JP4326140B2 - ケーブルモデムのメディアアクセス制御装置のタイミング回復方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーブルモデムのメディアアクセス制御装置(MAC)のタイミング回復方法に関し、特に、ケーブルモデム終端システム(CMTS)から周期的に伝送される複数のタイプスタンプから広域タイミング基準(global timing reference)を回復するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のモデムは、28kビット/秒から約50kビット/秒の範囲内の伝送速度で、比較的長い距離にわたってデータ通信装置(DCE)とデータ端末装置(DTE)との間でのポイント・ツー・ポイント通信を提供している。これとは対照的に、イーサネットまたはローカルエリアネットワーク(LAN)接続は、数十メガビット/秒から数百メガビット/秒の範囲内の典型的な伝送速度で、ネットワークに取り付けられているデータ端末装置(例えば、端末装置、PC、および、ホスト)の全てが比較的短い距離(典型的には1km未満)にわたって相互に通信することが可能であるマルチポイント通信を提供している。
【0003】
ケーブルモデムはポイント・ツー・ポイント通信とマルチポイント通信との中間の通信を提供している。ケーブルモデムは、通常のケーブルTV(CATV)ネットワークによってポイント・ツー・マルチポイント通信を提供している。大半のCATVネットワークはハイブリッド光ファイバ/同軸ネットワークであり、このネットワークでは、最初にTV信号をヘッドエンドから光ファイバケーブルを通してCATV加入者の付近の位置に送り、さらに、この加入者の付近の位置からCATV加入者の家屋に達する同軸ケーブルを通してTV信号を再び伝送する。CATVネットワークは一般的にプロバイダから加入者に対して一方向にだけ信号を伝送するが、このネットワーク内の増幅器を、プロバイダとCATV加入者との間の双方向通信を可能にするようにアップグレードすることが可能である。したがって、このネットワークに接続されているケーブルモデムは、CATV加入者がプロバイダにデータを送信することとプロバイダからデータを受信することとを可能にする。
【0004】
ケーブルモデムは、一般的に、3メガビット/秒から50メガビット/秒の伝送速度を有し、100kmを越える距離にわたって動作することが可能である。図1は、典型的なケーブルモデムシステム100を例示している。ヘッドエンド110がケーブルモデム終端システム(CMTS)120を含み、このケーブルモデム終端システム(CMTS)120は、全同軸ネットワークまたはハイブリッド光ファイバ/同軸(HFC)ネットワークを介して、ケーブルモデム(CM)130、140、150に接続されている。一方、ケーブルモデム130、140、150は、例えばパーソナルコンピュータ(PC)のような利用者構内装置160、170、180に各々に接続されている。データはCMTS 120と接続PCの各々との間を流れることが可能であるが、最初にデータをCMTS120に中継し終わっていなければ、データが個々のPCの間を流れることは不可能である。CMTS 120は、一般的には、単一のTVチャンネル上の約1000の同時接続されているケーブルモデム加入者を駆動することが可能である。
【0005】
現在までに、幾つかの競合するケーブルモデム規格が存在している。本明細書に参考に組み込まれているthe Multimedia Cable Network Systems−Data Over Cable ServiceInterface Specification(MCNS−DOCSIS1.1 Interim Specification,SP−RFIv1.1−I01−990311)は、米国における支配的なケーブルモデム規格である。ヨーロッパでは、EuroDOCSISとDVB/DAVIC(DVB−RCCとしても知られている)が支配を競い合っている。さらに、IEEEも、約30メガビット/秒の上りビット伝送速度が可能なケーブルモデムのための次世代物理層の規格化の作業を進めている。
【0006】
幾つかのケーブルモデム機器構成が加入者にとって利用可能である。加入者は、外付けケーブルモデム、内蔵ケーブルモデム、または、双方向セットトップボックスを購入することが可能である。外付けケーブルモデムは、一般的に、イーサネット接続またはユニバーサルシリアルバス(USB)接続のどちらかに接続される。イーサネットという選択肢は、2台以上のPCがケーブルモデムにアクセスすることを可能にするが、各PCに内蔵イーサネットカードが装着されていることを必要とする。一方、USBという選択肢は取り付けが容易であるが、ケーブルモデム1台当たり1台のPCだけにしか対応できない。内蔵ケーブルモデムは、典型的には、一般的にデスクトップPCだけでしか使用されない安価なPeripheral Component Interconnect(周辺コンポーネント相互接続)(PCI)バス用アドオンカードである。最後に、双方向セットトップボックスは、実質的に、多くの場合には普通の旧式の電話システム(POTS)を経由して、戻りチャネルを提供するケーブルモデムであり、例えば、加入者がウェブをブラウズすることとTV画面から直接的に電子メールを送ることとを可能にする。
【0007】
