(57)【要約】【課題】ＰＯＮを介したネットワークにおいて、局側の時刻マスタ装置と加入者側装置との間で高精度な時刻同期を実現する。【解決手段】時刻情報を発信する局側の時刻マスタ装置（Ｌ２ＳＷ２）との時刻同期を行う加入者側装置（基地局７、フェムトセル８）との間の信号の往復伝搬遅延時間の測定精度を上げるために、加入者側装置から往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットが時刻マスタ装置に送信される際には、ＰＯＮの時分割多重制御に伴うＯＮＵ６内での送信待ちが生じないように、ＯＬＴ４は、当該上りパケットが送信されるまでの数回の制御周期については、その加入者側装置が接続される１台のＯＮＵ６に、信号送信を許可する全時間帯に渡って、送信許可を与える。【選択図】図１
2013251828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時刻情報を発信するマスタ装置と、
前記マスタ装置が接続される局側装置と、
伝送路を介して前記局側装置にポイント・ツー・マルチポイント接続される複数の宅内終端装置と、
前記宅内終端装置に接続され、前記マスタ装置から前記時刻情報を受信して前記マスタ装置との時刻同期を行うスレーブ装置と、を備え、
前記スレーブ装置は、
前記マスタ装置に送信する時刻同期用信号の送信時刻と、当該信号に対する前記マスタ装置からの応答信号の受信時刻とから、前記マスタ装置と送受する信号の往復遅延時間を算出する往復遅延時間計算手段と、
前記マスタ装置から受信する前記時刻情報を、算出した前記往復遅延時間を用いて補正する時刻補正手段と、を有し、
前記局側装置は、
前記宅内終端装置のそれぞれに対して時分割多重により信号送信を許可する時間帯を指示し、時刻同期対象の前記スレーブ装置が前記時刻同期用信号を送信する際には、信号送信を許可する全時間帯に渡って、当該スレーブ装置が接続されている前記宅内終端装置に送信を許可する送信時間帯制御手段を有する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記局側装置と前記複数の宅内終端装置とは、光ファイバと光スプリッタとによって接続され、ＰＯＮとして形成されていることを特徴とする通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記スレーブ装置及び前記局側装置は、事前に定めた前記時刻同期用信号の送信予定時刻を記憶する記憶手段を備え、
前記局側装置は、前記送信予定時刻になったときに、信号送信を許可する全時間帯に渡って、時刻同期対象の前記スレーブ装置が接続されている前記宅内終端装置に送信を許可し、
時刻同期対象の前記スレーブ装置は、前記送信予定時刻になったときに、前記マスタ装置に前記時刻同期用信号を送信する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項４】
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記マスタ装置は、前記スレーブ装置毎に事前に定めた前記時刻同期用信号の送信予定時刻を記憶する記憶手段を備え、前記送信予定時刻になったときに、前記時刻同期用信号の送信を要求する要求信号を時刻同期対象の前記スレーブ装置に送信し、
前記局側装置は、前記マスタ装置からの前記要求信号の送信を検出したときに、信号送信を許可する全時間帯に渡って、時刻同期対象の前記スレーブ装置が接続される前記宅内終端装置に送信を許可し、
時刻同期対象の前記スレーブ装置は、前記要求信号を受信したときに、前記マスタ装置に前記時刻同期用信号を送信する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の通信システムにおいて、
前記局側装置は、時刻同期対象の前記スレーブ装置からの前記時刻同期用信号の送信を検出したときに、信号送信を許可する全時間帯に渡る前記送信の許可を解除し、前記宅内終端装置のそれぞれに対して前記時分割多重により信号送信を許可する時間帯を指示する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項６】
請求項２に記載の通信システムにおいて、
前記スレーブ装置は、事前に定めた前記時刻同期用信号の送信予定時刻を記憶する記憶手段を備え、前記送信予定時刻になったときに、前記マスタ装置に所定周期で複数の前記時刻同期用信号を送信し、
前記局側装置は、時刻同期対象の前記スレーブ装置からの１回目の前記時刻同期用信号の送信を検出したときに、信号送信を許可する全時間帯に渡って、当該スレーブ装置が接続されている前記宅内終端装置に送信を許可し、当該スレーブ装置からの２回目の前記時刻同期用信号の送信を検出したときに、信号送信を許可する全時間帯に渡る前記送信の許可を解除し、前記宅内終端装置のそれぞれに対して前記時分割多重により信号送信を許可する時間帯を指示し、
時刻同期対象の前記スレーブ装置は、２回目の前記時刻同期用信号の送信時刻と、当該信号に対する前記マスタ装置からの前記応答信号の受信時刻とから、前記往復遅延時間を算出する
ことを特徴とする通信システム。
【請求項７】
時刻情報を発信するマスタ装置が接続され、
前記マスタ装置に送信する時刻同期用信号の送信時刻と、当該信号に対する前記マスタ装置からの応答信号の受信時刻とから、前記マスタ装置と送受する信号の往復遅延時間を算出し、前記マスタ装置から受信する前記時刻情報を、算出した前記往復遅延時間を用いて補正することで、前記マスタ装置との時刻同期を行うスレーブ装置が接続される複数の宅内終端装置が、伝送路を介してポイント・ツー・マルチポイント接続され、
前記宅内終端装置のそれぞれに対して時分割多重により信号送信を許可する時間帯を指示し、時刻同期対象の前記スレーブ装置が前記時刻同期用信号を送信する際には、信号送信を許可する全時間帯に渡って、当該スレーブ装置が接続されている前記宅内終端装置に送信を許可する送信時間帯制御手段を有する
