JP2007336151A

JP2007336151A - 適応クロック再生装置及び方法

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Publication number: JP2007336151A
Application number: JP2006164551A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Fukada; 陽一深田; Koichi Saito; 幸一斉藤; Yoichi Maeda; 洋一前田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP4671915B2

Abstract

【課題】バッファオーバフローやアンダーフローを発生させず、廃棄パケット補償を行ってクロックの再生を行う適応クロック再生装置を提供する。
【解決手段】適応クロック再生装置は、受信パケットのペイロードを蓄積する第１のバッファと、第１のバッファからペイロードを読み出して、シーケンス番号と誤り訂正符号に基づき、廃棄パケットに含まれていた分割データの復元を行い第２のバッファに出力する廃棄パケット補償手段と、第２のバッファからの分割データの読出クロックを生成する適応クロック手段とを有し、廃棄パケット補償手段は、第１のバッファが蓄積しているペイロードの量が第１の閾値より大きくなったとき、又は、第２のバッファが蓄積している分割データの量が第２の閾値より小さくなったときに処理を開始する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＡＴＭセル、ＩＰパケット、ＬＡＮフレーム等により信号を送受するパケット型ネットワークを用いて、ＳＯＮＥＴ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＯｐｔｉｃａｌＮＥＴｗｏｒｋ）／ＳＤＨ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｉｇｉｔａｌＨｉｅｒａｒｃｈｙ）や、ＰＤＨ（ＰｌｅｓｉｏｃｈｒｏｎｏｕｓＤｉｇｉｔａｌＨｉｅｒａｒｃｈｙ）の各次群の信号の様な固定ビットレートの信号を伝送する回線エミュレーション方式における適応クロック再生技術に関する。

回線エミュレーションとは、例えば、時分割多重（ＴＤＭ：ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号といった、固定ビットレートの信号をパケット化し、パケット型ネットワークを介して中継する方式であり、固定ビットレートの信号をパケットにカプセル化する装置、或いは、その逆のデカプセル化を行う装置を、インターワーキングファンクション（ＩＷＦ：ＩｎｔｅｒＷｏｒｋｉｎｇＦｕｎｃｔｉｏｎ）装置と呼ぶ。ＩＷＦ装置は、通常、カプセル化／デカプセル化機能の他、エラー訂正機能やクロック配信機能を備えている。

一般的に、ＴＤＭ型ネットワークには、パケット型ネットワークより高い品質が要求される。したがって、回線エミュレーションを実現するＩＷＦ装置には、パケット型ネットワークにより中継される固定ビットレート信号の品質を劣化させないための様々な技術的手段が設けられる。

これら技術的手段のうちの主要なものとして、固定ビットレート信号のビットエラーの低減を目的とした廃棄パケット補償技術と、固定ビットレート信号の高精度クロック供給を目的とした適応クロック再生技術があり、まず、廃棄パケット補償技術について説明する。

図１に示す様に、固定ビットレート信号であるＴＤＭ信号は、送信側ＩＷＦ装置において、そのペイロードに数百ビット〜数千ビットのデータを含むパケットに変換されてパケット網に送出される。パケット網においては、ネットワークの輻輳や、誤り検出等によりパケットの廃棄が発生する場合があり、図１においては、番号３のパケットが廃棄されている。このため、受信側ＩＷＦ装置が出力するＴＤＭ信号からは、番号３のパケットに格納されていたビットが欠落し、数百ビット〜数千ビットのバースト誤りがＴＤＭ信号に発生する。バースト誤りは、ＴＤＭ信号品質の重大な劣化である為、パケット網で発生するパケット廃棄を補償するパケット補償技術は重要であり、例えば、特許文献１から３及び非特許文献１には、廃棄パケットを補償して、バースト誤りを抑圧する方法が記載されている。

