JP2007300445A - マルチレートｐｏｎシステムに使用可能な局側装置及び端末装置、並びに、同システムにおける網同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 下り方向通信が複数種類の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいても、網同期を正確にして上り信号の衝突を回避できるようにする。
【解決手段】 複数の端末装置２，３，４と光ファイバ５，７，８，９を介してＰ２ＭＰ形態で接続され、その複数の端末装置２，３，４との間で網同期をとるための基準レートを含む複数の伝送レートで下り方向通信を行うマルチレートＰＯＮシステムに使用可能な局側装置１において、この局側装置１に、自身の基準クロックと各端末装置２，３，４，のローカルクロックとの周波数差により蓄積される位相差の絶対値が網同期をとるために用いる下り信号の１／２周期を超えない最大インターバル時間Ｔｉ以下のインターバルで、基準レートの下り信号を各端末装置２，３，４に送信させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、時分割多重方式でかつ下り信号の伝送レートを動的に変更するマルチレートＰＯＮシステムに特に好適に使用することができる局側装置及び端末装置、並びに、同システムにおける網同期方法に関する。

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（以下、ＴＳと略記することがある。）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）。

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。）。

かかる複数の伝送レートが共存するマルチレートＰＯＮシステムにおいても、クロックとデータを安定して生成させて正確な網同期が図られる必要がある。
そこで、マルチレート信号から正確なクロックとデータの再生を可能とすべく、マルチレート信号に含まれるパケットのうち、そのパケットの再生に要するクロック再生動作を乱す可能性のあるパケットを排除するパケット選択回路を設け、この選択回路から出力された信号に基づいて、パケットの再生に要するクロックを再生することにより、所望の基準レート信号以外の信号をマスクする方法が知られている（特許文献２参照）。

IEEE Std 802.3ah(TM)-2004 (64. Multipoint MAC Control) 特開平８−８９５４号公報 特開２０００−２６１４２１号公報

前記した通り、ＴＤＭＡ方式のＰＯＮシステムにおいては、各端末装置が送出する上り信号が互いに衝突せず、かつ、稠密に時分割多重されるように、局側装置と端末装置の間でクロックの同期（網同期）が図られている必要がある。この場合、固定レートの場合のＴＤＭＡ方式のＰＯＮシステムでは、局側装置が送出する信号に内包されるベースバンドクロックを基準に網同期が図られる。
しかし、前記特許文献２の課題でも指摘されている通り、複数の伝送レートが共存するマルチレートＰＯＮシステムでは、下り方向通信において、端末装置が必要とするレート以外の他の伝送レートの信号も受信することから、正確なクロックとデータの再生が損なわれることがある。このため、当該特許文献２に記載の発明では、パケット選択回路で所望のレート以外の期間をマスクした信号をクロック再生回路に入力している。

一方、前記特許文献２では、クロック再生回路の詳細は開示されていないが、その回路としては、一般に公知のＰＬＬ（Phase Locked Loop）方式のものが使用される。かかるＰＬＬ方式のクロック再生回路では、発振周波数が制御信号の電圧で制御できる電圧制御型発振器（ＶＣＯやＶＣＸＯ）でクロックが生成され、このクロックの位相と入力信号の位相が位相比較器で比較されてずれの方向とずれ量が出力される。この出力信号はループフィルタによって平滑化された後、電圧制御型発振器の制御信号となる。

不要な伝送レートの信号をマスクすることによって電圧制御型発振器への入力信号が変化しなくなった場合には、当該発振器は論理的にはそのときの周波数を維持するが、物理的には制御信号の微小なバイアスやノイズによって、周波数はドリフトする。
この場合、フィードバックループが機能しないため、周波数のドリフトはマスクによる無信号期間が長くなればなるほど大きくなる。マスクによる無信号期間に電圧制御型発振器が生成したクロックパルスの数は、局側装置の基準クロックのパルス数と一致しなくなり、また、このずれは端末装置ごとにばらつくことになる。その後、所望の伝送レートの入力信号が来れば、ＰＬＬは本来の動作を回復し、しかるべき調整期間の後で受信信号に再度同期する。

