ES2340773T3 - Dispositivo y procedimiento para derivar un reloj de referencia a partir de una señal de transmision de reloj de referencia. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para derivar un reloj (86) de referencia regenerado a partir de una señal (74) de transmisión de reloj de referencia, que comprende una primera señal con una primera frecuencia y una segunda señal con una segunda frecuencia, presentando una diferencia entre la primera frecuencia y la segunda frecuencia una relación predeterminada respecto a la frecuencia del reloj (34) de referencia, con las siguientes características: un medio (80) para generar una señal (82) auxiliar, cuya frecuencia es igual a la diferencia entre la primera frecuencia y la segunda frecuencia de la señal de transmisión de reloj de referencia; y un medio (84) para derivar el reloj (86) de referencia regenerado de la señal (82) auxiliar, presentando el medio para derivar el reloj de referencia regenerado de la señal auxiliar un lazo (92) de regulación de fase, que comprende un oscilador de cristal controlado por tensión (VCXO) y un divisor de frecuencia, para derivar el reloj (86) de referencia regenerado a partir de la señal (82) auxiliar, sincronizándose el oscilador de cristal controlado por tensión respecto a la señal auxiliar, presentando el reloj de referencia regenerado una frecuencia que es mayor que la diferencia entre la primera frecuencia y la segunda frecuencia.
Description
Dispositivo y procedimiento para derivar un
reloj de referencia a partir de una señal de transmisión de reloj de
referencia.
La presente invención se refiere, en general, a
un dispositivo y a un procedimiento para generar una señal de
transmisión de reloj de referencia y derivar una señal de reloj de
referencia a partir de la misma, especialmente a un dispositivo y a
un procedimiento que son adecuados para la generación, la
distribución inalámbrica y la recuperación de una señal de reloj de
referencia muy precisa y con pocas fluctuaciones.
La distribución, y especialmente la distribución
inalámbrica de señales de reloj de sistema con pocas fluctuaciones,
puede utilizarse en cualquier ámbito en el que unidades electrónicas
tales como por ejemplo emisores y receptores deben estar
exactamente sincronizados en el tiempo entre sí. Por ejemplo, en
sistemas de comunicación y localización locales, en los que una
unidad de control (o central) y estaciones base están separadas
espacialmente y, en determinadas circunstancias, son difíciles de
conectar en red de manera alámbrica, es necesaria una distribución
inalámbrica del reloj de sistema. Muchos otros sistemas locales
también se conectan en red de manera inalámbrica para mantener la
infraestructura flexible y ampliable. En algunas aplicaciones
incluso no pueden utilizarse en absoluto cables, por ejemplo cuando
rotan piezas que deben controlarse. Estos sistemas deben
sincronizarse de manera inalámbrica. Otros ejemplos de aplicación,
en los que deben distribuirse señales de reloj de sistema, son
sistemas de detección de valores de medición, de diagnóstico y de
datos, que se supervisan o controlan durante el funcionamiento. En
estos sistemas, el tiempo y el evento deben estar disponibles de
manera exacta y sincrónica en los diferentes lugares.
En algunos sistemas, los requisitos de precisión
respecto a la resolución temporal se sitúan en el intervalo de unos
pocos nanosegundos. Actualmente esto sólo puede conseguirse con
soluciones alámbricas. En el caso de requisitos tan estrictos, las
fluctuaciones en el sistema tienen una influencia importante en la
precisión de la recuperación de reloj y debe mantenerse
absolutamente mínima. Precisamente esto dificulta el uso de
sistemas inalámbricos, ya que el trayecto de transmisión puede estar
expuesto a fuertes interferencias y variaciones de la
característica de transmisión.
Además es necesario que un sistema para la
distribución de una señal de reloj de sistema pueda utilizarse
tanto dentro como fuera de edificios.
A continuación se describen diferentes sistemas
para la distribución de un reloj de referencia según el estado de
la técnica. Deben diferenciarse sistemas que utilizan un tono
piloto, es decir, una señal portadora de tono, y los que utilizan
una señal piloto, es decir, una señal en la que están modulados
datos con el fin de la sincronización respecto a una portadora. En
sistemas que utilizan un tono piloto, el emisor puede configurarse
de manera muy sencilla, y tales sistemas pueden usarse en una banda
de frecuencia ancha. Sin embargo la señal portadora de tono, que
contiene toda la información de reloj, puede verse perturbada muy
fácilmente mediante interferencias en el trayecto de transmisión
inalámbrico. Además, en tales sistemas, los receptores no pueden
realizarse de manera sencilla. Pueden usarse o bien receptores
directos o bien receptores heterodinos. Los primeros son muy
complicados, por ejemplo, debido a los requisitos de linealidad
elevados, en el caso de los segundos la estabilidad de frecuencia
se traslada al interior del propio receptor debido a la fase de
mezclador. De manera correspondiente, el reloj de referencia
recibido se determina entre otras cosas por el oscilador local del
receptor, y debe utilizarse en el receptor un oscilador de
referencia de frecuencia precisa y frecuencia estable de muy alta
calidad, lo que conlleva costes de sistema elevados. Si en lugar del
tono piloto se utiliza una señal piloto modulada, entonces esto
aumenta el despliegue en cada receptor, ya que son necesarios medios
para la demodulación y eventualmente para la correlación. Sin
embargo, los sistemas que utilizan una señal piloto en la mayoría
de los casos reaccionan con menor sensibilidad frente a
interferencias en el canal de transmisión.
Los sistemas para la transmisión de un reloj de
referencia y para la sincronización de varios componentes
distribuidos por lugares pueden clasificarse además según si se
utiliza un reloj de referencia global o local y si la transmisión
se realiza de manera inalámbrica o alámbrica. Según el estado de la
técnica se usan habitualmente tres clases de sistemas. En un primer
grupo de sistemas, el reloj de referencia se deriva a partir de uno
o varios tonos piloto o señales piloto emitidos globalmente como
señal de radio. Como cobertura global se considera en este caso la
facilitación del reloj de referencia en un área espacialmente
extendida, normalmente por organizaciones estatales o
semiestatales, aunque al menos de acuerdo con una autoridad
reguladora. Debido a la potencia limitada en la emisión de la señal
de referencia global así como debido a la gran distancia espacial
con respecto al emisor de la señal de referencia, los tonos piloto o
señales piloto con frecuencia sólo pueden recibirse mal o no pueden
recibirse en absoluto dentro de edificios. A veces deben detectarse
con un despliegue elevado respecto a la amplificación y el filtrado
en el receptor.
