JP2019146014A - 時刻同期システム及び時刻同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信装置間を接続する光ファイバで光学特性や光ファイバ長が変動した場合でも、通信装置間で一定間隔のパルス信号（１ＰＰＳ信号）を送受信するタイミングを同期させる。【解決手段】時刻同期システム２０は、二芯双方向の光ファイバＦ１，Ｆ２で接続されたローカル装置Ｌ（装置Ｌ）及びリモート装置Ｒ（装置Ｒ）間で、一定間隔のパルス信号を送受信して同期させる。装置Ｌは、波長λ１のパルス信号Ｐ１と、これと異なる波長λ２のパルス信号Ｐ２とを装置Ｒへ送信後に返信された同波長λ１のパルス信号Ｐ１，Ｐ４の伝搬遅延時間差Ｔ１と、異波長λ１，λ２のパルス信号Ｐ１，Ｐ３の伝搬遅延時間差Ｔ２との比、並びに装置ＬとＲ間の往復遅延時間τｕｄとの比例関係から、ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１を計算する。計算された伝搬遅延量τ１の今回と前回との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差ｔｄでパルス信号Ｐ１，Ｐ２を送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、遠隔地に離間して配置され、光ファイバで接続された通信装置間で高精度に時刻を同期させる時刻同期システム及び時刻同期方法に関する。

非特許文献１には上述した分野の技術内容が次のように記載されている。即ち、光ファイバで接続された通信装置間において、１秒間に１パルス発出する１ＰＰＳ（パルス／秒）信号を、送信側の通信装置（送信側ともいう）から光ファイバを介して受信側の通信装置（受信側ともいう）へ送信する。非特許文献１では、通信装置間で１ＰＰＳ信号のタイミングを共有するＯＴＴ(Optical Time Transfer)と呼ばれる技術が記載されている。この光ファイバを用いた時刻伝送方式においては、約５００ｋｍの光ファイバリンクで接続された通信装置間で時刻誤差が数十ｐｓ程度の非常に高精度な時刻同期が実現される。

しかし、光ファイバは、主に環境温度の変化に応じて波長分散係数や屈折率等の光学特性が変動（特性変動という）すると共に、光ファイバ長が変動する。この特性変動が生じた場合、１ＰＰＳ信号の受信側への伝搬時間（又は伝搬遅延時間）が変動するので、この変動を相殺するように送信側で１ＰＰＳ信号に遅延を付与し、受信側で送信側と同期するタイミングで１ＰＰＳ信号を受信可能としている。この技術を更に説明する。

図７に示すように、通信装置１１，１２間を接続する１本（一芯）の光ファイバ１３が、矢印Ｙ１，Ｙ２で示すように双方向（一芯双方向）に通信可能となっている。この場合、送信側の通信装置（送信側）１１から１ＰＰＳ信号１４を光ファイバ１３を介して、矢印Ｙ１で示すように受信側の通信装置（受信側）１２へ送信する。この送信された１ＰＰＳ信号１４を受信側１２で受信後に、矢印Ｙ２で示すように送り返して送信側１１で受信させる。送信側１１は、受信した１ＰＰＳ信号１４の往復の伝搬時間（伝搬遅延量）を２で除算し、この１／２の伝搬遅延量を、基準の片道の伝搬遅延量と比較し、この差分から光ファイバ１３の特性変動に起因する伝搬のずれを求める。

受信側１２では、その伝搬のずれ分、１ＰＰＳ信号１４の受信タイミングが送信タイミングとずれている。このため、送信側１１は、そのずれが受信側１２で補正されるように１ＰＰＳ信号１４を伝搬のずれ量を基に遅延させて受信側１２へ送信する。これにより、送受信側１１，１２で同期したタイミングで１ＰＰＳ信号１４を送受信する時刻同期を行うことができる。

L.Sliwczynski et al, IEEE Commun. Standards Mag., 1(1), pp. 66-73, 2017.

ところで、上述した一芯双方向で時刻同期を行う場合、一芯の光ファイバ１３を占有する必要があり、既に芯線が枯渇しているような通信装置間において適用することは困難である。適用領域を拡張するためには、光中継伝送システムで一般的に適用されている二芯双方向による時刻伝送方式が必要となる。また、一芯の光ファイバ１３の占有により導入コストが非常に高くなる。

二芯双方向の構成は、図８に示すように、遠隔地に離間した通信装置１１，１２が、独立する２本（二芯）の光ファイバ１３ａ，１３ｂで矢印Ｙ１，Ｙ２で示す上り下りの双方向（二芯双方向）の伝送を行うように成されている。この二芯双方向の場合、各々の光ファイバ１３ａ，１３ｂが個別に特性変動するので、上述した一芯双方向のように往復遅延時間を１／２しても、各々の光ファイバ１３ａ，１３ｂの伝搬遅延量は求められない。このため、二芯双方向において送受信側で同期したタイミングで１ＰＰＳ信号を送受信できないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、通信装置間を接続する光ファイバで光学特性や光ファイバ長が変動した場合でも、通信装置間で一定間隔のパルス信号（１ＰＰＳ信号）を送受信するタイミングを同期させる時刻同期システム及び時刻同期方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、二芯双方向の第１及び第２光ファイバで接続された第１及び第２通信装置間で、一定間隔のパルス信号を同期タイミングで送受信して時刻を同期させる時刻同期システムであって、前記第１通信装置は、第１波長の第１パルス信号と当該第１波長と波長が異なる第２波長の第２パルス信号とを前記第１光ファイバを介して前記第２通信装置へ送信する第１送信機と、前記第２通信装置から前記第２光ファイバを介して送信されてきた前記第１及び第２パルス信号を含む複数のパルス信号を受信する第１受信機とを備え、前記第２通信装置は、前記第１光ファイバから前記第１及び第２パルス信号を受信する第２受信機と、前記第１パルス信号の受信時に前記第２パルス信号と同波長の第３パルス信号を生成し、当該第１及び第３パルス信号を同時に前記第２光ファイバを介して前記第１通信装置へ送信し、前記第２パルス信号の受信時に前記第１パルス信号と同波長の第４パルス信号を生成し、当該第２及び第４パルス信号を同時に前記第２光ファイバを介して前記第１通信装置へ送信する第２送信機とを備え、前記第１通信装置は、前記第１受信機で受信された同じ第１波長の第１パルス信号と第４パルス信号の伝搬遅延時間差と、互いに波長が異なる第１波長の第１パルス信号と第２波長の第３パルス信号の伝搬遅延時間差との比例関係、並びに、前記第１及び第２光ファイバの往復遅延時間と前記第１光ファイバの伝搬遅延量との比例関係から、当該第１光ファイバの伝搬遅延量を計算する計算部と、前記計算された伝搬遅延量の今回と前回との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号と第２パルス信号とが前記第１送信機から送信されるように制御する制御部とを更に備えることを特徴とする時刻同期システムである。

