DE69130330T2

DE69130330T2 - Oszillatoreinheit mit verbesserter frequenzstabilität

Info

Publication number: DE69130330T2
Application number: DE69130330T
Authority: DE
Inventors: Raimo Sf-90630 Oulu Jylhae
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1991-01-09
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2011-12-20
Also published as: DE69130330D1; WO1992012576A1; NO932317L; FI87867B; FI910115A0; EP0566586A1; AU9047791A; AU653377B2; NO932317D0; US5406231A; FI87867C; FI910115A; NO301507B1; EP0566586B1; ATE172069T1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatoreinheit mit verbesserter Frequenzstabilität.
In den Spezifikationen des neuen europäischen digitalen Mobilfunksystems GSM (Groupe Special Mobile) ist definiert, daß die Nominalfrequenz der Oszillatoreinheit der Basisstation, d.h. die Grundfrequenz, aus der der Takt und die Synchronisationssignale der Basisstation abgeleitet werden, nicht mehr als 0,6 Hz von dem spezifizierten Wert abweichen darf. Es ist daher eine Oszillatoreinheit mit angemessender Frequenzstabilität erforderlich.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Oszillatoranordnung mit zuverlässiger Frequenzstabilität bereitzustellen.
Dies wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Oszillatoreinheit, die gekennzeichnet ist durch zumindest drei Oszillatoren mit derselben Nominalfrequenz; einer Einrichtung zum Auswählen eines der Oszillatoren für eine Verbindung mit dem Ausgang der Oszillatoreinheit; eine Einrichtung zum paarweisen Vergleichen der Oszillatorfrequenzen und zum Steuern der Auswahleinrichtung zum Ersetzen des mit dem Ausgang der Oszillatoreinheit verbundenen Oszillators durch einen anderen Oszillator, wenn die Frequenz des gerade mit dem Ausgang verbundenen Oszillators zumindest um einen vorbestimmten Frequenzunterschied von den Frequenzen der anderen Oszillatoren abweicht.
In der Erfindung werden zumindest drei Oszillatoren mit derselben Nominalfrequenz verwendet, wobei einer der Oszillatoren angeschlossen ist, um die Ausgangsfrequenz der Oszillatoreinheit zu erzeugen, wobei die Oszillatorfrequenzen paarweise miteinander verglichen werden, so daß ein individueller Oszillator feststellbar ist, dessen Frequenz von der Frequenz der anderen Oszillatoren abzudriften beginnt. Ist ein solcher instabiler Oszillator gerade mit dem Ausgang der Oszillatoreinheit verbunden, so kann er durch einen stabileren Bereitschaftsoszillator ersetzt werden, wenn die Abweichung seiner Ausgangsfrequenz von der Ausgangsfrequenz der anderen Oszillatoren einen vorbestimmten Frequenzunterschied überschreitet. Gleichzeitig kann ein Alarm zum Anzeigen des Fehlers des Oszillators abgegeben werden. Erfindungsgemäß kann auf diese Weise eine Oszillatoreinheit mit angemessener Zuverlässigkeit und Frequenzstabilität erzielt werden.
Es folgt eine nähere Beschreibung der Erfindung anhand eines erläuternden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur, in der ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Oszillatoreinheit gezeigt ist.
Die erfindungsgemäße Oszillatoreinheit umfaßt zumindest drei Oszillatoren 1, 2 und 3 mit derselben Nominalfrequenz und Ausgängen 1a, 2a bzw. 3a, von denen einer durch eine Schalteinheit 14 zu einem Ausgang 14a der gesamten Oszillatoreinheit geschaltet wird. Die Schalteinheit 14 wählt den zu dem Ausgang 14a zu schaltenden Oszillator im Ansprechen auf ein Auswahlsignal 13a von einer Auswahleinheit 13 aus. Die Auswahleinheit 13, wiederum, veranlaßt die Schalteinheit 14 zum Wechseln des Oszillators entweder beim Empfang einer Information über eine Änderung der Frequenz des mit dem Ausgang verbundenen Oszillators von einer speziellen Oszillatorüberwachungsschaltung, oder im Ansprechen auf ein Steuersignal 15.
Zum Überwachen der Frequenzen der Oszillatoren 1, 2 und 3 werden deren Ausgänge mit einer speziellen Frequenzvergleichsschaltung verbunden, in der die Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren paarweise miteinander verglichen werden und die die Auswahleinheit 13 veranlaßt, dem gerade mit dem Ausgang 14a der Oszillatoranordnung verbundenen Oszillator durch einen anderen redundanten Oszillator zu ersetzen, wenn die Fre quenz des aktuellen Oszillators von den Frequenzen der redundanten Oszillatoren zumindest um einen vorbestimmten Frequenzunterschied abweicht.
