Technical Notes

パケットネットワーク同期用クロック

TN151207TD【概要】
従来の音声電話は回線交換接続で周波数同期が基本であった。一方インターネットに代表されるパケットネットワークの発展により、従来の回線交換接続からパケット接続への転換が進んでいる。しかし本来パケット伝送は非同期であり、パケットネットワークで音声データや時分割多重（TDM）を伝送する際には同期が必須になり、そのための時間管理技術が必要になってくる。パケットネットワークでの同期方式は大きく分けて
１）Synchronous Ethernet（周波数同期)と ２）IEEE1588 (時刻同期)の方式がある。
エプソンはこのパケットネットワークに必要な基本技術を支える発振デバイスを提供している。特にネットワークの時間バラッキの低減、ネットワーク障害時のバックアップを行う発振デバイスが求められる。その結果デバイスとしてはWander 特性（MTIE、TDEV）、Holdover特性が重要になる。
今回パケットネットワークを整理しエプソンの取り組みについて述べる。

【時刻同期について】
図―１に携帯電話用無線通信ネットワークの例を示す。ネットワークの基準になる RRC（Precision Reference Clock）の時刻情報を末端のMacro-cell Base Station AおよびB、またSmall-cell Base Station AおよびB へ伝送し各基地局が同じ時刻で通信することが必要である。この際 PRC の時刻情報を途中の Node を経由して伝送する。従来の同期方式（SONET/SDH）で は P R C の周波数を伝送することができた。
しかしパケット伝送（図―１では EEC: Ethernet Equipment Clock)は本来非同期方式である。この非同期ネットワー
クに同期信号を伝送させるためITU-T は2つの方式を提唱している。１）Synchronous Ethernet（SyncE）、２）IEEE1588である。これら2つの方式については次節で述べる。

図ー1 携帯電話用通信ネットワーク例

1

Technical Notes【Ethernet、SyncE、IEEE1588 の比較】
通常の Ethernet は非同期伝送であるが、SyncE は物理層(PHY)で周波数を、IEEE1588 はプロトコルで時刻情報を伝送している。(表―１、図-2、3、4参照)
表―１Ethernet、SyncE、IEEE1588 比較方式同期/非同期

同期対象

伝送層

各 NodeEthernet

非同期

SyncE

同期

周波数

物理層

EEC 対応発振器

精度、MTIE、TDEV、HoldoverIEEE1588

同期周波数

プロトコル

Stratum3、Stratum3E

精度、MTIE、TDEV、Holdover

時刻（PTP）

対応発振器

重要仕様

+/-100 ppm 発振器

Packet Data
Packet Data

発振デバイス

Packet Data

Ethernet PHY

Ethernet PHY

Ethernet PHY±100ppm clock±100ppm clock±100ppm clock

Packet Data

図―２Ethernet
図ー2に示される Ethernet

では時刻情報を伝送しない。 非同期である。

Packet Data + Physical Clock

Packet Data + Physical Clock
Packet Data

Packet Data

Ethernet PHY

Ethernet PHY

Ethernet PHY
Recovered Clock

PRC

Traceable Reference
EECEEC

図―３

Synchronous Ethernet（SyncE）

EEC

図―３のSyncE では物理層（Ethernet PHY）を経由してEEC（Ethernet Equipment Clock）により上位のPRC からの周波数信号を受信再生して下位のNode に伝送することが可能である。この際途中の全てのNode がこのEEC 対応である必要がある。伝送できるのは周波数のみで時刻情報は伝送できない。PRC と伝送先のNode は同じ周波数（周波数同期）になる。 (E（EEC: ITU-T G.8261 Option1、２に対応したSyncE 用クロック）2

Technical Notes

Packet Data + Timing Packet

PRC

Packet Data

Ethernet PHY

Traceable Reference

PTP IEEE1588

Packet Data + Timing Packet

Ethernet PHY±100ppm±100ppm

Ethernet PHY

Packet DataPTP IEEE1588

Recovered Clock±100ppm

図ー４ IEEE1588
TCXO/OCXO

図ー４のIEEE1588 では通常PTP(Precision Timing Protocol)を用いて上位層のプロトコルレイアでPRC からの周波数、時刻信号を伝送できる。PRCと伝送先Node は同じ時刻（時刻同期）になる。
この場合途中のNode は通常Ethernet Clock で動作する。また伝送先Node でパケット伝送遅延のバラッキや冗長性（信号が途絶える等の障害時対応として）から高安定の発振器（TCXO、OCXO）を利用する。

【各方式別の標準規格】
パケットネットワークまた従来からの同期方式ネットワークにおいては ITU-T 等から世界標準が公表されている。
これらを整理すると表ー２のようになる。
表ー２ 同期方式別 規格
方式

同期層

同期対象

ネットワーク(Layer)
SONET/SDH

物理層装置、クロック規格

規格
周波数

ITU-T G.825(L1)

ITU-T G.813 Option 2 *2
SEC: SONET/SDH Equipment Clock
Telcordia GR-1244CORE Stratum3SyncE

物理層

位相

ITU-T G.8261(L1)

ITU-T G.8262 Option 1,2 *2
EEC: Ethernet Equipment Clock
Telcordia GR-1244CORE

PEC (Frequency)

パケット障

周波数

ITU-T G.8261(L2~3)ITU-T G.8263 *3
Packet based Equipment Clock
Telcordia GR-1244CORE

PEC (Phase/Time)

パケット

*1

(L2~3)Note

時刻

ITU-T G.8271

ITU-T G.8273 *3
Telecom Boundary Clock*1*2

IEEE1588 は PEC(Phase/Time)の方式
ITU-T として Clock の規格として物理層での方式では制定している。

*3

ITU-T として Clock の規格としてパケットでの方式では制定していない。

3Technical Notes

これらからパケットネットワークの同期用 Clock としては主に次の2つの規格(水準レベル)を示すことができる。
※Telcordia Stratum を水準とした場合<Telcordia GR-1244Core Stratum3 / G.812 Option 2 (SONET/SDH Equipment Clock) / G.8262 Option 2 >-Frequency Accuracy+/-4.6ppm (20 years)-

Frequency Stability+/-300ppb (1day)-

Frequency Drift+/-40ppb (1day constant temp.)-

MTIE、TDEV、Holdover

各規格準拠<Telcordia GR-1244Core Stratum3E / G.812 Typ3 >-Frequency Accuracy+/-4.6ppm (20 years)-

Frequency Stability+/-10ppb (1day)-

Frequency Drift+/-1ppb (1day constant temp.)-

MTIE、TDEV、Holdover

各規格準拠【エプソンの取り組み】
これら主要な規格水準に対してエプソンは自社開発の水晶振動子と内蔵 IC をキーテクノロジーとして次のような製品シリーズを提供している。
規格

製品カテゴリー主要製品シリーズ

Stratum3

TCXO

TG5032 シリーズ、TG7050シリーズ
TG-5501シリーズ、TG-5511シリーズ

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