ことを特徴とする局側装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＯＮ（Passive Optical Network：受動光網）を用いた通信システムに係り、特に、ＰＯＮに接続される装置間の時刻を同期させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いる公衆回線網の一つにＩＥＥＥ８０２．３ａｈで標準化されたＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）がある。ＧＥ−ＰＯＮは、従来ＬＡＮ（Local Area Network）で使われていた技術であるＧｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を応用し、局側装置とユーザ端末間でＥｔｈｅｒｎｅｔのパケットを最大１Ｇｂｐｓの速度で双方向に通信することができる。ＰＯＮでは、局側に設置されるＯＬＴ（Optical Line Terminal）と、ユーザ側に設置される複数のＯＮＵ（Optical Network Unit）とが、光ファイバと光スプリッタとを介して接続される。ＯＮＵに接続された端末（ＰＣ：Personal Computer他）からの上りの信号は、光信号でＯＮＵ→光ファイバ→光スプリッタに伝送され、光スプリッタによって光学（時分割）多重された光信号が光スプリッタ→光ファイバ→ＯＬＴに伝送される。ＯＬＴは、受信した光信号を各端末からの信号に変換して上位ネットワークに引き渡す。また、各端末宛の下りの信号は、これとは逆のルートでＯＬＴの配下の全ＯＮＵに同報伝送され、宛先に対応するＯＮＵだけが当該信号を宛先端末に引き渡す。これにより、あるＯＮＵに接続された端末と、他のＯＮＵに接続された端末、あるいは上位ネットワークに接続された他の装置や端末との間の通信を行うことができる。
【０００３】
各ＯＮＵは、例えば光ファイバ長が０〜２０ｋｍの範囲内で任意に設置されるので、ＯＮＵ毎に信号の伝搬遅延時間が異なり、そのままでは各ＯＮＵから出力される光信号同士が衝突・干渉する可能性がある。そこで、ＩＥＥＥ８０２．３規格の６４章に記載されているレンジングという技術を用いて、各ＯＮＵがあたかも等距離に設置されたかのように各ＯＮＵからの出力信号の遅延時間を調整することで、各ＯＮＵからの光信号がＯＬＴへの光ファイバ上で干渉しないようにしている。
【０００４】
一方、携帯電話は、端末の移動に伴って最も受信感度の高い基地局に交信相手を切り替えるハンドオーバー機能を持っている。電気通信において、半径数十ｍ程度の極めて小さな範囲の携帯電話の通話エリア、またはその基地局をフェムトセルと呼ぶ。従来の基地局だけでは、ビルの中や地下等、電波強度が微弱となり通信しづらい場所が残るが、このような場所にフェムトセルを配置することにより、通話エリアの穴を埋めることが可能となる。
【０００５】
ＣＤＭＡ２０００やＬＴＥ（Long Term Evolution）等の通信規格では、ハンドオーバー機能や通信品質向上のために基地局間は1μs未満の精度での時刻同期が必要とされる。基地局にＧＰＳ（Global Positioning System）信号受信機を設置し、それにより時刻同期を図るのが一般的であるが、地下街などの基地局ではＧＰＳ信号受信機の設置が困難であり、また、フェムトセルのような超小型基地局では経済的にもＧＰＳ信号受信機を設置するのは難しい。したがって、前記のＰＯＮを介して家庭内にフェムトセルを設置する場合には、ネットワークを介して正確な時刻同期を実現する必要が生じる。
【０００６】
ネットワークでの時刻情報提供手段として現在最も有力な方式として、ＩＥＥＥ１５８８による時刻情報配信が挙げられる。本方式の詳細はＩＥＥＥ１５８８  Ｔｕｔｏｒｉａｌ（非特許文献２）に記載されているが、第１段階として、マスタ側からタイムスタンプを入れたパケットをスレーブ側に繰り返し送信することで、スレーブ側の時刻タイマ周期とマスタ側の時刻タイマ周期を同期させる。この段階では、マスタ〜スレーブ間の信号の伝搬遅延時間が不明のため、時刻タイマ周期は同期できても、時刻の絶対値が同期できない。続いて第２段階として、スレーブ側よりマスタ側に往復伝搬遅延時間（マスタ〜スレーブ間のラウンドトリップタイム）を測定するためのパケットを送信する。マスタ側は上記パケットを受信すると規定時間以内に同パケットをスレーブ側に向けて返信する。同パケットを受信したスレーブ側は、同パケットの受信時刻と送信時刻との差から往復伝搬遅延時間を算出し、スレーブ側からマスタ側までの伝搬遅延時間と、マスタ側からスレーブ側までの伝搬遅延時間とがほぼ等しいという仮定に基づき、前記算出した往復伝搬遅延時間の半分の値をマスタ側からスレーブ側までの片道伝搬遅延時間とみなす。続いて前記のマスタ側で付与されたタイムスタンプ値と、前記求めたマスタ側からスレーブ側までの片道伝搬遅延時間とを用いて、マスタ側とスレーブ側の時刻タイマの絶対値を同期させる。
【０００７】
なお、前記時刻同期用のパケットをスイッチやルータを介して伝送するとパケット遅延時間にゆらぎが生じるため、リンクバイリンクでの適用とするのが望ましい。また、複数回の試行についての平均値をとるなど、統計的な手法を用いて精度を上げることも有用である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ８０２．３規格  ６４章
