DE102009053580A1 - Phasenregelkreis mit Rückkopplungs-Controller für optimalen Zustand - Google Patents

Phasenregelkreis mit Rückkopplungs-Controller für optimalen Zustand Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Wiedergewinnen von Taktinformation über ein Paketnetzwerk an einem lokalen Empfänger wird Taktinformation in Intervallen von einer entfernten Quelle empfangen und mit einem lokal erzeugten Taktsignal verglichen, um ein Eingangssignal y(k) zu erzeugen, das Rauschen ausgesetzt ist, das repräsentativ für die Phasendifferenz zwischen dem Quellentaktsignal und dem Taktsignal am lokalen Empfänger ist. Das Eingangssignal wird an einen Zustands-Rückkopplungscontroller gegeben, der bevorzugt einen Kalman-Filter umfasst, um ein Steuersignal mit vermindertem Rauschen zu erzeugen. Das Steuersignal wird verwendet, um einen Oszillator so zu steuern, dass die Phasendifferenz verringert wird und ein Slave-Takt erzeugt wird.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Taktwiedergewinnung über Paketnetzwerke und insbesondere einen Phasenregelkreis mit einem Rückkopplungs-Controller und ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Taktinformation.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Phasenregelkreis kann als ein Steuersystem mit Rückkopplungsschleife betrachtet werden, das eine Referenztakteingabe eng verfolgt. Eine typischer PLL (Phase Locked Loop)-Struktur ist in der 1 gezeigt. Wie es in der Figur zu sehen ist, wird die Differenz zwischen einem Referenztakt und einem digital gesteuerten Oszillator (DCO – Digitally Controlled Oscillator) an einen Schleifenfilter gegeben, der im Wesentlichen ein Proportional/Integral (PI)-Controller ist. Die Ausgabe des Schleifenfilters wird dann verwendet, um die Ausgangsphase des DCO zu lenken, so dass sie der Eingangsphase des Referenztaktes eng folgt.
  • Die Parameter (P und I) des Schleifenfilters sind so gestaltet, dass sie bestimmte Anforderungen an das Leistungsverhalten erfüllen, so wie Bandbreite, anfängliche Sperrzeit, dynamisches Verfolgen usw. Wenn zum Beispiel der Eingangsreferenztakt mit Jitter und Wander kontaminiert ist, wird die Brandbreite des Filters so eingestellt, dass die Wirkung von Jitter oder Wander auf die Referenzeingabe minimiert wird. Das Verkleinern der Bandbreite des Schleifenfilters, um das Beseitigen von Wander und Jitter zu verbessern, wird eine nachteilige Wirkung darauf haben, wie schnell der PLL einem Referenzeingangssignal folgen kann. In der Praxis ist ein Kompromiss zwischen dem Folgen der Eingangsphase und dem Aussenden von Wander und Jitter erforderlich.
  • In letzter Zeit hat es viel Interesse an der Taktsynchronisation über Paketnetzwerke gegeben, wobei, wie es in 2 gezeigt ist, Referenztaktphaseninformation durch besondere synchronisierende Pakete von einem Server über ein paketgeschaltetes Netzwerk (PSN – Packet Switched Network) übertragen wird. An dem anderen Ende des Netzwerks synchronisiert ein Client seinen Takt mit dem Server, wobei die synchronisierenden Pakete verwendet werden. Dieses Verfahren kann eingesetzt werden, um Systeme zu synchronisieren, die durch ein Paketnetzwerk verbunden sind, so wie drahtlos arbeitende Basisstationen.
  • Eine der hauptsächlichen Herausforderungen bei diesem Synchronisationsansatz ist es, dass die synchronisierenden Pakete höchstwahrscheinlich Paketverzögerungsvariationen (PDV – Packet Delay Variations) ausgesetzt sind, die jedem paketgeschalteten Netzwerk innewohnen. Als ein Ergebnis wird auf der Seite des Client, abhängig von den Paketverzögerungsvariationen, der wiedergewonnene Referenztakt einen hohen Grad an Jitter und Wander haben, was für die meisten Anwendungen nicht akzeptabel sein wird.
  • Ein herkömmliches PLL-System ist in diesem Fall nicht in der Lage, Jitter und Wander auszusondern, weil der einfache Schleifenfilter in einem herkömmlichen PLL einen hohen Grad an Jitter und Wander nicht handhaben kann. Um in der Lage zu sein, wesentliche Mengen an Wander auszusondern, sollte der Schleifenfilter auf sehr geringe Frequenzen eingestellt werden. Dies erfordert den Einsatz sehr stabiler lokaler Oszillatoren, beim Server oder auf der Seite des Client, was weder kosteneffektiv noch praktisch sein muss.
