JPH01160230A

JPH01160230A - ディジタル通信システムを同期する方法

Info

Publication number: JPH01160230A
Application number: JP63287878A
Authority: JP
Inventors: Richard W Sieber; リチャード・ダブリュー・シーバー; David A Perreault; デイビッド・エイ・ペロー; Arnold Paige; アーノルド・ペイジ
Original assignee: GTE Laboratories Inc
Current assignee: Verizon Laboratories Inc
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1988-11-16
Publication date: 1989-06-23
Also published as: US4807258A; EP0316773A3; EP0316773A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電気通信及びデータ通信システムに関し、詳し
くいうと、メツセージ部分及び応答（レスポンス）部分
を含む繰返しフレームを利用するディジタル通信システ
ムを同期するための方法に関する。

［従来の技術］現在の電子自動構内交換機（ＰＡＢＸ）は大型であり、
高価であり、かつかなりの電力を消費する。これら欠点
は最近の超ＬＳＩ　（ＶＬＳＩ）技術でＰＡＢＸを実現
することによって大幅に軽減できる。最近、４０の加入
者に音声及びデータサービスを提供することができる。

しかもより大型のＰＡＢＸを形成するように相互接続す
ることができる単一チップのＰＡＢＸが開発された。こ
の単一チップＰＡＢＸはＩ　ＥＥＥジャーナル・オブ・
ソリッド・ステート・サーキット、第５Ｃ−２１巻第２
号、１９８６年４月の２４７〜２５１頁の「エクスペリ
メンタル・シングル・チップ・ＰＡＢＸＪに、及び米国
特許第４．６３０．２８４号にエム・クーパーマン等に
よって記載されている。単一チップＰＡＢＸシステムは
中央交換機、市内（ローカル）単一チッブＰＡＢＸ、電
話機及びデータ端末間に音声及びデータの両方を送るた
めにディジタル通信を利用する。各電話機と市内ＰＡＢ
Ｘ間の接続は時分割２重通信モードで動作するより対（
ツイストペア）線を使用する。

ＶＬＳ　Ｉ回路は極端に小さな形状、寸法で非常に複雑
な機能を遂行できるけれど、電力の消散の点で非常に制
限がある。通常のディジタル線路駆動技術は反射を防止
するため受信端に成端（終端器）を使用する。線路駆動
装置のトランジスタの形状、寸法は大きくなければなら
ず、そして駆動装置は数百ミリワットの電力な成端負荷
に供給しなければならない、線路駆動及び線路受信機能
を単一チップＰＡＢＸに統合するために、受信端で終端
しない伝送線路が利用される。伝送波形と反射波形間の
相互作用の結果、電力は論理的遷移中のみ消散される。

この電力は３１０キロビット／秒のデータレート及び最
大線路長４００フイートの場合で線路駆動装置当り平均
１０ミリワツトである。

［発明が解決しようとする問題点］単一チップＰＡＢＸシステムはフレームの第１の部分中
メツセージがＰＡＢＸチップから電話機に送信され、か
つこのフレームの第２の部分中応答が電話様からＰＡＢ
Ｘチップに送信される通信プロトコルを使用する。伝送
距離は比較的短く、従ってメツセージ及び応答は所定の
時間期間中に検出できる。応答はメツセージの終了時に
送信され％　１ビット時間内にＰＡＢＸチップによって
受信される。同様に、メツセージは応答の終了に続いて
送信され、１ビット時間内に電話機によって受信される
。その結果、非同期受信棲の複雑さ及び電力要件は除去
される。それにもかかわらず、例えば伝送線路の雑音に
よって、ＰＡＢＸチップ及び電話機が同期を失う可能性
がある。同期が失われることは、短時間に同期が再確立
できるならば、重大な問題ではない、従って、追加のハ
ードウェア或は複雑さが付加されることなしに同期を再
確立するための方法を提供することが望まれている。

