JP6068031B2 - Time synchronization apparatus, time synchronization method, and time synchronization program - Google Patents

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本発明は時刻同期装置、時刻同期方法、および時刻同期プログラムに関し、特にネットワークの停止状態がある非対称遅延環境にあっても出力クロック信号における周波数揺らぎを低減して高精度の時刻同期を実現しうる時刻同期装置等に関する。   The present invention relates to a time synchronization apparatus, a time synchronization method, and a time synchronization program, and in particular, can achieve high-accuracy time synchronization by reducing frequency fluctuations in an output clock signal even in an asymmetric delay environment where a network is stopped. The present invention relates to a time synchronizer and the like.

無線通信において、無線基地局間の時刻の同期についてはますます高精度化が要求されている。特に次世代の高速無線通信規格として広まりつつあるLTE(Long Term Evolution)などでは、無線基地局間の時刻の同期は一般的には50ppb以下が要求されているが、顧客によっては1ppb以下、即ち1億分の1秒以下という高精度の同期が要求される場合も実際にある。   In wireless communication, higher accuracy is required for time synchronization between wireless base stations. In particular, in LTE (Long Term Evolution), which is spreading as a next-generation high-speed wireless communication standard, time synchronization between wireless base stations is generally required to be 50 ppb or less, but depending on customers, it is 1 ppb or less. In some cases, high-accuracy synchronization of 100 millionth of a second or less is required.

このような高精度の時刻同期を実現するプロトコルが、非特許文献1に記載のIEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)によって制定されたIEEE1588v2である。このプロトコルは、それ自体が上り回線と下り回線の遅延構成が同一である対称遅延環境を前提として策定されたものであるので、上り回線と下り回線の遅延構成が同一でない非対称遅延環境では、高精度の時刻同期をしにくいという点が当初から問題とされてきた。   A protocol for realizing such high-precision time synchronization is IEEE 1588v2 established by IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) described in Non-Patent Document 1. This protocol was developed on the assumption of a symmetric delay environment in which the uplink and downlink delay configurations are the same, so in an asymmetric delay environment where the uplink and downlink delay configurations are not identical, From the beginning, it has been a problem that accurate time synchronization is difficult.

IEEE1588v2で「1ppb」以下という時刻同期精度の厳しい要求を満足させるためには、パケット信号の位相雑音に相当する位相の揺らぎを除去する必要がある。この位相揺らぎを、以後パケットジッタ・ワンダという。周波数10Hz以上の成分をパケットジッタ、10Hz未満の成分をパケットワンダというが、ここではそれらを特に区別する必要性はないので、一括してパケットジッタ・ワンダと呼ぶことにする。   In order to satisfy the strict requirement of time synchronization accuracy of “1 ppb” or less in IEEE 1588v2, it is necessary to remove the phase fluctuation corresponding to the phase noise of the packet signal. This phase fluctuation is hereinafter referred to as packet jitter wander. A component having a frequency of 10 Hz or more is referred to as packet jitter, and a component having a frequency of less than 10 Hz is referred to as packet wander. However, since there is no need to particularly distinguish them, they are collectively referred to as packet jitter / wander.

このパケットジッタ・ワンダを除去するには、クロック信号生成の段階でソフトウェア的に除去する方法と、もしくは外部PLL(Phase Locked Loop、位相比較回路)を通すことによって除去する方法という、大きく分けて2種類の方法がある。   The removal of the packet jitter / wander can be broadly divided into two methods, ie, a software removal method at the clock signal generation stage or a removal method through an external PLL (Phase Locked Loop). There are different ways.

このうち、前者のソフトウェアで除去する方法は、様々なベンダから提案されているが、ITU−T(International Telecommunication Union- Telecommunication Standardization Sector)でも検討されているように、クロック信号生成のソフトウェアだけでは要求された「1ppb」以下という性能を満たすことは一般的に困難である。このため、マスタ装置とスレーブ装置の中間にBC(Boundary Clock)もしくはTC(Transparent Clock)といったクロック装置が必要となる。   Of these, the removal method using the former software has been proposed by various vendors. However, as studied by the ITU-T (International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector), it is required only by the clock signal generation software. It is generally difficult to satisfy the performance of “1 ppb” or less. For this reason, a clock device such as BC (Boundary Clock) or TC (Transparent Clock) is required between the master device and the slave device.

これに対して、後者の外部PLLで除去する方法は、発生したパケットジッタ・ワンダを抑制するだけでよいので、BCやTCといった装置を新たに配備する必要がなく、ネットワーク全体としてのコストを安価に抑制することができる。   On the other hand, since the method of removing by the latter external PLL only needs to suppress the generated packet jitter / wander, there is no need to newly install a device such as BC or TC, and the cost of the entire network is low. Can be suppressed.

図6は、既存技術に係る時刻同期装置901の構成について示す説明図である。時刻同期装置901は、IEEE1588v2プロトコル部910と、IEEE1588v2パケット検出部920と、ディジタルPLL部930とから構成されている。IEEE1588v2プロトコル部910は、IEEE1588v2プロトコルに準拠する通信によって外部からクロック信号および受信パケットを受信し、これに応じてスレーブ時刻を生成する。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing the configuration of the time synchronization apparatus 901 according to the existing technology. The time synchronizer 901 includes an IEEE 1588v2 protocol unit 910, an IEEE 1588v2 packet detection unit 920, and a digital PLL unit 930. The IEEE 1588v2 protocol unit 910 receives a clock signal and a received packet from the outside by communication conforming to the IEEE 1588v2 protocol, and generates a slave time according to this.

より具体的には、IEEE1588v2プロトコル部910は、外部クロックを基にスレーブ側の時刻を生成するスレーブ時刻タイマ機能911、受信パケットをキャプチャするパケットキャプチャ機能912、時刻オフセットを算出して出力するスレーブ時刻計算機能913、およびスレーブ時刻タイマ機能911で生成されたスレーブ時刻に時刻オフセットを加算してスレーブ時刻を調整する時刻加算器914を含む。   More specifically, the IEEE 1588v2 protocol unit 910 includes a slave time timer function 911 that generates a slave time based on an external clock, a packet capture function 912 that captures a received packet, and a slave time that calculates and outputs a time offset. A time adder 914 that adjusts the slave time by adding a time offset to the slave time generated by the calculation function 913 and the slave time timer function 911 is included.

スレーブ時刻計算機能913は、パケットキャプチャ機能912で受信パケットとスレーブ時刻とから算出された各数値を元に時刻オフセットを算出し、これを時刻加算器914に出力する。そして、この時刻加算器914からの出力が、周波数揺らぎ成分除去前の時刻信号(1pps)としてディジタルPLL部930に出力される。   The slave time calculation function 913 calculates a time offset based on each numerical value calculated from the received packet and the slave time by the packet capture function 912, and outputs this to the time adder 914. The output from the time adder 914 is output to the digital PLL unit 930 as a time signal (1 pps) before removing the frequency fluctuation component.

ディジタルPLL部930は、非対称遅延環境に起因するパケットジッタ・ワンダ除去性能を持ちかつ後述のホールドオーバ機能を持ち、これによって時刻加算器14から出力された時刻信号(1pps)から周波数揺らぎ成分を除去し、要求精度1ppb以内を満たす時刻信号を出力する。かつ、ディジタルPLL部930の位相ノイズ遮断周波数=1mHzである。   The digital PLL unit 930 has a packet jitter / wander removal performance due to an asymmetric delay environment and has a holdover function described later, thereby removing a frequency fluctuation component from the time signal (1 pps) output from the time adder 14. Then, a time signal satisfying the required accuracy within 1 ppb is output. In addition, the phase noise cutoff frequency of the digital PLL unit 930 is 1 mHz.

ディジタルPLL部930は、一般的なホールドオーバ機能付き完全積分型ディジタルPLL構成を備える。即ち、位相比較器931、ディジタルアンプ932、完全積分器933、ホールドオーババッファ934、選択器935、D/Aコンバータ936、VC−OCXO937、および分周器938を含む。   The digital PLL unit 930 has a general complete digital PLL configuration with a holdover function. That is, a phase comparator 931, a digital amplifier 932, a complete integrator 933, a holdover buffer 934, a selector 935, a D / A converter 936, a VC-OCXO 937, and a frequency divider 938 are included.

位相比較器931は、時刻加算器914から出力された時刻信号(1pps)と後述のVC−OCXO937からの出力信号から分周器938によって分周された再生信号との位相差を検出する。ディジタルアンプ932は、位相比較器931から出力された一次ループ信号を増幅する。完全積分器933は、ディジタルアンプ932から出力された二次ループ信号の増幅および積分処理を行う。ホールドオーババッファ934は、完全積分器933からの出力データを平均化してホールドオーバ機能を実現する。   The phase comparator 931 detects the phase difference between the time signal (1 pps) output from the time adder 914 and the reproduction signal divided by the frequency divider 938 from the output signal from the VC-OCXO 937 described later. The digital amplifier 932 amplifies the primary loop signal output from the phase comparator 931. The complete integrator 933 performs amplification and integration processing on the secondary loop signal output from the digital amplifier 932. The holdover buffer 934 realizes a holdover function by averaging the output data from the complete integrator 933.

選択器935は、後述のIEEE1588v2パケット検出部920のシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能921からの出力に応じて、完全積分器933とホールドオーババッファ934のうちどちらからの出力信号を後続のD/Aコンバータ機能936に出力するかを選択する。D/Aコンバータ936は、選択器935で選択されたディジタル信号を電圧信号(アナログ信号)に変換する。   In response to an output from a sync message stop monitor function 921 of an IEEE 1588v2 packet detection unit 920, which will be described later, the selector 935 selects an output signal from either the complete integrator 933 or the holdover buffer 934 as a subsequent D / D. Select whether to output to the A converter function 936. The D / A converter 936 converts the digital signal selected by the selector 935 into a voltage signal (analog signal).

VC−OCXO937(Voltage Controlled / Oven Controlled Crystal Oscillator)は、D/Aコンバータ936から出力された電圧信号を周波数信号に変換する。分周器938は、VC−OCXO937からの出力信号を分周し、これが最終的に要求精度1ppb以内を満たす時刻信号として外部に出力されると同時に、前述の位相比較器931にも入力される。   A VC-OCXO 937 (Voltage Controlled / Oven Controlled Crystal Oscillator) converts the voltage signal output from the D / A converter 936 into a frequency signal. The frequency divider 938 divides the output signal from the VC-OCXO 937, and this is finally output to the outside as a time signal that satisfies the required accuracy within 1 ppb, and at the same time, also input to the phase comparator 931. .

