JP2007243796A

JP2007243796A - マルチレートｐｏｎシステムとこれに使用する端末装置

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Publication number: JP2007243796A
Application number: JP2006065774A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Yamashita; 和寿山下
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】局側装置と各端末装置との間の下り方向通信が複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、レート変更予告のような特殊な通信手順の変更を行わなくても、データとクロックを安定して復元できるようにする。
【解決手段】局側装置１と、それに接続された光ファイバ５から光カプラ６を介して複数の光ファイバ７，８，９に分岐した構成を成す光ファイバ網１０と、その分岐した各光ファイバ７，８，９の終端にそれぞれ接続された複数の端末装置２，３，４で構成されたマルチレートＰＯＮシステムで、端末装置に於いて、下り信号に含まれるハイレート信号からデータとクロックを復元するハイレート用クロックデータリカバリと、下り信号がハイレートか否かを判断するレート判定手段と、下り信号がハイレートのときだけハイレート用クロックデータリカバリに復元動作させる切り替え手段とを備えた端末装置を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、局側装置と複数の端末装置の間の通信が時分割多重される、端末装置によって下り信号の伝送レートが変更可能なマルチレートＰＯＮシステムとこれに使用する端末装置に関する。

ＰＯＮシステム（Passive Optical Network System）は、一つの局側装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）と複数のユーザ端末装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）を光カプラ等のパッシブ素子を介して接続されたＰ２ＭＰ（Point To Multipoint）形態の光ファイバネットワークシステムである。このＰＯＮシステムのうち、ＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-ＰＯＮ）は、イーサネット（Ethernet：登録商標）技術をベースとしたギガビットクラスの伝送システムを経済的に実現するもので、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ^ＴＭとして２００４年６月に標準化された高速光アクセス方式の一つである。
上記ＰＯＮシステムでは、局側装置から各端末装置に送信される下り信号については、各端末装置向けの信号を整列させて伝送するＴＤＭ（Time Division Multiplexing）方式が採用され、各端末装置から局側装置に送信される上り信号については、互いの信号が衝突しないような正しいタイミングで光信号を送出するＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式が採用されている。このＴＤＭＡ方式での信号送出のタイミングを正確に行うには、端末装置の時計と局側装置の時計が正確に同期している必要がある。

このため、例えば上記ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ^ＴＭによる標準規格では、局側装置はローカルクロックをカウントして局側装置の時計（以下、ＰＯＮカウンタという。）を生成すること、ＰＯＮ下り信号の伝送クロックをローカルクロックに同期させること、及び、端末装置に送信するＰＯＮ制御フレームには送信時点のＰＯＮカウンタの値をタイムスタンプとして記すことが規定されている。また、端末装置としては、ローカルクロックをＰＯＮ受信信号に内包されるクロックに同期させること、ローカルクロックをカウントして端末装置のＰＯＮカウンタを生成するとともに、ＰＯＮ制御フレームを受信したときはそのフレームに記されているタイムスタンプの値でＰＯＮカウンタを更新すること、送信許可はＰＯＮカウンタの値で指示され、端末装置は自身のＰＯＮカウンタが指示された範囲にあるときＰＯＮに送信すること、このときの伝送クロックをローカルクロックに同期させることが規定されている（非特許文献１参照）。

上記標準規格では、端末装置の自動登録方法に関して、局側装置が端末装置に登録要求をポーリング（具体的には、送信許可の一種であるディスカバリゲートをブロードキャストする。）し、端末装置が登録要求を送信することでこれに応答し、更に局側装置の登録許可と端末装置の確認応答で登録がなされることも規定されている。しかし、当該標準規格では、伝送レートは上り下りともに１．２５Ｇｂｐｓに固定されており、ネットワークをマルチレート化した場合の時刻同期の手法に関する規定はない。

一方、ＰＯＮシステムにおいては今後さらに伝送速度の高速化が予想されるが、かかる高速化の要請に対応するため、タイムスロットごとに異なるレートの信号を生成するマルチレート・バースト回路を付加することにより、端末装置ごとにサービス容量を増加させるようにしたＰＯＮシステムにおけるサービス容量の増加方式が知られている（特許文献１参照）。
このように、特定の端末装置に対する伝送速度を高速化する場合でも、既存のサービスを維持したまま新たな高速サービスを導入できるようにして、複数の伝送レートを共存させる必要があり、この場合は、局側装置と各端末装置との通信が異なる複数の伝送レートで行われることになる（以下、マルチレートＰＯＮという。）。

IEEE Std 802.3ahTM -2004 (64. Multipoint MAC Control) 特開平８−８９５４号公報（請求項１）

ＰＯＮシステムに使用する端末装置の受信部は、通常、光信号を光電変換する光リンクと、変換された電気信号からクロックとデータを抽出するクロックデータリカバリ（ＣＤＲ）と、そのクロックとデータから所定符号のフレームを復元する符号同期回路とから構成されている。
ところが、当初想定していなかったハイレート対応の端末装置を新たに既設のＰＯＮシステムに増設して、下り方向についてマルチレートＰＯＮを構成すると、各端末装置は、当該端末装置が対応する伝送レートの下り信号だけでなく、想定外の伝送レートの下り信号も受信することになる。