［発明の目的］従って１本発明の一般的な目的はデータ通信に対する改
良された方法を提供することである。

本発明の他の目的は、同期が失われたときに、データ通
信リンクによって接続された２つのサブシステム間の同
期を再確立するための方法を提供することである。

本発明の他の目的は電気的雑音が存在しても動作するこ
とができるディジタル通信リンクを提供することである
。

本発明の他の目的は１つ又は若干の集積回路チップに統
合することができる電気通信システムを提供することで
ある。

【問題点を解決するための手段］本発明は、繰返しフレームのメッセージ部分中第１のＰ
ＡＢＸサブシステムがメツセージを第２の電話機サブシ
ステムに送信し、かつこのフレームの応答部分中前記筒
２のサブシステムが前記第１のサブシステムに応答を送
信するディジタル伝送システムに関する０本発明によれ
ば、上記及び他の目的並びに利点は前記第１のサブシス
テムと前記第２のサブシステム間に同期を再確立するた
めの次の方法によって達成される。この方法は、（ａ）
メツセージと応答間の同期が失われたということを前記
第２のサブシステムが認識する段階と、（ｂ）同期が失
われたときに、前記第２のサブシステムによる応答の送
信を中止し、前記第１のサブシステムによるメツセージ
の送信を継続する段階と、（ｃ）有効メツセージが検出
されるまで受信メツセージを前記第２のサブシステムが
監視する段階と、（ｄ）前記有効メツセージ及び引続く
メツセージに関して所定の時間関係を有する応答の送信
を再開する段階とからなる。

本発明による好ましい一実施例の方法においては、メツ
セージ及び応答は低電力線路ドライバ及び低電力線路受
信機を各端部に有する伝送線路で送られる。応答が中断
されると、前記第２のサブシステムの低電力線路ドライ
バが高インピーダンス状態に置かれる。受信メツセージ
を監視する前記段階はメツセージのストップビットを検
出する段階、このメツセージのストップビットに等しい
連続する予め定められた長さのビットストリングを検出
する段階、及びこの予め定められた長さのビットストリ
ングの終了時にスタートビットを検出する段階を含む。

ビットストリングの終了時のスタートビットは有効メツ
セージの開始を指示する。

［実施例］本発明、並びに本発明の他の目的、利点及び能力の十分
な理解のために、以下添付図面を参照して本発明の好ま
しい実施例について詳細に説明する。

本発明の線路遅延補償技術を組入れるのに好適なディジ
タル伝送システムが第１図に示されている。中央交換３
１２は直列伝送線路を通じて異なる市内ＰＡＢＸシステ
ム及び電話会社の設備と通信し、信号情報の記憶及び交
換のような機能を遂行する。中央交換機１２は複数の市
内ＰＡＢＸシステム１４と相互接続されている。各市内
ＰＡＢＸシステムは市内ＰＡＢＸチップ１０及び４０ま
での電話機及びデータ端末１６及び１８を含み、第１図
にはその内の３つが示されている。中央交換機１２と市
内ＰＡＢＸチップｌＯ間の通信リンク、又はトランクラ
イン１〜７、及び中央交換機チップ１２と電話会社設備
間のトランクライン８は通常の２締式伝送線路でよいが
、好ましくは広帯域幅のかつ実質的に雑音のない通信リ
ンクを提供する光フアイバ通信リンクがよい。

各市内ＰＡＢＸチップ１０は４０までの電話機及びデー
タ端末１６．１８に対して多重化、記憶及び信号処理を
行なうことができる自蔵のユニットである。電話機１６
のマイクロホンからの音声信号は通常の手段によって６
４キロバイト／秒の標準のパルス符号変調（ＰＣＭ）ビ
ット流に変換され、データ端末１８からのデータと結合
されて単一のより対線２０により市内ＰＡＢＸチップ１
０に伝送される。トランクラインｌを介しての中央交換
機１２に対する音声又はデータの通信はＴＤＭディジタ
ルである。付勢されたすべての伝送線路２０は繰返しフ
レームデータ構造を使用して市内ＰＡＢＸチップ１０と
通信を行なう。

第２図に示すように、各フレームは標準の８ＫＨｚサン
プリング周波数に対応する１２５マイクロ秒の継続時間
を有する。この１２５マイクロ秒のフレームは１９ビツ
トの送信部分、或はメツセージ２４とこれに続く１９ビ
ツトの受信部分、或は応答２６を含む。市内ＰＡＢＸチ
ップ１０と各電話機／データ端末１６．１８間の各片方
向通信のフォーマットは１つのスタートビット２７．８
つの音声ビット、８つのデータビット、１つの信号ビッ
ト及び１つのストップビット２８の合計１９のビットよ
りなる。情報は、各フレームの送信部分、或はメツセー
ジ２４中、ＰＡＢＸチップ１０から電話機／データ端末
１６．１８に流れ、各フレームの受信部分、或は応答２
６中、逆の方向に流れる。

