JP5039319B2 - パケットベース・ネットワークでのライン・タイミング - Google Patents

Description

本発明は、基地局と電話局の間のパケットベース接続（たとえば、イーサネット（登録商標）・ファシリティ）を有する無線電話システムなどのパケットベース・ネットワークに関する。

従来、無線電話システムの基地局は、ＤＳ１またはＥ１の同期時分割多重（ＴＤＭ）信号または同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）信号を伝送する地上（電気または光）リンクを介して電話局に接続される。ＤＳ１信号は、約１．５４４Ｍｂｐｓまでのデータ・レートを提供することができるが、Ｅ１信号は、約２．０４８Ｍｂｐｓまでのデータ・レートを提供することができる。

基地局は、その基地局のセル・サイト（ｃｅｌｌ ｓｉｔｅ）内に位置する１つまたは複数の無線ユニット（たとえば、携帯セル電話機）に特定の周波数の無線信号を送信し、この周波数の精度は、通常、５０ＰＰＢ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｂｉｌｌｉｏｎ）（３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）標準規格の場合）または１６ＰＰＢ（ＯＢＳＡＩ（Ｏｐｅｎ Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ）標準規格の場合）以内である必要がある。この高い精度を達成するために、１６ＰＰＢより良い精度でクロック信号を回復できる全地球測位システム（ＧＰＳ）受信器を有する基地局を実装することができる。残念ながら、無線電話システムの各基地局にそのようなＧＰＳ受信器を提供することは、極度に高価になる可能性がある。

もう１つの可能な解決策は、各基地局に、十分な精度のクロック信号を生成できる、それ自体のフリーランニング（ｆｒｅｅ−ｒｕｎｎｉｎｇ）発振器を設けることであるが、これも極度に高価になる可能性がある。

十分に正確なクロック信号を供給するもう１つの既知の技法は、基地局が、受信した同期信号からその基準クロック信号を導出するライン・タイミング（ｌｉｎｅ ｔｉｍｉｎｇ）を使用することである。基地局での従来のライン・タイミングでは、異なるクロック信号が、１つまたは複数の電話局から受信された複数の異なる着信同期（たとえば、ＤＳ１／Ｅ１）信号から回復され、回復されたクロック信号のうちの１つが、（１）１つまたは複数の電話局に送り返される１つまたは複数の発信同期（たとえば、ＤＳ１／Ｅ１）信号の生成および（２）その基地局に関連する無線ユニットに送信されるその基地局の無線信号の生成に使用するために選択される。

基地局と電話局の間でより高いデータ・レート（たとえば、１００Ｍｂｐｓ以上）を提供するために、基地局と電話局の間で、従来のＤＳ１／Ｅ１接続ではなく、パケットベースのイーサネット（登録商標）接続（すなわち、ファシリティ）を使用する無線電話システムが提案されている。本明細書で使用される用語「イーサネット（登録商標）」は、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）標準規格ＩＥＥＥ ８０２．３（１９８０）および／またはその拡張に準拠する技術を指す。２つのノードの間の従来のイーサネット（登録商標）・ファシリティは、（１）各ノードが他方のノードへのイーサネット（登録商標）送信を制御するのに使用される基準クロック信号の生成に使用されるそれ自体のローカル発振器を有すること、または（２）一方のノードの物理インターフェース（ＰＨＹ）が他方のノードから受信したイーサネット（登録商標）送信からその基準クロック信号（そのノードが他方のノードへのイーサネット（登録商標）送信を制御するのに使用する）を導出し、他方のノードがその基準クロック信号の生成に使用されるローカル発振器を有する、ループ・タイミング（ｌｏｏｐ ｔｉｍｉｎｇ）のいずれかに頼る。既存のイーサネット（登録商標）標準規格は、クロック信号精度が約１００ＰＰＭ（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ）以内であることを規定している。したがって、従来のイーサネット（登録商標）技術の基準クロックは、従来の無線電話システムの基地局によって送信される無線信号を生成するための基準として使用するのに十分に正確ではない。
ＩＥＥＥ ８０２．３（１９８０） ＡＮＳＩ標準規格Ｔ１．１０１−１９９９

従来技術の問題は、本発明の原理に従い、その基地局および電話局がイーサネット（登録商標）・ファシリティを介して通信する無線電話システムなどのパケットベース通信システムでライン・タイミングを実装することによって解決されるが、ここで、電話局から基地局への少なくとも１つの接続のイーサネット（登録商標）信号は、基地局がその基地局の無線送信を生成するのに使用するのに十分に正確な基準クロックを受信したイーサネット（登録商標）信号から回復できるように、十分に正確なクロックを使用して生成される。そのようなシステムは、イーサネット（登録商標）・ファシリティによって提供される基地局と電話局の間の高められたデータ・レート（より低速の従来技術のＤＳ１／Ｅ１接続と対照的に）を達成できると同時に、基地局にＧＰＳ受信器または正確なフリーランニング発振器を配置する必要なしに、システムの無線通信に十分に正確な基準クロックが保証される。

一実施形態では、本発明は、パケットベース・ネットワーク（たとえば、図１の１００）のノード（たとえば、１０４）である。このノードに、１つまたは複数のレシーバ（たとえば、１３０）、クロック・セレクタ（たとえば、１３４）、および１つまたは複数のトランスミッタ（たとえば、１３０）が含まれる。各レシーバは、ネットワークの他のノード（たとえば、１０２）からの着信パケットベース信号を受信し、その着信パケットベース信号からクロック信号（たとえば、１４０）を回復する。クロック・セレクタは、１つまたは複数の回復されたクロック信号のうちの１つを基準クロック信号として選択する。各トランスミッタは、その基準クロック信号（たとえば、１４６）に基づいて、発信パケットベース信号を生成し、ネットワークの他のノード（たとえば、１０２）に送信する。

