JPH10500826A

JPH10500826A - セルベースのクロック回復デバイス

Info

Publication number: JPH10500826A
Application number: JP8500117A
Authority: JP
Inventors: ネイルコックス，
Original assignee: ニューブリッジネットワークスコーポレイション
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1998-01-20
Also published as: EP0763292B1; EP0763292A1; AU700007B2; US5844891A; AU2520495A; CA2191425A1; DE69534906D1; GB9410943D0; DE69534906T2; WO1995033320A1

Abstract

(57)【要約】クロック回復ユニットは、非同期転送モード（ＡＴＭ）またはＡＴＭのようなネットワーク内における一定ビットレート（ＣＢＲ）サービスに適用されるシステムの受信エンティティのクロック回復機能を提供する。入力されるセルは、バッファ充満レベルＬ_iのために周期的にサンプリングされる。遅延していないセルの最大充満レベルＬｘ_jは、数Ｍのバッファ充満レベルサンプルＬ_iの一連から抽出される。周波数調整論理ユニットは、所定クロック周波数ｆ_jのビットストリームを出力する。周波数調整論理ユニットは、充満レベルＬｘ_j又はその導関数の安定状態平均が零に向かうように、クロック周波数ｆ_jに対する増加調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】セルベースのクロック回復デバイス本発明は、デジタル伝送システムに関し、特に、非同期転送モード（ＡＴＭ）又はＡＴＭのようなネットワークにおける一定ビットレート（ＣＢＲ）に適用されるシステムの受信実行主体（エンティティ）中のクロック回復機能を提供するセルベースのクロック回復（ＣＢＣＲ）デバイスに関する。非同期転送モード（ＡＴＭ）は、基本機能ユニット（basic function unit ）が固定長４２４ビット（５３バイト）のセルである、高速デジタル通信プロトコルである。それぞれのセルの５バイトは、ルーチングと制御に割り当てられ、残りの４８バイトは、データ伝送（transport）に用いられる。ＡＴＭベースのネットワークにエントリーすると、適合プロトコル（adaptation protcols）と呼ばれる標準フォーマットプロトコル（standard formatting protocols）にしたがって、情報はセル中にロード（load）される。セルは、一度ファイルされると、可能な限り早くネットワーク内を伝送される。バッファは、ＡＴＭベースのネットワークを通して、輻輳（congestion）、すなわち、１より多いセルが、与えられた通信リンクにわたる伝送の用意ができた場合、を扱うために用いられる。一定ビットレート（ＣＢＲ）サービス（services）は、その名前に示唆されるように、名目上一定レートでデータビットを伝送する。特に、ＣＢＲサービス用の伝送エンティティは、データビットの引き渡しの時間をはかる参照クロックを用いる。エンティティの受信は、データを検索（retrieve）するために、直接又は間接的に、同一クロックにアクセスしなくてはならない。ＣＢＲサービスで用いられる参照クロックは、平均動作周波数、最大限のジッタ及び最大限のワンダ（wander）に規格された仕様内で動作しなくてはならない。ジッタ及びワンダは、それぞれ、平均動作周波数に関する高周波変動性及び低周波変動性に対する制限である。ジッタ及びワンダは、一般に、クロックが一貫して正確にその平均動作周波数で動作する場合のクロックパルスからのオフセットに関して計測される。ジッタは、クロックがその平均周波数に固定されている場合のパルス中心点からの短期間偏差である。ワンダは、同等の長期間変動である。ジッタは、ヘルツのオーダで計測され、ワンダは時間または日のオーダで計測される。Ｔ１サービスのＡＮＳＩ仕様から引用された以下の仕様は、ＣＢＲクロックに要求される一例を示す。ここで、ＵＩは単位間隔又はクロック期間であり、Ｔ１では６４８ｎｓである。・平均動作周波数は、１．５４４±５０Ｈｚでなくてはならない。・１０Ｈｚから４０ｋＨｚの間の周波数帯におけるジッタは、０．５ＵＩピークトゥピークよりも小さくなくてはならず、８ｋＨｚから４０ｋＨｚの間の周波数帯におけるジッタは、０．０７ＵＩピークトゥピークよりも小さくなくてはならない。・１５分間にわたるワンダは、５ＵＩピークトゥピークよりも小さくなくてはならず、２４時間にわたるワンダは、２８ＵＩピークトゥピークよりも小さくなくてはならない。クロック回復は、必要なときに通信ネットワーク内のエンティティが参照クロックにアクセスするプロセスである。クロック回復には、２つの基本的な方法がある。第１の方法は、受信エンティティ対して別に伝送されるクロック信号に比較的単純な手法を適用させることである。