第１図のシステムでディジタル伝送に適した低電力の差
動ドライバ及び差動受信様が第３図に示されている。差
動線路受信機３０は受信端に位置付けされており、差動
線路ドライバ３２は送出端に位置付けされている。これ
ら２つの端部は交換可能であるということを理解すべき
である。

差動線路ドライバ３２は第１のＰ形及びＮ形ＭＯ３）ラ
ンジスタ対３４．３５と、第２のＰ形及びＮ形ＭＯＳト
ランジスタ対３６．３７とからなる。トランジスタ３４
及び３６のソース端子は＋５ｖの電源端子に結合されて
おり、トランジスタ３５及び３７のソース端子は接地に
結合されている。より線の伝送線路２０は一方の線２Ｏ
Ａがトランジスタ３４及び３５のドレイン端子に結合さ
れ、他方の線２０Ｂがトランジスタ３６及び３７のドレ
イン端子に結合されている。情報ビット流はトランジス
タ３４及び３５のゲート端子に結合され、反転されたビ
ット流はトランジスタ３６及び３７のゲートに結合され
、それによってこれらトランジスタ対を差動的に駆動し
、従って伝送線路２０を差動的に駆動する。伝送線路２
０の受信端は高入力インピーダンスを呈するＭＯ８Ｉ−
ランジスタ３８．３９のゲートに結合され、かくして受
信端に事実上開放（オーブン）回路を提供する。

伝送線路２０の特性インピーダンスＺｏは代表的には　
１００オームである。トランジスタ対のジオメトリ−（
幾何学的配列、形状）は％Ｚｏ、即ち５０オームのドレ
イン−ソース抵抗を提供するように選択される。線路ド
ライバ３２は線路インピーダンスＺ０に整合した１００
オームのソースインピーダンスを有し、かくして伝送線
路２０は送出端で終端する。第１図乃至第３図に示すデ
イジタル伝送システムは米国特許筒４．６３０．２８４
号に詳細に記載されている。

再び第２図を参照すると、電話機１６はメツセージ２４
の開始時にスタートビット２７を及びメツセージ２４の
終了時にストップビット２８を検出することによって通
常ＰＡＢＸチップ１０に同期される。メツセージストッ
プビット２８の直後に又はメツセージストップビット２
８の後予め定められた時間経過後応答２６が電話機１６
からＰＡＢＸチップ１０に送信される。ＰＡＢＸチップ
１０はメツセージストップビットの後予め定められた時
間経過時に応答２６のスタートビットを受信するように
予めプログラムされている。時々、電話機１６は、伝送
線路２０の長い雑音のバースト、電力の一時的損失或は
伝送線路の不注意による切断により、ＰＡＢＸチップ１
０との同期を失う。同期が失われると、電話機１６はメ
ツセージストップビット２８を正しく認識せず、必要と
されるよりも早（又は遅（応答２６の送信を開始する。

かくして、ＰＡＢＸチップ１０によって受信された応答
は時間的にずれ、間違ったデータがＰＡＢＸチップｌＯ
に挿入される。

本発明の方法は僅か数フレームが失われるだけで迅速に
同期を再確立することができる能力を提供する。音声の
数フレームが失われるだけであると、感知し得る影響は
殆どない。データが失われたときには、データリンク制
御プロトコルの誤り制御機構がこのデータの損失を検出
し、再送信を行なわせる。

同期が失われたときにできるだけ早（同期が再確立され
ることを保証するために、電話機１６はＰＡＢＸチップ
１０と電話機１６間のデータの伝送を監視し、同期が失
われた時点を決定する。同期の喪失が認識できるいくつ
かの方法がある。例えば、電話機１６の受信機３０はメ
ツセージストップビット２８を検出することができ、こ
のストップビットが電話機タイミング回路に関して適正
な時間に生じないときには、同期の喪失が宣言できる。

しかしながら、同期の喪失が宣言される前に不適正に時
間調整されたメツセージストップビット２８がいくつか
の引続くフレーム２２に存在するということを要件とす
ることが好ましい。これは雑音が同期の喪失と間違われ
る可能性を減少させる。別の方法として、メツセージス
タートビット２７は１つ又はい（つかの引続くフレーム
で検出できる。同期の喪失を検出する他の方法において
は、特別のビットシーケンスが予め定められた態様でデ
ータ内に送信され、電話機１６が予期される点でこのシ
ーケンスを見出さないときに同期の喪失が宣言される。