En otro grupo de sistemas, la señal de reloj de
referencia se genera localmente y a continuación se distribuye a
través de un cable o a través de una red alámbrica (por ejemplo
Ethernet). La desventaja en tales sistemas consiste en el
despliegue elevado de inversión e instalación que conlleva el
cableado obligatoriamente necesario.
En otro grupo de sistemas, el reloj de
referencia se genera localmente y a continuación se distribuye a
través de una red de radio local (por ejemplo WLAN o una red de
comunicación móvil). La distribución de reloj y sincronización
tiene lugar a este respecto a través de una conexión de datos. Esto
puede realizarse a través de un canal de sincronización, un sello
temporal periódico o una secuencia piloto.
A continuación se describen en más detalle
sistemas existentes para la distribución de reloj. En primer lugar
se describen diferentes sistemas que proporcionan un reloj de
sistema global, es decir, que puede recibirse en un área espacial
amplia, con respecto a su precisión y el despliegue de conexión
necesario para la regeneración de reloj. La señal del sistema
TDF/DCF77 puede recibirse en Alemania y en casi toda Europa. La
resolución temporal se sitúa en el intervalo de desde 2 hasta 50
ms, dependiendo de la estructura del receptor. La sincronización es
demasiado imprecisa para muchas aplicaciones. Existen receptores
pasivos, que sólo reciben la señal de radio, y receptores activos,
que reciben y tratan la señal.
Utilizando el sistema de posicionamiento global
(GPS) pueden evaluarse con un receptor GPS en todo el mundo las
señales horarias de los satélites GPS con una resolución temporal en
el intervalo de aproximadamente \pm1 \mus en el mejor de los
casos. Las señales GPS no pueden recibirse en cualquier lugar. La
antena receptora debe tener una vista directa al cielo y recibir un
número suficiente de señales de satélite para evaluar la hora
mundial GPS. Por ello, el sistema GPS no es adecuado para sistemas
locales en un edificio o en una nave. Además, sólo se consigue la
resolución temporal mencionada anteriormente cuando en el receptor
se emplea un oscilador muy estable para la recuperación de la señal
de sincronización. Uno de este tipo es a menudo muy caro y poco
práctico.
En el sistema de navegación Galileo se utiliza
un canal piloto (una portadora piloto con datos modulados) para
posibilitar una sincronización rápida. De este modo los aparatos de
recepción también pueden sincronizarse con potencias de recepción
aún más bajas que por ejemplo actualmente en GPS. Sin embargo, esta
propiedad depende de la calidad del oscilador en el receptor, ya
que el tono piloto se compara con la señal generada internamente.
Sin embargo, los osciladores de alta calidad a menudo son caros y
poco prácticos, lo que limita el uso del sistema.
Además existen soluciones en las que un reloj de
referencia generado localmente se distribuye a través de una línea.
A este respecto deben diferenciarse sistemas en los que para la
transmisión del reloj de referencia se utiliza un cable coaxial
propio o un conductor de fibra óptica propio y sistemas en los que
el reloj de referencia se transmite a través de un cable usado
también o principalmente para la transmisión de datos. En sistemas
con una línea de reloj propia puede conseguirse una muy buena
resolución temporal, sin embargo también se producen costes muy
elevados debido al despliegue de instalación elevado. En otros
sistemas un reloj de referencia generado localmente se distribuye a
través de una red de datos alámbrica (por ejemplo Ethernet). Todos
los componentes que están conectados a la red pueden comunicarse con
un servidor de tiempo central. Se mide el tiempo de propagación en
la red entre la estación y el servidor y se calibra de manera
correspondiente el sello de tiempo. Diferentes programas y
protocolos de red soportan este procedimiento, tal como por ejemplo
el protocolo de tiempo de red (NTP, Network Time Protocol).
La precisión en la sincronización de las estaciones conectadas en
red se sitúa en el intervalo de los ms, lo que es suficiente para
aplicaciones con requisitos temporales reducidos. Los costes de
instalación son reducidos en caso de que pueda reutilizarse una red
de datos existentes. No obstante, no es posible o deseable en todos
los casos el uso de una red de datos alámbrica.
En aplicaciones inalámbricas es posible
transmitir, además de los datos útiles o la información de voz que
va a transmitirse, un reloj de referencia o una señal de
sincronización. El caso más común actualmente son redes WLAN
(Wireless Local Area Networks, redes de área local
inalámbricas) así como redes DECT (Digital Enhanced Cordless
Telecommunications, telecomunicaciones digitales inalámbricas
mejoradas) y redes de radiotelefonía móvil. La red WLAN ofrece una
función para la sincronización temporal, en la que, con ayuda de un
generador de reloj principal definido, que envía sellos de tiempo
periódicos, se sincronizan las estaciones en la red. En una
configuración de red ad hoc, todas las estaciones se preparan
para asumir esta tarea. Si un sello de tiempo se decodifica
previamente por otra estación, se adopta su indicación de contador
cuando tenga un valor superior. Se impone el reloj más rápido. En
redes WLAN puede conseguirse, dentro de una célula, una precisión
de aproximadamente 100 ns. En redes de radiotelefonía móvil hay un
canal de sincronización para la generación de un reloj de
referencia. Mediante un procesamiento digital complejo se consigue
una resolución temporal en el intervalo de desde 10 hasta 100 ms,
lo que no es suficiente para aplicaciones críticas en cuanto al
tiempo.