請求項３に係る発明は、二芯双方向の第１及び第２光ファイバで接続された第１及び第２通信装置間で、一定間隔のパルス信号を同期タイミングで送受信して時刻を同期させる時刻同期システムによる時刻同期方法であって、前記第１通信装置から、第１波長の第１パルス信号と当該第１波長と波長が異なる第２波長の第２パルス信号とを前記第１光ファイバを介して前記第２通信装置へ送信するステップと、前記第２通信装置で、前記第１光ファイバからの前記第１及び第２パルス信号を受信するステップと、前記第１パルス信号の受信時に前記第２パルス信号と同波長の第３パルス信号を生成し、当該第１及び第３パルス信号を同時に前記第２光ファイバを介して前記第１通信装置へ送信するステップと、前記第２パルス信号の受信時に前記第１パルス信号と同波長の第４パルス信号を生成し、当該第２及び第４パルス信号を同時に前記第２光ファイバを介して前記第１通信装置へ送信するステップと、前記第１通信装置で、前記第２光ファイバからの前記第１〜第４パルス信号を受信するステップと、前記受信された第１〜第４パルス信号の内、同じ第１波長の第１パルス信号と第４パルス信号の伝搬遅延時間差と、互いに波長が異なる第１波長の第１パルス信号と第２波長の第３パルス信号の伝搬遅延時間差との比例関係、並びに、前記第１及び第２光ファイバの往復遅延時間と前記第１光ファイバの伝搬遅延量との比例関係から、当該第１光ファイバの伝搬遅延量を計算するステップと、前記計算された伝搬遅延量の今回と前回との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号と第２パルス信号とが前記第２通信装置へ送信されるように制御するステップとを実行することを特徴とする時刻同期方法である。

上記請求項１の構成及び請求項３の方法によれば、第１通信装置で第２光ファイバを介して受信された同じ第１波長の第１及び第４パルス信号は第２光ファイバでの伝搬遅延量が等しいため、第１光ファイバで伝搬遅延した第１及び第２パルス信号の伝搬遅延時間差（Ｔ１）と等しくなる。一方、上記受信された波長が異なる第１波長の第１パルス信号と第２波長の第３パルス信号との双方は第２通信装置から同時に送信されているので、双方の受信時間差が、第２光ファイバでの双方の伝搬遅延時間差（Ｔ２）となる。また、第１及び第２光ファイバの往復遅延時間（往復の伝搬遅延時間）をτｕｄ、第１光ファイバの伝搬遅延量をτ１とする。

Ｔ１とＴ２との比例関係、並びにτｕｄとτ１との比例関係、即ち、τ１＝｛Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）｝×τｕｄの比例関係から、第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１が計算される。この計算される伝搬遅延量τ１の今回と前回との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号と第２パルス信号とを第１光ファイバ送信すると、第１光ファイバの伝搬遅延量による第２通信装置での受信同期タイミングのずれが補正される。これによって、通信装置間を接続する光ファイバで光学特性や光ファイバ長が変動した場合でも、第１及び第２通信装置間で一定間隔のパルス信号（１ＰＰＳ信号）を送受信するタイミングを同期させることができる。

請求項２に係る発明は、前記制御部が、前記第１及び第２通信装置間のパルス信号の送受信の初期時に、前記第１及び第２パルス信号が同時に前記第１光ファイバへ送信されるように制御し、この制御に係って前記計算部で計算された第１光ファイバの伝搬遅延量と、予め定められた基準となる第１光ファイバの伝搬遅延量との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号と第２パルス信号とが送信されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システムである。

この構成によれば、時刻同期処理を行う初期時に、第１通信装置から差分０として送信した第１及び第２パルス信号並びに第２通信装置で生成された第３及び第４パルス信号を用いて第１光ファイバの伝搬遅延量が計算される。この計算された伝搬遅延量と、基準の第１光ファイバの伝搬遅延量との差分が０となるように、第１通信装置から当該差分に応じた時間差で第１及び第２パルス信号が送信される。このため、初期時以降、適正に通信装置間の送受信の時刻同期処理を行うことができる。

本発明によれば、通信装置間を接続する光ファイバで光学特性や光ファイバ長が変動した場合でも、通信装置間で一定間隔のパルス信号（１ＰＰＳ信号）を送受信するタイミングを同期させる時刻同期システム及び時刻同期方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る時刻同期システムの構成を示すブロック図である。 図１に示した二芯双方向の光ファイバで接続されたローカル装置及びリモート装置を、図面左から右側に向かって一方向に表した図である。 本実施形態に係る時刻同期システムによる時刻同期処理の動作を説明するための第１のフローチャートである。 本実施形態に係る時刻同期システムによる時刻同期処理の動作を説明するための第２のフローチャートである。 時刻同期システムにおける装置内部の詳細な遅延を表わすブロック図である。 時刻同期システムにおける装置内部の詳細な遅延のモデル図である。 従来の一芯の光ファイバで接続された各通信装置のシステム図である。 従来の二芯双方向の光ファイバで接続された各通信装置のシステム図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る時刻同期システムの構成を示すブロック図である。
図１に示す時刻同期システム２０は、送受信側において同期したタイミングで１ＰＰＳ信号を送受信する時刻同期を行うものであり、遠隔地に離間して配置された通信装置としてのローカル装置Ｌとリモート装置Ｒが、二芯双方向の２本の光ファイバＦ１，Ｆ２で接続されて構成されている。各光ファイバＦ１，Ｆ２は長さが異なっており、その一端は、中継伝送装置２４を介してローカル装置Ｌに接続され、他端は、中継伝送装置２５を介してリモート装置Ｒに接続されている。光ファイバＦ１を第１光ファイバＦ１、光ファイバＦ２を第２光ファイバＦ２とも称す。なお、ローカル装置Ｌは、請求項記載の第１通信装置を構成し、リモート装置Ｒは、請求項記載の第２通信装置を構成する。

＜本発明の原理＞
ここで、本発明の原理について図２を参照して説明する。図２は図１に示した二芯双方向の光ファイバＦ１，Ｆ２で接続されたローカル装置Ｌ及びリモート装置Ｒを、図面左から右側に向かって一方向に表した図である。なお、原理を説明するに当たって、ローカル装置Ｌとリモート装置Ｒ間の往復の光ファイバＦ１，Ｆ２のみで、パルス信号の伝搬遅延が生じるものとする。

ローカル装置Ｌは、図１に示すように、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナ３１ａが接続されたＧＭ（Grand Master：時刻基準装置）３１ｂを有するＧＰＳ受信部３１を備える。ローカル装置Ｌは、ＧＭ３１ｂがＧＰＳアンテナ３１ａにより受信された１ＰＰＳ信号を時刻の基準とし、この基準の１ＰＰＳ信号に同期した波長の異なる２つのパルス信号Ｐ１，Ｐ２を第１光ファイバＦ１へ送信する。図２に示すように、パルス信号Ｐ１は固有の波長λ_１であり、パルス信号Ｐ２は波長λ_１と異なる固有の波長λ_２である。波長λ_２は、波長λ_１よりも伝搬遅延が大きいとする。

ローカル装置Ｌは、図２に示す時刻ｔ０において、波長λ_１のパルス信号Ｐ１と波長λ_２のパルス信号Ｐ２とを同時に第１光ファイバＦ１を介してリモート装置Ｒへ送信する。このパルス信号Ｐ１，Ｐ２のリモート装置Ｒへの到達時間は、パルス信号Ｐ２の波長λ_２がパルス信号Ｐ１の波長λ_１よりも伝搬遅延が大きいので、パルス信号Ｐ２の到達時間ｔ２の方がパルス信号Ｐ１の到達時間ｔ１よりも遅くなる。このように、パルス信号Ｐ１，Ｐ２間で伝搬遅延時間に差が生じる。

この伝搬遅延時間の差について詳細に説明する。パルス信号Ｐ２の波長λ_２は、パルス信号Ｐ１の波長λ_１よりも伝搬遅延が大きいので、波長λ_２の方が波長λ_１よりも、次式（１）で示す屈折率ｎが大きくなる。