しかしながら、この同期は電圧制御型発振器の位相と受信信号の位相をその１周期内（±πの範囲内）で一致させるように作用するので、受信信号がビット単位に基づく場合には１ビットの範囲でしか同期をとることができず、クロックパルスのずれ自体はそのままになる。このため、無信号期間が繰り返されることでクロックパルスのずれが蓄積してしまい、その結果、端末装置が送出する上り信号が衝突する恐れがある。

本発明は、このような実情に鑑み、下り方向通信が複数種類の伝送レートで行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいても、網同期を正確にして上り信号の衝突を回避できるようにすることを目的とする。

本発明は、複数の端末装置と光ファイバを介して接続され、網同期をとるための基準レートを含む複数の伝送レートで局側装置から端末装置への下り方向通信が行われるマルチレートＰＯＮシステムに使用可能な局側装置であって、自身の基準クロックと前記各端末装置のローカルクロックとの周波数差により蓄積される位相差の絶対値が網同期をとるために用いる下り信号の１／２周期を越えない最大インターバル時間以下のインターバルで、前記基準レートの下り信号を各端末装置に送信することを特徴とするものである。

本発明によれば、局側装置が、自身の基準クロックと各端末装置のローカルクロックとの周波数差により蓄積される位相差の絶対値が網同期をとるために用いる下り信号の１／２周期を越えない最大インターバル時間以下のインターバルで、網同期をとるための基準レートの下り信号を各端末装置に送信するので、基準レート以外の伝送レートの下り信号の送信期間が長く継続することに伴う基準クロックとローカルクロックとのずれの発生がなくなり、網同期を正確に維持することができる。

一方、前記した通り、端末装置が通常採用するＰＬＬ方式のクロック再生回路では、下り信号に対する位相合わせを１周期の範囲で行うので、網同期をとるための基準レートの下り信号がビット単位である場合には、±１／２ビット時間を超えたクロック位相のずれを回復することができない。
また、この場合、基準レート信号の１ビット時間に対応して前記最大インターバル時間を極めて短時間に設定する必要があるが、これでは基準レート期間のインターバルの時間的な自由度が短くなり、下り信号の帯域割当の自由度が低減することになる。

そこで、網同期をとるための基準レートの下り信号は、複数のビット列で構成されたブロック符号に基づいていることが好ましく、この場合には、各端末装置において、例えばブロック符号の境界信号を検出する符号同期回路をＰＬＬ方式のクロック再生回路の手前に配置することで、基準レート期間（基準レートの下り信号を受信している期間）はその下り信号に含まれるブロック符号の境界信号に位相同期させ、他レート期間（基準レート以外の伝送レートの下り信号を受信している期間）は自身のローカルクロックに位相同期させることにより、局側装置との網同期を図ることができる。

このような位相同期を行う端末装置を採用すれば、ブロック符号の±１／２周期以内のクロック位相のずれを回復することができるので、網同期の精度を向上することができる。
また、この場合、ブロック符号のビット数時間に対応して前記最大インターバル時間を設定することができるので、基準レート期間のインターバルの時間的な自由度も広がり、下り信号の帯域割当の自由度を向上させることができる。

同様の理由で、網同期をとるための基準レートの下り信号は、複数のブロック符号で構成された特有の符号シーケンスを有していることが好ましい。
この場合には、各端末装置において、例えば上記符号シーケンスの境界信号を検出する符号同期回路をＰＬＬ方式のクロック再生回路の手前に配置することで、基準レート期間はその下り信号に含まれる符号シーケンスの境界信号に位相同期させ、他レート期間は自身のローカルクロックに位相同期させることにより、局側装置との網同期を図ることができる。

このような位相同期を行う端末装置を採用すれば、ブロック符号のビット数相当よりも更に大きい符号シーケンスの±１／２周期以内のクロック位相のずれを回復することができ、網同期の精度をより向上することができる。
また、この場合、ブロック符号のビット数時間よりも更に長い符号シーケンスのビット数時間に対応して前記最大インターバル時間を設定することができるので、基準レート期間のインターバルの時間的な自由度が更に広がり、下り信号の帯域割当の自由度をより向上させることができる。