このため、端末装置のクロックデータリカバリが想定外の伝送レートの下り信号によって誤作動を起こし、クロックとデータを安定して復元できないことがある。
上記の不都合を解消する一つの方策として、例えば図５に示すように、すべての端末装置が受信可能な基準レート（図５の例では１Ｇを基準レートとしている。）を定めておき、その基準レートの伝送信号に、下り信号の伝送レートの切り替わりとその期間を予告する特殊符号（図５の例ではＣａ、Ｃｂ、Ｌｈ及びＬｌ）を付加することが考えられる。

この場合、かかる特殊符号によって伝送レートの切り替わりとその期間が各端末装置に予告されるので、各端末装置は自己が想定する伝送レートの受信信号だけを自己のクロックデータリカバリに入力することができる。
しかし、そのような特殊符号を基準レートの伝送信号に付加する手段では、その特殊信号を挿入する分だけタイムスロットのロスが発生する。このため、ＰＯＮシステムを構成する端末装置全体にタイムスロットのロスを伴う通信手順を強いることになって、伝送効率が悪化するという問題がある。
また、特殊符号を基準レートの伝送信号に付加する手段では、局側装置がある伝送レートを予告した後に、他の伝送レートの緊急信号を割り込ませることはできないので、送信順序に関する即応性を失うという問題もある。

本発明は、このような実情に鑑み、局側装置と各端末装置の間の下り方向通信が複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、レート変更予告のような特殊な通信手順の変更を行わなくても、データとクロックを安定して復元できるようにすることを目的とする。

本発明は、局側装置から複数の伝送レートの信号を受けうるマルチレートＰＯＮシステムの端末装置において、下り信号に含まれる特定の伝送レートを有する特定レート信号からデータとクロックを復元するクロックデータリカバリと、下り信号が特定レート信号か否かを判断するレート判定手段と、下り信号が特定レート信号のときだけ前記クロックデータリカバリに復元動作させる切り替え手段とを備えていることを特徴とする。

なお、本発明において、上記「特定レート信号」は複数の伝送レート（マルチレート）信号のうち、任意に特定された一つの伝送レートのことを意味する。
本発明の端末装置によれば、下り信号が特定レート信号（後述の実施形態では１０Ｇｂｐｓのハイレート信号）か否かをレート判定手段が判断し、下り信号が特定レート信号のときだけクロックデータリカバリが復元動作を行うので、下り信号に特定レート信号以外の信号（後述の実施形態では１Ｇまたは２Ｇｂｐｓのローレート信号）が含まれていてもクロックデータリカバリは復元動作を行わない。このため、例えば図５に示すレート変更予告のような特殊な通信手順の変更を行わなくても、当該端末装置の受信対象である特定レート信号のデータとクロックを安定して復元することができる。

本発明の端末装置において、下り信号から特定レート信号以外の信号（以下、他レート信号という。）のデータを復元するデータリカバリを更に設けるようにすれば、特定レート信号以外の他レート信号のデータも復元できる汎用性の高い端末装置が得られる。
この場合、上記他レート信号用のデータリカバリは、相数との積が特定レート相当になる多相クロックで下り信号を並列にサンプリングすることにより、その下り信号から他レート信号のデータを復元するオーバーサンプリング方式のデータリカバリを採用することが好ましい。

その理由は、上記したオーバーサンプリング方式のデータリカバリを採用すれば、当該データリカバリの多相クロックによって並列的にサンプリングされた値の変化点の数によって伝送レートを判断する回路構成を採用することにより、前記レート判定手段を構成することができる。このため、他レート信号用のデータリカバリとレート判定手段とで回路構成を部分的に共用でき、この点で端末装置の製作コストをより低減できる。

また、本発明の端末装置において、特定レート信号用のクロックデータリカバリとしては従前のＰＬＬ方式のものを採用できるが、この場合には、下り信号と発振器出力との位相を比較する第一位相比較器と、特定レート信号相当の周波数で自発する参照クロック信号と発振器出力との位相を比較する第二位相比較器と、参照クロック信号と発振器出力との周波数差を検出する周波数比較器とを備えたものを採用することが好ましい。
上記のような二つの位相比較器を有するＰＬＬ方式のクロックデータリカバリを採用した場合には、前記切り替え手段は、下り信号が他レート信号の場合に第二位相比較器を選択するスイッチで構成することができる。

