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Auf Datenpakete basierende Telekommunikationsnetze
wurden entwickelt, um Datenströme
mit konstanter Bitrate (CBR) zwischen einer Quell- und einer Zielvermittlungseinrichtung
in Form gemultiplexter Datenpakete oder Zellen zu übertragen,
die bei der Zielvermittlungseinrichtung zu einem CBR-Datenstrom rekombiniert
werden. In solchen Netzen ist es notwendig, die Frequenz zu synchronisieren
und die Phasenbeziehung zwischen dem rekombinierten CBR-Strom und
einem Quell-CBR-Strom, der bei der Quellvermittlungseinrichtung
ankommt, beizubehalten. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät und ein
Verfahren, um diese Synchronisiation zu erreichen.
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1 zeigt
ein Übertragungsnetz
mit asynchronem Übertragungsmodus
(ATM) zur Übertragung
von CBR-Datenströmen
in Form von ATM-Zellen. Ein CBR-Datenstrom 2, der bei einer
Quellvermittlungseinrichtung 4 ankommt, wird in ATM-Zellen 6 umgewandelt,
die über
ein ATM-Netz 8 zu einer Zielvermittlungseinrichtung 10 übertragen
werden. Die ATM-Zellen 6 werden bei einer Zielvermittlungseinrichtung 10 in
einen CBR-Datenstrom 12 rekombiniert. Bei der Übertragung
eines CBR-Signals über
das auf Datenpaketen basierende Netz, sollte die Rate, mit welcher
Daten die Zielvermittlungseinrichtung 10 verlassen, die
gleich sein wie die Rate, mit der sie bei der Quellvermittlungseinrichtung 4 ankommen,
was es erfordert, daß die
Frequenzen des rekombinierten CBR-Stroms 12 und des CBR-Quellstroms 2 synchronisiert
sind.
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Ein vorgeschlagenes Verfahren der
Frequenzsynchronisation ist die Verwendung von Restzeitprotokoll(RTS)-Werten,
die bei der Quellvermittlungseinrichtung 4 unter Verwendung
der Frequenz des CBR-Quellstroms 2 berechnet werden und
als Teil der ATM-Zelle 6 zu der Zielvermittlungseinrichtung 10 übertragen
werden, wo die RTS-Werte verwendet werden, um die Frequenz des CBR-Quellstroms 2 zu
berechnen. 1 zeigt so
ein System. Ein CBR-Leitungsendgerät 14 entnimmt die
Frequenz 14A und Daten 14B, die zu dem CBR-Strom 2 gehören. Die
Daten 14B werden zu einem Nutzzellengenerator 16 weitergeleitet,
der den Datenstrom puffert und in Datenzellen mit der erforderlichen
Anzahl von Bits unterteilt. Die Datenzellen werden von dem ATM-Zellengenerator 18,
der die Datenzellen mit einem entsprechenden Vorspann kombiniert,
der von dem Zellenvorspanngenerator 20 erzeugt wird, in
ATM-Zellen 6 umgewandelt. Der Vorspann enthält den RTS-Wert, der von dem
RTS-Generator 22 unter Verwendung der Frequenz 14A des
CBR-Stroms 2 erzeugt wurde.
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Bei der Zielvermittlungseinrichtung 10 werden
die empfangenen ATM-Zellen 6 in einem Zellenpuffer 38 gepuffert.
Der ATM-Zellenvorspann wird von dem Zellenvorspannprozessor 40 verarbeitet,
der den empfangenen RTS-Wert 42 entnimmt, während die
ATM-Zellendaten von dem Zellenpuffer 38 zu einem Nutzzellenprozessor 43 geleitet
werden, bevor sie zu einem CBR-Strom 12 von dem CBR-Generator 48 rekombiniert werden.