  • Außerdem haben die PDV im Netzwerk eine nicht stationäre Beschaffenheit, was zu einer schnellen oder langsamen Bewegung der wiedergewonnenen Phase auf der Seite des Client führt. Herkömmliche PLLs sind nicht dazu gestaltet, nicht stationäres Rauschen zu behandeln.
  • Zusätzlich sind Systeme für die Taktwiedergewinnung über Paketnetzwerke in ihrer Beschaffenheit zeitlich variierend. Herkömmliche PLLs sind für zeitinvariante Systeme gestaltet und sind für diese Art der Anwendung nicht geeignet.
  • Ein PLL ist ein Ein-Eingang-Ein-Ausgang-System, das dazu gestaltet ist, seine Ausgangsphase auf eine einzige Eingangstaktfrequenz zu sperren, und kann nicht direkt auf den Fall angewendet werden, wenn mehrere Ströme synchronisierender Pakete demselben Hauptreferenztakt (PRC – Primary Reference Clock) folgen.
  • Um in der Lage zu sein, einige dieser Nachteile des klassischen PLL für die Taktwiedergewinnung über Paketnetzwerke handzuhaben, schlägt der Stand der Technik vor, ein Zweistufenschema zu verwenden, wobei die erste Stufe ein Paketfilter, der nur synchronisierende Pakete auswählt, die einen geringsten Betrag an Paketverzögerungsvariationen haben, und die zweite Stufe ein normaler PLL ist, so wie der, der in der 1 gezeigt ist. Das Hauptproblem bei diesem Ansatz ist, dass das Leistungsverhalten des Taktwiedergewinnungsalgorithmus stark auf die Anzahl der gefilterten synchronisierenden Pakete vertraut. Wenn sehr wenige oder keines dieser sogenannten minimal verzögerten synchronisierenden Pakete verfügbar ist, kann der Algorithmus dabei versagen, den Servertakt wiederzugewinnen oder zu verfolgen. Es gibt außerdem weitere Verfahren basierend z. B. auf der Mittelwertbildung der synchronisierenden Pakete, jedoch leiden diese Verfahren auch an einem schlechten Leistungsverhalten, wenn sie größere Paketverzögerungsvariationen behandeln.
  • Nichts im Stand der Technik bietet ein optimales Schema an, das die Raumdiversität von Paketnetzwerken ausnutzen kann, wenn es zwei oder mehr Ströme synchronisierender Pakete gibt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bietet einen neuen Ansatz für die Taktwiedergewinnung über Paketnetzwerke an, die auf einem leistungsfähigen Konzept in der Steuertheorie basiert, das als Zustands-Rückkopplungs-Controller bekannt ist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Wiedergewinnen von Taktinformation über ein Paketnetzwerk an einem lokalen Empfänger zur Verfügung gestellt, das das Empfangen von Taktinformation über ein entferntes Quellentaktsignal in Intervallen; das Erzeugen eines lokalen Taktsignals mit einem gesteuerten Oszillator; das Vergleichen des lokalen Taktsignals mit der empfangenen Taktinformation, um ein Rauscheingangssignal y(a) zu erzeugen, das für die Phasendifferenz zwischen dem Quellentaktsignal und dem Taktsignal am lokalen Empfänger repräsentativ ist; das Anlegen des Eingangssignals y(a) an einen Zustands-Rückkopplungs-Controller, um ein Steuersignal mit verringertem Rauschen zu erzeugen; und das Steuern des gesteuerten Oszillators mit dem Steuersignal, um die Phasendifferenz zu verkleinern und ein Slave-Taktsignal von dem entfernten Taktsignal zu erzeugen, umfasst.
  • Bei einer Ausführungsform wird ein optimal adaptiver Zustandsestimator, als ein Kalman-Filter bekannt, verwendet, um die internen Zustände des Taktwiedergewinnungssystems abzuschätzen.