こうした違いにも係わらず、ケーブルモデムの全てが本質的に同一のアーキテクチャを共有する。図2は、基本的なケーブルモデムアーキテクチャを示す。このアーキテクチャは、ケーブル同調器210と、ダイプレクサ215と、復調器220と、メディアアクセス制御装置(MAC)230と、バースト変調器240と、インタフェース250と、マイクロプロセッサ260と、メモリ270とを含む。同調器210はCATVのアウトレットに直接接続され、一般的にはダイプレクサ215を含む。ダイプレクサ215は、CMTSからPCへと下りに信号が伝送されることと、PCからCMTSへと上り方向に信号が伝送されることとを可能にする。
【0008】
下り方向では、CATV信号が同調器210を経由してケーブルモデムに伝送される。同調器210は、CATV信号をより低い周波数(例えば、約6−44MHz)に変換し、この中間周波数(IF)は復調器220に流れ込む。復調器220は、アナログ/ディジタル(A/D)変換と、64または256直交振幅変調(QAM−64/256)と、リ−ド−ソロモン誤り訂正と、ムービングピクチャーエキスパーツグループ(MPEG)フレーム同期化とを行う。復調器220の出力はMAC 230に送り込まれる。MAC 230は、ハードウェアの形で、または、ハードウェアとソフトウェアの組合せの形で実現されてよく、一般的には、外部マイクロプロセッサ260とメモリ270と共に動作する。MAC 230の出力は、イーサネット、IEEE 1394、USB、または、PCIのようなインタフェース250に送られ、最終的には外部PC 280によって受け取られる。下り方向のデータが連続した流れの形で受け取られ、このシステム上で稼働中の全てのケーブルモデムによって受け取られる。
【0009】
上り方向では、データがインタフェース250を経由してMAC 230に送り込まれる。MAC 230は、様々なケーブル損失および遅延を補償するために調整プロセス(ranging process)を行う。明確に述べると、この調整プロセスは、(1)予測されるミニスロット(タイムスロット)でCMTSにフレームが到着するようにフレーム伝送をオフセットするための時間オフセットを生じさせ、(2)伝送が所望の電力レベルでCMTSに到着するように、CMが生じさせるべき伝送電力レベルに相対的変化を生じさせ、(3)より適切にCMTSをマッチングさせるように、CMが生じさせるべき伝送周波数に相対的変化を生じさせる。バースト変調器240は、リード−ソロモン符号化と、スクランブル処理と、プリアンブル・プリペンディング(preamble prepending)と、直交位相変移キーイング/直交振幅変調(QPSK/QAM−16)と、ディジタル/アナログ(D/A)変換とを行う。バースト変調器240の出力は、一般的に、同調器210に供給される前にケーブル損失を全て補償するために、可変出力レベルを有するドライバ(図示されていない)を通過する。その次に、データはダイプレクサ215を通過させられて、CMTS 120に伝送される。
【0010】
上り方向のデータ伝送がバーストの形で生じるので、システム上の稼働中のモデムは全て、時分割多元接続(TDMA)プロトコルにしたがって同一周波数で伝送することが可能である。この上り方向の伝送周波数は、一般的に、5〜65MHz(または、5〜42MHz)の範囲内であり、チャネル当たりの帯域幅は一般的に、3メガビット/秒(〜400kB/秒)のQPSKチャネルの場合に2MHzである。稼働中のモデムの各々は、反転スロットまたは競合スロットと呼ばれるタイムスロットにおいてデータのバーストを伝送する。反転スロットは、特定のケーブルモデムに割り当てられているタイムスロットを示す。競合スロットは、稼働中のケーブルモデム全てによってアクセス可能であり、一般的に、非常に短いデータ伝送のために使用される。稼働中の2つのケーブルモデムが同じ1つの競合スロットを使用して伝送する場合には、衝突が発生してデータが失われる。
【0011】
TDMAプロトコルにしたがって、ケーブルモデムとCMTSとの間のタイミングと同期とが、衝突とこの結果として生じるデータ損失とを防止するために上りデータ伝送にとって重要である。したがって、DOCSIS 1.1 Interim Specificationは、ケーブルモデムが、0.25マイクロ秒+1/2シンボル(すなわち、最高シンボルレートで約0.44マイクロ秒)の範囲内で割当てミニスロットの開始点において伝送がCMTSに到着するように、正確に伝送のタイミングをとることが可能でなければならないことを要求する。CMTSは、稼働中のケーブルモデムに調整用オフセットと広域タイミング基準とを周期的に送ることによって、この同期を容易にする。調整用オフセットは、稼働中のケーブルモデムとCMTSとの間の往復ケーブル遅延に近似する。広域タイミング基準は、タイムスタンプジッタと、稼働中のケーブルモデムとCMTSとの間の伝送遅延における不確実性とを被りやすい、32ビットタイムスタンプの中に含まれている。
【0012】
図3は、CMTSから周期的に受け取られる32ビットタイムスタンプから広域タイミング基準を回復するための、単純化した従来技術のシステム300を示す。この従来技術のシステム300は、ローカル32ビットクロックカウンタ330と、信号処理ブロック310と、電圧制御発信器(VCXO)320とを使用する。ローカルクロックカウンタ330の出力と32ビットタイムスタンプとが、この2つの信号を比較してタイムスタンプとローカルクロックカウンタ330の出力との間の差を表す電圧信号を生成する信号処理ブロック310に供給される。この電圧信号の大きさに応じて、ローカルクロックカウンタ330のカウントを、以前に受け取ったタイムスタンプから導出される広域タイミング基準と同期させるために、VCXO 320がローカルクロックカウンタ330のクロック周波数を調整する。CMTSマスタクロックの周波数とローカルクロックの周波数との間の不一致の大半は、こうして取り除かれる。
