信部４０が受信したパケットをスレーブ装置２に向けて送信する（ステップＳ９）。このように、スレーブ側無線装置４では、位相監視時間および位相制御時間からなる同期化周期ごとに位相差の修正を行う。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態では、マスタ側無線装置３およびスレーブ側無線装置４で構成される位相同期装置において、マスタ側無線装置３がマスタ装置１の動作周期に位相同期して無線パケットを送信し、スレーブ側無線装置４が無線回線２０における無線パケットの遅延揺らぎを平均化して同期タイミングを決定し、マスタ側無線装置３との間の位相差および周波数偏差を検出して所望の位相差となるように動作クロックを制御することとした。これにより、マスタ側無線装置３の動作周期に位相同期して有線パケットをスレーブ装置２へ送信することができ、マスタ装置１とスレーブ装置２が無線回線２０を介して位相同期することができる。
【００５０】
また、位相差だけでなく、周波数偏差を同時に検出することにより、動作クロックの周波数を制御する方向だけでなく、制御量を扱うことができ、位相制御時間（所望の位相差になるまでの時間）の調整が可能となる。これにより、システム要求、使用条件、環境変動などの状況変化に応じて、柔軟に位相制御時間や周波数制御量を調整することが可能となる。
【００５１】
また、位相を直接制御するのではなく、動作クロックの周波数を制御することにより、スレーブ側無線装置４での急激な位相変動や動作クロック数の変化を防止することができる。これにより、大きな位相変動があると装置の誤動作が発生するような位相変動への要求が厳しいシステムへの適用が可能となる。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態１では、スレーブ側無線装置４における位相同期動作として、位相制御を行わずに位相差の監視のみを行う位相監視時間と、位相差の監視を行わずに位相制御のみを行う位相制御時間とを、同期化周期の中で時間を分けて動作していた。本実施の形態では、位相差の監視と位相制御を同時に行う。実施の形態１と異なる部分について説明する。
【００５３】
図６は、本実施の形態におけるスレーブ側無線装置４の位相同期動作を示す図である。スレーブ側無線装置４において、位相監視時間、位相制御時間、および同期化周期を全て同じ値とすることにより、位相差の監視と位相制御を同時に行う場合の位相差の変化の様子を示すものである。位相の同期化動作は、ある同期化周期で位相差の監視を行い、つぎの同期化周期で位相制御を行うことで１つのサイクルが完結する。本実施の形態において位相差の監視と位相制御を同時に行うとは、ある同期化周期で位相差の監視を行い、つぎの同期化周期で位相制御を行うときに、位相制御と同時につぎのサイクルの位相差の監視を行うことである。図６では、位相同期化動作の１つのサイクルについてのみ記載する。
【００５４】
図６において、スレーブ側無線装置４は、同期タイミング抽出部４１で個々のパケットの受信タイミングの各々に対して一定数毎に平均値を算出し、位相差検出部４５において時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけてマスタ側無線装置３との間の位相差がΔｔ１からΔｔｎへ変化したことを検出する。周波数偏差検出部４６は、同期化周期で位相差検出部４５から出力される位相差情報を監視しており、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間に該当する位相監視時間（この場合は位相制御時間および同期化周期と等しい）における位相差変動量（Δｔｎ−Δｔ１）より、時刻Ｔ２での周波数偏差Δｆを以下の式（３）で算出する。
【００５５】
Ｔ２での周波数偏差（Δｆ）＝位相差変動量（Δｔｎ−Δｔ１）／同期化周期  …（３）
【００５６】
つぎに、クロック周波数制御部４７が、時刻Ｔ２での位相差Δｔｎと周波数偏差Δｆから、つぎの同期化周期と同じ時間で所望の位相差（例えば０）となるよう動作クロック周波数を制御するための周波数制御量を決定する。このとき、所望の位相差とするための位相差修正量（所望の位相差を０とする場合には、位相差修正量は−Δｔｎとなる）と周波数制御量との関係は以下の式（４）で表され、位相制御時間が同期化周期と同じ時間となるように周波数制御量を決定する。
【００５７】
Ｔ２での周波数制御量＝位相差修正量／同期化周期−Δｆ  …（４）
【００５８】