【非特許文献２】ＩＥＥＥ１５８８  Ｔｕｔｏｒｉａｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＰＯＮを介したネットワークにおいて前記従来の時刻情報配信を用いた場合、時刻同期の精度が出ないという問題がある。この理由を以下に説明する。ＰＯＮでは局側から加入者側への下り信号は、ＯＬＴに接続されるすべてのＯＮＵに同報で信号が伝送される。したがって、下り信号の伝搬遅延時間は、光ファイバ長に比例する伝搬遅延時間（せいぜい数百マイクロ秒程度）と、ＯＬＴ及びＯＮＵ内で生じる処理遅延時間（トラヒックの輻輳がなければ通常数十ナノ秒程度）との和に止まる。一方、加入者側から局側への上り信号は、ＯＬＴに接続されるそれぞれのＯＮＵがＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access：時分割多重アクセス）方式により決められた順番で信号を伝送する。この順番にしたがった伝送は、ＯＬＴの制御のもとに、数ミリ秒程度の周期で行われるため、加入者側からの上り信号は最大で前記制御周期の時間だけＯＮＵの内部で待たされる。すなわち、上り信号の伝搬遅延時間は、下り信号と同じ要因による伝搬遅延時間（前記の例では数百マイクロ秒程度）に加えて、ＴＤＭＡの制御周期である数ミリ秒を加えた大きな値になるという特徴がある。このように、下り信号の伝搬遅延時間と上り信号の伝搬遅延時間との間に大きな差がある状況においては、前記にて説明した往復遅延時間測定に基づくＩＥＥＥ１５８８の遅延推定メカニズムでは正確な伝搬遅延時間が推定できず、結果として正しい時刻同期が妨げられることになる。
【００１０】
本発明は、前記の問題を解決するためになされたものであり、ＰＯＮを介したネットワークにおいて局側装置と加入者側装置との間で高精度な時刻同期を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明の通信システムは、時刻情報を発信するマスタ装置と、前記マスタ装置が接続される局側装置と、伝送路を介して前記局側装置にポイント・ツー・マルチポイント接続される複数の宅内終端装置と、前記宅内終端装置に接続され、前記マスタ装置から前記時刻情報を受信して前記マスタ装置との時刻同期を行うスレーブ装置と、を備え、前記スレーブ装置は、前記マスタ装置に送信する時刻同期用信号の送信時刻と、当該信号に対する前記マスタ装置からの応答信号の受信時刻とから、前記マスタ装置と送受する信号の往復遅延時間を算出する往復遅延時間計算手段と、前記マスタ装置から受信する前記時刻情報を、算出した前記往復遅延時間を用いて補正する時刻補正手段と、を有し、前記局側装置は、前記宅内終端装置のそれぞれに対して時分割多重により信号送信を許可する時間帯を指示し、時刻同期対象の前記スレーブ装置が前記時刻同期用信号を送信する際には、信号送信を許可する全時間帯に渡って、当該スレーブ装置が接続されている前記宅内終端装置に送信を許可する送信時間帯制御手段を有するものとした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＯＮを介したネットワークにおいて局側装置と加入者側装置との間で高精度な時刻同期を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る通信システムのネットワーク構成図である。
【図２】本発明に係るＯＬＴの機能ブロック図である。
【図３】本発明に係るＬ２スイッチの機能ブロック図である。
【図４】本発明に係る基地局の機能ブロック図である。
【図５】従来技術による時刻同期処理のシーケンス図である。
【図６】第１実施形態の時刻同期処理のシーケンス図である。
【図７】第１実施形態のＯＬＴの時刻同期処理のフローチャートである。
【図８】第１実施形態のＬ２ＳＷの時刻同期処理のフローチャートである。
【図９】第１実施形態の基地局の時刻同期処理のフローチャートである。
【図１０】第２実施形態の時刻同期処理のシーケンス図である。
【図１１】第２実施形態のＯＬＴの時刻同期処理のフローチャートである。
【図１２】第３実施形態の時刻同期処理のシーケンス図である。
【図１３】第３実施形態のＯＬＴの時刻同期処理のフローチャートである。
【図１４】第３実施形態の基地局の時刻同期処理のフローチャートである。
【図１５】本発明に係る通常時帯域割当テーブルのデータ例である。
【図１６】本発明に係る時刻同期処理時帯域割当テーブルのデータ例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前記した従来技術の課題を解決するには、ＰＯＮにおける下り信号の伝搬遅延時間と上り信号の伝搬遅延時間との間に大きな差がある状況を解消すればよい。具体的には、上り信号の伝搬遅延の発生要因となるＴＤＭＡの制御周期に関して、あるＯＮＵ（宅内終端装置）が時刻同期用の上りパケットを送信するごく短時間の数回の周期は、その制御周期全体に渡ってその１台のＯＮＵに送信許可を与えればよい。この制御は、ＯＬＴ（局側装置）が各ＯＮＵに送信帯域を割り当てるＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Assignment：動的帯域割り当て）処理において、ごく短時間の数回の周期は時刻同期用の上りパケットを送信する１台のＯＮＵに全ての帯域を割り当てることで実現できる。かくして、ＴＤＭＡの制御周期に係わる付加的な遅延は発生せず、下り信号の伝搬遅延時間と上り信号の伝搬遅延時間との間の差をほぼ解消することが可能となる。
【００１５】
さらに詳細に説明すると、ＴＤＭＡの制御周期全体に渡ってその１台のＯＮＵに送信許可を与える方法としては以下の３つが挙げられる。
【００１６】
第１の方法は、時刻同期を行うマスタ装置及びスレーブ装置が、前記にて説明した往復伝搬遅延時間測定を行う時刻を、事前にＯＬＴ及びスレーブ装置の記憶手段に設定しておく方法である。その時刻になると、ＯＬＴは対象ＯＮＵに全帯域を割り当てる。その後、スレーブ装置からの往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットの送信をＯＬＴが検出（スヌーピング）したら、前記の全帯域割り当てを解除し、通常のＤＢＡに戻す。この方法は、事前にＯＬＴに設定する時刻と、スレーブ装置が実際に往復伝搬遅延時間測定を開始する時刻との間に、ＯＬＴとスレーブ装置間の片道伝搬遅延時間に対応する数百マイクロ秒から数ミリ秒程度の誤差が伴う。したがって、全帯域を割り当てる時間も同程度の時間を要し、その間、他のＯＮＵからのトラヒックに帯域を割り当てることができない。したがってトラヒックの少ない夜間に実施したり、マスタ装置をスレーブ装置に近い場所に設置して、全帯域を割り当てる時間を短縮するなどの工夫が必要である。