  • Die Hauptvorteile des vorgeschlagenen Verfahrens im Vergleich zu dem Stand der Technik sind das bessere Leistungsverhalten (Phasenverfolgung, Regelzeit usw.) insbesondere für hohe Werte von Jitter und Wander. Im Gegensatz zu herkömmlichen PLL-Ansätzen kann das vorliegende Verfahren bei zeitinvarianten oder zeitlich variierenden Systemen angewendet werden, und wenn es zwei oder mehr Ströme synchronisierender Pakete gibt, die demselben PRC folgen sollen, anstatt zwischen Strömen umzuschalten, kann das vorgeschlagene Verfahren die Diversität der Ströme ausnutzen, um ein optimales Leistungsverhalten am Ausgang zur Verfügung zu stellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Phasenregelkreis zum Wiedergewinnen von Taktinformation über ein Paketnetzwerk an einem lokalen Empfänger zur Verfügung gestellt, der einen gesteuerten Oszillator zum Erzeugen eines Slave-Signals als Antwort auf ein Steuersignal; einen Phasenkomparator zum Vergleichen von Taktinformation, die von einer entfernten Quelle empfangen worden ist, mit dem Slave-Signal, um ein Rauscheingangssignal zu erzeugen; und einen Zustands-Rückkopplungs-Controller zum Erzeugen eines gereinigten Steuersignals aus dem verrauschten Eingangssignal aufweist.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Taktwiedergewinnungsvorrichtung zum Wiedergewinnen von Taktinformation über ein Paketnetzwerk an einem lokalen Empfänger zur Verfügung gestellt, die einen Eingang zum Empfangen von entfernten, zeitgestempelten Paketen aus einer entfernten Quelle über das Paketnetzwerk; einen lokal gesteuerten Oszillator zum Erzeugen eines Slave-Taktes als Antwort auf ein gereinigtes Steuersignal; einen Generator zum Erzeugen von mit lokaler Zeit gestempelten Paketen basierend auf dem Slave-Takt und in Koinzidenz mit der Ankunft von zeitgestempelten Paketen von der Quelle; einen Komparator zum Vergleichen der zeitgestempelten Pakete, die von der Quelle empfangen worden sind, mit den lokal erzeugten zeitgestempelten Paketen, um das Eingangssignal abzuleiten; und einen Zustands-Rückkopplungs-Controller zum Erzeugen des gereinigten Steuersignals aus dem Eingangssignal, aufweist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten, lediglich beispielhaft, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 ein Blockschaubild eines Phasenregelkreises des Standes der Technik ist;
  • 2 ein Blockschaubild eines Taktwiedergewinnungssystems für Paketnetzwerke auf hoher Ebene ist;
  • 3 ein Blockschaubild eines Zustands-Rückkopplungs-Controllers ist;
  • 4 ein Blockschaubild eines Taktwiedergewinnungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf hoher Ebene ist; und
  • 5 ein genaues Blockschaubild einer Ausführungsform eines Taktwiedergewinnungssystems gemäß der Erfindung ist.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren für die Phasen- und Frequenzregelung zur Verfügung, wenn die Phaseninformation des Referenztaktes durch ein paketgeschaltetes Netzwerk übertragen wird. Das Verfahren basiert auf dem Einsatz der Zustands-Rückkopplungssteuerung, bei der eine lineare Kombination von abgeschätzten Zuständen eines linearen Systems in das System zurückgespeist wird, um seine Ausgabe zu steuern. Der Hauptvorteil des vorgeschlagenen Ansatzes ist seine Möglichkeit, höhere Werte des Wander bei dem Referenztakt, einen schnelleren Akquisitionsmodus und ein besseres Verfolgen handzuhaben. Zusätzlich kann er leicht auf den Fall erweitert werden, wenn es mehrere Eingangstaktströme (die derselben Hauptreferenz folgen sollen) für das bessere Leistungsverhalten am Ausgang gibt.
  • Das grundlegende Konzept hinter einem Zustands-Rückkopplungs-Controller, wie er in der 3 gezeigt ist, ist, dass, wenn ein System mit Eingabe u und Ausgabe y gegeben ist, man die Ausgabe y steuern kann, um ein gewünschtes Verhalten zu erreichen, indem eine lineare Kombination aus internen Zuständen des Systems zurück in den Eingang des Systems gespeist wird. In der Praxis sind die internen Zustände eines Systems nicht vorab bekannt, und ein adaptiver Zustandsestimator (Estimator – Vorrichtung mit Schätzfunktion) wird verwendet, um interne Zustände des Systems zu berechnen.
  • 4 ist ein Blockschaubild eines Taktwiedergewinnungssystems auf hoher Ebene, welches den adaptiven Zustandsestimator 14, einen linearen Kombinierer 15, einen digital gesteuerten Oszillator (DCO) 16 und einen Dividierer 17, einen lokalen Oszillator 18 und einen Subtrahierer 19, der als ein Komparator dient, welcher einlaufende Zeitstempel mit lokal erzeugten Zeitstempeln vergleicht, umfasst.