Die empfangenen RTS-Werte 42 werden von der Berechnungseinrichtung 44 verwendet,
um die CBR-Quellfrequenz zu berechnen. Die Frequenz eines Lokaloszillators 46 wird
auf diese berechnete Frequenz eingestellt, wodurch die Frequenz
des rekombinierten CBR-Stroms 12 aufrechterhalten wird.
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Die RTS-Werte werden durch das Verfahren
für synchrone
Restzeitprotokolle (SRTS) erzeugt, welches in der Empfehlung I-365,
Beschreibung der B-ISDN-ATM-Anpassungschicht (AAL), vorläufiges Dokument
60 SGXVIII von 1993 des internationalen Beratungskomitees für Telegrafen
und Telefone (CCITT) standardisiert ist, die nun als internationale
Te lekommunikationsvereinigung (ITU) bekannt ist, und in dem US-Patent
Nr. 5,260,978 beschrieben ist. 2 zeigt
einen RTS-Generator, der das SRTS-Verfahren verwendet. Das Verfahren
umfaßt
das kontinuierliche Takten eines Modulo-16-Zählers 24 mit
einem Takt 26, der sich auf eine Netzreferenzfrequenz 28 bezieht.
Der Takt 26 wird erzeugt, indem die Netzreferenzfrequenz 28 durch
eine ganze Zahl x unter Verwendung der Teilerschaltung 30 geteilt
wird. Der Wert von x wird in der CCITT-Empfehlung definiert und
ist eine Potenz von zwei, welche die folgende Bedingung erfüllt:
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Ein Zählerleser 32 dient
dazu, den Stromwert des Zählers 24 alle
n Zyklen der Quellfrequenz abzutasten, wobei n durch die CCITT-Empfehlungen
definiert wird. Diese Abtastperiode wird durch Teilen der Frequenz
des CBR-Stroms 14A durch n unter Verwendung des Teilers 34 abgeleitet.
Geeigneterweise weist der Zählerleser 32 einen
Signalspeicher für
vier Bits mit einer Steuerelektrode auf. Der Wert 36, der von dem
Zähler 24 gelesen
wird und im Bereich von 0 bis 15 (vier Bits) ist, bildet einen RTS-Wert
und wird als Teil des Vorspanns einer Anzahl von ATM-Zellen 6 zu
der Zielvermittlungseinrichtung 10 übertragen.
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Die Frequenz des Lokaloszillators 46 wird
von der Berechnungseinrichtung 44 eingestellt, die die CBR-Quellfrequenz
unter Verwendung der empfangenen RTS-Werte und der Netzreferenzfrequenz 28 berechnet.
Für eine
stabile CBR-Quellfrequenz wird sich der RTS-Wert ungefähr linear
mit der Zeit ändern.
Die Anzahl der Abtastperioden, die für die Änderung des RTS-Werts erforderlich
sind, hängt
von dem Verhältnis der
Netzfrequenz 28 zu den CBR-Quellfrequenzen ab. Folglich
ist die durchschnittliche Veränderungsgeschwindigkeit
des RTS-Werts als Funktion der Zeit abhängig von der Quellfrequenz
und kann verwendet werden, um die CBR-Quellfrequenz zu berechnen.
Obwohl es theoretisch nur erforderlich ist, die Anzahl der empfangenen
RTS-Werte zu zählen,
um die Veränderungsgeschwindigkeit
des RTS-Werts zu bestimmen, bevor sich der Wert ändert, ist eine Mittelwertbildung über eine
große
Anzahl von RTS-Werten tatsächlich
erforderlich, um eine genaue Frequenzbestimmung zu erreichen. Die
berechnete Frequenz wird verwendet um die Frequenz des Lokalosziallators 46 beizubehalten.
Auf diese Weise wird die Frequenz des Lokaloszillators 46 mit der
Frequenz des CBR-Quellstroms 2 synchronisiert.
So ein System hält
jedoch die ursprüngliche
Phasenbeziehung zwischen dem Quellstrom 2 und dem rekombinierten
CBR-Strom 12 nicht bei, da die Frequenz des Lokaloszillators 46 angepaßt wird.