本発明において、局側装置が、基準レート以外の伝送レートの下り信号が送信される他レート期間を、当該基準レートに含ませた特殊コードで各端末装置に予告するようにしてもよい。
この場合には、端末装置において、上記特殊コードを利用して基準レート以外の伝送レートの下り信号をマスクし、基準レートの下り信号に含まれるブロック符号の境界信号又は複数のブロック符号で構成された符号シーケンスの境界信号に位相同期させることができる。従って、端末装置が位相同期を行う対象を切り替える必要がなく、その切り替え時に懸念される瞬間的なずれの発生を抑えることができ、端末装置においてより安定した網同期クロックを生成することができる。

以上の通り、本発明によれば、複数の伝送レートで下り方向通信が行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいても、網同期を正確にとることができるので、上り信号の衝突を回避することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
〔ＰＯＮシステムの全体構成〕
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、これによってＰ２ＭＰ形態のＰＯＮシステムが構成されている。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-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λ２を使って、下り方向につい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、本発明は上り方向のマルチレート化を妨げるものではない。
また、本実施形態の局側装置及び端末装置は、マルチレートＰＯＮシステムに好適に使用されるものであるが、マルチレート専用である必要はなく、単一レートのＰＯＮシステムにも使用することを除外するものではない。

〔局側装置の構成例〕
図２は、本発明に係る局側装置１の一例を示している。
この局側装置１では、上位ネットワーク１１から送られたフレームは受信部１６を経由して、一旦バッファ１７に保存された後、ＰＯＮ送信部１８を経由し、光信号としてＷＤＭフィルタ１９を通過してＰＯＮの光ファイバ５に送信される。ＰＯＮの光ファイバ５では１心双方向波長多重されており、ＰＯＮの光ファイバ５から送られてきた光信号はＷＤＭフィルタ１９で送信光と分離され、ＰＯＮ受信部２０に送られる。
ＰＯＮ受信部２０において復元されたフレームは、フレーム種別判定部２１によって主信号フレームＦ１と管理系フレームＦ２とに識別され、それぞれ一旦バッファ２２に分別保存される。その後、主信号フレームＦ１はユーザのためのデータとして送信部２３を経由して上位ネットワーク１１に送信される。

一方、管理系フレームＦ２は管理系通信処理部２４に送られる。管理系フレームＦ２には、ＰＯＮ制御フレームやＯＡＭフレームが含まれる。管理系通信処理部２４はＰＯＮ制御フレームを端末装置２，３，４との間でやりとりすることによって、端末装置２，３，４の登録や上りアクセス制御を主管する。ここで、上りアクセス制御において端末装置２，３，４に与える送信許可は、端末装置２，３，４からの要求と網運用ポリシーを勘案して、動的帯域割当部２５が決定する。
ＯＡＭフレームのやりとりは、ＯＡＭ処理部２６が主管する。端末装置２，３，４に送信すべきＰＯＮ制御フレームやＯＡＭフレームは、バッファ１７、ＰＯＮ送信部１８、ＷＤＭフィルタ１９を経由して、主信号フレームＦ１列の間に割り込む形で端末装置２，３，４に送信される。

前記ＰＯＮ送信部１８は、１Ｇまたは２Ｇのレートで８Ｂ／１０Ｂ変換を行う符号化部２７と、１０Ｇのレートで６４Ｂ／６６Ｂ変換を行う１０Ｇ符号化部２８と、電気的な２値信号を光のオンオフ信号に変換するＥ／Ｏ変換部２９と、送信スケジューラ３０とから構成されている。
バッファ１７の状態は送信スケジューラ３０が管理しており、この送信スケジューラ３０はバッファ１７内に格納されているフレームのＰＯＮへの送信順序を決定する。この送信スケジューラ３０は、管理系通信処理部２４からの通知により、端末装置２，３，４との接続状態と端末装置２，３，４ごとの送信レートを認識している。

