DE10107175A1

DE10107175A1 - Taktregenerator hoher Güte, Synchronisationsnetz und Verfahren zur Erkennung von Frquenzabweichungen innerhalb eines Synchronisationsnetzes

Info

Publication number: DE10107175A1
Application number: DE2001107175
Authority: DE
Inventors: Karl Klug; Gerhard Thanhaeuser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Xieon Networks SARL
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-09-26
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: DE10107175B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Taktregenerator hoher Güte (HQC), ein Synchronisationsnetz und ein Verfahren zur Erkennung von Frequenzabweichungen von einem Führungstaktsignal eines Führungstaktsignalgebers (PRC) innerhalb eines Synchronisationsnetzes bei mindestens einem Taktregenerator hoher Güte (HQC). DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens ein Langzeitmittelwert der Stellgröße des gesteuerten Oszillators (VCO) innerhalb des Taktgenerators hoher Güte (HQC) automatisch ermittelt und die zeitliche Änderung dieses Langzeitmittelwertes bewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Fre quenzabweichungen von einem Führungstaktsignal eines Füh rungstaktsignalgebers (Primary Reference Clock, PRC) inner halb eines Synchronisationsnetzes, insbesondere eines SDH- Netzes, bei mindestens einem Taktregenerator hoher Güte (High Quality Clock, HQC), der in einer Synchronisationskette liegt mit mindestens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringe rer Güte (Low Quality Clock, LQC), der in der Synchronisati onskette an den Führungstaktsignalgeber angebunden ist, wobei sich die Taktregeneratoren synchron zu der Frequenz des Füh rungstaktsignals des Führungstaktsignalgebers einstellen, in dem auf ein ankommendes Taktsignal, mit Hilfe mindestens ei nes Phasenregelkreises, vorzugsweise zwei Phasenregelkreisen, die jeweils einen Oszillator aufweisen, synchronisiert wird und dieses synchronisierte Taktsignal dem nächsten Taktrege nerator weitergeleitet wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung einen Taktregenerator hoher Güte, mit mindestens einem Phasenregelkreis, vorzugsweise zwei Phasenregelkreisen, die jeweils einen Oszillator aufwei sen.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Synchronisations netz, mit mindestens einer Synchronisationskette, in der min destens ein Taktregenerator hoher Güte, mit mindestens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringerer Güte, der in der Synchronisationskette an einen Führungstaktsignalgeber, ange bunden ist, liegt.

Ein Übertragungssystem, bei dem Daten innerhalb eines Tele kommunikationsnetzes in einem digitalen, übergeordneteportkanal, dessen Takt von einer zentralen Taktbasis, dem Führungs taktsignalgeber abgeleitet ist, übertragen werden, nennt man SDH-System (SDH = Synchrone Digitale Hierarchie). Dies be deutet, dass die Taktregeneratoren aller Netzelemente des Übertragungssystems, wie zum Beispiel Multiplexer oder Ver mittlungseinrichtungen, zum Führungstaktsignalgeber (spezifi ziert in ITU-T G.811 beziehungsweise ETS 300 462-6) im Re gelfall synchron sein sollten.

Eine Synchronität wird in solchen Übertragungssystemen er reicht, indem eine Synchroninformation in einem sogenannten Master-Slave-Verfahren an alle Netzelemente verteilt wird, wobei der Führungstaktsignalgeber den Master und damit den höchsten Qualitätslevel in einem Synchronisationsnetz dar stellt. Die Synchroninformation wird in SDH-Signalen (STM-n) von einem Netzelement zum nächsten weitergegeben.

Jedes Netzelement in SDH-Systemen besitzt als Taktregenerator geringer Güte eine SEC (SDH Equipment Clock, spezifiziert in ITU-T G.813), die eine dritte, also geringere Qualitätsstufe des Synchronisationsnetzes darstellt. Dieser Taktregenerator geringer Güte synchronisiert sich mit Hilfe eines Phasenre gelkreises (PLL) auf ein ankommendes Taktignal, und erzeugt so einen vom ankommenden Jitter befreiten Takt für die abge henden SDH-Signale.