Mathematisches Modellieren für
solch ein System, für
welches die Netzreferenzfrequenz 155,52 MHz ist, die CBR-Quellpunktfrequenz
2,048 MHz ist, n = 3008 und x = 64 ist, zeigt an, daß ein akkumulierter
Phasenfehler von ungefähr
von 5 Bits während
der Frequenzsynchronisation erwartet werden kann, die innerhalb
von ungefähr
0,3 Sekunden abläuft.
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Die US-Patentschrift Nr. 5,260,978
offenbart eine RTS-Technik
zur Wiederherstellung des Zeitabstimmungssignals für ein Dienstsignal
mit konstanter Bitrate bei einem Zielknoten eines auf synchronen
ATM-Datenpaketen basierenden Telekommunikationsnetzes. Bei dem Quellknoten
zählt ein
freier Zähler
mit P Bits, die Zyklen einer Netzreferenzfrequenz. Am Ende einer
jeden RTS-Periode (N Diensttaktzyklen) wird der gegenwärtige Zählwert des
Zählers
mit P Bits, der als das RTS definiert ist, gelesen und in den ATM-Paketen
zu dem Zielknoten übertragen.
Bei dem Zielknoten wird ein Pulssignal abgeleitet, für welches
die Perioden durch die Anzahl der Netzreferenzfrequenzzyklen bestimmt
werden, die durch das empfangene RTS dargestellt werden. Das Pulssignal
wird mit dem Faktor N multipliziert und geglättet, um einen Takt abzuleiten,
der dem Dienstabstimmungssignal entspricht.
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Erfindungsgemäß wird eine Synchronisationsschaltung
zur Verwendung in einem auf gemultiplexten Datenpaketen basierenden
Telekommunikationsnetz geschaffen, das fähig ist, Datenströme mit konstanter
Bitrate (CBR) zwischen einer Quellvermittlungseinrichtung und einer
Zielvermittlungseinrichtung in Form gemultiplexter Datenpakete zu übertragen,
wobei die Datenpakete ein Quellrestzeitprotokoll (RTS) einschließen, das von
einer Netzreferenzfrequenz und der Frequenz der CBR-Datenströme unter
Verwendung eines RTS-Verfahrens
erzeugt wird, wobei die Synchronisationsschaltung aufweist: einen
Lokaloszillator für
die Zielvermittlungseinrichtung zur Erzeugung einer Lokaloszillatorfrequenz,
wobei die Synchronisationsschaltung ist gekennzeichnet durch einen
lokalen Generator für
Restzeitprotokolle (RTS) zur Erzeugung eines lokalen RTS aus der
Netzreferenzfrequenz und der Lokaloszillatorfrequenz unter Verwendung
des RTS-Verfahrens; einen Komparator zur Bestimmung einer Differenz
zwischen dem lokalen RTS und dem Quell-RTS, die von Datenpaketen
entnommen wird, die an der Zielvermittlungsstelle empfangen werden;
und eine Lokaloszillatorsteuerung zum Einstellen der Frequenz und
Phase des Lokaloszillators als Reaktion auf die Differenz der RTS-Werte,
um die Differenz im wesentlichen konstant beizubehalten.
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Vorzugsweise weist der lokale RTS-Generator
auf: einen Zähler,
der mit einem Takt getaktet wird, der von der Netzreferenzfrequenz
abgeleitet ist; einen n-Teiler zum Teilen der Frequenz des Lokaloszillators
durch n; und einen Zählerleser
zum Lesen des Zählerausgangssignals
alle n Zyklen der Lokaloszillatorfrequenz, wobei der Zählwert,
der von dem Zähler
gelesen wird, das lokale RTS umfaßt.
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Vorteilhafterweise verstellt die
Oszillatorsteuerung die Frequenz des Lokaloszillators, um einen
Betrag, der in Bit s–1 definiert ist und
gleich dem Quadrat der Differenz ist.