（ｎ×ｌ）÷ｃ …（１）

ｎ：光ファイバの屈折率、ｌ：光ファイバの長さ、ｃ：光速である。

つまり、パルス信号Ｐ２の波長λ_２の方が屈折率ｎが大きくなるので伝搬遅延が大きくなって、パルス信号Ｐ１よりもリモート装置Ｒへの到達時間が遅くなる。このため、図２に示す時刻ｔ１において波長λ_１のパルス信号Ｐ１が到達した後、時刻ｔ１よりもＴ１時間遅れた時刻ｔ２において波長λ_２のパルス信号Ｐ２が到達する。なお、ここでいう到達は、リモート装置Ｒで受信された時点と同じであるとする。また、Ｔ１がパルス信号Ｐ１とパルス信号Ｐ２との伝搬遅延時間差である。

リモート装置Ｒは、図２に時刻ｔ１で示すパルス信号Ｐ１の受信時に、パルス信号Ｐ２と同波長λ_２のパルス信号Ｐ３を生成し、時刻ｔ１ａにおいて、波長λ_１のパルス信号Ｐ１と波長λ_２のパルス信号Ｐ３とを同時に、第２光ファイバＦ２を介してローカル装置Ｌへ送り返す。この送り返す時刻ｔ１ａは、実際には到達時刻ｔ１よりも遅延するが、分かり易くするため、図２には到達時刻ｔ１と同タイミングで表してある。これは他のパルス信号Ｐ２，Ｐ４においても同様である。

また、リモート装置Ｒは、時刻ｔ２で示す波長λ_２のパルス信号Ｐ２の受信時に、波長λ_１のパルス信号Ｐ４を生成し、時刻ｔ２ａにおいて、波長λ_２のパルス信号Ｐ２と波長λ_１のパルス信号Ｐ４とを同時に、第２光ファイバＦ２を介してローカル装置Ｌへ送り返す。

このように送り返されるパルス信号Ｐ１〜Ｐ４において、一方の同波長λ_１のパルス信号Ｐ１，Ｐ４は波長が同じなので第２光ファイバＦ２における伝搬遅延量τ２が同じとなる。また、他方の同波長λ_２のパルス信号Ｐ２，Ｐ３でも、第２光ファイバＦ２での伝搬遅延量τ２が同じとなるが、一方の波長λ_１のパルス信号Ｐ１，Ｐ４とは波長λ_１が異なるので伝搬遅延量τ２が異なる。伝搬遅延量は、言い換えれば伝搬遅延時間である。

上記の送り返されたパルス信号Ｐ１〜Ｐ４はローカル装置Ｌで受信される。この受信時刻は、パルス信号Ｐ１が時刻ｔ_ｐ１、パルス信号Ｐ３が時刻ｔ_ｐ３、パルス信号Ｐ４が時刻ｔ_ｐ４となる。但し、時刻ｔ_ｐ１は、パルス信号Ｐ１がリモート装置Ｒから送信された時から、第２光ファイバＦ２を介してローカル装置Ｌで受信される時まで（リモート装置Ｒとローカル装置Ｌ間片道）の伝搬時間（伝搬遅延時間を指す）でもある。同様に、時刻ｔ_ｐ３はパルス信号Ｐ３のリモート装置Ｒとローカル装置Ｌ間の伝搬時間、時刻ｔ_ｐ４はパルス信号Ｐ４のリモート装置Ｒとローカル装置Ｌ間の伝搬時間でもある。

ローカル装置Ｌで受信された同波長λ_１のパルス信号Ｐ１，Ｐ４の双方は第２光ファイバＦ２での伝搬遅延量τ２が等しいため、双方の受信時に、リモート装置Ｒからパルス信号Ｐ１，Ｐ４の送信時間差Ｔ１ａと同じ時間差Ｔ１だけ差がつく。この受信時間差Ｔ１は、リモート装置Ｒでの第１光ファイバＦ１で伝搬遅延したパルス信号Ｐ１，Ｐ２の受信時間差Ｔ１と等しくなる。言い換えれば、第１光ファイバＦ１によるパルス信号Ｐ１，Ｐ２の伝搬遅延時間差（＝Ｔ１）と等しくなる。

一方、ローカル装置Ｌで受信された各々波長λ_１，λ_２が異なるパルス信号Ｐ１，Ｐ３は、リモート装置Ｒから時刻ｔ１ａで同時に送信されている。このため、ローカル装置Ｌでのパルス信号Ｐ１，Ｐ３の受信時間差Ｔ２は、第２光ファイバＦ２でのパルス信号Ｐ１，Ｐ３の伝搬遅延時間の差（＝Ｔ２）となる。

このような第１光ファイバＦ１での伝搬遅延時間差Ｔ１と、第２光ファイバＦ２での伝搬遅延時間差Ｔ２との比、並びに各光ファイバＦ１，Ｆ２のパルス信号の往復遅延時間τｕｄとの比例関係から、各光ファイバＦ１，Ｆ２における伝搬遅延量τ１，τ２（図２参照）が求められる。この内、第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１は、次式（２）によって求められる。

τ１＝｛Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）｝×τｕｄ …（２）

但し、τｕｄは、ローカル装置Ｌとリモート装置Ｒとの各光ファイバＦ１，Ｆ２を介した往復の伝搬遅延時間である。

各伝搬遅延量τ１，τ２は、図２に示した第２光ファイバＦ２におけるパルス信号Ｐ１の時刻ｔ_ｐ１、パルス信号Ｐ３の時刻ｔ_ｐ３、パルス信号Ｐ４の時刻ｔ_ｐ４から求められる。このため、第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１は、その伝搬時間ｔ_ｐ１、ｔ_ｐ３、ｔ_ｐ４に基づく次式（３）によって求められる。

但し、後述のサニャック効果を考慮した第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１Ｓは、次式（４）により求められる。但し、τ_Ｓはサニャック効果による時間のずれである。

サニャック効果とは、地球の自転によりリモート装置Ｒ等の対象装置の位置が変動し、対象装置への送信信号の到達時間が変動する効果である。例えば、ローカル装置Ｌからパルス信号Ｐ１がリモート装置Ｒへ送信された場合を考える。この場合に、地球の自転により、リモート装置Ｒが、ローカル装置Ｌから送信されたパルス信号Ｐ１の送信方向と逆方向に移動したとする。このとき、リモート装置Ｒが、当該リモート装置Ｒに向かって来るパルス信号Ｐ１に向かって移動するので、リモート装置Ｒへのパルス信号Ｐ１の到達時間が早く（短く）なる。この逆は、遅く（長く）なる。

上述したように第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１を求めることができるので、ローカル装置Ｌは、リモート装置Ｒにおける伝搬遅延量τ１による受信同期タイミングのずれが補正されるように、伝搬遅延量τ１を基にパルス信号Ｐ１，Ｐ２の送信タイミングをずらせばよい。これにより、ローカル装置Ｌとリモート装置Ｒ間で同期したタイミングで、１ＰＰＳ信号に同期したパルス信号Ｐ１，Ｐ２を送受信する時刻同期を行うことが可能となる。

以降、パルス信号Ｐ１を第１パルス信号Ｐ１、パルス信号Ｐ２を第２パルス信号Ｐ２、パルス信号Ｐ３を第３パルス信号Ｐ３、パルス信号Ｐ４を第４パルス信号Ｐ４とも称す。

＜実施形態の構成＞
本実施形態の説明に当たって、ローカル装置Ｌ及びリモート装置Ｒの光学構成要素における波長λ_１及び波長λ_２のパルス信号の波長差や遅延時間差が無く、二芯の光ファイバＦ１，Ｆ２における温度や光学特性が等しいと仮定する。

