(57)【要約】【課題】  受信側のクロック精度を送信側のクロック精度に簡単かつ正確に合わせる。【解決手段】  送信装置２が基準クロックに基づいて所定の送信間隔で送信したタイミング情報を受信する受信装置であって、ＶＣＸＯ１１１の出力から得られる内部クロックに基づいて上記タイミング情報の受信間隔をカウントするタイミングカウンタ１０４と、上記内部クロックの周波数が上記基準クロックの周波数と一致する理想状態でタイミングカウンタ１０４が上記タイミング情報に含まれている送信間隔を計時した場合の値を理論値として演算する期待値演算部１０７と、タイミングカウンタ１０４にて受信間隔がカウントされるたびに、そのカウント値と期待値演算部１０７にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するとともに、該累積加算値が、所定の閾値範囲から外れた場合に、ＶＣＸＯ１１１へ供給される制御電圧の大きさを制御する誤差判定部１０９とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準クロックに基づいて所定の送信間隔で、少なくとも該所定の送信間隔の情報を含むタイミング情報を送信する送信装置と、
ネットワークを介して前記タイミング情報を受信する受信装置とを有し、
前記受信装置は、
入力された制御電圧の大きさに応じて出力クロックの周波数が変化する発振器と、
前記発振器の出力から得られる内部クロックに基づいて前記タイミング情報の受信間隔を計時する計時手段と、
前記内部クロックの周波数が前記基準クロックの周波数と一致する理想状態で前記計時手段が前記タイミング情報に含まれている送信間隔を計時した場合の値を理論値として演算する期待値演算部と、
前記計時手段にて受信間隔が計時されるたびに、その計時された値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するとともに、該累積加算値が、所定の閾値範囲から外れた場合に、前記内部クロックの周波数が前記基準クロックの周波数に近づくように前記制御電圧の大きさを制御する誤差判定部とを有することを特徴とするクロック同期システム。
【請求項２】
前記計時手段は、
前記タイミング情報を受信すると、それまで保持していたカウント値をクリアして、該タイミング情報の受信から次回のタイミング情報の受信までの間隔を前記内部クロックに基づいてカウントするタイミングカウンタと、
前記タイミングカウンタのクリアされる直前のカウント値を保持するラッチ回路とを有し、
前記誤差判定部が、前記タイミング情報が受信されるたびに、前記ラッチ回路に保持されたカウント値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算する、請求項１に記載のクロック同期システム。
【請求項３】
前記誤差判定部は、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の上限値を超えた場合に前記制御電圧を低くする、請求項２に記載のクロック同期システム。
【請求項４】
前記誤差判定部は、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の下限値を下回った場合に前記制御電圧を高くする、請求項２に記載のクロック同期システム。
【請求項５】
前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、
前記受信装置は、前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断するデータ抽出部をさらに有し、
前記データ抽出部が、前記連続性に異常があると判断した場合は、前記ラッチ回路に保持されている値を前記期待値演算部にて演算される理論値として強制的に設定する、請求項２から４のいずれか１項に記載のクロック同期システム。
【請求項６】
前記計時手段は、
前記タイミング情報を受信すると、前記期待値演算部にて演算された理論値が初期値として設定されるとともに、該タイミング情報の受信から次回のタイミング情報の受信までの間隔を前記内部クロックに基づいてダウンカウントするタイミングダウンカウンタと、
前記タイミングダウンカウンタの初期値が設定される直前のカウント値を保持するラッチ回路とを有し、
前記誤差判定部が、前記タイミング情報が受信されるたびに、前記ラッチ回路に保持されたカウント値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算する、請求項１に記載のクロック同期システム。
【請求項７】
前記誤差判定部は、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の上限値を超えた場合に前記制御電圧を高くする、請求項６に記載のクロック同期システム。
【請求項８】
前記誤差判定部は、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の下限値を下回った場合に前記制御電圧を低くする、請求項６に記載のクロック同期システム。
【請求項９】
前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、
前記受信装置は、前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断するデータ抽出部をさらに有し、
前記データ抽出部が、前記連続性に異常があると判断した場合は、前記ラッチ回路に保持されているカウント値を強制的に０にする、請求項６から８のいずれか１項に記載のクロック同期システム。
【請求項１０】
前記送信装置は、前記受信装置との通信開始後、一定の期間は、前記所定の送信間隔として第１の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送信し、その後は、前記第１の送信間隔より長い第２の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送信する、請求項１から９のいずれか１項に記載のクロック同期システム。
【請求項１１】
送信装置が基準クロックに基づいて所定の送信間隔で送信した、少なくとも該所定の送信間隔の情報を含むタイミング情報を、ネットワークを介して受信する受信装置であって、
入力された制御電圧の大きさに応じて出力クロックの周波数が変化する発振器と、
前記発振器の出力から得られる内部クロックに基づいて前記タイミング情報の受信間隔を計時する計時手段と、
前記内部クロックの周波数が前記基準クロックの周波数と一致する理想状態で前記計時手段が前記タイミング情報に含まれている送信間隔を計時した場合の値を理論値として演算する期待値演算部と、
前記計時手段にて受信間隔が計時されるたびに、その計時された値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するとともに、該累積加算値が、所定の閾値範囲から外れた場合に、前記内部クロックの周波数が前記基準クロックの周波数に近づくように前記制御電圧の大きさを制御する誤差判定部とを有する受信装置。
【請求項１２】
前記計時手段は、
前記タイミング情報を受信すると、それまで保持していたカウント値をクリアして、該タイミング情報の受信から次回のタイミング情報の受信までの間隔を前記内部クロックに基づいてカウントするタイミングカウンタと、
前記タイミングカウンタのクリアされる直前のカウント値を保持するラッチ回路とを有し、
前記誤差判定部が、前記タイミング情報が受信されるたびに、前記ラッチ回路に保持されたカウント値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算する、請求項１１に記載の受信装置。
【請求項１３】
前記誤差判定部は、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の上限値を超えた場合に前記制御電圧を低くする、請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１４】
前記誤差判定部は、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の下限値を下回った場合に前記制御電圧を高くする、請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１５】
前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、
前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断するデータ抽出部をさらに有し、
前記データ抽出部が、前記連続性に異常があると判断した場合は、前記ラッチ回路に保持されている値を前記期待値演算部にて演算される理論値として強制的に設定する、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の受信装置。
【請求項１６】
前記計時手段は、
前記タイミング情報を受信すると、前記期待値演算部にて演算された理論値が初期値として設定されるとともに、該タイミング情報の受信から次回のタイミング情報の受信までの間隔を前記内部クロックに基づいてダウンカウントするタイミングダウンカウンタと、
前記タイミングダウンカウンタの初期値が設定される直前のカウント値を保持するラッチ回路とを有し、
前記誤差判定部が、前記タイミング情報が受信されるたびに、前記ラッチ回路に保持されたカウント値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算する、請求項１１に記載の受信装置。
