JP2015122611A - パケット送信装置およびパケット受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、クロックに同期して入力される情報を含んだパケットを生成して順次送信するパケット送信装置と、複数の拠点に個別に配置され、配信されたパケットに含まれる情報をこれらの拠点間で互いに同期して復元するパケット受信装置とに関し、パケットまたはそのパケットに配置されるべき伝送情報の形式、サイズだけではなく、多様な伝送速度、通信手順、トポロジーの伝送路を介して安定に連係して稼働することを目的とする。【解決手段】クロックに同期して入力される伝送情報を含むパケットを生成するパケット生成手段と、前記クロックの前縁または後縁の時点と、前記パケットが生成された時点とのインターバルを前記パケットに含め、非同期網に順次送信する送信手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、クロックに同期して入力される情報を含んだパケットを生成して順次送信するパケット送信装置と、複数の拠点に個別に配置され、非同期網を介して配信されたパケットに含まれる情報をこれらの拠点間で並行して復元するパケット受信装置とに関する。

ディジタル放送系では、例えば、緊急地震速報、時報、生中継などのリアルタイム性の確保を目的として、複数の放送局から同じ放送コンテンツを同一の周波数およびタイミングで並行して送信することが要求される場合がある。

従来、このような形態のディジタル放送は、例えば、後述する特許文献１、２に開示される方式により実現されていた。

(1) 「ＡＴＳＣ規格に従い作動し、それぞれ同一のデータを同一の周波数で送信する共通周波数ネットワークの個々の高周波送信機の中で、デジタルデータストリームの伝送時間を同期させる配列物であって、主局（Ｚ）で発生させられたデジタルデータストリーム（ＴＳ）がデータフレームの周期的連続の形態で個々の送信機（Ｓ１からＳＸ）に供給され、主局内でデータフレームに挿入される同期タイムスタンプ及び主局と送信機の両方で使用される時間基準から送信機内で目標伝送時間が計算され、一方で該送信機のアウトプット（Ａ）でのデータフレームの送信が送信機内で発生されるシステムクロックによって決定される配列物において、各送信機（Ｓ１からＳＸ）における目標伝送時間を送信機のアウトプット（Ａ）でのシステムクロックによって決定されるデータフレームの実際の伝送時間と比較し、そしてこの比較に基づいて、該システムクロックによって決定される実際の伝送時間が計算された目標伝送時間と一致するように、制御回路（Ｒ）によってクロック発生器（７）のクロック周波数を制御することを特徴とする」ことによって、「共通周波数ネットワーク構成のためのＡＴＳＣ規格を発展させる既知の提案を改良し、この種の信号中断を確実に回避する」点に特徴が配列物…特許文献１

(2) 「ＦＭ放送信号を出力する本局とこの本局からのＦＭ放送信号を同一周波数のまま中継出力する複数の中継局とを有し、前記本局及び前記複数の中継局から出力されるＦＭ放送信号の位相が一致するように、前記本局及び前記複数の中継局からのＦＭ放送信号の位相を夫々所定時間遅延させる位相遅延調整機構を備えたことを特徴とする」ことによって、「本局と中継局との間での干渉を軽減する同期方法を簡易に且つコスト安に導入可能な極めて実用性に秀れた」点に特徴が同期放送システム…特許文献２

特許第４７０９９２４号公報 特開２０１０−２８３５３５号公報

ところで、上述した先行技術の内、特許文献１では、各高周波無線機によって送信が行われるタイミングが伝送路で生じた遅延に応じて異なりあるいは変動することを回避するために、データフレームに同期タイムスタンプが挿入されていた。

しかし、このような方式では、データフレームの伝送に供される伝送路は、専用の同期伝送路として構成されなければならず、あるいは伝送遅延の許容限度や変動に厳しい条件が要求されるため、総合的なコストが高くなって実際には適用され難かった。

また、特許文献２では、放送信号の生成元は、伝送路毎に既知の遅延時間を個別の伝送情報に含めて配信しなければならないために、遅延時間の変動には追従できなかった。

したがって、従来、複数の放送局が地理的に広範に多数分布するほど、ＩＰ網のような安価な伝送路の活用により実現でき、これらの放送局から同じ周波数やタイミングで並行して安定に放送波を送信できる技術が強く要望されていた。

本発明は、パケットまたはそのパケットに配置されるべき伝送情報の形式、サイズだけではなく、多様な伝送速度、通信手順、トポロジーの伝送路を介して安定に連係して稼働するパケット送信装置およびパケット受信装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、パケット生成手段は、クロックに同期して入力される伝送情報を含むパケットを生成する。送信手段は、前記クロックの前縁または後縁の時点と、前記パケットが生成された時点とのインターバルを前記パケットに含め、非同期網に順次送信する。