もう１つの実施形態では、本発明は、パケットベース・ネットワークのノード（たとえば、図４の４０５）である。このノードに、１つまたは複数のレシーバ、クロック・セレクタ（たとえば、４３５）、および１つまたは複数のトランスミッタが含まれる。各レシーバが、ネットワークの他のノードから着信パケットベース信号を受信する。クロック・セレクタが、ネットワークの１つまたは複数の他のノード（たとえば、４０４）からの１つまたは複数の導出されたクロック信号（たとえば、４５６）を受け取り、この１つまたは複数の導出されたクロック信号は、基準クロック信号（たとえば、４４７）として使用するために選択可能である。各トランスミッタは、基準クロック信号に基づいて、発信パケットベース信号を生成し、ネットワークの他のノードに送信する。

もう１つの実施形態では、本発明は、パケットベース・ネットワーク（たとえば、図１の１００）のノード（たとえば、１０２）である。このノードに、クロック・ソース（たとえば、１１０）および１つまたは複数のトランスミッタ（たとえば、１１４）が含まれる。クロック・ソースが、このノードの基準クロック信号（たとえば、１１８）を生成する。各トランスミッタは、基準クロック信号（たとえば、１１８）に基づいて発信パケットベース信号を生成し、ネットワークの他のノード（たとえば、１０４）に送信し、この発信パケットベース信号に、基準クロック信号の精度レベルを識別する同期化状況情報が含まれる。

もう１つの実施形態では、本発明は、１つまたは複数のマスタ・ノード（たとえば、１０２）および第１スレーブ・ノード（たとえば、１０４）を含むパケットベース・ネットワーク（たとえば、１００）である。各マスタ・ノードは、（１）マスタ・ノードのマスタ基準クロック信号（たとえば、１１８）を生成し、（２）このマスタ基準クロック信号に基づいて１つまたは複数のパケットベース信号を生成し、送信する。第１スレーブ・ノードは、（１）１つまたは複数のマスタ・ノードから１つまたは複数のパケットベース信号を受信し、この１つまたは複数のパケットベース信号から１つまたは複数のクロック信号（たとえば、１４０）を回復し、（２）この１つまたは複数の回復されたクロック信号のうちの１つを第１スレーブ基準クロック信号（たとえば、１４６）として選択し、（３）第１スレーブ基準クロック信号に基づいて、１つまたは複数のパケットベース信号を生成し、１つまたは複数のマスタ・ノードに送信する。

本発明の他の態様、特徴、および利益は、次の詳細な説明、添付請求項、および添付図面からより十分に明白になるが、図面では、類似する符号が、類似する要素または同一の要素を識別する。

図１は、本発明の例示的無線電話システム１００の一部を示すブロック図である。具体的には、図１に、パケットベース・イーサネット（登録商標）・ファシリティ１０６および１０８（たとえば、１０００ＢＡＳＥ−ＬＸ１０または１００ＢＡＳＥ−ＬＸ１０）によって相互接続された、ネットワーク要素１０２（たとえば、システム１００の電話局に位置するマスタ・タイミング・ノード）およびノード１０４（たとえば、システム１００の基地局に位置するスレーブ・ノード）が示されている。少なくともネットワーク要素１０２およびノード１０４の組合せに関して、ネットワーク要素１０２は、マスタ・タイミング基準として機能し、ノード１０４は、関連する無線ユニットへの基地局の無線送信の生成を含む、そのノードがその動作を駆動するのに使用する基準クロックを導出するためにライン・タイミングを実装するタイミング・スレーブである。

図１に示されているように、ネットワーク要素１０２に、クロック・ソース・タイミング・エンジン１１０およびイーサネット（登録商標）物理（ＰＨＹ）インターフェース１１２（イーサネット（登録商標）・トランスミッタ１１４およびイーサネット（登録商標）・レシーバ１１６を有する）が含まれる。クロック・ソース・タイミング・エンジン１１０は、約５０ＰＰＢ以上の精度を有するクロック信号１１８を生成する。図１に示された実装では、クロック信号１１８が、約１６ＰＰＢ以上の精度を有するＳｔｒａｔｕｍ ２（またはこれより良い）クロック信号である。実装に応じて、クロック・ソース・タイミング・エンジン１１０は、独立モードで動作しながらこれらの精度レベルを達成できる場合があり、あるいは、クロック信号１１８を生成するために外部クロック・ソース（たとえば、ＧＰＳ受信器）（図示せず）から十分に正確な基準クロック信号１２０を受け取る必要がある場合がある。どの場合でも、クロック信号１１８が、イーサネット（登録商標）・トランスミッタ１１４に供給され、イーサネット（登録商標）・トランスミッタ１１４は、そのクロック信号を使用して、データ・ストリーム１２２を、イーサネット（登録商標）・ファシリティ１０６を介してノード１０４に送信されるパケットベース・イーサネット（登録商標）信号に変換する。

さらに、イーサネット（登録商標）・レシーバ１１６は、ノード１０４からイーサネット（登録商標）・ファシリティ１０８を介して送信されたパケットベース・イーサネット（登録商標）信号を受信し、ＣＤＲ（ｃｌｏｃｋ−ａｎｄ−ｄａｔａ ｒｅｃｏｖｅｒｙ）動作を実行して、クロック信号１２４およびデータ信号１２６を回復するが、これらの信号は、図１に図示されていない他の回路を使用して、ペイロード・データを他のエンド・ユーザへのルーティングのために回路交換電話システムに送信するなど、既知の無線通信システム動作に従ってさらに処理される。１００Ｂａｓｅタイプのおよび１０００Ｂａｓｅタイプのイーサネット（登録商標）信号に関して、送信すべきデータがない時であっても、必ず、ファシリティでのタイムド・トランジション（ｔｉｍｅｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）がある。これによって、ＣＤＲが同期化されたままになり、同期回復がより簡単になる。