【請求項１７】
前記誤差判定部は、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の上限値を超えた場合に前記制御電圧を高くする、請求項１６に記載の受信装置。
【請求項１８】
前記誤差判定部は、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の下限値を下回った場合に前記制御電圧を低くする、請求項１６に記載の受信装置。
【請求項１９】
前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、
前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断するデータ抽出部をさらに有し、
前記データ抽出部が、前記連続性に異常があると判断した場合は、前記ラッチ回路に保持されているカウント値を強制的に０にする、請求項１６から１８のいずれか１項に記載の受信装置。
【請求項２０】
ネットワークを介して接続された受信装置に、クロック同期をとるためのタイミング情報を送信する送信装置であって、
外部より供給された基準クロックに基づいて、前記タイミング情報を所定の送信間隔で送信させるための周期タイミングを生成するタイミングカウンタと、
前記周期タイミングに基づいて、前記所定の送信間隔の情報と送信順序を示す順序番号とを含むデータを生成し、これを前記タイミング情報として送出するデータ生成部とを有する送信装置。
【請求項２１】
前記データ生成部が、前記受信装置との通信開始後、一定の期間は、前記所定の送信間隔として第１の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送出し、その後は、前記第１の送信間隔より長い第２の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送出する、請求項２０に記載の送信装置。
【請求項２２】
送信装置と受信装置がネットワークを介して接続された通信システムにおいて行われるクロック同期方法であって、
前記送信装置が、基準クロックに基づいて所定の送信間隔で、少なくとも該所定の送信間隔の情報を含むタイミング情報を前記受信装置へ送信する第１のステップと、
前記受信装置が、前記タイミング情報を受信するたびに、前回のタイミング情報の受信から今回のタイミング情報の受信までの間隔を自己のクロックでカウントしたカウント値と、前記自己のクロックの周波数が前記基準クロックの周波数と一致する理想状態で、該自己のクロックに基づいて前記受信したタイミング情報に含まれている前記所定の送信間隔をカウントした場合の値である理論値との差分を求めて累積加算するとともに、該累積加算値が、所定の閾値範囲から外れた場合に、前記自己のクロックの周波数を前記基準クロックの周波数に近づく方向に調整する第２のステップとを含むクロック同期方法。
【請求項２３】
前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、
前記受信装置が、前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断し、該判断が異常となった場合は、前記受信したタイミング情報について算出される差分を強制的に０にするステップをさらに含む、請求項２２に記載のクロック同期方法。
【請求項２４】
前記第１のステップは、前記送信装置が、前記受信装置との通信開始後、一定の期間は、前記所定の送信間隔として第１の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送信し、その後は、前記第１の送信間隔より長い第２の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送信するステップを含む、請求項２２または２３に記載のクロック同期方法。
【請求項２５】
送信装置が基準クロックに基づいて所定の送信間隔で送信した、少なくとも該所定の送信間隔の情報を含むタイミング情報を、ネットワークを介して受信する受信装置において行われるクロック周波数誤差判定方法であって、
前記タイミング情報の受信間隔を自己のクロックでカウントするステップと、
前記自己のクロックの周波数が前記基準クロックの周波数と一致する理想状態で、該自己のクロックに基づいて前記タイミング情報に含まれている前記所定の送信間隔をカウントした場合の値である理論値を演算するステップと、
前記受信間隔のカウント値が得られるたびに、該得られたカウント値と前記理論値との差分を求めて累積加算するステップと、
前記累積加算した値が所定の閾値範囲から外れるかどうかで、前記自己のクロックの前記基準クロックに対する周波数誤差を判定するステップとを含むクロック周波数誤差判定方法。
【請求項２６】
前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、
前記タイミング情報を受信すると、その受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断し、該判断が異常となった場合に、前記受信したタイミング情報について算出される差分を強制的に０にするステップとをさらに含む、請求項２５に記載のクロック周波数誤差判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワーク、特にインターネットプロトコルネットワーク（以下、ＩＰネットワークと記す）を介して接続された装置間のクロック同期をとるシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰネットワークを介して映像データや音声データなどを伝送する通信システムにおける装置間の同期を取る方式として、送信側で使用されている基準クロックの精度を、ＩＰネットワークを経由して受信側へ伝えることで、受信側のクロック精度を基準クロックの精度に合わせるクロック同期方式がある。その一例として、送信装置が基準クロックに基づく時刻情報をＩＰネットワーク上に送出し、受信装置が、出力周波数が固定された発振器からの内部クロックによって時刻をカウントするとともに、該カウントにより得られる時刻情報を、定期的に、ＩＰネットワークを介して受信される時刻情報に基づいて修正する、といった同期方式がある。
【０００３】
しかし、ＩＰネットワークにおいて生じるデータ転送遅延時間にはトラフィック等の状況によるばらつき（ゆらぎ）がある。このため、上記同期方式では、そのデータ転送遅延時間のゆらぎによって時刻情報の受信タイミングが毎回変動し、修正後の時刻が一定の精度にならない。
【０００４】
また、受信装置の発振器の精度が悪い場合は、クロックの周波数が送信側の基準クロックに比べて早かったり、遅かったりする。このようにクロックの周波数にずれがあると、送信装置と受信装置との間の時刻情報のずれが時間の経過とともに大きくなるため、受信装置における毎回の修正量が徐々に大きくなってしまう。この周波数のずれによる修正量のずれは、データ転送遅延時間のゆらぎが無い場合は、規則的な変化となる。しかし、通常は、データ転送遅延時間のゆらぎが存在するために、受信装置における修正量のずれは、そのような規則的な変化にはならず不定となる。このため、受信装置では、正確な時刻情報を連続して維持することは困難である。
【０００５】
そこで、データ転送遅延時間のゆらぎやクロックの周波数のずれを考慮したクロック同期が可能なＩＰ端末装置が提案されている（特許文献１参照）。このＩＰ端末装置は、送信側から一定間隔で送信された同期タイミングパケットを受信して内部クロックを送信側の基準クロックに同期させるものであって、内部クロックをカウントするクロックカウンタを備える。通信開始後、最初の同期タイミングパケットの受信タイミングにおけるクロックカウンタのカウンタ値（Ｘ０）と、それ以降の同期タイミングパケットの受信タイミングにおけるクロックカウンタのカウンタ値（Ｘｎ）とから、以下の式で与えられる２つの傾きＫ１、Ｋ２を求め、これら傾きの差分が一定の範囲内になる状態のときの、両傾きの平均から修正量のずれの規則的な変化を推定する。
【０００６】
Ｋ１＝｛（Ｘｎ−Ｘ０）＋Ｙ｝／Ｔ１
Ｋ２＝｛（Ｘｎ−Ｘ０）−Ｙ｝／Ｔ１
ここで、Ｙはゆらぎの上限値である。
【特許文献１】特開２００１−１８６１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、受信装置が、内部クロックでカウントした時刻情報を、定期的に、ＩＰネットワークを介して受信される時刻情報に基づいて修正する同期方式においては、データ転送遅延時間のゆらぎがあるために、修正後の時刻が一定の精度にならないという問題がある。また、受信装置の発振器の精度が悪い場合に、正確な時刻情報を維持することが困難であるという問題がある。なお、後者の問題については、高価な高精度の発振器を用いることで解決することができるが、その場合は、コスト面で不利なものとなる。
【０００８】
特許文献１に記載のＩＰ端末装置においては、２つの傾きＫ１、Ｋ２を求め、さらに、これら傾きＫ１、Ｋ２の差分が一定の範囲内になる状態において両傾きの平均を求める、といった複雑な処理を行う必要がある、という問題がある。
【０００９】
加えて、上述した傾きＫ１、Ｋ２に関する式の「／Ｔ１」は、正しくは「／（ｎ×Ｔ１）」であり、パケットを受信するたびにｎの値をインクリメントするものであると推測されることから、ＩＰネットワークにおいて、パケット抜け（網内破棄）が頻発する環境下では、傾きＫ１、Ｋ２を正確に求めることができない、という問題もある。
【００１０】