残りの方法は、受信データ信号の周期性の解析からそのクロックを抽出することである。第２の方法は、一般的に装置に対してより複雑であり、エラーを起こしやすいが、別のクロック信号の伝送の必要がない。セルベースのクロック回復は、この第２の方法の一例である。ＣＢＲサービスは、ＡＴＭネットワークにわたって転送され、受信器内の出力クロックを制御するための推奨される基本は、バッファの充満レベル（buffer fill level）をモニタすることである［ＣＣＩＴＴ、Ｂ−ＩＳＤＮ／一定ビットレートサービスのＡＴＭ適合層：機能性及び仕様、草案Ｔ１Ｓ１／９２−５７０、１１月１３日、１９９２年］。受信器の出力クロックが、送信器の入力クロックよりもおそい場合、バッファの充満レベルは時間とともに増加する傾向がある。逆に、受信器の出力クロックが、送信器の入力クロックよりもはやい場合、バッファの充満レベルは時間とともに減少する傾向がある。したがって、出力クロックは、バッファの充満レベルでの傾向に基づいて調整することができる。この配置では、送信器及び受信器の双方にとって、共通のネットワーククロックへのアクセスを有する必要はない。したがって、この方法は、もう１つの推奨クロツク回復法、すなわち、同期残余時間スタンプ（synchronous residual time stamp）（ＳＲＴＳ）法よりも、多くの場合に用いられる。バッファの充満レベルの大きく一致する変動が期待される。第１に、時間の関数としてプロットされたバッファの充満レベルは、データがセルサイズ（５３バイト）のブロックでバッファ内に導入され、一度に１ビットづつバッファから流出するので、のこぎり歯のように見える。第２に、観察されるバッファの充満レベルの変動は、サービス適合システム内で行われるタスクの配列及び相関の優先順位化（prioritization）によって導入されることができる。例えば、このような伝送エントリー内の処理ジッタは、それ自身が受信エンティティのバッファの充満レベル変動として示される、伝送されるセル間の時間の変動を起こす。最後に、時変待ち行列遅延（time-varying queuing delays）は、ネットワーク内の輻輳の点において生じる。処理ジッタと比較すれば、このような時変待ち行列遅延は、それ自体がバッファの充満レベル変動として示される。上述の同時に起こる３つの充満レベル変動の原因の中で、最も問題があるのは、ネットワーク内での待ち行列遅延である。処理ジッタは、システム設計者の管理下にあり、適当な設計によって処理しやすいレベルにまで低減される。のこぎり歯効果は、バッファの充満レベルのサンプリングを、ＡＴＭセルの到着におおよそ同期させることによって、最小限にすることができる。ＮｅｗｂｒｉｄｇｅＭａｉｎｓｔｒｅｅｔ（商標）３６１５０スイッチは、待ち行列遅延による充満レベル変動の大きさに見識を与える。ＡＴＭセルは、３つのスイツチングステージを通過するが、それぞれは１６セルの待ち行列を有する。最悪のケースの筋書は、４８セルの待ち行列遅延を導入する。１つのＡＴＭセルを伝送するためには、２．７４μｓ（すなわち、１５５Ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃで５３バイト）が必要であるとして、単一のスイッチを通過する待ち行列遅延は、１３２μｓに匹敵する。処理ジッタ及びＡＴＭスイッチにあたる可能性を考慮すると、待ち行列遅延は、０μｓと、大体１０００μｓとの間を変動すると期待される。Ｔ１サービス適合では、これは＋／−８００ビットのオーダでのバッファ充満レベル変動に換算する。ネットワーク内の他の待ち行列は、Ｍａｉｎｓｔｒｅｅｔ（商標）３６１５０スイッチよりも長くすることができる。例えば、ＮｅｗｂｒｉｄｇｅＴ３ラインインターフェースカードは、約３ｍｓに匹敵するデータの待ち行列を有する。Ｔ１サービスのためのＡＴＭセルがＴ３カードを通過すれば、３ｍｓに匹敵する遅延変動が生じるかもしれない。Ｔ１ジッタの要求を満たすためのおおよその解析は、以下の通りである。クロック評価値が、約２０Ｈｚのレートで更新される場合、０．５ＵＩジッタ上限を満たすため、最大許容周波数不整合は約１０Ｈｚとなる。これは、約４ｐｓ内で正確なクロック周期に相当する。クロック周期内のより大きなエラーは、クロック更新の周波数が増加するならば、基本的には許容され得る。しかしながら、それぞれの周波数評価値を得るのに利用できる新しいデータは少なくなるので、これはタスクを単純化することにはならない。実行されるタスクの大きさは、非常に顕著である。その要求は、本質的に、ＡＴＭセル到着の周期性を解析することによって、数ピコ秒の精度までのＴ１伝送器のクロック周期の偏りのない評価値を得ることである。しかしながら、＋／− ５００μｓ或いはそれ以上のオーダのセル到着ジッタが予想される。当然の帰結として、ジッタ変化は１０¹²オーダの要因によって低減されなければならないことになる。クロックワンダは、ＣＢＲサービス内の制御にとって重要であり、慣習的なセルベースのクロック回復システムにおける重要な問題である。