【００１７】
第２の方法は、マスタ装置からスレーブ装置に対して、前記にて説明した往復伝搬遅延時間測定の実行を要求する要求信号を送信する方法である。この要求信号の送信をＯＬＴが検出（スヌーピング）したら、対象ＯＮＵに全帯域を割り当てる。その後、往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットの送信をＯＬＴが検出（スヌーピング）したら、前記の全帯域割り当てを解除し、通常のＤＢＡに戻す。従来技術では、スレーブ装置は往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットを任意の時刻に送信することが許容されているが、この方法では、マスタ装置の指示に基づいて前記の往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットを送信する必要がある。
【００１８】
第３の方法は、スレーブ装置から前記の往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットをＴＤＭＡの制御周期程度の短時間に複数回繰り返して送信する方法である。最初の往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットの送信をＯＬＴが検出（スヌーピング）したら、対象ＯＮＵに全帯域を割り当てる。その後、２回目以降の往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットの送信をＯＬＴが検出（スヌーピング）したら、前記の全帯域割り当てを解除し、通常のＤＢＡに戻す。スレーブ装置は最初の往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットによる往復伝搬遅延時間の計算結果は大きい誤差を含むものとして採用せず、２回目以降の往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットによって往復伝搬遅延時間を算出する。
【００１９】
これら３つの方法のいずれかを使用することにより、ＯＮＵが時刻同期を行う際に用いる往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットを送信するまでの時間に限定して、対象ＯＮＵに全帯域を割り当てて正確な往復伝搬遅延時間を測定し、ＰＯＮシステムにおいても正確な時刻同期を実行することが可能となる。
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について適宜図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る通信システムのネットワーク構成図である。携帯電話の通信ネットワークである移動体コア網１と、移動体コア網１との通信を行うためのインタフェースとしてＬ２スイッチ（以下、Ｌ２ＳＷ）２とがあり、このＬ２ＳＷ２は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星３から送信される高精度の時刻情報を含んだＧＰＳ信号を受信する機能をもつ。Ｌ２ＳＷ２はＯＬＴ４を収容し、ＯＬＴ４は光スプリッタ５を用いて複数のＯＮＵ６を収容することができる。ＯＮＵ６は、基地局７またはフェムトセル８を収容する。ここでは、マスタ装置となるＬ２ＳＷ２側のＯＬＴ４に時刻同期のための機能を付与することにより、ＧＰＳ信号受信機を具備していないスレーブ装置である基地局７またはフェムトセル８が、ＰＯＮを介して接続されるＬ２ＳＷ２と高精度な時刻同期を実現する方法について説明する。
【００２１】
図２は、本発明に係るＯＬＴ４の機能ブロック図である。ＯＬＴ４は、下り時刻同期パケットスヌープ部１０、グラント挿入部１１、帯域割当処理部１２、キュー長通知受信部１３、上り時刻同期パケットスヌープ部１４より構成される。帯域割当処理部（送信時間帯制御手段）１２は、さらに、帯域計算処理部１５、通常時帯域割当テーブル１６、時刻同期処理時帯域割当テーブル１７、テーブル切替処理部１８、時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）１９より構成される。時刻同期処理を行っていない通常時は、ＯＬＴ４がＯＮＵ６からの信号を受信すると、キュー長通知受信部１３によってＯＮＵ６が申告する送信希望データ量を示すキュー長通知信号が抜き取られ、帯域計算処理部１５に送られる。帯域計算処理部１５は、この各ＯＮＵ６から送られるキュー長通知信号に基づいて全てのＯＮＵ６への上り信号の帯域配分とタイムスロットの割り当てを行い、通常時帯域割当テーブル１６にその結果を出力する。テーブル切替処理部１８は、通常時は通常時帯域割当テーブル１６を選択している。通常時帯域割当テーブル１６に登録された帯域割当情報は、グラント挿入部１１を介して全てのＯＮＵ６に通知され、その通知に基づいて全てのＯＮＵ６が信号を送信するタイミングを制御することで、光スプリッタ５において合成される光信号のなかに上りのＴＤＭＡ信号が形成される。
【００２２】