一般に、同期の喪失を決定する技術はこの技術分野で知
られている。

同期の喪失が電話機１６によって認識されると、応答２
６の送信が中断され、線路ドライバ３２は高インピーダ
ンス状態に置かれる。第４図に示すように、電話機１６
は今や、伝送線路２０を監視する。ＰＡＢＸチップ１０
は応答２６が受信されていないことを認識し、そしてた
とえ応答２６が受信されなくても、各フレーム２２毎に
１回メツセージ２４を送信し続ける再同期モードに入る
。代表的には、同期が再確立されるまで同じメツセージ
２４が繰返される。

応答２６の送信を中断し、線路ドライバ３２を高インピ
ーダンス状態に置いた後、電話機１６は伝送線路２０を
ＰＡＢＸチップ１０からの送信状態について監視する。

電話機１６はＰＡＢＸチップ１０によって繰返し送信さ
れるメツセージ２４のストップビット２８を探すように
プログラムされている。ストップビット２８が送られた
後、伝送線路２０は次のメツセージ２４のスタートビッ
ト２７までストップビット２８と同じ状態に留まる０本
例においては、ストップビット２８は応答２６（送信さ
れていない）の継続時間の間、即ち１９ビツトの間、伝
送線路２０に留まる。この期間の終了時に、次のメツセ
ージ２４のスタートビット２７が受信される筈である。

所定の時間の量線路２０がストップビット状態に留まっ
た後でスタートビット２７が受信されると、有効メツセ
ージ２４が認識される。ストップビット２８が所定の時
間の量線路に留まらないときには或はスタートビット２
７が所定の時間の終了時に受信されないときには、スト
ップビット２８を監視することが再開される。有効メツ
セージ２４のスタートビット２７が認識されると、電話
機１６はＰＡＢＸチップ１０と再び同期され、有効メツ
セージのストップビット２８の後で応答２６が送信され
る。

所望ならば、同期手続きは、同期が正しく再確立される
ことを保証するために、送信を再開する前に２つ又はそ
れ以上の有効メツセージ２４の認識を要件としてもよい
ということを理解すべきである。

第５Ａ図を参照すると、ＰＡＢＸチップ１０及び電話機
１６が同期されたときのメツセージ２４及び応答２６の
シーケンスが示されている。応答２６のスタートビット
２７はメツセージ２４のストップビット２８の直後に生
じ、このプロセスは繰返されるということを言及してお
く。

本発明による再同期手続きが第５Ｂ図に示されている。

電話機１６はメツセージ４８の後でＰＡＢＸチップ１０
との同期を失い、応答５０を非同期状態で、即ち不適正
な時間に、送信する。同期の喪失は上記したようにして
検出され、メツセージ５２の後、電話機１６は応答の送
信を停止し、伝送線路２０を監視する。たとえ、応答が
送信されな（でも、メツセージ５６は送信される。メツ
セージ５６の終了時に、電話機１６はストップビット５
８を検出し、そしてデータが送信されなくなって以来こ
のストップビットがフレームの域の間、即ち１９ビツト
（Ｔ＝６２．５マイクロ秒）の聞伝送線路に留まってい
ることを検出する。フレームの局が終了したときに、電
話機はメツセージ６２のスタートビット６０を検出する
。ストップビット５８、フレームの局の間データなし及
びスタートビット６０がすべて順次に検出されると、メ
ツセージ６２は有効メツセージとして認識される。メツ
セージ６２の終了時に、電話機１６は応答の送信を再開
し、応答６４を送信する。この時点で、ＰＡＢＸチップ
１０及び電話機１６はそれらの同期状態が再確立され、
第５Ａ図に示すように通信し続ける。上記順序の３つの
要件環の１つ又はそれ以上が検出されない場合には、再
同期手続きは失敗し、再び始めなければならない。

現在本発明の好ましい実施例であると考えられるものを
図示し、記載したけれど、特許請求の範囲によって明確
にされる本発明の範囲から逸脱することなしに種々の変
形および変更がなし得ることはこの分野の技術者には明
らかであろう。

４、ｔ！日第１図は本発明を組入れるのに好適なディジタル伝送シ
ステムの概略ブロック図、第２図は第１図の市内ＰＡＢ
Ｘシステムにおいて使用されるデータ伝送フ、オーマッ
トを例示するタイミング図、第３図は本発明において使
用するのに適した線路ドライバ及び線路受信機を例示す
る回路接続図、第４図は本発明の同期方法を例示する流
れ図、第５Ａ及び５Ｂ図は本発明の同期方法を例示する
タイミング図である。