ＣＢＲネットワークにおけるバッファが、ワンダ要求に基づいて大きさ順で分類されており、これらの要求が満たされない場合はある環境下でオーバーフローするかもしれないので、ワンダは重要である。クロックが、本質的に、ローパスフィルタされたバッファの充満レベルのサンプルに基づいて設定されるので、慣習的なＣＢＣＲのワンダの問題が生じる。不幸なことに、１つの低い値がローパスフィルタのロールオフ（roll-off）周波数に設定されるとしても、大体において、フィルタを通過できる低周波成分がある。このような成分は、クロックワンダとして現われる。このような低周波成分の大きさは、非制御要因の種類に依存するので、ＣＢＣＲシステムにおけるワンダの限界を明確に指定し、ワンダの標準との一致を確かめることは困難である。本発明の目的は、前述の従来技術の問題を処理することにある。本発明によれば、非同期転送モード（ＡＴＭ）またはＡＴＭのようなネットワーク内における一定ビットレート（ＣＢＲ）サービスに適用されるシステムの受信エンティティのクロック回復機能を提供するクロック回復ユニットにおいて、入力されるセルを受信するバッファと、バッファ充満レベルＬ_iを周期的にサンプリングする手段と、一連のバッファ充満レベルサンプルＬ_iから、実質的に遅延してないセルの到着時のバッファ充満レベルの評価値Ｌｘ_jを得る手段と、所定のクロック周波数ｆ_jで制御信号を出力し、遅延していないセルの到着時のバッファ充満レベルの評価値Ｌｘ_j又はその導関数の安定状態平均が所定の最適動作点Ｌ_optに向かうように、クロック周波数ｆ_jに対する増加調整を行う周波数調整論理ユニットとを備える。１つの実施例においては、評価値Ｌｘ_jは、充満レベルサンプルのブロックから得られ、各ブロックは所定数Ｍのサンプル含む。しかしながら、サンプルの数はブロック毎に変えてもよい。本発明によって生成される制御信号は、ビットストリーム（stream）、正弦波又は他の得られるクロックの周波数を表現するものの形をしていてもよい。バッファ充満レベルのサンプリングは、述べられる理由から、バッファの充満レベルの、のこぎり歯形状の効果を最小化するため、通常、セルの到着時間に略同期して実行されるべきである。遅延していないセルの到着時のバッファ充満レベルの１つの評価器は、充満レベルサンプルのブロックの最大値である。上述したように、４２４ビットの単一ブロックとして到着するセルは、一定レートで一度に１ビットずつ出力されるため、実際のバッファ充満レベルは、のこぎり歯波形の形をしている。到着するセルが遅延すると、新しいセルが到着する前に、より多くのビットが出力されるため、充満レベルは低下しようとする。最大充満レベルは、セルが時間通りに到着したときに生じる。したがって、評価された最大充満レベルは、遅延していないセルの充満レベルの標本である。ネットワーク内の干渉トラフィック（traffic）は、しばしば実質的輻輳点を生成するが、実質的な遅延なしにネットワークをセルが通過することは比較的通常のことでもある。このように、一連のＡＴＭセルのセル伝送遅延の最小値は、干渉トラフィックによって比較的影響されない。したがって、最大バッファ充満レベルも比較的影響をうけない。これが完全には正しくない場合でも、平均セル伝送遅延を増加させる現象は、セル伝送遅延の変化も増加させるというのは正当であり、したがって、最小遅延は、平均遅延又は最大遅延よりも小さく変化する。平均バッファ充満レベルを用いた伝統的な解析と比較すると、最大バッファ充満レベル又は遅延していないセルの到着時のバッファ充満レベルの他の評価値は、干渉ＡＴＭトラフィックの単一のバーストソース（bursty source）が周期的にネットワーク内の輻輳点の容量にはまりこむ場合に特に発せられる。この場合、受信エンティティによって観察される平均バッファ充満レベルは、干渉トラフィックによってはげしく影響をうけるが、最大バッファ充満レベル又は遅延していないセルの到着時のバッファ充満レベルの他の評価値は比較的影響を受けない。本発明は、非同期転送モード（ＡＴＭ）またはＡＴＭのようなネットワーク内における一定ビットレート（ＣＢＲ）サービスに適用されるシステムの受信エンティティのクロック回復機能を提供する方法において、入力されるセルをバッフア内に受信する工程と、バッファ充満レベルＬ_iを周期的にサンプリングする工程と、一連のバッファ充満レベルサンプルＬ_iから、実質的に遅延してないセルの到着時のバッファ充満レベルのＬｘ_jを評価する工程と、所定のクロック周波数ｆ_jで制御信号を出力する工程と、遅延していないセルの到着時のバッファ充満レベルの評価値Ｌｘ_j又はその導関数の安定状態平均が所定の最適動作点に向かうように、クロック周波数ｆ_jに対する増加調整を行う工程と、を備えることを特徴とする方法も提供する。本発明は、ＡＴＭネットワークに関して記述されるが、ネットワーク内を伝達するデータのセルを有する同様のタイプのパケット交換ネットワーク（packet-s witched network）に適用することができる。セルは固定長である必要はなく、本発明は可変サイズのデータブロックを用いたパケット交換ネットワークにも同様に適用することができる。