やはり図１に示されているように、ノード１０４に、イーサネット（登録商標）ＰＨＹインターフェース１２８（イーサネット（登録商標）・レシーバ１３０およびイーサネット（登録商標）・トランスミッタ１３２を有する）、クロック・セレクタ１３４、タイミング・エンジン１３６、およびクロック・ディストリビュータ１３８が含まれる。イーサネット（登録商標）・レシーバ１３０は、ネットワーク要素１０２からイーサネット（登録商標）・ファシリティ１０６を介して送信されたパケットベース・イーサネット（登録商標）信号を受信し、ＣＤＲ動作を実行して、クロック信号１４０およびデータ信号１４２を回復し、これらの信号は、図１に図示されていない他の回路を使用して、ペイロード・データを基地局のモバイル・ユニットへの無線送信のためにフォーマットするなど、既知の通信システム手順に従ってさらに処理される。

クロック・セレクタ１３４は、イーサネット（登録商標）ＰＨＹインターフェース１２８からクロック信号１４０を受け取ると同時に、おそらく、ノード１０４内で実装された他のイーサネット（登録商標）ＰＨＹインターフェースから１つまたは複数の他のクロック信号１４４を受け取り、これらの他のイーサネット（登録商標）ＰＨＹインターフェースは、ネットワーク要素１０２に似た、無線電話システム１００の同一の電話局および／または他の電話局に位置する他のネットワーク要素から受信された他のパケットベース・イーサネット（登録商標）信号からクロック信号１４４を回復する。クロック・セレクタ１３４は、回復されたクロック信号（１４０、１４４）のうちの１つをノード１０４の基準クロック信号１４６として選択するクロック選択アルゴリズム（後で説明する）を実装する。

基準クロック信号１４６は、タイミング・エンジン１３６に供給され、タイミング・エンジン１３６は、その現在の動作モードに応じて、基準クロック信号１４６を使用してノード・クロック信号１４８を生成することができ、このノード・クロック信号１４８は、ノード１０４内のある動作を駆動するのに使用される。タイミング・エンジン１３６は、ノード・クロック信号１４８の出力タイミング安定性が５０ＰＰＢより悪くならないことを保証するように設計された回路を有する。実装に応じて、タイミング・エンジン１３６は、ルビジウム技法またはオーブナイズド技法（ｏｖｅｎｉｚｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を使用して安定した周波数基準を作成することができ、この周波数基準は、着信イーサネット（登録商標）・ファシリティでのタイミングが不安定になった場合に、最小限のクロック精度を維持できる適切なホールドオーバー（ｈｏｌｄｏｖｅｒ）モードまたはフリーラン・モードを保証するのに使用することができる。

クロック・ディストリビュータ１３８は、ノード・クロック信号１４８をある動作に分配し、この動作に、（１）ネットワーク要素１０２およびおそらくはシステム１００の同一のまたは他の電話局内の１つまたは複数の他のネットワーク要素への送信のための１つまたは複数のパケットベース・イーサネット（登録商標）信号の生成および（２）基地局の無線ユニットへの送信のための無線信号の生成が含まれる。

具体的に言うと、図１には、クロック・ディストリビュータ１３８によってイーサネット（登録商標）・トランスミッタ１３２に供給される分配されるクロック信号１５０が示されており、イーサネット（登録商標）・トランスミッタ１３２は、このクロック信号を使用して、データ・ストリーム１５２を、イーサネット（登録商標）・ファシリティ１０８を介してネットワーク要素１０２に送信されるパケットベース・イーサネット（登録商標）信号に変換する。クロック・セレクタ１３４によって行われる選択に応じて、ＰＨＹインターフェース１２８のイーサネット（登録商標）・トランスミッタ１３２によって使用されるクロック信号１５０が、同一のＰＨＹインターフェースのイーサネット（登録商標）・レシーバ１３０によって回復されたクロック信号１４０に基づく場合とそうでない場合があることに留意されたい。

正常な動作状態の下で、クロック・セレクタ１３４に供給される回復されたクロック信号（１４０、１４４）のうちの少なくとも１つが、基地局の無線送信に関連する周波数要件を満足するのに十分な精度を有し、クロック・セレクタ１３４およびタイミング・エンジン１３６による適切な処理の結果として、ノード・クロック信号１４８が、これらの無線送信を生成するのに使用されるのに十分な精度を有するようになっている。

イーサネット（登録商標）・ファシリティ１０６を介するタイミング・トランスポートが、「ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｉｍｅｄ」（ＡＮＳＩ標準規格Ｔ１．１０１−１９９９による）でなければならないことに留意されたい。たとえば、ルータは、通常、内部フリーランニング基準クロックを使用して、着信イーサネット（登録商標）・パケットのタイミングを取り直す。たとえば光減衰に起因して、「再生成」を実行する必要がある場合に、その再生成は、減衰したビットストリームをブーストすると同時に、着信タイミングを保存するために「ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｉｍｉｎｇ」方式を使用しなければならない。

タイムド・イーサネット（登録商標）・ファシリティが、ルータまたは他のデータ処理ノードをトラバースする必要がある場合に、この発信ファシリティのタイミングは、指定された着信ファシリティに対して「ｔｈｒｏｕｇｈ−ｔｉｍｅｄ」でなければならない。この形で、入力タイミング・ファシリティからのタイミング・フローが、ルータを「ｔｈｒｏｕｇｈ（通って）」流れ、発信ファシリティに現れる。

クロック・セレクタ１３４は、基準クロック信号１４６として使用される適当に回復されたクロック信号を効果的に選択するアルゴリズムを実装するように設計されなければならない。さらに、クロック・セレクタ１３４によって実装されるアルゴリズムは、クロック信号がそれから回復されるイーサネット（登録商標）信号を生成したネットワーク要素での故障または他の異常なイベントの結果として特定のクロック信号がもはや十分に正確でなくなった時など、個々の回復されたクロック信号の経時的な状態の変化に適当に反応するようにも設計されなければならない。