ここで、実施の形態１（図５参照）では、位相監視時間に対して、位相制御時間を短くしているが、所望の位相差となるよう動作クロック周波数を制御する際の動作クロック周波数の変化量が大きくなる。変化量を必要最小限に抑えようとした場合、位相制御時間を長くする必要があり、それに伴って同期化周期も長くなる。そこで、本実施の形態（図６参照）では、前の時間帯の位相監視時間に対する位相制御時間と同一の時間で、つぎの位相監視を行う。これにより、動作クロック周波数を制御する際の動作クロック周波数の変化量を必要最小限に抑えつつ、同期化周期を短くすることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態では、スレーブ側無線装置４における位相差の監視と位相制御を同期化周期と同じ時間で行うこととした。これにより、同期化周期を長くすることなく、所望の位相差となるよう動作クロック周波数を制御する際の動作クロック周波数の変化量を必要最小限に抑えることができ、周波数変化による動作タイミングマージンの劣化を防止できる。
【００６０】
また、動作クロック周波数の変化量が小さくなるため、クロックを発生するデバイスが対応する必要のある周波数変化幅を小さくすることができ、装置コストを低減できる。
【００６１】
実施の形態３．
実施の形態２では、スレーブ側無線装置４における位相同期動作として、位相差の監視と位相制御を同期化周期と同じ時間で行う。本実施の形態では、位相差の監視を同期化周期と同じ時間で行いつつ、位相制御を同期化周期より短い時間で完了する。実施の形態２と異なる部分について説明する。
【００６２】
図７は、本実施の形態におけるスレーブ側無線装置４の位相同期動作を示す図である。スレーブ側無線装置４において、位相監視時間と同期化周期を同じ値とし、位相制御時間を同期化周期より短い値とすることにより、位相制御を同期化周期の時間を待たずに完了させる場合の位相差の変化の様子を示すものである。図７において、スレーブ側無線装置４は、同期タイミング抽出部４１で個々のパケットの受信タイミングの各々に対して一定数毎に平均値を算出し、位相差検出部４５において時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけての位相差変動量を検出する。このとき、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間の中で、Ｔ１〜Ｔ４ａの位相制御時間では、以下の式（５）で算出された周波数制御が時刻Ｔ１で行われた状態でクロック周波数が設定されている。
【００６３】
Ｔ１での周波数制御量＝Ｔ１での位相差修正量／位相制御時間（Ｔ４ａ−Ｔ１）−Ｔ１での周波数偏差  …（５）
【００６４】
また、Ｔ４ａ〜Ｔ２の期間では、以下の式（６）で算出された周波数制御が時刻Ｔ４ａで行われた状態でクロック周波数が設定されている。
【００６５】
Ｔ４ａでの周波数制御量＝−Ｔ１での位相差修正量／位相制御時間（Ｔ４ａ−Ｔ１）  …（６）
【００６６】
ここで、Ｔ４ａでの周波数制御は、マスタ側無線装置３との間の位相差を所望の値とするようスレーブ側無線装置４の位相を制御するために付加した分を除去するものであり、時刻Ｔ２で検出する周波数偏差は、Ｔ４ａでの周波数制御を行った後の状態のみに対応する値でなければならない。このとき、時刻Ｔ４ａから時刻Ｔ２での位相差変動量のみを用いて周波数偏差を算出すると、位相監視時間が短くなることによって算出誤差が大きくなり、位相同期の精度が劣化してしまうという問題がある。このため、Ｔ４ａでの周波数制御を行った後の状態が時刻Ｔ１から継続していた場合の時刻Ｔ１における位相差Δｔ２を以下の式（７）で算出し、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２にかけてマスタ側無線装置３との間の位相差がΔｔ２からΔｔｎへ変化したものとして位相差変動量を検出する。
【００６７】
Δｔ２＝Δｔ１＋Ｔ１での位相差修正量  …（７）
【００６８】
周波数偏差検出部４６は、同期化周期毎に位相差検出部４５から出力される位相差情報を監視しており、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの時間に該当する同期化周期における位相差変動量（Δｔｎ−Δｔ２）より、時刻Ｔ２での周波数偏差Δｆを以下の式（８）で算出する。
【００６９】
Ｔ２での周波数偏差（Δｆ）＝位相差変動量（Δｔｎ−Δｔ２）／位相監視時間  …（８）