この場合、切り替え手段が第二位相比較器を選択すると、特定レート信号相当の参照周波数が発振器に入力されて発振器出力が制御され、その発振器出力に基づいて前記復元が行われるので、当該発振器の周波数が大きくずれることがない。
更に、この場合において、上記切り替え手段として、周波数差が設定された範囲を超えた場合にも第二位相比較器を選択するスイッチを採用すれば、所定の通信信号以外の不正な信号が下り信号に含まれていた場合にも、発振器の周波数が大きくずれるのを防止することができる。
なお、第一位相比較器、第二位相比較器および周波数比較器は、信号をそのまま比較するのではなく、分周器を経た信号に対して比較するものであっても良い。例えば、上記のクロックデータリカバリにおいて、発振器出力を所定の分周比（Ｍ／Ｎ）の周波数に低下させる分周器を設け、参照クロック信号の周波数を特定レート信号より低減することにしてもよい。この場合には、前記第二位相比較器が、その分周器の出力と特定レート信号の分周比相当の周波数で自発する参照クロック信号とを比較し、前記周波数比較器が、その分周器の出力と参照クロック信号との周波数差を検出する回路構成となる（例えば、図４参照）。

以上の通り、本発明によれば、局側装置と端末装置の間の下り方向通信が異なる複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、レート変更予告のような特殊な通信手順の変更を行わなくても、データとクロックを安定して復元することができるので、伝送効率の悪化を招来することなく、また送信順序に関する即応性を失うことなく端末装置の増設を行うことができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明が想定するマルチレートＰＯＮシステムの概略構成図である。
図１において、局側装置（ＯＬＴ）１は、複数の端末装置（ＯＮＵ）２，３，４に対する集約局として電話局等に設置されており、各端末装置２，３，４は、それぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。局側装置１には１本の光ファイバ（幹線）５が接続されている。この光ファイバ５は光カプラ６を介して複数の光ファイバ（支線）７，８，９に分岐した構成になっており、これによって光ファイバ網１０が構成されている。分岐した各光ファイバ７，８，９の終端にはそれぞれ前記端末装置２，３，４が接続されている。また、局側装置１は上位ネットワーク１１と接続され、各端末装置２，３，４はそれぞれのユーザネットワーク１２，１３，１４と接続されている。

図１では、簡単のために３個の端末装置２，３，４が接続された形態を例示しているが、実際には、一つの光カプラ６から３２分岐して３２個の端末装置を接続することが可能である。また、図１では光カプラ６が一つだけのトポロジーを例示しているが、分岐数の少ない光カプラ６を縦列に複数段配置することにより、広い地域に分散している端末装置を短い光ファイバで局側装置１と接続することもできる。
このＰＯＮシステムでは、下りの光波長と上りの光波長を分けて波長分割多重（ＷＤＭ）している。すなわち、局側装置１と端末装置２，３，４間の上り方向通信には単一の波長λ１のレーザ光が使用され、下り方向通信にはその波長λ１とは異なる単一の波長λ２のレーザ光が使用されている。

従って、ＰＯＮメディア（光ファイバ５，７，８，９）と局側装置１及び各端末装置２，３，４の送受信器の間にはＷＤＭフィルタが備えられており、受信すべき波長成分のみ受信器に送られ、かつ、送信器が出力する光信号はＷＤＭフィルタを介して受信光と多重されて光ファイバ５，７，８，９に送られる。なお、上記各波長λ１，λ２は、IEEE Std 802.3ah^TM-2004のClause60に従う場合には、１２６０ｎｍ≦λ１≦１３６０、及び、１４８０ｎｍ≦λ２≦１５００の範囲で選択することができる。
このＰＯＮシステムは下り方向の所定の単一波長を使って、マルチレートでバースト送信が行われるＴＤＭマルチレートＰＯＮシステムであって、各端末装置２，３，４への下り方向の伝送レートが互いに異なっている。図１の例では、各端末装置２，３，４の情報通信レートはそれぞれ１Ｇ、２Ｇ及び１０Ｇｂｐｓであり、１ＧｂｐｓのＧＥ−ＰＯＮをベースとして、２Ｇｂｐｓの信号及び１０Ｇｂｐｓの信号が時分割多重化されたマルチレート信号を、局側装置１が各端末装置２，３，４に送信するようになっている。

なお、本実施形態では、上記複数のレート中の特定されたある一つの特定レート信号を、情報通信レートが１０Ｇｂｐｓのハイレート信号であると想定し、情報通信レートが１Ｇ及び２Ｇｂｐｓのローレート信号をその特定レート信号以外の他レート信号と想定している。
また、後述の通り、情報通信レートが１Ｇ及び２Ｇｂｐｓの場合は８Ｂ／１０Ｂ符号の符号化が行われるので、この場合のボーレートは１．２５Ｇｂｐｓ及び２．５ｂｐｓとなり、情報通信レートが１０Ｇの場合は６４ｂ／６６ｂ符号の符号化が行われるので、この場合のボーレートは１０．３１２５Ｇとなる。もっとも、以下においては、１０．３１２５Ｇのボーレートの場合にも、小数点以下の記載を省略して１０Ｇと記載する。
更に、本実施形態において、１．２５Ｇｂｐｓの伝送方式はＧＥ−ＰＯＮの伝送方式に基づき、２．５Ｇｂｐｓの伝送レートはＧＥ−ＰＯＮを倍速にしたものである。１０Ｇｂｐｓの伝送レートは１０Ｇビットイーサネットの伝送方式に基づく。

