JP5023514B2

JP5023514B2 - Ｐｏｎシステムに使用する端末装置とその送信タイミングの制御方法

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Publication number: JP5023514B2
Application number: JP2006052629A
Authority: JP
Inventors: 和寿山下
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2026-02-28
Also published as: JP2007235371A

Description

本発明は、局側装置と複数の端末装置の間の通信が時分割多重されるＰＯＮシステム、より好ましくは、端末装置によって伝送レートが変更可能なマルチレートＰＯＮに好適に使用する端末装置とその送信タイミングの制御方法に関する。

ＰＯＮシステム（Passive Optical Network System）は、一つの局側装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）と複数のユーザ端末装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）を光カプラ等のパッシブ素子を介して接続されたＰ２ＭＰ（Point To Multipoint）形態の光ファイバネットワークシステムである。このＰＯＮシステムのうち、ＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-ＰＯＮ）は、イーサネット（Ethernet：登録商標）技術をベースとしたギガビットクラスの伝送システムを経済的に実現するもので、ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ^ＴＭとして２００４年６月に標準化された高速光アクセス方式の一つである。
上記ＰＯＮシステムでは、局側装置から各端末装置に送信される下り信号については、各端末装置向けの信号を整列させて伝送するＴＤＭ（Time Division Multiplexing）方式が採用され、各端末装置から局側装置に送信される上り信号については、互いの信号が衝突しないような正しいタイミングで光信号を送出するＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）方式が採用されている。このＴＤＭＡ方式での信号送出のタイミングを正確に行うには、端末装置の時計と局側装置の時計が正確に同期している必要がある。

このため、例えば上記ＩＥＥＥ８０２．３ａｈ^ＴＭによる標準規格では、局側装置はローカルクロックをカウントして局側装置の時計（以下、ＰＯＮカウンタという。）を生成すること、ＰＯＮ下り信号の伝送クロックをローカルクロックに同期させること、及び、端末装置に送信するＰＯＮ制御フレームには送信時点のＰＯＮカウンタの値をタイムスタンプとして記すことが規定されている。また、端末装置としては、ローカルクロックをＰＯＮ受信信号に内包されるクロックに同期させること、ローカルクロックをカウントして端末装置のＰＯＮカウンタを生成するとともに、ＰＯＮ制御フレームを受信したときはそのフレームに記されているタイムスタンプの値でＰＯＮカウンタを更新すること、送信許可はＰＯＮカウンタの値で指示され、端末装置は自身のＰＯＮカウンタが指示された範囲にあるときＰＯＮに送信すること、このときの伝送クロックをローカルクロックに同期させることが規定されている（非特許文献１参照）。

上記標準規格では、端末装置の自動登録方法に関して、局側装置が端末装置に登録要求をポーリング（具体的には、送信許可の一種であるディスカバリゲートをブロードキャストする。）し、端末装置が登録要求を送信することでこれに応答し、更に局側装置の登録許可と端末装置の確認応答で登録がなされることも規定されている。しかし、当該標準規格では、伝送レートは上り下りともに１．２５Ｇｂｐｓに固定されており、ネットワークをマルチレート化した場合の時刻同期の手法に関する規定はない。

IEEE Std 802.3ah(TM)-2004 (64. Multipoint MAC Control)

ところで、ＰＯＮシステムでは、各端末装置の伝送速度がすべて一定の場合と、端末装置によって伝送速度が異なる場合（以下、マルチレートＰＯＮという。）があり、かかるマルチレートＰＯＮにおいても、各端末装置からの上り信号を衝突なく時分割多重するために、端末装置の時計を同期させる必要がある。同期が正確であればあるほど、無駄な時間なく稠密に時分割多重できるため、帯域効率を向上できるからである。
しかし、特にレートを経時的に切替えるＴＤＭマルチレートＰＯＮにおいては、端末装置によって伝送速度が異なっていて下り方向の伝送レートが一定しないため、下り伝送信号に内包されるクロックをカウントすることによって作られる時計は速くなったり遅くなったりする。従って、このような時計に基づいて送信許可を決定することは困難である。

かりにそのようなことが可能であっても、端末装置が追随可能な伝送レートは予め決定されるので、将来的に高速な伝送レートの端末装置をネットワークに追加する場合には、そのレートに追随できない従来の端末装置を混在させることはできない。更に、ＴＤＭマルチレートＰＯＮにおいては、一般に上り方向の伝送レートはその時点の下り受信レートとは無関係であるから、上り送信クロックを下り信号から再生したクロックに基づかせることはできない。
また、複数のレートの信号を波長多重し、端末装置は所望の波長およびレートの信号を選択的に受信するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）マルチレートＰＯＮにおいては、局側装置がすべてのレートの伝送クロックをローカルクロックに同期させて生成することは、経済的でない。局側装置のローカルクロックに同期しない伝送信号から再生したクロックに基づく端末装置のＰＯＮカウンタは、局側装置のＰＯＮカウンタに同期しない。