IEEE1588v2パケット検出部920は、シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能921を備える。シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能921は、受信パケットを監視してシンク(Sync)メッセージが当該受信パケットに含まれているか否かを検出し、その検出結果に応じて選択器935で完全積分器933とホールドオーババッファ934のうちどちらからの出力信号を選択するかを決定する制御信号を出力する。   The IEEE 1588v2 packet detection unit 920 includes a sync message stop monitor function 921. The sync message stop monitor function 921 monitors the received packet to detect whether or not the sync message is included in the received packet, and the selector 935 completes the integrator based on the detection result. A control signal for determining which output signal from 933 and the holdover buffer 934 is selected is output.

より具体的には、通常の状態では選択器935は完全積分器933からの出力信号を選択しているが、受信パケットに予め与えられた所定の時間に亘ってシンク(Sync)メッセージが検出されなければ、シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能921は選択器935にホールドオーババッファ934からの出力信号を選択させ、その後シンク(Sync)メッセージが再び検出されれば、完全積分器933からの出力信号を選択する通常の状態に戻す。   More specifically, the selector 935 selects the output signal from the complete integrator 933 in a normal state, but a sync message is detected for a predetermined time given to the received packet in advance. If not, the sync message stop monitor function 921 causes the selector 935 to select the output signal from the holdover buffer 934, and if the sync message is detected again, the output signal from the complete integrator 933 is detected. Select to return to the normal state.

図7は、図6に示した時刻同期装置901で、上り回線(スレーブ→マスター方向)と下り回線(マスター→スレーブ方向)のいずれにおいても遅延が全くない理想的な遅延環境を仮定した場合の、各パケットの遅延の分布を示すグラフである。ここで、パケット送信間隔=125msと想定されている。このグラフでは、上り回線と下り回線のいずれも遅延が全くないので、全パケットが遅延時間「0s」に分布している。   FIG. 7 shows a case where the time synchronizer 901 shown in FIG. 6 assumes an ideal delay environment in which there is no delay in both the uplink (slave → master direction) and the downlink (master → slave direction). 4 is a graph showing a delay distribution of each packet. Here, it is assumed that the packet transmission interval = 125 ms. In this graph, since neither the uplink nor the downlink has any delay, all packets are distributed in the delay time “0 s”.

図8は、図7に示した理想的な遅延環境で、IEEE1588v2プロトコル部910内で算出された時刻オフセットの周波数成分を高速フーリエ変換(FFT)した結果を示すグラフである。パケット送信間隔=125ms、即ち信号周波数=8Hzであるので、周波数成分の最大周波数は理論上4Hzとなる。この周波数成分はパケットの位相雑音に相当するものであり、即ちパケットジッタ・ワンダである。   FIG. 8 is a graph showing the result of fast Fourier transform (FFT) of the time offset frequency component calculated in the IEEE 1588v2 protocol unit 910 in the ideal delay environment shown in FIG. Since the packet transmission interval = 125 ms, that is, the signal frequency = 8 Hz, the maximum frequency of the frequency component is theoretically 4 Hz. This frequency component corresponds to the phase noise of the packet, that is, packet jitter wander.

図9は、図8に示したパケットジッタ・ワンダを位相ノイズ遮断周波数=1mHz(=0.001Hzであるので、直流ループゲイン=2π×1mHz=0.00628)であるディジタルPLL部930を通して出力される周波数成分を示すグラフである。ここで、図9に示した周波数成分を積分する。積分条件は、サンプリング周波数:8Hz、FFTポイント数:65536個である(本明細書で以後行われる積分についても、これと同条件とする)。これより、位相雑音成分(位相変動量)は約30ns程度となる。   9 outputs the packet jitter wander shown in FIG. 8 through the digital PLL unit 930 where the phase noise cutoff frequency = 1 mHz (= 0.001 Hz, so the DC loop gain = 2π × 1 mHz = 0.00628). 5 is a graph showing frequency components. Here, the frequency components shown in FIG. 9 are integrated. The integration conditions are: sampling frequency: 8 Hz, number of FFT points: 65536 (the same conditions apply to the integration performed thereafter in this specification). Thus, the phase noise component (phase fluctuation amount) is about 30 ns.

既知の関数である以下の数1〜3より、周波数変動量(ppm)は以下の数4〜5のように求められる。   From the following formulas 1 to 3, which are known functions, the frequency variation (ppm) is obtained as the following formulas 4 to 5.

Figure 0006068031
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これらの関係より、図9から求められる周波数変動量(ppm)は0.00628×30ns≒0.19ppbとなる。これは、要求事項である「1ppb」以下を満たす。ただしこれは、前述のように「上り回線と下り回線のいずれにおいても遅延が全くない理想的な遅延環境」を仮定した場合の数字である。   From these relationships, the amount of frequency fluctuation (ppm) obtained from FIG. 9 is 0.00628 × 30 ns≈0.19 ppb. This satisfies the requirement “1 ppb” or less. However, this is a number assuming the “ideal delay environment in which there is no delay in both the uplink and the downlink” as described above.

図10〜11は、図6に示した時刻同期装置901で、ITU−T G.8261(非特許文献2)の「テストケース12」に従った負荷変動時の遅延環境を仮定した場合の、各パケットの遅延の分布を示すグラフである。   10 to 11 show the time synchronizer 901 shown in FIG. 8 is a graph showing a delay distribution of each packet when a delay environment at the time of load change according to “Test Case 12” of 8261 (Non-Patent Document 2) is assumed.

この「テストケース12」とは、実際の回線における遅延環境を想定した負荷モデルとしてITU−Tが勧告したテストケースであり、より具体的にはマスタ→スレーブ方向の負荷を80%とし、スレーブ→マスタ方向の負荷を20%としたものである。図10はマスタ→スレーブ方向の遅延分布を、図11はスレーブ→マスタ方向の遅延分布を各々示している。   The “test case 12” is a test case recommended by ITU-T as a load model assuming a delay environment in an actual line. More specifically, the load in the master-to-slave direction is set to 80%, and the slave → The load in the master direction is 20%. FIG. 10 shows the delay distribution in the master → slave direction, and FIG. 11 shows the delay distribution in the slave → master direction.

図12は、図10〜11に示したITU−T G.8261の「テストケース12」に従った遅延環境で、IEEE1588v2プロトコル部910内で算出された時刻オフセットの周波数成分を高速フーリエ変換(FFT)した結果を示すグラフである。図13は、図12に示した周波数成分を、図9と同一の条件で積分して得られる結果を示すグラフである。これより、位相雑音成分(位相変動量)は約50ns程度となる。   FIG. 12 shows the ITU-T GG shown in FIGS. 8 is a graph showing a result of fast Fourier transform (FFT) of a frequency component of a time offset calculated in the IEEE 1588v2 protocol unit 910 in a delay environment according to 8261 “test case 12”. FIG. 13 is a graph showing the results obtained by integrating the frequency components shown in FIG. 12 under the same conditions as in FIG. Thus, the phase noise component (phase fluctuation amount) is about 50 ns.

これと前述の数5とから、周波数変動量(ppm)は0.00628×50ns≒0.31ppbとなる。これも要求事項である「1ppb」以下を満たす。このように、パケットジッタ・ワンダ成分が非対称遅延環境のみに起因する場合は、位相ノイズ遮断周波数が1mHzであるPLL回路(ディジタルPLL部930)を実装すれば、要求事項である「1ppb」以下を満足することができる。   From this and Equation 5 above, the frequency variation (ppm) is 0.00628 × 50 ns≈0.31 ppb. This also satisfies the requirement “1 ppb” or less. As described above, when the packet jitter / wander component is caused only by the asymmetric delay environment, if a PLL circuit (digital PLL unit 930) having a phase noise cut-off frequency of 1 mHz is mounted, the requirement “1 ppb” or less is reduced. Can be satisfied.

これに関連する技術文献として、次の各特許文献がある。その中でも特許文献1には、GPS信号によって高精度の時刻同期を実現するというタイミング同期装置について記載されている。特許文献2には、スレーブ→マスタの第一遅延量とその逆方向の第二遅延量から時刻の差分を計算して時刻を同期させるという時刻同期システムについて記載されている。   There are following patent documents as technical documents related to this. Among them, Patent Document 1 describes a timing synchronization device that realizes highly accurate time synchronization by a GPS signal. Patent Document 2 describes a time synchronization system in which a time difference is calculated from a first delay amount from slave to master and a second delay amount in the opposite direction to synchronize the time.

特許文献3には、伝送網側とGPS側のクロックの比較によって時刻を同期させるという時刻同期網について記載されている。特許文献4には、正確に時刻同期が取れているか否かをスレーブ側で確証可能というクロック同期システムについて記載されている。特許文献5には、クライアント側でタイムサーバから受信したクロック信号との間の誤差を計算してこれを0に収束させていくというタイミングシステムについて記載されている。非特許文献1には前述のようにIEEE1588v2プロトコルが、非特許文献2には前述のように負荷モデルのテストケースが、各々記載されている。   Patent Document 3 describes a time synchronization network that synchronizes time by comparing clocks on the transmission network side and the GPS side. Patent Document 4 describes a clock synchronization system in which it is possible to verify on the slave side whether or not time synchronization is accurately achieved. Patent Document 5 describes a timing system in which an error between a clock signal received from a time server on a client side is calculated and converged to zero. Non-Patent Document 1 describes the IEEE 1588v2 protocol as described above, and Non-Patent Document 2 describes the load model test case as described above.

特開2012−004914号公報JP 2012-004914 A 特開2011−135482号公報JP 2011-135482 A 特開2010−278456号公報JP 2010-278456 A 特開2011−029918号公報JP 2011-029918 A 特表2011−525308号公報Special table 2011-525308 gazette

IEEE P1588 TM/D1, “Draft Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems”, June, 2007.IEEE P1588 TM / D1, “Draft Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems”, June, 2007. "Recommendation G.8261/Y.1361 (04/08) : Timing and synchronization aspects in packet networks",International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector, 12.March, 2009."Recommendation G.8261 / Y.1361 (04/08): Timing and synchronization aspects in packet networks", International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector, 12.March, 2009.