１つの可能な実施形態では、クロック・セレクタ１３４は、回復されたクロック信号１４０、１４４を分析して、これらの回復されたクロック信号のうちどの１つまたは複数が十分に正確であるかを判定する。１つの可能な方式で、クロック・セレクタ１３４は、回復されたクロック信号の１つまたは複数の異なる対を比較し（たとえば、その両方が同一の時間期間内に実質的に同一個数のクロック・サイクルを有するかどうかを調べるために）、次に、この比較の結果を処理して、基地局の無線送信を生成するのに使用されるのに十分に正確な回復されたクロック信号を識別する。

１対のクロック信号を使用して、そのタイミングの精度をクロスチェックすることができる。他方の信号に対する一方の信号の測定は、一方を入力信号（Ａ）として使用し、他方（Ｂ）を、測定間隔を導出するための基準入力として使用することによって行うことができる。入力信号（Ａ）のクロック・サイクル数を、基準入力（Ｂ）によって確立される所与の間隔についてカウントすることができる。高い精度（たとえば、ＰＰＢ程度）を有するために、十分な測定間隔がカウントに使用され、たとえば、タイミング誤差を判定するために、少なくとも１０億個のクロック・サイクル（Ａ）が使用される。タイミング誤差は、２つのタイミング信号（Ａ）および（Ｂ）の間の周波数オフセットをもたらす。（Ｂ）に対して測定された（Ａ）の周波数オフセットの大きさは、（Ａ）に対して測定された（Ｂ）の周波数オフセットの大きさと同一なので、これらの測定方法のうちの１つだけを行えば十分である。２つの基準の間のタイミング精度が有効と考えられるためには、測定されたクロック・サイクル数（Ａ）が、上限閾値および下限閾値を超えることができない。両方の基準が、異なるクロックから発するので、この比較の方法は、統計的に有意であることが証明されて当然である。

例として、クロック・セレクタ１３４が、４つの異なる着信イーサネット（登録商標）信号を処理する４つの異なるイーサネット（登録商標）・レシーバから４つの異なる回復されたクロック信号Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤを受け取ると仮定する。さらに、回復されたクロック信号Ｃが、不良である（すなわち、５０ＰＰＢより悪い精度を有する）が、回復されたクロック信号Ａ、Ｂ、およびＤが、良い（すなわち、５０ＰＰＢ以上の精度を有する）と仮定する。この例では、６つの異なる可能な信号対の組合せ、Ａ−ｔｏ−Ｂ、Ａ−ｔｏ−Ｃ、Ａ−ｔｏ−Ｄ、Ｂ−ｔｏ−Ｃ、Ｂ−ｔｏ−Ｄ、およびＣ−ｔｏ−Ｄがある。

各信号対比較（図２のステップ２０２および２１２を参照されたい）で、クロック・セレクタ１３４は、他方のクロック信号の指定されたサイクル数に基づいて確立される間隔にわたって、一方のクロック信号のサイクル数をカウントする（ステップ２０４）。次に、第１クロック信号についてカウントされたクロック・サイクル数を指定された上閾値および下閾値と比較する（ステップ２０６）。カウントが閾値の間にある場合には、クロック信号の現在の対が、比較的小さい周波数オフセットを有すると言う（両方のクロック信号が、スレーブ・ノードの基準クロックとして使用されるのに十分に正確であることを示す）（ステップ２０８）。そうでない場合に、カウントが、閾値の間になく、クロック信号の現在の対が、比較的大きい周波数オフセットを有すると言う（クロック信号のうちの少なくとも１つが、スレーブ・ノードの基準クロックとして使用されるのに十分に正確ではないことを示す）（ステップ２１０）。

クロック・セレクタ１３４は、１つまたは複数の異なる信号対比較の結果を分析して、正確な回復されたクロック信号を識別する（ステップ２１４）。前の例を続け、６つの異なる可能な信号対比較の結果を、表Ｉに示す。この結果に基づいて、クロック・セレクタ１３４は、回復されたクロック信号Ａ、Ｂ、およびＤが良く、回復されたクロック信号Ｃが不良であると結論する。次に、クロック・セレクタ１３４は、クロック信号Ａ、Ｂ、およびＤのうちのどれでも、基準クロック信号１４６として使用するために選択することができる（ステップ２１４）。たとえば、クロック・セレクタ１３４を、（ｉ）Ａが、Ｂ、Ｃ、またはＤより先に選択され、（ｉｉ）Ｂが、ＣまたはＤより先に選択され、（ｉｉｉ）Ｃが、Ｄより先に選択されるなど、（任意の）優先順位方式を用いてプログラムすることができる。その場合に、現在の例では、クロック・セレクタ１３４は、基準クロック信号１４６として使用するために、回復されたクロック信号Ａを選択するはずである。

ある理由（たとえば、クロック信号Ａがそれから回復されるイーサネット（登録商標）信号の生成に使用される発振器）から、クロック信号Ａが良から不良に変化した場合に、クロック・セレクタ１３４は、（１）信号対比較Ａ−ｔｏ−ＢおよびＡ−ｔｏ−Ｄの周波数オフセットが、今では比較的大きいと判定し、（２）クロック信号ＢおよびＤだけが、よいクロック信号であると判定し、（３）基準クロック信号１４６にクロック信号Ｂを選択する（クロック信号Ｂが、クロック信号Ｄより高い優先順位を有するので）。

同様に、クロック信号Ａが、もう一度良になった場合に、クロック・セレクタ１３４は、その変化を検出し、そのプログラミングに応じて、基準クロック信号１４６にクロック信号Ａを選択することに戻るか、クロック信号Ｂのままにする（ある良い信号から別のよい信号に切り替えることから生じる不必要な攪乱を最小にするために）のいずれかを行う。

このクロック比較方式の変形形態が可能であることに留意されたい。たとえば、比較Ａ−ｔｏ−Ｂが、周波数オフセットが比較的小さいことを示す場合に、クロック・セレクタ１３４が、クロック信号ＡおよびＢの両方が良いと結論することができる。その場合に、他の信号対比較を実行する必要はない。一般に、追加の信号対比較を実行する必要があるのは、前の信号対比較結果の曖昧さが解決されるまでに限られる。