本発明は、このような実情に鑑み、端末装置から局側装置へ向かう上り信号が時分割多重されるＰＯＮシステムにおいて、端末装置のＰＯＮカウンタを正確に同期させることができるようにして、各端末装置からの上り信号を衝突することなく効率的に伝送することを目的とする。

本発明は、局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した光ファイバの終端にそれぞれ接続された端末装置とを含み、前記各端末装置から前記局側装置へ向かう上り通信が時分割多重されるＰＯＮシステムに使用する前記端末装置において、下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点での当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように自身のＰＯＮカウンタの調整を行うドリフト調整部と、調整が行われた前記ＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定する送信制御部とを備えていることを特徴とする。

上記した端末装置によれば、下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点で当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように自身のＰＯＮカウンタの調整を行い、その調整が行われた前記ＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定するようにしたので、局側装置と端末装置との通信が時分割多重されるＰＯＮシステムにおいて、端末装置のＰＯＮカウンタを正確に同期させることができる。
本発明の端末装置において、前記上り信号の伝送クロックが、前記送信タイミングを決定する元となる基本クロックに基づいて生成されるものである場合には、前記ドリフト調整部は、下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点での当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように前記基本クロックの調整を行うものとすることが好ましい。

この場合、ドリフト調整部によってタイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように基本クロックが調整され、この調整された基本クロックに基づいてＰＯＮカウンタが生成され、さらには上り信号の送信タイミングが決定されるので、各端末装置からの上り信号を効率的にＴＤＭＡすることができる。また、上り信号の伝送クロックもこの基本クロックに基づく場合は、送信持続時間が長くなった場合でも、送信すべきデータの過不足が生じない。
もっとも、ＰＯＮシステムの制御フレームに記載されているタイムスタンプは、局側装置の実装に際して若干のぶれが生じ易く、規約上においても所定範囲のぶれ（例えばＧＥ−ＰＯＮのＯＮＵにおいては、分解能１６ｎｓに対して１２単位のぶれ）が認められている。従って、そのようなぶれが想定されているタイムスタンプに依拠して基本クロックを調整しても、タイムスタンプの精度以上に基本クロックを高精度化することができない。

そこで、本発明の端末装置において、前記上り信号の伝送クロックについては、前記送信タイミングを決定する元となる基本クロックの発生器とは個別に設けた伝送クロック発生器によって生成することにしてもよい。
この場合、送信開始タイミングが正確になることは同様である上、伝送クロックがタイムスタンプを参照しない上記した個別の伝送クロック発生器によって生成されることから、タイムスタンプのジッタに影響されない綺麗な伝送クロックが得られ、より受信エラーが生じにくい上り信号を送信することができる。

また、同様の理由で、前記ドリフト調整部は、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づいて前記の調整を行い、基準とすべきタイムスタンプを決定するものであることが好ましい。
この場合、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれの履歴を考慮するため、大きなぶれが生じていている直近のタイムスタンプを無視する等のロジックを採用することで、基準とすべきタイムスタンプをより正確に決定することができる。このため、タイムスタンプに基づいて決定されるＰＯＮカウンタや基本クロックもより正確になり、上り信号をより稠密に時分割多重することができる。
なお、後述の実施形態で述べる通り、本発明の端末装置及び送信タイミングの制御方法では、下り信号が想定する伝送レートに切り替わった場合（例えば、下り信号の「１Ｇ期間」）に、ドリフト調整部が上述したＰＯＮカウンタの調整を行う。

以上の通り、本発明によれば、端末装置から局側装置へ向かう上り信号が時分割多重されるＰＯＮシステムにおいて、端末装置のＰＯＮカウンタを正確に同期させることができるので、各端末装置からの上り信号を衝突することなく効率的に伝送することできる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明が想定するマルチレートＰＯＮシステムの概略構成図である。
図１において、局側装置（ＯＬＴ）１は、複数の端末装置（ＯＮＵ）２，３，４に対する集約局として電話局等に設置されており、各端末装置２，３，４は、それぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。局側装置１には１本の光ファイバ（幹線）５が接続されている。この光ファイバ５は光カプラ６を介して複数の光ファイバ（支線）７，８，９に分岐した構成になっており、これによって光ファイバ網１０が構成されている。分岐した各光ファイバ７，８，９の終端にはそれぞれ前記端末装置２，３，４が接続されている。また、局側装置１は上位ネットワーク１１と接続され、各端末装置２，３，４はそれぞれのユーザネットワーク１２，１３，１４と接続されている。