図１５は、通常時帯域割当テーブル１６のデータ例である。このデータ例の各行は、上から順に図１に示したＯＮＵ６−１、ＯＮＵ６−２、ＯＮＵ６−３に対応しているものとする。ＬＬＩＤ（Logical Link Identifier）は、タイムスロットの識別子であり、この例では上から順に「１」、「２」、「３」が割り当てられている。また、それぞれのタイムスロットは、ＴＤＭＡ制御周期毎の送信開始時刻を「０」とする相対時刻である割り当て開始時刻と、割り当て時間幅とによって規定される。したがって、このデータ例は、ＯＮＵ６−１に対して時刻０から始まる時間幅４００のタイムスロット（ＬＬＩＤ＝１）が割り当てられ、ＯＮＵ６−２に対して時刻４０１から始まる時間幅２００のタイムスロット（ＬＬＩＤ＝２）が割り当てられ、ＯＮＵ６−３に対して時刻６０１から始まる時間幅２００のタイムスロット（ＬＬＩＤ＝３）が割り当てられた状態を示している。これらの帯域割当情報は、テーブル切替処理部１８を介してグラント挿入部１１に送られ、グラント（送信許可）信号により配下の全てのＯＮＵ６に同報通知される。なお、時刻や時間幅の単位はタイムクオンタと呼ばれる単位であり、ここでは１マイクロ秒とする。
【００２３】
図３は、本発明に係るＬ２ＳＷ２の機能ブロック図である。Ｌ２ＳＷ２は、アクセスインタフェース部２０、スイッチ部（以下、ＳＷ部）２１、コア網インタフェース部２２、時刻同期実行部２３、時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）２４、時刻インタフェース部２５、制御部２６より構成される。ユーザ信号は、アクセスインタフェース部２０、ＳＷ部２１及びコア網インタフェース部２２を介して相互に転送される。また、図１のＧＰＳ衛星３から不図示のＧＰＳ信号受信機が取得した高精度の時刻情報は、時刻インタフェース部２５を介して時刻同期実行部２３によって処理され、アクセスインタフェース部２０を介して基地局７やフェムトセル８との時刻同期処理に利用される。
【００２４】
図４は、本発明に係る基地局７の機能ブロック図である。基地局７は、無線インタフェース部３０、ＯＮＵインタフェース部３１、時刻同期実行部３２、時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）３３、制御部３４より構成される。ユーザ信号は、無線インタフェース部３０及びＯＮＵインタフェース部３１を介して相互に転送される。また、往復遅延時間計算手段及び時刻補正手段としての時刻同期実行部３２は、マスタ装置であるＬ２ＳＷ２との時刻同期を行う時刻同期スレーブ処理を実行し、ＯＮＵインタフェース部３１を介してＬ２ＳＷ２との間で時刻同期用の信号を送受信する。
【００２５】
ここで、本発明に係る時刻同期動作の説明に先立って、従来技術を適用した場合の時刻同期動作について図５を参照して説明する。図５は、従来技術による時刻同期処理のシーケンス図である。なお、以降の説明では、マスタ装置（以下、マスタ）であるＬ２ＳＷ２とＯＬＴ４との間の信号の伝搬遅延時間を３００マイクロ秒、ＯＬＴ４とＯＮＵ６との間の伝搬遅延時間を１００マイクロ秒、ＯＮＵ６と基地局７との間の伝搬遅延時間を０．０１マイクロ秒とし、これらの伝搬遅延時間は上り下りとも同一であるものとする。したがって、Ｌ２ＳＷ２と基地局７との間の片道の伝搬遅延時間の総和は、これらの時間を合計した４００．０１マイクロ秒となる。
【００２６】
ＩＥＥＥ１５８８に規定される従来技術の処理の第１段階として、マスタであるＬ２ＳＷ２から、タイムスタンプを入れたパケット１００をＯＬＴ４及びＯＮＵ６を経由してスレーブ装置（以下、スレーブ）である基地局７に繰り返し送信する。図５では、Ｌ２ＳＷ２の時刻タイマ値が１０，０００マイクロ秒の時刻に、この値がタイムスタンプ値として挿入されたパケット１００−１が送信される。このパケット１００−１は、Ｌ２ＳＷ２から基地局７までの片道の伝搬遅延時間後（すなわち４００．０１マイクロ秒後）に基地局７によって受信され、基地局７の時刻タイマ値は１０，０００マイクロ秒にセットされる。以降、Ｌ２ＳＷ２から送信されて基地局７が受信するパケット１００に挿入されたタイムスタンプ値は、基地局７の時刻タイマとＬ２ＳＷ２の時刻タイマとの間の周期の誤差を補正するために用いられ、２つの時刻タイマの周期の同期が図られる。この段階では、マスタ〜スレーブ間の信号伝搬遅延は反映されておらず、Ｌ２ＳＷ２の時刻タイマ値が１０，５００．０１マイクロ秒の時刻に、基地局７の時刻タイマ値は１０，１００マイクロ秒となっていて、両者の時刻の絶対値は同期できていない。
【００２７】
続いて第２段階として、例えば、基地局７の時刻タイマ値が１１，１００マイクロ秒の時刻に、基地局７からＬ２ＳＷ２に対して往復伝搬遅延時間を測定するためのパケット１０１−１を送信する。このパケット１０１−１は、ＰＯＮにおける上り信号のＴＤＭＡ制御周期に起因する待ち時間だけＯＮＵ６内部に留めおかれ、例えば１，０００マイクロ秒後にＬ２ＳＷ２に向けたパケット１０１−２が送信される。このパケット１０１−２は、これに片道の伝搬遅延時間が加わったＬ２ＳＷ２の時刻タイマ値が１２，９００．０２マイクロ秒の時刻にＬ２ＳＷ２によって受信され、Ｌ２ＳＷ２は、無視できるほど小さい規定時間以内に（例えばＩＥＥＥ１５８８の時刻の最小単位である１ナノ秒以下の時間で）、返信パケット１０２を基地局７に向けて送信する。この返信パケット１０２は、基地局７の時刻タイマ値が１２，９００．０２マイクロ秒の時刻に基地局７によって受信され、基地局７は、返信パケット１０２の受信時刻である１２，９００．０２マイクロ秒と、パケット１０１−１の送信時刻である１１，１００マイクロ秒との差から、往復伝搬遅延時間を１，８００．０２マイクロ秒と算出し、片道伝搬遅延時間をその半分の値である９００．０１マイクロ秒と算出する。最後に、基地局７は、自身の時刻タイマ値である１２，９００．０２マイクロ秒に求めた片道伝搬遅延時間を加算して、自身の時刻タイマ値を１３，８００．０３マイクロ秒に更新する。
【００２８】
しかし、この時刻にＬ２ＳＷ２の時刻タイマ値は１３，３００．０３マイクロ秒であり、２つ時刻タイマは時刻同期していない。これは、ＯＮＵ６にてパケット１０１−１が１，０００マイクロ秒だけ留めおかれ、正しくは４００．０１マイクロ秒である片道伝搬遅延が、９００．０１マイクロ秒と誤って算出されたためである。
【００２９】
＜第１実施形態＞
