DE69124246T2

DE69124246T2 - Kompensation von taktfehlern

Info

Publication number: DE69124246T2
Application number: DE69124246T
Authority: DE
Inventors: Sakari Haapanen
Original assignee: Tecnomen Oy
Current assignee: Tecnomen Oy
Priority date: 1990-08-14
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2011-08-15
Also published as: JPH06503931A; DK0543856T3; ES2099749T3; ATE147913T1; US5436936A; FI904013A0; EP0543856B1; FI85318C; TW198755B; GR3022840T3; EP0543856A1; FI904013A; WO1992003880A1; DE69124246D1; FI85318B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von Taktfehlern im Betrieb, insbesondere solche von Sendetaktgebern, die in den Basisstationen von Personenfernrufanlagen benutzt werden.
Das Problem bei Personenfemrufanlagen mit einem dichten Netz von Basisstationen ist, daß ein Rufempfänger im Sendebereich von zwei Sendern gelegen sein kann. Da die Sender auf der gleichen Frequenz arbeiten, stören sie sich gegenseitig, falls sie nicht synchronisiert sind.
Synchronisation bedeutet, daß die Sendetaktgeber der Basisstationen die gleiche Information genau zum gleichen Zeitpunkt senden - eine sogenannte Quasisynchronausstrahlung. Bei Personenfemrufanlagen mit digitaler Information bedeutet das, daß das gleiche Informationssymbol von mehreren verschiedenen Basisstationen genau zum gleichen Zeitpunkt ausgestrahlt wird. Die Ausstrahlung ist quasisynchron, wenn der Phasenunterschied der über verschiedene Basisstationen ausgesandten Symbole bei Ankunft im Rufempfänger die zum Senden des Symbols erforderliche Zeit um nicht mehr als 1/4 überschreitet.
Mit der Erhöhung der Sendegeschwindigkeit wird die Forderung nach Synchronisierung schärfer, weil sich die Sendezeit für ein Symbol verkürzt.
Besonders in den neuartigen Personenfemrufanlagen gemäß ERMES-Norm gibt es eine Forderung, daß zu Beginn der Signalmodulierung nicht mehr als ±5 µs Differenz zwischen den verschiedenen Basisstationen toleriert werden kann.
Um eine Synchronisationsgenauigkeit von 5 µs zu erreichen, muß eine Basisstation zwingend mit einer Hochpräzisions- Zeitreferenz (Atomuhr) ausgerüstet sein, die mit einer bestimmten Bezugszeit synchronisiert ist, oder mit einem kontinuierlichen Empfang des Zeitsignals der Hochpräzisions- Zeitreferenz. Ein Nachteil bei diesen beiden Lösungen ist der hohe Preis. Hochpräzisions-Zeitreferenzen sind teuer und andererseits würde das Einhalten eines erforderlichen Präzisionsgrades den Einsatz eines Satellitenempfängers voraussetzen, und diese sind ebenfalls teuer.
Ein Verfahren zum Synchronisieren eines örtlichen Taktsignals mit einem Ferntaktsignal ist aus US-A-4 843 617 bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die derzeit zur Synchronisation benutzt wird, ist das Ausrüsten einer Basisstation mit einem Quarzoszillator als Zeitreferenz und das periodische Synchronisieren der Taktgeber der verschiedenen Basisstationen miteinander auf dem Funkweg durch Senden eines Synchronisationssignals vorgesehen. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß während der Synchronisation das Senden der Rufsignale nicht möglich ist. Die Synchronisation dauert etwa eine Minute. Die Synchronisationsgenauigkeit von ±5 um würde wegen der ungenügenden Genauigkeit eines Quarzoszillators eine Synchronisierung wenigstens in fünfminütigen Abständen erfordern. Diese häufige Synchronisation verbraucht also zu viel Radiokapazität, um praktisch zu sein.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Lösung dieses Problems durch Kompensation eines Taktfehlers, so daß das Synchronisationsintervall im wesentlichen verlängert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst auf der Grundlage der kennzeichnenden Merkmale in den anhängigen Ansprüchen.
Eine Lösung der Erfindung soll jetzt in näheren Einzelheiten beschrieben werden.
Eine Taktfrequenz f2 einer Basisstation wird aus der Frequenz f1 eines Hochfrequenz-Quarzoszillators erhalten durch Teilen derselben durch eine Konstante K. Quarz-Oszillator Teiler Sendetakt