以下、本発明を、単なる実例として添付の図面を参照して詳細に記述する。図１は、発明に係るセルベースのクロック回復ユニットの概略ブロック図である。図２は、発明に係るクロック回復ユニットの一実施例の概略ブロック図である。図３は、発明に用いられるクロック回復法の数学的モデルを示す。図４は、時間に対するバッファ充満レベルの変動を示す。図１を参照すると、入力される５３バイトＡＴＭセル２１は、これらがネットワークから到着すると、バッファ１に入力される。バッファは、一定ビットレートでビットを出力する。その結果、時間の関数としてのバッファ１の充満レベルは、遅延していないセルの充満レベルを実線によって示す図４に示すように、のこぎり歯波形によって表される。セルが到着すると、立ち上がりエッジが生じる。セルが遅れた場合、次のセル到着する前により多くのビットが出力されるので、最大充満レベルは破線によって示されるように下がる。図１を再度参照すると、バッファ１の充満レベルＬ_iは、バッファ充満レベル検出器２によってモニタされている。バッファ充満レベルＬ_iのサンプルは、ＡＴＭセルの到着に略同期したバッファ充満レベルの周期的なサンプリングによって得られ、充満レベル波形の、のこぎり歯形状の効果を最小化している。サンプルＬ_iは、遅延しないセルのバッファ充満レベルの評価器である、ブロック３に入力される。これは、連続する数Ｍのバッファ充満レベルサンプルＬ_i から評価値を抽出し、Ｍ個の新しいサンプルＬ_iが調査された後にのみ更新されるＬｘ_jを生成する。すなわち、下付き文字ｊは下付き文字ｉよりもＭ倍遅く増加する。Ｍは、本発明の所定の構成パラメータ（configuration parameter）である。充満レベル評価器は、例えば、局所的最大値評価器又は重みづけされた平均充満レベルの合計、最大充満レベル、若しくは充満レベルサンプルのブロックからの他の統計をとるユニットとすることができる。しかる後、ブロック３の出力は、Ｌｘ_jから所定の安定状態最適バッファ充満レベルＬ_optを減じる、減算器４に供給され、その結果は、微分器５によって生成されるＬｘ_jの導関数の評価値とともに、周波数調整論理ブロック６に入力される。Ｌ_optの選択は、飢餓状態回避（starvation avoidance）と遅延最小化との間の選択である。セルが伝送中にはげしく遅延する場合には、飢餓状態（バッファアンダーフロー）を避けるため、Ｌ_optが大きい値であることが必要である。ネットワーク内の平均遅延を低く維持するためには、Ｌ_optが小さい値であることが好ましい。パラメータＬ_optは、これら２つの要因間のバランスを得る直接手段を提供する。周波数調整論理ブロック６は、クロック周波数ｆ_jを表す信号を発生する。しかる後、周波数調整論理ブロック６は、その入力の１つ又は双方の安定状態平均が零に向かうように、クロック周波数ｆ_jに若干の増加調整を行う。図２は、発明の好適な実施例の詳細な図である。Ｌ_iは、バッファ充満レベルのサンプルｉを表し、Ｌｍａｘ_jは回復されたクロック周波数のサンプルｊを表し、Ｌ_optは最適安定状態最大バッファ充満レベルを表し、ｉはバッファ充満レベルのサンプルのための指標であり、ｊはクロック周波数及び最大バッファ充備レベルのサンプルのための指標である。Ｍ分周ブロック９、最大値抽出器ブロック１０及び最大値サンプリング及びリセットブロック１１は、これらが遅延しないサンプルの充満レベルの評価値を提供するので、図１のブロック３と一致する。ブロック１０は、充満レベル検出器２から受信した充満レベルサンプルＬ_iの最大値を示す信号を出力する。ブロック１１は、Ｍ個のサンプルに対して最大値Ｌｍａｘ_jを出力し、同時に最大値抽出器１０をリセットする。その結果は、遅延のないサンプルのバッファ充満レベルを表す出力信号Ｌｍａｘ_jである。動作状況に依存するシステムの最適化パラメータである、最適化信号Ｌ_optは、加算器４内において、Ｌｍａｘ_jから減じられる。加算器４の出力は、図１の微分ブロック５に対応する、Ｊサンプル遅延ブロック１２及び加算器１３に入力される。乗算器１４、１５及び加算器１６は、図１の周波数調整論理ブロック６に対応する。図２に示す実施例は、以下の帰納関係を満たす。ここで、ｆ_j＝出力クロック周波数（Ｈｚ）Ｌｍａｘ_j＝バッファ充満レベルのＭ個の続いたサンプルの最大値（ｂｉｔｓ）Ｍ＝それぞれのＬｍａｘ_j-1が抽出されるブロックの長さ（サンプル）Ｌ_opt＝最適条件のバッファ充満レベル（ｂｉｔｓ） α＝第１次適合要因（Ｈｚ／ｂｉｔ） β＝第２次適合要因（Ｈｚ／ｂｉｔ）Ｊ＝ブロック分離ＨＤＬｉｍ_α＝しきい値ＴＨＲ_αのハードリミットＨＤＬｉｍ_β＝しきい値ＴＨＲ_βのハードリミットである。一致して変動する原因がないために、バッファ充満レベルは、送信エンティテイのクロックと受信エンティティのクロックとの差に、直接比例して変化する。このように、αは、ｆ_jが入力クロック周波数に向かうように機能する。もう１つの要因βは、バッファ充満レベルを動かす第２次関数が、前もって選択された ”最適”値Ｌ_optに向かうように働く。