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Vorzugsweise verstellt die Oszillatorsteuerung
die Phase des Lokaloszillators um einen Betrag, der in Bit s–1 definiert
ist, so daß sich
die Phase im wesentlichen zur gleichen Zeit stabilisiert, zu der
die Frequenzsynchronisation eintritt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung wird ein Verfahren zur Sychronisation eines Lokaloszillators
bei einer Zielvermittlungseinrichtung für Datenströme mit konstanter Bitrate (CBR)
zur Verwendung in einem auf gemultiplexten Datenpakete basierenden
Telekommunikationsnetz geschaffen, das fähig ist, Datenströme mit einer
konstanten Bitrate (CBR) zwischen einer Quellvermittlungseinrichtung
und der Zielvermittlungseinrichtung in Form von gemultiplexten Datenpaketen
zur übertragen,
wobei das Verfahren aufweist: das Erzeugen eines Quellrestzeitprotokolls
RTS aus einer Netzreferenzfrequenz und der Frequenz der CBR-Datenströme unter
Verwendung eines RTS-Verfahrens; das Entnehmen des Quell-RTS von
den empfangenen Datenpaketen bei der Zielvermittlungseinrichtung,
wobei das Verfahren ist, gekennzeichnet durch das Erzeugen eines
lokalen RTS aus der Netzreferenzfrequenz und der lokalen Oszillatorfrequenz
unter Verwendung des RTS-Verfahrens; das Vergleichen des Quell-RTS
und des lokalen RTS, um eine Differenz zwischen den RTS-Werten zu bestimmen;
und das Einstellen der Frequenz und Phase des Lokaloszillators,
um die Differenz der RTS-Werte im wesentlichen konstant zu halten.
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Vorteilhafterweise umfaßt das Verfahren
das Erzeugen des RTS-Quellwerts und des lokalen RTS unter Verwendung
des synchronen Restzeitprotokollverfahrens (SRTS).
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Vorzugsweise umfaßt das Verfahren außerdem das
Verstellen der Frequenz des lokalen Oszillators um einen Betrag,
der in Bit s–1 definiert
wird und gleich dem Quadrat der Differenz ist.
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Vorteilhafterweise beinhaltet das
Verfahren außerdem
das Verstellen der Phase des Lokaloszillators um einen Betrag, der
in Bit s–1 definiert
ist, so daß sich
die Phase im wesentlichen zur gleichen Zeit wie die Frequenz stabilisiert.
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Die Erfindung wird nun beispielhaft
mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden,
in denen:
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1 ein
auf Datenpakete mit asynchronem Übermittlungsmodus
(ATM) basierendes Telekommunikationsnetz ist,
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2 ein
Restzeitprotokoll(RTS)-Generatorschaltung ist, die das synchrone
Restzeitprotokoll(SRTS)-Verfahren verwendet,
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3 eine
Zielvermittlungseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Sychnronisationsschaltung
ist, und
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4 die
Veränderung
des lokalen RTS-Werts und des RTS-Quellwerts als Funktion der Zeit zeigt.
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Mit Bezugnahme auf 3 ist eine Zielvermittlungseinrichtung 10 eines
auf ATM-Datenpaketen basierenden Telekommunikationsnetzes mit einer
Synchronisationsschaltung zur Synchronisation der Frequenz und zum
Beibehalten der Phasenbeziehung eines Lokaloszillators 46 zu
dem CBR-Quellstrom 2 gezeigt.
Die ATM-Zellen 6, die bei der Zielvermittlungseinrichtung 10 ankommen,
werden in einem Zellenpuffer 38 gepuffert. Die Information,
die in dem Vorspann der ATM-Zelle 6 enthalten ist, wird
von dem Zellenkopfprozessor 40 verarbeitet, um den RTS-Quellwert 41 zu entnehmen.