続いて、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態は、時刻同期を行うマスタ及びスレーブが前記にて説明した往復伝搬遅延時間測定を行う時刻を、事前にＯＬＴ４及び基地局７の記憶手段に設定しておく方法である。以下の説明は、Ｌ２ＳＷ２がマスタとなり、ＯＮＵ６−１に収容された基地局７がスレーブとなる場合を例にとって行う。
【００３０】
図２に示すＯＬＴ４において、往復伝搬遅延時間測定を行う時刻は、時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）１９に事前に格納されており、その時刻になると、テーブル切替処理部１８は、帯域割当処理部１２が帯域割り当てに用いるテーブルを通常時帯域割当テーブル１６から時刻同期処理時帯域割当テーブル１７に切り替える。図１６は、時刻同期処理時帯域割当テーブル１７のデータ例である。この例は、ＯＮＵ６−１に対応するＬＬＩＤ「１」に対して、帯域割り当て周期の全ての時間帯（０〜１０００マイクロ秒）に渡って帯域を割り当てることを表している。
【００３１】
その後、上り時刻同期パケットスヌープ部１４は、ＯＮＵ６−１から上り往復遅延時間測定パケットが送信されるのを待ち、当該パケットを直ちにＬ２ＳＷ２に転送するとともに、テーブル切替処理部１８は帯域割り当てに用いるテーブルを時刻同期処理時帯域割当テーブル１７から通常時帯域割当テーブル１６に切り戻し、帯域割当処理部１２は通常時の帯域割り当て処理を再開する。このように事前に設定された時刻からＯＬＴ４が上り往復遅延時間測定パケットの送信を検出するまでの間は、ＯＮＵ６−１に全帯域が割り当てられるため、上り伝搬遅延時間は下り伝搬遅延時間と同等レベルの値になることが期待できる。
【００３２】
図６は、第１実施形態の時刻同期処理のシーケンス図である。時刻同期処理を行っていない通常時には、Ｌ２ＳＷ２から基地局７に向けてＳｙｎｃフレーム５０が所定の周期で送信され、基地局７内部の時刻であるタイムスタンプの周波数精度補正に用いられている。通常時においては、ＯＬＴ４は、図６の符号６１−１，６１−２及び６１−３にて示される帯域割り当て量をそれぞれＯＮＵ６−１，ＯＮＵ６−２及びＯＮＵ６−３に割り当てている。
【００３３】
前記にて説明したように、事前に時刻同期実行時刻記憶部１９に格納されている設定時刻になると、テーブル切替処理部１８は、帯域割り当てに用いるテーブルを通常時帯域割当テーブル１６から時刻同期処理時帯域割当テーブル１７に切り替えるため、符号６２に示されるようにＯＮＵ６−１のみに全帯域が割り当てられる。続いて、基地局７がＬ２ＳＷ２に向けて上り往復遅延時間測定パケット５１を送信すると、上り時刻同期パケットスヌープ部１４が当該上り往復遅延時間測定パケット５１を検出し（符号６０）、テーブル切替処理部１８は帯域割り当てに用いるテーブルを時刻同期処理時帯域割当テーブル１７から通常時帯域割当テーブル１６に切り戻し、通常時の帯域割り当て処理が再開される。そして、帯域割り当て量は符号６３−１，６３−２及び６３−３にて示されるように、再度ＯＮＵ６−１，ＯＮＵ６−２及びＯＮＵ６−３にそれぞれ帯域が割り当てられる。その後、Ｌ２ＳＷ２から基地局７に向けて下り往復遅延時間測定パケット５２が送信されると、基地局７は図５にて説明した処理と同様な処理により、その情報を用いて時刻同期処理を完了する。
【００３４】
図７は、第１実施形態のＯＬＴ４の時刻同期処理のフローチャートである。ＯＬＴ４は、設定時刻でなければ（ステップ７１のＮ側）通常時帯域割当テーブル１６を用いて帯域割り当てを行っている（ステップ７０）。設定時刻に至ると（ステップ７１のＹ側）、時刻同期処理時帯域割当テーブル１７を用いて帯域割り当てを行ったのち（ステップ７２）、上り往復遅延時間測定パケット５１を受信するのを待ち（ステップ７３のＮ側）、当該パケットを受信すると（ステップ７３のＹ側）、再び通常時帯域割当テーブル１６を用いて帯域割り当てを行う（ステップ７４）。
【００３５】
図８は、第１実施形態のＬ２ＳＷ２の時刻同期処理のフローチャートである。Ｌ２ＳＷ２は、上り往復遅延時間測定パケット５１を受信していなければ（ステップ８１のＮ側）、Ｓｙｎｃフレーム５０にタイムスタンプを格納して送信し（ステップ８０）、上り往復遅延時間測定パケット５１を受信すると（ステップ８１のＹ側）、下り往復遅延時間測定パケット５２にタイムスタンプを格納して返信する（ステップ８２）。時刻同期マスタ処理を継続する限り（ステップ８３のＹ側）、前記プロセスを反復して実行し、時刻同期マスタ処理を継続しない場合は（ステップ８３のＮ側）処理を終了する。
【００３６】
図９は、第１実施形態の基地局７の時刻同期処理のフローチャートである。基地局７は、片道遅延時間の初期値を「０」に設定し（ステップ９０）、設定時刻でなければ（ステップ９３のＮ側）、Ｓｙｎｃフレーム５０を受信して（ステップ９１）、受信タイムスタンプ値に片道遅延時間を加えた値を時刻カウンタに格納している（ステップ９２）。設定時刻に至ると（ステップ９３のＹ側）、上り往復遅延時間測定パケット５１を送信し（ステップ９４）、その後、下り往復遅延時間測定パケット５２を受信すると（ステップ９５）、タイムスタンプ値から片道遅延時間を算出し（ステップ９６）、算出した片道遅延時間を加算して時刻カウンタを補正する（ステップ９７）。時刻同期スレーブ処理を継続する限り（ステップ９８のＹ側）、前記プロセスを反復して実行し、時刻同期スレーブ処理を継続しない場合は（ステップ９８のＮ側）処理を終了する。
【００３７】
以上のように、第１実施形態では、時刻同期を行うマスタ及びスレーブが往復伝搬遅延時間測定を行う時刻を事前にＯＬＴ４及び基地局７の記憶手段に設定しておき、その時間帯に対象となるＯＮＵ６に全帯域を割り当てることで、上り下りの伝搬遅延時間がほぼ等しい値となるように時刻同期用パケットを送受することができる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、時刻同期を行うマスタがスレーブに対して前記にて説明した往復伝搬遅延時間測定の実行を要求する信号を送信する方法である。通信システムの構成、各装置の機能ブロック図は第１実施形態と同様である。