【００７０】
つぎに、クロック周波数制御部４７が、時刻Ｔ２での位相差Δｔｎと周波数偏差Δｆから、予め決められた固定の周波数制御量によって所望の位相差（例えば０）となるまでの時間（位相制御時間）を算出し、動作クロック周波数の制御を実施する。このとき、所望の位相差とするための位相差修正量（所望の位相差を０とする場合には、位相差修正量は−Δｔｎとなる）と周波数制御量との関係は、以下の式（９）で表され、これより位相制御時間が算出できる。
【００７１】
Ｔ２での周波数制御量＝Ｔ２での位相差修正量／位相制御時間（Ｔ４ｂ−Ｔ２）−Δｆ  …（９）
【００７２】
また、時刻Ｔ２で周波数を制御してからこの位相制御時間が経過した後、時刻Ｔ４ａでの動作と同様に、周波数偏差が０となるよう以下の式（１０）で算出される周波数制御を行う。
【００７３】
Ｔ４ｂでの周波数制御量＝−Ｔ２での位相差修正量／位相制御時間（Ｔ４ｂ−Ｔ２）  …（１０）
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態では、スレーブ側無線装置３における位相制御として、固定の周波数制御量で所望の位相差となるよう動作クロック周波数を制御し、位相差が所望の値となった後は周波数偏差が０となるよう制御することとした。これにより、同期化周期の時間を待たずに所望の位相差とすることができるため、装置間の位相差に起因する装置内での送信時間の増加を抑制することができ、パケット転送における遅延時間の増加を防止できる。
【００７５】
なお、位相制御時間が位相監視時間（同期化周期）よりも短い場合について説明したが、Ｔ２の時刻での位相差が大きかった場合、固定の周波数制御量ではＴ３の時刻に所望の位相差にできない場合も考えられる。このような場合、所望の位相差との差分については、つぎの位相制御に繰り越すようにすればよい。
【００７６】
実施の形態４．
実施の形態３までは、スレーブ側無線装置４において受信した無線パケットを全て対象としていた。本実施の形態では、再送パケットについては、同期タイミング抽出対象から除外する。実施の形態１〜３と異なる部分について説明する。
【００７７】
図８は、本実施の形態におけるスレーブ側無線装置４ａの構成例を示す図である。スレーブ側無線装置４ａは、無線パケット受信部４０に替えて無線パケット受信部４０ａを、同期タイミング抽出部４１に替えて同期タイミング抽出部４１ａを備え、さらに、再送パケット検出部４８を備える点が実施の形態１〜３（図３参照）と異なる。
【００７８】
無線パケット受信部４０ａは、無線回線２０で転送されるパケットを受信し、無線回線２０上を転送するために付加されているヘッダ情報を取り除いて装置内へ出力すると共に、前記ヘッダ情報を出力する。
【００７９】
同期タイミング抽出部４１ａは、無線パケット受信部４０ａで受信されたパケットに対して、入力された除外指示信号に従って該当するパケットを同期タイミング抽出対象から除外し、同期タイミング抽出対象となったパケットの受信タイミングを記憶する。また、記憶した受信タイミングの各々に対して無線伝送での遅延揺らぎを検出し、一定数毎に平均値を算出することで遅延揺らぎの平均化を行って平均受信タイミングとして記憶し、この平均受信タイミングから共通する周期を検出し、同期タイミング信号として出力する。
【００８０】
再送パケット検出部４８は、無線パケット受信部４０ａから出力されたヘッダ情報から受信されたパケットが再送パケットであることを検出し、除外指示信号を同期タイミング抽出部４１ａへ出力する。ここで、同期タイミング抽出部４１ａは、例えば、以下のいずれかの方法によって平均受信タイミングから共通する周期を検出する。前述の同期タイミング抽出部４１と同様である。
【００８１】
１．受信パケットの中から周期的に送信されるパケット種別を判別し、その受信タイミングのみを抽出する。
【００８２】
２．全てのパケットに共通する周期を検出する。例えば、全てのパケットが、ある一定時間毎に送信すべきパケットがあれば送信し、送信すべきパケットが無ければ送信しない、という規則で送信される場合、受信タイミングの最小値を全てのパケットに共通する周期とする。
【００８３】
以上説明したように、本実施の形態では、スレーブ側無線装置４ａは、無線回線２０における無線パケットの再送を検出し、同期タイミング抽出対象から除外した上で遅延揺らぎを平均化して同期タイミングを決定することとした。これにより、無線パケットの再送による遅延揺らぎに起因する位相同期の誤差を抑制することができる。