Dieser RTS-Wert 41 wird an einem ersten Eingang 52a eines
Komparators 52 angelegt. Ein lokaler RTS-Generator 50 berechnet
einen lokalen RTS-Wert 51 unter Verwendung der Frequenz
des Lokaloszillators 46 und der Netzreferenzfrequenz 28.
Der lokale RTS-Generator 50 verwendet das gleiche Verfahren,
um den lokalen RTS-Wert 51 zu erzeugen, wie das, welches
bei der Zielvermittlungseinrichtung 4 angewandt wird, um
den RTS-Quellwert zu erzeugen, beispielsweise das RTS-Verfahren
wie es in 2 gezeigt
ist. Der lokale RTS-Wert wird mit dem RTS-Quellwert 41 verglichen, indem
er an einem zweiten Eingang 52b des Komparators 52 angelegt
wird. Der Ausgang des Komparators 52, der die Differenz
der RTS-Werte darstellt, wird von einer Oszillatorsteuerung 54 verwendet,
um die Frequenz und Phase des Lokaloszillators 46 anzupassen,
um die Frequenz zu synchronisieren und die Phasenbeziehung zwischen
dem CBR-Quellstrom
und dem Lokaloszillator unter Verwendung eines Verfahrens vom Typ
mit phasenstarren Schleifen beizubehalten.
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Wenn der Lokaloszillator 46 die
gleiche Phase und die gleiche Frequenz wie der CBR-Quellstrom 2 hat,
werden der lokale RTS-Wert 51 und der RTS-Quellwert 41 gleich
sein und sich gleichartig als Funktion der Zeit ändern. Im Großteil der
Fälle wird
es jedoch einen Phasenunterschied geben und es ist in einem ATM-Netz wünschenswert,
diese Differenz eher beizubehalten als sie zu minimieren. Die Phasendifferenz
bezieht sich auf die Differenz zwischen dem RTS-Werten wie in 4 gezeigt. Die Phasenbeziehung
zwischen dem CBR-Quellstrom 2 und dem Lokaloszillator 46 kann
deshalb beibehalten werden, wenn diese Differenz konstant gehalten
werden kann. Dies wird dadurch erreicht, daß die Oszillatorsteuerung 54 die
Phase 46a des Lokaloszillator 46 anpaßt, um die
Differenz zwischen dem RTS-Quellwert 41 und dem lokalen
RTS-Wert 51 beizubehalten.
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Die Frequenz des CBR-Quellstroms 2 bezieht
sich auf die Veränderungsgeschwindigkeit
des Quell-RTS mit der Zeit. Das ist der Gradient des Graphen, der
in 4 gezeigt ist. Ähnlich bezieht
sich die Lokaloszillatorfrequenz auf den entsprechenden Gradienten
des lokalen RTS-Werts als Funktion der Zeit. Um die Frequenz des
CBR-Quellstroms 2 und des Lokaloszillators 46 zu
synchronisieren, ist es deshalb erforderlich, daß diese Gradienten gleich sind.
Anstelle es zu versuchen, die Gradienten beizubehalten, was eine
Mittelwertbildung über
eine große
Anzahl von Werten erfordert, um die Frequenzwerte zu bestimmen,
ist die Oszillatorsteuerung 54 jedoch eingerichtet, um
die Frequenz 46b des Lokaloszillators 46 zu verstellen,
um die Differenz zwischen dem RTS-Quellwert 41 und dem
lokalen RTS-Wert 51 beizubehalten. Indem die Differenz zwischen
den RTS-Werten beibehalten wird, wird der lokale RTS-Wert dem RTS-Quellwert
folgen und Frequenzsynchronisation wird erreicht. Innerhalb 4 wird die Frequenzsynchronisation
bei einem Punkt A auf der Zeitachse erreicht.