【0013】
この従来技術のシステムは、ローカルクロックカウンタの実周波数をCMTSの実周波数に同期させるために、ローカルクロックカウンタの実周波数を連続的に調整する。したがって、CMは、調整用オフセットを現在カウントに加算することによって広域タイミング基準を導出することが可能である。ローカルクロックカウンタのこの同期により、ケーブルモデムMACは割当てタイムスロット内でCMTSに向う上り伝送を正確にスケジュールすることが可能になる。この従来技術のシステムは、MACのローカルクロックカウンタのクロック周波数をCMTSマスタクロックのクロック周波数に正確に同期させ、調整用オフセットの補助によって、MACがその上りデータ伝送を正確にタイミングをとることを可能にする。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
電圧制御発信器は正確であるが、一般的に非常に高価であり、ケーブルモデムのコストを著しく増大させる可能性がある。さらに、電圧制御発信器は、ケーブルモデムの複雑性を著しく増加させる可能性がある付属のアナログ制御回路系を必要とする。したがって、CMTSから周期的に伝送される複数のタイムスタンプから広域タイミング基準を回復する、単純化されておりかつコスト効率のより高いシステムと方法とが、必要とされている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
ケーブルモデム終端システムによってタイムスタンプが周期的に全ての稼働中のケーブルモデムに送られる。概略的に述べると、本発明では、受け取られた少なくとも1つのタイムスタンプと、これに対応する第1のローカルクロックカウンタのカウントとを、メモリ内に格納する。受け取られた少なくとも1つのタイムスタンプの第1のタイムスタンプを、第2のローカルクロックカウンタ内に格納する。タイムスタンプと第1と第2のローカルクロックカウンタの出力とに基づいた複数の調整値を、割込み条件が満たされる時に、最小自乗推定アルゴリズムを使用して計算する。第2のローカルクロックカウンタを広域タイミング基準に同期させるために、第2のローカルクロックカウンタのローカルカウントを、この調整値によって周期的に調整する。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の特定の実施形態に関して本発明を図面を参照しながら説明する。
指定スロット内において指定周波数でケーブルモデムの上り伝送を正確にスケジュールするために、MACのローカルクロックカウンタは、CMTSマスタクロックカウンタに追従するように周期的に調整されなければならない。上述したように、図3の従来技術のシステムは、MACのローカルクロックカウンタ330のクロック周波数を調整するために電圧制御発信器320を使用することによって、この調整を行う。ローカルクロックカウンタ330のクロック周波数を調整することによって、図3の従来技術のシステムは、ローカルクロックカウンタ330をCMTSマスタクロックカウンタ(図示していない)と同期させるために、ローカルクロックカウンタ330のカウントを調整することが可能である。
【0017】
本発明は、この従来技術のシステムとは異なったアプローチを行う。MACのローカルクロックカウンタのカウントを調整するためにこのローカルクロックカウンタのクロック周波数を調整する代わりに、本発明は、MACのローカルクロックカウンタのクロック信号の入力周波数を調整せずに、MACのローカルクロックカウンタのカウントを直接調整する。このアプローチは、高価な電圧制御発信器とその付属のアナログ制御回路系とを使用せずに、従来技術のシステムと同じ結果を実現する。
【0018】
図4は、ケーブルモデムMACのローカルクロックカウンタのカウント値とCMTSから周期的に受け取るタイムスタンプとの間の関係を示す象徴的な説明図である。ケーブルモデムMACが受け取る32ビットタイムスタンプT1、T2、T3、...、TNの各々に対して、対応するローカルクロックカウンタ値t1、t2、t3、...、tNが存在する。直線410は、ローカルクロックカウンタとCMTSマスタクロックカウンタとにおいてタイムスタンプジッタもケーブル遅延もクロックドリフトも存在しない場合の、理想的なシナリオを表す。
【0019】
タイムスタンプジッタもケーブル遅延もクロックドリフトも存在しない場合には、MACのローカルクロックカウンタのカウントは常にCMTSマスタクロックカウンタのカウントに追従する。タイムスタンプを受け取ると、各タイムスタンプをローカルクロックカウンタの中に単にロードすることによって、MACのローカルクロックカウンタがCMTSマスタクロックカウンタに同期される。MACから受け取られるこれらの理想化されたタイムスタンプは、図4に「+」記号で表されており、この記号は、1の勾配を有する直線410によって全て連結されている。したがって、稼働中のケーブルモデムからの上りデータ伝送は、指定された時間スロットで常に生じる。
【0020】
しかし、より現実的な条件下では、MACが受け取るタイムスタンプは、ジッタとクロックドリフトとケーブル遅延とによって悪影響を受ける。これらの要因は、MACのローカルクロックカウンタをCMTSマスタクロックカウンタに正確に同期させるというタスクを非常に困難なものにする可能性がある誤りをタイムスタンプにもたらす。
【0021】