本発明の目的は、上記の問題を解決し、受信側のクロックの精度を送信側のクロック精度に簡単、かつ、正確に合わせることのできる、クロック同期システムおよびクロック同期方法ならびにクロック周波数誤差判定方法を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、パケット抜け（網内破棄）が頻発する環境下においても、受信側のクロックの精度を正確に維持することのできる、クロック同期システムおよびクロック同期方法ならびにクロック周波数誤差判定方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、そのようなクロック同期システムを構成する送信装置および受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のクロック同期システムの特徴は、基準クロックに基づいて所定の送信間隔で、少なくとも該所定の送信間隔の情報を含むタイミング情報を送信する送信装置と、ネットワークを介して前記タイミング情報を受信する受信装置とを有し、前記受信装置は、入力された制御電圧の大きさに応じて出力クロックの周波数が変化する発振器と、前記発振器の出力から得られる内部クロックに基づいて前記タイミング情報の受信間隔を計時する計時手段と、前記内部クロックの周波数が前記基準クロックの周波数と一致する理想状態で前記計時手段が前記タイミング情報に含まれている送信間隔を計時した場合の値を理論値として演算する期待値演算部と、前記計時手段にて受信間隔が計時されるたびに、その計時された値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するとともに、該累積加算値が、所定の閾値範囲から外れた場合に、前記内部クロックの周波数が前記基準クロックの周波数に近づくように前記制御電圧の大きさを制御する誤差判定部とを有することにある。
【００１４】
上記の構成において、理論値は、データ転送遅延時間のゆらぎの無い状態でタイミング情報を受信した場合の受信間隔（送信間隔に一致する）を、周波数が基準クロックの周波数と一致する理想状態の内部クロックで計時した値に相当する。したがって、内部クロックで計時した受信間隔の値が理論値に近づくように制御すれば、内部クロックの周波数が基準クロックの周波数に近づくこととなる。
【００１５】
また、受信装置の発振器の精度が悪く、内部クロックと基準クロックとの間に周波数ずれがある場合、内部クロックで計時された値と理論値との間に差分を生じる。この差分は、データ転送遅延時間のゆらぎが無い場合、規則的に変化するため、その規則的な変化を検出して内部クロックの周波数を修正することで、容易に基準クロックとの同期をとることが可能である。しかし、実際は、内部クロックで計時された値と理論値との間の差分には、データ転送遅延時間のゆらぎによる変動を伴うため、そのような規則的な変化を検出することは困難である。このため、上記の本発明では、タイミング情報の受信間隔が計時されるたびに、その計時された値と理論値との差分が求められて累積加算される。この累積加算値は、例えば内部クロックの周波数が基準クロックの周波数より速い場合は、データ転送遅延時間のゆらぎによる変動を伴うものの、周期的に除々に増加することとなる。反対に、内部クロックの周波数が基準クロックの周波数より遅い場合は、累積加算値は周期的に減少していくこととなる。この周期的な累積加算値の増減は、上記差分の規則的な変化に対応するものであり、累積加算値が所定の閾値範囲から外れた場合に、内部クロックの周波数が基準クロックの周波数に近づくように制御することで、容易に基準クロックとの同期をとることが可能であり、内部クロックを一定の精度で維持することができる。
【００１６】
上記の累積加算値に基づく内部クロックの周波数の修正は、内部クロックで計時された値と理論値との間の差分をとって累積加算するだけであるので、特許文献１に記載の２つの傾きＫ１、Ｋ２を求める手法に比べて処理が簡単である。
【００１７】
上述した本発明のクロック同期システムにおいて、前記計時手段は、前記タイミング情報を受信すると、それまで保持していたカウント値をクリアして、該タイミング情報の受信から次回のタイミング情報の受信までの間隔を前記内部クロックに基づいてカウントするタイミングカウンタと、前記タイミングカウンタのクリアされる直前のカウント値を保持するラッチ回路とを有し、前記誤差判定部が、前記タイミング情報が受信されるたびに、前記ラッチ回路に保持されたカウント値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するように構成してもよい。この場合、前記誤差判定部が、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の上限値を超えた場合に前記制御電圧を低くし、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の下限値を下回った場合に前記制御電圧を高くするように構成してもよい。このような構成により、上記本発明のクロック同期システムの特徴を有するシステムの実現が可能となる。
【００１８】
上記の場合、前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、前記受信装置は、前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断するデータ抽出部をさらに有し、前記データ抽出部が、前記連続性に異常があると判断した場合は、前記ラッチ回路に保持されている値を前記期待値演算部にて演算される理論値として強制的に設定するようにしてもよい。この構成によれば、パケット抜け（網内破棄）や転送順序の入れ替わりなどが生じた場合は、受信されたタイミング情報に含まれている順序番号が不連続なものとなり、連続性に異常が生じたと判断される。そして、順序番号が不連続なものとなったタイミング情報については、算出される差分は強制的に０とされる。このため、差分の累積加算値に、パケット抜け（網内破棄）や転送順序の入れ替わりなどが影響することはない。
【００１９】
上述した本発明のクロック同期システムにおいて、前記計時手段は、前記タイミング情報を受信すると、前記期待値演算部にて演算された理論値が初期値として設定されるとともに、該タイミング情報の受信から次回のタイミング情報の受信までの間隔を前記内部クロックに基づいてダウンカウントするタイミングダウンカウンタと、前記タイミングダウンカウンタの初期値が設定される直前のカウント値を保持するラッチ回路とを有し、前記誤差判定部が、前記タイミング情報が受信されるたびに、前記ラッチ回路に保持されたカウント値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するように構成してもよい。この場合、前記誤差判定部が、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の上限値を超えた場合に前記制御電圧を高くし、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の下限値を下回った場合に前記制御電圧を低くするようにしてもよい。このような構成によっても、上記本発明のクロック同期システムの特徴を有するシステムの実現が可能となる。
【００２０】
上記の場合、前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、前記受信装置は、前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断するデータ抽出部をさらに有し、前記データ抽出部が、前記連続性に異常があると判断した場合は、前記ラッチ回路に保持されているカウント値を強制的に０にしてもよい。この構成によっても、差分の累積加算値に、パケット抜け（網内破棄）や転送順序の入れ替わりなどが影響することはない。
【００２１】
上述した本発明のクロック同期システムのいずれかの構成において、前記送信装置が、前記受信装置との通信開始後、一定の期間は、前記所定の送信間隔として第１の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送信し、その後は、前記第１の送信間隔より長い第２の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送信するようにしてもよい。この構成によれば、受信装置では、通信開始後、一定の期間は、第２の送信間隔より短い第１の送信間隔に基づいて算出された論理値と内部クロックで計時された値（受信間隔）との差分が求められ、この差分の累積加算値が所定の閾値範囲から外れた場合に内部クロックの周波数の修正が行われる。そして、一定の期間経過後は、第１の送信間隔より長い第２の送信間隔に基づいて算出された論理値と内部クロックで計時された値（受信間隔）との差分が求められ、この差分の累積加算値が所定の閾値範囲から外れた場合に内部クロックの周波数の修正が行われる。このような修正を行う場合、通信開始後の一定の期間においては、送信間隔が短いために、内部クロックの修正をより早く行うことができ、また、一定の期間経過後においては、送信間隔が長いことにより、タイミング情報を効率的に送信することが可能となる。
【００２２】
本発明のクロック同期方法の特徴は、送信装置が、基準クロックに基づいて所定の送信間隔で、少なくとも該所定の送信間隔の情報を含むタイミング情報を前記受信装置へ送信する第１のステップと、受信装置が、前記タイミング情報を受信するたびに、前回のタイミング情報の受信から今回のタイミング情報の受信までの間隔を自己のクロックでカウントしたカウント値と、前記自己のクロックの周波数が前記基準クロックの周波数と一致する理想状態で、該自己のクロックに基づいて前記受信したタイミング情報に含まれている前記所定の送信間隔をカウントした場合の値である理論値との差分を求めて累積加算するとともに、該累積加算値が、所定の閾値範囲から外れた場合に、前記自己のクロックの周波数を前記基準クロックの周波数に近づく方向に調整する第２のステップとを含むことになる。
