JP4729049B2 - 光送信器 - Google Patents

Description

本発明は、クロック周波数偏差の大きいクライアント信号の周波数同期を行い、収容・多重化して伝送する光伝送システムに関する。

光伝送システムにおいては既存のサービス信号を多重化するためのディジタルハイアラーキとして、ＳＤＨ(Synchronous Digital Hierarchy)が国際的に標準化されている。米国では、ＳＤＨと同様のＳＯＮＥＴ(Synchronous Optical Network)がデファクトスタンダードとなっている。現在の光伝送システムは、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ仕様に準拠した光伝送システムが主流となっており、これまで世界中に大量導入されている。

近年、インターネットトラヒックの爆発的増大に対応可能である波長多重伝送（ＷＤＭ）方式を前提とし、ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴのみならずＡＴＭ，Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）など多様なクライアントをトランスペアレントに伝送するプラットフォームとして、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＯＴＮ）（非特許文献１参照）が標準化されており、今後の光伝送システムの主流となる見込みである。

ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨと同様に、ＯＴＮにおけるビットレート（クロック周波数精度）は±２０ｐｐｍと規定されており、クライアント信号を収容するペイロード領域のビットレートも±２０ｐｐｍと規定されている。クライアント信号のクロックとＯＴＮ信号（伝送路側）のクロックが非同期の場合、ビットレートの違いは、クライアントクロックとＯＴＮクロックとの位相のずれを生じさせ、ビットスリップの発生の原因になる。ビットスリップを防止するため、ＯＴＮではスタッフ処理が行われる。

図１はＯＴＮのフレーム構造を示す。ＯＴＵフレーム内のＯｐｔｉｃａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐａｙｌｏａｄ Ｕｎｉｔ（ＯＰＵ）のオーバーヘッドに、スタッフ処理制御バイト（Ｊｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌバイト）、正スタッフ時にスタッフバイト挿入用バイト、および負スタッフ時のデータ格納用バイトが定義されている。クライアント信号のビットレートとペイロード領域のビットレートとが一致していない場合には、その差分に応じた正、または、負のスタッフ処理が行われ、クライアント信号の周波数同期を実現する。この処理により、複数のクライアントを時分割多重することができると共に、クロック精度をＯＴＮ規格のクロック精度内に納めることができる。

クライアント信号の周波数同期が可能な周波数範囲は、フレーム内のペイロード領域バイトに対するスタッフ処理用バイトの割合で決まる。ＯＴＮフレームの場合には、４×３８０８バイトのＯＰＵペイロード領域に対して、１バイトのスタッフ処理用バイトが定義されており、最大±６５ｐｐｍまでの周波数差が吸収できる。但し、ＯＰＵペイロードの周波数精度±２０ｐｐｍを考慮すると、周波数精度±４５ｐｐｍまでのクライアント信号はビットスリップなしに収容可能となる。

ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．７０９

インターネットの爆発的普及に伴い、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ信号は高速化をたどり、現在は１０Ｇｂｉｔ／ｓＥｔｈｅｒｎｅｔ（１０ＧｂＥ）が標準化され、導入が始まっている。
今後、通信キャリアのクライアント信号として、１０ＧｂＥが主流となると見込まれている。さらに、遠隔地に点在するＬＡＮ環境をＬＡＮ−ＰＨＹでそのまま接続したいという要求が高まっている。この１０ＧｂＥ ＬＡＮ−ＰＨＹの周波数精度はＳＯＮＥＴ／ＳＤＨなどとは異なり、±１００ｐｐｍと規定されている。このような周波数精度についての規定の違いは、１０ＧｂＥ ＬＡＮ−ＰＨＹを通信キャリアのＯＴＮネットワークに収容する場合に、問題を生じさせる。

ＯＴＮクロックを規定内の±２０ｐｐｍに納める場合には、ＯＰＵオーバーヘッドを用いた正負スタッフ処理では、クライアント信号の周波数差を±４５ｐｐｍまでしか吸収できず、ビットスリップが発生するという問題が生じる。また、ビットスリップが発生しないようにＯＴＮクロック周波数を調整するか、クライアント信号に同期させた場合には、ＯＴＮクロックの周波数精度が規定値の±２０ｐｐｍに収まらないという問題が発生する。