図4のアステリスク「*」は、ローカルクロックカウンタ値t1、t2、t3、...、tNの各々においてMACによってタイムスタンプが受け取られる時の、これらのタイムスタンプを示している。直線430は、一定の伝送遅延だけ変移した直線410を単に表している。直線430からのアステリスクの偏倚が、ジッタと、クロックドリフトと、ケーブル伝送遅延の変動とによってもたらされる誤りを表している。不正確なタイムスタンプ情報が、誤った時間スロットで上りデータ伝送をMACがスケジュールすることを引き起こし、したがって、別々のケーブルモデムからの上り伝送が互いに衝突するためにデータが失われることを引き起こす可能性がある。
【0022】
CMTSマスタクロックカウンタとMACのローカルクロックカウンタとが低いドリフトレートを有する(例えば、ローカルクロックカウンタが0.1/600ミリ秒=1.5×10-7/秒未満のドリフトレートを有する)と仮定し、かつ、CMTSタイムスタンプジッタノイズの周波数が、タイムスタンプがMACに伝送される周波数(DOCSISケーブルモデムの場合に通常は数十ミリ秒)よりも著しく高いと仮定すると、タイムスタンプとローカルクロックカウンタ値との間の関係は、短い時間期間内では極めて線形的である。この線形関係は、図4の直線420によって近似的に示されており、次式によってモデル化することが可能である。
【0023】
【数1】
【0024】
等式(1)を次のように別の形で表現することも可能であり、
【0025】
【数2】
【0026】
ここで、T=CMTSマスタクロックカウント、
t=ローカルクロックカウント、
a,b=この線形関係をモデル化するためのパラメータ、
n=ノイズ
である。
【0027】
aとbを推定することによって、ジッタ無しのタイムスタンプTcを、ローカルクロックカウンタ値tの各々に関して推定することが可能である。同期タイムスタンプの相互間の間隔がランダムに変化し易く、かつ、物理層を経由しての伝送遅延が比較的一定不変であるので、最小自乗推定アルゴリズムを使用してaとbの推定値が最も適切に得られる。したがって、N個のタイムスタンプが受け取られる場合には、aとbを計算するために、次の等式(3)と等式(4)を別々に使用することが可能である。
【0028】
【数3】
【0029】
【数4】
【0030】
しかし、等式(3)と等式(4)を使用するaとbの計算は、マイクロプロセッサに大きな負担を掛ける。マイクロプロセッサにおけるこの計算の負担を軽減するために、最小自乗推定アルゴリズムの導出形式を使用する。したがって、等式(1)を離散時間形式で次のように書き直し、
【0031】
【数5】
【0032】
ここで、
【0033】
【数6】
【0034】
であり、
n(k)=ジッタノイズnのk番目のサンプル、
z(k)=Tのk番目のサンプル
hT(k)=[t(k) 1]、
t(k)はtのk番目のサンプルである。
【0035】
最小自乗推定アルゴリズムの導出形式を次のように表現することが可能であり、
【0036】
【数7】
【0037】
ここで、
【0038】
【数8】
【0039】
【数9】
【0040】
である。
特別に設計したハードウェアによって上述の最小自乗推定アルゴリズムを行うことが可能であるが、本発明による方法の一実施形態は、必要とされる数学的演算を割込みルーチンを使用してソフトウェアによって行う。この割込みルーチンに関しては、さらに詳細に後述する。
【0041】
図5は、本発明による広域タイミング基準を回復するための一連のステップの例の象徴的な流れ図である。ステップ710では、MACが受け取る32ビットタイムスタンプTiの各々と、これらに対応する第1のローカルクロックカウンタのカウントtiとを、メモリ内に格納する。同様に、MACが受け取る第1のタイムスタンプT1がステップ720において第2のローカルクロックカウンタにロードされる。割込み要求が送られるまで、ステップ710を繰り返す。
【0042】
本発明の一実施形態では、割込み要求を1秒毎に生成する。これに対応するタイムスタンプ回復誤りは0.2マイクロ秒以内である。これは、伝送が0.25マイクロ秒+1/2シンボル(すなわち、最高シンボルレートで約0.44マイクロ秒)の範囲内で割当てミニスロットの開始点でCMTSに到着するように、ケーブルモデムがその伝送をタイミングすることが可能でなければならないというDOCSISの必要条件を十分に満たす。別の実施形態では、タイムスタンプを受け取る毎に、割込み要求を生成する。別の実施形態では、500ミリ秒毎に割込み要求を生成する。好ましい実施形態では、タイムスタンプとこれに対応する第1のローカルクロックカウンタのカウントとが格納されるメモリが満杯である時に、割込み要求を生成する。
【0043】
マイクロプロセッサの負荷の観点からは、最小自乗推定アルゴリズムの導出形式は10,000未満の命令しか必要としない。割込み頻度が毎秒1回である場合には、使用される処理能力は約0.01MIPS(100万命令/秒)である。例えば100MIPSのマイクロプロセッサを使用する場合には、割込みルーチンによって導入される負荷は無視できるほど小さい。割込み頻度が高ければ高いほど、得られる回復精度が高い。しかし、割込み頻度が高ければ高いほど、マイクロプロセッサの計算負荷が大きい。したがって、メモリサイズと、割込み頻度と、マイクロプロセッサの負荷と、回復精度との間にはトレードオフが存在する。本発明では、マイクロプロセッサに許容可能な計算負荷をもたらす最悪の場合の割込み頻度を考慮して、メモリのサイズを選択する。ステップ730では、MACは割込み要求信号を外部のマイクロプロセッサに送る。その次に、マイクロプロセッサは、メモリの内容(すなわち、32ビットタイムスタンプとこれに対応する第1のローカルクロックカウンタのカウント)を読み出す。ステップ740では、マイクロプロセッサはメモリの内容に対して演算を行い、上述の等式(7)から等式(9)にしたがってaとbに関する推定値を生成する。ステップ740では、マイクロプロセッサは、aとbの推定値を次の等式(10)と等式(11)とに代入することによって、第1の調整値C1 と、修正タイムスタンプTcとを計算し、その次に、C1 をレジスタに書き込む。