Además, el documento DE 197 48 913 A1 muestra un
sistema LMDS con una estación base, unidades de abonado y módems de
abonado. Las unidades de abonado acoplan señales moduladas entre las
estaciones base y los módems de abonado y las convierten en
frecuencia. La conversión de frecuencia requiere un oscilador de
emisor intermedio y un oscilador local. Sin embargo, el oscilador
de emisor intermedio puede utilizarse además para convertir una
señal del oscilador local en cada unidad de abonado de manera
descendente para obtener una frecuencia menor, que hace posible que
se utilice un chip PLL económico para bloquear en fase el oscilador
local en cada unidad de abonado con una fuente de referencia. Un
tono piloto puede acoplarse en las señales moduladas que se
transmiten desde la estación base hasta las unidades de abonado. El
tono piloto puede incorporarse en el circuito de regulación de fase
del oscilador local en cada unidad de abonado para reducir los
efectos de la transmisión de señal respecto al ruido de fase de las
señales moduladas. Además pueden introducirse por acoplamiento
tonos piloto dobles en la señal modulada que se transmiten desde la
estación base hasta las unidades de abonado. Los tonos piloto
dobles pueden utilizarse para generar una señal de referencia en
cada unidad de abonado.
En resumen puede decirse que la generación y
transmisión de una señal de reloj de referencia sigue conllevando
grandes dificultades técnicas y compromisos económicos. La recepción
de una señal de reloj de referencia global no siempre es fácil, ya
que la intensidad de la señal recibida normalmente es muy reducida.
Además, especialmente los sistemas basados en satélite requieren el
uso de un oscilador local muy preciso para poder generar un reloj
de referencia preciso. Esto genera costes elevados. La transmisión
alámbrica de un reloj de referencia posibilita una precisión muy
elevada, sin embargo sólo cuando sobre una línea de transmisión se
transmite exclusivamente el reloj de referencia. Un modo de
proceder de este tipo conlleva unos costes de instalación muy
elevados. Al utilizar una red de datos alámbrica para la generación
de un reloj de referencia sólo puede conseguirse una precisión
moderada. En redes locales inalámbricas puede conseguirse una
precisión de aproximadamente 100 ns dentro de una célula. Esto es
suficiente para numerosas aplicaciones, sin embargo en algunos casos
es necesaria una mayor precisión.
El documento DE 197 48 913 A1 describe un
sistema LMDS con una estación base, unidades de abonado y módems de
abonado. Las unidades de abonado acoplan señales moduladas entre las
estaciones base y los módems de abonado y las convierten en
frecuencia. La conversión de frecuencia se realiza a través de un
oscilador de emisor intermedio y un oscilador local. Sin embargo,
el oscilador de emisor intermedio puede utilizarse además para
convertir una señal de oscilador local en cada unidad de abonado de
manera descendente para obtener una frecuencia menor que hace
posible utilizar un chip PLL económico para bloquear en fase el
oscilador local en cada unidad de abonado con una fuente de
referencia. Un tono piloto se introduce por acoplamiento en las
señales moduladas que se transmiten desde la estación base hasta
las unidades de abonado. El tono piloto se incorpora en el circuito
de regulación de fase del oscilador local en cada unidad de abonado
para reducir los efectos de la transmisión de señal sobre el ruido
de fase de las señales moduladas. Además el documento mencionado
describe introducir por acoplamiento tonos piloto dobles en la
señal modulada que se transmite desde la estación base hasta las
unidades de abonado. Los tonos piloto dobles se utilizan para
generar una señal de referencia en una unidad de abonado.
El documento US 6.456.823 B1 describe un sistema
y un procedimiento para restablecer un tono piloto en una señal de
sistema de distribución de múltiples puntos local. Una señal de
frecuencia intermedia se recibe a través de un generador de
frecuencia diferencial. La señal de frecuencia intermedia comprende
una frecuencia de tono piloto. Un filtro paso banda elimina
frecuencias que rodean a la frecuencia de tono piloto. Un lazo de
enganche de fase genera una señal de tono piloto a partir de la
frecuencia de tono piloto. Un divisor divide la frecuencia de la
señal de tono piloto por un número preestablecido. Un segundo
detector de fase determina una diferencia de frecuencia entre la
señal de tono piloto y una señal de frecuencia estable que se genera
por un oscilador de frecuencia estable. Una tensión de control para
un oscilador con resonador dieléctrico controlado por tensión se
ajusta basándose en la frecuencia diferencial. Una señal de
frecuencia de sistema se convierte de manera descendente para
obtener una señal de frecuencia intermedia utilizando la señal de
frecuencia diferencial.
Partiendo de este estado de la técnica, la
presente invención se basa en el objetivo de crear dispositivos y
un procedimiento que sean adecuados para derivar un reloj de
referencia regenerado a partir de una señal de transmisión de reloj
de referencia para posibilitar una recuperación de un reloj de
referencia para la sincronización de componentes distribuidos.
Este objetivo se soluciona mediante un
dispositivo según la reivindicación 1, un procedimiento según la
reivindicación 6 así como una estación base según la reivindicación
7.
La presente invención crea un dispositivo para
la generación de una señal de transmisión de reloj de referencia, a
partir de la que puede derivarse un reloj de referencia regenerado,
con las siguientes características:
- un medio para proporcionar una primera señal con una primera frecuencia;
- un medio para proporcionar una segunda señal con una segunda frecuencia, presentando una diferencia entre la primera y la segunda frecuencia una relación predeterminada respecto al reloj de referencia; y
- un medio para combinar la primera y la segunda señal para generar la señal de transmisión de reloj de referencia.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, la presente invención crea un
dispositivo para derivar un reloj de referencia regenerado a partir
de una señal de transmisión de reloj de referencia, que comprende
una primera señal con una primera frecuencia y una segunda señal
con una segunda frecuencia, presentando una diferencia entre la
primera frecuencia y la segunda frecuencia una relación
predeterminada respecto a la frecuencia del reloj de referencia, con
las siguientes características:
- un medio para generar una señal auxiliar, cuya frecuencia es igual a la diferencia entre la primera frecuencia y la segunda frecuencia de la señal de transmisión de reloj de referencia; y
- un dispositivo para derivar el reloj de referencia de la señal auxiliar.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, la presente invención crea un
procedimiento para la generación de una señal de transmisión de
reloj de referencia así como un procedimiento para derivar un reloj
de referencia regenerado a partir de una señal de transmisión de
reloj de referencia.