図１では、簡単のために３個の端末装置２，３，４が接続された形態を例示しているが、実際には、一つの光カプラ６から３２分岐して３２個の端末装置を接続することが可能である。また、図１では光カプラ６が一つだけのトポロジーを例示しているが、分岐数の少ない光カプラ６を縦列に複数段配置することにより、広い地域に分散している端末装置を短い光ファイバで局側装置１と接続することもできる。
このＰＯＮシステムでは、下りの光波長と上りの光波長を分けて波長分割多重（ＷＤＭ）している。すなわち、局側装置１と端末装置２，３，４間の上り方向通信には単一の波長λ１のレーザ光が使用され、下り方向通信にはその波長λ１とは異なる単一の波長λ２のレーザ光が使用されている。

従って、ＰＯＮメディア（光ファイバ５，７，８，９）と局側装置１及び各端末装置２，３，４の送受信器の間にはＷＤＭフィルタが備えられており、受信すべき波長成分のみ受信器に送られ、かつ、送信器が出力する光信号はＷＤＭフィルタを介して受信光と多重されて光ファイバ５，７，８，９に送られる。なお、上記各波長λ１，λ２は、IEEE Std 802.3ah-2004^TMのClause60に従う場合には、１２６０ｎｍ≦λ１≦１３６０、及び、１４８０ｎｍ≦λ２≦１５００の範囲で選択することができる。
このＰＯＮシステムは下り方向の所定の単一波長を使って、マルチレートで送信が行われるＴＤＭマルチレートＰＯＮシステムであって、各端末装置２，３，４への下り方向の伝送レートが互いに異なっている。図１の例では、各端末装置２，３，４の情報通信レートはそれぞれ１Ｇ、２Ｇ及び１０Ｇｂｐｓであり、１ＧｂｐｓのＧＥ−ＰＯＮをベースとして、２Ｇｂｐｓの信号及び１０Ｇｂｐｓの信号が時分割多重化されたマルチレート信号を、局側装置１が各端末装置に送信するようになっている。

図２は、上記マルチレートＰＯＮの下り信号フレームの一例を示したものである。
図２に示すように、このマルチレートＰＯＮでは、情報通信レート１Ｇｂｐｓ／伝送レート１．２５ＧｂｐｓのＧＥ-ＰＯＮをベース（基準レート）とし、これに情報通信レート２Ｇｂｐｓの信号および情報通信レート１０Ｇｂｐｓの信号がＴＤＭされている。情報通信レート１Ｇｂｐｓの期間（以下、これを「１Ｇ期間」と表記する。２Ｇ、１０Ｇについても同様。）においては、基本的にＧＥ-ＰＯＮの伝送方式に則る。すなわち、通信情報１オクテットが８Ｂ１０Ｂ変換によって１０ビットの伝送情報に変換され、さらにシリアル化された１０ビット列が１．２５ＧｂｐｓのＮＲＺ信号およびそれに対応した光のオンオフ信号として伝送される。

かかるマルチレートＰＯＮにおいて、ＰＯＮ上り方向のアクセス制御を行うための制御用通信はＧＥ-ＰＯＮ方式に則って行われる。すなわち、端末装置２，３，４に対する送信許可はＰＯＮカウンタの値で指示される。このとき、ＰＯＮカウンタの同期は、１Ｇ期間内に間欠的に送られる制御フレーム（ゲートフレーム）に記されているタイムスタンプＴＳで端末装置２，３，４自身のＰＯＮカウンタを更新することによって行われる。
ＰＯＮにおいては、下り信号はすべての端末装置２，３，４が受信するが、受信回路の構成によっては想定外のレート（この場合は２Ｇや１０Ｇ）から想定内のレート（この場合は１Ｇ）に切り替わった場合、改めて行われる同期に時間がかかる。そこで、図２に示す下り信号フレームでは、予め規定できないような超高速信号をマルチレートＰＯＮに将来共存させることを担保するために、局側装置１が端末装置２，３，４にレートの変更を予告するようになっている。

この場合、端末装置２，３，４は、想定外のレート期間の受信信号をマスクしたり（図３のマスク回路１７参照）、受信対象レートのデータを素早く再生できるよう準備することができる。図２に示すように、レート変更の予告は１Ｇ期間の特殊シーケンス（Ｃａ／Ｃｂ／Ｌｈ／Ｌｌ）で各端末装置２，３，４に通知することによって行うことができる。
Ｃａ／Ｃｂはレート予告の特殊シーケンスが始まることと、レートの種別を表す特殊符合である。Ｌｈ／Ｌｌはレートが変更される期間を表す。この通信手順においては、１Ｇ期間を基本として、１Ｇ以外のレート期間の後は一旦１Ｇ期間に戻すものとしている。すなわち、すべての端末装置２，３，４が少なくとも１Ｇ信号の受信能力を有することを前提としている。