【0044】
【数10】
【0045】
【数11】
【0046】
ステップ750では、第2のローカルクロックカウンタを第1の調整値C1 によって調整する。C1 が負数である場合には、C1 個のサイクル毎に1カウントずつ第2のローカルクロックカウンタを減分する。あるいは、C1 が正数である場合には、C1 個のサイクル毎に1カウントずつ第2のローカルクロックカウンタを増分する。本発明の一実施形態では、ステップ740とステップ750とを同時に行うことが可能である。すなわち、更新された第1の調整値C1 が得られない場合には、その代わりに、以前に算出した第1の調整値を使用することが可能である。
【0047】
ステップ760では、等式(11)から計算した修正タイムスタンプを使用して、ケーブルモデムのMACが、修正タイムスタンプ増大値を計算するために、次の等式(12)を使用する。
【0048】
【数12】
【0049】
修正タイムスタンプ増大値は、本質的に、連続する割込み要求からの修正タイムスタンプにおける差である。ケーブルモデムのMACは、さらに、第2のローカルクロックカウンタ増大値も計算する。
第2のローカルクロックカウンタ増大値は、連続する修正タイムスタンプに対応する第2のローカルクロックカウンタの連続するカウントにおける差である。ケーブルモデムのMACは、第2のローカルクロックカウンタ増大値を計算するために、次の等式(13)を使用する。
【0050】
【数13】
【0051】
ステップ770では、MACは、次の等式(14)を使用して第2の調整値C2 を計算する。
【0052】
【数14】
【0053】
C2 の目的は、調整用間隔の間に第2のローカルクロックカウンタのローカルカウントに(上述の調整値C1 によって)累積されているかもしれない計算誤りを取り除くことである。ステップ780では、MACは、第2の調整値C2 によって第2のローカルクロックカウンタを調整する。C2 が負数である場合には、ステップ740で修正タイムスタンプTcが生成される毎に、C2 個のカウントずつ第2のローカルクロックカウンタを減分する。あるいは、C2 が正数である場合には、ステップ740で修正タイムスタンプTcが生成される毎に、C2 個のカウントずつ第2のローカルクロックカウンタを増分する。
【0054】
本発明の好ましい実施形態では、ケーブルモデムのMACが、第1の調整値C1 と第2の調整値C2 との両方によって別々に第2のローカルクロックカウンタを連続的に調整する。これと共に、調整用オフセットの補助によって、これらの調整値が第2のローカルクロックカウンタをCMTSマスタクロックカウントに正確に同期させる。この同期は、MACがCMTSに対する上り伝送を指定タイムスロットにおいて一貫してかつ正確にスケジュールすることを可能にする。
【0055】
図6は、本発明によるケーブルモデムMAC 230のブロック図である。第1のNEW_TIMESTAMP信号の立ち上がり端が、CMTSからのタイムスタンプの到着を示す。32ビットタイムスタンプから識別されるように、第1のローカルクロックカウンタ610と第2のローカルクロックカウンタ615とが34ビットカウンタである。34ビットカウンタによって実現される細分性の増大またはビット分解の向上が、本発明の精度を増大させる。したがって、第1のローカルクロックカウンタ610と第2のローカルクロックカウンタ615とが、ケーブルモデムの40.96MHz水晶発振器によってクロックされる場合には、例えば、第2のローカルクロックカウンタ615のあらゆる後続の調整による誤りは、約0.025ナノ秒または0.25カウントであるにすぎない。これとは対照的に、32ビットローカルクロックカウンタを使用する場合の誤りは約1カウントだろう。
【0056】
第1のNEW_TIMESTAMP入力信号の立ち上がり端は、マルチプレクサ選択論理回路620を起動して出力SEL0と出力SEL1とにおいて論理値0を生成させる。言い換えれば、第1のNEW_TIMESTAMP入力信号の立ち上がり端が、マルチプレクサ625の入力において論理00を生じさせる。(後述の)他の条件が、マルチプレクサ選択論理回路620がSEL0とSEL1の他の論理(すなわち、01、10、または、11)を生成することを引き起こす。SEL0とSEL1の論理結合に応じて、マルチプレクサ625の4つの入力ラインのどれか1つが、第2のローカルクロックカウンタ615に対する入力として選択される。
【0057】
NEW_TIMESTAMP入力信号の立ち上がり端が第1のカウンタ635をリセットすると、第1のカウンタ635はカウントを開始し、その出力が、同期タイムスタンプの相互間の最大許容時間期間を表す固定値と比較される。DOCSISケーブルモデムの場合には、例えば、この同期タイムスタンプの相互間の最大許容時間期間は600ミリ秒である。したがって、第1のカウンタ635の出力が600ミリ秒を越えた場合には、MACは、同期タイムスタンプが失われたことを示すためにINT_LOST_SYNC信号を生成する。他のケーブルモデム規格に関する本発明の別の具体例は、第1のカウンタ635の出力を、同期タイムスタンプの相互間の適切な最大許容時間と単純に比較する。
【0058】