上記各文献は、いずれも、送信側ＩＷＦ装置においてＴＤＭ信号の誤り訂正符号を生成し、生成した誤り訂正符号もパケット化して送信することで、受信側ＩＷＦ装置において廃棄されたパケットに含まれていたデータの復元を行わせている。なお、受信側ＩＷＦ装置は、廃棄されたパケットの存在を、パケットに付与されたシーケンス番号から判定している。

続いて、適応クロック再生技術について説明する。ＴＤＭ型ネットワークは、送信装置及び受信装置が使用するクロック周波数の一致を前提とする通信方式、つまり、同期型であるのに対して、パケット型ネットワークはクロック周波数の一致を要求しない非同期型である。回線エミュレーション方式とは、同期型ネットワーク間に、非同期型ネットワークが横たわる構成であるため、同期型と非同期型ネットワークの橋渡しを行う受信側ＩＷＦ装置は、送信側ＩＷＦ装置が使用するクロック周波数を、受信パケットから再現する必要があり、このための技術が適応クロック再生技術である。

図２は、非特許文献２に記載の適応クロック再生技術を説明する図である。図２において、バッファは受信するパケット又はパケットに含まれるデータを蓄積し、蓄積されたパケット又はデータは、クロック制御・出力部が出力する再生クロック速度で読み出される。送信側ＩＷＦ装置に入力される信号は固定ビットレートであるため、送信側ＩＷＦ装置が送信するパケットレートも一定値となり、よって、パケット廃棄がないと仮定した場合には、受信側ＩＷＦ装置が受信するパケットレートの平均も一定値となる。したがって、クロック制御・出力部は、バッファの蓄積量の多寡に応じて再生クロック周波数を決定することで、送信側ＩＷＦ装置と同一のクロック周波数を生成している。

上述した適応クロック再生技術において、パケット型ネットワーク内でパケット廃棄が発生した場合、受信側ＩＷＦ装置で再生するクロック周波数は、送信側ＩＷＦ装置が使用しているクロック周波数と異なるものとなってしまう。この問題を解決するため、廃棄パケット数を受信側で検知する、或いは、廃棄パケット補償技術を用いて廃棄パケットを復元することにより、パケット廃棄が生じたとしても、受信側ＩＷＦ装置において、送信側ＩＷＦ装置と同一クロック周波数を再生する方法が、特許文献４に記載されている。

図３は、特許文献４に記載の構成を示すブロック図である。図３において、セル分解手段は、受信パケットのペイロードに含まれるデータを第１のバッファに出力すると共に、受信パケットのシーケンス番号の不連続により検知される廃棄パケットの存在を第１のバッファに通知する。ＰＬＬは、第１のバッファの蓄積データ量に基づきクロックを生成する。計数手段は、ＰＬＬから通知されるクロック速度に基づき、第１のバッファからのデータ読み出し用クロック、インタリーブ用メモリ及びエラー訂正手段の動作クロック、並びに、第２のバッファへの書き込み用クロックを生成する。更に、廃棄セルの存在が通知された場合に、そのペイロードに相当する期間だけ、第１のバッファからの読み出しを停止する。

第１のバッファから読み出されたデータは、インタリーブ用メモリ、エラー訂正手段に順次転送され、廃棄されたパケットの補償が行われてＴＤＭ信号が復元される。エラー訂正手段が出力する復元後のＴＤＭ信号は、第２のバッファに入力され、第２のバッファからはＰＬＬが出力するクロック速度にて読み出される。

図３の構成において、第１のバッファからの読出し速度は、第１のバッファのデータ蓄積量に依存するが、インタリーブ用メモリや、第２のバッファの蓄積量には依存しない。したがって、インタリーブ用メモリや、第２のバッファの蓄積量によっては、これらメモリ又はバッファにてオーバフローや、アンダフローが発生する可能性がある。また、図３の構成においては、計数手段にクロック周波数の変換機構が必要になる。特許文献４に記載の例においては、ＰＬＬが１５４４ｋＨｚのクロック信号を出力し、計数手段において、ＰＬＬからのクロック周波数を、１２８／１２４倍に変換して、第１のバッファからの読出しクロック等を生成している。