La presente invención crea de este modo un
sistema para la transmisión de un reloj de referencia, en el que
basándose en un reloj de referencia se genera una señal de
transmisión de reloj de referencia. Esta puede transmitirse
entonces o bien a través de un cable o bien de manera inalámbrica
hasta un receptor. En el lado del receptor puede generarse a su
vez, a partir de la señal de transmisión de reloj de referencia, una
señal de reloj de referencia regenerada.
La presente invención se basa en el conocimiento
de que en sistemas en los que se realiza una conversión de
frecuencia, la regeneración de la frecuencia absoluta original en el
lado del receptor sólo es posible con un despliegue muy elevado,
mientras que las diferencias de frecuencia en la conversión de
frecuencia en el lado del receptor se mantienen y pueden evaluarse
con un despliegue reducido. En este sentido, la idea básica de la
invención se basa en el concepto de transmitir el reloj de
referencia a través de dos tonos piloto derivados del reloj de
referencia, mientras que según el estado de la técnica habitualmente
sólo se utiliza un tono piloto. El uso de dispositivos según la
invención para la transmisión de un reloj de referencia tiene por
tanto la ventaja de que los requisitos de precisión respecto a los
medios utilizados para la conversión de frecuencia están claramente
suavizados en comparación con el estado de la técnica. En
particular, la precisión y la estabilidad del oscilador local en el
lado del receptor no influyen en la señal de reloj de referencia
recibida, de modo que pueden utilizarse osciladores económicos.
Además, la presente invención se basa en el
conocimiento de que dos señales con frecuencias situadas una próxima
a la otra, en la transmisión inalámbrica normalmente están sujetas
a interferencias y distorsiones de señal similares. En el
dispositivo según la invención, las dos señales transmitidas se
combinan de modo que las influencias perturbadoras, que se generan
en el trayecto de transmisión, se cancelan mutuamente en gran
medida. De este modo la transmisión de señales de reloj de
referencia con ayuda de los presentes dispositivos o procedimientos
según la invención es menos susceptible a interferencias que
dispositivos o procedimientos que utilizan sólo un tono piloto.
Además es ventajoso que, con ayuda de los
dispositivos según la invención, puede utilizarse cualquier banda
de frecuencia dentro de los intervalos de frecuencia liberados por
ley para la distribución de los tonos piloto y, por tanto, de la
señal de reloj de referencia. Las únicas restricciones son, a este
respecto, el ancho de banda disponible y los ciclos de emisión
permitidos. En un ejemplo de realización se utiliza para la
transmisión de la señal de transmisión de reloj de referencia la
banda ISM a 2,4 GHz.
En un ejemplo de realización preferido, el
dispositivo para la generación de la señal de transmisión de reloj
de referencia comprende un oscilador con pocas fluctuaciones para
generar el reloj de referencia. Esto tiene la ventaja de que
también la primera señal y la segunda señal de la señal de
transmisión de reloj de referencia presentan una fluctuación
reducida.
En un ejemplo de realización preferido
adicional, la primera señal y la segunda señal de la señal de
transmisión de reloj de referencia se generan a partir de la señal
de reloj de referencia con ayuda de un oscilador controlado por
tensión en conexión con un lazo de regulación de fase y a
continuación se filtran con ayuda de un filtro paso banda. Una
disposición de este tipo tiene la ventaja de que, con un despliegue
relativamente reducido, pueden generarse a partir de la señal de
reloj de referencia dos señales que tienen una relación de fase fija
respecto a la señal de reloj de referencia, y cuya diferencia de
frecuencia está bien definida. La diferencia de frecuencia entre la
primera señal de la señal de transmisión de reloj de referencia y la
segunda señal de la señal de transmisión de reloj de referencia es,
a este respecto, normalmente un múltiplo de la frecuencia de la
señal de reloj de referencia. Sin embargo, también es posible que la
diferencia de frecuencia sea una fracción de la frecuencia de la
señal de reloj de referencia. El filtrado posterior aumenta la
pureza espectral de la señal de transmisión de reloj de referencia
y evita así interferencias. Además, al utilizar filtros paso banda
pueden reducirse los requisitos respecto a los osciladores y el lazo
de regulación de fase.
Según un ejemplo de realización preferido
adicional, la señal de transmisión de reloj de referencia, que se
obtiene combinando una primera señal con una primera frecuencia y
una segunda señal con una segunda frecuencia, se convierte en otra
posición de frecuencia. Esto posibilita una transmisión inalámbrica
de la señal de transmisión de reloj de referencia en cualquier
intervalo de frecuencia permitido por ley o una transmisión
alámbrica en cualquier intervalo de frecuencia. El medio para la
conversión de frecuencia comprende a este respecto, en un ejemplo
de realización, un mezclador, un oscilador local con enganche de
fase así como un filtro paso banda.
En un ejemplo de realización preferido
adicional, el dispositivo para la generación de la señal de reloj de
referencia comprende un dispositivo de emisión que está diseñado
para emitir la señal de transmisión de reloj de referencia con una
antena. Este dispositivo de emisión está compuesto, por ejemplo, por
un amplificador de emisión y un filtro de salida paso banda. Una
disposición de este tipo ofrece la ventaja de que todo el sistema
para proporcionar una señal de transmisión de reloj de referencia
transmisible de manera inalámbrica está englobado en una
unidad.
El dispositivo para derivar un reloj de
referencia regenerado a partir de una señal de transmisión de reloj
de referencia comprende, según un ejemplo de realización preferido,
un mezclador así como un filtro paso banda para generar una señal
auxiliar. Una disposición de este tipo ofrece la ventaja de que, de
una manera técnicamente sencilla, puede generarse una señal cuya
frecuencia es igual a la diferencia de las frecuencias de las dos
señales de la señal de transmisión de reloj de referencia.
