DE19537361A1

DE19537361A1 - Verfahren und Vorrichtung zur empfangsseitigen Taktrückgewinnung für Digitalsignale mit konstanter Bitrate

Info

Publication number: DE19537361A1
Application number: DE1995137361
Authority: DE
Inventors: Marc Dipl Ing Lechterbeck
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 näher bezeichneten Art. Derartige Verfahren und Vorrichtungen zur Taktrückgewinnung eines Signals konstanter Bitrate, welches über ein ATM-Netz übertragen worden ist, sind z. B. aus DE-Anm. 19509 484.0 bekannt.

Bei dem bekannten Verfahren zur adaptiven Taktrückgewinnung besteht das Problem, die Schreibtaktfrequenz f₁, mit der die Daten auf der Sendeseite gesendet werden und die sowohl von der vorgesehenen Taktfrequenz f_Soll abweichen als auch eine zeitliche Drift aufweisen kann, auf der Empfangsseite aus in Paketform ankommenden Daten zurückzugewinnen. Dazu werden die Daten empfangsseitig in einen FIFO geschrieben, bis dieser halb gefüllt ist, und werden dann mit der Lesetaktfrequenz f₂ ausgelesen. Diese Lesetaktfrequenz f₂ muß im Toleranzbereich des Oszillators auf der Sendeseite liegen, stimmt jedoch im allgemeinen nicht mit der Schreibtaktfrequenz f₁ überein, insbesondere dann nicht, wenn f₁ einer zeitlichen Drift unterliegt.

Daher kann, wenn die Lesetaktfrequenz f₂ unverändert beste hen bleibt, das FIFO entweder voll- (f₂ < f₁) oder leerlau fen (f₂ < f₁), d. h. auf der Empfangsseite treten Datenver luste auf. Um dies zu verhindern, wird der Füllstand des FIFO als Regelgröße für den die Lesetaktfrequenz f₂ erzeu genden VCO verwendet. Aufgrund der Paketstruktur der Daten und der Variation der Laufzeiten der einzelnen Pakete schwankt der Füllstand des FIFO recht stark, würde man den Füllstand daher direkt als Regelgröße verwenden, ergäbe sich ein sehr starker Jitter für die Lesetaktfrequenz f₂. Die FIFO-Füllstände werden daher tiefpaßgefiltert, was sich am einfachsten durch eine gleitende Mittelung (Moving-Window) gemäß

erreichen läßt. Hier ist U_n die digitale Regelgröße für den VCO und F_i ist der Füllstand des FIFO zum i.ten Absatz-Zeitpunkt.

Im eingeschwungenen Zustand ändert sich die Regelgröße U_n des VCO aufgrund der Tiefpaßfilterung nur noch geringfügig und es gilt nahezu f₂ = f₁. Das bedeutet jedoch auch, daß die Werte F_i um einen Mittelwert F_Offset schwanken und daß dieser Wert im allgemeinen, je nach Abweichung von f₂ zu f₁ zu Beginn der Regelung, jeden Wert zwischen dem leeren und vollen FIFO-Füllstand annehmen kann.

Da dies ein Nachteil der bekannten Verfahren ist, besteht die Aufgabe der Erfindung darin, solche Füllstandsfehler auszugleichen, und zu gewährleisten, daß der Füllstand des FIFO im Mittel auf der Hälfte steht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit der im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschriebenen Verfahrensweise.

Eine geeignete Vorrichtung zur Realisierung einer solchen Verfahrensweise ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 2 beschrieben.

Die Erfindung und deren Wirkungsweise wird näher im nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschrieben. In den zugehörenden Zeichnungen zeigen die:

Fig. 1a den FIFO-Füllstand ohne zusätzliche Regelung,

Fig. 1b den FIFO-Füllstand mit zusätzlicher Regelung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Vorrichtung.

Sinn der folgenden beschriebenen Erfindung ist neben der Stabilisierung der Frequenz auch die Regelung des FIFO-Füllstandes auf den Wert halbvoll (Vergleich der Darstel lungen in Fig. 1a und 1b). Die Idee beruht darauf, den Wert F_Offset möglichst genau zu schätzen und dann im Regelungs algorithmus den Unterschied zum gewünschten Mittelwert F_H zu kompensieren.

Dazu wird in dem Intervall [t_x-1, t_x] jeweils der Mittelwert des FIFO-Füllstandes berechnet, und die Differenz zum halbvollen FIFO zum alten Offset aufgeschlagen, d. h.

Ôo = 0

Durch die Modifikation der Regelungsvorschrift gemäß

wird erreicht, daß sich der FIFO-Füllstand auf den Wert F_H einpendelt. Hier ist Ô(i) jeweils der Offset, der zum Ab tastzeitpunkt i gilt (Bild 2)
Die Berechnung des Offset erfolgt nach dem Jumping-Window-Prinzip, da nach einem Schätzintervall die alten FIFO-Werte nicht mehr in die Berechnung des neuen oder verbliebenen Offsets aufgenommen werden dürfen (deren Offset wird be reits kompensiert).