本発明は、１０ＧｂＥ ＬＡＮ−ＰＨＹのような周波数精度の低いクライアント信号についても周波数同期を行い、ビットスリップなしに収容・多重化して伝送可能な光伝送システムを実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第一の側面は、クライアント信号を収容して光信号として伝送する光送信器であって、該光送信器は、クライアント信号全体に新規オーバーヘッドを付加する手段と、この新規オーバーヘッドにクライアント信号のクロック周波数調整のためのスタッフ処理用ビットとして、負スタッフ時のデータ格納用ビット、および、スタッフ情報通知用ビット、および、ペイロード内に正スタッフ時のスタッフビット挿入ビットを複数定義し、複数のスタッフ処理用ビットを連携してスタッフ処理された新規オーバーヘッドを含む信号を光信号として伝送する手段とを備える。

本発明の光送信器の一実施形態において、該光送信器は、複数のスタッフ処理用ビットとして異なる多重化階層フレームのオーバーヘッドを用いる手段を備える。

本発明の光送信器の一実施形態において、該光送信器は、異なる多重化階層フレームのオーバーヘッドとして、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＯＴＮ）におけるＯＤＵ多重の異なる多重化階層のＯＰＵオーバーヘッドのＪｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎバイトを用いる手段を備える。これにより、異なる多重化階層のオーバーヘッドに定義されているスタッフ処理用バイトを連携して動作させることにより、ビットスリップなしにＯＴＮネットワークに収容可能な周波数範囲を拡大することが可能となる。

本発明の光送信器の一実施形態では、該光送信器は、異なる多重化階層フレームのオーバーヘッドの上位階層オーバーヘッドを詳細なクロック周波数差の吸収を行う下位側スタッフ処理に用いる手段を備える。

本発明の光送信器の一実施形態では、該光送信器は、異なる多重化階層フレームのオーバーヘッドの下位階層オーバーヘッドを詳細なクロック周波数差の吸収を行う下位側スタッフ処理に用いる手段を備える。

本発明の光送信器の別の実施形態において、該光送信器は、複数のスタッフ処理用ビットとして同一の多重化階層フレームのオーバーヘッドを用いる手段を備える。

本発明の光送信器のさらに別の実施形態において、該送信器は、この光送信器におけるクライアント側クロック周波数と伝送路側クロック周波数との差を検出するクロック周波数差検出手段と、このクロック周波数差検出手段により検出された周波数差に従って複数のスタッフ処理用ビットのスタッフ処理を分担する手段とを備える。これにより、検出した周波数差に応じたスタッフ処理を行うことにより、スタッフの過挿入を防ぎ、安定したスタッフ処理を実現し、デスタッフ処理に伴うデスタッフジッタを抑制することができる。

さらに別の実施形態では、該光送信器は、クライアント側クロックから伝送路側クロックへ乗り換えるためのＦＩＦＯの容量に応じたスタッフ処理を行う手段を備える。これにより、クロック周波数差検出の誤差を吸収することができる。

さらに別の実施形態では、該光送信器は、前記クロック周波数差検出手段は、クライアント側クロックおよび伝送路側クロックの分周クロックのカウント数比較によって周波数差検出を行うもので、比較する分周比が異なる複数のクロック周波数差を検出する手段と、これら複数のクロック周波数差を検出する手段を併用して複数の周波数により前記クロック周波数差を検出する手段とを備える。
これにより、周波数差検出精度を維持したまま、検出時間を短縮することができる。

本発明の光送信器の別の実施形態において、該光送信器は、クライアント側クロックから伝送路側クロックへ乗り換えるためのＦＩＦＯの容量に応じて複数の前記スタッフ処理用ビットのスタッフ処理を分担する手段を備える。