βのない場合、飢餓状態（バッファアンダーフロー）を回避するためには低すぎる任意の充満レベル、又は、バッファオーバーフローを回避するためには高すぎる任意の充満レベルにおいて、ユニットは停止するだろう。さらに、βがない場合、適合システムの終端間（end-to-end ）の伝送遅延は制御できない。ハードリミット演算子（operator）ＨＤＬＩＭ_αは、ネットワーク遅延が突然変化したときに立ち上がる駆動関数中の時折生じる大きなスパイクの衝撃を低減するように機能する。本発明は、バッファ充満レベルの導関数になるものに依存する。したがって、充満レベルのステップは、クロック調整で大きなスパイクに変換される。充満レベルのこのようなステップは、ネットワーク遅延特性が突然変化したときに起こる。ハードリミット演算子ＨＤＬｉｍ_βは、バッファ充満レベルの大きな変化が必要な場合に、出力周波数のずれを制御するように機能する。このような大きな変化は、ネットワーク遅延が突然変化するか、又は、対象の充満レベル（Ｌ_opt）が変わる場合に生じる。以下は、図２に示した実施例の一般的解析であり、これは本発明の基礎となる原理をより詳細に説明する。ここで、Ｆ（ｚ）＝出力周波数のＺ変換Ｄ（ｚ）＝適合フィルタのＺ変換Ｌ（ｚ）＝最大バッファ充満レベルのＺ変換Ｎ（ｚ）＝Ｌ（ｚ）の評価値における誤差のＺ変換である。最大バッファ充満レベルは、周波数パラメータが解析の間隔にわたって略一定であるならば、ジッタがない場合には、以下の関係を満たす。ここで、ｆｉｎ_f-1＝ＣＢＲソースクロックの周波数Ｔ＝充満レベル評価値Ｌｍａｘ_jとＬｍａｘ_j-1の時間分離である。Ｌｍａｘ_jのＺ変換を求め、それを最初のＦ（ｚ）に代入することによって、以下が得られる。ここで、である。上記の式は、図３に示すデジタル位相同期ループ（ＤＰＬＬ）のような構造によって表される。要素１／（ｚ−１）は積分器であるので、バッファ充満レベルは周波数差の積分であり、したがって有効にループの位相誤差となる。古典的ＤＰＬＬの線形化されたベースバンドモデルは、例えば、”A survey of Digital Phase-Locked Loop”,Proceedings of the IEEE,April 1981，pp410-431に記載されるように、積分器１／（ｚ−１）を加算器を通過してループ外に後退させることにより得られる。図３の等価回路は、ルーブ内の電流位置から１／ｚ−１ブロックを取り除き、代わりにそれを、それらを加算する前にｆ_j及びｆｉｎ_jの双方に加えることによって得られる。この結果と上記文献内に記載されたものとの主な残りの違いは、ノイズ及びループフィルタのスケーリングである。したがって、古典的ＤＰＬＬに一般になされた標準解析の多くが適用できる。上記の解析的説明は以下の式のループフィルタを有する。Ｔ１サービス適合では時間間隔Ｔは、である。ここで、Ｂ＝セルあたりのデータビット数（ＡＴＭでは３７６）Ｍ＝ブロックあたりのセル数ｆｉｎ＝基準ソースクロック周波数（Ｔ１では１．５４４Ｍｈｚ）である。上記のシステムの安定性を以下考慮する。ループフィルタが式Ｄ（ｚ）＝（α （１−ｚ^-J）＋β）／１−ｚ^-1を有する場合、Ｈ（ｚ）に対するＪｕｒｙ安定性試験の繰り返し適用を通して、以下の条件が満たされるときには、ループは安定であることが判明した。ループは、安定性の限界に近付くような非常に発振性の動作を示し、ループ内の余分の遅延は、それを不安定にすることができる。したがって、安定性の限界内でうまく動作させることが重要である。ループ内の余分な遅延は、発振性動作の傾向の増加を導き、別の安定なループを不安定にする。例えば、Ｊ＝１であり、ループ内に余分な１サンプル遅延があると（すなわち、Ｔ秒の遅延）、Ｊｕｒｙ安定性試験は、以下の安定性の限界を示す。但し、Ｊ＝Ｉであり、遅延＝Ｔである場合。その上限は、余分な遅延がない場合よりも実質的に小さいことが分かる。適切に設計されたループは、単なる安定性より以上のものを提供する必要があり、そのループは突然の入力変化に伴う発振が僅であるべきである。本発明では、このような振動はβがαに較べて大きすぎるときに生じる。Ｊ＝１の特別の場合、伝達関数は以下になる。ここで、Ｈ（ｚ）｜_J=1の分母の検討から、ｂ＝０の時には、ループ応答は非常に減衰することが明らかである。これは、振動動作を回避するためには、以下の不等式が適用されるべきであることを示す。ここで、Ｊ＝１である。ここで、β＝０でα×Ｊが一定の場合にループの収束性は非常に一致する（co nsistent）。Ｊの選択もまたループダイナミクス上のβの影響に僅かな効果を及ぼす。したがって、以下の式は、任意のＪに対して殆ど臨界的に減衰したループを得るために用いることができる。この式は単なる近似であることを強調しておく。例えば、ｊ＞１の場合、α単独で発振を導入することができる。付加的ループ遅延も発振を導入することができる。したがって、ループがやや過減衰になるように慎重にβＴを選択する。ループの収束レートの単純な計測は、単一のステップ内で訂正され、評価された周波数差の比率から得られる。