DE10107175B4

DE10107175B4 - Taktregenerator hoher Güte, Synchronisationsnetz und Verfahren zur Erkennung von Frquenzabweichungen innerhalb eines Synchronisationsnetzes

Info

Publication number: DE10107175B4
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: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: DE10107175A1

Abstract

Verfahren zur Erkennung von Frequenzabweichungen von einem 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 mindestens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringerer Güte (LQC), der in der Synchronisationskette (I–III) an den Führungstaktsignalgeber (PRC) angebunden ist, liegt, wobei sich die Taktregeneratoren (HQC, LQC) synchron zu der Frequenz des Führungstaktsignals des Führungstaktsignalgebers (PRC) einstellen, indem auf ein ankommendes Taktsignal, mit Hilfe mindestens eines Phasenregelkreises (PLL), vorzugsweise zwei Phasenregelkreisen (PLL), die jeweils einen Oszillator (VCO) aufweisen, synchronisiert wird und dieses synchronisierte Taktsignal dem nächsten Taktregenerator weitergeleitet wird, wobei mindestens ein Langzeitmittelwert der Stellgröße des gesteuerten Oszillators (VCO) innerhalb des Taktregenerators hoher Güte (HQC) automatisch ermittelt und die zeitliche Änderung dieses Langzeitmittelwertes bewertet wird, indem die zeitliche Änderung des Langzeitmittelwertes mit einem Referenzwert (3) verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Frequenzabweichungen von einem Führungstaktsignal eines Führungstaktsignalgebers (Primary Reference Clock, PRC) innerhalb 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 geringerer Güte (Low Quality Clock, LQC), der in der Synchronisationskette 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 Phasenregelkreisen, die jeweils einen Oszillator aufweisen, synchronisiert wird und dieses synchronisierte Taktsignal dem nächsten Taktregenerator weitergeleitet wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Synchronisationsnetz, mit mindestens einer Synchronisationskette, in der mindestens ein Taktregenerator hoher Güte, mit mindestens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringerer Güte, der in der Synchronisationskette an einen Führungstaktsignalgeber, angebunden ist, liegt.

Ein Übertragungssystem, bei dem Daten innerhalb eines Telekommunikationsnetzes in einem digitalen, übergeordneten Transportkanal, dessen Takt von einer zentralen Taktbasis, dem Führungstaktsignalgeber abgeleitet ist, übertragen werden, nennt man SDH-System (SDH = Synchrone Digitale Hierarchie). Dies bedeutet, daß die Taktregeneratoren aller Netzelemente des Übertragungssystems, wie zum Beispiel Multiple xer oder Vermittlungseinrichtungen, zum Führungstaktsignalgeber (spezifiziert in ITU-T G.811 beziehungsweise ETS 300 462 – 6) im Regelfall synchron sein sollten.

Eine Synchronität wird in solchen Übertragungssystemen erreicht, 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 darstellt. 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 Phasenregelkreises (PLL) auf ein ankommendes Taktignal, und erzeugt so einen vom ankommenden Jitter befreiten Takt für die abgehenden SDH-Signale.

Um den in einer solchen Synchronisationskette entstehenden Phasenjitter in erlaubten Grenzen zu halten, haben die internationalen Standardisierungsgremien (ITU, ETSI, ANSI) die maximale Anzahl solcher Taktregeneratoren in einer Synchronisationskette limitiert. Außerdem sollte eine Synchronisationskette 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 Takteigenschaften in ITU-T G.812 beziehungsweise in ETS 300 462 – 4 spezifiziert. Auch diese Taktregeneratoren hoher Güte synchronisieren sich mit Hilfe eines Phasenregelkreises auf ein ankommendes Taktsignal.