別の実施形態では、該光送信器は、異なる多重化階層におけるＦＩＦＯ容量の相互関係に応じて複数の前記スタッフ処理用ビットのスタッフ処理を分担する手段を備える。

別の実施形態では、該光送信器は、多重化に用いるＦＩＦＯを１つ備え、当該１つのＦＩＦＯ容量に応じて複数の前記スタッフ処理用ビットのスタッフ処理を分担する手段を備える。これにより、周波数カウンタ等の付加回路をなくし、ハードウェア構成を簡易化することができる。

本発明の光送信器のさらに別の実施形態において、該光送信器は、複数のオーバーヘッドの一部で正スタッフ処理を、他の一部で負スタッフ処理をほぼ同時に行う手段を備える。クライアント信号の周波数差がない、もしくは、小さい場合に、複数あるスタッフ処理用オーバーヘッドの一部で正スタッフ処理を、他の一部（または全部）で負スタッフ処理をほぼ同時に行って、周波数同期を実現することにより、スタッフ処理の頻度（周波数）を高くして、受信側で発生するデスタッフジッタの周波数をＰＬＬ回路の帯域外にすることができ、デスタッフジッタを抑圧できる。

本発明の光送信器の別の実施形態において、該光送信器は、クライアント信号をクライアント信号のオーバーヘッドも含めてトランスペアレントに収容する手段を備える。

本発明の第二の側面は、クライアント信号を収容して光信号として伝送する光送信器により生成された光信号を受信する光受信器であって、該光送信器は、クライアント信号全体に新規オーバーヘッドを付加する手段と、この新規オーバーヘッドにクライアント信号のクロック周波数調整のためのスタッフ処理用ビットとして、負スタッフ時のデータ格納用ビット、および、スタッフ情報通知用ビット、および、ペイロード内に正スタッフ時のスタッフビット挿入ビットを複数定義し、複数のスタッフ処理用ビットを連携してスタッフ処理された新規オーバーヘッドを含む信号を光信号として伝送する手段とを備え、該光受信器は、該光受信器は、新規オーバーヘッドの除去および当該新規オーバーヘッドに定義されたスタッフ情報通知ビットの参照結果に対応したデスタッフ処理を行ってクライアント信号に変換する手段を備えた、光受信器である。

本発明の第三の側面は、クライアント信号を収容して光信号として伝送する光送信器と光受信器とを備えた光伝送システムであって、該光送信器は、クライアント信号全体に新規オーバーヘッドを付加する手段と、この新規オーバーヘッドにクライアント信号のクロック周波数調整のためのスタッフ処理用ビットとして、負スタッフ時のデータ格納用ビット、および、スタッフ情報通知用ビット、および、ペイロード内に正スタッフ時のスタッフビット挿入ビットを複数定義し、複数のスタッフ処理用ビットを連携してスタッフ処理された新規オーバーヘッドを含む信号を光信号として伝送する手段とを備え、該受信器は、該光送信器により生成された光信号を受信し、新規オーバーヘッドの除去および当該新規オーバーヘッドに定義されたスタッフ情報通知ビットの参照結果に対応したデスタッフ処理を行ってクライアント信号に変換する手段を備えた、光伝送システムである。

本発明の第四の側面は、クライアント信号のフォーマットと、光信号のフォーマットとを変換する信号変換回路であって、該信号変換回路は、クライアント信号全体に新規オーバーヘッドを付加する手段と、この新規オーバーヘッドにクライアント信号のクロック周波数調整のためのスタッフ処理用ビットとして、負スタッフ時のデータ格納用ビット、および、スタッフ情報通知用ビット、および、ペイロード内に正スタッフ時のスタッフビット挿入ビットを複数定義し、複数のスタッフ処理用ビットを連携してスタッフ処理された新規オーバーヘッドを含む信号を生成する手段とを備える。なお、当該信号変換回路は、後述する本発明の実施形態における新規ＯＨ付与部に相当する。

