RU2321167C2 - Method for compensating discontinuous jumps of supporting signal of phase-locked loop frequency control - Google Patents
Method for compensating discontinuous jumps of supporting signal of phase-locked loop frequency control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2321167C2 RU2321167C2 RU2006100406/09A RU2006100406A RU2321167C2 RU 2321167 C2 RU2321167 C2 RU 2321167C2 RU 2006100406/09 A RU2006100406/09 A RU 2006100406/09A RU 2006100406 A RU2006100406 A RU 2006100406A RU 2321167 C2 RU2321167 C2 RU 2321167C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- difference signal
- jump
- value
- filtered
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), в частности к способам оценки разности фаз при скачкообразном опорном сигнале.The invention relates to phase-locked loop systems (PLL), in particular, to methods for estimating the phase difference with an abrupt reference signal.
В настоящее время распространено, например, использование сигнала формата Е1/Т1, которому присущи такие явления, как выравнивание бит и выравнивание указателя, который компенсирует фазовые скачки и позволяет контролировать частоту внутреннего управляемого генератора даже при отсутствии других непрерывных опорных сигналов.Currently, for example, the use of an E1 / T1 signal is common, which is characterized by phenomena such as bit alignment and pointer alignment, which compensates for phase jumps and allows you to control the frequency of the internal controlled oscillator even in the absence of other continuous reference signals.
Сигнал формата Е1/Т1 - это сигнал европейской системы, передаваемый со скоростью 2.048 Мбит/с, несущий 30 телефонных каналов в 32 временных слотах, включая выравнивание фрейма и сигнальную информацию (принято неравномерное квантование аналоговых голосовых сигналов), описан в книге Stefano Bregni "Synchronization of Digital Telecommunications Networks", Copyright 2002 John Wiley & Sons, Ltd. ISBNs: 0-471-61550-1 (Hardback); 0-470-84588-0 (Electronic) [1].An E1 / T1 signal is a European system signal transmitted at a speed of 2.048 Mbit / s, carrying 30 telephone channels in 32 time slots, including frame alignment and signal information (uneven quantization of analog voice signals is accepted), described in Stefano Bregni's book "Synchronization of Digital Telecommunications Networks ", Copyright 2002 John Wiley & Sons, Ltd. ISBNs: 0-471-61550-1 (Hardback); 0-470-84588-0 (Electronic) [1].
Фазовая (или частотная) автоподстройка частоты широко используется в сфере телекоммуникаций для синхронизации управляемого генератора, сигнал которого служит выходом ФАПЧ, с опорным генератором. Обычно ФАПЧ содержит устройство для определения разности фаз (фазовый/частотный дискриминатор, фазовый компаратор, счетчик временной ошибки). Фазовый/частотный дискриминатор формирует управляющий сигнал, характеризующий разницу фаз сигналов опорного генератора и управляемого генератора. В свою очередь, управляемый генератор формирует сигнал, частота которого определяется значением управляющего напряжения. Для того чтобы обеспечить помехоустойчивость ФАПЧ, используется фильтр нижних частот (ФНЧ) или другое сглаживающее устройство. Кроме того, если частота управляемого генератора самопроизвольно варьируется, например, ввиду изменения температуры окружающей среды или старения, в составе ФАПЧ также используется интегратор. При использовании цифровых устройств в петле ФАПЧ применяют цифроаналоговый преобразователь. Наконец, если номинальные частоты опорного генератора и управляемого генератора различаются, в частности, если опорная частота ниже, в состав ФАПЧ включают делитель частоты для обеспечения приблизительного равенства сравниваемых сигналов (см. Первачев С.В. Радиоавтоматика: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1982. - 296 с., ил. [2]).Phase (or frequency) frequency locking is widely used in telecommunications to synchronize a controlled oscillator, whose signal serves as the PLL output, with a reference oscillator. Typically, the PLL contains a device for determining the phase difference (phase / frequency discriminator, phase comparator, time error counter). The phase / frequency discriminator generates a control signal characterizing the phase difference of the signals of the reference oscillator and the controlled oscillator. In turn, the controlled generator generates a signal whose frequency is determined by the value of the control voltage. In order to ensure PLL noise immunity, a low-pass filter (LPF) or other smoothing device is used. In addition, if the frequency of the controlled generator spontaneously varies, for example, due to changes in ambient temperature or aging, an integrator is also used in the PLL. When using digital devices, a digital-to-analog converter is used in the PLL loop. Finally, if the nominal frequencies of the reference oscillator and the controlled oscillator are different, in particular, if the reference frequency is lower, a frequency divider is included in the PLL to ensure approximate equality of the compared signals (see Pervachev SV Radioautomatics: Textbook for universities. - M .: Radio and communications, 1982. - 296 p., Ill. [2]).