なお、後に説明する本願発明と似て非なるものとして、特許文献５及び６があり、これらについて簡単に述べる。特許文献５及び６は、画像信号伝送において、伝送帯域圧縮の観点から必要性の低いパケットを送信機にて恣意的に廃棄するものであり、受信機においては廃棄パケットを補償する必要はなく、また、送信機が受信機の廃棄したパケット数の情報を通知している。

特許第２７６２８１５号明細書特開平０３−２５４２４０号公報特開平０４−２０７７３４号公報特許第３２０４６０９号明細書特許第３０４５７１５号明細書特開２０００−１８７９４０号公報岩瀬亮一、小原仁、「ＡＴＭ網における伝送路符号誤りおよびセル廃棄の補償法」、電子情報通信学会和文論文誌、Ｊ７５−Ｂ１Ｎｏ．１、ｐｐ．１−１１、１９９２年１月深田陽一、安田武、小松秀司、斉藤幸一、前田洋一、「回線エミュレーション向け比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御型適応クロック法の実装と評価」、電子情報通信学会技術研究報告ＣＳ２００５−４３、Ｖｏｌ．１０５、Ｎｏ．ＣＳ−４１０、ｐｐ．３７−４２、２００５年１１月

本発明は、廃棄パケット補償を行ってクロックの再生を行う適応クロック再生装置及び方法であって、バッファオーバフローやアンダーフローを発生させず、生成したクロックの変換を必要としない適応クロック再生装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明における適応クロック再生装置によれば、
固定ビットレートの信号を所定ビット数単位で分割して分割データとし、所定数の分割データに対する誤り訂正符号を求め、ペイロードに送信順序を示すシーケンス番号と、分割データ又は誤り訂正符号とを格納することにより送信装置において生成されたパケットを受信する適応クロック再生装置であって、受信したパケットのペイロードを蓄積し、蓄積するペイロードの量が第１の閾値より大きくなったときに第１のトリガを出力すると共に、ペイロードに含まれるシーケンス番号に基づき廃棄パケットを判定して、廃棄パケットを受信していた場合における蓄積ペイロード内の分割データ量を示す補正後分割データ量を出力する第１のバッファと、第１のバッファからペイロードを読み出して、シーケンス番号と誤り訂正符号に基づき、廃棄パケットに含まれていた分割データの復元を行った後、受信した分割データ及び復元した分割データを第２のバッファに出力する、復元処理を行う廃棄パケット補償手段と、入力される分割データを蓄積し、蓄積する分割データの量が第２の閾値より小さくなったときに第２のトリガを出力する第２のバッファと、補正後分割データ量に基づき第２のバッファから分割データを読み出すクロック信号を生成する適応クロック手段とを有し、廃棄パケット補償手段は、第１のトリガ又は第２のトリガが出力されたときに、復元処理を行うことを特徴とする。

本発明の適応クロック再生装置における他の実施形態によれば、
固定ビットレートの信号を所定ビット数単位で分割して分割データとし、所定数の分割データに対する誤り訂正符号を求め、ペイロードに送信順序を示すシーケンス番号と、分割データ又は誤り訂正符号とを格納することにより送信装置において生成されたパケットを受信する適応クロック再生装置であって、受信したパケットのペイロードを蓄積し、蓄積するペイロードの量が第１の閾値より大きくなったときに第１のトリガを出力する第１のバッファと、第１のバッファからペイロードを読み出して、シーケンス番号と誤り訂正符号に基づき、廃棄パケットに含まれていた分割データの復元を行った後、受信した分割データ及び復元した分割データを第２のバッファに出力する、復元処理を行う廃棄パケット補償手段と、入力される分割データを蓄積し、蓄積する分割データの量が第２の閾値より小さくなったときに第２のトリガを出力する第２のバッファと、第２のバッファが蓄積する分割データの量に基づき第２のバッファから分割データを読み出すクロック信号を生成する適応クロック手段とを有し、廃棄パケット補償手段は、第１のトリガ又は第２のトリガが出力されたときに、復元処理を行うことを特徴とする。