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß der Figur umfaßt die Frequenzvergleichsschaltung drei Schaltungen 4, 5 und 6, die eine logische XOR-Verknüpfung durchführen. Die Eingangssignale der XOR-Schaltung 4 umfassen die Ausgangsignale 1a und 2a der Oszillatoren 1 und 2; die Eingangssignale der XOR-Schaltung 5 umfassen die Ausgangssignale 2a und 3a der Oszillatoren 2 und 3; und die Eingangssignale der XOR-Schaltung 6 umfassen die Ausgangssignale 1a und 3a der Oszillatoren 1 und 3. Jede XOR-Schaltung 4, 5 und 6 führt die logische XOR-Verknüpfung des entsprechenden Eingangssignalpaars fortlaufen durch, wobei das Ausgangssignal der XOR-Schaltung 0 ist, wenn die Eingangssignale dieselbe Frequenz aufweisen und phasengleich sind, und eine Impulssequenz aufweist, wenn ein Phasenunterschied zwischen den Eingangssignalen auftritt. Die Breite (Frequenz) der individuellen Impulse der Impulssequenz des Ausgangssignals ist somit von dem Betrag des Phasenunterschieds zwischen den Eingangsignalen der XOR-Schaltung abhängig.
Die Ausgangssignale 4a, 5a, 6a einer jeden XOR-Schaltung 4, 5, 6 sind mit einem Frequenzspannungsumsetzer 7, 8 bzw. 9 verbunden. Jeder Frequenzspannungsumsetzer 7, 8, 9 wandelt die an diesem anliegende Impulssequenz in eine entsprechende Spannung um, deren Pegel proportional zu dem Frequenzunterschied zwischen den verglichenen Signalen ist, und enthält einen Schwellwertpegelkomparator zum Vergleichen des so erzeugten Spannungspegel mit einer vorbestimmten Bezugsspannung, die einem vorbestimmten erlaubten Frequenzunterschied zwischen den Eingangssignalen der XOR-Schaltung entspricht. Der logische Zustand des Schwellwertpegelkomparators und damit der Zustand des Ausgangssignals des gesamten Frequenzspannungsumsetzers 7, 8 oder 9 ändert sich von 0 auf 1, wenn der umgewandelte Spannungspegel die Bezugsspannung überschreitet. Somit gibt der Zustand des Ausgangssignals des Frequenzumsetzers 7 an, ob der Unterschied zwischen den Frequenzen der Oszillatoren 1 und 2 geringer als der vorbestimmte Frequenzunterschied ist. Die Ausgangssignale der Frequenzspannungsumsetzer 8 und 9 geben denselben Sachverhalt hinsichtlich des Unterschieds zwischen den Frequenzen der Oszillatoren 2 und 3 bzw. der Oszillatoren 1 und 3 an.
Weicht die Frequenz eines der Oszillatoren 1, 2 oder 3 von der Frequenz der anderen beiden Oszillatoren mehr als erlaubt ab, so ändert sich der logische Zustand zweier Frequenzspannungsumsetzer von 0 auf 1. Der instabile Oszillator ist nun durch Überprüfen desjenigen Oszillators identifizierbar, dessen Ausgangssignal eines der verglichenen Eingangssignale in beiden Umsetzern mit dem Ausgangszustand 1 gebildet hat. Weisen beispielsweise die Ausgangssignale 7a und 9a der Frequenzspannungsumsetzer 7 und 9 den logischen Zustand 1 auf, so kann der Oszillator 1 als instabil identifiziert werden, da er der einzige Oszillator ist, der sowohl mit dem XOR- Gatter 4 als auch mit dem XOR-Gatter 6 verbunden ist. Für die vorgenannte Oszillatoridentifizierung umfaßt die in der Figur gezeigte Oszillatoreinheit drei Schaltungen 10, 11 und 12 zum Durchführen der logischen ODER-Verknüpfung. Die Ausgangssignale 7a, 9a der Umsetzer 7 und 9 bilden die Eingangssignale der ODER-Schaltung 10; die Ausgangssignale 8a und 9a der Umsetzer 8 und 9 bilden die Eingangssignale der ODER- Schaltung 11; und die Ausgangssignale 7a und 9a der Umsetzer 7 und 9 bilden die Eingangssignale der ODER-Schaltung 12. Somit gibt der logische Zustand 1 des Ausgangssignals 10a der ODER-Schaltung 10 unmittelbar eine übermäßige Frequenzabweichung des Oszillators 1 an. Das Ausgangssignal 11a der ODER- Schaltung 11 und das Ausgangssignal 12a der ODER-Schaltung 12 geben den gleichen Sachverhalt hinsichtlich des Oszillators 2 bzw. des Oszillators 3 an. Die Signale 10a, 11a, und 12a werden der Auswahleinheit 13 als Steuereingaben zugeführt.
Die Oszillatoreinheit wird wie folgt betrieben. Es wird angenommen, daß der Oszillator 1 im vorliegenden Zustand durch die Schalteinheit 14 mit dem Ausgang 14a der Oszillatoreinheit verbunden ist. Danach beginnt die Frequenz des Oszillators 1 von der Frequenz der Bereitschaftsoszillatoren 2 und 3 abzudriften, bis der Frequenzunterschied einen erlaubten vorbestimmten Wert überschreitet, wodurch die Ausgangssignale der Umsetzer 7 und 9 und dadurch das Ausgangssignal 10a der ODER-Schaltung 10 ihren logischen Zustand von 0 auf 1 ändern. Im Ansprechen darauf veranlaßt die Auswahleinheit 13 die Schalteinheit 14 zum Verbinden des Bereitschaftsoszillators 2, anstelle des Oszillators 1, mit dem Ausgang 14a.
Wird die erfindungsgemäße Oszillatoreinheit in der Basisstation eines Mobilfunksystems eingesetzt, so befindet sich die Nominalfrequenz der Oszillatoren 1, 2 und 3 vorzugsweise im Bereich von 10 bis 15 MHz und der vorbestimmte Frequenzunterschied beträgt vorzugsweise 0,5 Hz.
Die Figur und die darauf bezogene Beschreibung sind lediglich zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung beabsichtigt. Die erfindungsgemäße Oszillatoreinheit kann in ihren Einzelheiten innerhalb des Umfangs der beiliegenden Patentansprüche abweichen.