Приведенный выше метод синхронизации предполагает наличие непрерывного опорного сигнала, имеющего долговременную стабильность частоты лучше, чем управляемого генератора. Однако для удаленных терминалов, таких как базовые станции сотовых систем связи, ретрансляторы и т.д., не всегда удается найти подходящий источник опорного сигнала. Данная проблема в некоторой степени была решена с появлением глобальных спутниковых систем GPS/GLONASS, транслирующих высокостабильный радиосигнал. Однако сигнал спутников принимается не везде и требует использования дополнительного приемника. Альтернативным опорным сигналом может служить сигнал кадровой синхронизации в составе информации, передаваемой по магистральным проводным линиям связи Е1/Т1. Однако таким линиям связи присуще наличие фазового дрожания и фазовых скачков большой величины. Поэтому для нормальной работы ФАПЧ в данном случае необходимо компенсировать фазовые скачки.The above synchronization method assumes a continuous reference signal having long-term frequency stability better than a controlled oscillator. However, for remote terminals, such as base stations of cellular communication systems, repeaters, etc., it is not always possible to find a suitable source of a reference signal. This problem was resolved to some extent with the advent of global GPS / GLONASS satellite systems broadcasting a highly stable radio signal. However, the satellite signal is not received everywhere and requires the use of an additional receiver. An alternative reference signal can be a frame synchronization signal as part of the information transmitted over the E1 / T1 trunk wire lines. However, such communication lines are characterized by the presence of phase jitter and phase jumps of large magnitude. Therefore, for normal PLL operation in this case, it is necessary to compensate for phase jumps.
Компенсация фазовых скачков описана в патенте США №4019143 [3], в котором тактовый выходной сигнал синхронизируется по фазе с основным тактовым генератором. В случае нарушения работы основного генератора схема управления режимом ожидания изменяет фазу тактового выходного сигнала, пока не будет совпадать с фазой сигнала тактового генератора режима ожидания. Недостатком данного изобретения является необходимость второго опорного сигнала, в частности от генератора режима ожидания. В его отсутствие ФАПЧ не будет функционировать.The compensation for phase jumps is described in US patent No. 4019143 [3], in which the clock output signal is synchronized in phase with the main clock generator. In case of malfunction of the main generator, the standby control circuit changes the phase of the clock output signal until it coincides with the phase of the signal of the standby clock generator. The disadvantage of this invention is the need for a second reference signal, in particular from a standby generator. In its absence, the PLL will not function.
В патенте США №6784706 [4] описан метод приведения ФАПЧ, имеющей в своем составе фазовый дискриминатор, управляемый генератор и интегратор, в состояние захвата после воздействия фазового или частотного скачка в выходном сигнале дискриминатора. Данный метод предполагает запоминание выходного сигнала интегратора до того, как происходит фазовый или частотный скачок, определение момента данного скачка и последующее восстановление выходного сигнала интегратора из памяти сразу поле окончания скачка или спустя некоторое время, что позволяет в результате уменьшить перерегулирование ФАПЧ. Недостатком данного изобретения является то, что оно не способно компенсировать влияние фазовых скачков большой длительности или другой не импульсной формы, например ступенчатой. В данном случае восстановленное из памяти выходное значение интегратора после окончания скачка может быть не адекватным выходному сигналу дискриминатора, что приведет ФАПЧ в состояние разрегулирования.US Pat. No. 6,784,706 [4] describes a method of bringing a PLL, which incorporates a phase discriminator, a controlled generator, and an integrator, into a capture state after exposure to a phase or frequency jump in the discriminator output signal. This method involves storing the integrator output signal before a phase or frequency jump occurs, determining the moment of this jump and then restoring the integrator output signal from memory immediately to the end field of the jump or after some time, which allows reducing PLL overshoot as a result. The disadvantage of this invention is that it is not able to compensate for the effect of phase jumps of long duration or other non-pulsed form, for example step. In this case, the integrator output value recovered from the memory after the end of the jump may not be adequate to the discriminator output signal, which will bring the PLL to the deregulated state.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является решение, описанное в патенте США №5426672 [5].Closest to the proposed solution in technical essence is the solution described in US patent No. 5426672 [5].