  • Die Eingaben in das System sind Server-Zeitstempel von der entfernten Quelle, die von dem Server in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitintervallen gesendet werden und auf dem lokalen Takt an der Quelle basieren. Auf der Seite des Client erzeugt die Hardware 16 des digital gesteuerten Oszillators (DCO), die von dem lokalen Oszillator 18 getrieben wird, lokale Zeitstempel basierend auf der Ankunftszeit der Server-Zeitstempel. Die Differenz zwischen den Server- und Lokalzeitstempeln, bestimmt im Subtrahierer/Komparator 19, stellt die Phasendifferenz zwischen dem lokalen Takt und dem Servertakt dar. Aufgrund von Paketverzögerungsvariationen, die paketgeschalteten Netzwerken innewohnen, wird die gemessene Phasendifferenz auf der Seite des Client stark mit Netzwerkrauschen kontaminiert sein. Der adaptive Zustandsestimator 14 schätzt die saubere Phasendifferenz zwischen den Takten von Server und Client basierend auf den verrauschten Eingangsdaten y(k). Er schätzt auch den Frequenzversatz zwischen den Takten von Client und Server. Eine lineare Kombination dieser beiden abgeschätzten Parameter wird dann verwendet, um den DCO des Client zu steuern, damit die Phasendifferenz zwischen den Ausgangstakten von Client und Server minimiert wird.
  • Eine genauere Beschreibung der Erfindung wird mit Bezug auf die 5 gemacht, die eine Anzahl von Verarbeitungsblöcken enthält. Diese Verarbeitungsblöcke können direkt in Hardware oder durch einen Digitalsignalprozessor oder einen universellen Computer implementiert werden. Die folgende Bezeichnungsweise wird benutzt:
    • n
    ist der Index für die Nummer des Paketes.
    Tx(n)
    stellt den Zeitstempel des Servers für das Paket n dar.
    Tr(n)
    stellt die Ausgabe des DCO für das Paket n dar.
    und y(n) = Hn·xn + vn wobei y(n) die gemessene Übergangszeit ist, vorgegeben durch Taktsignale durch das Netzwerk, Fn-1 die Zustandsübergangsmatrix ist, xn der Zustandsvektor des Taktwiedergewinnungssystems ist, Hn die Messmatrix ist, Gn die Eingabematrix ist, un eine Eingabe ist, vn die Größe des Netzwerk-Jitters darstellt, wn der Varianzvektor des Prozessrauschens ist.
  • 19. Taktwiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 17 mit mehreren Eingangsströmen, wobei die Zustandsraumbeschreibung des Kalman-Filters gegeben ist durch
    Figure 00090001
    wobei y1(n)...yN(n) Übergangszeiten sind, die von N Strömen gesammelt worden sind,
    Figure 00090002
    wobei Ω1(n)...ΩN(n) die abgeschätzte Phase für jeden Strom darstellen und an den Frequenzversatz zwischen dem lokalen Oszillator des Client und dem Hauptreferenztakt ist, wobei für mehrere Ströme mit synchronisierenden Paketen die Messmatrix und die Zustandsübergangsmatrix jeweils
    Figure 00100001
    und
    Figure 00100002
    sind.
  • Bei der Ausführungsform der 5 bilden die Blöcke 11, 12 und 13 den Kalman-Filter, der den aktualisierten Wert für den DCO 16 basierend auf einer linearen Kombination der Ausgaben von 8 berechnet, welche eine a-posteriori-Abschätzung des Kalman-Filters für den Zustandsvektor xn ist. Der Block 6 ist ein Dezimierer, der das Verhältnis zwischen der Eingangsabtastgeschwindigkeit zum DCO 16 und der Ausgangsabtastgeschwindigkeit des linearen Kombinierers steuert. Der Block 2 ist eine Verzögerungseinheit zum Verzögern der Eingabe um einen Abtastwert.