すなわち、クロックに同期して入力された伝送情報を含むパケットには、そのパケットの生成に要した時間と、このパケットの受信端との間に非同期伝送路を介して形成される経路の伝送遅延との何れが変動しても、これらの変動分の時間軸上における補正の基準が含まれる。

請求項２に記載の発明では、記憶手段は、非同期網を介して受信されたパケット毎に、個別に含まれる伝送情報とインターバルとを抽出し、複数の記憶領域のうち、前記インターバルでアドレス指定される特定の記憶領域に、前記伝送情報を蓄積する。同相制御手段は、前記伝送情報が前記パケットの送信端に個別に入力される時点を示すクロックに同期して、前記特定の記憶領域に蓄積された伝送情報の内、前記非同期網で生じ得る遅延の最大値に亘って先行して蓄積された伝送情報を時系列の順に読み出す。

すなわち、パケットの送信端と同じクロックが得られるならば、その送信端や非同期伝送路における過負荷の程度、その非同期伝送路における再送に応じた順序制御の有無の如何にかかわらず、該当する送信端に入力された伝送情報は、時間軸上における変動が圧縮されつつ復元可能となる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のパケット受信装置において、前記最大値は、前記非同期網において伝送速度、通信手順、トポロジーの全てまたは一部の如何にかかわらず生じ得る遅延の最大値である。

すなわち、本発明に係るパケット受信装置では、非同期伝送路で生じ得る最大の遅延を超えて遅れることなく、送信端からパケットとして引き渡された伝送情報の時間軸上におけるインターバルが忠実に再現される。

本発明によれば、受信端では、本発明に係るパケット送信装置と同じクロックが得られるならば、そのパケット送信装置においてクロックに同期して入力された伝送情報は、時間軸上における変動が吸収されつつ復元可能となる。
また、本発明が適用された受信端では、パケットの送信端と同じクロックが得られるならば、その送信端においてクロックに同期して入力された伝送情報は、時間軸上における変動が吸収されつつ復元可能となる。
さらに、構成、特性だけではなく、振る舞いが多様な非同期伝送路の柔軟な活用が可能となる。
したがって、本発明が適用された系では、汎用の非同期伝送網が活用されるにもかかわらず、その非同期伝送路を介して地理的に多様に隔たった所望の数の拠点に、共通の伝送情報を時間軸上におけるゆらぎを回避しつつ並行して安価に配信することが可能となる。

本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態の動作を説明する図である。 データパケットの構成を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図において、パケット送信機１０は、ネットワーク２０を介して複数ｐのパケット受信機３０-1〜３０-pに接続される。これらのパケット受信機３０-1〜３０-pは、同じ周波数の放送チャネルを介して並行して同時に放送を行うべき拠点にそれぞれ配置され、個々の出力がＦＭ送信機４０-1〜４０-pの変調入力にそれぞれ接続される。これらのＦＭ送信機４０-1〜４０-pの出力は、それぞれアンテナ５０-1〜５０-pの給電点に接続される。

パケット送信機１０は、以下の要素から構成される。
(1) ＧＰＳ受信機１１
(2) ＧＰＳ受信機１１の出力に接続されたクロック発振器１２

(3) 後述するアナログ音声信号が外部から与えられ、上記クロック発振器１２の出力に接続されたクロック端子を有するＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１３

(4) Ａ／Ｄ変換器１３の出力に接続された第一の入力を有するデータパケット生成部１４
(5) データパケット生成部１４の後段に配置され、かつ既述のネットワーク２０に接続されたＩＰパケット生成部１５

(6) ＧＰＳ受信機１１の出力に接続された第一の入力と、データパケット生成部１４のモニタ端子に接続された第二の入力とを有し、出力がそのデータパケット生成部１４の第二の入力に接続されたインターバル監視部１６

また、パケット受信部３０-1は、以下の要素から構成される。
(1) ＧＰＳ受信機３１-1
(2) ＧＰＳ受信機３１-1の出力に接続されたクロック発振器３２-1

(3) ネットワーク２０に接続されたＩＰパケット受信部３３-1
(4) ＩＰパケット受信部３３-1の後段に配置されたデータパケット分離部３４-1
(5) データパケット分離部３４-1の第一および第二の出力にそれぞれ接続された書き込みポートと書き込みアドレス入力とを有するメモリ３５-1