また、この送信スケジューラ３０は、自ら決定した送信順序に従い、１０Ｇ符号化部２８と符号化部２７にいずれを有効にするかを指示し、さらに、符号化部２７を有効にする場合は、１Ｇと２Ｇのいずれで動作するかを指示する。そのうえで、送信スケジューラ３０はバッファ１７にフレームの取り出しを指示する。
前記ＰＯＮ受信部２０は、光のオンオフ信号を電気的な２値信号に変換するＯ／Ｅ変換部３２と、１Ｇまたは２Ｇのレートに同期して２値情報を復元するデータリカバリ３３と、その２値情報から８Ｂ／１０Ｂ符号を同期しつつ１０Ｂ／８Ｂ変換してフレームを復元する符号同期部３４と、１０Ｇのレートに同期して２値情報を復元する１０Ｇ−ＣＤＲ３５と、その２値情報から６６Ｂ／６４Ｂ変換しつつフレームを復元する１０Ｇ符号同期部３６と、受信スケジューラ３７とから構成されている。

受信スケジューラ３７には、管理系通信処理部２４から、上り信号が到着する期間と信号のレートが予告されている。受信スケジューラ３７は、上り信号が到着する前に、データリカバリ３３と符号同期部３４の復元系統と、１０Ｇ−ＣＤＲ３５と１０Ｇ符号同期部３６の復元系統のいずれを有効にするか指示する。前者を有効にする場合は、受信スケジューラ８０は、更に１Ｇか２Ｇのいずれのレートで情報を復元するかを指示する。
なお、図１では図示を省略しているが、局側装置１は、自己の基準クロックを独立して発生させる、例えばＰＬＬ方式のクロック生成回路を備えており、この生成回路で生成した基準クロックに基づいて、上記送信スケジューラ３０や受信スケジューラ３７等の各部の動作タイミングが決定される。

〔下り信号フレーム〕
図３は、基準レートに統一してＰＯＮ制御通信等の管理系通信を行う、本発明のマルチレートＰＯＮの下り信号フレームの一例を示したものである。
図３に示すように、この下り信号フレームでは、情報通信レート１Ｇｂｐｓ／伝送レート１．２５ＧｂｐｓのＧＥ-ＰＯＮをベース（基準レート）とし、これに情報通信レート２Ｇｂｐｓの信号および情報通信レート１０Ｇｂｐｓの信号がＴＤＭされている。情報通信レート１Ｇｂｐｓの期間（以下、これを「１Ｇ期間」と表記する。２Ｇ、１０Ｇについても同様。）においては、基本的にＧＥ-ＰＯＮの伝送方式に則る。

すなわち、前記局側装置１において、通信情報１オクテットが８Ｂ／１０Ｂ変換によって１０ビットの伝送情報に変換され、さらにシリアル化された１０ビット列が１．２５ＧｂｐｓのＮＲＺ信号およびそれに対応した光のオンオフ信号として伝送される。
本実施形態のマルチレートＰＯＮにおいては、１Ｇ期間（基準レート期間）はある定められた時間（後述する最大インターバル時間Ｔｉ）を超えないインターバルで現れるようになっており、１０ビット列の位相はすべての１Ｇ期間にわたって、あたかも１Ｇ期間が続いていたかのように揃うようにしている。

従って、ＰＯＮ上り方向のアクセス制御を行うための制御用通信はＧＥ-ＰＯＮ方式に則って行われる。すなわち、端末装置２，３，４に対する送信許可は基準レートに含まれるＰＯＮカウンタの値で指示される。このとき、ＰＯＮカウンタの網同期は、１Ｇ期間内に間欠的に送られる制御フレーム（ゲートフレーム）に記されているタイムスタンプＴＳで端末装置２，３，４自身のＰＯＮカウンタを更新することによって行われる。
このように、本実施形態では、予め規定できないような超高速信号をマルチレートＰＯＮに将来共存させることを担保するために、端末装置２，３，４はすべてのレートに追随して網同期を維持するのではなく、間欠的に現れる１Ｇ期間の信号を用いて網同期を維持する。