【００２３】
上記の場合、前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、前記受信装置が、前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断し、該判断が異常となった場合は、前記受信したタイミング情報について算出される差分を強制的に０にするステップをさらに含んでいてもよい。
【００２４】
また、前記第１のステップは、前記送信装置が、前記受信装置との通信開始後、一定の期間は、前記所定の送信間隔として第１の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送信し、その後は、前記第１の送信間隔より長い第２の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送信するステップを含む、請求項２２または２３に記載のクロック同期方法。
【００２５】
上記のとおりの本発明のクロック同期においても、上述した本発明のクロック同期システムの特徴と同様な作用を奏する。
【００２６】
本発明のクロック周波数誤差判定方法の特徴は、送信装置が基準クロックに基づいて所定の送信間隔で送信した、少なくとも該所定の送信間隔の情報を含むタイミング情報を、ネットワークを介して受信する受信装置において行われるクロック周波数誤差判定方法において、前記タイミング情報の受信間隔を自己のクロックでカウントするステップと、前記自己のクロックの周波数が前記基準クロックの周波数と一致する理想状態で、該自己のクロックに基づいて前記タイミング情報に含まれている前記所定の送信間隔をカウントした場合の値である理論値を演算するステップと、前記受信間隔のカウント値が得られるたびに、該得られたカウント値と前記理論値との差分を求めて累積加算するステップと、前記累積加算した値が所定の閾値範囲から外れるかどうかで、前記自己のクロックの前記基準クロックに対する周波数誤差を判定するステップとを含むことにある。
【００２７】
上記の場合、前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、前記タイミング情報を受信すると、その受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断し、該判断が異常となった場合に、前記受信したタイミング情報について算出される差分を強制的に０にするステップとをさらに含んでいてもよい。
【００２８】
上記のとおりの本発明のクロック周波数誤差判定方法においても、上述した本発明のクロック同期システムの特徴と同様な作用を奏する。
【００２９】
本発明の受信装置の特徴は、送信装置が基準クロックに基づいて所定の送信間隔で送信した、少なくとも該所定の送信間隔の情報を含むタイミング情報を、ネットワークを介して受信する受信装置において、入力された制御電圧の大きさに応じて出力クロックの周波数が変化する発振器と、前記発振器の出力から得られる内部クロックに基づいて前記タイミング情報の受信間隔を計時する計時手段と、前記内部クロックの周波数が前記基準クロックの周波数と一致する理想状態で前記計時手段が前記タイミング情報に含まれている送信間隔を計時した場合の値を理論値として演算する期待値演算部と、前記計時手段にて受信間隔が計時されるたびに、その計時された値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するとともに、該累積加算値が、所定の閾値範囲から外れた場合に、前記内部クロックの周波数が前記基準クロックの周波数に近づくように前記制御電圧の大きさを制御する誤差判定部とを有することにある。
【００３０】
上記の場合、前記計時手段は、前記タイミング情報を受信すると、それまで保持していたカウント値をクリアして、該タイミング情報の受信から次回のタイミング情報の受信までの間隔を前記内部クロックに基づいてカウントするタイミングカウンタと、前記タイミングカウンタのクリアされる直前のカウント値を保持するラッチ回路とを有し、前記誤差判定部が、前記タイミング情報が受信されるたびに、前記ラッチ回路に保持されたカウント値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するように構成されてもよい。この場合、前記誤差判定部が、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の上限値を超えた場合に前記制御電圧を低くし、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の下限値を下回った場合に前記制御電圧を高くするようにしてもよい。また、前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断するデータ抽出部をさらに有し、前記データ抽出部が、前記連続性に異常があると判断した場合は、前記ラッチ回路に保持されている値を前記期待値演算部にて演算される理論値として強制的に設定するように構成してもよい。
【００３１】
また、前記計時手段は、前記タイミング情報を受信すると、前記期待値演算部にて演算された理論値が初期値として設定されるとともに、該タイミング情報の受信から次回のタイミング情報の受信までの間隔を前記内部クロックに基づいてダウンカウントするタイミングダウンカウンタと、前記タイミングダウンカウンタの初期値が設定される直前のカウント値を保持するラッチ回路とを有し、前記誤差判定部が、前記タイミング情報が受信されるたびに、前記ラッチ回路に保持されたカウント値と前記期待値演算部にて演算された理論値との差分を求めて累積加算するように構成されてもよい。この場合、前記誤差判定部が、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の上限値を超えた場合に前記制御電圧を高くし、前記累積加算値が前記所定の閾値範囲の下限値を下回った場合に前記制御電圧を低くするようにしてもよい。また、前記タイミング情報は、何番目に送信された情報であるかを示す順序番号をさらに含み、前記タイミング情報を受信すると、該受信したタイミング情報に含まれている順序番号に基づいてその連続性を判断するデータ抽出部をさらに有し、前記データ抽出部が、前記連続性に異常があると判断した場合は、前記ラッチ回路に保持されているカウント値を強制的に０にするようにしてもよい。
【００３２】
上記のとおりの本発明の受信装置においても、上述した本発明のクロック同期システムの特徴と同様な作用を奏する。
【００３３】
本発明の送信装置の特徴は、ネットワークを介して接続された受信装置に、クロック同期をとるためのタイミング情報を送信する送信装置において、外部より供給された基準クロックに基づいて、前記タイミング情報を所定の送信間隔で送信させるための周期タイミングを生成するタイミングカウンタと、前記周期タイミングに基づいて、前記所定の送信間隔の情報と送信順序を示す順序番号とを含むデータを生成し、これを前記タイミング情報として送出するデータ生成部とを有することにある。この場合、前記データ生成部が、前記受信装置との通信開始後、一定の期間は、前記所定の送信間隔として第１の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送出し、その後は、前記第１の送信間隔より長い第２の送信間隔で前記タイミング情報を生成して送出するようにしてもよい。
【００３４】
上記のとおりの本発明の送信装置によれば、上記本発明の受信装置との組み合せにより、上述した本発明のクロック同期システムの特徴で述べた作用を奏する。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したとおり、本発明によれば、データ転送遅延時間のゆらぎがあっても、内部クロックの基準クロックに対する周波数誤差の傾向を、内部クロックで計時された値（受信間隔）と理論値との間に差分の累積加算値を利用した簡単な演算処理で、正確に判断することができる。よって、内部クロックを一定の精度で維持することができ、かつ、内部クロック精度誤差をより小さくすることができる。
【００３６】
また、内部クロックを一定の精度で維持することができることから、受信装置に用いる発振器として安価な電圧制御型の水晶発振器を用いることができる。よって、受信装置のコストを低くすることができる。このコスト低減効果は、送信装置に対して受信装置の数が多いほど大きくなる。
【００３７】
さらに、差分の累積加算値が所定の閾値範囲から外れるたびに、内部クロックの周波数を基準クロックの周波数に近づけるように修正するため、一回の周波数の調整量を低く抑えることができる。よって、周波数精度の調整によるクロックタイミングの変動を小さく抑えることができる。
【００３８】
さらに、受信装置側でタイミング情報の順序番号を管理しており、ＩＰネットワークの一時的な状態変動によってタイミング情報の抜けや、転送順序の入れ替わりが発生した場合には、そのタイミング情報の受信データを無効にするようになっているので、内部クロックの基準クロックに対する周波数誤差の傾向を正確に判断することができ、受信装置における周波数精度の信頼度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４０】