  • Die Ausgaben des Kombinierers 7 sind durch den Ausdruck Δf = αxm1 + βxm2 gegeben, wobei 0 < α << β < 1 Konstanten sind, xm1 und xm2 sind Ausgaben des Blocks, die entsprechend dem Ausdruck xm1(n) = xp1(n – 1) + ΔTx(n – 1)xp2(n – 1) – dF(tn)ΔTx(n) xm2(n) = xp2(n – 1)berechnet werden, wobei ΔTx(n) die Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Zeitstempeln des Servers ist und im Block 11 berechnet wird, wobei dessen Ausgabe durch den Ausdruck ΔTx(n) = Tx(n) – Tx(n – 1)gegeben ist. xp1 und xp2 sind Ausgaben des Blocks 9, welche die a-priori-Abschätzungen des Kalman-Filters des Zustandsvektors sind und gegeben sind durch xp1(n) = xm1(n) + K1(n)err xp2(n) = xm2(n) + K2(n)errerr ist die Ausgabe des Blockes 10 und wird aus dem Ausdruck err = y(n) – xm1(n) – ΔTx(n)xm2(n)berechnet. K1 und K2 sind die Verstärkungen der Kalman-Filter und werden von dem Block 4 basierend auf den folgenden Gleichungen berechnet:
    Figure 00120001
    σ > 0 ist eine Konstante und kann basierend auf der PDV des Netzwerks eingestellt werden. Pm1...Pm4 sind Elemente der a-posterio-Kovarianzmatrix des Kalman-Filters, berechnet im Block 3, basierend auf den folgenden Gleichungen. Pm1(n) = Pp1(n – 1) + ΔTx(n – 1)[Pp2(n – 1) + Pp3(n – 1)] + ΔT2 x(n – 1)Pp4(n) + δ1 Pm2(n) = Pp2(n – 1) + ΔTx(n – 1)Pp4(n – 1) Pm3(n) = Pp3(n – 1) + ΔTx(n – 1)Pp4(n – 1) Pm4(n) = Pp4(n – 1) + δ2 δ1 > 0 und δ2 > 0 sind Konstanten, die basierend auf dem gewünschten Verfolgungsverhalten des Kalman-Filters eingestellt sind, und Pp1...Pp4 sind Elemente der a-priori-Zustand-Kovarianzmatrix des Kalman-Filters, berechnet im Block 1 basierend auf dem folgenden Satz Gleichungen: Pp1(n) = Pm1(n) – K1(n)(Pm1(n) + ΔTx(n)Pm3(n)) Pp2(n) = Pm2(n) – K1(n)(Pm2(n) + ΔTx(n)Pm4(n)) Pp3(n) = Pm3(n) – K2(n)(Pm1(n) + ΔTx(n)Pm3(n)) Pp4(n) = Pm4(n) – K2(n)(Pm2(n) + ΔTx(n)Pm4(n))
  • Bei einer alternativen Ausführungsform, bei der N Eingangsströme synchronisierender Pakete verfügbar sind (von N Servern, die demselben Hauptreferenztakt folgen sollen), kann die Erfindung erweitert werden, um diese Multiströme auszunutzen und ein besseres Leistungsverhalten zur Verfügung zu stellen. Die Zustandsformgleichung für N Taktströme ist ähnlich den Gleichungen oben, die für einen einzelnen Strom angegeben sind, mit den folgenden Unterschieden.
    Figure 00130001
    wobei y1(n)...yN(n) Übergangszeiten sind, die aus N Strömen gesammelt wurden,
    Figure 00140001
    wobei Ω1(n)...ΩN(n) die abgeschätzte Phase für jeden Strom darstellt und αn der Frequenzversatz zwischen dem lokalen Oszillator des Client und dem Hauptreferenztakt ist.
  • Für Multistrom-Taktpakete sind die Messmatrix und die Zustandsübergangsmatrix jeweils
  • Figure 00140002
  • Basierend auf diesem neuen Systemmodell kann eine Formulierung für einen Kalman-Filter abgeleitet werden, die den Zustandsvektor xn rekursiv abschätzen kann. In einer Weise ähnlich der des Falles mit einem Strom kann eine lineare Kombination des abgeschätzten Zustandsvektors verwendet werden, um die Ausgangsphase des DCO zu steuern.
  • Es wird somit verstanden werden, dass die Erfindung ein Zustandsraummodell für die Taktwiedergewinnung über Paketnetzwerke benutzt, die einen Zustands-Rückkopplungs-Controller für die verbesserte Phasen- und Frequenzregelung verwendet. Die Erfindung kann in einfacher Weise auf mehrere Eingangstaktströme erweitert werden.