これは、αとβの相互作用を無視し、収束の周縁の近似を与えるのみであるが、全ての実際のパラメータ選択において、一貫して代表することが分かる。ここで、以下が知られる。これから、単一ステップ内で周波数不整合を訂正できるαが以下であることが明らかである。したがって、単一ステップ内の周波数訂正の比率はα／α₁であり、単位時間あたりの周波数変化レートは、以下である。ＲＡＴＥの解釈は、入力周波数内のステップ不連続が、約１／ＲＡＴＥ秒のループによって決定されることである。実際のレートは、遅くなる傾向がある。例えば、周波数ステップに対する臨界的に減衰したループの実際の応答を検討すると、入力を整合させる出力周波数（すなわち、ステップ不連続後の周波数誤差プロットの最初のゼロクロス）を受ける時間は、約１．８／ＲＡＴＥであることが分かる。収束レートは、ブロックサイズ（Ｍ）又は暗に更新周期Ｔによって影響されない、ということは興味深い。ＲＡＴＥとループ（ｆ_3dB）の閉ループ周波数応答の−３ｄＢロールオフ点との間には、直接非線形関係がある。ＲＡＴＥがその最大値より十分に下の場合、すなわち、α《α₁の場合、ｆ_3dB≒ＲＡＴＥ／６Ｈｚである。除数はＲＡＴＥの高めの値にとって大きい。この文書内で推薦される構成では、除数は５．５と６の間である。周波数収束中の最悪バッファ充満レベルずれの概略的解析は、一時的にβを零に設定することである。これは合理的に正確である。というのは、入力周波数中のステップ不連続に伴う、臨界的に減衰した第２次ループの概略的振舞は、α及びＪによって決定されるレートにおいて周波数不整合を第１に解析し、しかる後、βによって決定されるレートにおいてバッファ充満レベルをＬ_optに戻すことであるからである。ここで、各反復の周波数訂正の比率は、α／α₁であるので、Ｎ反復中の充満レベルの変化は、以下である。ここで、 △Ｌ＝充満レベル変化（ｂｉｔｓ） △ｆ＝周波数ステップの大きさ（Ｈｚ）である。Ｎを無限大にすると、以下が得られる。シミュレーションは、この式が臨界的に減衰したループに対する約１．３の要因による充満レベルのずれを過大評価していることを示している。この過大評価は過減衰ループに対して少なすぎる。充満レベル調整による周波数変動を解析する。これは、ループがバッファ充満レベルの予め特定された”最適”値（Ｌ_opt）からの偏差を決定するように機能する場合のピーク周波数変動の解析である。このような応答は、Ｌ_optパラメータが処理中に調整される場合、又は、バッファ充満レベルがＬ_optから非常にずれているときにクロック回復デバイスが機能している場合に生じる。この概略的解析にとって、適用等式中のＬｍａｘ_i−Ｌ_optは、一定△Ｌ_optに置き換えられ、ハードリミットは使えない状態であり、結果の安定状態周波数差△ｆは計算される。△Ｌ_optが充満レベル偏差の初期サイズである場合、△ｆはピーク周波数変動の大体の評価値になる。α（Ｌ_i−Ｌ_i-J）＝βＬ_optの場合に、修正された適用等式は静止する。Ｌｍａｘ_i−Ｌｍａｘ_i-J＝ＴＪ（ｆｉｎ−ｆｏｕｔ）なので、安定状態周波数差は以下になる。ピークに及ぶ前に起こる充満レベル適合を無視しているので、この式はピーク周波数変動を過大評価している。シミュレーションは、臨界減衰ループに対して約１．３の要因によって過大評価されることを示している。この過大評価は過減衰ループに対して低い。ＴＨＲ_β及びＴＨＲ_αのハード制限効果を考慮することも必要である。ハード制限しきい値ＴＨＲ_βは、充満レベルが予め特定された”最適”値からはずれる場合に周波数ずれの範囲を制御するためにある。前節で述べたとの同様の論理を用いることにより、ＴＨＲ_αを越える持続充満レベル偏差は、以下の周波数オフセットを生じる。ハード制限しきい値ＴＨＲ_αは、充満レベル評価値内の可能な異常な誤差による充満レベルの急激且つ大きな変化の影響を制限する。これは、大きく基準からはずれたサンプルを拒絶する手段としての使用として意図される。これはαを減少させ、したがって、βが零でない場合にループを発振又は不安定にするので、変動の通常の範囲に近づけ過ぎるのを回避すべきである。ループのノイズ出力の形式的な解析は、更にくどい外形積分を必要とし、その動作に一般的見識を集めるためには必要ではない。第１に、βは実際のループにおいては常にαよりも非常に小さいので、この解析のためにはβ＝０とする。これから、以下のループフィルタの近似が導かれる。この帰納を実行すると、各出力サンプル（ｆ_j）は、Ｊ個のつづいた入力サンプルＬｍａｘ_jの合計であることが分かる。入力ノイズが相関してないと仮定すると、以下となる。ここで、 σ² _L＝最大バッファ充満レベルの分散（ｂｉｔ²） σ² _f＝出力周波数の分散（Ｈｚ²）である。この解析のために、σ² _LはＭ個の充満レベルサンプルのブロックから得られる平均バッファ充満レベルの分散と等しいと仮定する。したがって、である。ここで、 σ² _L＝ＡＴＭセル到着時間の分散（ｓｅｃ²）である。これは、以下の周波数ジッタ（Ｈｚ²）の式を導く。