Um den in einer solchen Synchronisationskette entstehenden Phasenjitter in erlaubten Grenzen zu halten, haben die inter nationalen Standardisierungsgremien (ITU, ETSI, ANSI) die ma ximale Anzahl solcher Taktregeneratoren in einer Synchronisa tionskette limitiert. Außerdem sollte eine Synchronisations kette in mehrere Teilabschnitte zerlegt werden, wobei an die Grenzen dieser Teilabschnitte Taktregeneratoren höherer Güte (zweite Qualitätsstufe) positioniert werden. Diese werden in SDH-Übertragungssystemen als SSU (Synchronization Supply Unit) bezeichnet und sind hinsichtlich ihrer Takteigenschaf ten in ITU-T G.812 beziehungsweise in ETS 300 462-4 spezifiziert. Auch diese Taktregeneratoren hoher Güte synchroni sieren sich mit Hilfe eines Phasenregelkreises auf ein ankom mendes Taktsignal.

Taktregeneratoren hoher Güte, die nach dem Stand der Technik gebaut sind (Siemens, EWSD, Digital Electronic Switching Sys tem, General Description, Tecnical Aspects of Primary Refe rence Clocks Synchronizing Digital Communication Networks, A30808-X2762-S-1-7618, Kap. 8.1 Implementation), haben zwar eine Freguenzüberwachung der eingehenden Taktsignale, aller dings sind dieser Grenzen gesetzt, da als Messreferenz ein interner Oszillatortakt des Phasenregelkreises dient. Diese Frequenzüberwachung liefert lediglich bei abrupten Frequenz sprüngen, durch Auswertung der Eingangsphasenänderung inner halb relativ kurzer Messzeiten, die typischerweise unterhalb der Proportionalzeitkonstante des Phasenregelkreises liegen, ein verlässliches und schnelles Ergebnis. Wenn die Auswer tungszeiten (Phasenänderung pro Zeitintervall) jedoch in die Größenordnung der Proportionalzeitkonstante des Phasenregel kreises oder darüber kommen, kann die Frequenzüberwachung des Taktregenerators hoher Güte keine Frequenzverschiebung mehr erkennen.

Dieses bekannte Verfahren zur Frequenzüberwachung ist also zu wenig sensitiv, um sehr langsame Driftraten beziehungsweise Frequenzänderungen des Führungstaktsignalgebers zu erkennen, da der Phasenregelkreis dann einem solchen Driftvorgang folgt.

Somit kann also der Fall eintreten, dass der anfängliche Fre quenzfehler eines nicht synchronisierten Taktregenerators ge ringer Güte so klein ist, dass der Taktregenerator hoher Güte nicht in der Lage ist, dies mit ihrer Frequenzüberwachung zu erkennen. Die nachfolgende Alterung des Taktregenerator ge ringer Güte ist für den Taktregenerator hoher Güte noch schwerer als Frequenzfehler erkennbar. Der Taktregenerator hoher Güte bleibt in diesem Fall also auf ein Signal synchronisiert, das ständig viel stärker altert, als es ihrer Eigen stabilität (hauptsächlich Alterung und Temperatureffekte des Oszillators) entspricht. Der Taktregenerator hoher Güte be findet sich dann in relativ kurzer Zeit, also einigen Tage bis Wochen, abhängig von der Alterung des Oszillators des Taktregenerators geringer Güte, an seiner Ziehbereichsgrenze und alarmiert sich selbst als defekt. Der gesamte nachfol gende Taktpfad ist dann nicht mehr synchron zum Führungstakt signal des Führungstaktsignalgebers PRC.

In der oben bereits genannten Schrift von Siemens (EWSD, Di gital Electronic Switching System, General Description, Tec nical Aspects of Primary Reference Clocks Synchronizing Digi tal Communication Networks, A30808-X2762-S-1-7618, Kap. 8.1 Implementation) ist ein Verfahren beschrieben das mit Hilfe von mindestens drei Eingangstaktsignalen einem Taktregenera tor hoher Güte die Möglichkeit bietet, aufgrund eines Mehr heitsentscheides zu erkennen, welches der drei Eingangstakt signale frequenzmäßig wegdriftet und welche stabil sind. Dieses bekannte Verfahren benötigt jedoch immer mindestens drei Signale, da bei Zweien lediglich erkannt werden kann, dass ein Signal nicht in Ordnung ist, jedoch nicht, welches das ist. Die Generierung von drei Eingangstaktsignalen ist für einen Taktregenerator hoher Güte jedoch äußerst aufwen dig, so dass dieses Verfahren nicht praktikabel ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zu entwickeln, das langsame Driftraten (Frequenzabweichungen) des Führungstakts eines Führungstaktsignalgebers erkennt, wo bei lediglich ein einziges Eingangstaktsignal benötigt wird. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung einen Taktregenerator hoher Güte und ein Synchronisationsnetz zu entwickeln, in de nen langsame Driftraten automatisch erkannt werden können.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Pa tentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Er findung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Die Erfinder haben erkannt, dass langsame Driftraten (Fre quenzabweichungen) des Führungstaktsignals beispielsweise durch sogenannte "Timing Loops" oder vorgeschaltete Taktrege neratoren mit geringerer Güte im "Holdover Mode" verursacht werden.