【００３９】
図１０は、第２実施形態の時刻同期処理のシーケンス図である。第１実施形態と同様に、時刻同期処理を行っていない通常時には、Ｌ２ＳＷ２から基地局７に向けてＳｙｎｃフレーム５０が所定の周期で送信され、基地局７内部の時刻であるタイムスタンプの周波数精度補正に用いられている。通常時においては、ＯＬＴ４は、図１０の符号６１−１，６１−２及び６１−３にて示される帯域割り当て量をそれぞれＯＮＵ６−１，ＯＮＵ６−２及びＯＮＵ６−３に割り当てている。
【００４０】
図３に示すＬ２ＳＷ２において、往復伝搬遅延時間測定を行う時刻は、時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）２４に事前に格納されており、その時刻になると、Ｌ２ＳＷ２は基地局７に向けて往復遅延時間測定要求フレーム５３を送信する。ＯＬＴ４の下り時刻同期パケットスヌープ部１０がこの往復遅延時間測定要求フレーム５３を検出すると（符号６４）、テーブル切替処理部１８は、帯域割り当てに用いるテーブルを通常時帯域割当テーブル１６から時刻同期処理時帯域割当テーブル１７に切り替えるため、符号６２に示されるようにＯＮＵ６−１のみに全帯域が割り当てられる。以降は、この往復遅延時間測定要求フレーム５３を受信した基地局７が、Ｌ２ＳＷ２に向けて上り往復遅延時間測定パケット５１を送信し、これを受信したＬ２ＳＷ２が基地局７に向けて下り往復遅延時間測定パケット５２を送信することで、第１実施形態と同様に時刻同期が行われる。なお、往復遅延時間測定要求フレーム５３として、下り往復遅延時間測定パケット５２のフォーマットを適用するものとしてもよい。
【００４１】
図１１は、第２実施形態のＯＬＴ４の時刻同期処理のフローチャートである。図７を用いて前記した第１実施形態との違いは、設定時刻を判定する処理（図７のステップ７１）を、往復遅延時間測定要求フレーム５３を受信したかを判定する処理（ステップ７１ａ）に置き換えた点である。すなわち、第２実施形態のＯＬＴ４は、Ｌ２ＳＷ２からの往復遅延時間測定要求フレーム５３を受信した時点で往復遅延時間測定用の処理を開始する。
【００４２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、時刻同期を行うスレーブからマスタに対して前記にて説明した往復伝搬遅延時間測定用の上りパケットをＴＤＭＡの制御周期程度の短時間に複数回繰り返して送信する方法である。通信システムの構成、各装置の機能ブロック図は第１実施形態及び第２実施形態と同様である。
【００４３】
図１２は、第３実施形態の時刻同期処理のシーケンス図である。第１実施形態及び第２実施形態と同様に、時刻同期処理を行っていない通常時には、Ｌ２ＳＷ２から基地局７に向けてＳｙｎｃフレーム５０が所定の周期で送信され、基地局７内部の時刻であるタイムスタンプの周波数精度補正に用いられている。通常時においては、ＯＬＴ４は、図１０の符号６１−１，６１−２及び６１−３にて示される帯域割り当て量をそれぞれＯＮＵ６−１，ＯＮＵ６−２及びＯＮＵ６−３に割り当てている。
【００４４】
図４に示す基地局７において、往復伝搬遅延時間測定を行う時刻は、時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）３３に事前に格納されており、その時刻になると、基地局７からＬ２ＳＷ２に向けて１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１を送信する。すると、図１２に示されるように、この上り往復遅延時間測定パケット５１−１は、ＯＮＵ６−１での帯域割り当てに伴う遅延が加わってＯＬＴ４に転送されるため、この信号を用いたのでは正確な往復遅延時間の測定は期待できない。そこで、ＯＬＴ４の上り時刻同期パケットスヌープ部１４が当該上り往復遅延時間測定パケット５１−１を検出すると（符号６５）、テーブル切替処理部１８は、帯域割り当てに用いるテーブルを通常時帯域割当テーブル１６から時刻同期処理時帯域割当テーブル１７に切り替えるため、符号６２に示されるようにＯＮＵ６−１のみに全帯域が割り当てられる。続いて、ＴＤＭＡの制御周期の１ミリ秒と同程度のオーダーである約２ミリ秒後に、基地局７からＬ２ＳＷ２に向けて２回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−２を送信すると、上り時刻同期パケットスヌープ部１４がこの２回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−２を検出し（符号６０）、テーブル切替処理部１８は、帯域割り当てに用いるテーブルを時刻同期処理時帯域割当テーブル１７から通常時帯域割当テーブル１６に切り戻し、通常時の帯域割り当て処理が再開される。
【００４５】
その後、Ｌ２ＳＷ２から基地局７に向けて、１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１への応答となる１回目の下り往復遅延時間測定パケット５２−１と、２回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−２への応答となる２回目の下り往復遅延時間測定パケット５２−２とが送信される。基地局７は、このうち２回目の下り往復遅延時間測定パケット５２−２の情報を用いて時刻同期処理を行うことで、正確な往復遅延時間を算出し、正しい時刻同期処理を完了する。
【００４６】