Das Intervall [t_x-1, t_x] sollte im Vergleich zu der Dauer von m+1 Abtastwerten für die Regelung um mindestens eine Größenordnung größer sein, um eine gute Schätzung des Off sets zu liefern. Ein zu großes Intervall hat jedoch den Nachteil, daß der erste Offset, welcher am weitesten von F_H entfernt liegen wird, erst nach einiger Zeit ausgeregelt werden kann. Denkbar wäre auch eine Lösung mit variierenden Intervallen, d. h. zu Beginn wird ein kleineres Intervall gewählt, um möglichst schnell, aber ungenauer den Offset auszugleichen, während später ein langes Intervall reicht, um den Langzeiteffekt einer Frequenzdrift zu kompensieren, bzw. den Offset genauer zu kompensieren.

Obwohl zu Beginn der Regelung immer starke Taktschwankungen zu erwarten sind, kann die Tatsache, daß die Addition des Offsets zu den Füllständen (siehe Regelungsalgorithmus) ge rade für kleine in zu einer sprunghaften Änderung der Re gelgröße U_n führt, unerwünscht hohe Taktschwankungen verur sachen. Dies kann vermieden werden, indem nicht direkt der gesamte berechnete neue Offsetanteil aufgeschaltet wird, sondern zunächst nur ein Bruchteil, der dann stufenweise erhöht wird. Konkret heißt das, daß Ô(i) in diesem Fall nicht immer mit dem jeweils aktuellen Ô_x übereinstimmen muß. Nachteilig ist jedoch hierbei, daß bis Kompensation des gesamten Offset die Berechnung eines neuen oder ver bliebenen Offsets ausgesetzt werden muß, da sonst Verfäl schungen des Ergebnisses auftreten (Jumping-Window).

Weiterhin ist es vorteilhaft auch möglich, auf eine weitere Korrektur des Offsets zu verzichten, solange er sich in bestimmten Toleranzen befindet, z. B. 5% von der Mitte.

Dadurch kann die ständige Nachregelung minimaler Abweichun gen vermieden werden.

Das in der Fig. 2 dargestellt Blockschaltbild geht von den erwähnten bekannten Verfahren und Vorrichtungen aus und ist demgegenüber durch einen Addierer und einen vom Benutzer frei programmierbaren Baustein Ô ergänzt.

Der FIFO-Füllstand wird durch Auf- (Write Clock) bzw. Ab zählen (Read Clock) in dem Vergleicher abgebildet. Im pro grammierbaren Baustein Ô ist als Offset Evaluator ein Teil bezeichnet, in dem nur der Mittelwert des Füllstandes in einem Zeitinterval berechnet wird. Der zweite Teil des programmierbaren Bausteines Ô, der als Offset Logic be zeichnet ist, entscheidet, z. B. in Abhängigkeit vom in, welcher Wert zu den aktuellen Füllständen addiert wird.

Jeweils die letzten in +1 Werte werden in einem RAM gespei chert, die fortlaufend gemittelt (Adder und Divider) und zur Berechnung der Regelgröße U_n genutzt werden. Diese wird anschließend natürlich noch in ein analoges Steuersignal für den VCO gewandelt.

Neu im Vergleich zu den bekannten Verfahren ist der programmierbare Baustein Ô mit dem Offset Evaluator und der Offset Logic und die Einwirkung des berechneten Wertes auf die Regelgröße.

Claims

1. Verfahren zur empfangsseitigen Taktrückgewinnung für Digitalsignale mit konstanter Bitrate nach zellstruktu rierter asynchroner Übertragung, insbesondere über ein ATM-Netz, mit unterschiedlichen Pausen zwischen den Zellen, mit empfangsseitiger Zellenspeicherung unter Benutzung eines FIFO-Speichers, dessen Füllstand durch Steuerung der Auslese-Taktfrequenz im Mittel auf etwa halbvoll gehalten wird, dadurch gekenn zeichnet, daß der tatsächliche Mittelwert des Füllstandes in einem Zeitintervall i mit dessen Abweichung vom halbvollen Zustand F_H des FIFO-Speichers F_Offset jeweils berechnet und daraus Korrekturgrößen Ô(i) gebildet werden, die danach zur Steuergröße F₁ addiert werden.

2. Vorrichtung zur empfangsseitigen Taktrückgewinnung für Digitalsignale mit konstanter Bitrate mit einem FIFO-Speicher, einem Auf- und Abwärtszählverleich von dessen Schreib- und Lesetakt zur Kontrolle des erreichten Füllstandes F₁, Speicherung, Tiefpaßfilterung, Digital-Analogwandlung und einem spannungsgesteuerten Oszilla tor für die Lesetakterzeugung, dadurch ge kennzeichnet, daß vor dem Speicher ein Addierer für eine Korrekturgröße Ô(i) zum ermittelten Füllstand F₁ eingefügt ist, die von einem programmier baren Baustein Ô aus der Berechnung des Offset zwi schen halbvollem und erreichtem Füllstand erzeugt ist.