図14〜15は、図6に示した時刻同期装置901で、ITU−T G.8261の「テストケース15」に従った負荷変動時の遅延環境を仮定した場合の、各パケットの遅延の分布を示すグラフである。   14 to 15 show the time synchronizer 901 shown in FIG. 10 is a graph showing a delay distribution of each packet when a delay environment at the time of load change according to 8261 “test case 15” is assumed.

「テストケース15」も、前述の「テストケース12」と同様に実際の回線における遅延環境を想定した負荷モデルとしてITU−Tが勧告したテストケースであり、より具体的にはマスタ→スレーブ方向の負荷を40%とし、スレーブ→マスタ方向の負荷を30%とした構成で、かつネットワークの停止状態(10秒もしくは100秒)がある負荷モデルである。図14はマスタ→スレーブ方向の遅延分布を、図15はスレーブ→マスタ方向の遅延分布を各々示している。   “Test case 15” is also a test case recommended by ITU-T as a load model that assumes a delay environment in an actual line, similar to “test case 12” described above. This is a load model in which the load is 40%, the load in the slave-to-master direction is 30%, and the network is stopped (10 seconds or 100 seconds). FIG. 14 shows the delay distribution in the master-to-slave direction, and FIG. 15 shows the delay distribution in the slave-to-master direction.

図16は、図14〜15に示したITU−T G.8261のテストケース15に従った遅延環境で、IEEE1588v2プロトコル部910内で算出された時刻オフセットの周波数成分を高速フーリエ変換(FFT)した結果を示すグラフである。図17は、図16に示した周波数成分を、図9および図13と同一の条件で積分して得られる結果を示すグラフである。これより、位相雑音成分(位相変動量)は約4354ns程度となる。   FIG. 16 shows the ITU-T GG shown in FIGS. 10 is a graph showing a result of fast Fourier transform (FFT) of a frequency component of a time offset calculated in the IEEE 1588v2 protocol unit 910 in a delay environment according to 8261 test case 15. FIG. 17 is a graph showing the results obtained by integrating the frequency components shown in FIG. 16 under the same conditions as in FIGS. Thus, the phase noise component (phase fluctuation amount) is about 4354 ns.

これと前述の数5とから、周波数変動量(ppm)は0.00628×4354ns≒27ppbとなる。これは、要求事項である「1ppb」以下を満たしていない。このITU−T G.8261の「テストケース15」のように、非対称遅延環境であることに加えてネットワークの停止状態があるネットワーク環境では、PLL回路を実装するだけでは「1ppb」以下の要求事項を満たすことができない。   From this and Equation 5 above, the frequency variation (ppm) is 0.00628 × 4354 ns≈27 ppb. This does not satisfy the requirement “1 ppb” or less. This ITU-TG In a network environment where the network is in a stopped state in addition to the asymmetric delay environment as in “Test Case 15” of 8261, the requirement of “1 ppb” or less cannot be satisfied only by mounting the PLL circuit.

ディジタルPLL部930に内蔵されているホールドオーババッファ934(ホールドオーバ機能)によって、通常の場合は非対称遅延環境に起因するパケットジッタ・ワンダを除去することはできる。しかしながら、ある一定時間以上シンク(Sync)メッセージが受信できない場合にホールドオーバ機能が起動され、その後にシンクメッセージが受信された場合にすぐにホールドオーバ機能を停止すると、そのホールドオーバ機能を停止させた際にIEEE1588v2プロトコル部910内部で時刻オフセット値の再計算が行われることになる。   The holdover buffer 934 (holdover function) built in the digital PLL unit 930 can remove packet jitter / wander caused by an asymmetric delay environment in a normal case. However, if the sync message cannot be received for a certain period of time, the holdover function is activated. If the sync message is received after that, the holdover function is stopped immediately. At this time, the time offset value is recalculated inside the IEEE 1588v2 protocol unit 910.

その再計算が行われるために、出力信号が変動し、出力周波数も変動することになる。そのことが、前述のような「非対称遅延環境であることに加えてネットワークの停止状態があるネットワーク環境」では出力クロック信号における周波数揺らぎを「1ppb」以下という要求事項を満たすことができないという現象の原因となっている。この問題を解決しうる技術は、前述の特許文献1〜5、および非特許文献1〜2のいずれにも記載されていない。   Since the recalculation is performed, the output signal varies and the output frequency also varies. This is a phenomenon in which the frequency fluctuation in the output clock signal cannot satisfy the requirement of “1 ppb” or less in the “network environment in which the network is stopped in addition to the asymmetric delay environment” as described above. It is the cause. The technology that can solve this problem is not described in any of Patent Documents 1 to 5 and Non-Patent Documents 1 and 2 described above.

本発明の目的は、非対称遅延環境であり、かつネットワークの停止状態があるネットワーク環境にあっても、周波数揺らぎを1ppb以下に低減し、高精度の時刻同期を実現しうる時刻同期装置、時刻同期方法、および時刻同期プログラムを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a time synchronization apparatus and time synchronization capable of realizing high-accuracy time synchronization by reducing frequency fluctuations to 1 ppb or less even in a network environment where an asymmetric delay environment is present and the network is stopped. A method and a time synchronization program are provided.

上記目的を達成するため、本発明に係る時刻同期装置は、外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置であって、特定の通信プロトコルに従って通信パケットを受信し、これに従って前記時刻信号を生成するパケット受信部と、前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号から周波数揺らぎ成分を除去するPLL回路部と、前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値を常時監視し、当該受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かを判定するパケット検出部とを備え、前記PLL回路部が、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を備え、前記パケット検出部が、前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に前記PLL回路の前記ホールドオーバ機能を強制的に起動するシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能と、予め外部から与えられた周波数安定度の要求値を前記PLL回路部に固有の直流ループゲインで除算する事によって閾値を算出し、前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記時刻オフセット値の安定度が前記閾値以下となると、前記時刻オフセット値が安定したと判断して前記ホールドオーバ機能を停止させる時刻オフセット安定度モニタ機能と、を有する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a time synchronization apparatus according to the present invention is a time synchronization apparatus that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside and synchronizes frequency timings between a plurality of bases, A packet receiver that receives a communication packet according to a specific communication protocol and generates the time signal according to the communication packet, and a frequency fluctuation component is removed from the time signal according to a sync message included in the received packet by the packet receiver. The PLL circuit unit and the received packet and the time offset value inside the received packet are constantly monitored, and the elapsed time that the sync message has not been detected in the received packet is equal to or greater than a predetermined time limit. A packet detection unit for determining whether or not the PLL circuit unit is constant Comprising a holdover function of removing a packet jitter and wander caused by asymmetric delays environment from the time signal at a timing, the packet detecting unit, the holdover of the PLL circuit when the elapsed time exceeds the time limit A sync message stop monitoring function that forcibly activates the function, and a threshold value is calculated by dividing a required value of frequency stability given in advance from the outside by a DC loop gain specific to the PLL circuit unit, When the sync message is detected again in the received packet in a state where the holdover function is activated, the time offset value is stabilized when the stability of the time offset value is equal to or less than the threshold value. And a time offset stability monitoring function for stopping the holdover function based on That, characterized in that.

上記目的を達成するため、本発明に係る時刻同期方法は、外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置にあって、特定の通信プロトコルに従ってパケット受信部が通信パケットを受信し、この通信パケットに従って前記パケット受信部が前記時刻信号を生成し、前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号からPLL回路部が周波数揺らぎ成分を除去し、前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値を常時監視して当該受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かをパケット検出部が判定し、前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に、前記パケット検出部が前記PLL回路が備える、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を強制的に起動し、予め外部から与えられた周波数安定度の要求値を前記PLL回路部に固有の直流ループゲインで前記パケット検出部が除算する事によって閾値を算出し、前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記パケット検出部が前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記時刻オフセット値の安定度が前記閾値以下となると、前記時刻オフセット値が安定したと前記パケット検出部が判断して前記ホールドオーバ機能を停止させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a time synchronization method according to the present invention is a time synchronization apparatus that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside, and synchronizes frequency timings between a plurality of locations. A packet receiver receives a communication packet according to a specific communication protocol, the packet receiver generates the time signal according to the communication packet, and the time signal according to a sync message included in the received packet by the packet receiver The PLL circuit unit removes frequency fluctuation components from the received packet and the time offset value in the received packet is constantly monitored, and the elapsed time elapsed since the sync message could not be detected in the received packet. The packet detection unit determines whether or not the time limit is not less than a predetermined time, When the overtime exceeds the time limit, the packet detection unit forcibly holds a holdover function for removing packet jitter and wander caused by an asymmetric delay environment from the time signal at a fixed timing provided in the PLL circuit. The packet detection unit divides the required frequency stability value given from the outside in advance by the DC loop gain specific to the PLL circuit unit, and the holdover function is activated. When the packet detection unit detects the sync message in the received packet again when the time offset value is less than or equal to the threshold value and the time offset value is stable, detection unit determines to stop the holdover function, characterized in that.

上記目的を達成するため、本発明に係る時刻同期プログラムは、外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置にあって、この時刻同期装置が、特定の通信プロトコルに従って通信パケットを受信し、これに従って前記時刻信号を生成するパケット受信部と、前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号から周波数揺らぎ成分を除去するPLL回路部と、前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値常時監視するパケット検出部とを有するものであると共に、前記パケット検出部が備えるプロセッサに、前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かを判定する手順、前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に、前記PLL回路が備える、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を強制的に起動する手順、予め外部から与えられた周波数安定度の要求値を前記PLL回路部に固有の直流ループゲインで除算する事によって閾値を算出する手順、前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出したか否かを判定する手順、前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記時刻オフセット値の安定度が前記閾値以下となると、前記時刻オフセット値が安定したと判定する手順、および前記時刻オフセット値が安定したと判断してから前記ホールドオーバ機能を停止させる手順を実行させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a time synchronization program according to the present invention is a time synchronization apparatus that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside and synchronizes frequency timings between a plurality of bases. The time synchronizer receives a communication packet according to a specific communication protocol, generates a time signal according to the communication packet, and from the time signal according to a sync (Sync) message included in the received packet by the packet receiver. A PLL circuit that removes frequency fluctuation components, and a packet detector that constantly monitors the received packet and a time offset value inside the received packet, and a processor provided in the packet detector includes the received packet The sync message has not been detected. A procedure for determining whether or not the elapsed time is greater than or equal to a predetermined time limit; when the elapsed time exceeds the time limit, the PLL circuit includes an asymmetric delay environment from the time signal at a fixed timing A procedure for forcibly activating a holdover function for removing packet jitter and wander caused by divergence , a threshold value obtained by dividing a required value of frequency stability given from the outside in advance by a DC loop gain specific to the PLL circuit section A procedure for calculating, a procedure for determining whether or not the sync message is detected again in the received packet in a state where the holdover function is activated, and when the sync message is detected again , when the stability of the time offset value is equal to or less than the threshold value, the procedure determines that the time offset value is stabilized, and Serial time offset value is equal to or to execute a procedure for stopping the holdover function after determining that stable.