Ａ−ｔｏ−Ｂの比較が、クロック信号ＡおよびＢのうちの少なくとも１つが不良であることを示し、Ａ−ｔｏ−Ｃの比較が、クロック信号ＡおよびＣのうちの少なくとも１つが不良であることを示す場合に、５つの異なる可能な状況すなわち、（１）Ａが不良だが、ＢおよびＣが良い、（２）ＡおよびＢが不良だが、Ｃが良い、（３）ＡおよびＣが不良だが、Ｂが良い、（４）ＢおよびＣが不良だが、Ａが良い、ならびに（５）Ａ、Ｂ、およびＣのすべてが不良である、があることに留意されたい。システムが、単一故障点の前提を有する場合に、シナリオ＃１（１つの故障だけを有する唯一のシナリオ）が、真であると仮定することができ、クロック・セレクタ１３４は、クロック信号ＢまたはＣのいずれかを基準クロック信号１４６として選択することができる。そうでない場合に、異なる可能なシナリオのどれが真であるかを解決するためには、追加の信号対比較（たとえば、Ｂ−ｔｏ−Ｃ）を実行する必要がある。単一故障点の前提があれば、このクロック選択アルゴリズムを実行するために、少なくとも３つの回復されたクロック信号が必要である。

図２からわかるように、現在の信号対比較の周波数オフセットが、比較的小さい場合（ステップ２０８）に、クロック・セレクタ１３４は、必ず、基準クロック信号１４６として使用されるのに十分に正確であるものとして、少なくとも２つの回復されたクロック信号（すなわち、少なくとも、回復されたクロック信号の現在の対）を識別することができる。その場合に、処理を、ステップ２１４に進めることができ、ここで、クロック・セレクタ１３４が、よいクロック信号を識別し、そのうちの１つを基準クロック信号用に選択する。そうでない場合に、処理は、ステップ２０２に戻って、比較処理のために、回復されたクロック信号の次の対を選択する。

もう１つの選択肢は、回復されたクロック信号を、イーサネット（登録商標）・レシーバのホールドオーバー・モードのローカル・フリーランニング基準発振器の出力と比較することである。ホールドオーバー・モード発振器は、「最後のよい入力を記憶しており」、復元された基準を適格とするか再度適格とするのに使用される安定した短期基準として使用することができる。

特定の実装に応じて、図２のクロック選択アルゴリズムに加えてまたはその代わりに、システム１００が、図３の同期化状況シグナリング方式を実装し、この方式では、各ネットワーク要素（図１のネットワーク要素１０２など）が、それがイーサネット（登録商標）送信に使用する基準クロックの精度を判定し（図３のステップ３２０）、それに対応する基地局ノード（図１のノード１０４など）に送信されるイーサネット（登録商標）信号に同期化状況情報を含め、ここで、この同期化状況情報は、基準クロック精度を識別する（ステップ３０４）。ノード１０４は、１つまたは複数の受信されたイーサネット（登録商標）信号のそれぞれからクロック信号および対応する同期化状況情報を回復し（ステップ３０６）、その同期化状況情報を使用して、どの回復されたクロック信号が基準クロック信号１４６としての選択に適するかを判定する（ステップ３０８）。

表ＩＩに、ネットワーク要素から基地局ノードに送信されるイーサネット（登録商標）信号に含めることができる同期化状況値の１つの可能なセットを示す。表ＩＩは、ＡＮＳＩ（Ｓｔｒａｔｕｍベース）クロック仕様およびＩＴＵ−Ｔ（Ｇ．８１ｘ）クロック仕様の両方に基づく。長期（すなわち、フリーラン）精度（たとえば、指定された年数にわたる精度）ではなく、ホールドオーバー精度（たとえば、２４時間期間にわたる精度）に基づいてネットワーク要素のクロック・ソースを選択することで十分とすることができる。したがって、約１２ＰＰＢのホールドオーバー精度を有するＳｔｒａｔｕｍ ３クロックは、その長期精度が約４．６ＰＰＭであるが、適当とすることができる。ユーザ割当可能な値（表ＩＩの最後の項目）は、ユーザが、ユーザ自身の独自の品質レベルを設定することを可能にする。たとえば、ユーザが、現在は存在しない特殊な基地局クロックを定義することを望む場合に、ユーザは、そのクロックをこのレベルに割り当てることができる。すべてのネットワーク要素がこの手段を知っている限り、それらのネットワーク要素は、このコードを受信した時に、適当に働く。

同期化状況情報をネットワーク要素から基地局ノードに伝えることができる異なる形がある。たとえば、同期化状況パケット（ＳＳＰ）を、イーサネット（登録商標）・ファシリティのために定義することができ、ここで、各ＳＳＰパケットは、対応するファシリティを介して伝送されるイーサネット（登録商標）信号に関する同期化状況情報を伝える。独立のＳＳＰパケットを、ネットワーク要素からそれに対応する基地局ノードに定期的な間隔で（たとえば、５分ごとに１回）送信することができる。最後のそのような「ハートビート」ＳＳＰパケット以降の時間が指定された閾値レベルを超える場合に、受信する基地局ノードを、対応する回復されたクロック信号がもはやそのノードの基準クロック信号としての選択に適さないと結論するように設計することができる。その回復されたクロック信号が、現在そのノードの基準クロック信号に選択されているクロック信号である場合に、そのノードは、別の適当な回復されたクロック信号に切り替えるか、ホールドオーバー・モードに入るのいずれかを行うことができる。

ホールドオーバー・モードは、タイミング・エンジンが、その回線または外部で刻時される基準の故障の後に維持できる安定性である。ホールドオーバーに入る時に、タイミング・エンジンは、最後の有効な入力の精度に関する情報を保管し、この情報を使用して、将来の出力クロックを生成する。さまざまな動的条件が、ホールドオーバーでのクロックの精度に影響し得る（たとえば、温度、振動、加齢、および電圧変動）ので、ホールドオーバーの静的条件は、精度の有限の持続時間を有する。ホールドオーバー精度は、通常は連続した２４時間に関して指定されるので、動作の一時的手段として意図されたものである。