【００８４】
実施の形態５．
本実施の形態では、無線パケットの再送回数を検出して受信タイミングを補正する。実施の形態１〜４と異なる部分について説明する。
【００８５】
図９は、本実施の形態におけるスレーブ側無線装置４ｂの構成例を示す図である。スレーブ側無線装置４ｂは、無線パケット受信部４０に替えて無線パケット受信部４０ａを、同期タイミング抽出部４１に替えて同期タイミング抽出部４１ｂを備え、さらに、再送回数検出部４９を備える点が実施の形態１〜３（図３参照）と異なる。
【００８６】
同期タイミング抽出部４１ｂは、無線パケット受信部４０ａで受信されたパケットに対して、入力された補正指示信号により通知された遅延の増加量に従いパケットの受信タイミングを補正し、これを記憶する。また、記憶した受信タイミングの各々に対して無線伝送での遅延揺らぎを検出し、一定数毎に平均値を算出することで遅延揺らぎの平均化を行って平均受信タイミングとして記憶し、この平均受信タイミングから共通する周期を検出し、同期タイミング信号として出力する。
【００８７】
再送回数検出部４９は、無線パケット受信部４０ａから出力されたヘッダ情報から受信したパケットが再送パケットであることおよびその再送回数を検出し、再送回数に応じた遅延の増加量を補正指示信号により同期タイミング抽出部４１ｂへ通知する。ここで、同期タイミング抽出部４１ｂは、例えば、以下のいずれかの方法によって平均受信タイミングから共通する周期を検出する。前述の同期タイミング抽出部４１と同様である。
【００８８】
１．受信パケットの中から周期的に送信されるパケット種別を判別し、その受信タイミングのみを抽出する。
【００８９】
２．全てのパケットに共通する周期を検出する。例えば、全てのパケットが、ある一定時間毎に送信すべきパケットがあれば送信し、送信すべきパケットが無ければ送信しない、という規則で送信される場合、受信タイミングの最小値を全てのパケットに共通する周期とする。
【００９０】
以上説明したように、本実施の形態では、スレーブ側無線装置４ｂは、無線回線２０における無線パケットの再送回数を検出し、受信タイミングを補正した上で遅延揺らぎを平均化して同期タイミングを決定することとした。これにより、無線パケットの再送による遅延揺らぎに起因する位相同期の誤差を抑制でき、且つ、同期タイミング抽出に使用可能なパケットの減少を防止することができる。
【００９１】
なお、各実施の形態において、マスタ装置１とスレーブ装置２の間に無線回線を介して位相同期するマスタ側無線装置３とスレーブ側無線装置４（４ａ、４ｂ）を挿入する場合について説明したが、このような構成に限定するものではない。例えば、マスタ装置１とマスタ側無線装置３を同一装置として一体化し、さらに、スレーブ装置２とスレーブ側無線装置４（４ａ、４ｂ）を同一装置として一体化した場合についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
以上のように、本発明にかかる位相同期装置は、パケット通信を行う伝送システムに有用であり、特に、装置間の動作の同期をとることに適している。
【符号の説明】
【００９３】
１  マスタ装置
２  スレーブ装置
３  マスタ側無線装置
４、４ａ、４ｂ  スレーブ側無線装置
１０、１１  有線回線
２０  無線回線
３０  有線パケット受信部
３１  同期タイミング抽出部
３２  動作クロック生成部
３３  動作タイミング生成部
３４  無線パケット送信部
４０、４０ａ  無線パケット受信部
４１、４１ａ、４１ｂ  同期タイミング抽出部
４２  動作クロック生成部
４３  動作タイミング生成部
４４  有線パケット送信部
４５  位相差検出部
４６  周波数偏差検出部
４７  クロック周波数制御部
４８  再送パケット検出部
４９  再送回数検出部
【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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【図６】
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【図７】
2012114815.tif 000009
【図８】
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【図９】
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