本発明は、上記したように、ホールドオーバ機能が起動されている状態で受信パケット中にシンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、時刻オフセット値が安定してからホールドオーバ機能を停止するように構成したので、時刻オフセット値の再計算に起因するパケットジッタおよびワンダの発生を大幅に抑制することが可能となる。   As described above, the present invention stops the holdover function after the time offset value is stabilized when the sync message is detected again in the received packet with the holdover function activated. Thus, packet jitter and wander caused by recalculation of the time offset value can be greatly suppressed.

これによって、非対称遅延環境であり、かつネットワークの停止状態があるネットワーク環境にあっても、周波数揺らぎを1ppb以下に低減し、高精度の時刻同期を実現できるという優れた特徴を持つ時刻同期装置、時刻同期方法、および時刻同期プログラムを提供することができる。   Thereby, even in a network environment where the network is in an asymmetric delay environment, the time synchronization apparatus has an excellent feature that frequency fluctuation can be reduced to 1 ppb or less and high-accuracy time synchronization can be realized. A time synchronization method and a time synchronization program can be provided.

本実施形態に係る時刻同期装置の構成について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the structure of the time synchronizer which concerns on this embodiment. 図1に示した時刻同期装置を利用した無線通信システムの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the radio | wireless communications system using the time synchronizer shown in FIG. 図1に示した時刻同期装置の動作、特にシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能および時刻オフセット安定度モニタ機能の動作について示すフローチャートである。2 is a flowchart showing operations of the time synchronization apparatus shown in FIG. 1, particularly, operations of a sync message stop monitoring function and a time offset stability monitoring function. 図1に示した時刻同期装置で、図3に示した動作を行った場合のIEEE1588v2プロトコル部からの出力信号の周波数成分を示すグラフである。4 is a graph showing frequency components of an output signal from the IEEE 1588v2 protocol unit when the operation shown in FIG. 3 is performed by the time synchronization apparatus shown in FIG. 1. 図4に示したIEEE1588v2プロトコル部からの出力信号をディジタルPLL部に通した場合の出力信号の周波数成分を示すグラフである。6 is a graph showing frequency components of an output signal when an output signal from the IEEE 1588v2 protocol unit shown in FIG. 4 is passed through a digital PLL unit. 既存技術に係る時刻同期装置の構成について示す説明図である。It is explanatory drawing shown about the structure of the time synchronizer which concerns on the existing technique. 図6に示した時刻同期装置で、上り回線(スレーブ→マスター方向)と下り回線(マスター→スレーブ方向)のいずれにおいても遅延が全くない理想的な遅延環境を仮定した場合の、各パケットの遅延の分布を示すグラフである。In the time synchronizer shown in FIG. 6, the delay of each packet assuming an ideal delay environment in which there is no delay in either the uplink (slave → master direction) or the downlink (master → slave direction). It is a graph which shows distribution of. 図7に示した理想的な遅延環境で、IEEE1588v2プロトコル部内で算出された時刻オフセットの周波数成分を高速フーリエ変換(FFT)した結果を示すグラフである。8 is a graph showing the result of fast Fourier transform (FFT) on the time offset frequency component calculated in the IEEE 1588v2 protocol unit in the ideal delay environment shown in FIG. 7. 図8に示したパケットジッタ・ワンダを位相ノイズ遮断周波数=1mHzであるディジタルPLL部を通して出力される周波数成分を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing frequency components output from the packet jitter / wander shown in FIG. 8 through a digital PLL unit having a phase noise cutoff frequency = 1 mHz. FIG. 図6に示した時刻同期装置で、ITU−T G.8261のテストケースに従った負荷変動時の遅延環境を仮定した場合の、各パケットのマスタ→スレーブ方向の遅延の分布を示すグラフである。In the time synchronizer shown in FIG. It is a graph which shows distribution of the delay of the direction of a master-> slave of each packet at the time of assuming the delay environment at the time of the load change according to 8261 test cases. 図6に示した時刻同期装置で、ITU−T G.8261のテストケースに従った負荷変動時の遅延環境を仮定した場合の、各パケットのスレーブ→マスタ方向の遅延の分布を示すグラフである。In the time synchronizer shown in FIG. It is a graph which shows distribution of the delay of each packet in the slave-to-master direction when assuming a delay environment at the time of load fluctuation according to 8261 test cases. 図10〜11に示したITU−T G.8261のテストケース12に従った遅延環境で、IEEE1588v2プロトコル部内で算出された時刻オフセットの周波数成分を高速フーリエ変換(FFT)した結果を示すグラフである。ITU-T GG shown in FIGS. 10 is a graph showing a result of fast Fourier transform (FFT) of a frequency component of a time offset calculated in the IEEE 1588v2 protocol unit in a delay environment according to 8261 test case 12. 図13は、図12に示した周波数成分を、図9と同一の条件で積分して得られる結果を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the results obtained by integrating the frequency components shown in FIG. 12 under the same conditions as in FIG. 図6に示した時刻同期装置で、ITU−T G.8261のテストケース15に従った負荷変動時の遅延環境を仮定した場合の、各パケットのマスタ→スレーブ方向の遅延の分布を示すグラフである。In the time synchronizer shown in FIG. 10 is a graph showing a delay distribution in the master-to-slave direction of each packet when a delay environment at the time of load change according to 8261 test case 15 is assumed. 図6に示した時刻同期装置で、ITU−T G.8261のテストケース15に従った負荷変動時の遅延環境を仮定した場合の、各パケットのスレーブ→マスタ方向の遅延の分布を示すグラフである。In the time synchronizer shown in FIG. 8 is a graph showing a delay distribution in the slave-to-master direction of each packet when a delay environment at the time of load change according to 8261 test case 15 is assumed. 図14〜15に示したITU−T G.8261のテストケース15に従った遅延環境で、IEEE1588v2プロトコル部内で算出された時刻オフセットの周波数成分を高速フーリエ変換(FFT)した結果を示すグラフである。ITU-T GG shown in FIGS. 10 is a graph showing a result of fast Fourier transform (FFT) of a frequency component of a time offset calculated in the IEEE 1588v2 protocol unit in a delay environment according to 8261 test case 15. 図16に示した周波数成分を、図9および図13と同一の条件で積分して得られる結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result obtained by integrating the frequency component shown in FIG. 16 on the same conditions as FIG. 9 and FIG.

(実施形態)
以下、本発明の実施形態の構成について添付図1に基づいて説明する。
最初に、本実施形態の基本的な内容について説明し、その後でより具体的な内容について説明する。
本実施形態に係る時刻同期装置1は、外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置である。この時刻同期装置1は、特定の通信プロトコル(IEEE1588v2)に従って通信パケットを受信し、これに従って時刻信号を生成するパケット受信部(IEEE1588v2プロトコル部10)と、パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って時刻信号から周波数揺らぎ成分を除去するPLL回路部(ディジタルPLL部30)と、受信パケットを常時監視し、当該受信パケット中にシンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かを判定するパケット検出部(IEEE1588v2パケット検出部20)とを有する。そして、PLL回路部30が、時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能(ホールドオーババッファ34)を備える。
(Embodiment)
Hereinafter, the configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
First, the basic content of the present embodiment will be described, and then more specific content will be described.
The time synchronization apparatus 1 according to the present embodiment is a time synchronization apparatus that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside and synchronizes frequency timings between a plurality of bases. The time synchronizer 1 receives a communication packet in accordance with a specific communication protocol (IEEE 1588v2) and generates a time signal according to the communication packet (IEEE 1588v2 protocol unit 10), and a sink ( (Sync) message, the PLL circuit unit (digital PLL unit 30) that removes frequency fluctuation components from the time signal, and the received packet is constantly monitored, and the elapsed time that the sync (Sync) message cannot be detected in the received packet. Has a packet detection unit (IEEE 1588v2 packet detection unit 20) for determining whether or not is equal to or longer than a predetermined time limit. The PLL circuit unit 30 includes a holdover function (holdover buffer 34) that removes packet jitter and wander caused by the asymmetric delay environment from the time signal.

さらに、パケット検出部20が、経過時間が制限時間を越えた場合にPLL回路のホールドオーバ機能を強制的に起動するシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21と、ホールドオーバ機能が起動されている状態で受信パケット中にシンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、受信パケット内部の時刻オフセット値が安定しているか否かを判定し、時刻オフセット値が安定したと判断してからホールドオーバ機能を停止させる時刻オフセット安定度モニタ機能22とを備える。   Furthermore, the packet detection unit 20 has a sync message stop monitoring function 21 that forcibly activates the holdover function of the PLL circuit when the elapsed time exceeds the time limit, and the holdover function is activated. When a sync message is detected again in the received packet, it is determined whether or not the time offset value in the received packet is stable, and the holdover function is activated after determining that the time offset value is stable. And a time offset stability monitoring function 22 for stopping.

また、時刻オフセット安定度モニタ機能22が、シンク(Sync)メッセージを再度検出されてから、時刻オフセット値の安定度が予め与えられた閾値(安定時刻閾値)以下となった場合に時刻オフセット値が安定したと判断する時刻オフセット安定度モニタ機能22を備える。この時刻オフセット安定度モニタ機能22は、予め外部から与えられた周波数安定度の要求値をPLL回路部に固有の直流ループゲインで除算する事によって閾値を算出する。   Further, when the time offset stability monitor function 22 detects the sync message again, and the stability of the time offset value falls below a predetermined threshold (stable time threshold), the time offset value is set. A time offset stability monitoring function 22 for determining that the time is stable is provided. The time offset stability monitoring function 22 calculates a threshold value by dividing a required value of frequency stability given from the outside in advance by a DC loop gain specific to the PLL circuit unit.