ここで注意すべきは、基地局７は２回目の下り往復遅延時間測定パケット５２−２の情報を用いて時刻補正処理を行うのであり、１回目の下り往復遅延時間測定パケット５２−１を時刻補正処理に用いることはないという点である。理由は、１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１はＯＮＵ６−１での遅延時間が大きいためである。基地局７が誤って１回目の下り往復遅延時間測定パケット５２−１を時刻補正処理に用いることを防ぐ新たな方法として、ａ）ＯＬＴ４が、１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１を検出後、そのパケットを廃棄して上位網には送信しない方法と、ｂ）Ｌ２ＳＷ２が、１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１を検出しても下りパケット５２−１を返送せず、２回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−２を検出したときに下りパケット５２−２を返送する方法、の２つが有効である。
【００４７】
図１３は、第３実施形態のＯＬＴ４の時刻同期処理のフローチャートである。図７を用いて前記した第１実施形態との違いは、設定時刻を判定する処理（図７のステップ７１）を、１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１を受信したかを判定する処理（ステップ７１ｂ）に置き換え、上り往復遅延時間測定パケット５１−１を受信したかを判定する処理（図７のステップ７３）を、２回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−２を受信したかを判定する処理（ステップ７３ｂ）に置き換えた点である。すなわち、第３実施形態のＯＬＴ４は、基地局７から１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１を受信した時点で往復遅延時間測定用の処理を開始する。
【００４８】
図１４は、第３実施形態の基地局７の時刻同期処理のフローチャートである。図９を用いて説明した第１実施形態との違いは、上り往復遅延時間測定パケットの送信処理（図９のステップ９４）を、１回目の送信処理（ステップ９４ａ）及び２回目の送信処理（ステップ９４ｂ）に置き換え、下り往復遅延時間測定パケットの受信処理（図９のステップ９５）を、１回目の受信処理（ステップ９５ａ）及び２回目の受信処理（ステップ９５ｂ）に置き換え、片道遅延時間を算出する処理（図９のステップ９６）を、２回目の下り往復遅延時間測定パケット５２−２のタイムスタンプ値を用いて片道遅延時間を算出する処理（ステップ９６ａ）に置き換えた点である。
【００４９】
なお、前記の第３実施形態においては、１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１を用いてＯＬＴ４がＯＮＵ６−１のみに全帯域を割り当てるものとしたが、１回目の上り往復遅延時間測定パケット５１−１の代わりに、ＯＬＴ４に全帯域割り当てを要求する専用のメッセージを基地局７から送信する方法によっても同じ効果を期待することができる。
【００５０】
以上説明した実施形態によれば、基地局やフェムトセルはネットワークを介してマスタ装置から正確な時刻を取得することができるので、ＧＰＳ信号受信機の設置が不要となる。すなわち、既にＩＥＥＥ１５８８の時刻同期機能を搭載して導入が開始されたマスタ装置とスレーブ装置（フェムトセル、基地局）とがＰＯＮによって接続される構成において、装置間の正確な時刻同期が実現できるという効果がある。特に、既設のＰＯＮ装置、時刻同期サーバ及び基地局端末等のファームウェア更新のみで、前記効果が実現できるという利点がある。
【００５１】
また、前記の実施形態ではアクセス伝送システムとしてＰＯＮを使用した例について説明したが、他にケーブルモデムシステムや無線によるポイント・ツー・マルチポイントシステムなど、ＴＤＭＡ方式にて上り信号が多重化される他の全てのポイント・ツー・マルチポイントシステムを用いる場合にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１    移動体コア網
２    Ｌ２スイッチ（Ｌ２ＳＷ）（マスタ装置）
３    ＧＰＳ衛星
４    ＯＬＴ（局側装置）
５    光スプリッタ
６    ＯＮＵ（宅内終端装置）
７    基地局（スレーブ装置）
８    フェムトセル（スレーブ装置）
１０  下り時刻同期パケットスヌープ部
１１  グラント挿入部
１２  帯域割当処理部（送信時間帯制御手段）
１３  キュー長通知受信部
１４  上り時刻同期パケットスヌープ部
１５  帯域計算処理部
１６  通常時帯域割当テーブル
１７  時刻同期処理時帯域割当テーブル
１８  テーブル切替処理部
１９  （ＯＬＴの）時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）
２０  アクセスインタフェース部
２１  スイッチ部（ＳＷ部）
２２  コア網インタフェース部
２３  （Ｌ２スイッチの）時刻同期実行部
２４  （Ｌ２スイッチの）時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）
２５  時刻インタフェース部
２６  （Ｌ２スイッチの）制御部
３０  無線インタフェース部
３１  ＯＮＵインタフェース部
３２  （基地局の）時刻同期実行部（往復遅延時間計算手段、時刻補正手段）
３３  （基地局の）時刻同期実行時刻記憶部（記憶手段）
３４  （基地局の）制御部
【図１】
2013251828.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2013251828.tif 000014
【図１３】
2013251828.tif 000015
【図１４】
2013251828.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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