ＳＳＰパケットを使用することによって、ノード１０４は、パケットを単純に読み取ることによって、どの入力が良いまたは不良であるかを決定的に識別することができる。これによって、適さない基準対周波数オフセット法（前に説明した）の検出時間が固有に改善される。さらに、ＳＳＰパケットの使用は、別の比較基準の必要なしに、故障したまたは適さない基準の信頼できる検出を可能にする。したがって、イーサネット（登録商標）・リンクの同期状態をシグナリングするのにＳＳＰパケットを使用することが、効果的かつ効率的であることを示すことができる。

ＳＳＰパケットによって伝えられる品質レベル情報のほかに、ＳＳＰパケットは、同期基準のソースを識別することもできる。そのようなソース情報は、マスタのメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）アドレス（すなわち、マスタのソース・アドレス）を含めることによって伝えることができる。ＭＡＣアドレスは一意なので、２つのノードが同一のＭＡＣアドレスを有することはない。ＭＡＣアドレスを識別することによって、各ラインタイムド・ノードが、タイミング信号のソースを識別し、これを優先順位／品質レベル・アルゴリズムの一部として使用することができるようになる。さらに、タイミング信号のソースを知ることによって、タイミング・ループが回避される。タイミング・ループは、通常、タイミング信号のソースが未知の時に作られる。ソース・アドレッシングと共にＳＳＰパケットを使用することによって、イーサネット（登録商標）・ファシリティのライン・タイミングの信頼性が強化される。

その代わりにまたはそれに加えて、同期化状況情報を、他のイーサネット（登録商標）・パケットの使用可能なフィールド（たとえば、予約済みヘッダ・ビット）に埋め込むことができる。
対応するイーサネット（登録商標）信号の生成に使用されるクロック信号の精度を識別することに加えて、同期化状況メッセージングは、これらのイーサネット（登録商標）信号を送信するネットワーク要素のＭＡＣアドレスを明示的に識別することもできる。基地局ノードを、同期化状況メッセージングで表されるＭＡＣアドレスをイーサネット（登録商標）・ヘッダのＭＡＣアドレスと比較して、対応する回復されたクロック信号が選択に適することを判定する前にこれらのＭＡＣアドレスが同一であることを確認するように設計することができる。他のイーサネット（登録商標）・ノードのいずれかがＳＳＰパケットを生成する場合に、これらのパケットは、タイミング・トレース可能性を有しておらず、したがって、このチェックによって、ＳＳＰパケットが適当なマスタから発することが保証される。さらに、ノードは、承認されたマスタ・アドレスのリストからのＳＳＰパケットだけを受け入れるためにチェックを実行することもできる。この形で、ノードが、一意の物理クロック（マスタのアドレスによって表される）に基づいて入力基準を選択することもできる。

同期化状況メッセージングの１つの可能な実施形態では、基地局ノードは、最も正確な回復されたクロック信号を選択するように設計される。複数のクロック信号が、同一の最善の精度レベルを有する場合に、基地局ノードは、指定された優先順位リストを参照して、そのノードの基準クロック信号に関してクロック信号のうちの１つを選択することができる。

図４は、本発明のもう１つの例示的無線電話システム４００の一部を示すブロック図である。具体的には、図４に、パケットベース・イーサネット（登録商標）・ファシリティによって相互接続された、２つのネットワーク要素４０２および４０３（システム４００の１つの電話局内または２つの異なる電話局内のいずれかに位置する）と、それぞれそれに対応するノード４０４および４０５（システム４００の１つの基地局に位置する）が示されている。ネットワーク要素４０２および４０３のそれぞれは、実質的に図１のネットワーク要素１０２と同一であるが、ネットワーク要素４０３内のクロック・ソース４１１が、高い精度（たとえば、５０ＰＰＢ以上）を有するクロック信号を生成できないことが異なる。さらに、基地局ノード４０４および４０５のそれぞれは、実質的に図１の基地局ノード１０４と同一であるが、ノード４０４内の導出されたタイミング・インターフェース４５４の追加およびクロック・セレクタ１３４と同一のクロック・セレクタの代わりのノード４０５内のクロック・セレクタ４３５の実装が異なる。この実施形態では、ネットワーク要素４０２が、スレーブ・ノード４０４および４０５のマスタ・タイミング・ノードとして機能し、ネットワーク要素４０３が、フリーランニング・ノードである。

動作中に、ノード４０４の導出されたタイミング・インターフェース４５４は、ノード４０５内のクロック・セレクタ４３５への導出されたクロック信号４５６として、基準クロック信号４４６（たとえば、ネットワーク要素４０２からノード４０４に送信された非常に正確なイーサネット（登録商標）信号から回復される）を供給する。クロック・セレクタ４３５は、１つまたは複数の他のクロック信号、たとえば、同一基地局内の他のノードからの他の導出されたクロック信号および／またはノード４０５によってネットワーク要素４０３から受信されたイーサネット（登録商標）信号から回復されたクロック信号４４１などのノード４０５内のイーサネット（登録商標）ＰＨＹインターフェースからの回復されたクロック信号を受け取ることができる。

ノード４０５内で基準クロック信号４４７として非常に正確な導出されたクロック信号４５６を選択することによって、ネットワーク要素４０３が、かなりの精度でそれ自体のクロック信号４１９を生成できる必要がなくなる。図４に示されているように、クロック・ソース４１１は、約１００ＰＰＭのみの精度を有するクロック信号を生成することができる。この代替アーキテクチャは、本発明に基づく無線電話システムを実装するコストをさらに減らすのに使用することができる。

本発明を、少なくとも３つの異なる受信されたイーサネット（登録商標）信号から少なくとも３つのクロック信号を回復する基地局ノードの文脈で説明したが、理論的には、本発明を、単一の受信されたイーサネット（登録商標）信号から単一のクロック信号だけを回復する基地局の文脈で実装することができる。