最後に、周波数よりも単位間隔に関するジッタを指定するのは普通であり、ここでは単位間隔はＴ１クロックの周期である（６４８ｎｓ）。ＵＩ²の次元を伴う、以下の公式はこのような仕様に対する概略比較を提供する。Ｍ及びＪの選択は、ノイズの低減以外の要因によって影響を受ける。例えば、各Ｊの増加はループフィルタの次数を増加させ、したがって、解析を困難にし安定性制限を拘束する。Ｍが小さい場合は、ループ動作及び安定性に潜在的に大きさ影響を与えるＴは小さい。Ｔ１クロック適合の好適な設定を以下の表にまとめる。双方のモードにおいて、ループは、約２０Ｈｚ、すなわち、Ｔ＝２００／４１０６＝０．０４８７秒で更新される。ループパラメータは、安定性範囲限界内で適当である。高速の適合構成は、約０．１Ｈｚで−３ｄＢのロールオフを有するシステムを生成する。これは、１００Ｈｚの周波数ステップに呼応して、△Ｌ＜２００ビットの最大充満レベルずれを生じさせ、大きな充満レベル調整に呼応して、△ｆ_ss＜３０Ｈｚの最大変動を生じさせる。低速の適合構成は約０．０３Ｈｚで−３ｄＢのロールオフを有するシステムを生成する。これは、１００Ｈｚの周波数ステップに呼応して、△Ｌ＜５００ビットの最大充満レベルずれを生じさせ、大きな充満レベル調整に呼応して、△ｆ_ss＜１１Ｈｚの最大変動を生じさせる。それは、最終的に０．５ｄＢよりも小さい最大低周波増幅を提供するために十分に減衰されており、また、設計されている。記載された本発明の実施例は、ＡＴＭネットワーク内におけるＣＢＲサービス適合を提供することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年５月３１日【補正内容】ＣＢＲサービスは、ＡＴＭネットワークにわたって転送され、受信器内の出力クロックを制御するための推奨される基本は、バッファの充満レベル（buffer fill level）をモニタすることである［ＣＣＩＴＴ、Ｂ−ＩＳＤＮ／一定ビットレートサービスのＡＴＭ適合層：機能性及び仕様、草案Ｔ１Ｓ１／９２−５７０、１１月１３日、１９９２年］。受信器の出力クロックが、送信器の入力クロックよりもおそい場合、バッファの充満レベルは時間とともに増加する傾向がある。逆に、受信器の出力クロックが、送信器の入力クロックよりもはやい場合、バッファの充満レベルは時間とともに減少する傾向がある。したがって、出力クロックは、バッファの充満レベルでの傾向に基づいて調整することができる。この配置では、送信器及び受信器の双方にとって、共通のネットワーククロックへのアクセスを有する必要はない。したがって、この方法は、もう１つの推奨クロック回復法、すなわち、同期残余時間スタンプ（synchronous residual time stamp）（ＳＲＴＳ）法よりも、多くの場合に用いられる。このような方法は、例えば、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ８８／００１７８（ＷＯ８８／０７２９７）号に記載されている。バッファの充満レベルの大きく一致する変動が期待される。第１に、時間の関数としてプロットされたバッファの充満レベルは、データがセルサイズ（５３バイト）のブロックでバッファ内に導入され、一度に１ビットづつバッファから流出するので、のこぎり歯のように見える。第２に、観察されるバッファの充満レベルの変動は、サービス適合システム内で行われるタスクの配列及び相関の優先順位化（prioritaization）によって導入されることができる。例えば、このような伝送エントリー内の処理ジッタは、それ自身が受信エンティティのバッファの充満レベル変動として示される、伝送されるセル間の時間の変動を起こす。最後に、時変待ち行列遅延（time-varying queuing delays）は、ネットワーク内の輻輳の点において生じる。処理ジッタと比較すれば、このような時変待ち行列遅延は、それ自体がバッファの充満レベル変動として示される。上述の同時に起こる３つの充満レベル変動の原因の中で、最も問題があるのは、ネットワーク内での待ち行列遅延である。処理ジッタは、システム設計者の管理下にあり、適当な設計によって処理しやすいレベルにまで低減される。のこぎり歯効果は、バッフアの充満レベルのサンプリングを、ＡＴＭセルの到着におおよそ同期させることによって、最小限にすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＷ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．非同期転送モード（ＡＴＭ）またはＡＴＭのようなネットワーク内における一定ビットレート（ＣＢＲ）サービスに適用されるシステムの受信エンティティのクロック回復機能を提供するクロック回復ユニットにおいて、入力されるセルを受信するバッファと、バッファ充満レベルＬ_iを周期的にサンプリングするサンプリングユニットと、一連のバッファ充満レベルサンプルＬ_iから、実質的に遅延してないセルの到着時のバッファ充満レベルの評価値Ｌｘ_jを得る評価ユニットと、所定のクロック周波数ｆ_jで制御信号を出力し、前記遅延していないセルの到着時のバッファ充満レベルの前記評価値Ｌｘ_j又はその導関数の安定状態平均が所定の最適動作点に向かうように、前記クロック周波数ｆ_jに対する増加調整を行う周波数調整論理ユニットと、を備えることを特徴とするクロック回復ユニット。