図２は、本発明の実施形態に係る端末装置のＰＯＮインターフェース部を示している。
本実施形態の端末装置ＯＮＵ１は、下り方向について、１Ｇ、２Ｇ及び１０Ｇｂｐｓのすべての情報通信レートを受信可能な端末装置である。
光ファイバから受信した下りの光信号は、受信器２０によって電気信号に変換される。この受信器２０の後段には、ローレート用のデータリカバリ３５とハイレート用のクロックデータリカバリである１０Ｇ−ＣＤＲ３６が接続されている。このうち、１０Ｇ−ＣＤＲ３６は入力信号から１０Ｇｂｐｓのクロックとデータを復元するものであり、データリカバリ３５は入力信号から１．２５Ｇｂｐｓあるいは２．５Ｇｂｐｓのデータを復元するものである。

図３は、本実施形態の端末装置ＯＮＵ１が採用する、ローレート用（他レート信号用）のデータリカバリ３５の具体例を示している。
このデータリカバリ３５は、相数との積がハイレート相当（従って、本実施形態では１０ＧＨｚ相当）になる多相クロックで下り信号よりなる入力信号を並列にサンプリングすることにより、その入力信号からローレート信号のデータを復元するオーバーサンプリング方式のデータリカバリよりなり、上記多相クロックによって並列的にサンプリングされた値の変化点の数によって伝送レートを判断するようになっている。

すなわち、図３において、入力信号は合計八個のフリップフロップ（以下、ＦＦと略記する。）３７でパラレルにサンプリングされた後、そのなかの一つを位相選択回路３８で選択し、出力される。八個のＦＦ３７のサンプリングクロックは２．５ＧＨｚの４相クロックをもとに、位相が９０度ずつ順にずれる配置で与えられる。なお、一つの位相で二つのＦＦ３７が駆動される。
サンプリングされた八本の信号は、レート判定部３９に入力され、同値が連続する頻度から入力信号のレートを「１Ｇ」、「２Ｇ」または「１０Ｇ」の選択肢から判定し、その種別を出力する。

本実施形態において、上記レート判定部３９で行われるレート判定は、サンプリングされた１．６ｎｓ区間に現れる値の変化点の数を調べることによって行われる。このとき、直前のサンプリング区間最終位相のサンプリング結果と、現在のサンプリング区間の最初の位相のサンプリング結果で構成される変化点もカウントされる。
すなわち、変化点がほとんど１以下である区間が続く場合は１Ｇ、殆ど２以下であってかなりの頻度で２の場合が発生する区間が続く場合は２Ｇ、かなりの頻度で連続した変化（例えば、隣接する３位相のサンプリング結果が１０１または０１０となることを意味する。）が発生する区間が続く場合は１０Ｇと判断する。もっとも、いずれにも判定できない区間があってもよい。

レート判定部３９では、これと並行して、変化点の中間に位置する位相（最適位相）が判定され、位相選択回路３８に通知される。レートが１Ｇである場合は八個の位相のうち最適なものは一つしかないが、レートが２Ｇである場合は、二つありうる。
このようにして、いずれかの位相を選択するとともに、以後の区間においてもその位相を選択する（位相ずれに応じて近い位相に移動することは望ましいが、他方の最適位相には移動しない。）。あるいは、レートが２Ｇである場合、特定の隣接する四つの位相を選択範囲とし、そのなかから最適位相を判断してもよい。

位相選択回路３８は、多相クロック生成器４０からクロックの供給を得て、選択したサンプリング結果を次段の回路と同期がとれるよう、予め決められた位相のクロックでサンプリングし直して出力する。
図２に戻り、上記データリカバリ３５の後段にはローレート用の符号同期回路４１が配置されている。この回路４１は、レート種別が２Ｇである場合、データリカバリ結果のビットシーケンスから８Ｂ／１０Ｂ符号の境界を検出するとともに８Ｂ／１０Ｂ符号を切り出して１０Ｂ／８Ｂ変換し、フレームを切り出す。レート種別が１Ｇである場合は、２Ｇの場合に比べて２分周したクロックで符号同期処理を行う。