SEL0とSEL1の論理結合が00である場合には、マルチプレクサ625は、第2のローカルクロックカウンタ615に対する入力として入力ライン0を選択する。入力ライン0の選択により、MACが受け取る第1の32ビットタイムスタンプが、第2のローカルクロックカウンタ615にロードされる。第1の32ビットタイムスタンプとこれに対応する第1のローカルクロックカウンタ610からのカウントとがメモリ605内に格納される。MACが受け取る後続のタイムスタンプとこれに対応する第1のローカルクロックカウンタ610からのカウントも、メモリ605が満杯になるまでメモリ605内に格納される。本明細書で説明するメモリ605は前述のように16×66 SRAMメモリであるが、このメモリ605のサイズを、メモリサイズと割込み頻度とマイクロプロセッサ負荷と回復精度との間のトレードオフにしたがって、ケーブルモデムの実装段階の際に選択することが可能である。メモリ605が満杯になると、その内容が割込み要求信号によってマイクロプロセッサ(図示していない)に送られる。マイクロプロセッサはメモリ605の内容を操作し、上述の最小自乗推定アルゴリズムを使用して、第1の調整値C1 と第2の調整値C2 とを別々に計算する。その次に、マイクロプロセッサはC1 とC2 をレジスタ630に書き込む。その次にレジスタ630の内容をマルチプレクサ選択論理回路620に使用可能にする。
【0059】
C1 とC2 の値に応じて、マルチプレクサ選択論理回路620は、SEL0とSEL1の異なった論理結合を生成する。C1 が正数の場合には、マルチプレクサ選択論理回路620は、SEL0とSEL1とに関して10の論理結合を生成する。C1 が負数の場合には、マルチプレクサ選択論理回路620は、SEL0とSEL1とに関して11の論理結合を生成する。最後に、C2 がレジスタ630に書き込まれる時には、マルチプレクサ選択論理回路620はSEL0とSEL1とに関して01の論理結合を生成する。
【0060】
マルチプレクサ625のSEL0およびSEL1入力における10の論理結合により、第2のローカルクロックカウンタ615に対する入力として入力ライン2が選択される。入力ライン2の選択により、MACはC1 個のサイクル毎に2カウントずつ第2のローカルクロックカウンタ615の出力すなわちカウントを増加させる。これは、第2のローカルクロックカウンタ615のカウントがLOCAL_CLKの立ち上がり端毎に1カウントずつ連続的に増分されているからである。したがって、第2のローカルクロックカウンタ615を「1」カウントずつ有効に増加させる唯一の方法は、それを2カウントずつ増加させることである。したがって、マルチプレクサ625上の入力ライン2の選択が、CURRENT_COUNT2(第2のローカルクロックカウンタ615の現在カウント)が、第2のローカルクロックカウンタ615に入力される前に「+2」加算器650を経由して送り込まれることを引き起こす。したがって、第2のローカルクロックカウンタ615のカウントは、C1 が正数である時に「1」カウントだけ増分される。
【0061】
これとは対照的に、マルチプレクサ625の入力における11の論理結合により、第2のローカルクロックカウンタ615に対する入力として入力ライン3が選択される。入力ライン3の選択により、MACはC1 個のサイクル毎に1カウントずつ第2のローカルクロックカウンタ615の出力すなわちカウントを減少させる。しかし、第1の調整値C1 が負数の時には、MACは、第2のローカルクロックカウンタ615を1カウントの間保持する(すなわち、第2のローカルクロックカウンタ615が増分されることを防ぐ)ことによって、C1 個のサイクル毎に1カウントずつ第2のローカルクロックカウンタ615を有効に減少させる。したがって、入力ライン3の選択が、CURRENT_COUNT2が、再び第2のローカルクロックカウンタ615に入力される前に、マルチプレクサ625を経由して送り込まれることを引き起こす。C1 が負数である時に、第2のローカルクロックカウンタ615のカウントが増分されることが防止され、したがって、第2のローカルクロックカウンタ615は「1」カウント減分される。
【0062】
マルチプレクサ625の入力における01の論理結合により、第2のローカルクロックカウンタ615に対する入力として入力ライン1が選択される。入力ライン1の選択は、MACが割込み要求信号を生成する毎に、MACが第2の調整値C2 によって第2のローカルクロックカウンタ615を調整することを引き起こす。言い換えれば、MACは、修正タイムスタンプTcが計算される毎に第2のローカルクロックカウンタ615をC2 ずつ調整する。したがって、CURRENT_COUNT2とC2 とが加算器645内で互いに加算され、第2のローカルクロックカウンタ615は、C2 が正数である時にC2 個のカウントだけ増加させられ、C2 が負数である時にC2 個のカウントだけ減少させられる。C2 は2の補数形式であることに留意されたい。
【0063】
最後に、例えば入力ライン1に関する調整が入力ライン2および入力ライン3に関する調整と同時に起こる場合には、マルチプレクサ選択論理回路620は、これら全ての調整を行うことが可能であるように、これらの調整を直列化する。この直列化によって導入される誤りは全て無視してよい。
本発明の好ましい実施形態の上述の説明を、例示と説明を目的として示してきた。この開示した形態そのものに本発明を限定することは意図していない。当然のことながら、様々な改変と変形とが当業者には明らかだろう。例えば、タイミング要件はMCNS_DOCSISの間で様々であってよいが、本発明は、こうしたケーブルモデム全てのMACに採用されてよい。
【0064】