２．前記評価ユニットが、前記所定数のサンプルの最大充満レベルを抽出する手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載のクロック回復ユニット。３．前記評価ユニットが、最大充満レベルと平均充満レベルからの複合評価値を得る手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載のクロック回復ユニット。４．前記評価ユニットが、最大充満レベルと最小充満レベルからの複合評価値を得る手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載のクロック回復ユニット。５．前記サンプリングユニットが、ＡＴＭセルの到着に略同期してバッファ充満レベルをサンプリングすることを特徴とする、請求項１に記載のクロック回復ユニット。６．差分値を生成するためにバッファ充満レベルＬｘ_jの評価値から所定の最適値Ｌ_optを減じる減算器と、バッファ充満レベルＬｘ_jの前記評価値の導関数を得る微分器と、を更に備え、前記バッファ充満レベルＬｘ_jの前記評価値の前記差分値及び導関数は、その１つ又は双方の入力が前記所定の最適値に移動するように前記クロック周波数ｆ_jを増加調整するために適用される前記周波数調整論理ユニットに、第１及び第２入力として与えられることを特徴とする、請求項１に記載のクロック回復ユニット。７．前記評価ユニットは、最大充満レベルＬｍａｘ_jを抽出し、Ｍでサンプルのクロックレートを分割する分周器と、Ｌｍａｘ_jを示す信号を出力する最大サンプル及びリセットユニットを含むことを特徴とする、請求項２に記載のクロック回復ユニット。８．前記微分器は、Ｊサンプル遅延回路及び減算器から構成されることを特徴とする、請求項７に記載のクロック回復ユニット。９．前記周波数調整論理ユニットは一対の乗算器を含み、前記乗算器は、最大充満レベルＬｍａｘ_j及びその導関数に依存する値をそれぞれ受信する第１入力と、所定の構成パラメータα及びβをそれぞれ受信する第２入力を有することを特徴とする、請求項８に記載のクロック回復ユニット。１０．前記周波数調整ユニットは、それぞれの乗算器に接続されたハードリミットユニットと、前記乗算器の出力を加算して前記制御信号を生成する加算器とを備え、前記加算器は、その出力を第３の加算入力に帰還することを特徴とする、請求項９に記載のクロック回復ユニット。１１．前記加算器の出力と前記第３の加算入力との間に１サンプル遅延ユニットを更に備える、請求項１０に記載のクロック回復ユニット。１２．高速適合モードにおいて、αは約０．０６２５であり、βは０．０００９であることを特徴とする、請求項１１に記載のクロック回復ユニット。１３．低速適合モードにおいて、αは約０．０２５であり、βは約０．０００１であることを特徴する、請求項１２に記載のクロック回復ユニット。１４．バッファ充満レベルの評価値を得る前記手段は、前記評価値を、それぞれがＭ個のサンプルを有する一連のサンプル群から得ることを特徴とする、請求項１に記載のクロック回復ユニット。１５．Ｍは、１つの連続したサンプル群から次のサンプル群まで一定であることを特徴とする、請求項１４に記載のクロック回復ユニット。１６．Ｍは、１つの連続したサンプル群から次のサンプル群までで変わることを特徴とする、請求項１４に記載のクロック回復ユニット。１７．非同期転送モード（ＡＴＭ）またはＡＴＭのようなネットワーク内における一定ビットレート（ＣＢＲ）サービスに適用されるシステムの受信エンティティのクロック回復機能を提供する方法において、入力されるセルをバッファ内に受信する工程と、バッファ充満レベルＬ_iを周期的にサンプリングする工程と、一連のバッファ充満レベルサンプルＬ_iから、実質的に遅延してないセルＬｘ_j の到着時のバッファ充満レベルの評価する工程と、所定のクロック周波数ｆ_jで制御信号を出力する工程と、前記遅延していないセルの到着時のバッファ充満レベルの評価値Ｌｘ_j又はその導関数の安定状態平均が所定の最適動作点に向かうように、前記クロック周波数ｆ_jに対する増加調整を行う工程と、を備えることを特徴とする方法。１８．前記評価値Ｌｘ_jは、最大バッファ充満レベルから得られることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。１９．Ｍは、１つの連続したサンプル群から次のサンプル群まで一定であることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。２０．Ｍは、１つの連続したサンプル群から次のサンプル群までで変わることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。