Unter "Timing Loop" versteht man eine geschlossene Schleife von Phasenregelkreisen der Taktregeneratoren. Ein Ausgangs signal eines Taktregenerators hoher Güte wird somit aufgrund der Schleife über eine Synchronisationskette von Taktregene ratoren geringer Güte auf ihren eigenen aktiven Takteingang zurückgeführt. Da die Taktregeneratoren geringer Güte eine weit größere Bandbreite als die Taktregeneratoren hoher Güte haben, wirken sie sich im wesentlichen als konstanter Phasen schieber aus. In solch einer Schleife herrscht eine weit hö here Drift, als es der Eigenstabilität des Taktregenerators hoher Güte entspricht. Dies kommt daher, dass ein momentaner Phasen- beziehungsweise Frequenzfehler, aufgrund der Rück kopplung in der Schleife, mit hoher Schleifenverstärkung so fort zur Führungsgröße wird und damit diesen Fehler nochmals vervielfacht, was in einer mechanischen Analogie dem Wegkip pen eines im labilen Gleichgewicht befindlichen Systems ent spricht.

Der "Holdover Mode" ist ein Zustand, den beispielsweise der Taktregenerator hoher Güte im Falle des Verlustes aller an kommenden Taktsignale einnimmt. In diesem Zustand gibt er eine Frequenz ab, die dem Mittelwert über mehrere Stunden des zuletzt aktiven Führungstaktsignals entspricht und ist somit in der Lage, die nachfolgenden Netzelemente vorübergehend weiter mit Takt zu versorgen. Verliert ein in einer Synchro nisationskette liegendes Netzelement seinen Referenztakt, so geht auch der darin enthaltene Taktregenerator geringer Güte in den Holdover Mode, sofern kein anderes gültiges Taktsignal vorhanden ist.

Da laut Spezifikation in den Standards ein Taktregenerator geringer Güte einen weit größeren Frequenzfehler bei dem Ü bergang in den Holdover Mode und auch eine darauf folgende weit größere alterungsbedingte Frequenzänderung aufweisen darf als ein Taktregenerator hoher Güte, können Frequenzab weichungen auftreten, wenn sich ein Taktregenerator hoher Gü te auf solch einen Taktregenerator geringer Güte, die sich im Holdover Mode befindet, synchronisiert.

Gemäß diesen Gedanken schlagen die Erfinder vor, ein Verfah ren zur Erkennung von Frequenzabweichungen von einem Füh rungstaktsignal eines Führungstaktsignalgebers innerhalb ei nes Synchronisationsnetzes, insbesondere eines SDH-Netzes, bei mindestens einem Taktregenerator hoher Güte, der in einer Synchronisationskette liegt mit mindestens einem vorgeschal teten Taktregenerator geringerer Güte, der in der Synchroni sationskette an den Führungstaktsignalgeber angebunden ist, wobei sich die Taktregeneratoren synchron zu der Frequenz des Führungstaktsignals des Führungstaktsignalgebers einstellen, indem auf ein ankommendes Taktsignal, mit Hilfe mindestens eines Phasenregelkreises, vorzugsweise zwei Phasenregelkrei sen, die jeweils einen Oszillator aufweisen, synchronisiert wird und dieses synchronisierte Taktsignal dem nächsten Takt regenerator weitergeleitet wird, dahingehend weiterzuentwi ckeln, dass mindestens ein Langzeitmittelwert der Stellgröße des gesteuerten Oszillators innerhalb des Taktregenerators hoher Güte automatisch ermittelt und die zeitliche Änderung dieses Langzeitmittelwertes bewertet wird. Das Verfahren be ruht also auf einer Langzeitbeobachtung der Frequenzdrift des Führungstaktsignals innerhalb des Taktregenerators hoher Güte (HQC, High Quality Clock).