前記１０Ｇ−ＣＤＲ３６は１０Ｇ期間の入力信号から、１０Ｇｂｐｓのデータとクロックを復元するものである。図４は、本実施形態の端末装置ＯＮＵ１が採用する、ハイレート用（特定レート信号用）のクロックデータリカバリである１０Ｇ−ＣＤＲ３６の具体例を示している。
図４に示すように、本実施形態の１０Ｇ−ＣＤＲ３６は公知のＰＬＬ方式に基づいたＣＤＲであって、下り信号である入力信号と発振器出力との位相を比較する第一位相比較器４２と、発振器出力を所定の分周比の周波数に低下させる分周器４７の出力と参照クロック信号との位相を比較する第二位相比較器４３とを備えている。これらの比較器４２，４３のうちのいずれかの出力が選択され、その選択された位相比較器４２，４３とループフィルタ４４及びＶＣＯ（発振器）４５がＰＬＬを構成する。

すなわち、第一位相比較器４２はＶＣＯ出力と入力信号との位相を比較するのに対して、第二位相比較器４３は参照クロック発生器４６からの参照クロックと、このクロックの周波数に一致するようにＶＣＯ出力を分周器４７によって分周した信号との位相を比較する。この分周した信号は周波数比較回路４８にも入力され、周波数差が定められた範囲内にあるか否か判定される（範囲内でない場合は不一致）。また、参照クロック発生器４７は、ハーレート信号（１０Ｇ）に対して分周器４７の分周比に相当する周波数で参照クロック信号を生成する。
周波数比較回路４８の出力と前記レート判定部３９のレート種別出力はＯＲゲートよりなる切り替えスイッチ（切り替え手段）５２に接続されている。この切り替えスイッチ５２は、周波数比較回路４８における周波数が不一致の場合か、或いは、レート判定部３９におけるレート判定結果が１０Ｇ期間以外の場合に、ＰＬＬのループに第二位相比較器４３を選択する。

すなわち、レート種別が１０Ｇである場合には、切り替えスイッチ５２の外部リセットが解除されて♯１が選択され、１０Ｇ−ＣＤＲ３６が１０Ｇ用のものとして機能する。他方、レート種別が１Ｇまたは２Ｇである場合には、切り替えスイッチ５２の外部リセットがオンになって♯２が選択され、第二位相比較器４３が選択される。第二位相比較器４３が選択されると、予め設定された範囲内の周波数差が認められた参照周波数がＶＣＯ４５に入力されるので、その周波数が大きくずれることがない。
このため、本実施形態の１０Ｇ−ＣＤＲ３６によれば、１０Ｇ以外のローレート信号や、その信号以外に不正な信号が下り信号に含まれていた場合にも、ＶＣＯ４５の周波数が大きくずれるのを防止することができる。
なお、図４に示す１０Ｇ−ＣＤＲ３６において、分周器４７を省略して、ＶＣＯ４５の出力を第二位相比較器４３と周波数比較回路４８に直接入力することにしてもよく、この場合の参照クロックの周波数はハイレート（１０Ｇ）相当の周波数となる。

図２に戻り、上記１０Ｇ−ＣＤＲ３６の後段にはハイレート用の符号同期回路４９が配置されている。１０Ｇ符号同期回路４９は１０Ｇ−ＣＤＲ３６で復元されたクロックとデータから６４ｂ／６６ｂ符号の境界を検出するとともに６４ｂ／６６ｂ符号を切り出してデスクランブルし、フレームを復元する。
本実施形態では、二つのフレーム種別分別回路５０，５１が設けられ、その一方には符号同期回路（１Ｇ及び２Ｇ用）４１からの信号が入力され、他方には１０Ｇ符号同期回路４９からの信号が入力される。

このうち、符号同期回路４１からの信号を受ける第一フレーム種別分別回路５０は１Ｇあるいは２Ｇレートで送られるＰＯＮ制御フレームを分別し、１０Ｇ−符号同期回路４９からの信号を受ける第二フレーム種別分別回路５１は１０Ｇレートで送られるＰＯＮ制御フレームを分別する。これらのＰＯＮ制御フレームはタイムスタンプ抽出回路２１に送られ、以下の通り処理される。もっとも、本実施形態のタイムスタンプ抽出回路２１では、タイムスタンプを取り出す対象として、１Ｇ、２Ｇ及び１０Ｇのうちの特定のレートで送られたＰＯＮ制御フレームのみに限定してもよいし、それらのすべてのレートで送られたＰＯＮ制御フレームとしてもよい。

分別されたＰＯＮ制御フレームとそれ以外のフレームのうち、ＰＯＮ制御フレームはタイムスタンプ抽出回路２１を経て制御フレーム処理回路２２に送られる。タイムスタンプ抽出回路２１は、タイムスタンプを読み取ってそのスタンプをＰＯＮ時刻制御回路２３とドリフト判定回路２６に送る。
本実施形態に係るＰＯＮインターフェースの送信部の基本となるクロックは、例えばＶＣＸＯよりなる電圧制御型水晶発振器２５によって生成される。なお、ＧＥ-ＰＯＮに依拠する場合は、ＰＯＮカウンタは１６ビット時間（＝１６ｎｓ）の分解能をもつ３２ビットの情報であることから、１２５ＭＨｚを中心周波数としたＶＣＸＯ２５を採用することができる。