１〜７：通信リンク（トランクライン）８ニドランクラ
イン９：コンピュータ１０：市内ＰＡＢＸチップ１２：中央交換機１４：市内ＰＡＢｘシステム１６：電話機１８：データ端末２０：単一のより対線伝送線路２２：フレーム２４：メツセージ２６：応答２７：スタートビット２８；ストップビット３０：差動線路受信機３２：差動線路ドライバ３４．３５．３６．３７．３８．３９：ＭＯＳ）ランジ
スタ４８．５２．５６．６２：メツセージ５０．６４：応答５８ニストツプビツト６０：スタートビットＦＩＧ、３

Claims

【特許請求の範囲】

（１）繰返しフレームのメッセージ部分中第１のサブシ
ステムが伝送線路でメッセージを第２のサブシステムに
送信し、かつこのフレームの応答部分中前記第２のサブ
システムが前記伝送線路で応答を前記第１のサブシステ
ムに送信するディジタル通信システムにおいて、前記第
１のサブシステムと前記第２のサブシステム間に同期を
確立するための方法が、（ａ）前記メッセージと前記応答間の同期が失われたと
いうことを前記第２のサブシステムが認識する段階と、（ｂ）同期が失われたときに、前記第２のサブシステム
による応答の送信を中断し、前記第１のサブシステムに
よるメッセージの送信を継続する段階と、（ｃ）第１のメッセージが検出され、これに続いて予め
定められた時間の間メッセージ及び応答の両方が存在せ
ず、そしてこれに続いて第２のメッセージが検出される
まで、前記伝送線路を前記第２のサブシステムが監視す
る段階と、（ｄ）前記第２のメッセージ及び各引続くメッセージに
関して所定の時間関係を有する応答の送信を再開する段
階とからなることを特徴とする同期方法。
（２）前記伝送線路の各端部に低電力線路ドライバ及び
低電力線路受信機が設けられている特許請求の範囲第１
項記載の同期方法。
（３）前記伝送線路を監視する段階が、メッセージのストップビットを検出する段階と、該メッセージのストップビットに等しい予め定められた
長さの連続するビットストリングを検出する段階と、前記ビットストリングの終了時にスタートビットを検出
する段階とを含み、前記予め定められた長さのビットストリング
に続く前記スタートビットが前記第２のメッセージの開
始を指示するようにした特許請求の範囲第２項記載の同
期方法。
（４）前記ビットストリングの予め定められた長さが前
記メッセージの継続時間に等しい特許請求の範囲第３項
記載の同期方法。
（５）前記送信を中断する段階が前記低電力線路ドライ
バを高インピーダンス状態に置くことを含む特許請求の
範囲第２項記載の同期方法。
（６）繰返しフレームのメッセージ部分中第１のサブシ
ステムが伝送線路でメッセージを第２のサブシステムに
送信し、かつこのフレームの応答部分中前記第２のサブ
システムが前記伝送線路で応答を前記第１のサブシステ
ムに送信するディジタル伝送システムにおいて、前記応
答と前記メッセージ間に同期を確立するための方法が、（ａ）同期が失われたときに、前記第２のサブシステム
による応答の送信を中断し、前記第１のサブシステムに
よるメッセージの送信を継続する段階と、（ｂ）有効メッセージ及びこれに続く予め定められた時
間の間メッセージ及び応答の両方が存在しないことを含
む予め定められたシーケンスが検出されるまで、前記伝
送線路を前記第２のサブシステムが監視する段階と、（ｃ）前記有効メッセージに関して所定の時間関係を有
する応答の送信を再開する段階とからなることを特徴とする同期方法。
（７）前記伝送線路の各端部に低電力線路ドライバ及び
低電力線路受信機が設けられ、前記送信を中断する段階
が前記第２のサブシステムの前記低電力線路ドライバを
高インピーダンス状態に置くことを含む特許請求の範囲
第６項記載の同期方法。
（８）前記伝送線路を監視する段階が、メッセージのストップビットを検出する段階と、該メッセージのストップビットに等しい予め定められた
長さの連続するビットストリングを検出する段階と、前記ビットストリングの終了時にスタートビットを検出
する段階とを含み、前記予め定められた長さのビットストリング
に続く前記スタートビットがメッセージの開始を指示す
るようにした特許請求の範囲第６項記載の同期方法。