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass in nerhalb eines Taktregenerators hoher Güte zuverlässig und au tomatisch schon geringe Driftraten erkannt werden und damit auf eine Timing Loop oder ein asynchrones Führungssignal zu rückgeschlossen werden kann.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass für die Bewertung der zeitlichen Änderung des Lang zeitmittelwertes diese mit einem Referenzwert verglichen wird. Die Änderung pro Zeiteinheit wird also mit einem Refe renzwert, zum Beispiel einer vorgegebenen maximalen Änderung, verglichen.

Vorzugsweise kann als Referenzwert die Eigendrift mindestens eines Oszillators innerhalb des mindestens einen Phasenregel kreises des Taktregenerators hoher Güte verwendet werden. Der Referenzwert spiegelt also die maximale zu erwartende Al terung und Temperaturabhängigkeit des Oszillators wieder be ziehungsweise charakterisiert die zulässige Änderung des Langzeitmittelwertes.

Im synchronen Fall zeigt die Änderung des Langzeitmittelwer tes ausschließlich die Alterung und Temperaturabhängigkeit des eigenen Oszillators in dem Phasenregelkreis des Taktrege nerators hoher Güte an, da die Frequenzinkonstanz des Füh rungstaktsignalgebers, auf Grund seiner Ableitung von einem Atomnormal, zum Beispiel einem Cs-Normal, in erster Näherung als Null angesehen werden kann.

Geht die Änderungsrate des Langzeitmittelwertes über die nor male Eigendrift des Taktregenerators hoher Güte hinaus, wei chen also Langzeitmittelwert und Referenzwert voneinander ab, so kann mit großer Wahrscheinlichkeit daraus geschlossen wer den, dass das ankommende Taktsignal asynchron zum Führungs taktsignal des Synchronisationsetzes ist.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zur Bewertung des Langzeitmittelwertes und des Re ferenzwertes beziehungsweise der Änderungsrate des Langzeit mittelwertes, eine Alarmschwelle vorgegeben wird.

Vorzugsweise wird bei Überschreiten der Alarmschwelle ein A larm ausgegeben. Erkennt also der Taktregenerator hoher Güte eine zu große Frequenzabweichung des Führungstaktsignals, das heißt eine zu große Änderungsrate des Langzeitmittelwertes im Vergleich zum Referenzwert, so kann er selbsttätig einen A larm, zum Beispiel LAS (Loop or Asynchronous Source), erzeu gen und das eingehende Taktsignal als nicht verfügbar einstu fen. Der Taktregenerator hoher Güte kann beispielsweise ent weder auf ein anderes Führungstaktsignal umschalten, oder in den Holdover Mode wechseln, wenn kein Führungstaktsignal mehr verfügbar ist.

Eine bevorzugte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Ver fahren sieht vor, dass die Werte des Langzeitmittelwertes ü ber einen Zeitraum von mehreren Tagen abgespeichert werden, zum Beispiel in einem Eeprom. Wenn nun der Taktregenerator hoher Güte in den Holdover Mode wechselt, beispielsweise wegen Verlust des Führungstaktsignals, und gleichzeitig eine zu großen Änderung des Langzeitmittelwertes erkannt wurde, kann der Taktregenerator nun den in dem Speicher abgelegten Wert als Taktsignal ausgeben, der noch vor Eintritt einer ho hen Driftrate des Langzeitmittelwertes vorlag. Es findet al so eine interne Korrektur des auszugebenden Taktsignals statt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Langzeitmittelwert der Inhalt mindestens eines Integrators des Taktregenrators hoher Güte verwendet, wobei die Integrationszeit eingestellt werden kann. Der In tegrator ist Teil des Schleifenfilters des Phasenregelkreises innerhalb des Taktregenerators hoher Güte und lässt einen di rekten Rückschluss auf den Mittelwert der Frequenz des inter nen hochstabilen Oszillators des Phasenregelkreises zu. Die Änderungsrate des Integrators liefert also eine Aussage über die relative Frequenzdrift zwischen dem Führungstaktsignal des Führungstaktsignalgebers und dem Oszillator. Kurzzeit frequenzschwankungen, die in einem zulässigen Wander begrün det sind, werden durch die Mittelwertbildung im Integrator ausgefiltert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah rens sieht vor, dass der Langzeitmittelwert über einen Zeit raum zwischen 3 und 15 Stunden, vorzugsweise größer gleich 8 Stunden, ermittelt wird. Vorzugsweise wird bei dem Taktre generator hoher Güte dieser Zeitraum beziehungsweise die In tegrationszeitkonstante des Reglers so hoch gewählt, dass der Integratorinhalt ein Maß für den Langzeitmittelwert der Fre quenz des Führungstaktsignals ist.