本発明における適応クロック再生方法によれば、
固定ビットレートの信号を所定ビット数単位で分割して分割データとし、所定数の分割データに対する誤り訂正符号を求め、ペイロードに送信順序を示すシーケンス番号と、分割データ又は誤り訂正符号とを格納することにより送信装置において生成されたパケットを受信してクロックを再生する適応クロック再生方法であって、受信したパケットのペイロードを第１のバッファに蓄積する第１のステップと、第１のバッファからペイロードを読み出して、シーケンス番号と誤り訂正符号に基づき、廃棄パケットに含まれていた分割データの復元を行った後、受信した分割データ及び復元した分割データを第２のバッファに出力する第２のステップと、第２のバッファに蓄積されている分割データを読み出す第３のステップとを有し、第２のバッファからの分割データの読み出しクロックは、補正後分割データ量に基づき、又は、第２のバッファが蓄積している分割データ量に基づき生成され、補正後分割データ量は、ペイロードに含まれるシーケンス番号に基づき判定した廃棄パケットを受信していた場合に、第１のバッファが蓄積しているペイロード内の分割データ量であり、第２のステップは、第１のバッファが蓄積しているペイロードの量が第１の閾値より大きくなったときに、又は、第２のバッファが蓄積している分割データの量が第２の閾値より小さくなったときに行うことを特徴とする。

第１のバッファが蓄積しているペイロードの量が第１の閾値より大きくなったこと、又は、第２のバッファが蓄積している分割データの量が第２の閾値より小さくなったこと、をトリガとして廃棄パケット補償手段が復元処理を行うことで、データオーバーフロー及びアンダーフローの発生を防止することができる。

また、クロックの周波数変換を必要とせず、従来技術と比較して簡易な回路構成とすることができる。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図４は、本発明で共通する送信側ＩＷＦ装置での処理を説明する図である。送信側ＩＷＦ装置は、入力されるＴＤＭ信号を、所定ビット数単位で分割して分割データを生成する。続いて、所定数Ｎ（Ｎは自然数）の分割データごとに誤り訂正符号を生成する。なお、分割のための所定ビット数と、誤り訂正符号を計算する単位であるＮは送信側ＩＷＦ装置及び受信側ＩＷＦ装置で共通であれば任意の数でよい。図４においては、Ｎ＝４とし、４つの分割データごとに１つの誤り訂正符号を生成している。その後、各分割データと、誤り訂正符号にそれぞれ送信順のシーケンス番号を付与し、分割データとシーケンス番号、又は、誤り訂正符号とシーケンス番号をペイロードとするパケットを生成してパケット型ネットワークに送信する。

図５は、本発明による適応クロック再生装置のブロック図であり、受信側ＩＷＦ装置に設けられる。図５によると、適応クロック再生装置は、バッファ１と、廃棄パケット補償回路２と、バッファ３と、適応クロック回路４とを備えている。

図４に示す送信側ＩＷＦ装置からパケット型ネットワークに送信されたパケットが受信され、そのペイロードがバッファ１に蓄積される。バッファ１は、ペイロードに含まれるシーケンス番号から、パケット型ネットワークでの廃棄パケット数を把握し、補正後分割データ量を適応クロック回路４に通知する。ここで、補正後分割データ量とは、廃棄パケットを受信していたと仮定したときに、現在、バッファ１に蓄積されていることになる分割データ量であり、実際にバッファ１に蓄積しているペイロード中の分割データのデータ量に、廃棄されなかったとした場合、現在、バッファ１に蓄積されていることになる廃棄パケット内の分割データのデータ量を加えたものである。また、バッファ１は、第１の閾値を有し、バッファ１の蓄積量が第１の閾値より大きくなった場合には高閾値トリガを廃棄パケット補償回路２に出力する。ここで、バッファ１の蓄積量とは、実際にバッファ１に蓄積されているペイロードの量、つまり、分割データ、シーケンス番号及び誤り訂正符号の合計量である。