以上の構成を備える事により、この時刻同期装置1は、周波数揺らぎを1ppb以下に低減し、高精度の時刻同期を実現できるものとなる。
以下、これをより詳細に説明する。
By providing the above configuration, the time synchronizer 1 can reduce the frequency fluctuation to 1 ppb or less and realize highly accurate time synchronization.
Hereinafter, this will be described in more detail.

図1は、本実施形態に係る時刻同期装置1の構成について示す説明図である。時刻同期装置1は、IEEE1588v2プロトコル部10と、IEEE1588v2パケット検出部20と、ディジタルPLL部30とから構成されている。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the time synchronization apparatus 1 according to the present embodiment. The time synchronizer 1 includes an IEEE 1588v2 protocol unit 10, an IEEE 1588v2 packet detection unit 20, and a digital PLL unit 30.

図2は、図1に示した時刻同期装置1を利用した無線通信システム100の一例を示す説明図である。無線通信システム100は、マスタ装置110と、複数台のスレーブ装置120、130…が、パケット通信網140を介して相互に接続されて構成される。マスタ装置110およびスレーブ装置120、130…はいずれも公衆無線通信網の地上局であり、多数の端末機器(図示せず)との間で通信を行っている。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a wireless communication system 100 using the time synchronization apparatus 1 shown in FIG. The wireless communication system 100 is configured by connecting a master device 110 and a plurality of slave devices 120, 130... Via a packet communication network 140. Each of the master device 110 and the slave devices 120, 130,... Is a ground station of a public wireless communication network, and communicates with a large number of terminal devices (not shown).

そして、マスタ装置110からクロック信号および受信パケットがパケット通信網140を介して各スレーブ装置120、130…に向けて送信される。各スレーブ装置120、130…はいずれも、図1に示した時刻同期装置1を装備しており、これによってマスタ装置110との間で同期した時刻信号(スレーブ時刻)を生成して出力する。   Then, a clock signal and a received packet are transmitted from the master device 110 to each of the slave devices 120, 130... Via the packet communication network 140. Each of the slave devices 120, 130... Is equipped with the time synchronization device 1 shown in FIG. 1, thereby generating and outputting a time signal (slave time) synchronized with the master device 110.

図1に戻って、IEEE1588v2プロトコル部10は、IEEE1588v2プロトコルに準拠する通信によって外部からクロック信号および受信パケットを受信し、これに応じてスレーブ時刻を生成する。IEEE1588v2プロトコルには、受信パケットだけでなく送信パケットも含まれるが、本実施形態は送信パケットには特に依存しないので、図1には受信パケットにまつわる要素のみを図示し、送信パケットにまつわる要素については図示しないことにする。   Returning to FIG. 1, the IEEE 1588v2 protocol unit 10 receives a clock signal and a received packet from the outside by communication conforming to the IEEE1588v2 protocol, and generates a slave time in response thereto. Although the IEEE 1588v2 protocol includes not only received packets but also transmitted packets, the present embodiment does not particularly depend on transmitted packets. Therefore, only elements related to received packets are illustrated in FIG. 1, and elements related to transmitted packets are illustrated. I will not do it.

より具体的には、IEEE1588v2プロトコル部10は、外部クロックを基にスレーブ側の時刻を生成するスレーブ時刻タイマ機能11、受信パケットをキャプチャするパケットキャプチャ機能12、時刻オフセットを算出して出力するスレーブ時刻計算機能13、およびスレーブ時刻タイマ機能11で生成されたスレーブ時刻に時刻オフセットを加算してスレーブ時刻を調整する時刻加算器14を含む。この時刻加算器14からの出力が、周波数揺らぎ成分除去前の時刻信号(1pps)としてディジタルPLL部30に出力される。   More specifically, the IEEE 1588v2 protocol unit 10 includes a slave time timer function 11 that generates a slave-side time based on an external clock, a packet capture function 12 that captures a received packet, and a slave time that calculates and outputs a time offset. The calculation function 13 and the time adder 14 that adjusts the slave time by adding the time offset to the slave time generated by the slave time timer function 11 are included. The output from the time adder 14 is output to the digital PLL unit 30 as a time signal (1 pps) before removing the frequency fluctuation component.

ここでスレーブ時刻計算機能13は、パケットキャプチャ機能12で受信パケットとスレーブ時刻とから算出された各数値、即ちシンク(Sync)メッセージ送出時間t1、シンク(Sync)メッセージ到着時間t2、シンク(Sync)メッセージ到着時のディレイリクエスト(Deley_Req)メッセージ送出時間t3、およびディレイリクエスト(Deley_Req)到着時間t4を元に時刻オフセットを算出し、これを時刻加算器14と、後述のIEEE1588v2パケット検出部20の時刻オフセット安定度モニタ機能22とに出力する。   Here, the slave time calculation function 13 is a numerical value calculated from the received packet and the slave time by the packet capture function 12, that is, a sync message transmission time t1, a sync message arrival time t2, and a sync (Sync). A time offset is calculated based on the delay request (Deley_Req) message sending time t3 at the time of message arrival and the delay request (Deley_Req) arrival time t4, and this time offset is calculated by the time adder 14 and the IEEE 1588v2 packet detector 20 described later. Output to the stability monitor function 22.

ディジタルPLL部30は、非対称遅延環境に起因するパケットジッタ・ワンダ除去性能を持ちかつ後述のホールドオーバ機能を持ち、これによって時刻加算器14から出力された時刻信号(1pps)から周波数揺らぎ成分を除去し、要求精度1ppb以内を満たす時刻信号を出力する。   The digital PLL unit 30 has a packet jitter / wander removal performance caused by an asymmetric delay environment and has a holdover function described later, thereby removing a frequency fluctuation component from the time signal (1 pps) output from the time adder 14. Then, a time signal satisfying the required accuracy within 1 ppb is output.

ディジタルPLL部30は、一般的なホールドオーバ機能付き完全積分型ディジタルPLL構成を備える。即ち、位相比較器31、ディジタルアンプ32、完全積分器33、ホールドオーババッファ34、選択器35、D/Aコンバータ36、VC−OCXO37、および分周器38を含む。   The digital PLL section 30 has a general complete digital PLL configuration with a holdover function. That is, it includes a phase comparator 31, a digital amplifier 32, a complete integrator 33, a holdover buffer 34, a selector 35, a D / A converter 36, a VC-OCXO 37, and a frequency divider 38.

位相比較器31は、時刻加算器14から出力された時刻信号(1pps)と後述のVC−OCXO37からの出力信号から分周器38によって分周された再生信号との位相差を検出する。ディジタルアンプ32は、位相比較器31から出力された一次ループ信号を増幅する。完全積分器33は、ディジタルアンプ32から出力された二次ループ信号の増幅および積分処理を行う。ホールドオーババッファ34は、完全積分器33からの出力データを平均化してホールドオーバ機能を実現する。   The phase comparator 31 detects the phase difference between the time signal (1 pps) output from the time adder 14 and the reproduction signal divided by the frequency divider 38 from the output signal from the VC-OCXO 37 described later. The digital amplifier 32 amplifies the primary loop signal output from the phase comparator 31. The complete integrator 33 performs amplification and integration processing on the secondary loop signal output from the digital amplifier 32. The holdover buffer 34 averages the output data from the complete integrator 33 to realize a holdover function.

選択器35は、後述のIEEE1588v2パケット検出部20のシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21からの出力に応じて、完全積分器33とホールドオーババッファ34のうちどちらからの出力信号を後続のD/Aコンバータ機能36に出力するかを選択する。D/Aコンバータ36は、選択器35で選択されたディジタル信号を電圧信号(アナログ信号)に変換する。   The selector 35 selects the output signal from either the complete integrator 33 or the holdover buffer 34 in accordance with the output from the sync message stop monitor function 21 of the IEEE 1588v2 packet detector 20 described later. Select whether to output to the A converter function 36. The D / A converter 36 converts the digital signal selected by the selector 35 into a voltage signal (analog signal).

VC−OCXO37(Voltage Controlled / Oven Controlled Crystal Oscillator)は、D/Aコンバータ36から出力された電圧信号を周波数信号に変換する。分周器38は、VC−OCXO37からの出力信号を分周し、これが最終的に要求精度1ppb以内を満たす時刻信号として外部に出力されると同時に、前述の位相比較器31にも入力される。   A VC-OCXO 37 (Voltage Controlled / Oven Controlled Crystal Oscillator) converts the voltage signal output from the D / A converter 36 into a frequency signal. The frequency divider 38 divides the output signal from the VC-OCXO 37, and this is finally output to the outside as a time signal satisfying the required accuracy within 1 ppb, and at the same time, also input to the phase comparator 31 described above. .

IEEE1588v2パケット検出部20は、シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21と、時刻オフセット安定度モニタ機能22とを備える。シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21は、受信パケットを監視してシンク(Sync)メッセージが当該受信パケットに含まれているか否かを検出し、その検出結果に応じて選択器35で完全積分器33とホールドオーババッファ34のうちどちらからの出力信号を選択するかを決定する制御信号を出力する。   The IEEE 1588v2 packet detection unit 20 includes a sync message stop monitoring function 21 and a time offset stability monitoring function 22. The sync message stop monitor function 21 monitors the received packet to detect whether or not the sync message is included in the received packet, and the selector 35 performs a complete integrator according to the detection result. A control signal for determining which of the output signals from 33 and the holdover buffer 34 is selected is output.

時刻オフセット安定度モニタ機能22は、スレーブ時刻計算機能13から出力される時刻オフセット信号の安定度、より具体的には時刻オフセット信号の単位時間当たりの変動量を検出し(それ自体は公知技術である)、検出された安定度を後述の閾値と比較し、その比較結果をシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21に出力する。   The time offset stability monitoring function 22 detects the stability of the time offset signal output from the slave time calculation function 13, more specifically, the amount of fluctuation per unit time of the time offset signal (it is a known technique in itself). The detected stability is compared with a threshold value described later, and the comparison result is output to the sync message stop monitor function 21.