Weiterhin kann der Inhalt des mindestens einen Integrators periodisch abgefragt werden, beispielsweise einmal pro Stun de. Da in den Taktregeneratoren aus Sicherheitsgründen vor zugsweise zwei Phasenregelkreise (PLL) vorhanden sind, können auch die Integratorwerte beider Phasenregelkreise periodisch abgefragt werden. Nur wenn die Integratoren beider PLL- Baugruppen eine korrelierte Änderungsrate aufweisen, sofern beide auf dasselbe Referenzsignal synchronisiert sind, findet eine Bewertung der Werte statt. Dadurch wird ausgeschlossen, dass ein Exemplarfehler eines Oszillators, wenn zum Beispiel die Alterungsrate tatsächlich zu hoch ist, fälschlicherweise als Timing Loop oder asynchrones Führungssignal interpretiert wird. Hierdurch wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Er kennung von Frequenzverschiebungen extrem zuverlässig.

Besonders vorteilhaft wird der Langzeitmittelwert mit Hilfe eines einzigen Eingangstaktsignals ermittelt. Das erfin dungsgemäße Verfahren kommt also ohne Mehrheitsentscheid zwi schen mehreren Eingangssignalen aus.

Das erfindungsgemäße Verfahren sollte vorzugsweise erst nach einiger Zeit, beispielsweise einige Tage, nach der Inbetrieb nahme des Taktregenerators hoher Güte in voller Schärfe akti viert werden, um sicherzustellen, dass eine mögliche Anfangs alterung, die bei hochgenauen Quarzoszillatoren auftreten kann, abgeklungen ist. In der Anfangszeit kann zum Beispiel eine etwas entschärfte Alarmschwelle verwendet werden, um nicht bereits den Phasenregelkreis total zu verstimmen, wenn nach dem Einschalten ein unzulässiges Führungstaktsignal an liegt.

Es ist selbstverständlich, dass das oben genannte Verfahren mit Hilfe eines Computerprogrammes ausgeführt wird und als Computerprogramm auf mindestens einem computerlesbaren Daten träger gespeichert werden kann.

Weiterhin schlagen die Erfinder vor, einen Taktregenerator hoher Güte, mit mindestens einem Phasenregelkreis, vorzugs weise zwei Phasenregelkreisen, die jeweils einen gesteuerten Oszillator aufweisen, dahingehend weiterzuentwickeln, daß mindestens eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens vorgesehen ist.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Taktregenerators sieht vor, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens mindestens einen Prozessor, mit einem Speicher und mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt darstellt. Vorteilhaft kann der Speicher beispielsweise die Langzeitmit telwerte von mehreren Tagen abspeichern, so dass zum Beispiel Werte vom Vortag wieder abrufbar sind.

Die Erfinder schlagen auch vor, ein Synchronisationsnetz mit mindestens einer Synchronisationskette, in der mindestens ein Taktregenerator hoher Güte, mit mindestens einem vorgeschal teten Taktregenerator geringerer Güte, der in der Synchroni sationskette an einen Führungstaktsignalgeber, angebunden ist, liegt, dahingehend weiterzuentwickeln, dass mindestens ein Taktregenerator hoher Güte mit den oben beschriebenen er findungsgemäßen Ausgestaltungen vorgesehen ist.

Es ist darauf hinzuweisen, dass als Taktregenerator auch all gemein die in einer Synchronisationskette angeordneten, syn chronisierbaren Taktgeber angesehen werden können, die nicht nur den Takt eines Datensignales aus empfangenen Datensigna len extrahieren.

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Pa tentansprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1: Hierarchischer Aufbau der Taktverteilung in Syn chronisationsnetzen;

Fig. 2: Darstellung einer "Timing Loop";

Fig. 3: Schematische Darstellung zum erfindungsgemäßen Ver fahren innerhalb eines Taktregenerators hoher Güte.