Somit verursacht die Frequenzabweichung eines Quarzoszillators eine Phasenverschiebung im Sendetakt, die über ein Synchronisationsintervall kontinuierlich zunimmt und nach der Synchronisierung auf Null zurückfällt. Da die maximal akzeptable Phasenverschiebung konstant ist, definiert die Genauigkeit eines Quarzoszillators ein erforderliches Synchronisationsintervall.
Die Frequenzabweichung eines Quarzoszillators ist das Resultat der folgenden Faktoren: Umweltbedingungen, besonders Temperatur, Alterung, Einsteilfehler und kurzzeitige Instabilität.
Die signifikantesten Faktoren sind Umweltbedingungen, Altern und Einstellfehler. Die Kurzzeit-Instabilität ist einige Male besser im Vergleich zu diesen. Alle drei signifikanten Fehlerfaktoren sind entweder konstant (Einstellfehler) oder ändern sich nur langsam (Umweltbedingungen und Altern). Das ermöglicht die Kompensation dieser Faktoren und eine kategorische Verbesserung der Merkmale eines Quarzoszillators.
Die Kompensation wird so vorgenommen, daß während der Synchronisierung der Oszillator-Betriebsfehler gemessen wird und während des Synchronisationsintervalls der Oszillator so nachgestellt wird, daß die Auswirkungen des Betriebsfehlers auf den Sendetaktgeber minimiert werden.
Die Kompensieren kann auf zwei Wegen durchgeführt werden. Ein Weg ist das Nachstellen der Frequenz des Oszillators durch gesteuerte Variable, z.B. Spannung. Der andere Weg ist das schrittweise Verschieben der Phase einer Basisstation über das Synchronisationsintervall.
Das Nachstellen der Frequenz eines Oszillators über eine gesteuerte Variable wird durch eine rückwirkende Steuerschaltung bewirkt, in der die gesteuerte Variable die Frequenz des Oszillators ist. Die wahre Frequenz des Oszillators wird während der Synchronisation gemessen und die gesteuerte Variable wird benutzt, um die Frequenz des Oszillators zu korrigieren. Diese Steuerschaltung ist langsam, weil die Synchronisation in etwa dreißigminütigen Intervallen erfolgt, um die vorhandene Frequenzrate zu messen. Der beste Steueralgorithmus zum Einstellen der Frequenz wäre eine reine Integrationssteuerung.
Ein weiteres Verfahren ist eine Phasenverschiebung des Taktgebers in der Basisstation über ein Synchronisationsintervall. Das kann mit Hilfe eines Programms bewerkstelligt werden.
Die Einheit einer Taktphasenverschiebung ist l/fl. Die Phasenverschiebung wird bewerkstelligt durch Einschluß einer entweder um 1 zu hohen oder um 1 zu niedrigen Teilkonstanten K ± 1 in den Nenner der Formel f1/K für die Dauer eines Taktzyklus, je nach der Richtung der erforderlichen Korrektur.
Die Korrektur kann bewirkt werden wie folgt:
1. Messen einer Betriebstaktabweichung, die während eines Zeitraums entsteht, der gleich dem Synchronisationsintervall ist.
2. Berechnung der wahren Abweichung durch Addieren einer während des Synchronisationsintervalls entstehenden Taktphasenverschiebung zur gemessenen Abweichung.
t1 = gemessene Abweichung
t2 = Korrektur während des Synchronisationsintervalls
t3 = wahre Abweichung
dabei hat t1 ein positives Vorzeichen, wenn der Basisstationstakt schnell im Vergleich zur Bezugszeit war, und ein negatives Vorzeichen, wenn er langsam war. Die Korrektur f2 ist positiv wenn der Basisstationstakt verlangsamt wurde, und negativ, wenn der Takt über das Synchronisationsintervall beschleunigt wurde.
t3 = t1 + t2
3. Berechnen einer Abweichung je Einheitszeit t4.
Ts = Synchronisationsintervall
t4 = t3/Ts
4. Berechnung einer erforderlichen Korrekturperiode Tk.
Tk = 1/ (t4*f1)
5. Korrektur der Sendetaktphase bei Tk Intervallen durch Variieren einer Teilungskonstanten K des Teilers für die Dauer einer einzelnen Periode durch einen entweder um 1 niedrigeren oder um 1 höheren Nenner. Wenn t4 negativ ist, wird 1 von der Konstanten abgezogen, und wenn t4 positiv ist, wird 1 hinzugezählt.
Somit erzeugt die Veränderung ±1 der Teilerkonstanten K eine Korrektur der Phase eines Taktes gleich der Phasenverschiebungseinheit 1/f1, und die Korrekturperiode Tk bestimmt, wie oft diese Korrektur während des Synchronisationsintervalls gemacht werden muß. Als Beispiel kann angenommen werden, daß der Oszillator eine Frequenz von 4 MHz hat und die Konstante K in der Größenordnung von 1000 liegt.