本発明の一実施形態であるクロック同期システムを構成する受信装置、送信装置の主要部をそれぞれ図１、図２に示し、システム全体の構成を図３に示す。以下、図１〜図３を参照して、本実施形態のクロック同期システムの構成を説明する。
【００４１】
図３を参照すると、基準発振器３０１から基準クロックが供給される送信装置２がＩＰネットワーク３０２を介して受信装置１と通信可能に接続されている。送信装置２の主要部は、図２に示すように、タイミングカウンタ２０１、データ生成部２０２、ＵＤＰインタフェース２０３、ＩＰインタフェース２０４およびＥＴＨＥＲインタフェース２０５からなる。
【００４２】
タイミングカウンタ２０１は、基準発振器３０１から供給される基準クロックを分周したクロックに基づいて、予め定められた間隔でタイミング情報を送出するための周期タイミングを生成するものである。このタイミングカウンタ２０１のカウント時間設定は可変で、外部から予め設定することができる。
【００４３】
データ生成部２０２は、順序番号データとタイミング間隔データを含むタイミング情報を生成し、その生成したタイミング情報をタイミングカウンタ２０１から供給される周期タイミングでＵＤＰインタフェース２０３に供給する。順序番号データは、生成したタイミング情報が何番目の情報にあたるかを示すデータであって、その値はタイミング情報を生成する度に１ずつ加算され、ある一定の値に達したところで初期値に戻るようになっている。タイミング間隔データは、タイミング情報の送出間隔を示すデータであって、タイミングカウンタ２０１から供給される周期タイミングの間隔と一致する。
【００４４】
ＵＤＰインタフェース２０３は、データ生成部２０２から供給されたタイミング情報に、当該タイミング情報を転送するためのＵＤＰポート番号が書かれたＵＤＰヘッダを付加してＩＰインタフェース２０４へ転送する。
【００４５】
ＩＰインタフェース２０４は、ＵＤＰインタフェース２０３から転送されたデータに、宛先ＩＰアドレスとして受信装置１のＩＰアドレス、発信元ＩＰアドレスとして自己のＩＰアドレスが書かれたＩＰヘッダを付加し、これを送信データとしてＥＴＨＥＲインタフェース２０５へ供給する。図４に、送信データのフォーマット例を示す。この例では、送信データ４０１は、先頭からＩＰヘッダ、ＵＤＰヘッダが順次設けられており、ＵＤＰヘッダの後に、タイミング情報である順序番号データおよびタイミング間隔データが順次格納されるようになっている。ＩＰヘッダの宛先ＩＰアドレスは、受信装置１のＩＰアドレスである。ＵＤＰヘッダのポート番号は、タイミング情報転送のために割り当てた固有の値である。
【００４６】
ＥＴＨＥＲインタフェース２０５は、ＩＰネットワークの物理インタフェースとしてイーサネットのインタフェース機能を有しており、ＩＰインタフェース２０４から供給された送信データをＩＰネットワーク３０２上に送出する。このＩＰネットワーク３０２上に送出された送信データが、受信装置１にて受信される。
【００４７】
受信装置１の主要部は、図１に示すように、ＥＴＨＥＲインタフェース１０１、ＩＰインタフェース１０２、ＵＤＰインタフェース１０３、タイミングカウンタ１０４、カウンタデータラッチ部１０５、データ抽出部１０６、期待値演算部１０７、差分演算部１０８、誤差判定部１０９、Ｄ／Ａコンバータ１１０、電圧制御水晶発振回路（ＶＣＸＯ）１１１および分周期１１２からなる。
【００４８】
ＥＴＨＥＲインタフェース１０１は、ＩＰネットワーク３０２の物理インタフェースとしてイーサネットのインタフェース機能を有しており、送信装置２からＩＰネットワーク３０２を介して受信したデータをＩＰインタフェース１０２へ転送する。ＩＰインタフェース１０２は、ＩＰプロトコルの終端機能を有しており、受信データの宛先ＩＰアドレスと、受信装置１に予め割り当てられているＩＰアドレスとを比較し、両ＩＰアドレスが一致している場合にのみ、受信データをＵＤＰインタフェース１０３へ転送する。すなわち、受信装置１宛で、かつ、発信元ＩＰアドレスが送信装置１と判断された受信データのみが、ＩＰインタフェース１０２からＵＤＰインタフェース１０３へ転送される。
【００４９】
ＵＤＰインタフェース１０３は、ＵＤＰプロトコルの終端機能を有しており、ＩＰインタフェース１０２から転送された受信データのＵＤＰヘッダの宛先ポート番号がタイミング情報転送のために割り当てられたポート番号（固有値）であるかを照合する。照合が一致した場合は、ＵＤＰインタフェース１０３は、タイミング情報の受信を検出した旨をタイミングカウンタ１０４へ通知するとともに、タイミング情報に該当するデータをデータ抽出部１０６へ転送する。タイミングカウンタ１０４は、ＶＣＸＯ１１１の出力クロックを分周器１１２で分周したクロックが入力されており、この入力クロックでカウント動作を行う。また、タイミングカウンタ１０４は、ＵＤＰインタフェース１０３からタイミング情報受信検出の通知を受けると、カウント値をクリアしてカウント動作を継続する。
【００５０】
カウンタデータラッチ部１０５は、タイミングカウンタ１０４がタイミング情報受信検出の通知を受けてカウント値をクリアする直前のカウント値を保持する。このカウンタデータラッチ部１０５がラッチしたカウント値は、前回のタイミング情報を受信したタイミングから、次にタイミング情報を受信するタイミングまでの間隔をカウントした値に相当する。データ抽出部１０６は、ＵＤＰインタフェース１０３から転送されたデータから、順序番号データとタイミング間隔データを抽出する。順序番号データは、タイミング情報の送出順序が判別できる連番であって、ある一定の値まで増加したところで初期値に戻される。タイミング間隔データは、タイミング情報が送出される間隔の時間情報を示す。
【００５１】
期待値演算部１０７は、データ抽出部１０６から供給される順序番号データとタイミング間隔データからタイミング情報の送信間隔を取得する。また、期待値演算部１０７は、ＶＣＸＯ１１１の出力クロックの周波数が送信側の基準クロックの周波数と等しい状態（理想のクロック精度）にあるときに、その取得したタイミング情報の送信間隔についてタイミングカウンタ１０４がどれだけカウントするかの理論値を演算する。差分演算部１０８は、カウンタデータラッチ部１０５がラッチしたカウント値から、期待値演算部１０７が出力するカウント理論値を差し引いた値を演算する。
【００５２】
誤差判定部１０９の出力であるディジタル値はＤ／Ａコンバータ１１０を介して制御電圧としてＶＣＸＯ１１１に供給されている。誤差判定部１０９は、差分演算部１０８の演算結果を累積加算し、この累積加算結果が予め定められた上限値、下限値の範囲内であるかどうかを判定する。累積加算結果が上限値を超えた場合は、誤差判定部１０９は、Ｄ／Ａコンバータ１１０の出力を減少させるようにディジタル値出力を制御する。反対に、累積加算結果が下限値を下回った場合は、誤差判定部１０９は、Ｄ／Ａコンバータ１１０の出力を増加させるようにディジタル値出力を制御する。累積加算の演算結果が上限値と下限値の範囲内にある場合は、誤差判定部１０９は、ディジタル値出力の制御は行わずに、Ｄ／Ａコンバータ１１０の出力をそのまま維持させる。
【００５３】
Ｄ／Ａコンバータ１１０は、誤差判定部１０９から供給されるディジタル値に応じたアナログ電圧をＶＣＸＯ１１１へ供給する。ＶＣＸＯ１１１は、Ｄ／Ａコンバータ１１０から供給されるアナログ電圧が高い場合は、出力クロックの周波数が高くなり、アナログ電圧が低い場合は出力クロックの周波数が低くなるように制御される。このＶＣＸＯ１１１の出力は、分周器１１２に供給されるとともに、精度調整クロックとして外部へ出力されている。分周器１１２は、ＶＣＸＯ１１１の出力を分周したクロックをカウント用クロックとしてタイミングカウンタ１０４へ供給する。
【００５４】
なお、データ抽出部１０６は、タイミング情報から抽出した順序番号データに、抜けや番号の入れ替わりの異常を検出した場合は、期待値演算部１０７に対して、カウント理論値の代わりにカウンタデータラッチ部１０５のカウント値と同じ値を差分演算部１０８へ出力する旨を通知する。この通知により、順序番号異常検出時は、差分演算部１０８の差分演算結果が０となり、タイミング情報のデータは無効になる。
【００５５】
次に、本実施形態のクロック同期システムのクロック同期動作について説明する。
【００５６】
（１）送信装置２の動作：
図５に、送信装置２におけるタイミング情報の送信動作の一手順を示す。送信装置２が起動されると、まず、タイミングカウンタ２０１のカウント時間設定が行われる（ステップＳ１０）。カウント時間はタイミング情報の送出間隔を決める定数で、ここでは１０秒とする。カウント時間設定後、タイミングカウンタ２０１が、基準発振器３０１から供給される基準クロックによるカウントを開始し（ステップＳ１１）、データ生成部２０２が、タイミングカウンタ２０１から周期タイミングが通知される前に、タイミング情報を生成する。このデータ生成部２０２にて生成されるタイミング情報は、図４に示した送信データ４０１における順序番号データとタイミング間隔データである。この時点の送信データ４０１における順序番号データは「０」で、タイミング間隔データは固定値「１０秒」である。
【００５７】
カウントが開始されると、タイミングカウンタ２０１がタイムアウトしたか否かが判断される（ステップＳ１３）。カウント開始から１０秒が経過してタイムアウトすると、タイミングカウンタ２０１は、そのタイムアウトしたタイミングで周期タイミングをデータ生成部２０２に通知するとともに、カウント値をクリアして、再びカウントを開始する（ステップＳ１４）。タイムアウトしていない場合は、タイミングカウンタ２０１は、タイムアウトするまでカウント動作を継続する。
【００５８】