図１に示すように、ローカル装置Ｌは、ＧＰＳ受信部３１と、固定遅延量情報保持部（保持部ともいう）３２と、遅延量計算部３３と、時刻管理部３４と、遅延制御部３５と、第１ＴＸ（Transmitter：送信機）３６ａと、第２ＴＸ３７ａと、第１ＲＸ（Receiver：受信機）３８ａと、第２ＲＸ３９ａとを備えて構成されている。なお、遅延量計算部３３は請求項記載の計算部を構成し、遅延制御部３５は請求項記載の制御部を構成する。第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａの双方で、請求項記載の第１送信機を構成する。第１ＲＸ３８ａ及び第２ＲＸ３９ａの双方で、請求項記載の第１受信機を構成する。

リモート装置Ｒは、第１ＲＸ３８ｂと、第２ＲＸ３９ｂと、第１ＴＸ３６ｂと、第２ＴＸ３７ｂと、フィルタ４５とを備えて構成されている。第１ＲＸ３８ｂ及び第２ＲＸ３９ｂの接続された出力端と、第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂの接続された出力端とは、フィルタ４５の入力端に接続されている。フィルタ４５の出力端は、図示せぬ後段のローカル装置に接続され、このローカル装置の後段に図示せぬリモート装置が接続されるといった従属接続構成となっている。なお、第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂの双方で、請求項記載の第２送信機を構成する。第１ＲＸ３８ｂ及び第２ＲＸ３９ｂの双方で、請求項記載の第２受信機を構成する。

ローカル装置Ｌ側の中継伝送装置２４は、ＭＵＸ２４ａ及びＤＥＭＵＸ２４ｂを備える。リモート装置Ｒ側の中継伝送装置２５は、ＭＵＸ２５ａ及びＤＥＭＵＸ２５ｂを備える。

ローカル装置Ｌ側の中継伝送装置２４において、ＭＵＸ２４ａの入力側は、波長λ_１の１ＰＰＳ信号（パルス信号Ｐ１）のみを伝送するシングルモード光ファイバで第１ＴＸ３６ａに接続されると共に、波長λ_１と異なる波長λ_２の１ＰＰＳ信号（パルス信号Ｐ２）のみを伝送するシングルモード光ファイバで第１ＴＸ３７ａに接続されている。更に、ＭＵＸ２４ａの入力側は、ユーザ用データである光信号としての主信号を伝送する図示せぬユーザ装置から延びた光ファイバが接続されている。つまり、ＭＵＸ２４ａは、パルス信号Ｐ１，Ｐ２及び主信号を合波（多重）して第１光ファイバＦ１へ送信する。

ＤＥＭＵＸ２４ｂの出力側は、波長λ_１のパルス信号Ｐ１，Ｐ４を伝送するシングルモード光ファイバで第１ＲＸ３８ａに接続されると共に、波長λ_２のパルス信号Ｐ３，Ｐ２を伝送するシングルモード光ファイバで第１ＲＸ３９ａに接続され、更に、主信号をユーザ装置へ伝送する光ファイバが接続されている。つまり、ＤＥＭＵＸ２４ｂは、第２光ファイバＦ２から受信したパルス信号Ｐ１，Ｐ３及びＰ４，Ｐ２と、主信号とを分波（分離）して第１ＲＸ３８ａ、第１ＲＸ３９ａ、ユーザ装置へ送信する。

リモート装置Ｒ側の中継伝送装置２５において、ＤＥＭＵＸ２５ｂの出力側は、波長λ_１のパルス信号Ｐ１のみを伝送するシングルモード光ファイバで第１ＲＸ３８ｂに接続されると共に、波長λ_２のパルス信号Ｐ２のみを伝送するシングルモード光ファイバで第２ＲＸ３９ｂに接続され、更に、主信号を図示せぬユーザ装置へ伝送する光ファイバが接続されている。つまり、ＤＥＭＵＸ２５ｂは、第１光ファイバＦ１から受信したパルス信号Ｐ１，Ｐ２及び主信号を分波して第１ＲＸ３８ｂ、第２ＲＸ３９ｂ、ユーザ装置へ送信する。

ＭＵＸ２５ａの入力側は、波長λ_１のパルス信号Ｐ１，Ｐ４を伝送するシングルモード光ファイバで第１ＴＸ３６ｂに接続されると共に、波長λ_２のパルス信号Ｐ３，Ｐ２を伝送するシングルモード光ファイバで第２ＴＸ３７ｂに接続され、更に、主信号を伝送する光ファイバが接続されている。ここで、ＭＵＸ２５ａは、パルス信号Ｐ１，Ｐ４及びＰ３，Ｐ２及び主信号を合波して第２光ファイバＦ２へ送信する。

このように接続されるＭＵＸ２４ａ及びＤＥＭＵＸ２４ｂを備える中継伝送装置２４の両端側はコネクタになっており、一方のコネクタが光ファイバＦ１，Ｆ２のコネクタに差し込まれて接続される。他方のコネクタは、ローカル装置Ｌにコネクタ等で接続されたシングルモード光ファイバのコネクタに接続される。

ＭＵＸ２５ａ及びＤＥＭＵＸ２５ｂを備える中継伝送装置２５の両端側もコネクタになっている。一方のコネクタが光ファイバＦ１，Ｆ２のコネクタに差し込まれて接続される。他方のコネクタは、リモート装置Ｒにコネクタ等で接続されたシングルモード光ファイバのコネクタに接続される。

次に、ローカル装置Ｌにおいて、ＧＰＳ受信部３１は、ＧＭ３１ｂがＧＰＳアンテナ３１ａにより受信された１ＰＰＳ／ＴｏＤ（Time of Day）の１ＰＰＳ信号を時刻の基準タイミングとする。ＧＰＳ受信部３１は、その基準タイミングとされた１ＰＰＳ信号５１を遅延量計算部３３及び遅延制御部３５へ出力する。

保持部３２は、システム設計上の基準となる第１光ファイバＦ１の固定遅延量及び第２光ファイバＦ２の固定遅延量の情報を保持する。また、基準となる時刻同期システム２０の各構成要素間の固定遅延量の情報を保持する。

遅延量計算部３３は、初期時において、基準となる第１光ファイバＦ１の伝搬遅延時間の固定遅延量τ１を１ＰＰＳ信号５１に同期させて時刻管理部３４へ出力する。また、遅延量計算部３３は、初期時以降の稼働時において、第１ＲＸ３８ａで受信されたパルス信号Ｐ１，Ｐ４の伝搬時間ｔ_ｐ１，ｔ_ｐ４（図２参照）と、第２ＲＸ３９ａで受信されたパルス信号Ｐ３，Ｐ２の伝搬時間ｔ_ｐ３，ｔ_ｐ２とを上記式（１）に代入して、第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１（図２参照）を求める。この求めた伝搬遅延量τ１を、ＧＰＳ受信部３１からの１ＰＰＳ信号５１に同期させて時刻管理部３４へ出力する。

時刻管理部３４は、初期時において第１光ファイバＦ１の固定遅延量τ１を保持し、この保持された固定遅延量τ１を遅延制御部３５へ出力する。稼働時において、計算された第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１を保持し、この保持された伝搬遅延量τ１を遅延制御部３５へ出力する。

遅延制御部３５は、初期時において時刻管理部３４から基準の固定遅延量τ１が供給されている場合、第１ＴＸ３６ａから送信される第１パルス信号Ｐ１と、第２ＴＸ３７ａから送信される第２パルス信号Ｐ２との送信タイミングの時間差ｔｄを「０」として第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａへ出力する。

また、遅延制御部３５は、稼働時に、時刻管理部３４から順次供給される伝搬遅延量τ１を順次保持し、この保持された伝搬遅延量τ１の今回と前回との差分が「０」となるように、その差分に応じた時間差ｔｄを第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａへ出力する。