前記ＰＯＮ時刻制御回路２３は、ＶＣＸＯ２５で生成された基本クロックに基づいてＰＯＮカウンタをインクリメントするとともに、前記抽出回路２１からタイムスタンプが送られてきたときにＰＯＮカウンタの値を更新する。すなわち、ＰＯＮ時刻制御回路２３は、基本クロックでインクリメントされる３３ビットのカウンタを有し、上位３２ビットをＰＯＮカウンタとして出力する。
更新されたＰＯＮカウンタの情報は、それぞれドリフト判定回路２６と送信制御回路２７に送られる。ドリフト判定回路２６は、タイムスタンプが送られてきた時点で、タイムスタンプと更新前のＰＯＮカウンタのずれを判定し、想定外のずれはＰＯＮシステムの異常としてアラームを出力する。

また、ドリフト判定回路２６は、想定内のずれに対しては、そのずれが小さくなる方向に前記ＶＣＸＯ２５の可変周波数を補正し、ＶＣＸＯ２５によって生成される基本クロックを調整する。なお、一般的なＶＣＸＯ２５の周波数制御は、制御入力のアナログ電圧レベルを変更することによって行う。
上りフレームは、上りバッファ２８に一旦バッファリングされたあと、前記送信制御回路２７の指示に基づいて順次取り出され、符号化回路２９に送られる。

本実施形態の端末装置ＯＮＵ１は、各自の能力に応じたレートでＰＯＮ上り信号を伝送することができる。
そこで、上り信号の伝送レートを１０Ｇｂｐｓとする場合について説明すると、符号化回路２９は、送信フレームを６４ｂ／６６ｂ符号化したあとでシリアル化し、１０ＧｂｐｓのＮＲＺ信号列として送信器３０に送る。このシリアル化は、基準レートを生成するＶＣＸＯ２５とは別に設けた伝送クロック生成器３２が出力する１０ＧＨｚのクロックに同期して行われる。従って、本実施形態では、上り伝送レートはＶＣＸＯ２５が出力する基本クロックとは無関係である。

一方、上り信号の伝送レートを１．２５Ｇｂｐｓとする場合には、符号化回路２９は、送信フレームを８Ｂ／１０Ｂ符号化したあとシリアル化し、１ビットのＮＲＺ信号として送信器３０に送る。なお、図２に破線で示すように、この場合の伝送クロックはクロック逓倍回路３１で基本クロックを元に生成することにしてもよい。
送信器３０は送信制御回路２７からの発光指示信号に基づき、入力されるＮＲＺ信号を光のオンオフ信号に変換する。

制御フレーム処理回路２２は受信したＰＯＮ制御フレームを解釈して、所定の処理を行う。特に通常のゲートフレームに対しては、そのフレームに含まれている送信開始時刻と送信持続時間を取り出し、送信制御回路２７に送る。送信制御回路２７はＰＯＮカウンタが送信開始時刻に到達した時点で送信器３０に発光を指示し、送信持続時間が経過するまでは発光指示を持続する。このとき、発光指示に先立って上りバッファ２８に送信フレームの取り出しが指示される。

上記したＰＯＮインターフェース部を有する本実施形態の端末装置ＯＮＵ１によれば、下り信号が１０Ｇｂｐｓのハイレート信号か否かをレート判定部３９が判断し、下り信号がそのハイレート信号のときだけ１０Ｇ−ＣＤＲ３６が復元動作を行い、下り信号に１Ｇｂｐｓや２Ｇｂｐｓのローレート信号が含まれていても１０Ｇ−ＣＤＲ３６は復元動作を行わない。このため、図５に示すレート変更予告のような特殊な通信手順の変更を行わなくても、ハイレートである１０Ｇｂｐｓの信号のデータとクロックを安定して復元することができる。

また、本実施形態の端末装置ＯＮＵ１では、下り信号から１Ｇｂｐｓや２Ｇｂｐｓのローレート信号のデータを復元するデータリカバリ３５が設けられ、１０Ｇｂｐｓの信号だけでなく１Ｇｂｐｓや２Ｇｂｐｓの信号のデータも復元できるので、汎用性の高い端末装置となっている。すなわち、本実施形態の端末装置ＯＮＵ１は、レート判定部３９を有するデータリカバリ３５によって伝送レートを自動認識できるので、図５に例示したレート変更予告や切り替え順の制約は必要なく、フレーム間のギャップ時間にレートを切り替えることができる。