En un ejemplo de realización preferido
adicional, el reloj de referencia regenerado se genera por un
oscilador de cristal controlado por tensión que está acoplado a
través de un lazo de regulación de fase a la señal auxiliar. Esto
tiene la ventaja de que la señal de reloj de referencia tiene las
buenas propiedades espectrales de una señal generada a través de un
oscilador de cristal. La frecuencia exacta del oscilador de cristal
es, a este respecto, un múltiplo o tiene una relación fija respecto
a la frecuencia de la señal auxiliar o de la señal de reloj de
referencia en el lado del receptor (dado el caso también un múltiplo
o una fracción de la misma). De este modo la frecuencia de la señal
de reloj de referencia regenerada tiene una relación fija,
normalmente racional fraccionaria, respecto a la frecuencia de la
señal de oscilador de referencia en el lado del emisor.
En un ejemplo de realización adicional, el
dispositivo para derivar el reloj de referencia regenerado a partir
de la señal de transmisión de reloj de referencia presenta un medio
para convertir la señal de transmisión de reloj de referencia en
otra posición de frecuencia. Un medio de este tipo para la
conversión de frecuencia puede comprender, por ejemplo, un
mezclador, un oscilador local con enganche de fase así como uno o
varios filtros paso banda y una o varias fases de amplificador.
Además, el dispositivo para derivar el reloj de referencia
regenerado a partir de la señal de transmisión de reloj de
referencia puede presentar un medio de recepción que está diseñado
para recibir la señal de transmisión de reloj de referencia desde
una antena. Una disposición de este tipo ofrece la ventaja de que
la señal de transmisión de reloj de referencia puede transmitirse de
manera inalámbrica y en cualquier banda de frecuencia
permitida.
Los dispositivos anteriormente descritos
realizan un procedimiento para la generación de una señal de
transmisión de reloj de referencia así como un procedimiento para
derivar un reloj de referencia regenerado a partir de una señal de
transmisión de reloj de referencia. La idea básica de este
procedimiento es proporcionar y evaluar dos señales, cuyas
frecuencias y en particular cuya diferencia de frecuencia presenta
una relación predeterminada respecto al reloj de referencia. En la
generación de la señal de transmisión de reloj de referencia se
combinan estas dos frecuencias, en la derivación del reloj de
referencia a partir de la señal de transmisión de reloj de
referencia se utiliza una señal auxiliar, cuya frecuencia es igual a
la diferencia de frecuencia entre las dos señales. A partir de la
señal auxiliar se deriva entonces la señal de reloj de referencia.
Los dos procedimientos son en este sentido completamente análogos a
los dispositivos que acaban de describirse.
A continuación se explican en más detalle
ejemplos de realización preferidos de la presente invención haciendo
referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:
la figura 1, un plano de sistema de un ejemplo
de realización de un sistema de localización inalámbrico;
la figura 2, un diagrama de bloques de un
ejemplo de realización de un dispositivo para la generación de una
señal de transmisión de reloj de referencia;
la figura 3, un diagrama de bloques de un
ejemplo de realización de un dispositivo para derivar un reloj de
referencia regenerado a partir de una señal de transmisión de reloj
de referencia.
La figura 1 muestra en 10 un plano de sistema de
un ejemplo de realización de un sistema de localización inalámbrico.
El sistema de localización está compuesto por un emisor 12 de reloj
de referencia, algunas estaciones 14 base localmente distribuidas y
algunas unidades 16 móviles que deben localizarse.
Este sistema de localización inalámbrico puede
emplearse tanto en el interior como el exterior. En el emisor 12 de
reloj de referencia se genera de manera centralizada una señal de
reloj con pocas fluctuaciones. A partir del reloj de referencia se
genera entonces una señal de transmisión de reloj de referencia que
está compuesta por dos tonos piloto con una diferencia de
frecuencia bien definida. Esta señal se emite de manera permanente
con una potencia reducida. Las estaciones 14 base distribuidas
recuperan a partir de los tonos piloto la señal de reloj de
referencia regenerada para su propia sincronización y la transforman
en una señal de reloj interna. De este modo las estaciones base se
alimentan con una señal de reloj central que se distribuye por
radiodifusión para reducir el despliegue de instalación del
sistema. Las unidades móviles envían a modo de ráfagas su código y
datos adicionales específicos de aplicaciones. Estas señales se
decodifican en las respectivas estaciones base, y para cada unidad
móvil se calculan los tiempos de propagación (valores de medición
TOA) con respecto al reloj de sistema. A partir de los valores TOA
de las estaciones base puede calcularse la posición exacta de la
respectiva unidad móvil. Una calibración previa calcula a este
respecto el desplazamiento temporal de las señales de reloj de las
respectivas estaciones base unas respecto a otras.
El sistema de localización representando en la
figura 1 es por tanto un ejemplo de realización de un sistema, en
el que es imprescindible una transmisión inalámbrica precisa y con
pocas fluctuaciones de una señal de reloj de referencia para un
funcionamiento correcto del sistema. Una transmisión inalámbrica del
reloj de referencia reduce de este modo claramente el despliegue de
instalación del sistema y por tanto los costes.
La figura 2 muestra en 30 un diagrama de bloques
de un ejemplo de realización de un dispositivo para la generación
de una señal de transmisión de reloj de referencia. Un oscilador 32
con pocas fluctuaciones genera una señal de oscilador de
referencia. Ésta se alimenta a un medio 33 divisor de frecuencia que
genera una señal 34 de reloj de referencia cuya frecuencia es una
fracción de la frecuencia de la señal de oscilador de referencia.
La señal 34 de reloj de referencia se alimenta a un dispositivo 36
para la generación de una señal de transmisión de reloj de
referencia en la banda base. En su salida está disponible la señal
de transmisión de reloj de referencia en la banda 38 base. Ésta se
alimenta a un medio 40 convertidor de frecuencia. La señal de salida
de esta fase sirve como señal de entrada para un dispositivo 42 de
emisión.