初期時から稼働時に移行する段階では、遅延制御部３５が、今回計算した伝搬遅延量τ１（例えば「１２」）と、前回の基準の固定遅延量τ１（例えば「１０」）との差分に応じた時間差ｔｄ（１２−１０＝＋２）を第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａへ出力する。この場合、今回の伝搬遅延量τ１が、基準の固定遅延量τ１よりも「２」だけ増えているので、第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａは、パルス信号Ｐ１，Ｐ２間の送信時間差を「２」縮めて送信する。

また、伝搬遅延量τ１の前回の値が「１０」であり、今回の値が「９」である場合、９−１０＝−１を時間差ｔｄとする。この場合、今回の伝搬遅延量τ１が、前回よりも「１」だけ減っているので、第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａは、パルス信号Ｐ１，Ｐ２間の送信時間差を「１」広げて送信する。

第１ＴＸ３６ａは、図示せぬＥ／Ｏ（電気／光）変換部を備えおり、電気信号である波長λ_１のパルス信号Ｐ１をＥ／Ｏ処理により光信号に変換後にＭＵＸ２４ａへ送信する。
第２ＴＸ３７ａは、Ｅ／Ｏ変換部を備えおり、電気信号である波長λ_２のパルス信号Ｐ２を光信号に変換後にＭＵＸ２４ａへ送信し、この送信タイミングを時間差ｔｄとして送信する。

ＭＵＸ２４ａは、光信号である波長λ_１のパルス信号Ｐ１及び波長λ_２のパルス信号Ｐ２と主信号を合波して第１光ファイバＦ１を介してリモート装置Ｒへ送信する。

リモート装置Ｒ側のＤＥＭＵＸ２５ｂは、第１光ファイバＦ１を伝送されてきたパルス信号Ｐ１，Ｐ２及び主信号を波長毎に分波し、波長λ_１のパルス信号Ｐ１を第１ＲＸ３８ｂへ出力し、波長λ_２のパルス信号Ｐ２を第２ＲＸ３９ｂへ出力し、主信号を図示せぬユーザ装置へ出力する。

第１ＴＸ３８ｂ及び第２ＴＸ３９ｂは、Ｏ／Ｅ（光／電気）変換部を備えており、光信号であるパルス信号Ｐ１，Ｐ２をＯ／Ｅ変換処理により電気信号に変換後に、第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂへ出力すると共にフィルタ４５へ出力する。
フィルタ４５は、波長λ_１のパルス信号Ｐ１のみを通過させて図示せぬ後段のローカル装置側へ出力する。

第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂは、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ（電気／光）変換部を備える。
第２ＴＸ３７ｂは、第１ＴＸ３６ｂに入力されると同じ波長λ_１のパルス信号Ｐ１の供給時（図２の時刻ｔ１とする）に、波長λ_２のパルス信号Ｐ３を生成する。この生成後、第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂは、電気信号である各パルス信号Ｐ１，Ｐ３を光信号に変換後に、時刻ｔ１ａ（図２参照）において同時にＭＵＸ２５ａへ出力する。

第１ＴＸ３６ｂは、第２ＴＸ３７ｂに入力されると同じ波長λ_２のパルス信号Ｐ２の供給時（図２の時刻ｔ２とする）に、波長λ_１のパルス信号Ｐ４を生成する。この生成後、第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂは、電気信号である各パルス信号Ｐ４，Ｐ２を光信号に変換後に、時刻ｔ２ａ（図２参照）において同時にＭＵＸ２５ａへ出力する。

ＭＵＸ２５ａは、光信号であるパルス信号Ｐ１，Ｐ３及びＰ４，Ｐ２と、主信号とを合波して第２光ファイバＦ２を介してローカル装置Ｌへ送信する。

ローカル装置Ｌ側のＤＥＭＵＸ２４ｂは、第２光ファイバＦ２を伝送されてきたパルス信号Ｐ１〜Ｐ４及び主信号を波長毎に分波し、波長λ_１のパルス信号Ｐ１，Ｐ４を第１ＲＸ３８ａへ出力し、波長λ_２のパルス信号Ｐ３，Ｐ２を第２ＲＸ３９ａへ出力し、主信号を図示せぬユーザ装置へ出力する。

第１ＲＸ３８ａは、Ｏ／Ｅ変換部を備え、光信号であるパルス信号Ｐ１，Ｐ４を電気信号に変換後に、遅延量計算部３３へ出力する。
第２ＲＸ３９ａは、Ｏ／Ｅ変換部を備え、光信号であるパルス信号Ｐ３，Ｐ２を電気信号に変換後に、遅延量計算部３３へ出力する。

＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態に係る時刻同期システム２０による時刻同期処理の動作を、図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。前提条件として、時刻同期システム２０は、最初は時刻同期処理の初期時であるとする。また、中継伝送装置２４，２５による主信号の合波及び分波は説明を省略する。

初期時において、図３のステップＳ１において、ＧＰＳ受信部３１が、ＧＰＳアンテナ３１ａにより受信された１ＰＰＳ信号を時刻の基準タイミングとし、この１ＰＰＳ信号５１を遅延量計算部３３及び遅延制御部３５へ出力する。

ステップＳ２において、遅延量計算部３３が、保持部３２から基準となる第１光ファイバＦ１の伝搬遅延時間の固定遅延量τ１を１ＰＰＳ信号５１に同期させて時刻管理部３４へ出力する。

ステップＳ３において、時刻管理部３４は、その固定遅延量τ１を保持し、この保持された固定遅延量τ１を遅延制御部３５へ出力する。

ステップＳ４において、遅延制御部３５は、時刻管理部３４から基準の固定遅延量τ１が供給されている場合、第１ＴＸ３６ａからの波長λ_１の第１パルス信号Ｐ１と、第２ＴＸ３７ａからの波長λ_２の第２パルス信号Ｐ２との送信タイミングの時間差ｔｄを「０」として第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａへ出力する。

ステップＳ５において、第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａは、電気信号である第１パルス信号Ｐ１及び第２パルス信号Ｐ２をＥ／Ｏ変換後に、時間差ｔｄ＝「０」に応じて同時にＭＵＸ２４ａを介して第１光ファイバＦ１へ送信する。

ステップＳ６において、リモート装置Ｒ側のＤＥＭＵＸ２５ｂは、第１光ファイバＦ１を伝送されてきたパルス信号Ｐ１，Ｐ２を波長毎に分波し、波長λ_１のパルス信号Ｐ１を第１ＲＸ３８ｂへ出力し、波長λ_２のパルス信号Ｐ２を第２ＲＸ３９ｂへ出力する。

ステップＳ７において、第１ＲＸ３８ｂ及び第２ＲＸ３９ｂは、光信号であるパルス信号Ｐ１，Ｐ２をＯ／Ｅ変換後に、第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂへ出力すると共にフィルタ４５へ出力する。ステップＳ８において、フィルタ４５は、波長λ_１のパルス信号Ｐ１のみを通過させて図示せぬ後段のローカル装置側へ出力する。

図４に示すステップＳ９において、第２ＴＸ３７ｂは、第１ＴＸ３６ｂに入力されると同じ波長λ_１の第１パルス信号Ｐ１の供給時（図２の時刻ｔ１）に、波長λ_２の第３パルス信号Ｐ３を生成する。この生成後、第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂが、各パルス信号Ｐ１，Ｐ３をＥ／Ｏ変換後に、時刻ｔ１ａ（図２参照）において同時にＭＵＸ２５ａを介して第２光ファイバＦ２へ送信する。

この送信後、ステップＳ１０において、第１ＴＸ３６ｂは、第２ＴＸ３７ｂに入力されると同じ波長λ_２の第２パルス信号Ｐ２の供給時（図２の時刻ｔ２）に、波長λ_１の第４パルス信号Ｐ４を生成する。この生成後、第１ＴＸ３６ｂ及び第２ＴＸ３７ｂが、各パルス信号Ｐ４，Ｐ２をＥ／Ｏ変換後に、時刻ｔ２ａ（図２参照）において同時にＭＵＸ２５ａを介して第２光ファイバＦ２へ送信する。