Taktregeneratoren hoher Güte, die nach dem Stand der Technik gebaut sind (Siemens, EWSD, Digital Electronic Switching System, General Description, Technical Aspects of Primary Reference Clocks Synchronizing Digital Communication Networks, A30808-X2762-5-1-7618, Kap. 8.1 Implementation), haben zwar eine Frequenzüberwachung der eingehenden Taktsignale, allerdings sind dieser Grenzen gesetzt, da als Meßreferenz ein interner Oszillatortakt des Phasenregelkreises dient. Diese Frequenzüberwachung liefert lediglich bei abrupten Frequenzsprüngen, durch Auswertung der Eingangsphasenänderung innerhalb relativ kurzer Meßzeiten, die typischerweise unterhalb der Proportionalzeitkonstante des Phasenregelkreises liegen, ein verläßliches und schnelles Ergebnis. Wenn die Auswertungszeiten (Phasenänderung pro Zeitintervall) jedoch in die Größenordnung der Proportionalzeitkonstante des Phasenregelkreises 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 Frequenzfehler eines nicht synchronisierten Taktregenerators geringer 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 geringer 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 Eigenstabilität (hauptsächlich Alterung und Temperatureffekte des Oszillators) entspricht. Der Taktregenerator hoher Güte befindet 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 nachfolgende Taktpfad ist dann nicht mehr synchron zum Führungstaktsignal des Führungstaktsignalgebers PRC.

In der oben bereits genannten Schrift von Siemens (EWSD, Digital Electronic Switching System, General Description, Technical Aspects of Primary Reference Clocks Synchronizing Digital Communication Networks, A30808-X2762-S-1-7618, Kap. 8.1 Implementation), die der Erfindung am nächsten kommt, ist ein Verfahren beschrieben das mit Hilfe von mindestens drei Eingangstaktsignalen einem Taktregenerator hoher Güte die Möglichkeit bietet, aufgrund eines Mehrheitsentscheides zu erkennen, welches der drei Eingangstaktsignale 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 aufwendig, so daß dieses Verfahren nicht praktikabel ist.

Zusätzlich wird auch auf die Patentschrift DE 44 23 215 C1 der Anmelderin hingewiesen, die eine Frequenzüberwachungsschaltung eines Taktgenerators offenbart, welche kleine Frequenzabweichungen eines Führungstaktsignals – dort als externe Referenzfrequenz bezeichnet – detektiert, indem sie den Integrationsanteil einer Stellgröße für den gesteuerten Oszillator als Langzeitmittelwert bewertet und daher nur ein Eingangstaktsignal zur Verfügung hat. Nicht offenbart ist dort jedoch, wie eine solche Frequenzüberwachungsschaltung in einem Synchronisationsnetz mit mehreren Synchronisationsketten und mehreren Taktregeneratoren unterschiedlicher Güte eingesetzt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zu entwickeln, das langsame Driftraten (Frequenzabweichungen) des Führungstakts eines Führungstaktsignalgebers in einem Synchronisationsnetzwerk mit mehreren Synchronisationsketten und mehreren Taktregeneratoren unterschiedlicher Güte erkennt, wobei lediglich ein einziges Eingangstaktsignal benötigt wird.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Die Erfinder haben erkannt, daß langsame Driftraten (Frequenzabweichungen) des Führungstaktsignals beispielsweise durch sogenannte "Timing Loops" oder vorgeschaltete Taktregeneratoren mit geringerer Güte im "Holdover Mode" verursacht werden.

Unter "Timing Loop" versteht man eine geschlossene Schleife von Phasenregelkreisen der Taktregeneratoren. Ein Ausgangssignal eines Taktregenerators hoher Güte wird somit aufgrund der Schleife über eine Synchronisationskette von Taktregeneratoren 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 Phasenschieber aus. In solch einer Schleife herrscht eine weit höhere Drift, als es der Eigenstabilität des Taktregenerators hoher Güte entspricht. Dies kommt daher, daß ein momentaner Phasen- beziehungsweise Frequenzfehler, aufgrund der Rückkopplung in der Schleife, mit hoher Schleifenverstärkung sofort zur Führungsgröße wird und damit diesen Fehler nochmals vervielfacht, was in einer mechanischen Analogie dem Wegkippen eines im labilen Gleichgewicht befindlichen Systems entspricht.

Der "Holdover Mode" ist ein Zustand, den beispielsweise der Taktregenerator hoher Güte im Falle des Verlustes aller ankommenden 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 Synchronisationskette 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 Übergang in den Holdover Mode und auch eine darauf folgende weit größere alterungsbedingte Frequenzänderung aufweisen darf als ein Taktregenerator hoher Güte, können Frequenzabweichungen auftreten, wenn sich ein Taktregenerator hoher Güte auf solch einen Taktregenerator geringer Güte, die sich im Holdover Mode befindet, synchronisiert.