El dispositivo para la generación de una señal
de transmisión de reloj de referencia en la banda base comprende
dos lazos 44, 45 de regulación de fase, a los que se alimenta la
señal 34 de reloj de referencia como señal de referencia. Los lazos
de regulación de fase comprenden cada uno un oscilador controlado
por tensión así como en la mayoría de los casos un divisor de
frecuencia. Las señales 50, 52 de salida de los lazos de regulación
de fase se alimentan cada una a un filtro 46, 47 paso banda. Las
señales filtradas se combinan entonces en una fase 48 de suma para
formar la señal de transmisión de reloj de referencia en la banda 38
base.
A continuación se describe en más detalle el
dispositivo 36 para la generación de una señal de transmisión de
reloj de referencia en la banda 38 base. La señal de oscilador de
referencia, que se genera a través de un oscilador 32 con pocas
fluctuaciones, se alimenta a un medio 33 divisor de frecuencia que
proporciona en su salida una señal 34 de reloj de referencia.
Mediante esta disposición puede generarse una señal de reloj de
referencia, cuya frecuencia es claramente menor que la frecuencia
del oscilador 32. Esto es necesario, ya que los osciladores con
pocas fluctuaciones, de frecuencia estable, pueden realizarse con
frecuencias en el intervalo de 10 MHz con un despliegue reducido.
Sin embargo, por otro lado es ventajoso que la señal de reloj de
referencia presente una frecuencia claramente menor, por ejemplo en
el intervalo de 1 MHz. De este modo se reduce el ancho de banda
necesario para la transmisión del reloj de referencia. Esto a su vez
posibilita el uso del sistema de transmisión de reloj de referencia
inalámbrico en bandas de frecuencia ISM estrechas y garantiza
además que todas las frecuencias portadoras que van a transmitirse
estén sujetas a las mismas condiciones de propagación e influencias
perturbadoras. La señal de reloj de referencia se alimenta a un lazo
de regulación de fase como señal de entrada. En una realización
adecuada del lazo de regulación de fase, en particular en el caso
de una incorporación adecuada de divisores de frecuencia, pueden
generarse con los dos lazos de regulación de fase una primera señal
50 con una primera frecuencia f_{1} así como una segunda señal 52
con una segunda frecuencia f_{2}, siendo las frecuencias f_{1} y
f_{2} normalmente múltiplos racionales fraccionarios de la
frecuencia f_{ver} de la señal 34 de reloj de referencia o de la
frecuencia f_{0} de la señal de oscilador de referencia. Puesto
que se conocen las frecuencias de la primera señal 50 y de la
segunda señal 52, pueden conectarse en las salidas de los lazos 44,
45 de regulación de fase dos filtros 46, 47 configurados de manera
fija. Estos mejoran la pureza espectral de la primera señal y de la
segunda señal. Los filtros reducen de este modo también los
requisitos respecto a la pureza espectral de los osciladores
controlados por tensión en los lazos de regulación de fase, en
particular en lo que al contenido de ondas armónicas se refiere.
Las señales filtradas se combinan entonces en una fase 48 de suma.
En la salida de la fase 48 de suma está presente entonces la señal
de transmisión de reloj de referencia en la banda 38 base. Ésta
comprende dos señales sinusoidales con las frecuencias f_{1} y
f_{2}, siendo f_{1} y f_{2} normalmente múltiplos racionales
fraccionarios de la frecuencia f_{0} de la señal 34 de reloj de
referencia.
Las señales generadas se convierten además en
frecuencia en un dispositivo 40 convertidor de frecuencia. La
conversión de frecuencia se realiza en un mezclador utilizando la
señal de salida de un oscilador local con enganche de fase
adecuado. También es necesario un filtrado adecuado con ayuda de un
filtro paso banda. Finalmente, en un medio 42 de emisión se
amplifica y emite de manera inalámbrica la señal de transmisión de
reloj de referencia en la banda de radio.
En el presente ejemplo de realización, por
tanto, el dispositivo 36 para la generación de una señal 38 de
transmisión de reloj de referencia está combinado con un medio 40
para la conversión de frecuencia y un medio 42 de emisión. Esta
combinación posibilita una transmisión inalámbrica de la señal 38 de
transmisión de reloj de referencia en cada intervalo de frecuencia
permitido.
En otro ejemplo de realización, el procesamiento
adicional de la señal de transmisión de reloj de referencia en la
banda 38 base puede realizarse de otra manera. Por ejemplo, con un
diseño adecuado de los lazos de regulación de fase y en particular
de los osciladores controlados por tensión, puede prescindirse en
este caso del medio 40 para la conversión de frecuencia y de este
modo la señal de transmisión de reloj de referencia en la banda 38
base puede emitirse directamente. Además es posible transmitir la
señal de transmisión de reloj de referencia con ayuda de una línea.
En este caso puede prescindirse del medio 42 de emisión o puede
sustituirse el mismo por un excitador de línea. La transmisión a
través de líneas puede realizarse tanto en la banda base como con
otra frecuencia fundamental. De este modo, en el caso de una
transmisión a través de líneas puede prescindirse dado el caso del
medio 40 divisor de frecuencia.
En un ejemplo de realización adicional, la
generación del reloj 34 de referencia puede realizarse de otro
modo. En particular es posible que la señal de reloj de referencia
se genere por una fuente de señal de reloj de referencia que está
sincronizada con una señal de referencia alimentada externamente. La
sincronización puede realizarse a este respecto, por ejemplo, a
través de la señal DCF77 o a través de una señal GPS. También es
posible una sincronización a través de una red de datos.
La generación de la primera señal 50 y de la
segunda señal 52 a partir de la señal 34 de reloj de referencia,
que en el presente ejemplo de realización se consigue con ayuda de
lazos de regulación de fase, puede realizarse de otro modo, siempre
que se garantice que la frecuencia diferencial entre la primera
señal 50 y la segunda señal 52 tiene una relación bien definida
respecto a la frecuencia de la señal 34 de reloj de referencia. Por
ejemplo es posible utilizar, en lugar de los lazos de regulación de
fase, multiplicadores de frecuencia, dado el caso también divisores
de frecuencia.