ステップＳ１１において、ローカル装置Ｌ側のＤＥＭＵＸ２４ｂは、第２光ファイバＦ２を伝送されてきたパルス信号Ｐ１〜Ｐ４を波長毎に分波し、波長λ_１のパルス信号Ｐ１，Ｐ４を第１ＲＸ３８ａへ出力し、波長λ_２のパルス信号Ｐ３，Ｐ２を第２ＲＸ３９ａへ出力する。

ステップＳ１２において、第１ＲＸ３８ａは、光信号であるパルス信号Ｐ１，Ｐ４をＯ／Ｅ変換し、第２ＲＸ３９ａは、光信号であるパルス信号Ｐ３，Ｐ２をＯ／Ｅ変換し、これらの変換後に遅延量計算部（計算部ともいう）３３へ出力する。

ステップＳ１３において、計算部３３は、第１ＲＸ３８ａでのパルス信号Ｐ１，Ｐ４の受信時刻を伝搬時間ｔ_ｐ１，ｔ_ｐ４（図２参照）とし、第２ＲＸ３９ａでのパルス信号Ｐ３，Ｐ２の受信時刻を伝搬時間ｔ_ｐ３，ｔ_ｐ２とする。更に、計算部３３は、各々の伝搬時間ｔ_ｐ１，ｔ_ｐ４，ｔ_ｐ３，ｔ_ｐ２を上記式（１）に代入して、第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１（図２参照）を求める。更に、計算部３３は、その求めた伝搬遅延量τ１を、１ＰＰＳ信号５１に同期させて時刻管理部３４へ出力する。

ステップＳ１４において、時刻管理部３４は、計算部３３からの伝搬遅延量τ１を保持し、この保持された伝搬遅延量τ１を遅延制御部３５へ出力する。

ステップＳ１５において、遅延制御部３５は、前回の基準となる固定遅延量τ１（例えば１０）と今回計算された伝搬遅延量τ１（例えば１２）との差分が「０」となるように、その差分に応じた時間差ｔｄ（＋２）を第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａへ出力する。この処理後には、遅延制御部３５により、順次計算される伝搬遅延量τ１の今回と前回との差分が「０」となるように、その差分に応じた時間差ｔｄが第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａへ出力されることになる。

ステップＳ１６において、第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａは、時間差ｔｄが供給されると、パルス信号Ｐ１，Ｐ２間の送信タイミングを時間差ｔｄだけずらして送信する。例えば第１ＴＸ３６ａ及び第２ＴＸ３７ａは、時間差ｔｄ＝「＋２」が供給されると、パルス信号Ｐ１，Ｐ２間の送信時間差を「２」縮めて送信する。この場合、送信時間差が「２」縮まったパルス信号Ｐ１，Ｐ２が、第１光ファイバＦ１を介してリモート装置Ｒで受信されて第２光ファイバＦ２を介してローカル装置Ｌへ返送される。このため、その返信されたパルス信号Ｐ１〜Ｐ４から計算部３３で計算される第１光ファイバＦ１の伝搬遅延時間τ１は前回よりも「２」減少して「１０」となり、上記ステップＳ１５での固定遅延量τ１「１０」と同じとなる。このため、双方の差分が「０」となる。

＜実施形態の効果＞
本実施形態に係る時刻同期システム２０の効果について説明する。時刻同期システム２０は、二芯双方向の第１及び第２光ファイバＦ１，Ｆ２で接続されたローカル装置Ｌ及びリモート装置Ｒ間で、一定間隔のパルス信号を同期タイミングで送受信して時刻を同期させる。

（１）ローカル装置Ｌは、第１送信機としてのＴＸ３６ａ，３７ａと、第１受信機としてのＲＸ３８ａ，３９ａとを備える。ＴＸ３６ａ，３７ａは、第１波長（波長λ_１）の第１パルス信号Ｐ１と当該第１波長と波長が異なる第２波長（波長λ_２）の第２パルス信号Ｐ２とを第１光ファイバＦ１を介してリモート装置Ｒへ送信する。ＲＸ３８ａ，３９ａは、リモート装置Ｒから第２光ファイバＦ２を介して送信されてきた第１及び第２パルス信号Ｐ１，Ｐ２を含む複数のパルス信号を受信する。

リモート装置Ｒは、第２受信機としてのＲＸ３８ｂ，３９ｂと、第２送信機としてのＴＸ３６ｂ，３７ｂとを備える。ＲＸ３８ｂ，３９ｂは、第１光ファイバＦ１から第１及び第２パルス信号Ｐ２を受信する。ＲＸ３６ｂ，３７ｂは、第１パルス信号Ｐ１の受信時に第２パルス信号Ｐ２と同波長の第３パルス信号Ｐ３を生成し、当該第１及び第３パルス信号Ｐ３を同時に第２光ファイバＦ２を介してローカル装置Ｌへ送信し、第２パルス信号Ｐ２の受信時に第１パルス信号Ｐ１と同波長の第４パルス信号Ｐ４を生成し、当該第２及び第４パルス信号Ｐ４を同時に第２光ファイバＦ２を介してローカル装置ＬＲへ送信する。

ローカル装置Ｌは、計算部３３と遅延制御部３５とを更に備える。
計算部３３は、ＲＸ３８ａ，３９ａで受信された同じ第１波長の第１パルス信号Ｐ１と第４パルス信号Ｐ４の伝搬遅延時間差Ｔ１と、互いに波長が異なる第１波長の第１パルス信号Ｐ１と第２波長の第３パルス信号Ｐ３の伝搬遅延時間差Ｔ２との比例関係、並びに第１及び第２光ファイバＦ１，Ｆ２の往復遅延時間τｕｄと第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１との比例関係から、第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１を計算する。
遅延制御部３５は、計算された伝搬遅延量τ１の今回と前回との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差ｔｄで第１パルス信号Ｐ１と第２パルス信号Ｐ２とがＴＸ３６ａ，３７ａから送信されるように制御する。

この構成によれば、ローカル装置Ｌで第２光ファイバＦ２を介して受信された同じ第１波長の第１及び第４パルス信号Ｐ４は第２光ファイバＦ２での伝搬遅延量が等しいため、第１光ファイバＦ１で伝搬遅延した第１及び第２パルス信号Ｐ２の伝搬遅延時間差Ｔ１と等しくなる。一方、上記受信された波長が異なる第１波長の第１パルス信号Ｐ１と第２波長の第３パルス信号Ｐ３との双方は第２通信装置から同時に送信されているので、双方の受信時間差が、第２光ファイバＦ２での双方の伝搬遅延時間差Ｔ２となる。

Ｔ１とＴ２との比例関係、並びにτｕｄとτ１との比例関係、即ち、τ１＝｛Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）｝×τｕｄの比例関係から、第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１が計算される。この計算される伝搬遅延量τ１の今回と前回との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号Ｐ１と第２パルス信号Ｐ２とを第１光ファイバＦ１送信すると、第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量による第２通信装置での受信同期タイミングのずれが補正される。これによって、ローカル装置Ｌ及びリモート装置Ｒ間を接続する第１光ファイバＦ１で光学特性や光ファイバ長が変動した場合でも、ローカル装置Ｌ及びリモート装置Ｒ間で一定間隔のパルス信号（１ＰＰＳ信号）を送受信するタイミングを同期させることができる。