端末装置２，３，４の加入手順においては、まず１Ｇ期間の信号を復元し、レート変更予告をトレースしつつ１Ｇ期間はもれなく受信できる状態にしてＰＯＮカウンタを同期する。その後、ＧＥ-ＰＯＮの登録手順と同様に、ディスカバリゲートに応じて、登録要求を送ることを契機として、端末装置２，３，４の登録とリンク確立がなされる。さらにＯＡＭ情報の交換によって、局側装置１は端末装置２，３，４が受信可能なレートを認識する。ここまでに必要な通信はすべて１Ｇ期間に行われる。その後、局側装置１が端末装置２，３，４に下りユーザフレームを送信するときは、最適な送信レートを選択する。

図３は、本発明の第一施形態の端末装置のＰＯＮインターフェース部を示している。
本実施形態の端末装置ＯＮＵ１は、所定の基準レート（情報通信レートで１Ｇ）の伝送能力を有する図１の端末装置２として使用されるものであるが、基準レート以外の伝送も行われる図１に示すマルチレートＰＯＮに加入することができる端末装置である。
ＰＯＮから受信した光信号は受信器１６によって電気信号に変換され、マスク回路１７に入力される。マスク回路１７は、当該端末装置２が受信対象としないレートの信号（この場合は、２Ｇ及び１０Ｇの信号）をマスクする。マスク回路２の出力は、その後段のＣＤＲ（Clock Data Recovery）１８に入力され、クロックとデータが復元される。

上記ＣＤＲ１８の後段には符号同期回路１９が接続されている。この回路１９は、復元されたクロックとデータから８Ｂ１０Ｂ符号の境界を検出するとともに、その８Ｂ１０Ｂ符号を切り出して１０Ｂ８Ｂ変換し、フレームを復元する。このとき、８Ｂ１０Ｂ符号の特殊記号で表現されているレート変更予告を解釈し、受信対象としないレートの信号をマスクする指示を前記マスク回路１７に送る。
このマスクはＣＤＲ１８が想定外の信号を受けて誤動作することを防ぐためのものである。すなわち、マスク回路１７は想定外の超高速信号によりＣＤＲ１８の内部状態が異常になり、想定内の信号に切り替わった後の再同期時間が長くなることを防ぐためのものである。

切り出されたフレームは、符号同期回路１９の後段のフレーム種別分別回路２０に入力され、ＰＯＮ制御フレームとそれ以外のフレームが分別される。このうち、ＰＯＮ制御フレームはタイムスタンプ抽出回路２１を経て制御フレーム処理回路２２に送られる。タイムスタンプ抽出回路２１は、タイムスタンプＴＳを読み取ってそのスタンプＴＳをＰＯＮ時刻制御回路２３とドリフト判定回路２６に送る。
この第一実施形態に係るＰＯＮインターフェースの送信部の基本となるクロックは、例えばＶＣＸＯよりなる電圧制御型水晶発振器２５によって生成される。ＧＥ-ＰＯＮにおいては、ＰＯＮカウンタは１６ビット時間（＝１６ｎｓ）の分解能をもつ３２ビットの情報であることから、本実施形態においては、ＶＣＸＯ２５は１２５ＭＨｚを中心周波数としている。

前記ＰＯＮ時刻制御回路２３は、ＶＣＸＯ２５で生成された基本クロックに基づいてＰＯＮカウンタをインクリメントするとともに、前記抽出回路２１からタイムスタンプＴＳが送られてきたときにＰＯＮカウンタの値を更新する。すなわち、ＰＯＮ時刻制御回路２３は、基本クロックでインクリメントされる３３ビットのカウンタを有し、上位３２ビットをＰＯＮカウンタとして出力する。
更新されたＰＯＮカウンタの情報は、それぞれドリフト判定回路２６と送信制御回路２７に送られる。ドリフト判定回路２６は、タイプスタンプＴＳが送られてきた時点で、タイプスタンプＴＳと更新前のＰＯＮカウンタのずれを判定し、想定外のずれはＰＯＮシステムの異常としてアラームを出力する。また、ドリフト判定回路２６は、想定内のずれに対しては、そのずれが小さくなる方向に前記ＶＣＸＯ２５の可変周波数を補正し、ＶＣＸＯ２５によって生成される基本クロックを調整する。なお、一般的なＶＣＸＯ２５の周波数制御は、制御入力のアナログ電圧レベルを変更することによって行う。

一方、上りフレームは、上りバッファ２８に一旦バッファリングされたあと、前記送信制御回路２７の指示に基づいて順次取り出され、符号化回路２９に送られる。この符号化回路２９は、送信フレームを８Ｂ１０Ｂ符号化したあとシリアル化し、１ビットのＮＺＲ信号として送信器３０に送る。本実施形態では、基準となる伝送レートが１．２５ＧＨｚになっているから、上記シリアル化は１．２５ＧＨｚの伝送クロックに同期して行われる。また、本実施形態では、伝送クロックはクロック逓倍回路３１で基本クロックを元に生成される。
送信器３０は送信制御回路２７からの発光指示信号に基づき、入力されるＮＺＲ信号を光のオンオフ信号に変換する。本実施形態における上り伝送信号はＧＥ−ＰＯＮに基づく１．２５Ｇｂｐｓの信号のみである。