Die Fig. 1 zeigt einen hierarchischen Aufbau der Taktvertei lung in einem Synchronisationsnetz, wobei drei Synchronisati onspfade (Synchronisationsketten) I bis III vorliegen. In jeder Synchronisationskette I bis III sind hintereinander ei ne Vielzahl von Taktregeneratoren geringerer Güte LQC einem Führungstaktsignalgebergeber PRC angebunden. Nach jeweils drei Taktregeneratoren geringerer Güte LQC ist in vorliegen dem Ausführungsbeispiel jeweils ein Taktregenerator hoher Gü te HQC angeordnet, wobei der Standard bis zu 20 Taktregenera toren geringerer Güte LQC zwischen zwei HQC zulässt.

Den Taktregeneratoren hoher Güte HQC würden in einem SDH- Übertragungssystem die sogenannten SSUs (Synchronization Supply Units) und den Taktregeneratoren geringerer Güte LQC die sogenannten SECs (SDH Equipment Clocks) entsprechen.

Zur synchronen Einstellung der Taktregeneratoren des Synchro nisationsnetzes auf das Führungstaktsignals des Führungstakt signalgebers PRC wird auf ein ankommendes Taktsignal mit Hil fe eines Phasenregelkreises synchronisiert und dieses synchronisierte Signal an den nächsten Taktregenerator weiterge leitet.

In der Praxis treten immer wider Probleme in Netzwerken auf, welche auf sogenannte "Timing Loops" (Zeitschleifen) zurück zuführen sind. Solche Effekte sind oft nur schwer und mit viel Aufwand zu lokalisieren, um so mehr, als für viele Netz betreiber und auch für das Inbetriebsetzungs- und Wartungs personal diese Problematik häufig unbekannt ist oder grob un terschätzt wird.

Die Fig. 2 verdeutlicht die prinzipielle Wirkungsweise einer Zeitschleife, wobei das Ausgangssignal des Taktregenerators hoher Güte HQC aufgrund einer Fehlkonfiguration im Taktpfad über eine Synchronisationskette von Taktregeneratoren gerin gerer Güte LQC über einen Referenzselektor RS auf seinen ei genen aktiven Takteingang E zurückgeführt ist. Der Referenz selektor RS ist ein steuerbarer Schalter, der von mehreren möglichen Synchronisationsquellen eine auswählt. In der Fig. 2 ist der Referenzselektor RS aufgrund des Konfigurati onsfehlers so gelegt, dass sich eine Schleife bildet.

Da die Taktregeneratoren geringerer Güte LQC eine weit größe re Bandbreite als die Taktregeneratoren hoher Güte HQC haben, wirken sie sich im wesentlichen als konstanter Phasenschieber aus, mit einer sich von LQC zu LQC aufsummierenden Summen laufzeit T, bestehend aus den einzelnen Laufzeiten ti. Das bedeutet, dass der Phasendetektor PD des Phasenregelkreises PLL innerhalb des Taktregenerators hoher Güte HQC immer aus gesteuert ist und den Integrator des Schleifenfilters FI so lange in eine Richtung verstimmt, bis die Ziehbereichsgrenze des internen hochgenauen Oszillators VCO erreicht wird.

Dann wird ein Alarm generiert, der das Erreichen dieser Zieh grenze meldet. Die sehr teure PLL-Baugruppe der HQC wird da mit als defekt klassifiziert und muss getauscht werden, wo durch das tatsächliche Problem allerdings nicht behoben ist.

Je nach Größe der Summenlaufzeit T, und damit der Austeuerung des Phasendetektors PD, kann dieser Endwert des Ziehbereiches im Bereich von wenigen Tagen bis zu einigen Monaten erreicht werden. Auch wenn zwei oder mehrere Taktregeneratoren hoher Güte HQC sich innerhalb einer Schleife (Timing Loop) befin den, wird die gesamte Schleife in einer Richtung wegdriften.

Die Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung von Frequenzab weichungen von einem Führungstaktsignal eines Führungstakt signalgebers PRC innerhalb eines Synchronisationsnetzes, bei mindestens einem Taktregenerator hoher Güte HQC, näher erläu tern soll.

Mit Hilfe eines Phasenregelkreises, bestehend aus einem Pha sendetektor PD, einem Schleifenfilter FI und einem hochgenau en Oszillator VCO, zum Beispiel einem Quarzoszillator, stellt sich der Taktregenerator synchron zu der Frequenz des Füh rungstaktsignals des Führungstaktsignalgebers PRC ein, indem auf ein ankommendes Taktsignal synchronisiert wird und dieses synchronisierte Taktsignal dem Ausgang 4 zugeleitet wird.