Claims (19)

  1. Verfahren zum Wiedergewinnen von Taktinformation über ein Paketnetzwerk an einem lokalen Empfänger, das aufweist: Empfangen von Taktinformation über ein entferntes Quellentaktsignal in Intervallen; Erzeugen eines lokalen Taktsignals mit einem gesteuerten Oszillator; Vergleichen des lokalen Taktsignals mit der empfangenen Taktinformation, um ein verrauschtes Eingangssignal y(k) zu erzeugen, das für die Phasendifferenz zwischen dem Quellentaktsignal und dem Taktsignal des lokalen Empfängers repräsentativ ist; Anlegen des Eingangssignals y(k) an einen Zustands-Rückkopplungscontroller, um ein Steuersignal mit vermindertem Rauschen zu erzeugen; und Steuern des gesteuerten Oszillators mit dem Steuersignal, um die Phasendifferenz zu verringern und um ein Slave-Taktsignal aus dem entfernten Taktsignal zu erzeugen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein adaptiver Zustandsestimator abgeschätzte interne Zustände des Rückkopplungscontrollers berechnet, welche Phasen- und Frequenzversatz darstellen, und bei dem das Steuersignal von einer Kombination aus den berechneten abgeschätzten internen Zuständen abgeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Kombination eine lineare Kombination ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der adaptive Zustandsestimator ein Kalman-Filter ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Zustandsraumbeschreibung des Kalman-Filters gegeben ist durch xn = Fn-1·xn-1 + Gn·un + wn und y(n) = Hn·xn + vn wobei y(n) die gemessene Übergangszeit ist, durch die Taktsignale durch das Netzwerk vorgegeben, Fn-1 die Zustandsübergangsmatrix ist, xn der Zustandsvektor des Taktwiedergewinnungssystems ist, Hn die Messmatrix ist, Gn die Eingabematrix ist, un eine Eingabe ist, vn die Größe des Netzwerk-Jitters darstellt, wn der Varianzvektor des Prozessrauschens ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem Taktinformation von mehreren Eingangsquellentakten empfangen wird und der Zustandsraum für den Kalman-Filter gegeben ist durch:
    Figure 00180001
    wobei y1(n)...yN(n) Übergangszeiten sind, die von N Strömen gesammelt worden sind,
    Figure 00180002
    wobei Ω1(n)...ΩN(n) die abgeschätzte Phase für jeden Strom darstellt und αn der Frequenzversatz zwischen dem lokalen Oszillator des Client und dem Hauptreferenztakt ist, wobei für Multistrom-Taktpakete die Messmatrix und die Zustandsübergangsmatrix jeweils
    Figure 00190001
    und
    Figure 00190002
    sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Taktinformation in der Form zeitgestempelter Pakete von der Quelle ankommt, wobei der lokale Empfänger zeitgestempelte Pakete basierend auf der Ausgabe des gesteuerten Oszillators und in Übereinstimmung mit der Ankunft der zeitgestempelten Pakete von der Quelle erzeugt und die zeitgestempelten Pakete, die von der Quelle empfangen worden sind, mit den lokal erzeugten zeitgestempelten Paketen verglichen werden, um das Eingangssignal abzuleiten.
  8. Phasenregelkreis zum Wiedergewinnen von Taktinformation über ein Paketnetzwerk an einem lokalen Empfänger, der aufweist: einen gesteuerten Oszillator zum Erzeugen eines Slave-Signals als Antwort auf ein Steuersignal; einen Phasenkomparator zum Vergleichen von Taktinformation, die von einer entfernten Quelle empfangen worden ist, mit dem Slave-Signal, um ein verrauschtes Eingangssignal zu erzeugen; und einen Zustands-Rückkopplungscontroller zum Erzeugen eines gereinigten Steuersignals aus dem verrauschten Eingangssignal.
  9. Phasenregelkreis nach Anspruch 8, bei dem der Zustands-Rückkopplungscontroller einen adaptiven Zustandsestimator zum Berechnen von abgeschätzten internen Zuständen des Rückkopplungscontrollers, die Phasen- und Frequenzversatz darstellen, und einen Kombinierer zum Kombinieren der berechneten abgeschätzten internen Zustände, um das Steuersignal zu erzeugen, umfasst.
  10. Phasenregelkreis nach Anspruch 9, bei dem der Kombinierer ein linearer Kombinierer ist.
  11. Phasenregelkreis nach Anspruch 10, bei dem der adaptive Zustandsestimator ein Kalman-Filter ist.
  12. Phasenregelkreis nach Anspruch 11, bei dem die Zustandsraumbeschreibung des Kalman-Filters gegeben ist durch xn = Fn-1·xn-1 + Gn·un + wn und y(n) = Hn·xn + vn wobei y(n) die gemessene Übergangszeit ist, vorgegeben durch Taktsignale durch das Netzwerk, Fn-1 die Zustandsübergangsmatrix ist, xn der Zustandsvektor des Taktwiedergewinnungssystems ist, Hn die Messmatrix ist, Gn die Eingabematrix ist, Un eine Eingabe ist, vn die Größe des Netzwerk-Jitters darstellt, wn der Varianzvektor des Prozessrauschens ist.