制御フレーム処理回路２２は受信したＰＯＮ制御フレームを解釈して、所定の処理を行う。特に通常のゲートフレームに対しては、そのフレームに含まれている送信開始時刻と送信持続時間（図２参照）を取り出し、送信制御回路２７に送る。送信制御回路２７はＰＯＮカウンタが送信開始時刻に到達した時点で送信器３０に発光を指示し、送信持続時間が経過するまでは発光指示を持続する。このとき、発光指示に先立って上りバッファ２８に送信フレームの取り出しが指示される。

上記したＰＯＮインターフェース部を有する端末装置ＯＮＵ１によれば、下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプＴＳが送られてきた時点での当該タイムスタンプＴＳとの時間的ずれが小さくなるように、基本クロックに基づく自身のＰＯＮカウンタの調整を行い、その調整が行われた基本クロックに基づくＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定しているので、局側装置１と端末装置２，３，４との通信が時分割多重される図１のＰＯＮシステムに使用すれば、当該端末装置ＯＮＵ１のＰＯＮカウンタを正確に同期させることができる。このため、各端末装置２，３，４からの上り信号を衝突することなく効率的に伝送することできる。

一方、ＰＯＮ制御フレームに記されているタイムスタンプＴＳは、局側装置１の実装に依存して若干のぶれが生じ易く、また、規約上においても所定範囲のぶれ（例えばＧＥ−ＰＯＮのＯＮＵにおいては、分解能１６ｎｓに対して１２単位のぶれ）が認められている。従って、そのようなぶれが想定されているタイムスタンプＴＳに依拠して基本クロックを調整しても、タイムスタンプＴＳの精度以上に基本クロックを高精度化することができない。
そこで、基本クロックを逓倍させて伝送クロックを生成するのではなく、図３に破線で示すように、基本クロックの発生器であるＶＣＸＯ２５とは個別に設けた伝送クロック発生器３２により、基本クロックとは無関係に生成した端末装置２固有の伝送クロックを採用することにしてもよい。

この場合、送信開始タイミングが正確になることは同様である上、伝送クロックがタイムスタンプＴＳを参照しない個別の伝送クロック発生器３２によって生成されることから、タイムスタンプＴＳのジッタに影響されない綺麗な伝送クロックが得られ、より受信エラーが生じにくい上り信号を送信することができる。
また、同様の理由から、ドリフト判定回路２６に、過去のタイムスタンプＴＳのずれの履歴に基づいて基準とすべきタイムスタンプＴＳを決定する機能を付加することが好ましい。

例えば、ＶＣＸＯ２５の周波数制御を、タイムスタンプＴＳのずれに即応させる他に、タイムスタンプＴＳとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づかせるのでもよい。具体的には、過去のずれを平均化するフィルタによって個々のタイムスタンプＴＳに含まれるぶれの影響を軽減し、ＶＣＸＯ２５の周波数制御を行う。
同様にＰＯＮカウンタの更新においても、そのときのタイムスタンプＴＳをそのまま用いるのではなく、タイムスタンプＴＳとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づかせるのでもよい。或いは、ＰＯＮカウンタの更新やＶＣＸＯ２５の周波数制御において、一定範囲のずれや特異なずれを無視してもよい。

本実施形態において、前記ドリフト判定回路２６はデジタル的なものでもアナログ的なものでもよいが、タイムスタンプＰＳとＰＯＮカウンタのずれはデジタル量なので、ずれ量にもとづいて適切な電圧レベルを求める回路はデジタル回路（プロセッサ及びプログラムに基づくものを含む。）とすることが好ましい。この場合、デジタルな電圧レベルをＤＡコンバータによってアナログ信号に変換し、ＶＣＸＯ２５に与えればよい。
また、本実施形態において、伝送レートの切り替えシーケンスにおいて必要な同期時間を設ける場合や、ＣＤＲ１８の構成によってはマスク回路１７はなくてもよい（例えばオーバーサンプリング方式によるもの。この場合、ＣＤＲ１８はクロックを出力せず、データリカバリだけを行うことになる。）。

また、１Ｇ以外のレートの情報を回復するために、マスク回路１７、ＣＤＲ１８及び符号同期回路１９のうち、必要なものを別個専用に設けてもよい。本実施形態では発振器としてＶＣＸＯ２５を用いているが、これを電圧制御型発振器（ＶＣＯ）に代替させることもできる。