(6) メモリ３５-1の読み出しポートに接続された入力と、既述のクロック発振器３２-1の出力に接続されたクロック端子とを有し、かつ出力が既述のＦＭ送信機４０-1の変調入力に接続されたＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）３６-1

(7) 上記ＧＰＳ受信機３１-1の出力と、クロック発振器３２-1の出力とにそれぞれ接続された２つの入力を有するリードアドレス生成部３７-1
(8) リートアドレス生成部３７-1の出力に接続された第一の入力と、後述する上限インターバルＴ２が予め入力される第二の入力とを有し、かつ出力がメモリ３５-1の読み出しアドレス入力に接続された加算器３８-1

なお、パケット受信部３０-2〜３０-pの構成については、パケット受信部３０-1の構成と同じであるので、以下では、対応する構成要素の符号に添え番号「２」〜「ｐ」を付与することとし、図示および説明を省略する。

また、以下では、パケット受信部３０-1〜３０-pに共通に当てはまる事項については、該当する構成要素の符号に、これらの何れにも該当し得ることを意味する添え文字「ｃ」を添え番号「１」〜「ｐ」に代えて付加することによって記述する。

図２は、本実施形態の動作を説明する図である。
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。

パケット送信機１０の各部は、以下の通りに連係する。
ＧＰＳ受信機１１は、ＧＰＳ衛星から到来する無線信号に基づいて絶対時刻を算出し、その絶対時刻を所定の周期（＝１秒）で刻む基準クロック（ＰＰＳ）を生成する。

クロック発振器１２は、その基準クロックを時間軸上の基準として参照することにより、所定の周波数のサンプリングクロックを生成する。
Ａ／Ｄ変換器１３は、放送コンテンツとして与えられるアナログ音声信号を上記サンプリングクロックに同期してＡ／Ｄ変換する（図２ステップ(1))ことにより、音声データ列を生成する。

データパケット生成部１４は、その音声データ列を分割してペイロード（図３(1))に順次配置する（図３(2))ことにより所定形式のデータパケットの列を生成し（図２ステップ(2))、これらのデータパケットが生成された時点を立ち上がり（または、立ち下がり）で示すタイミングパルスを逐次生成する。

インターバル監視部１６は、既述の基準クロックの立ち上がり（立ち下がり）と、上記タイミングパルスの立ち上がり（立ち下がり）との間のインターバルを逐次計測し、そのインターバルの長さを示すインターバル値Ｔ１（図２ステップ(3))を算出する。

データパケット生成部１４は、上記データパケットの所定のフィールド（図３(3))にこのインターバル値Ｔ１を付加することによりそのデータパケットの内容を確定する。
ＩＰパケット生成部１５は、このようにしてデータパケット生成部１４によって生成されたデータパケットの列を順次ＩＰパケットに変換し、ＴＣＰ／ＩＰに準拠した通信制御の下でネットワーク２０に送出する（図２ステップ(4))。

なお、上記インターバル値Ｔ１は、基準クロックの立ち上がり（立ち下がり）を起点として個々のデータパケットが生成された時点の遅れを意味するので、例えば、上記通信制御の下で再送制御が行われ、あるいはネットワーク２０上における伝送遅延時間にゆらぎがあった場合であっても、パケット受信機３０-cでは、個々のデータパケットが到達した時間軸上の遅れおよびその変動分を吸収するための基準として参照可能である。

一方、パケット受信機３０-cの各部は、以下の通りに連係する。
ＧＰＳ受信機３１-cおよびクロック発振器３２-cは、パケット送信機１０に備えられたＧＰＳ受信機１１およびクロック発振器１２と同様に連係することにより、そのパケット送信機１０だけではなく、パケット受信機３０-1〜３０-pの何れにおいても高い精度で同時に立ち上がる（立ち下がる）サンプリングクロックを生成する。

ＩＰパケット受信部３３-cは、パケット送信機１０（ＩＰパケット生成部１５）とネットワーク２０を介して連係することによって、再送制御や順序制御を含む通信制御を行い、その通信制御の下で受信されたＩＰパケットを順次、データパケット分離部３４-cに引き渡す（図２ステップ(5))。

データパケット分離部３４-cは、このようにして引き渡されたＩＰパケットを次の通りに処理する。
(1) 該当するＩＰパケットに含まれる音声データ（既述の放送コンテンツの一部に該当する）（以下、「カレント音声データ」という。）とインターバル値Ｔ１とを分離して抽出する（図２ステップ(6))。
(2) メモリ３５-cの記憶領域の内、上記インターバル値T１に相当するアドレスで示される記憶領域に、カレント音声データを格納する（図２ステップ(7))。