本発明の第五の側面は、クライアント信号を収容して光信号として伝送する光送信器と光受信器とを備えた光伝送システムにおいて実行される光伝送方法であって、前記光送信器において、クライアント信号全体に新規オーバーヘッドを付加するステップと、この新規オーバーヘッドにクライアント信号のクロック周波数調整のためのスタッフ処理用ビットとして、負スタッフ時のデータ格納用ビット、および、スタッフ情報通知用ビット、および、ペイロード内に正スタッフ時のスタッフビット挿入ビットを複数定義するステップと、複数のスタッフ処理用ビットを連携してスタッフ処理された新規オーバーヘッドを含む信号を光信号として伝送するステップと、前記光受信器において、前記光信号を受信し、前記新規オーバーヘッドの除去および当該新規オーバーヘッドに定義された前記スタッフ情報通知ビットの参照結果に対応したデスタッフ処理を行ってクライアント信号に変換するステップとを有する。

本発明によれば、１０ＧｂＥ ＬＡＮ−ＰＨＹのような周波数精度の低いクライアント信号を安定して周波数同期することが可能となり、ビットスリップなしに収容・多重化して伝送することが可能となる。

図１は関連技術のフレーム構成を示す図である。 図２は本発明による光伝送システムの実施形態を示す図である。 図３は本発明による光伝送システムの実施形態を示す図である。 図４は本発明による、４つのクライアント信号を多重する場合の多重化フレーム構成例を示す図である。 図５は本発明による、ＯＤＵ多重の場合の多重化フレーム構成例を示す図である。 図６は本発明による光送信器の実施形態を示す図である。 図７は本発明による光送信器の実施形態を示す図である。 図８は本発明による光送信器の実施形態を示す図である。

（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態を、図２を参照して説明する。図２は、本発明による光伝送システムの実施形態を示す図である。光送信器１は、光受信部１０、新規ＯＨ付与部１１、光送信部１２により構成される。光受信器３は、光受信部３０、クライアント信号抽出部３１、光送信部３２により構成される。光送信器１と光受信器３とは伝送路２により接続される。

本実施形態は、クライアント信号として、ＳＤＨ信号を収容して伝送するシステムの例を示している。光送信器１の新規ＯＨ付与部１１において、クライアント信号に新規オーバーヘッド（以降、新規ＯＨと略記する）が付加され、新規フォーマットが生成される。この際、新規ＯＨに定義した複数のスタッフ処理用バイトを連携して用いることによって、クライアント信号の周波数差が吸収される。

具体的には、クライアント信号のビットレートが新規フォーマットのクライアント信号領域のビットレートよりも低い場合は、正スタッフバイト挿入ビットにスタッフビットを挿入し、クライアント信号のビットレートの方が高い場合は、負スタッフ用データ格納ビットにクライアント信号データを挿入することで、周波数同期が実現できる。

複数のスタッフ処理用バイトを用いることで、広い範囲で周波数同期が可能となる。光受信器３のクライアント信号抽出部３１では、新規ＯＨが除去されると共に、この新規ＯＨ内のスタッフ情報通知ビットが参照され、対応したデスタッフ処理によりクライアント信号のデータ抽出と周波数復元が行われ、クライアント信号が出力される。新規ＯＨはクライアント信号領域の前後だけでなく、途中に付加されてもよい。また、クライアント信号は、ＳＤＨ信号に限らない。クライアント信号は、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓＥｔｈｅｒｎｅｔ信号でもよい。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態を、図３ないし図５を参照して説明する。図３は、本発明による光伝送システムの実施形態を示す図である。光送信器４は、光受信部４０、新規ＯＨ付与部４１、多重化部４２、光送信部４３により構成される。光受信器５は、光受信部５０、多重分離部５１、クライアント信号抽出部５２、光送信部５３により構成される。光送信器４と光受信器５とは光伝送路２により接続される。

本実施形態は、複数のクライアント信号を収容し、多重化して伝送するシステムの例を示している。本実施形態のシステムでは、クライアント信号を多重化部４２により多重化する過程において、各多重化階層で新規ＯＨが付加され、新規フォーマットが生成される。この際、各ＯＨに定義されたスタッフ処理用バイトを用いて周波数同期が実現される。