図４は、本発明の第二実施形態の端末装置のＰＯＮインターフェース部を示している。
本実施形態の端末装置ＯＮＵ２は、下り方向について、１Ｇ、２Ｇおよび１０Ｇのレートを受信可能な端末装置である。従って、第一実施形態の端末装置ＯＮＵ１で採用していたマスク回路１７は設けられていない。なお、基本的な構成は図３に示す第一実施形態の端末装置ＯＮＵ１とほぼ同様であるから、同じ部分については説明を繰り返さない。
受信器１６の出力はデータリカバリ３５と１０Ｇ−ＣＤＲ３６に入力される。データリカバリ３５は入力信号から１．２５Ｇｂｐｓあるいは２．５Ｇｂｐｓのデータを復元するものであり、このデータリカバリ３５の具体例を図５に示す。

図５において、入力信号は合計八個のフリップフロップ（以下、ＦＦと略記する。）３７でパラレルにサンプリングされた後、そのなかの一つを位相選択回路３８で選択し、出力される。八個のＦＦ３７のサンプリングクロックは２．５ＧＨｚの４相クロックをもとに、位相が９０度ずつ順にずれる配置で与えられる。なお、一つの位相で二つのＦＦ３７が駆動される。
サンプリングされた八本の信号は、レート判定及び最適位相判定部３９に入力され、同値が連続する頻度から入力信号のレートを「１Ｇ」、「２Ｇ」または「１０Ｇ」の選択肢から判定し、その種別を出力する。

本実施形態でのレートの判定は、サンプリングされた１．６ｎｓ区間に現れる値の変化点の数を調べることによって行われる。このとき、直前のサンプリング区間最終位相のサンプリング結果と、現在のサンプリング区間の最初の位相のサンプリング結果で構成される変化点もカウントされる。
すなわち、変化点がほとんど１以下である区間が続く場合は１Ｇ、殆ど２以下であってかなりの頻度で２の場合が発生する区間が続く場合は２Ｇ、かなりの頻度で連続した変化（例えば、隣接する３位相のサンプリング結果が１０１または０１０となることを意味する。）が発生する区間が続く場合は１０Ｇと判断する。もっとも、いずれにも判定できない区間があってもよい。

これと並行して、変化点の中間に位置する位相（最適位相）が判定され、位相選択回路３８に通知される。レートが１Ｇである場合は八個の位相のうち最適なものは一つしかないが、レートが２Ｇである場合は、二つありうる。このようにして、いずれかの位相を選択するとともに、以後の区間においてもその位相を選択する（位相ずれに応じて近い位相に移動することは望ましいが、他方の最適位相には移動しない。）。あるいは、特定の隣接する四つの位相を選択範囲とし、そのなかから最適位相を判断してもよい。
位相選択回路３８は多相クロック生成器４０からクロックの供給を得て、選択したサンプリング結果を次段の回路と同期がとれるよう、予め決められた位相のクロックでサンプリングし直して出力する。

図４に戻り、符号同期回路４１はレート種別が２Ｇである場合、データリカバリ結果のビットシーケンスから８Ｂ１０Ｂ符号の境界を検出するとともに８Ｂ１０Ｂ符号を切り出して１０Ｂ８Ｂ変換し、フレームを切り出す。レート種別が１Ｇである場合は、２Ｇの場合に比べて２分周したクロックで符号同期処理を行う。
１０Ｇ−ＣＤＲ３６は１０Ｇ期間の入力信号から、１０Ｇｂｐｓのデータとクロックを復元する。この１０Ｇ−ＣＤＲ３６の具体例を図６に示す。

図６に示すように、本実施形態の１０Ｇ−ＣＤＲ３６は公知のＰＬＬ方式に基づいたＣＤＲであって、第一位相比較器４２と第二位相比較器４３を備えている。これらの比較器４２，４３のうちのいずれの出力が選択され、その選択された位相比較器とループフィルタ４４およびＶＣＯ４５がＰＬＬを構成する。
第一位相比較器４２はＶＣＯ出力と入力信号を比較するのに対して、第二位相比較器４３は参照クロック発生器４６からの参照クロックと、このクロックの周波数に一致するようにＶＣＯ出力を分周器４７によって分周した信号とを比較する。この分周した信号は周波数比較回路４８にも入力され、周波数差が定められた範囲内にあるか否か判定される（範囲内でない場合は不一致）。

周波数が不一致の場合か、あるいは前述のレート判定結果が１０Ｇ期間以外の場合は、ＰＬＬのループに第二位相比較器４３が選択される。これは、不正な信号や１０Ｇ以外のレートの信号によって、ＶＣＯ４５の周波数が大きくずれないようにするためである。入力信号はＶＣＯ出力でサンプリングされてデータ出力となる。
図４に戻り、１０Ｇ符号同期回路４９は１０Ｇ−ＣＤＲ３６で復元されたクロックとデータから６４ｂ／６６ｂ符号の境界を検出するとともに６４ｂ／６６ｂ符号を切り出してデスクランブルし、フレームを復元する。