Claims

1. Verfahren zum Kompensieren eines Taktfehlers, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Erzeugen einer Taktfrequenz (f2) aus einer Frequenz (f1) eines Hochfrequenzoszillators durch Teilen derselben durch eine Konstante (K) und, in bestimmten Intervallen, Synchronisieren eines Takts mit einer externen Bezugsfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß

während der Taktsynchronisation eine Taktbetriebsabweichung auftritt, die während einer Periode erzeugt wurde, die gleich dem Synchronisationsintervall ist, das durch Vergleich der Taktphase mit der Bezugsfrequenz gemessen wird und während des Synchronisationsintervalls, d.i. des Intervalls zwischen den Synchronisationsschritten, die oszillatorfrequenz (f1) mittels einer gesteuerten Variablen, wie z.B. Spannung, auf der Grundlage der Messung eines Oszillatorbetriebsfehlers, berichtigt wird, so daß die Auswirkung des Oszillatorbetriebsfehlers auf den Takt minimiert wird.

2. Verfahren zum Kompensieren eines Taktfehlers, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

Erzeugen einer Taktfrequenz (f2) aus einer Frequenz (f1) eines Hochfrequenzoszillators durch Teilen derselben durch eine Konstante (K) und, in bestimmten Intervallen, Synchronisieren eines Takts mit einer externen Bezugsfrequenz durch Verändern der Teilerkonstanten (K) je nach Bedarf, dadurch gekennzeichnet, daß

während der Taktsynchronisation eine Taktbetriebsabweichung auftritt, die während einer Periode erzeugt wurde, die gleich dem Synchronisationsintervall ist, das durch Vergleich der Taktphase mit der Bezugsfrequenz gemessen wird, und auf der Grundlage dieses Phasenvergleichs die Taktphase verschoben wird durch Verändern der Teilerkonstante (K) um 1 nach oben oder um 1 nach unten (± 1) für die Dauer eines einzigen Zyklus eines Sendetakts (K/f1) in gewissen Korrekturintervallen (Tk), wobei dieses Korrekturintervall errechnet wird auf der Grundlage der gemessenen Taktbetriebsabweichung, die während des Synchronisationsintervalls erzeugt wird.

3. Die Anwendung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren benutzt wird, um die Kompensation von Sendetakten in den Basisstationen eines Funksendenetzes zu bewirken, wobei die Sendetakte der Basisstationen in bestimmten Intervallen synchronisiert werden, entweder miteinander oder mit einer gemeinsamen Bezugszeit, und diese Kompensation eines Betriebsfehler während des Synchronisationsintervalls bewirkt wird.