また、ＰＯＮにおいては、下り信号はすべての端末装置２，３，４が受信するが、受信回路の構成によっては想定外のレート（この場合は２Ｇや１０Ｇ）から想定内のレート（この場合は１Ｇ）に切り替わった場合、改めて行われる同期に時間がかかる。そこで、図３に示す下り信号フレームでは、局側装置１が各端末装置２，３，４にレートの変更を予告するようになっている。
この場合、端末装置２，３，４は、後述の通り、想定外のレート期間の受信信号をマスクしたり（図４のマスク回路４１参照）、或いは、受信対象レートのデータを素早く切り替えて再生できるよう準備することができる（図５参照）。

図３に示すように、局側装置１によるレート変更の予告は、１Ｇ期間の特殊シーケンス（Ｃａ／Ｃｂ／Ｌｈ／Ｌｌ）で各端末装置２，３，４に通知することによって行う。
図例のＣａ／Ｃｂは、レート予告の特殊シーケンスが始まることと、レートの種別を表す特殊符合である。Ｌｈ／Ｌｌはレートが変更される期間を表す。
この通信手順においては、１Ｇを基準レートとしているので、すべての端末装置２，３，４が少なくとも１Ｇ信号の受信能力を有することを前提としている。１Ｇ以外の他レート期間が以下に述べる最大インターバル時間Ｔｉを超える前に、一旦１Ｇ期間に戻すものとしている。

〔最大インターバル時間〕
すなわち、１Ｇ期間のインターバルは、局側装置１の基準クロックと各端末装置２，３，４のローカルクロックとの周波数差ｄｆによって蓄積される位相差の絶対値が網同期をとるために用いる下り信号の１／２周期を超えない最大インターバル期間Ｔｉ以下になるように設定されており、これにより、基準レート（１Ｇ）以外の伝送レート（本実施形態では２Ｇ及び１０Ｇ）の下り信号の送信期間が長く継続することに伴う、局側装置１の基準クロックと端末装置２，３，４のローカルクロックとのずれの発生をなくしている。

図３に示すように、基準レートの下り信号は、Ｍビットのブロック符号ＢＬに基づいているものとし、１ビット時間をＴｂとすると、ブロック符号ＢＬのビット数時間はＭ×Ｔｂとなる。本実施形態では基準レート（１Ｇ）のブロック符号ＢＬは８Ｂ／１０Ｂであるから、Ｍ＝１０である。また、局側装置１の基準クロックと端末装置２，３，４のローカルクロックの周波数差ｄｆの最大値をｄｆｍａｘ（単位はｐｐｍ）とする。
この場合、前記最大インターバル時間をＴｉとすると、端末装置２，３，４において下り信号に対してビット単位での同期をとる場合には、Ｔｉ＝（１／２）×Ｔｂ／ｄｆｍａｘとなる。

１Ｇの基準レートの場合はＴｂ＝０．８（ｎｓ）であり、ｄｆｍａｘは通常２００（ｐｐｍ）程度であるから、ビット単位で同期をとる場合には、Ｔｉ＝２（μｓ）となる。このように、端末装置２，３，４が基準レートの下り信号に対してビット単位で同期すると、最大インターバル時間Ｔｉを極めて短時間に設定せざるを得ず、これでは１Ｇ期間のインターバルの時間的余裕が少なくなり、下り信号の帯域割当の自由度が低減する。
そこで、本実施形態では、基準レート（１Ｇ）の下り信号が１０ビット列で構成されたブロック符号ＢＬに基づいているのを利用して、端末装置２，３，４において１Ｇレート信号のブロック位相に同期させることとした。