Gemäß diesen Gedanken schlagen die Erfinder vor, ein Verfahren zur Erkennung von Frequenzabweichungen von einem Führungstaktsignal eines Führungstaktsignalgebers innerhalb eines Synchronisationsnetzes, insbesondere eines SDH-Netzes, bei mindestens einem Taktregenerator hoher Güte, der in einer Synchronisationskette liegt mit mindestens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringerer Güte, der in der Synchronisationskette 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 Phasenregelkreisen, die jeweils einen Oszillator aufweisen, synchronisiert wird und dieses synchronisierte Taktsignal dem nächsten Taktregenerator weitergeleitet wird, dahingehend weiterzuentwickeln, daß mindestens ein Langzeitmittelwert der Stellgröße des gesteuerten Oszillators innerhalb des Taktregenerators hoher Güte automatisch ermittelt und die zeitliche Änderung dieses Langzeitmittelwertes bewertet wird, indem die zeitliche Änderung des Langzeitmittelwertes mit einem Referenzwert verglichen wird. Das Verfahren beruht also auf einer Langzeitbeobachtung der Frequenzdrift des Führungstaktsignals innerhalb des Taktregenerators hoher Güte (HQC, High Quality Clock), wobei die Änderung pro Zeiteinheit mit einem Referenzwert, zum Beispiel einer vorgegebenen maximalen Änderung, verglichen wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß innerhalb eines Taktregenerators hoher Güte zuverlässig und automatisch schon geringe Driftraten erkannt werden und damit auf eine Timing Loop oder ein asynchrones Führungssignal zurückgeschlossen werden kann.

Vorzugsweise kann als Referenzwert die Eigendrift mindestens eines Oszillators innerhalb des mindestens einen Phasenregelkreises des Taktregenerators hoher Güte verwendet werden.

Der Referenzwert spiegelt also die maximale zu erwartende Alterung und Temperaturabhängigkeit des Oszillators wieder beziehungsweise charakterisiert die zulässige Änderung des Langzeitmittelwertes.

Im synchronen Fall zeigt die Änderung des Langzeitmittelwertes ausschließlich die Alterung und Temperaturabhängigkeit des eigenen Oszillators in dem Phasenregelkreis des Taktregenerators hoher Güte an, da die Frequenzinkonstanz des Führungstaktsignalgebers, 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 normale Eigendrift des Taktregenerators hoher Güte hinaus, weichen also Langzeitmittelwert und Referenzwert voneinander ab, so kann mit großer Wahrscheinlichkeit daraus geschlossen wer den, daß das ankommende Taktsignal asynchron zum Führungstaktsignal des Synchronisationsetzes ist.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß zur Bewertung des Langzeitmittelwertes und des Referenzwertes beziehungsweise der Änderungsrate des Langzeitmittelwertes, eine Alarmschwelle vorgegeben wird.

Vorzugsweise wird bei Überschreiten der Alarmschwelle ein Alarm 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 Alarm, zum Beispiel LAS (Loop or Asynchronous Source), erzeugen und das eingehende Taktsignal als nicht verfügbar einstufen. Der Taktregenerator hoher Güte kann beispielsweise entweder auf ein anderes Führungstaktsignal umschalten, oder in den Holdover Mode wechseln, wenn kein Führungstaktsignal mehr verfügbar ist.

Eine bevorzugte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, daß die Werte des Langzeitmittelwertes über 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 hohen Driftrate des Langzeitmittelwertes vorlag. Es findet also 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 Integrator ist Teil des Schleifenfilters des Phasenregelkreises innerhalb des Taktregenerators hoher Güte und läßt einen direkten Rückschluß auf den Mittelwert der Frequenz des internen 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. Kurzzeitfrequenzschwankungen, die in einem zulässigen Wander begründet sind, werden durch die Mittelwertbildung im Integrator ausgefiltert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der Langzeitmittelwert über einen Zeitraum zwischen 3 und 15 Stunden, vorzugsweise größer gleich 8 Stunden, ermittelt wird. Vorzugsweise wird bei dem Taktregenerator hoher Güte dieser Zeitraum beziehungsweise die Integrationszeitkonstante des Reglers so hoch gewählt, daß der Integratorinhalt ein Maß für den Langzeitmittelwert der Frequenz des Führungstaktsignals ist.