そして、本実施形態では、上記したローレート用のデータリカバリ３５として、相数との積がハイレート相当（１０Ｇｂｐｓ相当）になる多相クロックで下り信号を並列にサンプリングすることにより、その下り信号から１．２５Ｇｂｐｓまたは２．５Ｇｂｐｓのデータを復元するオーバーサンプリング方式のデータリカバリを採用し、その上で、データリカバリ３５の多相クロックで並列的にサンプリングされた値の変化点の数で伝送レートを判断する回路構成を採用することにより、レート判定部３９を構成している。従って、ローレート用のデータリカバリ３５とレート判定部３９とで回路構成を部分的に共用できるため、端末装置ＯＮＵ１の製作コストをより低減することができる。

更に、本実施形態の端末装置ＯＮＵ１によれば、下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点での当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように、基本クロックに基づく自身のＰＯＮカウンタの調整を行い、その調整が行われた基本クロックに基づくＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定しているので、局側装置１と端末装置２，３，４との通信が時分割多重される図１のＰＯＮシステムに使用すれば、当該端末装置ＯＮＵ１のＰＯＮカウンタを正確に同期させることができる。このため、各端末装置２，３，４からの上り信号を衝突することなく効率的に伝送することできる。

一方、ＰＯＮ制御フレームに記されているタイムスタンプは、局側装置１の実装に依存して若干のぶれが生じ易く、また、規約上においても所定範囲のぶれ（例えばＧＥ−ＰＯＮのＯＮＵにおいては、分解能１６ｎｓに対して１２単位のぶれ）が認められている。従って、そのようなぶれが想定されているタイムスタンプに依拠して基本クロックを調整しても、タイムスタンプＴＳの精度以上に基本クロックを高精度化することができない。
そこで、本実施形態では、基本クロックの発生器であるＶＣＸＯ２５とは個別に設けた伝送クロック発生器３２により、基本クロックとは無関係に生成した端末装置固有の伝送クロックを採用することにしている。

この場合、送信開始タイミングが正確になることは同様である上、伝送クロックがタイムスタンプを参照しない個別の伝送クロック発生器３２によって生成されることから、タイムスタンプのジッタに影響されない綺麗な伝送クロックが得られ、より受信エラーが生じにくい上り信号を送信することができる。
また、同様の理由から、ドリフト判定回路２６に、過去のタイムスタンプのずれの履歴に基づいて基準とすべきタイムスタンプを決定する機能を付加することが好ましい。

例えば、ＶＣＸＯ２５の周波数制御を、タイムスタンプのずれに即応させる他に、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づかせるものでもよい。具体的には、過去のずれを平均化するフィルタによって個々のタイムスタンプに含まれるぶれの影響を軽減し、ＶＣＸＯ２５の周波数制御を行う。
同様にＰＯＮカウンタの更新においても、そのときのタイムスタンプをそのまま用いるのではなく、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づかせるものでもよい。或いは、ＰＯＮカウンタの更新やＶＣＸＯ２５の周波数制御において、一定範囲のずれや特異なずれを無視してもよい。

本実施形態において、前記ドリフト判定回路２６はデジタル的なものでもアナログ的なものでもよいが、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれはデジタル量なので、ずれ量にもとづいて適切な電圧レベルを求める回路はデジタル回路（プロセッサ及びプログラムに基づくものを含む。）とすることが好ましい。この場合、デジタルな電圧レベルをＤＡコンバータによってアナログ信号に変換し、ＶＣＸＯ２５に与えればよい。
本実施形態では発振器としてＶＣＸＯ２５を用いているが、これを電圧制御型発振器（ＶＣＯ）に代替させることもできる。

本実施形態の端末装置ＯＮＵ１において、上り伝送レートは１０Ｇｂｐｓのみに固定してもよいが、１．２５Ｇｂｐｓまたは２．５Ｇｂｐｓ若しくはこれらの双方の能力を備えてもよい。その理由は、接続される局側装置１の能力が限定されている場合に対応範囲が広くなるからである。
また、通信内容に応じて伝送レートを変えてもよい。例えば、端末装置ＯＮＵ１の登録に際しての通信については１Ｇレートで行うようにすれば、登録手順が単純になる。この場合、１Ｇ用又は２Ｇ用の符号化回路若しくはこれらの双方の符号化回路、及び、１．２５ＧＨｚ／２．５ＧＨｚの伝送クロック生成器を１０Ｇｂｐｓのものと並列に設け、送信器３０に与える入力を両符号化回路の出力のうち一方を選択するようにすればよい。

１Ｇと２Ｇの能力を備える場合、共通の符号化回路は８Ｂ／１０Ｂ変換とシリアル化をそれぞれのレートで行う。伝送クロック生成器３２は２．５ＧＨｚとし、１．２５ＧＨｚの信号を送信する場合は、同じ値が２ビット続く２．５Ｇｂｐｓの信号として送信するようにすればよい。
なお、上りマルチレートに対応した局側装置１のＰＯＮ受信部は、図２のＰＯＮ受信部と同様の構成が可能である。ただし、バースト単位でレートが切り替わる場合でかつレートが予め決まっている場合は、データリカバリ３５におけるレート判定は不要であり、局側装置１がレート種別を指示する。