図４は４つのクライアント信号を多重する場合の多重化フレーム構成例を示す。各多重化階層におけるスタッフ処理を連携させることは、広い周波数範囲のクライアント信号をビットスリップなしに収容することを可能にする。

具体的には、クライアント信号のビットレートが新規ＯＨ１を含む新規フォーマットのクライアント信号領域のビットレートよりも低い場合は、新規ＯＨ１と対応する多重化階層において、正スタッフバイト挿入ビットにスタッフビットを挿入することで、周波数同期ができる。これに加えてまたはこれに代えて、新規ＯＨ１と対応する複数の多重化階層が多重化される新規ＯＨ２と対応する多重化階層において、正スタッフバイト挿入ビットにクライアント信号についてのスタッフビットを挿入することによっても、周波数同期が実現できる。

クライアント信号のビットレートの方が高い場合も同様に、新規ＯＨ１と対応する多重化階層および／または新規ＯＨ２と対応する多重化階層において、負スタッフ用データ格納ビットにクライアント信号データを挿入することで、周波数同期が実現できる。あるいは、クライアント信号のビットレートの方が高い場合に、新規ＯＨ１と対応する多重化階層において、負スタッフ用データ格納ビットにクライアント信号データを挿入すること、および／または新規ＯＨ２と対応する多重化階層において、負スタッフ用データ格納ビットに新規ＯＨ１と対応する多重化階層のデータ（すなわち新規ＯＨ１のデータおよびクライアント信号データ）を挿入することでも、周波数同期が実現できる。

図５は、異なる多重化階層として、ＯＴＮネットワークにおけるＯＤＵ多重の異なる多重化階層のＯＰＵオーバーヘッドのＪｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎバイトを用いた場合のフレーム構成例を示している。例えば、ＯＰＵ２およびＯＰＵ３のＪｕｓｔｉｆｉｃａｔｉｏｎバイトを用いたスタッフ処理を連携させることにより、ＯＴＮネットワークへ収容可能なクライアント信号周波数範囲は拡大できる。

再び図３を参照すると、光送信器４の光送信部４３から送信された多重化されたクライアント信号は光受信器５の光受信部５０により受信され、多重分離部５１によって新規ＯＨ２が除去されると共に、多重分離される。続いて、多重分離されたクライアント信号は、それぞれクライアント信号抽出部５２により新規ＯＨ１が除去されると共に、この新規ＯＨ１内のスタッフ情報通知ビットが参照されて、対応したデスタッフ処理によりクライアント信号のデータ抽出と周波数復元が行われ、クライアント信号が出力される。

（第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態を、図６を参照して説明する。図６は、本発明による光送信器の実施形態を示す図である。図６は、４つの１０Ｇｂｉｔ／ｓのクライアント信号を４３Ｇｂｉｔ／ｓＯＴＵ３へＯＤＵ多重する際に、クライアント信号側クロック周波数と伝送路側クロック周波数との差を検出し、周波数差に従って複数のスタッフ処理用ビットのスタッフ処理を分担する光送信器の構成例を示している。

クライアント信号クロック数カウント部６およびＯＴＮクロック数カウント部７によりクライアント信号クロック数およびＯＴＮクロック数がそれぞれカウントされる。クロック差検出部８により検出したクロック差に応じて、ＯＰＵ２およびＯＰＵ３におけるスタッフ処理が連携する。ＯＰＵ２処理が上位側処理として大まかな周波数調整を行い、ＯＰＵ３処理が下位側処理として周波数の微調整を行ってもよい。例えば、クライアント信号の側クロック周波数が伝送路側クロック周波数より高い場合は、ＯＰＵ２処理が周期的に大まかな周波数調整を行い、ＯＰＵ３処理が、ＯＰＵ２処理の周期よりも短い周期で、周波数の微調整を行うように構成することができる。ＯＤＵ多重の場合には、周波数差がない場合でもＯＰＵ３処理においてスタッフ処理が発生する。したがって、ＯＰＵ３処理が下位側処理にするように構成すると、周波数差が小さい範囲ではＯＰＵ３処理のみがスタッフ処理を行い、処理が簡素化されるという利点がある。また、ＯＰＵ３処理が上位処理であり、ＯＰＵ２が下位処理であってもよい。