本実施形態では、二つのフレーム種別分別回路５０，５１が設けられ、その一方には符号同期回路（１Ｇ及び２Ｇ用）４１からの信号が入力され、他方には１０Ｇ符号同期回路４９からの信号が入力される。
このうち、符号同期回路４１からの信号を受ける第一フレーム種別分別回路５０は１Ｇあるいは２Ｇレートで送られるＰＯＮ制御フレームを分別し、１０Ｇ−符号同期回路４９からの信号を受ける第二フレーム種別分別回路５１は１０Ｇレートで送られるＰＯＮ制御フレームを分別する。これらのＰＯＮ制御フレームはタイムスタンプ抽出回路２１で第一実施形態（図１）の場合と同様に処理される。もっとも、本実施形態のタイムスタンプ抽出回路２１では、タイムスタンプＴＳを取り出す対象として、特定のレートで送られたＰＯＮ制御フレームのみに限定してもよいし、すべてのレートで送られたＰＯＮ制御フレームとしてもよい。

本実施形態の端末装置ＯＮＵ２は、各自の能力に応じたレートでＰＯＮ上り信号を伝送することができる。そこで、上り伝送レートが１０Ｇｂｐｓとする場合について説明すると、符号化回路２９は、送信フレームを６４ｂ／６６ｂ符号化したあとでシリアル化し、１０ＧｂｐｓのＮＺＲ信号列として送信器３０に送る。このシリアル化は、基準レートを生成するＶＣＸＯ２５とは別に設けた伝送クロック生成器３２が出力する１０ＧＨｚのクロックに同期して行われる。従って、本実施形態では、上り伝送レートはＶＣＸＯ２５が出力する基本クロックとは無関係である。

本実施形態の端末装置ＯＮＵ２において、上り伝送レートは１０Ｇｂｐｓのみに固定してもよいが、１．２５Ｇｂｐｓまたは２．５Ｇｂｐｓ若しくはこれらの双方の能力を備えてもよい。その理由は、接続される局側装置１の能力が限定されている場合に対応範囲が広くなるからである。
また、通信内容に応じて伝送レートを変えてもよい。例えば、端末装置ＯＮＵ２の登録に際しての通信については１Ｇレートで行うようにすれば、登録手順が単純になる。この場合、１Ｇ用又は２Ｇ用の符号化回路若しくはこれらの双方の符号化回路、及び、１．２５ＧＨｚ／２．５ＧＨｚの伝送クロック生成器を１０Ｇｂｐｓのものと並列に設け、送信器３０に与える入力を両符号化回路の出力のうち一方を選択するようにすればよい。

１Ｇと２Ｇの能力を備える場合、共通の符号化回路は８Ｂ１０Ｂ変換とシリアル化をそれぞれのレートで行う。伝送クロック生成器３２は２．５ＧＨｚとし、１．２５ＧＨｚの信号を送信する場合は、同じ値が２ビット続く２．５Ｇｂｐｓの信号として送信するようにすればよい。
なお、上りマルチレートに対応した局側装置１のＰＯＮ受信部は、図４のＰＯＮ受信部と同様の構成が可能である。ただし、バースト単位でレートが切り替わる場合でかつレートが予め決まっている場合は、データリカバリ３５におけるレート判定は不要であり、局側装置１がレート種別を指示する。

また、図４の例では、下り方向のレートは１Ｇｂｐｓ、２Ｇｂｐｓ及び１０Ｇｂｐｓが受信可能であるが、限定したものであってもよい。１Ｇｂｐｓまたは／及び２Ｇｂｐｓのみに対応する場合には、１０Ｇ−ＣＤＲ３６、１０Ｇ符号同期回路４７及び第二フレーム種別分別回路４９は不要となり、１０Ｇｂｐｓのみに対応する場合には、符号同期回路４１及び第一フレーム種別分別回路４９は不要となる。
更に、データリカバリ３５は、レートを判定する部分のみに限定してよい。レート判定には多相クロックの相数は限定的なものでよく、１０ＧＨｚの２相クロックでサンプリングし、いずれかの位相において、３回連続して値が変化する場合が頻繁にあるか否かを調べるようなものでよい。

本実施形態において、１．２５Ｇｂｐｓの伝送方式はＧＥ−ＰＯＮの伝送方式に基づき、２Ｇｂｐｓの伝送レートはＧＥ−ＰＯＮを倍速にしたものである。１０Ｇｂｐｓの伝送レートは１０Ｇビットイーサネットの伝送方式に基づく。
本実施形態の端末装置ＯＮＵ２は、伝送レートが自動認識できるので、図２に例示したようなレートの予告や切り替え順の制約は必要なく、フレーム間のギャップ時間にレートを切り替えることができる。
本実施形態において、下り信号は、１Ｇ、２Ｇおよび１０Ｇのレートが時分割多重されているが、所定のレートを波長分割多重するようにしてもよい。例えば、１Ｇおよび２Ｇを時分割多重して一つの波長で伝送し、１０Ｇ信号は別の波長で伝送してもよい。この場合、図４の受信光信号と受信機１６は波長毎に独立し、それぞれデータリカバリ３５と、１０Ｇ−ＣＤＲ３６に接続されるようにすればよい。