本実施形態において、データリカバリ３５は、レートを判定する部分のみに限定してよい。レート判定には多相クロックの相数は限定的なものでよく、１０ＧＨｚの２相クロックでサンプリングし、いずれかの位相において、３回連続して値が変化する場合が頻繁にあるか否かを調べるようなものでよい。
登録やＰＯＮアクセス制御のためのＰＯＮ制御通信やマルチキャスト通信に際して、どのレートを使うかは、端末装置２，３，４の能力に関する前提に関連して、多くのバリエーションが考えられる。

すべての端末装置２，３，４が基準レート（例えば１Ｇｂｐｓ）の送受信能力を備えることを前提にすれば、ＰＯＮ制御通信やマルチキャスト通信には基準レートで行うのが簡便である。登録後、局側装置１と端末装置２，３，４の能力をネゴーシエーションすることによって、以後の１対1通信はより高速なレートを使うように移行できる。
一方、端末装置２，３，４の送受信能力を特定のレートに限定してもよいことを前提にすれば、登録手続きをレート毎に独立して行うこともできる。この場合、登録要求のポーリングはレート毎に行われる。マルチキャストフレームであって、受け手が複数のレートに渡る場合、そのマルチキャストフレームは受け手のレート毎に繰り返し送信されるようにすればよい。

本発明が想定するマルチレートＰＯＮシステムの概略構成図である。本発明の実施形態に係る端末装置のＰＯＮインターフェース部を示す回路図である。データリカバリの具体例を示す回路図である。１０Ｇ−ＣＤＲの具体例を示す回路図である。本発明の比較例を説明するための、マルチレートＰＯＮの下り信号フレームの一例を示す図である。

符号の説明

１局側装置
２端末装置（１Ｇ用）
３端末装置（２Ｇ用）
４端末装置（１０Ｇ用）
５光ファイバ
６光カプラ
７光ファイバ
８光ファイバ
９光ファイバ
１０光ファイバ網
３５ローレート用のデータリカバリ（データリカバリ）
３６１０Ｇ−ＣＤＲ（クロックデータリカバリ）
４２第一位相比較器
４３第二位相比較器
４７分周器
４８周波数比較器
５２切り替えスイッチ（切り替え手段）
ＯＮＵ１端末装置

Claims

局側装置から複数の伝送レートの信号を受けうるマルチレートＰＯＮシステムの端末装置において、
下り信号に含まれる特定の伝送レートを有する特定レート信号からデータとクロックを復元するクロックデータリカバリと、下り信号が特定レート信号か否かを判断するレート判定手段と、下り信号が特定レート信号のときだけ前記クロックデータリカバリに復元動作させる切り替え手段とを備えていることを特徴とするマルチレートＰＯＮシステムに使用する端末装置。
下り信号から特定レート信号以外の信号のデータを復元するデータリカバリを更に備えている請求項１に記載のマルチレートＰＯＮシステムに使用する端末装置。
前記データリカバリは、相数との積が特定レート信号のレート相当になる多相クロックで下り信号を並列にサンプリングすることにより、その下り信号から特定レート信号以外の信号のデータを復元するオーバーサンプリング方式のデータリカバリである請求項２に記載のマルチレートＰＯＮシステムに使用する端末装置。
前記レート判定手段は、前記データリカバリの多相クロックによって並列的にサンプリングされた値の変化点の数によって伝送レートを判断するものである請求項３に記載のマルチレートＰＯＮシステムに使用する端末装置。
前記クロックデータリカバリは、下り信号と発振器出力との位相を比較する第一位相比較器と、特定レート信号相当の周波数で自発する参照クロック信号と発振器出力との位相を比較する第二位相比較器と、参照クロック信号と発振器出力との周波数差を検出する周波数比較器とを備えており、
前記切り替え手段は、下り信号が特定レート信号以外の場合と、前記周波数差が設定された範囲を超えた場合に前記第二位相比較器を選択するものであり、選択された比較器に基づいて前記発振器出力が制御され、前記発振器出力に基づいて前記復元が行われる請求項１〜４のいずれか１項に記載のマルチレートＰＯＮシステムに使用する端末装置。
局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した各光ファイバの終端にそれぞれ接続された複数の端末装置とを含み、前記局側装置と前記各端末装置の間の下り方向通信が複数の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、
前記端末装置の少なくとも一つが、下り信号に含まれる特定の伝送レートを有する特定レート信号からデータとクロックを復元するクロックデータリカバリと、下り信号が特定レート信号か否かを判断するレート判定手段と、下り信号が特定レート信号のときだけ前記クロックデータリカバリに復元動作させる切り替え手段とを備えていることを特徴とするマルチレートＰＯＮシステム。