この時刻オフセット安定度モニタ機能22に対しては、外部から周波数安定度の要求値が予め入力されている。そして、直流ループゲインの数値はディジタルPLL部30に固有の数値として予め与えられているので、前述の数4に従って、要求値を直流ループゲインで除算すれば、時刻オフセットが安定する「安定時刻」となるので、これを「安定時刻閾値」とする。   The time offset stability monitoring function 22 is preliminarily inputted with a required value of frequency stability from the outside. Since the numerical value of the direct current loop gain is given in advance as a specific numerical value to the digital PLL unit 30, if the required value is divided by the direct current loop gain according to the above-described equation 4, the "stable time" when the time offset becomes stable Therefore, this is set as a “stable time threshold”.

図3は、図1に示した時刻同期装置1の動作、特にシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21および時刻オフセット安定度モニタ機能22の動作について示すフローチャートである。通信動作が行われている間、シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21は受信パケットを監視してシンク(Sync)メッセージが当該受信パケットに含まれているか否かを検出する(ステップS201)。シンク(Sync)メッセージが受信パケットに含まれていれば、通常動作を継続する。   FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the time synchronization apparatus 1 shown in FIG. 1, particularly the operations of the sync message stop monitoring function 21 and the time offset stability monitoring function 22. While the communication operation is being performed, the sync message stop monitor function 21 monitors the received packet to detect whether or not the sync message is included in the received packet (step S201). If a sync message is included in the received packet, normal operation continues.

シンク(Sync)メッセージが予め決められた時間に亘って受信パケットに検出されなければ(ステップS201がイエス)、シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21は選択器35に対して、ホールドオーババッファ34からの出力信号を後続のD/Aコンバータ機能36に出力するよう選択させる制御信号を発する(ステップS202)。そしてシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21が、受信パケットからシンク(Sync)メッセージを再び検出すれば(ステップS203)、時刻オフセット安定度モニタ機能22からの制御信号を待つ状態となる。   If a sync message is not detected in the received packet for a predetermined time (Yes in step S201), the sync message stop monitor function 21 sends a signal from the holdover buffer 34 to the selector 35. Is output to the subsequent D / A converter function 36 (step S202). If the sync message stop monitoring function 21 detects the sync message from the received packet again (step S203), the control message from the time offset stability monitoring function 22 is waited for.

ディジタルPLL部30に固有の数値として予め与えられた直流ループゲインから前述の数4〜5に従って、安定度の要求値を直流ループゲインで除算すれば、時刻オフセットが安定する「安定時刻閾値」となる。時刻オフセット安定度モニタ機能22は、スレーブ時刻計算機能13から出力される時刻オフセット信号の安定度を検出して、これをこの「安定時刻閾値」と比較する(ステップS204)。   A “stable time threshold value” that stabilizes the time offset by dividing the required stability value by the DC loop gain from the DC loop gain given in advance as a numerical value unique to the digital PLL unit 30 according to the aforementioned equations 4 to 5. Become. The time offset stability monitor function 22 detects the stability of the time offset signal output from the slave time calculation function 13 and compares it with this “stable time threshold” (step S204).

時刻オフセット信号の安定度が「安定時刻閾値」以下となれば(ステップS204がイエス)、時刻オフセット安定度モニタ機能22はシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21に対してその旨を知らせる制御信号を発する。シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21はこれを受けて、選択器35に対して、完全積分器33からの出力信号を後続のD/Aコンバータ機能36に出力するよう選択させる制御信号を発する(ステップS205)。以上でステップS201の処理に戻る。   If the stability of the time offset signal is equal to or lower than the “stability time threshold” (Yes in step S204), the time offset stability monitor function 22 sends a control signal to notify the sync message stop monitor function 21 to that effect. To emit. In response to this, the sync message stop monitor function 21 issues a control signal that causes the selector 35 to select the output signal from the complete integrator 33 to be output to the subsequent D / A converter function 36 ( Step S205). The process returns to step S201.

上記のステップS202の処理は、受信パケットからシンク(Sync)メッセージが検出されなくなった場合に、強制的にホールドオーバ機能を動作させるという意味がある。そして、ステップS203〜205の処理で、シンク(Sync)メッセージが復旧してから時刻オフセットが十分に安定してからホールドオーバ機能を解除している。この動作の目的は、シンク(Sync)メッセージが復旧した際、IEEE1588v2プロトコル内の時刻オフセット計算が追いつかず、時刻情報が一時的に不安定な状態となることを回避するためである。   The process in step S202 has a meaning of forcibly operating the holdover function when a sync message is not detected from the received packet. In the processing of steps S203 to S205, the holdover function is released after the time offset is sufficiently stabilized after the sync message is restored. The purpose of this operation is to prevent the time information from being temporarily unstable because the time offset calculation in the IEEE 1588v2 protocol cannot catch up when the sync message is restored.

その判断に使用される「安定時刻閾値」は、時刻オフセット安定度モニタ機能22に外部から予め入力された1pps周波数安定度が「1ppb」以下であり、かつディジタルPLL部30が位相ノイズ遮断周波数「1mHz」のPLLで構成されたものである場合、前述の数4から、「1ppb」をPLLの直流ループゲイン「0.00628」で除算すれば、「安定時刻閾値=1ppb/0.00628=159ns」と算出することができる。   The “stable time threshold value” used for the determination is that the 1 pps frequency stability previously input from the outside to the time offset stability monitoring function 22 is “1 ppb” or less, and the digital PLL unit 30 has the phase noise cutoff frequency “ In the case of a 1 mHz PLL, when “1 ppb” is divided by the PLL loop gain “0.00628” of the PLL from the above equation 4, “stable time threshold = 1 ppb / 0.00628 = 159 ns Can be calculated.

時刻オフセット安定度モニタ機能22は、ステップS202でシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21を強制的に動作させ、シンク(Sync)メッセージが再び検出されてかつ時刻オフセット信号が安定してからホールドオーバ機能を解除させる。   The time offset stability monitor function 22 forcibly operates the sync message stop monitor function 21 in step S202, and after the sync message is detected again and the time offset signal becomes stable, the holdover function. To cancel.

図4は、図1に示した時刻同期装置1で、図3に示した動作を行った場合のIEEE1588v2プロトコル部10からの出力信号の周波数成分を示すグラフである。図5は、図4に示したIEEE1588v2プロトコル部10からの出力信号をディジタルPLL部30に通した場合の出力信号の周波数成分を示すグラフである。   FIG. 4 is a graph showing frequency components of an output signal from the IEEE 1588v2 protocol unit 10 when the operation shown in FIG. 3 is performed in the time synchronization apparatus 1 shown in FIG. FIG. 5 is a graph showing frequency components of the output signal when the output signal from the IEEE 1588v2 protocol unit 10 shown in FIG. 4 is passed through the digital PLL unit 30.

この図5の周波数成分を積分して算出される位相雑音成分は約59ns程度である。即ち、前述の式5から「周波数変動量=0.00628×59ns≒0.37ppb」と算出することができる。即ち、要求事項である1pps周波数安定度「1ppb以下」を満たしている。   The phase noise component calculated by integrating the frequency components in FIG. 5 is about 59 ns. That is, it is possible to calculate “frequency fluctuation amount = 0.00628 × 59 ns≈0.37 ppb” from Equation 5 described above. That is, the required 1 pps frequency stability “1 ppb or less” is satisfied.

ここで、たとえば要求事項が「1ppb」ではなく、より一般的な「50ppb」でよい場合は、上記と同様にして「安定時刻=50ppb/0.00628≒8μs」と算出することができる。このように、様々な顧客要求事項に対応して安定時刻を設定して、それに従って動作させることが、本実施形態では可能である。また、ディジタルPLL部30の位相ノイズ遮断周波数が「1mHz」以外である場合についても、ディジタルPLL部30に固有の数値である直流ループゲインを前述の数4〜5から求めて、その上で上記の方式を適用することができる。   Here, for example, when the requirement item is not “1 ppb” but may be more general “50 ppb”, “stable time = 50 ppb / 0.00628≈8 μs” can be calculated in the same manner as described above. As described above, in this embodiment, it is possible to set a stable time corresponding to various customer requirements and operate according to the stable time. Further, even when the phase noise cutoff frequency of the digital PLL unit 30 is other than “1 mHz”, a DC loop gain, which is a numerical value unique to the digital PLL unit 30, is obtained from the above-described equations 4 to 5, and then Can be applied.

このシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能21および時刻オフセット安定度モニタ機能22は、論理演算回路などによってハードウェア的に構成してもよいし、またマイクロプロセッサで動作するプログラムなどによってソフトウェア的に構成してもよい。   The sync message stop monitoring function 21 and the time offset stability monitoring function 22 may be configured in hardware by a logic operation circuit or the like, or may be configured in software by a program operating on a microprocessor. May be.

(実施形態の全体的な動作)
次に、上記の実施形態の全体的な動作について説明する。
本実施形態に係る時刻同期方法は、外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置1にあって、特定の通信プロトコルに従ってパケット受信部10が通信パケットを受信し、この通信パケットに従ってパケット受信部が時刻信号を生成し、パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って時刻信号からPLL回路部30が周波数揺らぎ成分を除去し、受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値を常時監視して当該受信パケット中にシンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かをパケット検出部20が判定し(図3・ステップS201)、経過時間が制限時間を越えた場合に、パケット検出部がPLL回路が備える、一定のタイミングで時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を強制的に起動し(図3・ステップS202)、ホールドオーバ機能が起動されている状態でパケット検出部が受信パケット中にシンク(Sync)メッセージを再度検出したか否かを判定し(図3・ステップS203)、シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、受信パケット内部の時刻オフセット値が安定しているか否かをパケット検出部が判定し(図3・ステップS204)、時刻オフセット値が安定したと判断してからパケット検出部がホールドオーバ機能を停止させる(図3・ステップS205)。
(Overall operation of the embodiment)
Next, the overall operation of the above embodiment will be described.
The time synchronization method according to the present embodiment is a time synchronization apparatus 1 that generates a time signal in accordance with a clock signal and a received packet received from the outside and synchronizes frequency timings between a plurality of bases, according to a specific communication protocol. The packet receiver 10 receives a communication packet, the packet receiver generates a time signal according to the communication packet, and the PLL circuit unit 30 fluctuates in frequency from the time signal according to a sync message included in the received packet by the packet receiver. The component is removed, the received packet and the time offset value inside the received packet are constantly monitored, and the elapsed time that has passed since the sync message could not be detected in the received packet is longer than the time limit given in advance. Whether or not the packet detection unit 20 determines (step S201 in FIG. 3) and the elapsed time When the time limit is exceeded, a holdover function that removes packet jitter and wander caused by an asymmetric delay environment from a time signal is forcibly activated at a fixed timing, which is included in the PLL circuit of the packet detection unit (see FIG. 3). In step S202), it is determined whether or not the packet detection unit has detected the sync message in the received packet again with the holdover function activated (step S203 in FIG. 3), and the sync message. Is detected again, the packet detector determines whether or not the time offset value inside the received packet is stable (step S204 in FIG. 3), and after determining that the time offset value is stable, the packet detector Stops the holdover function (FIG. 3, step S205).