したがって、メモリ３５-cには、パケット送信機１０からネットワーク２０を介してパケット受信機３０-cに至る伝送区間で、ＩＰパケットの伝送遅延時間にゆらぎが生じ、あるいは再送制御（順序制御）の下でＩＰパケットが到来する順序が逆転したり重複した場合であっても、パケット送信機１０においてデータパケット生成部１４がデータパケットを生成した順序、時間軸上における時刻およびインターバルに忠実に対応したアドレスで示される記憶領域に、カレント音声データが確度高く格納される。

このようにしてメモリ３５-cに格納されたカレント音声データは、リードアドレス生成部３７-cおよび加算器３８-cが以下の通りに連係して生成する「読み出しアドレス」が示す記憶領域から順次読み出される（図２ステップ(8))。

(1) リードアドレス生成部３７-cは、ＧＰＳ受信機３１-cによって生成された基準クロックの立ち上がげ（立ち下がげ）でリセットされ、かつ既述のサンプリングクロックを計数するバイナリカウンタの計数値Ｃａを出力する。

(2) 加算器３８-cは、上記伝送遅延時間のゆらぎだけではなく、再送制御（順序制御）で生じ得る伝送遅延時間の総和の上限値として予め設定された上限インターバル値Ｔ２（図２(9))と、上記計数値Ｃａ（図２(10))との和として、上記「読み出しアドレス」を算出する。なお、上限インターバル値Ｔ２は、上記バイナリカウンタが１秒間連続して計数して得られる計数値未満の値である。

メモリ３５-cは、そのメモリ３５-cの記憶領域の内、上記「読み出しアドレス」で示される記憶領域に格納されている「音声データ」を読み出し、Ｄ／Ａ変換器３６-cに引き渡す（図２ステップ(11))。
Ｄ／Ａ変換器３６-cは、このようにして引き渡された「音声データ」をクロック発振器３２-cによって生成されたサンプリングクロックに基づいてＤ／Ａ変換することによって、アナログ音声信号を復元する（図２ステップ(12))。

ＦＭ送信機４０-cは、そのアナログ音声信号で既定の変調方式で変調され、しかも、同じ無線周波数のＦＭ放送波を生成してアンテナ５０-cから送信する（図２ステップ(13))。
すなわち、パケット受信機３０-1〜３０-pがそれぞれ設置された拠点では、パケット送信機１０から非同期方式のネットワーク２０を介して配信されるＩＰパケットの列として与えられる放送コンテンツは、これらのＩＰパケットに既述の伝送遅延時間の変動や逆転が生じ得るにもかかわらず、安定に確度高くかつ同時に並行して、しかも、同じ周波数の放送波として送信される。

したがって、本発明によれば、パケット受信機３０-1〜３０-pが設置された拠点では、パケット送信機１０からパケットとして配信された放送コンテンツは、そのパケットの形式やサイズと、伝送速度、通信手順、トポロジーとの如何にかかわらず、共通の放送チャネルを介して同時に並行して放送される。

また、本発明は、以下に列記するように、従来例にはない利点や効果が達成される。
(1) 再送等のような通信手順の下でパケット毎に、伝送遅延（実質的な伝送速度）が広範に変動し、あるいは伝送順序が逆転しても、その通信手順に基づく伝送品質の向上が確度高く安定に反映されるため、所望の複数の拠点から並行して送信されるべき放送コンテンツの品質が高く安定に維持される。

(2) 放送コンテンツだけではなく、パケット送信機１０とパケット受信機３０-1〜３０-pとの間で個別に引き渡される多様な制御情報も、その放送コンテンツと同様にパケット上に配置されて伝送されることにより、確度高く安定に引き渡され、これらのパケット受信機３０-1〜３０-pが配置される拠点（放送局）の運用や保守が柔軟にかつ簡便に達成される。

(3) 汎用性の高い非同期方式のネットワーク２０が活用されることにより、上記拠点（放送局）の増設が柔軟にかつ簡便に可能となり、しかも、例えば、ステレオ放送や５．１サラウンドのような多様な形態のメディアに対する柔軟な対応も可能となる。

なお、本実施形態は、メモリ３５-cの記憶容量の拡張が可能であるならば、リアルタイム放送だけではなく、ノンリアルタイム放送にも適応可能である。
また、本実施形態では、パケット送信機１０においてＡ／Ｄ変換器１３に入力される信号は、既述のアナログ音声信号に限定されず、例えば、所望の放送コンテンツで変調された一次変調波、あるいはコンポジット信号であってもよい。