データ生成部２０１は、タイミングカウンタ２０１から周期タイミングの通知を受けると、上記ステップＳ１２で生成したタイミング情報をＵＤＰインタフェース２０３へ転送してデータ送信を行わせる（ステップＳ１５）。このデータ送信では、ＵＤＰインタフェース２０３が、タイミング情報転送のための宛先ポート番号を書いたＵＤＰヘッダを付加する。タイミング情報転送のための宛先ポート番号は、予め送信装置２と受信装置１の間で定めている固有の値である。また、ＩＰインタフェース２０４が、ＵＤＰインタフェース２０３から転送されたデータに、宛先ＩＰアドレスとして受信装置のＩＰアドレス、発信元ＩＰアドレスとして送信装置のＩＰアドレスを書いたＩＰヘッダを付加する。そして、ＥＴＨＥＲインタフェース２０５が、ＩＰインタフェース２０４が生成したデータをＩＰネットワーク３０２上へ送出する。
【００５９】
データ送信後、データ生成部２０１は、送信したデータのタイミング情報の順序番号ｘがｎ（ここでは、ｎ＝５と仮定する。）になったかどうかを判断する（ステップＳ１６）。この判断で「Ｎｏ」となった場合は、データ生成部２０１は、順序番号ｘの値を「１」増やして、ステップＳ１２にて次のタイミング情報を生成する。「Ｙｅｓ」となった場合は、データ生成部２０１は、順序番号ｘの値を「０」にして、ステップＳ１２にて次のタイミング情報を生成する。
【００６０】
以上のタイミング情報の送信動作によれば、送信装置２は、１０秒毎に、タイミング情報のデータを送信する。タイミング情報に含まれる順序番号データは、最初の送信時は「０」で、送信の度に１つずつ増加していき、「５」になった後は、「０」にクリアされて、再び送信の度に１つずつ増加する。よって、受信側では、この順序番号データを参照することで、タイミング情報が正しい順番で受信されているかどうかを確認することができる。
【００６１】
（２）受信装置１の動作：
（２−ａ）まず、受信装置１におけるクロック同期の一連の動作について説明する。図６に、受信装置１のクロック同期動作の一手順を示す。受信装置１では、タイミング情報のデータが受信されると（ステップＳ２０）、その受信データからタイミング情報が抽出される（ステップＳ２１）。このタイミング情報の抽出では、まず、ＩＰインタフェース１０２が、ＥＴＨＥＲインタフェース１０１にて受信したデータのＩＰヘッダのＩＰアドレスを比較する。宛先ＩＰアドレスが受信装置１のＩＰアドレスであり、かつ、発信元ＩＰアドレスが送信装置２のＩＰアドレスと一致する場合には、ＩＰインタフェース１０２は、受信データをＵＤＰインタフェース１０３へ転送する。ＵＤＰインタフェース１０３は、ＩＰインタフェース１０２から転送された受信データのＵＤＰヘッダの宛先ポート番号が、タイミング情報転送のために割り当てられた番号（固有値）と一致するかどうかを調べ、一致した場合は、タイミング情報を検出したことをタイミングカウンタ１０４へ通知するとともに、受信データをデータ抽出部１０６へ転送する。
【００６２】
タイミングカウンタ１０４は、前回のタイミング情報受信時からのカウント動作を継続しており、ＵＤＰインタフェース１０３からデータ受信検出通知を受けると、該通知を受けた時点のカウント値Ｃｙをカウンタデータラッチ部１０５にラッチさせた後、カウント値をクリアして、カウントを再び開始する（ステップＳ２２）。これに並行して、データ抽出部１０６が、今回のＵＤＰインタフェース１０３から転送された受信データのタイミング情報に含まれている順序番号データの番号が、前回の受信データのタイミング情報に含まれている順序番号データの番号に１を加えた番号であるかどうか、すなわちタイミング情報が正常な順序で受信されているかどうかを確認する（ステップＳ２３）。
【００６３】
順序番号データの番号に抜けや入れ替わりがなく、上記ステップＳ２３にて「正常」と判断した場合は、データ抽出部１０６は、今回の受信データのタイミング情報に含まれているタイミング間隔データより、送信装置２の送出タイミング間隔が１０秒であることを期待値演算部１０７へ通知し、期待値演算部１０７がその通知に基づいてカウント理論値Ｃｘを演算する（ステップＳ２４）。具体的には、分周部１１２の出力クロックの周波数が基準発振器３０１から供給される基準クロックの周波数と等しい状態において、タイミングカウンタ１０４が１秒間に１００００カウントするものと仮定した場合は、期待値演算部１０７は、送信装置１の送出タイミング間隔が１０秒であることと、タイミングカウンタ１０４が１秒間に１００００カウントすることを前提とし、受信データ間隔が１０秒であった場合のタイミングカウンタ１０４のカウント理論値として「１０００００」を演算する。
【００６４】
他方、順序番号データの番号に抜けや入れ替わりがあり、上記ステップＳ２３にて「異常」と判断した場合は、データ抽出部１０６が、期待値演算部１０７に対して、カウント理論値Ｃｘとして、カウンタデータラッチ部１０５にてラッチしてあるカウント値Ｃｙと同じ値を差分演算部１０８へ出力するよう通知を行う（ステップＳ２５）。
【００６５】
上記ステップＳ２２にてカウンタデータラッチ部１０５からラッチしたカウント値Ｃｙが供給され、上記ステップＳ２４またはＳ２５にて期待値演算部１０７からカウント理論値Ｃｘが供給されると、差分演算部１０８が、カウント値Ｃｙからカウント理論値Ｃｘを差し引いた値を演算する（ステップＳ２６）。そして、誤差判定部１０９が、差分演算部１０８の演算結果を累積加算する（ステップＳ２７）とともに、この累積加算結果が予め定められた上限値、下限値の閾値範囲内であるかどうかを調べる（ステップＳ２８）。
【００６６】
上記ステップＳ２８にて、累積加算結果が上限値を超えた場合は、誤差判定部１０９は、ＶＣＸＯ１１１の周波数を低下させるように制御する（ステップＳ２９）。反対に、上記ステップＳ２８にて、累積加算結果が下限値を下回った場合は、誤差判定部１０９は、ＶＣＸＯ１１１の周波数を上昇させるように制御する（ステップＳ３０）。これら以外の場合、すなわち、累積加算結果が閾値範囲内にある場合は、誤差判定部１０９は、ＶＣＸＯ１１１の周波数制御は行わない（ステップＳ３１）。ステップＳ２９〜Ｓ３１のいずれかのステップが行われた後は、上記ステップＳ２０に戻ってデータを受信する。
【００６７】
（２−ｂ）次に、タイミングカウンタ１０４のカウント値と期待値演算部１０７のカウント理論値との関係について、図７を参照して具体的に説明する。
【００６８】
図７において、送信タイミングＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、送信装置２がタイミング情報を送信するタイミングであり、そのタイミング間隔は１０秒である。受信タイミングＢ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４は、受信装置２が、送信装置２が送信したタイミング情報をＩＰネットワーク３０２を介して受信するタイミングであって、それぞれ送信タイミングＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４で送信されたタイミング情報の受信タイミングに相当する。ＩＰネットワーク３０２の転送遅延はトラフィック等の状況により均等でないためにばらつき（ゆらぎ）があり、このため受信タイミングＢ０、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４の各間隔には、タイミング情報の送信間隔である１０秒に対して転送遅延のゆらぎに応じた偏差が生じている。具体的には、受信タイミングＢ０、Ｂ１の間隔および受信タイミングＢ３、Ｂ４の間隔は、いずれも１０秒より長くなっているが、受信タイミングＢ１、Ｂ２の間隔および受信タイミングＢ２、Ｂ３の間隔は、いずれも１０秒より短くなっている。
【００６９】
図７に示した例の場合、タイミングカウンタ１０４は、受信タイミングＢ０でカウント値をクリアし、次の受信タイミングＢ１までの間隔をカウントする。受信タイミングＢ１で、タイミングカウンタ１０４のカウント値がカウンタデータラッチ部１０５にてラッチされる。期待値演算部１０７は、受信タイミングＢ０から１０秒後のタイミングＣ１でのカウント値、すなわち周波数が基準クロックの周波数に等しいクロックでカウント動作した場合のタイミングカウンタ１０４のカウント値をカウント理論値とする。差分演算部１０８は、カウンタデータラッチ部１０５にてラッチされたカウント値から期待値演算部１０７にて演算されたカウント理論値を差し引いた差分値Ｄ１を求める。この場合は、受信タイミングＢ０、Ｂ１の間隔が１０秒より長いので、差分値Ｄ１は正の値となる。誤差判定部１０９は、この差分値Ｄ１が上限値、下限値の閾値範囲内にあるかどうかを判定し、この判定結果に応じて図６のステップＳ２９〜Ｓ３１のいずれかのＶＣＸＯ１１１の周波数制御を行う。
【００７０】
続いて、タイミングカウンタ１０４は、受信タイミングＢ１でカウント値をクリアし、次の受信タイミングＢ２までの間隔をカウントする。受信タイミングＢ２で、タイミングカウンタ１０４のカウント値がカウンタデータラッチ部１０５にてラッチされる。期待値演算部１０７は、受信タイミングＢ１から１０秒後のタイミングＣ２でのカウント値、すなわち周波数が基準クロックの周波数に等しいクロックでカウント動作した場合のタイミングカウンタ１０４のカウント値をカウント理論値とする。差分演算部１０８は、カウンタデータラッチ部１０５にてラッチされたカウント値から期待値演算部１０７にて演算されたカウント理論値を差し引いた差分値Ｄ２を求める。この場合は、受信タイミングＢ１、Ｂ２の間隔が１０秒より短いので、差分値Ｄ２は負の値となる。誤差判定部１０９は、こうして演算された差分値Ｄ２を、上記差分値Ｄ１と累積加算し、その加算結果に応じて図６のステップＳ２９〜Ｓ３１のいずれかのＶＣＸＯ１１１の周波数制御を行う。
【００７１】