Vor einem Eingang des Phasendetektors PD befindet sich ein Frequenzteiler FT, der die Frequenz des Führungstaktsignals des Führungstaktsignalgebers PRC durch m teilt, innerhalb des Phasenregelkreises befindet sich vor dem zweiten Eingang des Phasendetektors ein weiterer Frequenzteiler FT, der das Aus gangssignal des Oszillators VCO durch n teilt.

Das Schleifenfilter FI enthält neben einem Analog/Digital- Wandler A/D und einem Digital/Analog-Wandler D/A einen digi talen Integrator INT, der beispielsweise eine Integrations zeitkonstante TAU von 8 h aufweist. Die Ausgangsspannung des Phasendetektor PD durchläuft den Analog/Digital-Wandler A/D und wird im Integrator INT über einen Zeitraum von 8 Stunden integriert. Befindet sich der Phasenregelkreis im eingeschwungenen Zustand, so ist das Ausgangssignal (die Ausgangs spannung) des Phasendetektor PD Null. Da dieses Ausgangssig nal gleichzeitig das Eingangssignal des Integrators INT ist, kommt der Integrationsprozeß damit beim Erreichen von Null am Eingang des Integrators INT zum Stillstand. Dann ist im In tegralwert (= Inhalt des Integrators INT) die gemittelte Fre quenzinformation als Steuerspannung nach einer Wandlung durch den Analog/Digital-Wandler A/D verfügbar.

Kurzzeitfrequenzschwankungen werden in einem Proportionalteil PT erfasst, der eine Zeitkonstante TAU von beispielsweise 200 s aufweist. Die Summe der Ausgangssignale des Proportio nalteils PT und des Integrators INT wird in der Summierungs vorrichtung SUM ermittelt und dem Oszillator VCO als Stell größe zugeleitet.

Erfindungsgemäß wird nun bei 1 der automatisch ermittelte Langzeitmittelwert der Stellgröße des gesteuerten Oszillators VCO zyklisch abgefragt, beispielsweise einmal pro Stunde, vorzugsweise abgespeichert und bei 2 die zeitliche Änderung d/dt dieses Langzeitmittelwertes bewertet. Die Bewertung findet im bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Re ferenzwertes 3 statt, der die maximal tolerierbare Änderung der Parameter des Oszillators VCO darstellt.

Wird beispielsweise ein PLL-Oszillator VCO mit einer garan tierten Alterungsrate von 5.10^-11 pro Tag und einer garantier ten Temperaturstabilität von 2.10^-10 eingesetzt, läßt sich ei ne Tagesdrift des Führungstaktsignals (= Referenzfrequenz) von 1.10^-9 sicher erkennen.

Für die praktische Auswertung sind mehrstufige Auswertezeiten sinnvoll: Eine schnelle Drifterkennung ist zum Beispiel mit einer Alarmschwelle von 1.10^-9 pro Tag möglich. Darüber hin aus ist zum Beispiel die Auswertung einer Frequenzdrift von < 5.10^-9 innerhalb eines beliebigen Zeitfensters von einem Tag bis zu 30 Tagen denkbar. Damit kann einerseits sehr rasch ein Frequenzversatz von 5.10^-9 erkannt werden, andererseits aber auch eine sehr kleine, stetig anwachsende Freguenzver schiebung von zum Beispiel 5.10^-9 pro Monat.

Wird eine Überschreitung des Langzeitmittelwertes von dem Re ferenzwert erkannt, wird ein Alarm 5 ausgegeben. Zu Diagno sezwecken ist es sinnvoll, zusätzlich zum Alarm 5 auch das Alarmkriterium auszugeben, zum Beispiel in der Form: "Drin gender Alarm: Timing Loop oder asynchrones Führungssignal! - Driftrate von 5.10^-9 in 16 Tagen festgestellt (= 3.10^-10/Tag)"

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Insgesamt wird durch die Erfindung ein Taktregenerator hoher Güte, ein Synchronisationsnetz und ein Verfahren vorgestellt, die es zuverlässig ermöglichen, ein unbemerktes allmähliches Abdriften der Synchronisationskette, verursacht beispielswei se durch eine Timing Loop oder einen vorgelagerten asynchro nen Taktregenerator geringerer Güte zu erkennen.