この場合には、Ｔｉ＝（１／２）×（Ｔｂ×１０）／ｄｆｍａｘ＝２０（μｓ）となり、端末装置２，３，４がビット単位で同期する場合に比べて、最大インターバル時間Ｔｉが１０倍になる。このため、１Ｇ期間のインターバルの時間的な自由度が広がり、下り信号の帯域割当の自由度が向上する。
また、局側装置１が、例えば２０ビットで構成されるアイドルシーケンスのような、複数のブロック符号ＢＬで構成された特有の符号シーケンスを有する基準レートの下り信号を送出し、各端末装置２，３，４がこの符号シーケンスに同期することにしてもよい。
この場合には、ブロック符号ＢＬで同期する場合に比べて最大インターバル時間Ｔｉが更に大きくなる。このため、１Ｇ期間のインターバルの時間的な自由度が更に広がり、下り信号の帯域割当の自由度がより向上する。

〔端末装置の網同期クロック生成回路〕
図４は、本発明の第一実施形態に係る端末装置２，３，４の網同期クロック生成回路を示している。
本実施形態の網同期クロック生成回路４０は、下り信号から所望の信号を再生する図示しないＣＤＲ（Clock Data Recovery）とは独立したものであり、下りの受信信号（電気信号）が入力されるマスク回路４１と、その後段のブロック境界検出回路４２と、その後段のＰＬＬ方式のクロック再生回路４３とから構成されている。

ＰＯＮから受信した光信号は図示しない受信器によって電気信号に変換され、上記マスク回路４１に入力される。マスク回路４１は、端末装置２，３，４が網同期のための受信対象とはしないレートの信号（この場合は、２Ｇ及び１０Ｇの信号）をマスクする。マスク回路４１の出力は、その後段のブロック境界検出回路４２内のＣＤＲ４４に入力され、クロックとデータが復元される。
上記ＣＤＲ４４の後段には符号同期回路４５が接続されている。この回路４５は、復元されたクロックとデータから８Ｂ／１０Ｂ符号の境界を検出する。

このとき、８Ｂ／１０Ｂ符号の特殊記号で表現されている、前記した図３に示すレート変更予告（Ｃａ／Ｃｂ／Ｌｈ／Ｌｌ）を解釈し、受信対象としないレートの信号をマスクする指示を前記マスク回路４１に送る。このマスクはＣＤＲ４４が想定外の信号を受けて誤動作することを防ぐためのものである。すなわち、マスク回路４１は想定外の超高速信号によりＣＤＲ４４の内部状態が異常になり、想定内の信号に切り替わった後の再同期時間が長くなることを防ぐためのものである。
ブロック境界検出回路４２は１０ビット列の境界を検出し、１０ビットごとにトグルするブロック符号ＢＬの境界信号を生成し、クロック再生回路４３の位相比較器４６に入力する。

クロック再生回路（ＰＬＬ）４３は、位相比較器４６と、その後段のループフィルタ４７と、その後段の電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）４８とから構成されている。
本実施形態では、網同期のためのローカルクロックは１２５ＭＨｚを基本周波数とする上記ＶＣＸＯ４８によって生成される。なお、図４に示すＶｃ０はＶＣＸＯ４８を例えば１２５ＭＨｚで発振させるための基準電圧である。
網同期クロックとブロック境界信号は位相比較器４６に入力され、網同期クロックの位相がブロック境界信号の位相に一致するようＶＣＸＯ４８の入力電圧が調整され、網同期クロックの周波数は、受信したオクテットレートに同期する。

ブロック境界検出回路４２では、ＣＤＲ４４が入力信号に同期したクロックとデータを生成し、符号同期回路４５が１０ビット列の境界を検出する。８Ｂ／１０Ｂコードにおいては、アイドル期間にコンマ（7b0011111或いはその反転）を連続的に捕捉できるので、符号同期を確立することができる。なお、信号初期のマスク制御信号は無効であり、マスク期間中は、ＣＤＲ４４は端末装置２，３，４固有のローカルクロックをベースに１．２５ＧＨｚのクロックを生成する。

各端末装置２，３，４は、ＶＣＸＯ４８が生成する網同期クロックをベースとしてＰＯＮタイマを生成する。上り方向の送信タイミングはＰＯＮタイマの値を指定する上位プロトコルによって局側装置１から指示され、端末装置２，３，４はＰＯＮタイマで定義された期間に上り信号を送出する。
なお、本実施形態において、端末装置２，３，４の上り信号の伝送レートもバーストごとに異なってよい。上り信号の伝送クロックは、上記網同期クロックを逓倍したものでもよいし、各端末装置２，３，４固有のものであってもよい。