上記と同様な手順で、受信タイミングＢ２、Ｂ３の間では差分値Ｄ３が、受信タイミングＢ３、Ｂ４の間では差分値Ｄ４がそれぞれ演算されて累積加算され、その加算結果に応じて図６のステップＳ２９〜Ｓ３１のいずれかのＶＣＸＯ１１１の周波数制御が行われる。受信タイミングＢ４以降も、同様な差分値の演算およびその累積加算結果に基づくＶＣＸＯ１１１の周波数制御が行われる。
【００７２】
（２−ｃ）次に、差分値の累積加算結果に基づくＶＣＸＯ１１１の周波数制御について詳細に説明する。
【００７３】
図８に、図１に示した誤差判定部１０９の具体的な構成を示す。図８を参照すると、誤差判定部１０９は、加算回路５０１、絶対値比較回路５０２、符号判定回路５０３、セレクタ回路５０４および加算回路５０５からなる。
【００７４】
加算回路５０１は、差分演算部１０８の出力値と前回の加算結果を加算する。絶対値比較回路５０２は、加算回路５０１にて累積加算された結果と予め設定されている上限値および下限値とを絶対値で比較し、その比較結果をセレクタ回路５０４に通知する。ここでは、上限値と下限値の絶対値の大きさは同じとし、その値は可変であり、外部から自由に設定できるものとする。符号判定回路５０３は、加算回路５０１にて累積加算された結果が正の値であるか、負の値であるかの符号判定を行い、その判定結果をセレクタ回路５０４に通知する。
【００７５】
セレクタ回路５０４は、「＋１」、「−１」、「０」の３つのディジタル値のうちから１つの制御値を選択して出力するものであって、その選択は、絶対値比較回路５０２からの比較結果および符号判定回路５０３からの判定結果に応じて行われる。具体的には、絶対値比較回路５０２からの比較結果として、累積加算結果が上限値（＝下限値の絶対値）を超えた旨が通知され、符号判定回路５０３からの判定結果として正の値である旨が通知された場合は、セレクタ回路５０４は制御値として「−１」を選択出力する。また、絶対値比較回路５０２からの比較結果として、累積加算結果が上限値（＝下限値の絶対値）を超えた旨が通知され、符号判定回路５０３からの判定結果として負の値である旨が通知された場合は、セレクタ回路５０４は制御値として「＋１」を選択出力する。絶対値比較回路５０２からの比較結果として、累積加算結果が上限値（＝下限値の絶対値）以内である旨が通知された場合は、セレクタ回路５０４は制御値として「０」を選択出力する。
【００７６】
加算回路５０５は、その出力であるディジタル値がＤ／Ａコンバータ１１０を介してＶＣＸＯ１１１に制御電圧として供給されるようになっている。また、加算回路５０５は、初期値としてＶＣＸＯ１１１の制御範囲の中央に相当する制御値を保持しており、この保持した値にセレクタ回路５０４の選択した制御値を順次加算する。
【００７７】
以上のように構成された誤差判定部１０９では、加算回路５０１にて累積加算された結果が予め設定されている上限値を超えると、絶対値比較回路５０２が、累積加算結果が上限値（＝下限値の絶対値）を超えた旨の比較結果をセレクタ回路５０４へ通知すると同時に、符号判定回路５０３が、累積加算結果が正の値である旨の判定結果をセレクタ回路５０４へ通知する。そして、セレクタ回路５０４が、これら比較結果および判定結果に応じて制御値として「−１」を選択出力し、加算回路５０５が、現在保持しているディジタル値に「−１」を加算する。この結果、ＶＣＸＯ１１１は、その出力クロックの周波数が低くなる方向に制御される。
【００７８】
加算回路５０１にて累積加算された結果が予め設定されている下限値を下回ると、絶対値比較回路５０２が、累積加算結果が上限値（＝下限値の絶対値）を超えた旨の比較結果をセレクタ回路５０４へ通知すると同時に、符号判定回路５０３が、累積加算結果が負の値である旨の判定結果をセレクタ回路５０４へ通知する。そして、セレクタ回路５０４が、これら比較結果および判定結果に応じて制御値として「＋１」を選択出力し、加算回路５０５が、現在保持しているディジタル値に「＋１」を加算する。この結果、ＶＣＸＯ１１１は、その出力クロックの周波数が高くなる方向に制御される。
【００７９】
加算回路５０１にて累積加算された結果が予め設定されている上限値および下限値の閾値範囲内にある場合は、絶対値比較回路５０２が、累積加算結果が上限値（＝下限値の絶対値）以下である旨の比較結果をセレクタ回路５０４へ通知すると同時に、符号判定回路５０３が、累積加算結果の符号判定結果（この場合の符号は、「正」と「負」のいずれかをとる）をセレクタ回路５０４へ通知する。そして、セレクタ回路５０４が、これら比較結果および判定結果に応じて制御値として「０」を選択出力し、加算回路５０５が、現在保持しているディジタル値に「０」を加算する。この結果、ＶＣＸＯ１１１は、現在の状態を維持するように制御される。
【００８０】
以下、誤差判定部１０９による制御動作について具体例を挙げて説明する。
【００８１】
加算回路５０１が、差分演算部１０８の演算結果である、図７に示した差分値Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４を順次累積加算するものとする。ここで、あるタイミング情報の受信タイミングＢｘは、送信タイミングＡｘに対してＩＰネットワーク３０２の転送遅延が加わるが、必ずＩＰネットワーク３０２の最大遅延時間と最小遅延時間の間にある。このため、差分値Ｄｘの大きさは、最大遅延時間と最小遅延時間の差に相当する値よりも大きくなることはない。
【００８２】
図９に、図７に示した差分値Ｄ１〜Ｄ４を累積加算した値の変化を模式的に示す。受信タイミングＢ１〜Ｂ４は、いずれも最大遅延時間Ｔ２と最小遅延時間Ｔ１との間にある。差分値Ｄｘについて符号を加味して累積加算した結果は、±（Ｔ２−Ｔ１）以内の値となる。例えば、ＩＰネットワーク３０２の最大遅延時間Ｔ２を６秒、最小遅延時間Ｔ１を１秒と仮定すると、加算回路５０１の累積加算値は±５秒相当の±５００００以下の値となる。
【００８３】
図１０は、図１に示したタイミングカウンタ１０４が理想精度のクロックでカウント動作している場合の動作例である。この例では、図７に示した差分値Ｄ１〜Ｄ４が以下のような値をとると仮定する。
【００８４】
Ｄ１＝＋４０００（＋０．４秒）
Ｄ２＝−３０００（−０．３秒）
Ｄ３＝−４０００（−０．４秒）
Ｄ４＝＋３０００（＋０．３秒）
上記の場合、累積加算値は、受信タイミングＢ１の時点で「＋４０００」、受信タイミングＢ２の時点で「＋１０００」、受信タイミングＢ３の時点で「−３０００」、受信タイミングＢ４の時点で「０」となる。
【００８５】
ところが、ＶＣＸＯ１１１の出力クロックの周波数が基準クロックの周波数より高い場合は、タイミングカウンタ１０４は、理想の周波数（基準クロックの周波数に一致する）のクロックで動作する場合に比べて多めにカウントすることになる。図１１に、タイミングカウンタ１０４が、図１０に示した例に比べて毎回１００だけ多くカウントする場合の動作例を示す。この例では、図７に示した差分値Ｄ１〜Ｄ４が以下のような値をとる。
【００８６】
Ｄ１＝＋４１００（＋０．４１秒）
Ｄ２＝−２９００（−０．２９秒）
Ｄ３＝−３９００（−０．３９秒）
Ｄ４＝＋３１００（＋０．３１秒）
上記の場合、累積加算値は、受信タイミングＢ１の時点で「＋４１００」、受信タイミングＢ２の時点で「＋１２００」、受信タイミングＢ３の時点で「−２７００」、受信タイミングＢ４の時点で「＋４００」となる。このような累積加算値の変化が継続すると、加算回路５０１の累積加算値は増加し続けることとなり、ある受信タイミングで上限の前提である＋５００００を超える。絶対値比較回路５０２は上限値および下限値の絶対値を５００００としており、累積加算値が５００００の閾値を超えたことをセレクタ回路５０４へ通知する。同時に、符号判定回路５０３は、累積加算値の符号が正であることをセレクタ回路５０４へ通知する。そして、セレクタ回路５０４が、Ｄ／Ａコンバータ１１０のディジタル値に「−１」を加算する制御値を選択する。
【００８７】
反対に、ＶＣＸＯ１１１の周波数が基準クロックの周波数より低い場合は、タイミングカウンタ１０４は、理想の周波数（基準クロックの周波数に一致する）のクロックで動作する場合に比べて少なめにカウントすることになる。図１２に、タイミングカウンタ１０４が、図１０に示した例に比べて毎回１００だけ少なくカウントする場合の動作例を示す。この例では、図７に示した差分値Ｄ１〜Ｄ４が以下のような値をとる。
【００８８】
Ｄ１＝＋３９００（＋０．３９秒）
Ｄ２＝−３１００（−０．３１秒）
Ｄ３＝−４１００（−０．４１秒）
Ｄ４＝＋２９００（＋０．２９秒）。
【００８９】
上記の場合、累積加算値は、受信タイミングＢ１の時点で「＋３９００」、受信タイミングＢ２の時点で「＋８００」、受信タイミングＢ３の時点で「−３８００」、受信タイミングＢ４の時点で「−４００」となる。このような累積加算値の変化が継続すると、加算回路５０１の累積加算値は減少し続けることとなり、ある受信タイミングで下限の前提である−５００００を下回る。絶対値比較回路５０２は上限値および下限値の絶対値を５００００としており、累積加算値が５００００の閾値を超えたことをセレクタ回路５０４へ通知する。同時に、符号判定回路５０３は、累積加算値の符号が負であることをセレクタ回路５０４へ通知する。そして、セレクタ回路５０４が、Ｄ／Ａコンバータ１１０のディジタル値に「＋１」を加算する制御値を選択する。
【００９０】
以上説明したように、本実施形態のクロック同期システムによれば、受信装置１は、タイミング情報の受信を繰り返すことで、自装置内のＶＣＸＯ１１１の周波数精度誤差を判定する。そして、ＶＣＸＯ１１１の周波数が基準クロックの周波数より低い場合は、Ｄ／Ａコンバータ１１０の出力電圧を高くしてＶＣＸＯ１１１の周波数を高くし、反対に、ＶＣＸＯ１１１の周波数が基準クロックの周波数より高い場合は、Ｄ／Ａコンバータ１１０の出力電圧を低くしてＶＣＸＯ１１１の周波数を低くする。このような制御を行う場合、例えば、タイミングカウンタ１０４が、理想の周波数（基準クロックの周波数に一致する）のクロックでタイミング情報の送信間隔である１０秒間をカウントした値を「１０００００」とすると、ＩＰネットワーク３０２の安定な状態が長時間続く場合は、送信装置２の基準クロックに対して１０ｐｐｍの精度で受信装置１のＶＣＸＯ１１１の周波数の調整が可能である。