Weiterhin kann der Inhalt des mindestens einen Integrators periodisch abgefragt werden, beispielsweise einmal pro Stunde. Da in den Taktregeneratoren aus Sicherheitsgründen vorzugsweise 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 Erkennung von Frequenzverschiebungen extrem zuverlässig.

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

Das erfindungsgemäße Verfahren sollte vorzugsweise erst nach einiger Zeit, beispielsweise einige Tage, nach der Inbetriebnahme des Taktregenerators hoher Güte in voller Schärfe aktiviert werden, um sicherzustellen, daß eine mögliche Anfangsalterung, 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 anliegt.

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

Die Erfinder schlagen auch vor, ein Synchronisationsnetz mit mindestens einer Synchronisationskette, in der mindestens ein Taktregenerator hoher Güte, mit mindestens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringerer Güte, der in der Synchronisationskette an einen Führungstaktsignalgeber, angebunden ist, liegt, dahingehend weiterzuentwickeln, daß mindestens ein Taktregenerator hoher Güte mit den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen vorgesehen ist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß als Taktregenerator auch allgemein die in einer Synchronisationskette angeordneten, synchronisierbaren Taktgeber angesehen werden können, die nicht nur den Takt eines Datensignales aus empfangenen Datensignalen extrahieren.

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Patentansprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben. Es zeigen im einzelnen:
1: Hierarchischer Aufbau der Taktverteilung in Synchronisationsnetzen;
2: Darstellung einer "Timing Loop";
3: Schematische Darstellung zum erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb eines Taktregenerators hoher Güte.
Die 1 zeigt einen hierarchischen Aufbau der Taktverteilung in einem Synchronisationsnetz, wobei drei Synchronisationspfade (Synchronisationsketten) I bis III vorliegen. In jeder Synchronisationskette I bis III sind hintereinander eine Vielzahl von Taktregeneratoren geringerer Güte LQC einem Führungstaktsignalgebergeber PRC angebunden. Nach jeweils drei Taktregeneratoren geringerer Güte LQC ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel jeweils ein Taktregenerator hoher Güte HQC angeordnet, wobei der Standard bis zu 20 Taktregeneratoren 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 Synchronisationsnetzes auf das Führungstaktsignals des Führungstaktsignalgebers PRC wird auf ein ankommendes Taktsignal mit Hilfe eines Phasenregelkreises synchronisiert und dieses synchronisierte Signal an den nächsten Taktregenerator weitergeleitet.
In der Praxis treten immer wider Probleme in Netzwerken auf, welche auf sogenannte "Timing Loops" (Zeitschleifen) zurückzuführen 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 Wartungspersonal diese Problematik häufig unbekannt ist oder grob unterschätzt wird.
Die 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 geringerer Güte LQC über einen Referenzselektor RS auf seinen eigenen aktiven Takteingang E zurückgeführt ist. Der Referenzselektor RS ist ein steuerbarer Schalter, der von mehreren möglichen Synchronisationsquellen eine auswählt. In der 2 ist der Referenzselektor RS aufgrund des Konfigurationsfehlers so gelegt, daß sich eine Schleife bildet.
Da die Taktregeneratoren geringerer Güte LQC eine weit größere 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 Summenlaufzeit T, bestehend aus den einzelnen Laufzeiten ti. Das bedeutet, daß der Phasendetektor PD des Phasenregelkreises PLL innerhalb des Taktregenerators hoher Güte HQC immer ausgesteuert ist und den Integrator des Schleifenfilters FI solange in eine Richtung verstimmt, bis die Ziehbereichsgrenze des internen hochgenauen Oszillators VCO erreicht wird.
Dann wird ein Alarm generiert, der das Erreichen dieser Ziehgrenze meldet. Die sehr teure PLL-Baugruppe der HQC wird damit als defekt klassifiziert und muß getauscht werden, wodurch 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) befinden, wird die gesamte Schleife in einer Richtung wegdriften.
Die 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung von Frequenzabweichungen von einem Führungstaktsignal eines Führungstaktsignalgebers PRC innerhalb eines Synchronisationsnetzes, bei mindestens einem Taktregenerator hoher Güte HQC, näher erläutern soll.
Mit Hilfe eines Phasenregelkreises, bestehend aus einem Phasendetektor PD, einem Schleifenfilter FI und einem hochgenauen Oszillator VCO, zum Beispiel einem Quarzoszillator, stellt sich der Taktregenerator synchron zu der Frequenz des Führungstaktsignals 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 Ausgangssignal 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 digitalen Integrator INT, der beispielsweise eine Integrationszeitkonstante 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 Ausgangsspannung) des Phasendetektor PD Null. Da dieses Ausgangssignal 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 Integralwert (= 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 Proportionalteils PT und des Integrators INT wird in der Summierungsvorrichtung SUM ermittelt und dem Oszillator VCO als Stellgröße 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 Referenzwertes 3 statt, der die maximal tolerierbare Änderung der Parameter des Oszillators VCO darstellt.
Wird beispielsweise ein PLL-Oszillator VCO mit einer garantierten Alterungsrate von 5·10^–11 pro Tag und einer garantierten Temperaturstabilität von 2·10^–10 eingesetzt, läßt sich eine 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 hinaus 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 Frequenzverschiebung von zum Beispiel 5·10^–9 pro Monat.
Wird eine Überschreitung des Langzeitmittelwertes von dem Referenzwert 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: "Dringender 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 beispielsweise durch eine Timing Loop oder einen vorgelagerten asynchronen Taktregenerator geringerer Güte zu erkennen.