意図する個々の用途に適した様々な実施形態と様々な変型とに関して本発明を当業者が理解することを可能にするように、本発明の原理とその実際の応用例を最も適切に説明するために上述の実施形態を選択し説明した。本発明の範囲は後述の特許請求項とその等価物とによって定義されるということが意図されている。
(付記1) ケーブルモデムの上り伝送をスケジュールするために、ケーブルモデム終端システムからケーブルモデムのメディアアクセス制御装置によって受け取られるタイムスタンプを使用する方法であって、
少なくとも1つのタイムスタンプと、これに対応する第1のローカルクロックカウンタのカウントとを、メモリ内に格納する段階と、
前記少なくとも1つのタイムスタンプの第1のタイムスタンプを、第2のローカルクロックカウンタ内にロードする段階と、
前記少なくとも1つのタイムスタンプと前記第1と第2のローカルクロックカウンタの出力とに基づいて第1と第2の調整値を計算する段階と、
前記第1と第2の調整値によって前記第2のローカルクロックカウンタを調整する段階
とを含むケーブルモデムのメディアアクセス制御装置のタイミング回復方法。
(付記2) 前記計算段階を、割込み要求信号の受け取り時にマイクロプロセッサによって行う付記1に記載の方法。
(付記3) 前記マイクロプロセッサは、タイムスタンプと、これに対応する以前に前記メモリ内に格納された前記第1のローカルクロックカウンタのカウントと、前記第2のローカルクロックカウンタのカウントとに基づいて、前記第1と第2の調整値を計算する付記2に記載の方法。
(付記4) 前記メモリが満杯である時に前記割込み要求信号を生成する付記2に記載の方法。
(付記5) 前記第1の調整値を最小自乗推定アルゴリズムを使用して計算する付記2に記載の方法。
(付記6) 前記第2の調整値を計算する前記段階は、
修正タイムスタンプ増大値を計算する段階と、
第2のローカルクロックカウンタ増大値を計算する段階と、
前記修正タイムスタンプ増大値と前記第2のローカルクロックカウンタ増大値との間の差を計算する段階
とを含む付記2に記載の方法。
(付記7) 前記修正タイムスタンプ増大値は新たな修正タイムスタンプと以前の修正タイムスタンプとの間の差であり、前記新たな修正タイムスタンプと前記以前の修正タイムスタンプは、連続する割込み要求信号による結果として生じる付記6に記載の方法。
(付記8) 前記第2のローカルクロックカウンタ増大値は、連続する割込み要求信号に対応する前記第2のローカルクロックカウンタのカウント間の差である付記6に記載の方法。
(付記9) 前記第2のローカルクロックカウンタを調整する前記段階は、前記第1の調整値に実質的に等しいサイクル数毎に前記第2のローカルクロックカウンタを調整する段階を含む付記1に記載の方法。
(付記10) 前記第2のローカルクロックカウンタを調整する前記段階は、さらに、前記第2の調整値を含むレジスタがリロードされる毎に前記第2のローカルクロックカウンタを調整する段階を含む付記9に記載の方法。
(付記11) 前記第1の調整値が負数である場合に、前記第2のローカルクロックカウンタを1カウントだけ減分する付記9に記載の方法。
(付記12) 前記第1の調整値が正数である場合に、前記第2のローカルクロックカウンタを1カウントだけ増分する付記9に記載の方法。
(付記13) 前記第2の調整値が負数である場合に、前記第2のローカルクロックカウンタを、前記第2の調整値に実質的に等しいカウント数だけ減分する付記1に記載の方法。
(付記14) 前記第2の調整値が正数である場合に、前記第2のローカルクロックカウンタを、前記第2の調整値に実質的に等しいカウント数だけ増分する付記1に記載の方法。
(付記15) 前記第1のローカルクロックカウンタと前記第2のローカルクロックカウンタとが、前記メディアアクセス制御装置によって受け取られる前記タイムスタンプよりも高いビット分解を有する付記1に記載の方法。
(付記16) 前記第1のローカルクロックカウンタと前記第2のローカルクロックカウンタとが34ビットカウンタである付記15に記載の方法。
(付記17) ケーブルモデム終端システムから周期的に受け取るタイムスタンプにケーブルモデムのメディアアクセス制御装置を同期させることによって前記ケーブルモデムの上り伝送をスケジュールする方法であって、
少なくとも1つのタイムスタンプとこれに対応する第1のローカルクロックカウンタのカウントとをメモリ内に格納する段階と、
前記少なくとも1つのタイムスタンプの第1のタイムスタンプを第2のローカルクロックカウンタ内にロードする段階と、
割込み要求信号が生成されるまで、前記格納段階を繰り返す段階と、
前記メモリの内容をマイクロプロセッサに送る段階と、
第1の調整値を計算する段階と、
修正タイムスタンプを計算する段階と、
前記第1の調整値によって前記第2のローカルクロックカウンタを調整する段階と、
修正タイムスタンプ増大値を計算する段階と、
第2のローカルクロックカウンタ増大値を計算する段階と、
第2の調整値を計算する段階と、
前記第2の調整値によって前記第2のローカルクロックカウンタを調整する段階
とを含むケーブルモデムのメディアアクセス制御装置のタイミング回復方法。
(付記18) 前記メモリが満杯である時に前記割込み要求信号を生成する付記17に記載の方法。
(付記19) 前記修正タイムスタンプ増大値は、新たな修正タイムスタンプと以前の修正タイムスタンプとの間の差であり、前記新たな修正タイムスタンプと前記以前の修正タイムスタンプは、連続する割込み要求信号による結果として生じる付記17に記載の方法。
(付記20) 前記第2のローカルクロックカウンタ増大値は、連続する割込み要求信号に対応する前記第2のローカルクロックカウンタのカウント間の差である付記17に記載の方法。