図４に示す網同期クロック生成回路４０において、マスク期間（２Ｇ期間又は１０Ｇ期間）は、ＶＣＸＯ４８の周波数はＶｃ０に向かって収束しようとし、位相もずれはじめる。しかし、位相が±πずれる前に１Ｇ期間が到来してマスクが解除されれば、ＶＣＸＯ４８の位相はジャンプすることなく、再びブロック境界信号の位相に追随されることになる。
このさい、本実施形態では、１０ビット境界（ブロック符号ＢＬの境界）の検出を対象とするブロック境界検出回路４２をＰＬＬ４３の前段に配置し、ＰＬＬ４３をブロック符号ＢＬの境界信号に位相同期させるようにしているので、ブロック符号ＢＬのビット数相当のクロックのずれを回復することができる。

もっとも、ブロック境界検出回路４２は、１０ビット境界（前記ブロック符号ＢＬの境界）の検出を対象とするものだけでなく、局側装置１との間での取り決めに従い、もっと長い符号シーケンスの境界を検出するものでもよい。
例えば、前述の通り、アイドルシーケンスが２０ビットの切れ目を保って送られるように局側装置１からの１Ｇ信号を調整する場合には、２０ビットで構成されるアイドルシーケンスを検出対象とすることができ、この場合、より大きい位相のずれを回復することができる。なお、ブロック境界が更に長くなる場合、ＶＣＸＯ４８と位相比較器４６との間に分周回路を挿入し、位相比較器４６に入力されるクロック信号の周波数を揃える構成にしてもよい。

図５は、本発明の第二実施形態に係る端末装置２，３，４の網同期クロック生成回路を示している。
本実施形態の網同期クロック生成回路５０は、ＶＣＸＯ４８の代わりに電圧制御型発振器（ＶＣＯ）５１を使用している点と、このＶＣＯ５１を制御するクロック再生回路（ＰＬＬ）５２の回路構成が、図４の第一実施形態の場合と異なる。
すなわち、この場合のクロック生成回路５０は、ループフィルタ４７への入力信号を選択可能とするための二つの位相比較器５３，５４を備えており、その選択された位相比較器５３，５４、ループフィルタ４７及びＶＣＯ５１がＰＬＬ５２を構成する。

二つの位相比較器５３，５４のうち、第一位相比較器５３はＶＣＯ５１の出力とブロック境界信号を比較するのに対して、第二位相比較器５４はＶＣＯ５１の出力と１２５ＭＨｚに設定された外部からの参照クロックとを比較する。参照クロックとＶＣＯ５１の出力は周波数比較回路５５にも入力され、周波数差が定められた範囲内にあるか判定される（範囲内でない場合は不一致）。
周波数比較回路５５の出力とブロック境界検出回路４２の出力は、ＯＲゲートよりなる切り替えスイッチ５６に接続されている。この切り替えスイッチ５６は、周波数比較回路５６における周波数が不一致の場合か、ブロック境界検出回路４２の出力が基準レート（１Ｇ）以外の場合に、ＰＬＬ５２のループとして第二位相比較器５４を選択する。

すなわち、受信信号のレートが基準レートである１Ｇ期間は、切り替えスイッチ５６がオフとなって♯１が選択される。この場合には、第一位相比較器５３が機能し、ＰＬＬ５２がブロック符号ＢＬの境界信号と位相同期して網同期が図られる。
他方、周波数が不一致の場合か、受信信号のレートが基準レート以外である２Ｇ期間や１０Ｇ期間の場合は、切り替えスイッチがオンとなって♯２が選択される。この場合には、第二位相比較器５４が機能し、ＰＬＬ５２が自身のローカルクロックである参照クロックに位相同期する。