登録やＰＯＮアクセス制御のためのＰＯＮ制御通信やマルチキャスト通信に際して、どのレートを使うかは、端末装置２，３，４の能力に関する前提に関連して、多くのバリエーションが考えられる。
すべての端末装置２，３，４が基準レート（例えば１Ｇｂｐｓ）の送受信能力を備えることを前提にすれば、ＰＯＮ制御通信やマルチキャスト通信には基準レートで行うのが簡便である。登録後、局側装置１と端末装置２，３，４の能力をネゴーシエーションすることによって、以後の１対1通信はより高速なレートを使うように移行できる。

一方、端末装置２，３，４の送受信能力を特定のレートに限定してもよいことを前提にすれば、登録手続きをレート毎に独立して行うこともできる。この場合、登録要求のポーリングはレート毎に行われる。マルチキャストフレームであって、受け手が複数のレートに渡る場合、そのマルチキャストフレームは受け手のレート毎に繰り返し送信されるようにすればよい。

本発明が想定するマルチレートＰＯＮシステムの概略構成図である。マルチレートＰＯＮの下り信号フレームの一例を示す図である。第一施形態の端末装置のＰＯＮインターフェース部を示す回路図である。第二施形態の端末装置のＰＯＮインターフェース部を示す回路図である。データリカバリの具体例を示す回路図である。１０Ｇ−ＣＤＲの具体例を示す回路図である。

符号の説明

１局側装置
２端末装置（１Ｇ用）
３端末装置（２Ｇ用）
４端末装置（１０Ｇ用）
５光ファイバ
６光カプラ
７光ファイバ
８光ファイバ
９光ファイバ
１０光ファイバ網
２５ＶＣＸＯ（基本クロックの発生器）
２６ドリフト判定回路（ドリフト調整部）
２７送信制御回路（送信制御部）
３２伝送クロック発生器
ＯＮＵ１端末装置
ＯＮＵ２端末装置
ＴＳタイムスタンプ

Claims

局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した各光ファイバの終端にそれぞれ接続された複数の端末装置とを含み、前記各端末装置から前記局側装置へ向かう上り通信が時分割多重されるＰＯＮシステムに使用する前記端末装置において、
下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点での当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように自身のＰＯＮカウンタの調整を行うドリフト調整部と、調整が行われた前記ＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定する送信制御部とを備えており、
前記上り信号の伝送クロックが、前記送信タイミングを決定する元となる基本クロックの発生器とは個別に設けた伝送クロック発生器によって生成されていることを特徴とするＰＯＮシステムに使用する端末装置。
前記ドリフト調整部は、タイムスタンプとＰＯＮカウンタのずれの履歴に基づいて前記の調整を定めるものである請求項１に記載のＰＯＮシステムに使用する端末装置。
局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した各光ファイバの終端にそれぞれ接続された複数の端末装置とを含み、前記各端末装置から前記局側装置へ向かう上り通信が時分割多重されるＰＯＮシステムに使用する前記端末装置において、
下り信号が想定する伝送レートに切り替わった場合に、その下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点での当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように自身のＰＯＮカウンタの調整を行うドリフト調整部と、調整が行われた前記ＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定する送信制御部とを備えていることを特徴とするＰＯＮシステムに使用する端末装置。
局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した光ファイバの終端にそれぞれ接続された端末装置とを含み、前記各端末装置から前記局側装置へ向かう上り通信が時分割多重されるＰＯＮシステムにおいて、
下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点での当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように前記端末装置のＰＯＮカウンタのドリフト調整を行い、調整が行われた前記ＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定する送信タイミングの制御方法であって、
前記上り信号の伝送クロックを、前記送信タイミングを決定する元となる基本クロックの発生器とは個別に設けた伝送クロック発生器によって生成することを特徴とする送信タイミングの制御方法。
局側装置と、この局側装置に接続された光ファイバから光カプラを介して複数の光ファイバに分岐した構成を成す光ファイバ網と、その分岐した光ファイバの終端にそれぞれ接続された端末装置とを含み、前記各端末装置から前記局側装置へ向かう上り通信が時分割多重されるＰＯＮシステムにおいて、
下り信号が想定する伝送レートに切り替わった場合に、その下り信号の制御フレームに含まれるタイムスタンプが送られてきた時点での当該タイムスタンプとの時間的ずれが小さくなるように前記端末装置のＰＯＮカウンタのドリフト調整を行い、調整が行われた前記ＰＯＮカウンタに基づいて上り信号の送信タイミングを決定することを特徴とする送信タイミングの制御方法。