  13. Phasenregelkreis nach Anspruch 11, mit mehreren Eingangsströmen, bei dem die Zustandsraumbeschreibung des Kalman-Filters gegeben ist durch
    Figure 00210001
    wobei y1(n)...yN(n) Übergangszeiten sind, die von N Strömen gesammelt worden sind,
    Figure 00210002
    wobei Ω1(n)...ΩN(n) die abgeschätzte Phase für jeden Strom darstellen und αn der Frequenzversatz zwischen dem lokalen Oszillator des Client und dem Hauptreferenztakt ist, wobei für mehrere Ströme mit synchronisierenden Paketen die Messmatrix und die Zustandsübergangsmatrix jeweils
    Figure 00220001
    und
    Figure 00220002
    sind.
  14. Taktwiedergewinnungsvorrichtung zum Wiedergewinnen von Taktinformation über ein Paketnetzwerk an einem lokalen Empfänger, die aufweist: einen Eingang zum Empfangen von entfernten, zeitgestempelten Paketen von einer entfernten Quelle über das Paketnetzwerk; einen lokal gesteuerten Oszillator zum Erzeugen eines Slave-Taktes als Antwort auf ein gereinigtes Steuersignal; einen Generator zum Erzeugen lokaler zeitgestempelter Pakete basierende auf dem Slave-Takt und in Übereinstimmung mit der Ankunft der zeitgestempelten Pakete von der Quelle; einen Komparator zum Vergleichen der zeitgestempelten Pakete, die von der Quelle erhalten worden sind, mit den lokal erzeugten zeitgestempelten Paketen, um das Eingangssignal abzuleiten; und einen Zustands-Rückkopplungscontroller zum Erzeugen des gereinigten Steuersignals aus dem Eingangssignal.
  15. Taktwiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Zustands-Rückkopplungscontroller einen adaptiven Zustandsestimator zum Berechnen abgeschätzter interner Zustände des Rückkopplungscontrollers, die Phasen- und Frequenzversatz darstellen, und einen Kombinierer zum Kombinieren der berechneten abgeschätzten internen Zustände, um das Steuersignal zu erzeugen, umfasst.
  16. Taktwiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 15, bei der der Kombinierer ein linearer Kombinierer ist.
  17. Taktwiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 15, bei der der adaptive Zustandsestimator ein Kaiman-Filter ist.
  18. Taktwiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Zustandsraumbeschreibung des Kalman-Filters gegeben ist durch xn = Fn-1·xn-1 + Gn·un + wn und y(n) = Hn·xn + vn wobei y(n) die gemessene Übergangszeit ist, vorgegeben durch Taktsignale durch das Netzwerk, Fn-1 die Zustandsübergangsmatrix ist, xn der Zustandsvektor des Taktwiedergewinnungssystems ist, Hn die Messmatrix ist, Gn die Eingabematrix ist, un eine Eingabe ist, vn die Größe des Netzwerk-Jitters darstellt, wn der Varianzvektor des Prozessrauschens ist.