また、上記図3・ステップS204の処理で、時刻オフセット値の安定度が予め与えられた閾値以下となった場合に時刻オフセット値が安定したと判断する。そして、その閾値は、予め外部から与えられた周波数安定度の要求値をPLL回路部に固有の直流ループゲインで除算する事によって算出される。   Further, when the stability of the time offset value is equal to or less than a predetermined threshold value in the processing of FIG. 3 and step S204, it is determined that the time offset value is stable. The threshold value is calculated by dividing the required frequency stability value given from the outside in advance by the DC loop gain specific to the PLL circuit unit.

ここで、上記各動作ステップについては、これをコンピュータで実行可能にプログラム化し、これらを前記各ステップを直接実行するパケット検出部20の備えるプロセッサに実行させるようにしてもよい。本プログラムは、非一時的な記録媒体、例えば、DVD、CD、フラッシュメモリ等に記録されてもよい。その場合、本プログラムは、記録媒体からコンピュータによって読み出され、実行される。
この動作により、本実施形態は以下のような効果を奏する。
Here, each of the above-described operation steps may be programmed to be executable by a computer, and these may be executed by a processor included in the packet detection unit 20 that directly executes each of the steps. The program may be recorded on a non-temporary recording medium, such as a DVD, a CD, or a flash memory. In this case, the program is read from the recording medium by a computer and executed.
By this operation, this embodiment has the following effects.

本実施形態は、IEEE1588v2パケットを常時監視し、Syncメッセージが停止した時に非対称遅延環境に起因するパケットジッタ・ワンダ除去性能を持ったホールドオーバ機能付きPLL回路で、強制的にホールドオーバ機能を動作させる。そして、Syncメッセージが再び検出された際、時刻オフセット値が安定してからこのホールドオーバ機能を停止させる。より具体的には、時刻オフセット信号の単位時間当たりの変動量を安定度として検出し、検出された安定度を周波数安定度の要求値を直流ループゲインで除算して求めた「安定時刻閾値」とを比較し、安定度が安定時刻閾値以下であれば時刻オフセット値が安定したものと判断する。   This embodiment is a PLL circuit with a holdover function that constantly monitors IEEE 1588v2 packets and has a packet jitter / wander elimination performance caused by an asymmetric delay environment when the Sync message is stopped. The holdover function is forcibly operated. . When the Sync message is detected again, the holdover function is stopped after the time offset value is stabilized. More specifically, the “stability time threshold” obtained by detecting the amount of fluctuation per unit time of the time offset signal as the stability, and dividing the detected stability by dividing the required value of the frequency stability by the DC loop gain. If the stability is equal to or less than the stable time threshold, it is determined that the time offset value is stable.

これによって、本実施形態は、非対称遅延環境であり、かつネットワークの停止状態があるネットワーク環境にあっても、時刻オフセット値の再計算に起因するパケットジッタおよびワンダの発生を大幅に抑制して、「1ppb」以下という時刻同期精度の要求値を実現可能とするものである。   Thereby, even in a network environment in which the present embodiment is an asymmetric delay environment and the network is stopped, the occurrence of packet jitter and wander due to recalculation of the time offset value is greatly suppressed, A required value of time synchronization accuracy of “1 ppb” or less can be realized.

これまで本発明について図面に示した特定の実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができる。   The present invention has been described with reference to the specific embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and any known hitherto provided that the effects of the present invention are achieved. Even if it is a structure, it is employable.

上述した実施形態について、その新規な技術内容の要点をまとめると、以下のようになる。なお、上記実施形態の一部または全部は、新規な技術として以下のようにまとめられるが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。   Regarding the embodiment described above, the main points of the new technical contents are summarized as follows. In addition, although part or all of the said embodiment is summarized as follows as a novel technique, this invention is not necessarily limited to this.

(付記1) 外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置であって、
特定の通信プロトコルに従って通信パケットを受信し、これに従って前記時刻信号を生成するパケット受信部と、
前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号から周波数揺らぎ成分を除去するPLL回路部と、
前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値を常時監視し、当該受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かを判定するパケット検出部とを備え、
前記PLL回路部が、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を備えることを特長とする時刻同期装置。
(Supplementary Note 1) A time synchronization device that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside, and synchronizes frequency timing between a plurality of bases,
A packet receiver that receives a communication packet according to a specific communication protocol and generates the time signal according to the communication packet;
A PLL circuit that removes frequency fluctuation components from the time signal in accordance with a sync message included in a packet received by the packet receiver;
Whether the received packet and the time offset value inside the received packet are constantly monitored, and whether the elapsed time that the sync message has not been detected in the received packet is equal to or greater than a predetermined time limit A packet detection unit for determining
A time synchronization apparatus, wherein the PLL circuit unit includes a holdover function for removing packet jitter and wander caused by an asymmetric delay environment from the time signal at a fixed timing.

(付記2) 前記パケット検出部が、
前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に前記PLL回路の前記ホールドオーバ機能を強制的に起動するシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能と、
前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記時刻オフセット値が安定しているか否かを判定し、前記時刻オフセット値が安定したと判断してから前記ホールドオーバ機能を停止させる時刻オフセット安定度モニタ機能と
を有することを特長とする、付記1に記載の時刻同期装置。
(Supplementary Note 2) The packet detection unit includes:
A sync message stop monitoring function for forcibly starting the holdover function of the PLL circuit when the elapsed time exceeds the time limit;
When the sync message is detected again in the received packet with the holdover function activated, it is determined whether or not the time offset value is stable, and the time offset value is stable. The time synchronization apparatus according to claim 1, further comprising: a time offset stability monitoring function that stops the holdover function after determining that it has occurred.

(付記3)前記時刻オフセット安定度モニタ機能が、前記シンク(Sync)メッセージを再度検出されてから、前記時刻オフセット値の安定度が予め与えられた閾値以下となった場合に前記時刻オフセット値が安定したと判断することを特長とする、付記2に記載の時刻同期装置。 (Supplementary Note 3) When the time offset stability monitor function detects the sync message again, and the stability of the time offset value falls below a predetermined threshold value, the time offset value is The time synchronizer according to appendix 2, wherein the time synchronizer is determined to be stable.

(付記4) 前記時刻オフセット安定度モニタ機能が、予め外部から与えられた周波数安定度の要求値を前記PLL回路部に固有の直流ループゲインで除算する事によって前記閾値を算出することを特長とする、付記3に記載の時刻同期装置。 (Supplementary Note 4) The time offset stability monitoring function calculates the threshold value by dividing a required value of frequency stability given from outside in advance by a DC loop gain specific to the PLL circuit unit. The time synchronization apparatus according to appendix 3.

(付記5) 外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置にあって、
特定の通信プロトコルに従ってパケット受信部が通信パケットを受信し、
この通信パケットに従って前記パケット受信部が前記時刻信号を生成し、
前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号からPLL回路部が周波数揺らぎ成分を除去し、
前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値を常時監視して当該受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かをパケット検出部が判定し、
前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に、前記パケット検出部が前記PLL回路が備える、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を強制的に起動し、
前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記パケット検出部が前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出したか否かを判定し、
前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記受信パケット内部の時刻オフセット値が安定しているか否かを前記パケット検出部が判定し、
前記時刻オフセット値が安定したと判断してから前記パケット検出部が前記ホールドオーバ機能を停止させることを特長とする時刻同期方法。
(Supplementary Note 5) In a time synchronization device that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside, and synchronizes frequency timing between a plurality of bases,
The packet receiver receives a communication packet according to a specific communication protocol,
The packet receiver generates the time signal according to the communication packet,
The PLL circuit unit removes the frequency fluctuation component from the time signal according to the sync message included in the packet received by the packet reception unit,
Whether or not the elapsed time that has passed without being able to detect the sync message in the received packet by constantly monitoring the received packet and the time offset value inside the received packet is greater than or equal to a predetermined time limit Is determined by the packet detector,
When the elapsed time exceeds the time limit, the packet detector includes a holdover function for removing packet jitter and wander caused by an asymmetric delay environment from the time signal at a fixed timing, which is included in the PLL circuit. Start automatically
In the state where the holdover function is activated, the packet detector determines whether the sync (Sync) message is detected again in the received packet,
When the sync (Sync) message is detected again, the packet detector determines whether the time offset value inside the received packet is stable,
A time synchronization method, wherein the packet detection unit stops the holdover function after determining that the time offset value is stable.

(付記6) 前記受信パケット内部の時刻オフセット値が安定しているか否かを前記パケット検出部が判定する処理が、前記時刻オフセット値の安定度が予め与えられた閾値以下となった場合に前記時刻オフセット値が安定したと判断することを特長とする、付記5に記載の時刻同期方法。 (Additional remark 6) When the process which the said packet detection part determines whether the time offset value inside the said reception packet is stable, when the stability of the said time offset value becomes below a predetermined threshold value, the said The time synchronization method according to appendix 5, wherein the time offset value is determined to be stable.

(付記7) 前記受信パケット内部の時刻オフセット値が安定しているか否かを前記パケット検出部が判定する処理が、予め外部から与えられた周波数安定度の要求値を前記PLL回路部に固有の直流ループゲインで除算する事によって前記閾値を算出することを特長とする、付記6に記載の時刻同期方法。 (Supplementary Note 7) The process in which the packet detection unit determines whether or not the time offset value inside the received packet is stable is determined by using a frequency stability request value given from the outside in advance in the PLL circuit unit. The time synchronization method according to appendix 6, wherein the threshold value is calculated by dividing by a DC loop gain.