このため、本実施形態の網同期クロック生成回路５０によれば、２Ｇや１０Ｇといった基準レート以外の信号や、その信号以外にも不正な信号が下りの受信信号に含まれていても、ＶＣＯ５１の周波数が発散するのを防止することができる。
なお、本実施形態の網同期クロック生成回路５０のブロック境界検出回路４２も、第一実施形態と同様に、１０ビット境界（前記ブロック符号ＢＬの境界）の検出を対象とするものだけでなく、アイドルシーケンス等のより長い符号シーケンスを検出対象とすることができる。

また、本実施形態の網同期クロック生成回路５０では、１Ｇ期間以外は自身のローカルクロックに位相同期するように切り替えられるので、１Ｇ期間以外で受信信号をマスクする必要はなく、図５に破線で示すように、マスク回路４１の存在は任意である。ただし、ブロック符号ＢＬやアイドルシーケンスの境界検出を公知のＣＤＲ技術に拠る場合は、マスク回路４１を内包する。

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。 本発明の局側装置の一例を示す回路図である。 上記マルチレートＰＯＮシステムの下り信号フレームの一例を示す図である。 本発明の第一実施形態に係る、端末装置の網同期クロック生成回路の回路図である。 本発明の第二実施形態に係る、端末装置の網同期クロック生成回路の回路図である。

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
４０ 網同期クロック生成回路
５０ 網同期クロック生成回路
ＢＬ ブロック符号
Ｔｉ 最大インターバル時間

Claims (8)

1. 複数の端末装置と光ファイバを介して接続され、網同期をとるための基準レートを含む複数の伝送レートで局側装置から端末装置への下り方向通信が行われる、マルチレートＰＯＮシステムに使用可能な局側装置であって、
   自身の基準クロックと前記各端末装置のローカルクロックとの周波数差により蓄積される位相差の絶対値が網同期をとるために用いる下り信号の１／２周期を越えない最大インターバル時間以下のインターバルで、前記基準レートの下り信号を各端末装置に送信することを特徴とする局側装置。
2. 前記基準レートの下り信号が、ブロック符号に基づいている請求項１に記載の局側装置。
3. 前記基準レートの下り信号が、更に、複数のブロック符号で構成された特有の符号シーケンスを有している請求項２に記載の局側装置。
4. 前記基準レート以外の伝送レートの下り信号が送信される他レート期間を、当該基準レートに含ませた特殊コードで前記各端末装置に予告する請求項１〜３のいずれか１項に記載の局側装置。
5. 局側装置と光ファイバを介して接続され、網同期をとるための基準レートを含む複数の伝送レートで局側装置から端末装置への下り方向通信が行われる、マルチレートＰＯＮシステムに使用可能な端末装置であって、
   前記基準レートの下り信号を受信している基準レート期間は、その下り信号に含まれるブロック符号の境界信号に位相同期することを特徴とする端末装置。
6. 局側装置と光ファイバを介して接続され、網同期をとるための基準レートを含む複数の伝送レートで局側装置から端末装置への下り方向通信が行われる、マルチレートＰＯＮシステムに使用可能な端末装置であって、
   前記基準レートの下り信号を受信している基準レート期間は、その下り信号に含まれる複数のブロック符号で構成された符号シーケンスの境界信号に位相同期することを特徴とする端末装置。
7. 前記基準レート以外の下り信号を受信している他レート期間は、その基準レート以外の下り信号をマスクする、又は、位相同期の対象を自身のローカルクロックに切り替える請求項５又は６に記載の端末装置。
8. 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、網同期をとるための基準レートを含む複数の伝送レートで下り方向通信が行われるマルチレートＰＯＮシステムにおいて、
   前記局側装置が、自身の基準クロックと前記各端末装置のローカルクロックとの周波数差により蓄積される位相差の絶対値が網同期をとるために用いる下り信号の１／２周期を越えない最大インターバル時間以下のインターバルで、ブロック符号に基づく前記基準レートの下り信号を各端末装置に送信し、
   前記各端末装置が、前記ブロック符号の境界信号又は複数の同ブロック符号で構成された符号シーケンスの境界信号に位相同期することを特徴とするマルチレートＰＯＮシステムの網同期方法。

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