Claims

1. Oszillatoreinheit mit verbesserter Frequenzstabilität, gekennzeichnet durch

zumindest drei Oszillatoren (1, 2, 3) mit derselben Nominalfrequenz;

eine Einrichtung (14, 15) zum Auswählen eines der Oszillatoren (1, 2, 3) für eine Verbindung mit einem Ausgang (14a) der Oszillatoreinheit;

eine Einrichtung (4 bis 12) zum paarweise Vergleichen der Oszillatorfrequenzen miteinander und zum Steuern der Auswahleinrichtung (14, 15) zum Ersetzen des gerade mit dem Ausgang der Oszillatoreinheit verbundenen Oszillators durch einen anderen Oszillator, wenn die Frequenz des gerade mit dem Ausgang verbundenen Oszillators von den Frequenzen der anderen Oszillatoren zumindest um einen vorbestimmten Frequenzunterschied abweicht.

2. Oszillatoreinheit nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Oszillatoreinheit umfaßt

einen ersten, einen zweiten und einen dritten Oszillator (1, 2, 3);

eine erste (4, 7, 10), eine zweite (5, 8, 11) und eine dritte (6, 9, 12) Frequenzvergleichseinrichtung zum Vergleichen der Frequenzen des ersten (1) und des zweiten (2) Oszillators, der Frequenzen des zweiten (2) und des dritten (3) Oszillators bzw. der Frequenzen des ersten (1) und des dritten (3) Oszillators, zum Erzeugen eines ersten (10a), eines zweiten (10b) bzw. eines dritten (10c) Steuersignals, wenn die Abweichung zwischen den beiden in jedem einzelnen Fall miteinander verglichenen Frequenzen zumindest einen vorbestimmten Frequenzunterschied beträgt; und daß

die Auswahleinrichtung (14, 15) den mit dem Ausgang (15a) der Oszillatoreinheit verbundenden Oszillator (1, 2, 3) durch einen anderen Oszillator ersetzt, wenn beide Frequenzvergleichseinrichtungen, mit denen der Oszillator verbunden ist, ein Steuersignal erzeugen.

3. Oszillatoreinheit nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß

jede Frequenzvergleichseinrichtung umfaßt ein XOR-Gatter (4, 5, 6) mit zwei Eingängen, einen Frequenz/Spannungs-Umsetzer (7, 8, 9) zum Umwandeln eines Ausgangssignals (4a, 5a, 6a) des XOR-Gatters, und einem Schwellwertkomparator zum Vergleichen des Ausgangsspannungspegels des Frequenz/Spannungss- Umsetzers mit einer Bezugsspannung, die dem vorbestimmten Frequenzunterschied entspricht, und zum Erzeugen eines entsprechenden Steuersignals (7a, 8a, 9a) wenn der Ausgangsspannungspegel des Frequenz/Spannungs-Umsetzers diese Bezugsspannung überschreitet.

4. Oszillatoreinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Frequenzunterschied weniger als 0,6 Hz beträgt.

5. Oszillatoreinheit nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nominalfrequenz der Oszillatoren (1, 2, 3) im Bereich von 10 bis 15 MHz befindet.