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Irgendein Algorithmus kann von der
Oszillatorsteuerung 54 verwendet werden, um zu bestimmen,
wie die Lokaloszillatorfrequenz und -phase gemäß der Differenz der RTS-Werte
verstellt werden sollte. Als Beispiel dient ein Netz, das einen
CBR-Datenstrom mit einer Punktfrequenz von 2,048 Mbits–1 überträgt und mit
einer Netzreferenzfrequenz von 155,520 Mbits–1 betrieben
wird. Der Wert von x wird 64 sein (155,52 2,048 = 75,94 ≈ 26) und n = 3008 (47 × 8 × 8 = keine Oktets × keine
Bits × keine
Zellen zwischen dem bestimmenden RTS-Wert. In solch einem Netz ist
die Oszillatorsteuerung 54 eingerichtet, um die Phase des
Lokaloszillators 46 um ein Fünfzehntel eines Bits zu verstellen
und die Frequenz um einen Betrag (der in Bits s–1 definiert
ist), der gleich dem Quadrat der Differenz zwischen den zwei RTS-Werten
ist, zu verstellen. Durch diesen Algorithmus wird eine Frequenzsynchronisation
und Phasenstabilität
für den
schlimmsten Fall (das heißt
50 ppm der Punktfrequenz von 2,0479 MHz) innerhalb von 0,3 Sekunden
mit einem Restphasenfehler von weniger als 0,3 Bits erreicht. Das
Phaseninkrement von ein Fünfzehntel
eines Bits wird gewählt,
um sicherzustellen, daß sich die
Phasenbeziehung auch ungefähr
zur gleichen Zeit wie die Frequenzsynchronisation stabilisiert,
das heißt innerhalb
von 0,3 Sekunden.
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Vorzugsweise wird der Algorithmus
während
einer anfänglichen
Periode eines jeden empfangenen RTS-Werts für die schnelle Synchronisation
angewandt und dann werden Verstellungen nur periodisch nach einer
vorherbestimmten Anzahl von Zellen durchgeführt, um die Jitter-Anhäufung zu
verringern. Um die Wirkung zu verringern, welche ein fehlerhafter
RTS-Quellwert auf den Betrieb des Systems haben könnten, überprüft der Zellenvorspannprozessor
den empfangenen RTS-Wert
auf seine Gültigkeit.
Wenn ein fehlerhafter RTS-Wert erfaßt wird, wird ein Steuerungssignal 56 an
die Oszillatorsteuerung 54 abgegeben. Die Oszillatorsteuerung 54 ist
auf Empfang eines Signals 56 dafür ausgelegt, entweder den Betrieb
einzustellen oder die gegenwärtige
Lokaloszillatorfrequenz und Phase beizubehalten oder einen Wert
des Quell-RTS auf
Grundlage der Vorgeschichte der vorher empfangenen Werte vorherzusagen
und die Frequenz und Phase des Lokaloszillators auf Grundlage dieses
Werts anzupassen. Der Zellenvorspannprozessor 40 kann die
Gültigkeit
eines RTS-Werts überprüfen, da
Grenzen wie schnell der RTS-Wert sich mit der Zeit ändern wird,
vorhergesagt werden können.
Wenn eine Veränderung
des empfangenen RTS-Werts außerhalb
dieser Grenzen ist, wird davon ausgegangen, daß der RTS-Wert fehlerhaft ist.
Im vorliegenden Beispiel stellt dies sicher, daß (zumindest) ein fehlerhafter
Wert erfaßt
und vernachlässigt
werden kann, obwohl auf dies auf Kosten der Genauigkeit und Auflösung der
Quellfrequenz geht.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
liegt darin, daß sowohl
der lokale RTS-Wert als auch der RTS-Quellwert den gleichen Auswirkungen
des Rauschens unterliegen und diese Auswirkungen dazu neigen, sich
gegenseitig auszulöschen.
Diese Rauschauswirkung wird verursacht, wenn RTS-Werte auf die nächste ganze
Zahl gerundet oder quantisiert werden.