さらに、本実施形態においてパケット送信機１０からネットワーク２０を介してパケット受信機３０-1〜３０-pに引き渡される伝送情報のサイズや情報量は、そのネットワーク２０を介して伝送可能であるならば、如何なる値であってもよく、かつ広範に変化してもよい。

また、本実施形態では、基準クロックは、パケット送信機１０およびパケット受信機３０-1〜３０-pが配置された拠点の地理的な隔たりの如何にかかわらず、所望の精度で絶対時刻を与えるパルス信号であるならば、ＧＰＳ衛星等の航行衛星から到来する無線信号に基づいて生成されなくてもよく、例えば、原子時計によって与えられてもよい。

さらに、本実施形態では、上限インターバル値Ｔ２は、基準クロックの周期（＝１秒）以下であるならば、例えば、メモリ３５-cの記憶領域の余剰分の有効活用が図られる値に設定されてもよい。

また、本実施形態では、基準クロックの周期は、１秒でなくてもよく、例えば、ネットワーク２０を介してパケット送信機１０とパケット受信機３０-1〜３０-pとの間で行われる伝送の速度が速いほど、短く設定されてもよい。

さらに、このように基準クロックの周期が短いほど、インターバル値Ｔ１を示す語の語長が短く設定可能となるため、ネットワーク２０の実質的な伝送効率を高めることも可能となる。

また、インターバル値Ｔ１は、パケット送信機１０からパケット受信機３０-1〜３０-pにネットワーク２０を介して引き渡されるパケットに如何なる形態で多重化されてもよく、例えば、伝送情報を示す語の最下位ビットにビットスティール方式により配置され、あるいは余剰のフィールドやビットにマルチフレームとして配置されてもよい。

さらに、本実施形態では、ネットワーク２０は、非同期方式の網であるならば、イーサネット（登録商標）、インタネットその他の如何なる網であってもよい。
また、本実施形態では、パケット受信機３０-1〜３０-pが配置された拠点から並行して同じ放送チャネルを介して放送が行われていることをこれらの拠点以外で監視することが要求される場合には、例えば、図１に点線で示すように、以下の要素が付加されてもよい。

(1) アンテナ５０-cから放射された放送波を受信するＦＭ受信機６０-c
(2) ＦＭ受信機６０-cによって受信された放送波をディジタル情報に変換し、さらに、絶対時刻を示すタイムスタンプが個別に付加されたパケットの列として、ネットワーク２０を介して所望の拠点に配信するモニタ送信機７０-c

さらに、本発明は、既述の放送系に限定されず、複数の拠点に、これらの拠点から並行して同時に送出されるべき伝送情報を引き渡すことが要求されるならば、如何なる系にも適用可能である。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

１０ パケット送信機
１１，３１ ＧＰＳ受信機
１２，３２ クロック発振器
１３ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）
１４ データパケット生成部
１５ ＩＰパケット生成部
１６ インターバル監視部
２０ ネットワーク
３０ パケット受信機
３３ ＩＰパケット受信部
３４ データパケット分離部
３５ メモリ
３６ Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）
３７ リードアドレス生成部
３８ 加算器
４０ ＦＭ送信機
５０ アンテナ
６０ ＦＭ受信機
７０ モニタ送信機

Claims (3)

1. クロックに同期して入力される伝送情報を含むパケットを生成するパケット生成手段と、
   前記クロックの前縁または後縁の時点と、前記パケットが生成された時点とのインターバルを前記パケットに含め、非同期網に順次送信する送信手段と
   を備えたことを特徴とするパケット送信装置。
2. 非同期網を介して受信されたパケット毎に、個別に含まれる伝送情報とインターバルとを抽出し、複数の記憶領域のうち、前記インターバルでアドレス指定される特定の記憶領域に、前記伝送情報を蓄積する記憶手段と、
   前記伝送情報が前記パケットの送信端に個別に入力される時点を示すクロックに同期して、前記特定の記憶領域に蓄積された伝送情報の内、前記非同期網で生じ得る遅延の最大値に亘って先行して蓄積された伝送情報を時系列の順に読み出す同相制御手段と
   を備えたことを特徴とするパケット受信装置。
3. 請求項２に記載のパケット受信装置において、
   前記最大値は、
   前記非同期網において伝送速度、通信手順、トポロジーの全てまたは一部の如何にかかわらず生じ得る遅延の最大値である
   ことを特徴とするパケット受信装置。