(付記21) 前記第1の調整値を最小自乗推定アルゴリズムを使用して計算する付記17に記載の方法。
(付記22) 前記第2の調整値は、前記修正タイムスタンプ増大値と前記第2のローカルクロックカウンタ増大値との間の差である付記21に記載の方法。
(付記23) 前記第1の調整値が負数である場合に、前記第2のローカルクロックカウンタを、前記第1の調整値に実質的に等しいサイクル数毎に1カウントずつ減分する付記22に記載の方法。
(付記24) 前記第2の調整値が負数である場合に、前記第2のローカルクロックカウンタを、前記第2の調整値に実質的に等しいカウント数だけ減分する付記23に記載の方法。
(付記25) 前記第1の調整値が正数である場合に、前記第2のローカルクロックカウンタを、前記第1の調整値に実質的に等しいサイクル数毎に1カウントずつ増分する付記21に記載の方法。
(付記26) 前記第2の調整値が正数である場合に、前記第2のローカルクロックカウンタを、前記第2の調整値に実質的に等しいカウント数だけ増分する付記25に記載の方法。
(付記27) 前記マイクロプロセッサは、タイムスタンプと、これに対応する以前に前記メモリ内に格納された前記第1のローカルクロックカウンタのカウントと、前記第2のローカルクロックカウンタのカウントとに基づいて、前記第1と第2の調整値を計算する付記17に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術のケーブルモデムシステムのブロック図である。
【図2】従来技術のケーブルモデムのブロック図である。
【図3】CMTSによって周期的に送られる広域タイミング基準を回復するための従来技術のシステムのブロック図である。
【図4】ケーブルモデムMACのローカルクロックカウンタ値とCMTSから周期的に受け取るタイムスタンプとの間の関係を示す説明図である。
【図5】ケーブルモデムMACのローカルクロックカウンタをCMTS広域タイミング基準に同期させるための一連のステップの例の流れ図である。
【図6】本発明の一実施形態におけるケーブルモデムMACのブロック図である。
【符号の説明】
230…メディアアクセス制御装置(MAC)
605…メモリ
610…第1のローカルクロックカウンタ
615…第2のローカルクロックカウンタ
620…マルチプレクサ選択論理回路
625…マルチプレクサ
630…レジスタ
635…第1のカウンタ
640…比較器
Claims (3)
- ケーブルモデムの上り伝送をスケジュールするために、ケーブルモデム終端システムからケーブルモデムのメディアアクセス制御装置によって受け取られるタイムスタンプを使用する方法であって、
少なくとも1つのタイムスタンプと、これに対応する第1のローカルクロックカウンタのカウントとを、メモリ内に格納する段階と、
前記少なくとも1つのタイムスタンプの第1のタイムスタンプを、第2のローカルクロックカウンタ内にロードする段階と、
前記少なくとも1つのタイムスタンプと前記第1と第2のローカルクロックカウンタの出力とに基づいて第1と第2の調整値を計算する段階と、
前記第1と第2の調整値によって前記第2のローカルクロックカウンタを調整する段階
とを含み、
前記計算段階を、割込み要求信号の受け取り時にマイクロプロセッサによって行い、
前記第2の調整値を計算する前記段階は、
修正タイムスタンプ増大値を計算する段階と、
第2のローカルクロックカウンタ増大値を計算する段階と、
前記修正タイムスタンプ増大値と前記第2のローカルクロックカウンタ増大値との間の差を計算する段階
とを含み、
前記第2のローカルクロックカウンタ増大値は、連続する割込み要求信号に対応する前記第2のローカルクロックカウンタのカウント間の差である、ケーブルモデムのメディアアクセス制御装置のタイミング回復方法。 - ケーブルモデム終端システムから周期的に受け取るタイムスタンプにケーブルモデムのメディアアクセス制御装置を同期させることによって前記ケーブルモデムの上り伝送をスケジュールする方法であって、
少なくとも1つのタイムスタンプとこれに対応する第1のローカルクロックカウンタのカウントとをメモリ内に格納する段階と、
前記少なくとも1つのタイムスタンプの第1のタイムスタンプを第2のローカルクロックカウンタ内にロードする段階と、
割込み要求信号が生成されるまで、前記格納段階を繰り返す段階と、
前記メモリの内容をマイクロプロセッサに送る段階と、
第1の調整値を計算する段階と、
修正タイムスタンプを計算する段階と、
前記第1の調整値によって前記第2のローカルクロックカウンタを調整する段階と、
修正タイムスタンプ増大値を計算する段階と、
第2のローカルクロックカウンタ増大値を計算する段階と、
第2の調整値を計算する段階と、
前記第2の調整値によって前記第2のローカルクロックカウンタを調整する段階
とを含み、
前記修正タイムスタンプ増大値は、新たな修正タイムスタンプと以前の修正タイムスタンプとの間の差であり、前記新たな修正タイムスタンプと前記以前の修正タイムスタンプは、連続する割込み要求信号による結果として生じ、
前記第2の調整値は、前記修正タイムスタンプ増大値と前記第2のローカルクロックカウンタ増大値との間の差である、ケーブルモデムのメディアアクセス制御装置のタイミング回復方法。 - 前記マイクロプロセッサは、タイムスタンプと、これに対応する以前に前記メモリ内に格納された前記第1のローカルクロックカウンタのカウントと、前記第2のローカルクロックカウンタのカウントとに基づいて、前記第1と第2の調整値を計算する請求項2に記載の方法。
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