Bezugszeichenliste

A/D Analog/Digital-Wandler
D/A Digital/Analog-Wandler
E Takteingang des HQCs
FI Schleifenfilter
FT Frequenzteiler
HQC Taktregenerator hoher Güte/SSU (Synchronization Supply Unit)
INT Integrator
LQC Taktregenerator geringer Güte/SEC (SDH Equipment Clock)
PCR Führungstaktsignalgeber
PD Phasendetektor
PLL Phasenregelkreis
PT Proportionalteil
RS Referenzselektor
SUM Summierungsvorrichtung
T Summenlaufzeit
t1 - tn Laufzeiten der Taktregeneratoren geringer Güte
TAU Zeitkonstante
VCO Oszillator
I-III Synchronisationspfade/Synchronisationsketten

1

Abfrage und Abspeicherung

2

Bewertung

3

Referenzwert

4

Ausgang

5

Alarm

Claims

1. Verfahren zur Erkennung von Frequenzabweichungen von ei nem Führungstaktsignal eines Führungstaktsignalgebers (PRC) innerhalb eines Synchronisationsnetzes, insbesondere eines SDH-Netzes, bei mindestens einem Taktregenerator hoher Güte (HQC), der in einer Synchronisationskette (I-III) mit mindes tens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringerer Güte (LQC), der in der Synchronisationskette (I-III) an den Füh rungstaktsignalgeber (PRC) angebunden ist, liegt, wobei sich die Taktregeneratoren (HQC, LQC) synchron zu der Frequenz des Führungstaktsignals des Führungstaktsignalgebers (PRC) ein stellen, indem auf ein ankommendes Taktsignal, mit Hilfe min destens eines Phasenregelkreises (PLL), vorzugsweise zwei Phasenregelkreisen (PLL), die jeweils einen Oszillator (VCO) aufweisen, synchronisiert wird und dieses synchronisierte Taktsignal dem nächsten Taktregenerator weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Langzeitmittelwert der Stellgröße des ge steuerten Oszillators (VCO) innerhalb des Taktregenerators hoher Güte (HQC) automatisch ermittelt und die zeitliche Än derung dieses Langzeitmittelwertes bewertet wird.

2. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bewertung der zeitlichen Änderung des Langzeit mittelwertes, diese mit einem Referenzwert (3) verglichen wird.

3. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzwert (3) die Eigendrift mindestens eines Os zillators (VCO) innerhalb des mindestens einen Phasenregel kreises (PLL) des Taktregenerators hoher Güte (HQC) verwendet wird.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Alarmschwelle vorgegeben wird.

5. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten der Alarmschwelle ein Alarm (5) ausge geben wird.

6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte des Langzeitmittelwertes über einen Zeitraum von mehreren Tagen abgespeichert werden.

7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Langzeitmittelwert der Inhalt eines Integrators des Taktregenrators hoher Güte (HQC) verwendet wird, wobei die Integrationszeit eingestellt werden kann.

8. Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt des Integrators periodisch abgefragt wird.

9. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Langzeitmittelwert über einen Zeitraum zwischen 3 und 12 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 und 8 Stunden ermit telt wird.

10. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Langzeitmittelwert mit Hilfe eines einzigen Ein gangstaktsignals ermittelt wird.

11. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, um mindestens alle Schritte gemäß mindestens einem der voranste henden Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn die Programmcode- Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.

12. Datenträger mit einem Computerprogramm mit Programmcode- Mitteln, um mindestens die Schritte gemäß mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.

13. Taktregenerator hoher Güte (HQC), mit mindestens einem Phasenregelkreis (PLL), vorzugsweise zwei Phasenregelkreisen (PLL), die jeweils einen gesteuerten Oszillator (VCO) aufwei sen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens gemäß mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist.

14. Taktregenerator gemäß dem voranstehenden Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mindes tens einen Prozessor mit einem Speicher und mit einem Compu terprogrammprodukt gemäß voranstehendem Anspruch 11 dar stellt.

15. Synchronisationsnetz, insbesondere SDH-Netz, mit mindes tens einer Synchronisationskette (I-III), in der mindestens ein Taktregenerator hoher Güte (HQC), mit mindestens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringerer Güte (LQC), der in der Synchronisationskette (I-III) an einen Führungstaktsig nalgeber (PRC), angebunden ist, liegt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Taktregenerator hoher Güte (HQC) gemäß mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 13 bis 14 aus gestaltet ist.