本発明を、その基地局とその電話局との間にパケットベース・イーサネット（登録商標）・ファシリティを有する無線電話システムの文脈で説明したが、本発明を、他の文脈で実装することもできる。たとえば、無線電話システムを、１つまたは複数のパケットベース・イーサネット（登録商標）・ファシリティが少なくとも１つの基地局を少なくとも１つの電話局に接続し、システムの１つまたは複数の他の基地局が従来の同期（たとえば、ＤＳ１／Ｅ１）接続を使用して１つまたは複数の電話局に接続される、ハイブリッド・システムとすることができる。本発明は、無線電話システムの基地局および電話局に関するものだけではなく、すべての他のイーサネット（登録商標）・ネットワークの文脈で実装することもできる。一般に、本発明は、無線電話システム以外の通信システムおよび／またはイーサネット（登録商標）・ファシリティ以外のパケットベース接続の文脈で実装することができる。

本発明を、単一の集積回路（ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなど）、マルチチップ・モジュール、単一のカード、または複数カード回路パックとしての可能な実装を含む、回路ベース・プロセスとして実装することができる。当業者に明白なように、回路要素のさまざまな機能を、ソフトウェア・プログラムの処理ステップとして実装することもできる。そのようなソフトウェアは、たとえば、ディジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、または汎用コンピュータで使用することができる。

本発明を、これらの方法を実践する方法および装置の形で実施することができる。本発明は、フロッピ・ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ハード・ドライブ、または他の機械可読記憶媒体などの有形の媒体内で実施されたプログラム・コードの形で実施することもでき、この場合に、プログラム・コードがコンピュータなどの機械にロードされ、これによって実行される時に、その機械が、本発明を実践する装置になる。本発明は、たとえば、記憶媒体に保管されるか、機械にロードされ、かつ／または機械によって実行されるか、電子配線、電子ケーブリング、光ファイバ、もしくは電磁放射を介するなど、ある伝送媒体または担体を介して伝送されるいずれであれ、プログラム・コードの形で実施することもでき、この場合に、プログラム・コードがコンピュータなどの機械にロードされ、これによって実行される時に、その機械が、本発明を実践する装置になる。汎用コンピュータで実装される時に、プログラム・コード・セグメントが、プロセッサと組み合わされて、特定の論理回路に似て動作する独自のデバイスが提供される。

明示的にそうでないと述べられていない限り、各数値および範囲は、単語「約」が値または範囲の値の前にあるかのように、近似であるものと解釈されなければならない。

さらに、本発明の性質を説明するために説明され、図示された諸部分の詳細、材料、および配置におけるさまざまな変更を、添付請求項に示された本発明の範囲から逸脱せずに、当業者が行うことができることを理解されたい。

請求項での図面番号および／または図面符号の使用は、請求項の解釈を容易にするために、請求される主題の１つまたは複数の可能な実施形態を識別することを意図されたものである。そのような使用を、必ずこれらの請求項の範囲を対応する図面に示された実施形態に限定すると解釈してはならない。

添付された方法請求項は、存在する場合に、対応するラベル付けを用いて特定のシーケンスで示されているが、請求項の詳説が他の形でこれらの一部またはすべてを実装する特定のシーケンスを暗示しない限り、これらは、必ずしも、その特定のシーケンスで実装されることに限定されないものとする。

本発明の例示的無線電話システムの一部を示すブロック図である。 信号対比較を使用して基準クロック信号を選択するために図１のクロック・セレクタによって実装される処理を示す流れ図である。 同期化状況シグナリング方式を使用して基準クロック信号を選択するために図１のクロック・セレクタによって実装される処理を示す流れ図である。 本発明のもう１つの例示的無線電話システムの一部を示すブロック図である。

Claims (11)

1. パケットベース・ネットワークのノードであって、
   各レシーバが、前記ネットワークの他のノードから着信パケットベース信号を受信し、前記着信パケットベース信号からラインタイムドクロック信号を回復するためにライン・タイミングを実装するように適合された、１つまたは複数のレシーバと、
   前記１つまたは複数の回復されたラインタイムドクロック信号のうちの１つを基準クロック信号として選択するように適合されたクロック・セレクタと、
   各トランスミッタが、前記基準クロック信号に基づいて発信パケットベース信号を生成し、前記ネットワークの他のノードに送信するように適合された、１つまたは複数のトランスミッタとを含み、
   前記基準クロック信号は、各発信パケットベース信号を生成するのに十分な精度を有し、
   前記クロック・セレクタが、前記基準クロック信号を選択するために前記回復されたラインタイムドクロック信号の対単位の比較を実行するように適合され、および
   回復されたラインタイムドクロック信号の１つまたは複数の異なる対ごとに、前記クロック・セレクタが、
   前記対の間の相対周波数オフセットの尺度を生成し、
   （１）前記対の回復されたラインタイムドクロック信号の両方が、前記基準クロック信号として選択されるのに十分に正確であるか、それとも（２）前記対の回復されたラインタイムドクロック信号の少なくとも１つが、前記基準クロック信号として選択されるのに十分に正確でないかを判定するのに相対周波数オフセットの前記尺度を使用する
   ように適合される、ノード。
   
2. 前記クロック・セレクタが、少なくとも、少なくとも１つの回復されたラインタイムドクロック信号が前記基準クロック信号として選択されるのに十分に正確であることを相対周波数オフセットの前記尺度が示すまで、前記回復されたラインタイムドクロック信号の１つまたは複数の異なる対を分析するように適合される、請求項１に記載のノード。
   
3. 少なくとも１つのレシーバが、それに対応する着信パケットベース信号から、前記着信パケットベース信号を生成するのに使用されたクロック信号の精度レベルを識別する同期化状況情報を回復するように適合され、
   前記クロック・セレクタが、対応する回復されたラインタイムドクロック信号が前記基準クロック信号として選択されるのに十分に正確であるかどうかを識別するために、前記回復された同期化状況情報を使用するように適合される、請求項１に記載のノード。
   