また、既存の二芯の光ファイバＦ１，Ｆ２を利用して上記同期を実現できるので、一芯の光ファイバを時刻同期処理のために占有する公知技術に比べ、コストを低減できる。つまり、既に一芯の光ファイバが枯渇しているような局間においては、時刻同期処理の適用が困難であり、この際、新規に時刻同期処理のための光ファイバが必要となっていた。しかし、本発明では既存の二芯の光ファイバＦ１，Ｆ２を利用して時刻同期処理を行うことができるのでコスト低減を図ることができる。

（２）遅延制御部３５は、ローカル装置Ｌ及びリモート装置Ｒ間のパルス信号の送受信の初期時に、第１及び第２パルス信号Ｐ２が同時に第１光ファイバＦ１へ送信されるように制御し、この制御に係って計算部３３で計算された第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１と、予め定められた基準となる第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号Ｐ１と第２パルス信号Ｐ２とが送信されるように制御する。

この構成によれば、時刻同期処理を行う初期時に、ローカル装置Ｌから差分０として送信した第１及び第２パルス信号Ｐ２並びにリモート装置Ｒで生成された第３及び第４パルス信号Ｐ３を用いて第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１が計算される。この計算された伝搬遅延量τ１と、基準の第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１との差分が０なるように、ローカル装置Ｌから当該差分に応じた時間差で第１及び第２パルス信号Ｐ２が送信される。このため、初期時以降、適正にローカル装置Ｌ及びリモート装置Ｒ間の送受信の時刻同期処理を行うことができる。

＜実施形態の詳細遅延＞
次に、図５に時刻同期システム２０における装置内部の詳細な遅延について説明する。
図５に示すように、ＧＰＳ受信部３１の出力端をＩＮ、ＧＰＳ受信部３１と遅延制御部３５間の分岐点をＡ、ＩＮからＡ間の遅延時間をｔ_１、Ａから遅延制御部３５までの遅延時間をｔ_３、Ａから遅延量計算部３３の入力端のＲＥＦまでの遅延時間をｔ_２とする。

遅延制御部３５で得られた差分による遅延をτ_ＤＥＬとする。遅延制御部３５からＴＸ３６ａ又はＴＸ３７ａを介したＭＵＸ２４ａの入力端までの遅延時間をｔ_ＬＴとする。但し、第１ＴＸ３６ａからＭＵＸ２４ａまでの遅延時間をｔ_ＬＴ１、第２ＴＸ３７ａから波線矢印で示すＭＵＸ２４ａまでの遅延時間をｔ_ＬＴ２とする。また、τ１は、第１光ファイバＦ１におけるパルス信号の伝搬遅延時間である。

リモート装置ＲのＲＸ３８ｂ，３９ｂの接続された出力端と、ＴＸ３６ｂ，３７ｂの接続された出力端と、フィルタ４５の入力端との３者の接続点をＢとする。ＤＥＭＵＸ２５ｂの出力端から波線矢印で示すＲＸ３８ｂ又は３９ｂを介したＢまでの遅延時間をｔ_ＲＲとする。但し、ＤＥＭＵＸ２５ｂから第１ＲＸ３８ｂまでの遅延時間をｔ_ＲＲ１、ＤＥＭＵＸ２５ｂから第２ＲＸ３９ｂまでの遅延時間をｔ_ＲＲ２とする。Ｂから波線矢印で示すフィルタ４５を介したリモート装置Ｒの出力端ＯＵＴまでの遅延時間をｔ_４とする。

Ｂから波線矢印で示すＴＸ３６ｂ又は３７ｂを介したＭＵＸ２５ａの入力端までの遅延時間をｔ_ＲＴとする。第１ＴＸ３６ｂからＭＵＸ２５ａまでの遅延時間をｔ_ＲＴ１、第２ＴＸ３７ｂからＭＵＸ２５ａまでの遅延時間をｔ_ＲＴ２とする。但し、τ２は、第２光ファイバＦ２におけるパルス信号の伝搬遅延時間である。

ローカル装置Ｌ側のＤＥＭＵＸ２４ｂの出力端から波線矢印で示すＲＸ３８ａ又はＲＸ３９ａを介した計算部３３の入力端のＲＥＴまでの遅延時間をｔ_ＬＲとする。但し、ＤＥＭＵＸ２４ｂから第１ＲＸ３８ａまでの遅延時間をｔ_ＬＲ１、ＤＥＭＵＸ２４ｂから第２ＲＸ３９ａまでの遅延時間をｔ_ＬＲ２とする。

このような遅延時間は、図６に示す遅延モデル図のように表わせる。
図５又は図６に示すように、τ_{ＩＮ→ＯＵＴ}を、次式（５）で表わす。

また、上式（５）のτ_{ＩＮ→ＯＵＴ}は、次式（６）で表わすことができる。

上式（５）のτ_{ＩＮ→ＲＥＦ}を、次式（７）で表わす。

上式（５）のτ_{ＲＥＦ→ＲＥＴ}を、次式（８）で表わす。

上式（５）のτ_{ＩＮ→ＯＵＴ}で表わしたように、ＧＰＳ受信部３１のＩＮから第１光ファイバＦ１を介したリモート装置ＲのＯＵＴまでの遅延時間が一定となるように制御することで、前述した第１光ファイバＦ１の伝搬遅延量τ１の今回と前回との差分が０となるように制御することができる。但し、上記ＩＮからＯＵＴまでの遅延時間を足せば、ローカル装置Ｌからリモート装置Ｒ間の往復遅延が求められる。

＜実施形態の遅延量計算例＞
次に、遅延量計算部３３での計算例について説明する。

図２に示したリモート装置Ｒから送信されてローカル装置Ｌで受信されるパルス信号Ｐ１〜Ｐ４の伝搬時間（伝搬遅延時間を指す）は、パルス信号Ｐ１がｔ_ｐ１、パルス信号Ｐ３がｔ_ｐ３、パルス信号Ｐ４がｔ_ｐ４で示される。

伝搬時間ｔ_ｐ１は、次式（９）で表わされる。
ｔ_ｐ１＝τ_１１＋τ_２１ …（９）
但し、τ_１１の左側の数値は光ファイバ芯線数１又は２を表わし、右側の数値は波長λ_１又はλ_２を表わす。τ_１１は、τ芯線数が１で波長がλ_１であることを表わしている。

伝搬時間ｔ_ｐ３は、次式（１０）で表わされる。
ｔ_ｐ３＝τ_１１＋τ_２２ …（１０）

伝搬時間ｔ_ｐ４は、次式（１１）で表わされる。
ｔ_ｐ４＝τ_１２＋τ_２１ …（１１）

また、第１光ファイバＦ１において波長λ_１，λ_２によってどれだけ遅延差があるかは次式（１２）で表わされる。第２光ファイバＦ２において波長λ_１，λ_２によってどれだけ遅延差があるかは次式（１３）で表わされる。但し、Ｄ_１は第１光ファイバＦ１の単色分散係数、即ち、波長差と芯線の長さを掛けた際に、どれくらいずれるかを示す係数である。Ｄ_２は第２光ファイバＦ２の単色分散係数である。

なお、上式（９）〜（１１）で表わした伝搬時間ｔ_ｐ１、ｔ_ｐ３、ｔ_ｐ４は、各光ファイバＦ１，Ｆ２における偏波の分散による影響（第１光ファイバＦ１の影響をτ_ＰＭＤ１、第２光ファイバＦ２の影響をτ_ＰＭＤ２で表わす）と、サニャック効果による影響（τ_ｓ）とを加味すると、次式（１４）〜（１６）で表わされる。