廃棄パケット補償回路２は、バッファ１からの高閾値トリガ又はバッファ３からの低閾値トリガの入力により、Ｎ個の分割データを含むペイロードと、Ｎ個の分割データに対する誤り訂正符号を含むペイロードをバッファ１から読み出す。続いて、シーケンス番号からパケットの欠落を判断し、受信したパケットの分割データに生じている誤りの訂正と、欠落したパケットに含まれていた分割データの復元を誤り訂正符号に基づき行う。その後、受信した分割データと復元した分割データとを順にバッファ３に出力する。

バッファ３は、廃棄パケット補償回路２から入力される分割データを一旦蓄積する。蓄積された分割データは、適応クロック回路４が生成する再生クロック周波数にて、つまり、送信側ＩＷＦ装置が受信したのと同じ固定ビットレートのＴＤＭ信号として読み出される。また、バッファ３は、第２の閾値を有し、バッファ３の蓄積量が第２の閾値より小さくなった場合には低閾値トリガを廃棄パケット補償回路２に出力する。ここで、バッファ３の蓄積量とは、バッファ３に蓄積されている分割データのデータ量である。

適応クロック回路４は、バッファ１から通知される補正後分割データ量に基づき、送信側ＩＷＦ装置の使用クロックに同期した再生クロックを生成する。図７は、適応クロック回路４のブロック図である。図７によると、適応クロック回路４は制御器４１と、周波数可変発振器４２とを備えている。制御器４１は、周波数可変発振器４２が出力するクロック周波数を制御する制御信号を、入力されるデータ量に基づき出力する。

以上、適応クロック回路４は、パケット廃棄により欠落した分割データのデータ量を補正した補正後分割データ量に基づき、送信側ＩＷＦ装置が使用しているクロックを再生する。また、廃棄パケット補償回路２は、バッファ１からの高閾値トリガ、又は、バッファ３からの低閾値トリガの入力によりその動作を開始するためバッファ１や３でのオーバーフロー及びアンダーフローによる信号消失を回避することができる。

図６は、本発明の適応クロック再生装置における他の実施形態のブロック図である。図６の構成は、クロックの再生を、バッファ１ではなく、バッファ３の蓄積量に基づき行う点で図５に示す構成と相違する。このため、バッファ３は、蓄積している分割データのデータ量を適応クロック回路４に通知し、適応クロック回路４は、バッファ３が蓄積している分割データの量に基づきクロックを生成する。その他の構成については図５と同様である。

本実施形態において、適応クロック回路４は誤り訂正処理により復元されたＴＤＭ信号そのものをクロック再生に使用するため、精確なクロック再生を行うことが可能となる。また、図５の構成と同様に、廃棄パケット補償回路２は、バッファ１からの高閾値トリガ、又は、バッファ３からの低閾値トリガの入力によりその動作を開始するためバッファ１や３でのオーバーフロー及びアンダーフローによる信号消失を回避することができる。

最後に、本願発明と特許文献５及び６との相違点について述べる。特許文献５及び６の構成においては、送信側がパケット廃棄を行って、廃棄したパケット数そのものを直接受信側に通知している。また、受信側において廃棄パケットを補償する必要はない。本願発明は、受信側においてシーケンス番号に基づき廃棄パケットの検出及び廃棄パケット補償を行うものであり、この点において特許文献５及び６の構成とは相違する。

回線エミュレーションにおけるパケット廃棄の影響を説明する図である。従来技術による適応クロック再生回路のブロック図である。従来技術による受信側ＩＷＦ装置の構成を示すブロック図である。送信側ＩＷＦ装置での処理を説明する図である。本発明による適応クロック再生装置のブロック図である。本発明の適応クロック再生装置における他の実施形態のブロック図である。適応クロック回路のブロック図である。