（第四の実施形態）
本発明の第四の実施形態を、図７を参照して説明する。図７は、本発明による光送信器の実施形態を示す図である。本実施形態の光送信器は、クライアント側クロックから伝送路側クロックへ乗り換えるためのＦＩＦＯの容量をＦＩＦＯ使用量判定部２０により検出し、検出されたＦＩＦＯの容量に応じて、ＪＣ量補正部９によりスタッフ処理の補正を行い、クロック周波数差検出の誤差を吸収している。さらに、光送信器は、クロック周波数差検出をビットレートに基づく分周比に相当する周波数により検出する回路と共に、当該ビットレートに基づく分周比よりもさらに小さい周波数（より高い周波数）で検出する回路をクロック差検出部８に持ち、これら複数の検出する回路を用いて複数の周波数による周波数差検出を併用することにより、周波数差検出精度を維持したまま、検出時間を短縮することができる。

（第五の実施形態）
本発明の第五の実施形態を、図８を参照して説明する。図８は、本発明による光送信器の実施形態を示す図である。本実施形態の光送信器は、クライアント側クロックから伝送路側クロックへ乗り換えるためのＦＩＦＯの容量をＦＩＦＯ使用量判定部２０により検出し、検出されたＦＩＦＯの容量に応じて複数のスタッフ処理用ビットのスタッフ処理を分担している。本実施形態の光送信器は、クロック乗り換えで必須の回路であるＦＩＦＯの使用容量によりスタッフ処理の分担を決定することにより、図６および図７で示したクライアント信号クロック数カウント部６およびＯＴＮクロック数カウント部７およびクロック差検出部８あるいはＪＣ量補正部９などの付加回路をなくし、ハードウェア構成を簡易にすることができる。ここで、光送信器は、各多重化階層の処理を１つのＦＩＦＯを用いて一括処理する構成としてもよい。この場合には、１つのＦＩＦＯ容量だけに応じて、スタッフ処理分担を決定できるため、スタッフ処理の制御を簡易化するとこができる。

本発明によれば、１０ＧｂＥ ＬＡＮ−ＰＨＹのような周波数精度の低いクライアント信号を安定して周波数同期することが可能となり、ビットスリップなしに収容・多重化して伝送することが可能となるので、クライアント信号に許容できるクロック周波数が緩和でき、ネットワーク・ユーザの利便性を向上させることができる。

Claims (2)

1. クライアント信号を収容して光信号として伝送する光送信器において、
   クライアント信号全体に新規オーバーヘッドを付加する手段と、
   この新規オーバーヘッドにクライアント信号のクロック周波数調整のためのスタッフ処理用ビットとして、負スタッフ時のデータ格納用ビット、および、スタッフ情報通知用ビット、および、ペイロード内に正スタッフ時のスタッフビット挿入ビットを複数定義し、複数のスタッフ処理用ビットを連携してスタッフ処理された新規オーバーヘッドを含む信号を光信号として伝送する手段と、
   自光送信器におけるクライアント側クロック周波数と伝送路側クロック周波数との差を検出するクロック周波数差検出手段と、
   このクロック周波数差検出手段により検出された周波数差に従って複数のスタッフ処理用ビットのスタッフ処理を分担する手段と
   を備え、
   前記クロック周波数差検出手段は、
   クライアント側クロックおよび伝送路側クロックの分周クロックのカウント数比較によって周波数差検出を行うもので、
   比較する分周比が異なる複数のクロック周波数差を検出する手段と、
   これら複数のクロック周波数差を検出する手段を併用して複数の周波数により前記クロック周波数差を検出する手段と
   を備えた光送信器。
2. クライアント側クロックから伝送路側クロックへ乗り換えるためのＦＩＦＯの容量を検出する手段と、
   検出されたＦＩＦＯの容量に応じてスタッフ処理用ビットのスタッフ処理の補正を行う手段と
   を備えた請求項１に記載の光送信器。

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