【００９１】
また、タイミング情報の順序番号に「・・２、４、３、５、０、１、２・・」のような連続性に異常がある場合は、データ抽出部１０６が、そのことを検出し、期待値演算部１０７に対して、通常のカウント理論値の演算を行うのではなく、カウンタデータラッチ部１０５にてラッチされているカウント値と同じ値をカウント理論値とするように通知する。この結果、順序番号４、３、５の受信データに対して、期待値演算部１０７は、カウント理論値としてカウンタデータラッチ部１０５にてラッチされているカウント値と同じ値を差分演算部１０８へ出力することになる。これにより、差分演算部１０８の差分値は０となり、順序番号４、３、５の受信データは無効となる。
【００９２】
また、受信装置１の起動時は、初回の受信データにおいて、タイミングカウンタ１０４のカウント値に意味を持たないため、データ抽出部１０６が、期待値演算部１０７に対して、カウンタデータラッチ部１０５にてラッチされているカウント値と同じ値をカウント理論値とするように通知する。これにより、初回の差分演算部１０８の差分値が０となり、初回の受信データは無効となる。
【００９３】
（他の実施形態）
図１３は、本発明の他の実施形態であるクロック同期システムに用いられる受信装置の主要部の構成を示すブロック図である。この受信装置は、図３に示したシステムにおいて用いられるものであって、図１に示した受信装置１の構成において、差分演算部１０８を除去し、タイミングカウンタ１０４に代えてタイミングダウンカウンタ６０４を設けたものである。本実施形態では、期待値演算部１０７のカウント理論値をタイミングダウンカウンタ６０４の初期値としてセットすることで、図１の差分演算部１０８が不要な構成を実現している。
【００９４】
タイミングダウンカウンタ６０４は、周知のダウンカウンタで構成されるものであって、期待値演算部１０７が受信データよりカウント理論値を演算した結果がカウンタ初期値としてセットされ、次の受信タイミングまでそのセットされた初期値からダウンカウントするようになっている。ダウンカウントが初期値より多い場合は、負の値でカウント値を表現する。また、タイミングダウンカウンタ６０４は、ＵＤＰインタフェース１０３からタイミング情報検出の通知を受けると、その時点のカウント値をカウンタデータラッチ部１０５にラッチさせるとともに、期待値演算部１０７の理論値を初期値としてセットし、ダウンカウントを継続する。カウンタデータラッチ部１０５にてラッチされる値は、期待値演算部１０７の理論値から、受信データ間隔のカウント値を差し引いた値に等しい。
【００９５】
誤差判定部１０９は、カウンタデータラッチ部１０５にてラッチされた値を累積加算する。ＶＣＸＯ１１１の周波数が基準クロックの周波数より高い場合は、タイミングダウンカウンタ６０４は理想の周波数（基準クロックの周波数に一致する）のクロックでカウントする場合に比べて多めにカウントするため、累積加算結果は負の値として大きくなる。反対に、ＶＣＸＯ１１１の周波数が基準クロックの周波数より低い場合は、タイミングダウンカウンタ６０４は理想の周波数（基準クロックの周波数に一致する）のクロックでカウントする場合に比べて少なめにカウントするため、累積加算結果は正の値として大きくなる。この関係は、図１に示した受信装置１の場合と逆になる。したがって、本実施形態では、誤差判定部１０９は、累積加算値が下限値を下回った場合は、Ｄ／Ａコンバータ１１０へのディジタル値に「−１」を加算する制御を選択し、累積加算値が上限値を超えた場合には、Ｄ／Ａコンバータ１１０へのディジタル値に「＋１」を加算する制御を選択する。
【００９６】
以上のように本実施形態の受信装置では、タイミング情報の受信を繰り返すことで、自装置内のＶＣＸＯ１１１の周波数精度誤差を判定するが、ＶＣＸＯ１１１の周波数が基準クロックの周波数より低い場合は、Ｄ／Ａコンバータ１１０の出力電圧を低くしてＶＣＸＯ１１１の周波数を低くし、反対に、ＶＣＸＯ１１１の周波数が基準クロックの周波数より高い場合は、Ｄ／Ａコンバータ１１０の出力電圧を高くしてＶＣＸＯ１１１の周波数を高くする。
【００９７】
なお、タイミング情報の順序番号の連続性に異常を検出した場合、データ抽出部１０６は、カウンタデータラッチ部１０５に対しラッチデータを０とするように通知して受信データを無効とする。
【００９８】
以上説明した各実施形態のクロック同期システムにおいて、送信装置２は、例えばサーバに代表されるコンピュータ装置であってもよく、また、受信装置１は、例えばパーソナルコンピュータに代表されるコンピュータ装置であってもよい。
【００９９】
また、１つの送信装置と複数の受信装置１とがネットワークを介して接続され、それぞれの受信装置１において上述した各実施形態で説明したような動作を実行するようにしてもよい。
【０１００】
さらに、ＩＰネットワーク３０２の最大転送遅延時間より大きな時間間隔で、送信装置２がタイミング情報を送出するようにし、ＩＰネットワーク３０２の最大遅延偏差に合わせて受信装置１の誤差判定部の閾値を設定してもよい。このような構成とすることで、ＩＰネットワーク３０２の転送特性に柔軟に対応した、受信装置１のクロック精度誤差判定が可能となる。
【０１０１】
また、送信装置２が、受信装置１との通信開始後、一定の期間は、短い送信間隔（第１の送信間隔）でタイミング情報を生成して送信し、その後は、長い送信間隔（第２の送信間隔）でタイミング情報を生成して送信するようにしてもよい。このように構成することで、受信装置１では、最初の一定期間において、周波数の調整をより早く行うことが可能となる。加えて、周波数の調整が十分に行われた後は、送信間隔を長くして、効率的にタイミング情報を送信することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施形態であるクロック同期システムを構成する受信装置の主要部を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態であるクロック同期システムを構成する送信装置の主要部を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態であるクロック同期システムの全体の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態であるクロック同期システムにおいて用いられる送信データのフォーマット例を示す模式図である。
【図５】図２に示す送信装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】図１に示す受信装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図１に示す受信装置におけるカウント値とカウント理論値との関係を説明するための図である。
【図８】図１に示す誤差判定部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図９】図７に示す差分値Ｄ１〜Ｄ４の累積加算値の変化を示す模式図である。
【図１０】理想の周波数のクロックでタイミング情報の受信間隔を計時した場合の、図７に示す差分値Ｄ１〜Ｄ４の累積加算値の変化を示す図である。
【図１１】理想の周波数より速いクロックでタイミング情報の受信間隔を計時した場合の、図７に示す差分値Ｄ１〜Ｄ４の累積加算値の変化を示す図である。
【図１２】理想の周波数より遅いクロックでタイミング情報の受信間隔を計時した場合の、図７に示す差分値Ｄ１〜Ｄ４の累積加算値の変化を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態であるクロック同期システムに用いられる受信装置の主要部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  受信装置
２  送信装置
１０１、２０５  ＥＴＨＥＲインタフェース
１０２、２０４  ＩＰインタフェース
１０３、２０３  ＵＤＰインタフェース
１０４、２０１、６０４  タイミングカウンタ
１０５  カウンタデータラッチ部
１０６  データ抽出部
１０７  期待値演算部
１０８  差分演算部
１０９  誤差判定部
１１０  Ｄ／Ａコンバータ
１１１  ＶＣＸＯ
１１２  分周器
２０２  データ生成部
３０１  基準発振器
３０２  ＩＰネットワーク
４０１  送信データ
５０１、５０５  加算回路
５０２  絶対値比較回路
５０３  符号判定回路
５０４  セレクタ回路
【図１】
2005184092.tif 000003
【図２】
2005184092.tif 000004
【図３】
2005184092.tif 000005
【図４】
2005184092.tif 000006
【図５】
2005184092.tif 000007
【図６】
2005184092.tif 000008
【図７】
2005184092.tif 000009
【図８】
2005184092.tif 000010
【図９】
2005184092.tif 000011
【図１０】
2005184092.tif 000012
【図１１】
2005184092.tif 000013
【図１２】
2005184092.tif 000014
【図１３】
2005184092.tif 000015