符号の説明

１、３バッファ
２廃棄パケット補償回路
４適応クロック回路
４１制御器
４２周波数可変発振器

Claims

固定ビットレートの信号を所定ビット数単位で分割して分割データとし、所定数の分割データに対する誤り訂正符号を求め、ペイロードに送信順序を示すシーケンス番号と、分割データ又は誤り訂正符号とを格納することにより送信装置において生成されたパケットを受信する適応クロック再生装置であって、
受信したパケットのペイロードを蓄積し、蓄積するペイロードの量が第１の閾値より大きくなったときに第１のトリガを出力すると共に、ペイロードに含まれるシーケンス番号に基づき廃棄パケットを判定して、廃棄パケットを受信していた場合における蓄積ペイロード内の分割データ量を示す補正後分割データ量を出力する第１のバッファと、
第１のバッファからペイロードを読み出して、シーケンス番号と誤り訂正符号に基づき、廃棄パケットに含まれていた分割データの復元を行った後、受信した分割データ及び復元した分割データを第２のバッファに出力する、復元処理を行う廃棄パケット補償手段と、
入力される分割データを蓄積し、蓄積する分割データの量が第２の閾値より小さくなったときに第２のトリガを出力する第２のバッファと、
補正後分割データ量に基づき第２のバッファから分割データを読み出すクロック信号を生成する適応クロック手段と、
を有し、
廃棄パケット補償手段は、第１のトリガ又は第２のトリガが出力されたときに、復元処理を行うこと、
を特徴とする適応クロック再生装置。
固定ビットレートの信号を所定ビット数単位で分割して分割データとし、所定数の分割データに対する誤り訂正符号を求め、ペイロードに送信順序を示すシーケンス番号と、分割データ又は誤り訂正符号とを格納することにより送信装置において生成されたパケットを受信する適応クロック再生装置であって、
受信したパケットのペイロードを蓄積し、蓄積するペイロードの量が第１の閾値より大きくなったときに第１のトリガを出力する第１のバッファと、
第１のバッファからペイロードを読み出して、シーケンス番号と誤り訂正符号に基づき、廃棄パケットに含まれていた分割データの復元を行った後、受信した分割データ及び復元した分割データを第２のバッファに出力する、復元処理を行う廃棄パケット補償手段と、
入力される分割データを蓄積し、蓄積する分割データの量が第２の閾値より小さくなったときに第２のトリガを出力する第２のバッファと、
第２のバッファが蓄積する分割データの量に基づき第２のバッファから分割データを読み出すクロック信号を生成する適応クロック手段と、
を有し、
廃棄パケット補償手段は、第１のトリガ又は第２のトリガが出力されたときに、復元処理を行うこと、
を特徴とする適応クロック再生装置。
固定ビットレートの信号を所定ビット数単位で分割して分割データとし、所定数の分割データに対する誤り訂正符号を求め、ペイロードに送信順序を示すシーケンス番号と、分割データ又は誤り訂正符号とを格納することにより送信装置において生成されたパケットを受信してクロックを再生する適応クロック再生方法であって、
受信したパケットのペイロードを第１のバッファに蓄積する第１のステップと、
第１のバッファからペイロードを読み出して、シーケンス番号と誤り訂正符号に基づき、廃棄パケットに含まれていた分割データの復元を行った後、受信した分割データ及び復元した分割データを第２のバッファに出力する第２のステップと、
第２のバッファに蓄積されている分割データを読み出す第３のステップと、
を有し、
第２のバッファからの分割データの読み出しクロックは、補正後分割データ量に基づき、又は、第２のバッファが蓄積している分割データ量に基づき生成され、
補正後分割データ量は、ペイロードに含まれるシーケンス番号に基づき判定した廃棄パケットを受信していた場合に、第１のバッファが蓄積しているペイロード内の分割データ量であり、
第２のステップは、第１のバッファが蓄積しているペイロードの量が第１の閾値より大きくなったときに、又は、第２のバッファが蓄積している分割データの量が第２の閾値より小さくなったときに行うこと、
を特徴とする方法。