En un ejemplo de realización adicional puede
prescindirse de los filtros 46 y 47 que están conectados aguas
abajo de los lazos 44, 45 de regulación de fase, siempre que se
garantice una pureza espectral suficiente de la señal de
transmisión de reloj de referencia en la banda 38 base.
La figura 3 muestra en 70 un diagrama de bloques
de un ejemplo de realización de un dispositivo para derivar un
reloj de referencia regenerado a partir de una señal de transmisión
de reloj de referencia. El dispositivo comprende un elemento 72 de
entrada de alta frecuencia que en su salida proporciona una señal de
transmisión de reloj de referencia filtrada y amplificada en la
banda 74 de radio. Ésta se alimenta a un medio 76 convertidor de
frecuencia. En la salida del medio 76 convertidor de frecuencia está
disponible la señal de transmisión de reloj de referencia en la
banda 78 de frecuencia intermedia. Esta señal se alimenta a un medio
80 para la generación de una señal 82 auxiliar, siendo la señal
auxiliar una señal sinusoidal, cuya frecuencia es igual a la
diferencia de frecuencia de las dos frecuencias contenidas en la
señal de transmisión de reloj de referencia. Con la señal 82
auxiliar se sincroniza un generador 84 de reloj de referencia que,
en su salida, pone a disposición una señal 86 de reloj de
referencia regenerada.
A continuación se explica en detalle el
funcionamiento del dispositivo mostrado en la figura 3. La señal de
transmisión de reloj de referencia en la banda de frecuencia
intermedia se proporciona a este respecto por un elemento de
recepción, que esencialmente comprende un elemento 72 de entrada de
alta frecuencia y un medio 76 convertidor de frecuencia. A este
respecto, la señal de transmisión de reloj de referencia transmitida
de manera inalámbrica en la banda 74 de radio en primer lugar se
amplifica y entonces se convierte en una banda de frecuencia
intermedia. Para la regeneración de la señal de reloj de referencia,
las dos portadoras (tonos piloto) contenidas en la señal 78 de
frecuencia intermedia se mezclan entre sí para dar un elemento muy
no lineal. En el presente ejemplo de realización, este elemento muy
no lineal es un mezclador 88 de una sola puerta. A este respecto se
produce una señal nueva, cuya frecuencia es igual a la diferencia de
frecuencia de las dos señales portadoras. La frecuencia de esta
señal se conoce y es constante. Por tanto puede extraerse la señal
con la frecuencia diferencial de las dos señales portadoras mediante
un filtro 90 de banda muy estrecha. Debido a que el filtro tiene
una frecuencia de paso fija, puede utilizarse un filtro 90 de banda
muy estrecha de alta calidad. Debido a la alta selectividad del
filtro puede suprimirse mucho ruido de fondo, por lo que se reducen
las fluctuaciones. Se produce una señal 82 auxiliar. Esta señal dado
el caso aún no es adecuada para una aplicación como señal de reloj
de referencia, ya que en muchos casos se necesita una señal de reloj
de referencia regenerada que presente una frecuencia distinta a la
de la señal de reloj auxiliar. Concretamente, las dos señales
transmitidas por el trayecto de radiodifusión deben tener
frecuencias situadas muy próximas entre sí, para que las dos
señales estén sujetas a las mismas influencias en un canal de
transmisión selectivo en frecuencia y con interferencias. Además el
ancho de banda disponible es muy reducido en la mayoría de los
intervalos de frecuencia permitidos. Sin embargo, la señal de reloj
de referencia regenerada debería presentar en la mayoría de los
casos una alta frecuencia, que sea mayor que la diferencia de
frecuencia permisible máxima entre las dos portadoras transmitidas
de manera inalámbrica. Una señal de reloj de referencia regenerada
de alta frecuencia permite por ejemplo una alta resolución temporal
en un sistema de radiolocalización. Para conseguir esto puede
generarse, utilizando un lazo de regulación de fase en conexión con
un oscilador ya estable en sí mismo y un divisor de frecuencia, una
señal de reloj de referencia regenerada que puede elegirse en un
intervalo de frecuencia grande. Una señal 86 de reloj de referencia
con una calidad de señal mejorada, en particular con respecto a las
fluctuaciones y la estabilidad a corto, plazo puede generarse
igualmente mediante un lazo 92 de regulación de fase que comprende
un oscilador controlado por tensión y un filtro de lazo de banda
estrecha. En el presente ejemplo de realización se utiliza como
oscilador controlado por tensión un oscilador de cristal controlado
por tensión VCXO. Éste sólo puede modificarse ligeramente en cuanto
a su frecuencia de oscilador, sin embargo proporciona una señal de
salida espectralmente muy limpia. El intervalo de variación
reducido con respecto a la frecuencia del oscilador es suficiente,
ya que la frecuencia del oscilador se conoce de antemano con una
precisión muy buena, y el oscilador sólo debe sincronizarse con
exactitud respecto a la señal auxiliar, es decir, sólo debe
sintonizarse muy poco. Un filtro 94 paso banda adicional, que está
conectado aguas abajo de la salida del lazo de regulación de fase,
mejora adicionalmente la calidad de la señal 86 de reloj de
referencia regenerada suprimiendo en particular componentes de ondas
armónicas.
Según un ejemplo de realización adicional puede
prescindirse del medio 76 convertidor de frecuencia para la
conversión de la señal de transmisión de reloj de referencia en la
banda 74 de radio en la señal de transmisión de reloj de referencia
en la banda 78 de frecuencia intermedia. Esto es posible en caso de
que la señal de transmisión de reloj de referencia en la banda de
radio ya pueda filtrarse en el elemento 72 de entrada de alta
frecuencia suficientemente bien del espectro de las señales
recibidas. Esto tiene la ventaja de que puede prescindirse de la
fase 76 de convertidor de frecuencia.
En un ejemplo de realización adicional, la señal
de transmisión de reloj de referencia puede transmitirse de manera
alámbrica. En este caso puede prescindirse de la fase 72 de entrada
de alta frecuencia o sustituirse por un receptor de potencia.