4. 前記同期化状況情報が、前記着信パケットベース信号の独立の同期化状況パケットに含まれる、請求項３に記載のノード。
   
5. 同期化ソース情報が、前記他のノードのソース・アドレスを含み、
   前記クロック・セレクタが、対応する回復されたラインタイムドクロック信号を前記基準クロック信号として選択できるかどうかを判定するために、前記他のノードの前記ソース・アドレスを使用するように適合される、請求項３に記載のノード。
   
6. 前記少なくとも１つのレシーバが、指定された時間の長さを超える間に同期化状況情報を受信していない場合に、前記クロック・セレクタが、対応する回復されたラインタイムドクロック信号が前記基準クロック信号として選択されるのに適さないと判定するように適合される、請求項３に記載のノード。
   
7. 前記ノードが、さらに、前記ネットワークの他のノードの、基準クロック信号として使用するために選択可能である導出されたラインタイムドクロック信号として前記基準クロック信号を前記他のノードに供給するように適合された導出されたタイミング・インターフェースを含む、請求項１に記載のノード。
   
8. パケットベース・ネットワークの第１のノードであって、
   前記第１のノードの第１の基準クロック信号を生成するように適合されたクロック・ソースと、
   各トランスミッタが、前記第１の基準クロックに基づいて発信パケットベース信号を生成し、前記ネットワークの他のノードに送信するように適合された１つまたは複数のトランスミッタであって、前記発信パケットベース信号が、前記第１の基準クロック信号の精度レベルを識別する同期化状況情報を含む、トランスミッタとを含み、
   前記他のノードは、それに対応する着信パケットベース信号から、前記着信パケットベース信号を生成するのに使用された前記第１の基準クロック信号の前記精度レベルを識別する前記同期化状況情報を回復するように適合され、
   同期化ソース情報は、前記第１のノードのソース・アドレスを含み、
   前記他のノードは、前記他のノードにおいて回復された回復されたクロック信号が、前記他のノードによって１つまたは複数の発信パケットベース信号を生成するのに使用される他の基準クロック信号として選択されるのに十分に正確であるかどうかを判定するために、前記第１のノードの前記ソース・アドレスを使用するように適合される、第１のノード。
   
9. パケットベース・ネットワークのノードであって、
   各レシーバが、前記ネットワークの他のノードから着信パケットベース信号を受信し、前記着信パケットベース信号からクロック信号を回復するように適合された、１つまたは複数のレシーバと、
   前記１つまたは複数の回復されたクロック信号のうちの１つを基準クロック信号として選択するように適合されたクロック・セレクタと、
   各トランスミッタが、前記基準クロック信号に基づいて発信パケットベース信号を生成し、前記ネットワークの他のノードに送信するように適合された、１つまたは複数のトランスミッタとを含み、
   前記クロック・セレクタが、前記基準クロック信号を選択するために前記回復されたクロック信号の対単位の比較を実行するように適合され、および
   回復されたクロック信号の１つまたは複数の異なる対ごとに、前記クロック・セレクタが、
   前記対の間の相対周波数オフセットの尺度を生成し、
   （１）前記対の回復されたクロック信号の両方が、前記基準クロック信号として選択されるのに十分に正確であるか、それとも（２）前記対の回復されたクロック信号の少なくとも１つが、前記基準クロック信号として選択されるのに十分に正確でないかを判定するのに相対周波数オフセットの前記尺度を使用する
   ように適合される、ノード。
   
10. パケットベース・ネットワークのノードであって、
    各レシーバが、前記ネットワークの他のノードから着信パケットベース信号を受信し、前記着信パケットベース信号からクロック信号を回復するように適合された、１つまたは複数のレシーバと、
    前記１つまたは複数の回復されたクロック信号のうちの１つを基準クロック信号として選択するように適合されたクロック・セレクタと、
    各トランスミッタが、前記基準クロック信号に基づいて発信パケットベース信号を生成し、前記ネットワークの他のノードに送信するように適合された、１つまたは複数のトランスミッタとを含み、
    少なくとも１つのレシーバが、それに対応する着信パケットベース信号から、前記着信パケットベース信号を生成するのに使用されたクロック信号の精度レベルを識別する同期化状況情報を回復するように適合され、
    前記クロック・セレクタが、対応する回復されたクロック信号が前記基準クロック信号として選択されるのに十分に正確であるかどうかを識別するために、前記回復された同期化状況情報を使用するように適合され、
    同期化ソース情報が、前記他のノードのソース・アドレスを含み、
    前記クロック・セレクタが、対応する回復されたクロック信号を前記基準クロック信号として選択できるかどうかを判定するために、前記他のノードの前記ソース・アドレスを使用するように適合される、ノード。
    
11. パケットベース・ネットワークのノードであって、
    各レシーバが、前記ネットワークの他のノードから着信パケットベース信号を受信し、前記着信パケットベース信号からクロック信号を回復するように適合された、１つまたは複数のレシーバと、
    前記１つまたは複数の回復されたクロック信号のうちの１つを基準クロック信号として選択するように適合されたクロック・セレクタと、
    各トランスミッタが、前記基準クロック信号に基づいて発信パケットベース信号を生成し、前記ネットワークの他のノードに送信するように適合された、１つまたは複数のトランスミッタとを含み、
    少なくとも１つのレシーバが、それに対応する着信パケットベース信号から、前記着信パケットベース信号を生成するのに使用されたクロック信号の精度レベルを識別する同期化状況情報を回復するように適合され、
    前記クロック・セレクタが、対応する回復されたクロック信号が前記基準クロック信号として選択されるのに十分に正確であるかどうかを識別するために、前記回復された同期化状況情報を使用するように適合され、
    前記少なくとも１つのレシーバが、指定された時間の長さを超える間に同期化状況情報を受信していない場合に、前記クロック・セレクタが、対応する回復されたクロック信号が前記基準クロック信号として選択されるのに適さないと判定するように適合される、ノード。

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