第１光ファイバＦ１の伝搬遅延時間差Ｔ１は、次式（１７）で表わされる。

第２光ファイバＦ２の伝搬遅延時間差Ｔ２は、次式（１８）で表わされる。

各光ファイバＦ１，Ｆ２の伝搬遅延時間差Ｔ１とＴ２との比は、次式（１９）で表わされる。

この式（１９）は、上式（１７）の第１光ファイバＦ１の長さｌ_１に、時間変動の影響ｄｌ_１／ｄＴを付け加えて、ｌ_１＋ｄｌ１／ｄＴとすると共に、上式（１２）の第２光ファイバＦ２の長さｌ_２に、時間変動の影響ｄｌ_２／ｄＴを付け加えて、ｌ_２＋ｄｌ１／ｄＴとしている。伝搬遅延時間差Ｔ１，Ｔ２の比は、時間の比に応じて変わることを意味しているので、光ファイバＦ１，Ｆ２の温度の変化に応じて伝搬遅延量τ１，τ２が変化することを意味する。

各光ファイバＦ１，Ｆ２の長さｌ_１，ｌ_２の比は、次式（２０）で表わされる。

上式（２０）の長さｌ_１，ｌ_２の比を用いた各光ファイバＦ１，Ｆ２の屈折率τ_１１，τ_２１の比は、次式（２１）で表わされる。但し、屈折率ｎは上式（１）でも表わした。

第１パルス信号Ｐ１に着目した、ローカル装置Ｌとリモート装置Ｒ間の往復の伝搬遅延時間τｕｄは、当該τｕｄを図２のｔ０からの時刻ｔ_Ｐ１とすると、次式（２２）で表わされる。

ローカル装置Ｌとリモート装置Ｒ間の復路の第２光ファイバＦ２での伝搬遅延時間τ_２１は、上式（２２）を変形した次式（２３）で表わされる。

各光ファイバＦ１，Ｆ２において、波長差、波長分散係数、屈折率が等しいとすると、第２光ファイバＦ２での伝搬遅延時間τ_２１は、次式（２４）で表わされる。

また、偏波分散によるランダムな変動による時間ずれの期待値を０とみなすと、第２光ファイバＦ２での伝搬遅延時間τ_２１は、次式（２５）で表わされる。

ローカル装置Ｌとリモート装置Ｒ間の往路の第１光ファイバＦ１での伝搬遅延時間τ_１１は、次式（２６）で表わされる。

従って、ローカル装置Ｌとリモート装置Ｒ間の往復伝搬遅延時間τｕｄ＝τ_２１＋τ_１１となる。

その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

２０ 時刻同期システム
２４，２５ 中継伝送装置
２４ａ，２５ａ ＭＵＸ
２４ｂ，２５ｂ ＤＥＭＵＸ
３０ ローカル装置（第１通信装置）
３１ ＧＰＳ受信部
３２ 固定遅延量情報保持部（保持部）
３３ 遅延量計算部（計算部）
３４ 時刻管理部
３５ 遅延制御部（制御部）
３６ａ 第１ＴＸ
３７ａ 第２ＴＸ
３８ａ 第１ＲＸ
３９ａ 第２ＲＸ
３６ｂ 第１ＴＸ
３７ｂ 第２ＴＸ
３８ｂ 第１ＲＸ
３９ｂ 第２ＲＸ
４０ リモート装置（第２通信装置）
４５ フィルタ
Ｌ ローカル装置（第１通信装置）
Ｒ リモート装置（第２通信装置）
Ｆ１ 第１光ファイバ
Ｆ２ 第２光ファイバ
Ｐ１ 波長λ_１の第１パルス信号
Ｐ２ 波長λ_２の第２パルス信号
Ｐ３ 波長λ_２の第３パルス信号
Ｐ４ 波長λ_１の第４パルス信号

Claims (3)

1. 二芯双方向の第１及び第２光ファイバで接続された第１及び第２通信装置間で、一定間隔のパルス信号を同期タイミングで送受信して時刻を同期させる時刻同期システムであって、
   前記第１通信装置は、
   第１波長の第１パルス信号と当該第１波長と波長が異なる第２波長の第２パルス信号とを前記第１光ファイバを介して前記第２通信装置へ送信する第１送信機と、
   前記第２通信装置から前記第２光ファイバを介して送信されてきた前記第１及び第２パルス信号を含む複数のパルス信号を受信する第１受信機とを備え、
   前記第２通信装置は、
   前記第１光ファイバから前記第１及び第２パルス信号を受信する第２受信機と、
   前記第１パルス信号の受信時に前記第２パルス信号と同波長の第３パルス信号を生成し、当該第１及び第３パルス信号を同時に前記第２光ファイバを介して前記第１通信装置へ送信し、前記第２パルス信号の受信時に前記第１パルス信号と同波長の第４パルス信号を生成し、当該第２及び第４パルス信号を同時に前記第２光ファイバを介して前記第１通信装置へ送信する第２送信機とを備え、
   前記第１通信装置は、
   前記第１受信機で受信された同じ第１波長の第１パルス信号と第４パルス信号の伝搬遅延時間差と、互いに波長が異なる第１波長の第１パルス信号と第２波長の第３パルス信号の伝搬遅延時間差との比例関係、並びに、前記第１及び第２光ファイバの往復遅延時間と前記第１光ファイバの伝搬遅延量との比例関係から、当該第１光ファイバの伝搬遅延量を計算する計算部と、
   前記計算された伝搬遅延量の今回と前回との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号と第２パルス信号とが前記第１送信機から送信されるように制御する制御部とを更に備える
   ことを特徴とする時刻同期システム。
2. 前記制御部は、前記第１及び第２通信装置間のパルス信号の送受信の初期時に、前記第１及び第２パルス信号が同時に前記第１光ファイバへ送信されるように制御し、この制御に係って前記計算部で計算された第１光ファイバの伝搬遅延量と、予め定められた基準となる第１光ファイバの伝搬遅延量との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号と第２パルス信号とが送信されるように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の時刻同期システム。
3. 二芯双方向の第１及び第２光ファイバで接続された第１及び第２通信装置間で、一定間隔のパルス信号を同期タイミングで送受信して時刻を同期させる時刻同期システムによる時刻同期方法であって、
   前記第１通信装置から、第１波長の第１パルス信号と当該第１波長と波長が異なる第２波長の第２パルス信号とを前記第１光ファイバを介して前記第２通信装置へ送信するステップと、
   前記第２通信装置で、前記第１光ファイバからの前記第１及び第２パルス信号を受信するステップと、
   前記第１パルス信号の受信時に前記第２パルス信号と同波長の第３パルス信号を生成し、当該第１及び第３パルス信号を同時に前記第２光ファイバを介して前記第１通信装置へ送信するステップと、
   前記第２パルス信号の受信時に前記第１パルス信号と同波長の第４パルス信号を生成し、当該第２及び第４パルス信号を同時に前記第２光ファイバを介して前記第１通信装置へ送信するステップと、
   前記第１通信装置で、前記第２光ファイバからの前記第１〜第４パルス信号を受信するステップと、
   前記受信された第１〜第４パルス信号の内、同じ第１波長の第１パルス信号と第４パルス信号の伝搬遅延時間差と、互いに波長が異なる第１波長の第１パルス信号と第２波長の第３パルス信号の伝搬遅延時間差との比例関係、並びに、前記第１及び第２光ファイバの往復遅延時間と前記第１光ファイバの伝搬遅延量との比例関係から、当該第１光ファイバの伝搬遅延量を計算するステップと、
   前記計算された伝搬遅延量の今回と前回との差分が０となるように、当該差分に応じた時間差で第１パルス信号と第２パルス信号とが前記第２通信装置へ送信されるように制御するステップと
   を実行することを特徴とする時刻同期方法。

Images