También puede prescindirse del medio 76 convertidor de frecuencia en
la transmisión a través de líneas en caso de que se realice una
transmisión en la banda de frecuencia intermedia.
En un ejemplo de realización adicional, la señal
82 auxiliar puede utilizarse directamente como señal 86 de reloj de
referencia regenerada. Esto es posible cuando no se imponen
requisitos demasiado elevados respecto a la calidad de señal de la
señal 86 de reloj de referencia regenerada. En este caso puede
prescindirse del lazo 92 de regulación de fase y del filtro 94 de
salida. Esto lleva a una simplificación adicional del
dispositivo.
En un ejemplo de realización adicional puede
utilizarse otro elemento no lineal para la generación de una señal
82 auxiliar, cuya frecuencia es igual a la diferencia de frecuencia
de los dos tonos piloto. En particular el mezclador 88 de una sola
puerta puede sustituirse por un mezclador de dos puertas u otro
elemento no lineal.
En un ejemplo de realización, la frecuencia de
la señal de oscilador de referencia asciende a 10 MHz. La señal de
oscilador de referencia se divide entonces mediante un medio
convertidor de frecuencia entre 10, de modo que se produce un reloj
de referencia con una frecuencia de 1 MHz. A partir de éste se
derivan dos señales con las frecuencias 140 MHz y 141 MHz. La
transmisión de estas dos señales se realiza entonces en la banda
ISM a 2,4 GHz, lo que se posibilita mediante una conversión de
frecuencia. En el lado del receptor, a partir de las dos señales se
recupera la frecuencia diferencial de 1 MHz. De este modo se
sincroniza un oscilador con una frecuencia nominal de 200 MHz a
través de un lazo de regulación de fase.
La presente invención crea por tanto un
dispositivo para la generación de una señal de transmisión de reloj
de referencia, a partir de la que puede derivarse un reloj de
referencia, así como un dispositivo para derivar un reloj de
referencia regenerado a partir de una señal de transmisión de reloj
de referencia, así como procedimientos correspondientes para
generar una señal de transmisión de reloj de referencia y para
derivar un reloj de referencia a partir de la misma. Los
dispositivos pueden combinarse para formar un sistema de transmisión
de reloj de referencia que, en particular en el caso de una
transmisión inalámbrica del reloj de referencia, ofrece ventajas
respecto a sistemas convencionales según el estado de la
técnica.
Claims (8)
1. Dispositivo para derivar un reloj (86) de
referencia regenerado a partir de una señal (74) de transmisión de
reloj de referencia, que comprende una primera señal con una primera
frecuencia y una segunda señal con una segunda frecuencia,
presentando una diferencia entre la primera frecuencia y la segunda
frecuencia una relación predeterminada respecto a la frecuencia del
reloj (34) de referencia, con las siguientes características:
- un medio (80) para generar una señal (82) auxiliar, cuya frecuencia es igual a la diferencia entre la primera frecuencia y la segunda frecuencia de la señal de transmisión de reloj de referencia; y
- un medio (84) para derivar el reloj (86) de referencia regenerado de la señal (82) auxiliar,
presentando el medio para derivar el reloj de
referencia regenerado de la señal auxiliar un lazo (92) de
regulación de fase, que comprende un oscilador de cristal
controlado por tensión (VCXO) y un divisor de frecuencia, para
derivar el reloj (86) de referencia regenerado a partir de la señal
(82) auxiliar, sincronizándose el oscilador de cristal controlado
por tensión respecto a la señal auxiliar,
presentando el reloj de referencia regenerado
una frecuencia que es mayor que la diferencia entre la primera
frecuencia y la segunda frecuencia.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Dispositivo según la reivindicación 1, que
presenta un mezclador (88) para generar la señal auxiliar.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
que presenta un medio (76) para convertir la señal (74) de
transmisión de reloj de referencia en otra posición de
frecuencia.
4. Dispositivo según la reivindicación 3, en el
que el medio (76) para la conversión de frecuencia comprende un
mezclador, un oscilador local bloqueado en fase así como uno o
varios filtros paso banda y una o varias fases de amplificador.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, que presenta un medio (72) de recepción, que está diseñado
para recibir la señal (74) de transmisión de reloj de referencia
desde una antena.
6. Procedimiento para derivar un reloj de
referencia regenerado a partir de una señal de transmisión de reloj
de referencia, que comprende una primera señal con una primera
frecuencia y una segunda señal con una segunda frecuencia,
presentando una diferencia entre la primera frecuencia y la segunda
frecuencia una relación predeterminada respecto al reloj de
referencia, con las siguientes etapas:
- generar una señal auxiliar, cuya frecuencia es igual a la diferencia entre la primera frecuencia y la segunda frecuencia de la señal de transmisión de reloj de referencia;
- derivar el reloj de referencia regenerado de la señal auxiliar,
realizándose la etapa de derivación del reloj de
referencia regenerado de la señal auxiliar utilizando un lazo (92)
de regulación de fase que comprende un oscilador de cristal
controlado por tensión (VCXO) y un divisor de frecuencia, y
sincronizándose el oscilador de cristal controlado por tensión
respecto a la señal auxiliar,
presentando el reloj de referencia regenerado
una frecuencia que es mayor que la diferencia entre la primera
frecuencia y la segunda frecuencia.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Estación (14) base, con las siguientes
características:
- un dispositivo para derivar un reloj (86) de referencia regenerado a partir de una señal (74) de transmisión de reloj de referencia, que comprende una primera señal con una primera frecuencia y una segunda señal con una segunda frecuencia, presentando una diferencia entre la primera frecuencia y la segunda frecuencia una relación predeterminada respecto a la frecuencia del reloj (34) de referencia, según una de las reivindicaciones 1 a 5,
estando el dispositivo para derivar diseñado
para transformar el reloj de referencia regenerado en una señal de
reloj interna.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Estación (14) base según la reivindicación 7,
que presenta además un medio para determinar tiempos de propagación
de señal con respecto a un reloj de sistema.
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