(付記8) 外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置にあって、
この時刻同期装置が、特定の通信プロトコルに従って通信パケットを受信し、これに従って前記時刻信号を生成するパケット受信部と、前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号から周波数揺らぎ成分を除去するPLL回路部と、前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値を常時監視するパケット検出部とを有するものであると共に、
前記パケット検出部が備えるプロセッサに、
前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かを判定する手順、
前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に、前記PLL回路が備える、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を強制的に起動する手順、
前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出したか否かを判定する手順、
前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記受信パケット内部の時刻オフセット値が安定しているか否かを判定する手順、
および前記時刻オフセット値が安定したと判断してから前記ホールドオーバ機能を停止させる手順
を実行させることを特長とする時刻同期プログラム。
(Supplementary Note 8) In a time synchronization device that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside, and synchronizes frequency timing between a plurality of bases,
The time synchronizer receives a communication packet according to a specific communication protocol, generates a time signal according to the communication packet, and from the time signal according to a sync (Sync) message included in the received packet by the packet receiver. A PLL circuit that removes a frequency fluctuation component, and a packet detector that constantly monitors the received packet and a time offset value inside the received packet;
In the processor provided in the packet detection unit,
A procedure for determining whether or not the elapsed time that has passed without being able to detect the sync (Sync) message in the received packet is equal to or greater than a predetermined time limit,
A procedure for forcibly starting a holdover function for removing packet jitter and wander caused by an asymmetric delay environment from the time signal at a fixed timing provided in the PLL circuit when the elapsed time exceeds the time limit ,
A procedure for determining whether the sync (Sync) message is detected again in the received packet in a state where the holdover function is activated,
A procedure for determining whether or not the time offset value inside the received packet is stable when the sync message is detected again.
And a time synchronization program for executing a procedure for stopping the holdover function after determining that the time offset value is stable.

本発明は、実施形態で記載したLTEの地上局以外にも、たとえばGPSの受信機など、特に高精度の時刻同期が要求される用途において利用可能である。   In addition to the LTE ground station described in the embodiment, the present invention can be used in applications that require highly accurate time synchronization, such as a GPS receiver.

1 時刻同期装置
10 IEEE1588v2プロトコル部
11 スレーブ時刻タイマ機能
12 パケットキャプチャ機能
13 スレーブ時刻計算機能
14 時刻加算器
20 IEEE1588v2パケット検出部
21 シンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能
22 時刻オフセット安定度モニタ機能
30 ディジタルPLL部
31 位相比較器
32 ディジタルアンプ
33 完全積分器
34 ホールドオーババッファ
35 選択器
36 D/Aコンバータ
37 VC−OCXO
38 分周器
100 無線通信システム
110 マスタ装置
120、130 スレーブ装置
140 パケット通信網
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Time synchronizer 10 IEEE1588v2 protocol part 11 Slave time timer function 12 Packet capture function 13 Slave time calculation function 14 Time adder 20 IEEE1588v2 packet detection part 21 Sync (Sync) message stop monitoring function 22 Time offset stability monitoring function 30 Digital PLL Unit 31 Phase comparator 32 Digital amplifier 33 Complete integrator 34 Holdover buffer 35 Selector 36 D / A converter 37 VC-OCXO
38 Frequency Divider 100 Wireless Communication System 110 Master Device 120, 130 Slave Device 140 Packet Communication Network

Claims (3)

外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置であって、
特定の通信プロトコルに従って通信パケットを受信し、これに従って前記時刻信号を生成するパケット受信部と、
前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号から周波数揺らぎ成分を除去するPLL回路部と、
前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値を常時監視し、当該受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かを判定するパケット検出部とを備え、
前記PLL回路部が、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を備え
前記パケット検出部が、
前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に前記PLL回路の前記ホールドオーバ機能を強制的に起動するシンク(Sync)メッセージ停止モニタ機能と、
予め外部から与えられた周波数安定度の要求値を前記PLL回路部に固有の直流ループゲインで除算する事によって閾値を算出し、前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記時刻オフセット値の安定度が前記閾値以下となると、前記時刻オフセット値が安定したと判断して前記ホールドオーバ機能を停止させる時刻オフセット安定度モニタ機能と、
を有する、
ことを特徴とする時刻同期装置。
A time synchronization device that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside, and synchronizes frequency timing between a plurality of bases,
A packet receiver that receives a communication packet according to a specific communication protocol and generates the time signal according to the communication packet;
A PLL circuit that removes frequency fluctuation components from the time signal in accordance with a sync message included in a packet received by the packet receiver;
Whether the received packet and the time offset value inside the received packet are constantly monitored, and whether the elapsed time that the sync message has not been detected in the received packet is equal to or greater than a predetermined time limit A packet detection unit for determining
The PLL circuit unit has a holdover function for removing packet jitter and wander caused by an asymmetric delay environment from the time signal at a fixed timing ;
The packet detector is
A sync message stop monitoring function for forcibly starting the holdover function of the PLL circuit when the elapsed time exceeds the time limit;
A threshold value is calculated by dividing a required value of frequency stability given from the outside in advance by a DC loop gain specific to the PLL circuit unit, and the received packet is included in the received packet while the holdover function is activated. When a sync message is detected again, if the stability of the time offset value falls below the threshold value, the time offset stability monitoring function that determines that the time offset value is stable and stops the holdover function. When,
Having
A time synchronizer characterized by that .
外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置にあって、
特定の通信プロトコルに従ってパケット受信部が通信パケットを受信し、
この通信パケットに従って前記パケット受信部が前記時刻信号を生成し、
前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号からPLL回路部が周波数揺らぎ成分を除去し、
前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値を常時監視して当該受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かをパケット検出部が判定し、
前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に、前記パケット検出部が前記PLL回路が備える、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を強制的に起動し、
予め外部から与えられた周波数安定度の要求値を前記PLL回路部に固有の直流ループゲインで前記パケット検出部が除算する事によって閾値を算出し、
前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記パケット検出部が前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記時刻オフセット値の安定度が前記閾値以下となると、前記時刻オフセット値が安定したと前記パケット検出部が判断して前記ホールドオーバ機能を停止させる
ことを特徴とする時刻同期方法。
In a time synchronization device that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside, and synchronizes frequency timing between a plurality of bases,
The packet receiver receives a communication packet according to a specific communication protocol,
The packet receiver generates the time signal according to the communication packet,
The PLL circuit unit removes the frequency fluctuation component from the time signal according to the sync message included in the packet received by the packet reception unit,
Whether or not the elapsed time that has passed without being able to detect the sync message in the received packet by constantly monitoring the received packet and the time offset value inside the received packet is greater than or equal to a predetermined time limit Is determined by the packet detector,
When the elapsed time exceeds the time limit, the packet detector includes a holdover function for removing packet jitter and wander caused by an asymmetric delay environment from the time signal at a fixed timing, which is included in the PLL circuit. Start automatically
A threshold value is calculated by dividing the required value of frequency stability given from the outside in advance by the packet detection unit by a DC loop gain specific to the PLL circuit unit,
When the holdover function is activated and the packet detection unit detects the sync message in the received packet again, and the stability of the time offset value is equal to or less than the threshold, the time The packet detector determines that the offset value is stable and stops the holdover function .
A time synchronization method characterized by the above.
外部から受信するクロック信号および受信パケットに応じて時刻信号を生成し、複数拠点間の周波数タイミングを同期させる時刻同期装置にあって、
この時刻同期装置が、特定の通信プロトコルに従って通信パケットを受信し、これに従って前記時刻信号を生成するパケット受信部と、前記パケット受信部による受信パケットに含まれるシンク(Sync)メッセージに従って前記時刻信号から周波数揺らぎ成分を除去するPLL回路部と、前記受信パケットおよび当該受信パケット内部の時刻オフセット値常時監視するパケット検出部とを有するものであると共に、
前記パケット検出部が備えるプロセッサに、
前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージが検出できずに経過した経過時間が予め与えられた制限時間以上であるか否かを判定する手順、
前記経過時間が前記制限時間を越えた場合に、前記PLL回路が備える、一定のタイミングで前記時刻信号から非対称遅延環境に起因するパケットジッタおよびワンダを除去するホールドオーバ機能を強制的に起動する手順、
予め外部から与えられた周波数安定度の要求値を前記PLL回路部に固有の直流ループゲインで除算する事によって閾値を算出する手順、
前記ホールドオーバ機能が起動されている状態で前記受信パケット中に前記シンク(Sync)メッセージを再度検出したか否かを判定する手順、
前記シンク(Sync)メッセージを再度検出した場合に、前記時刻オフセット値の安定度が前記閾値以下となると、前記時刻オフセット値が安定したと判定する手順、
および前記時刻オフセット値が安定したと判断してから前記ホールドオーバ機能を停止させる手順
を実行させることを特徴とする時刻同期プログラム。
In a time synchronization device that generates a time signal according to a clock signal and a received packet received from the outside, and synchronizes frequency timing between a plurality of bases,
The time synchronizer receives a communication packet according to a specific communication protocol, generates a time signal according to the communication packet, and from the time signal according to a sync (Sync) message included in the received packet by the packet receiver. A PLL circuit that removes a frequency fluctuation component, and a packet detector that constantly monitors the received packet and a time offset value inside the received packet;
In the processor provided in the packet detection unit,
A procedure for determining whether or not the elapsed time that has passed without being able to detect the sync (Sync) message in the received packet is equal to or greater than a predetermined time limit,
A procedure for forcibly starting a holdover function for removing packet jitter and wander caused by an asymmetric delay environment from the time signal at a fixed timing provided in the PLL circuit when the elapsed time exceeds the time limit ,
A procedure for calculating a threshold value by dividing a required value of frequency stability given from the outside in advance by a DC loop gain specific to the PLL circuit unit,
A procedure for determining whether the sync (Sync) message is detected again in the received packet in a state where the holdover function is activated,
A procedure for determining that the time offset value is stable when the stability of the time offset value is equal to or less than the threshold when the sync (Sync) message is detected again.
And a procedure for stopping the holdover function after determining that the time offset value is stable ,
A time synchronization program characterized in that is executed.
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