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

Verfahren zur Erkennung von Frequenzabweichungen von einem 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 mindestens einem vorgeschalteten Taktregenerator geringerer Güte (LQC), der in der Synchronisationskette (I–III) an den Führungstaktsignalgeber (PRC) angebunden ist, liegt, wobei sich die Taktregeneratoren (HQC, LQC) synchron zu der Frequenz des Führungstaktsignals des Führungstaktsignalgebers (PRC) einstellen, indem auf ein ankommendes Taktsignal, mit Hilfe mindestens eines Phasenregelkreises (PLL), vorzugsweise zwei Phasenregelkreisen (PLL), die jeweils einen Oszillator (VCO) aufweisen, synchronisiert wird und dieses synchronisierte Taktsignal dem nächsten Taktregenerator weitergeleitet wird, wobei mindestens ein Langzeitmittelwert der Stellgröße des gesteuerten Oszillators (VCO) innerhalb des Taktregenerators hoher Güte (HQC) automatisch ermittelt und die zeitliche Änderung dieses Langzeitmittelwertes bewertet wird, indem die zeitliche Änderung des Langzeitmittelwertes mit einem Referenzwert (3) verglichen wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Referenzwert (3) die Eigendrift mindestens eines Oszillators (VCO) innerhalb des mindestens einen Phasenregelkreises (PLL) des Taktregenerators hoher Güte (HQC) verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmschwelle vorgegeben wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten der Alarmschwelle ein Alarm (5) ausgegeben wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte des Langzeitmittelwertes über einen Zeitraum von mehreren Tagen abgespeichert werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Langzeitmittelwert der Inhalt eines Integrators des Taktregenrators hoher Güte (HQC) verwendet wird, wobei die Integrationszeit eingestellt werden kann.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Integrators periodisch abgefragt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Langzeitmittelwert über einen Zeitraum zwischen 3 und 12 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 und 8 Stunden ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Langzeitmittelwert mit Hilfe eines einzigen Eingangstaktsignals ermittelt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, um mindestens alle Schritte gemäß mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.
Datenträger mit einem Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um mindestens die Schritte gemäß mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn die Programmcode-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.
Synchronisationsnetz, insbesondere SDH-Netz, mit mindestens 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 Führungstaktsignalgeber (PRC), angebunden ist, liegt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Taktregenerator hoher Güte (HQC) mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens gemäß mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 9 ausgestaltet ist.