  19. Taktwiedergewinnungsvorrichtung nach Anspruch 17 mit mehreren Eingangsströmen, wobei die Zustandsraumbeschreibung des Kalman-Filters gegeben ist durch
    Figure 00240001
    wobei y1(n)...yN(n) Übergangszeiten sind, die von N Strömen gesammelt worden sind,
    Figure 00240002
    wobei Ω1(n)...ΩN(n) die abgeschätzte Phase für jeden Strom darstellen und αn den Frequenzversatz zwischen dem lokalen Oszillator des Client und dem Hauptreferenztakt ist, wobei für mehrere Ströme mit synchronisierenden Paketen die Messmatrix und die Zustandsübergangsmatrix jeweils
    Figure 00250001
    und
    Figure 00250002
    sind.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7912885B2 (en) * 2007-04-30 2011-03-22 Agilent Technologies, Inc. Method and system for filtering of networked, synchronized measurements
FI124040B (fi) * 2011-04-04 2014-02-14 Tellabs Oy Menetelmä ja laite taajuustahdistuksen ohjaamiseksi
US9444566B1 (en) * 2014-03-07 2016-09-13 Integrated Device Technology, Inc. Methods of performing time-of-day synchronization in packet processing networks
GB2536827B (en) * 2014-05-09 2017-07-05 Imagination Tech Ltd Time stamp replication within a wireless network
EP3217555A1 (de) * 2016-03-07 2017-09-13 Nxp B.V. Datenkonvertierung
US10608647B1 (en) * 2018-12-14 2020-03-31 Silicon Laboratories Inc. Delay adjustment using frequency estimation
US11128742B2 (en) 2019-03-08 2021-09-21 Microsemi Storage Solutions, Inc. Method for adapting a constant bit rate client signal into the path layer of a telecom signal
US10727845B1 (en) * 2019-06-25 2020-07-28 Silicon Laboratories Inc. Use of a virtual clock in a PLL to maintain a closed loop system
US10972084B1 (en) 2019-12-12 2021-04-06 Microchip Technology Inc. Circuit and methods for transferring a phase value between circuits clocked by non-synchronous clock signals
US10908635B1 (en) 2019-12-24 2021-02-02 Silicon Laboratories Inc. Detection and management of frequency errors in a reference input clock signal
US10917097B1 (en) 2019-12-24 2021-02-09 Microsemi Semiconductor Ulc Circuits and methods for transferring two differentially encoded client clock domains over a third carrier clock domain between integrated circuits
US10992301B1 (en) 2020-01-09 2021-04-27 Microsemi Semiconductor Ulc Circuit and method for generating temperature-stable clocks using ordinary oscillators
US11239933B2 (en) 2020-01-28 2022-02-01 Microsemi Semiconductor Ulc Systems and methods for transporting constant bit rate client signals over a packet transport network
US11424902B2 (en) 2020-07-22 2022-08-23 Microchip Technology Inc. System and method for synchronizing nodes in a network device
CN112083664A (zh) * 2020-09-12 2020-12-15 哈尔滨理工大学 一种网络环境下的异步切换控制系统
US11838111B2 (en) 2021-06-30 2023-12-05 Microchip Technology Inc. System and method for performing rate adaptation of constant bit rate (CBR) client data with a variable number of idle blocks for transmission over a metro transport network (MTN)
US11916662B2 (en) 2021-06-30 2024-02-27 Microchip Technology Inc. System and method for performing rate adaptation of constant bit rate (CBR) client data with a fixed number of idle blocks for transmission over a metro transport network (MTN)
US11736065B2 (en) 2021-10-07 2023-08-22 Microchip Technology Inc. Method and apparatus for conveying clock-related information from a timing device
US11799626B2 (en) 2021-11-23 2023-10-24 Microchip Technology Inc. Method and apparatus for carrying constant bit rate (CBR) client signals
CN114337980B (zh) * 2021-12-23 2024-04-16 中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司 一种面向5g智能电网的高精度时钟同步方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5062123A (en) * 1989-08-16 1991-10-29 Cincinnati Electronics Corporation Kalman predictor for providing a relatively noise free indication of the phase of a carrier laden with noise
GB9414729D0 (en) * 1994-07-21 1994-09-07 Mitel Corp Digital phase locked loop
GB2353437A (en) * 1999-08-17 2001-02-21 Fujitsu Ltd Diversity transmission means with phase adjustment depending upon a feedback signal supplied to the transmitter by the receiver
GB2369940B (en) * 2000-12-09 2004-10-20 Mitel Corp Multiple input phase lock loop with hitless reference switching
CN1361433A (zh) * 2000-12-23 2002-07-31 林清芳 运载体的全融合定位方法
US7130368B1 (en) * 2002-09-19 2006-10-31 Nortel Network Limited Clock recovery using a direct smoothing process
CN1262909C (zh) * 2003-07-08 2006-07-05 胜华科技股份有限公司 触控面板的坐标预估与估测滤波方法
CA2903343C (en) * 2005-03-02 2017-11-28 3 Phoenix, Inc. An inverted passive optical network/inverted passive electrical network (ipon/ipen) based data fusion and synchronization system
US7333468B1 (en) * 2005-05-16 2008-02-19 Sun Microsystems, Inc. Digital phase locked loops for packet stream rate matching and restamping
US7778179B2 (en) * 2005-11-23 2010-08-17 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Using filtering and active probing to evaluate a data transfer path
WO2008051123A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-02 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Method for clock recovery using updated timestamps
CN100538275C (zh) * 2007-06-28 2009-09-09 北京航空航天大学 一种基于陀螺全站仪-激光标靶的盾构机自动导向系统的在线标定方法

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