Способ компенсации скачков опорного сигнала фазовой автоподстройки частоты, описанный в прототипе [5], заключается в следующем:The method of compensating for jumps in the reference signal of the phase-locked loop, described in the prototype [5], is as follows:
- сравнивают фазы опорной информационной последовательности и генерируемой последовательности тактовых импульсов, получая исходный фазоразностный сигнал,- compare the phases of the reference information sequence and the generated sequence of clock pulses, receiving the original phase-difference signal,
- из информационной последовательности выделяют служебную информацию, на основе которой определяют момент и величину фазового скачка, и формируют сигнал компенсации,- service information is extracted from the information sequence, based on which the moment and magnitude of the phase jump are determined, and a compensation signal is generated,
- сигнал компенсации суммируют с исходным фазоразностным сигналом, формируя выходной фазоразностный сигнал.- the compensation signal is summed with the original phase-difference signal, forming the output phase-difference signal.
Процесс компенсации в прототипе [5] происходит в компенсаторе фазовых скачков, расположенном между выходом фазового дискриминатора и входом управляемого генератора. При отсутствии фазового скачка управляющий сигнал не изменяет компенсатор фазового скачка, следовательно, выходной сигнал фазового дискриминатора также остается неизменным. При определении скачка на основе служебной информации подают управляющий сигнал компенсации, который корректирует выходной сигнал дискриминатора. При положительном фазовом скачке соответствующее значение вычитается из выходного сигнала фазового дискриминатора, в противном случае соответствующее значение добавляется.The compensation process in the prototype [5] occurs in the phase jump compensator located between the output of the phase discriminator and the input of a controlled generator. In the absence of a phase jump, the control signal does not change the phase jump compensator, therefore, the output signal of the phase discriminator also remains unchanged. When determining the jump based on the service information, a compensation compensation signal is supplied, which corrects the discriminator output signal. With a positive phase jump, the corresponding value is subtracted from the output signal of the phase discriminator, otherwise the corresponding value is added.
Однако, когда служебная информация недоступна, компенсация скачка становится проблематичной и фазовая автоподстройка частоты вследствие этих скачков прекращает работу.However, when service information is not available, the compensation of the jump becomes problematic and phase-locked loop due to these jumps stops working.
Задача, которую решает предлагаемое изобретение: компенсация фазовых скачков опорного сигнала с целью обеспечения нормальной работы системы фазовой автоподстройки частоты.The problem that the invention solves: compensation of phase jumps of the reference signal in order to ensure normal operation of the phase locked loop.
Для решения этой задачи в способ компенсации скачков опорного сигнала фазовой автоподстройки частоты, заключающийся в том, что сравнивают фазы опорной и генерируемой последовательностей тактовых импульсов, получая исходный фазоразностный сигнал, согласно изобретению введены следующие операции:To solve this problem, in the method of compensating for jumps in the reference signal of the phase-locked loop, which consists in comparing the phases of the reference and generated sequences of clock pulses, obtaining the initial phase-difference signal, the following operations are introduced according to the invention:
фильтруют исходный фазоразностный сигнал, запоминают исходный и фильтрованный фазоразностный сигнал,filter the initial phase-difference signal, remember the original and filtered phase-difference signal,
определяют приращение текущего значения фазоразностного сигнала по сравнению с предыдущим значением,determine the increment of the current value of the phase difference signal compared to the previous value,
запоминают приращение текущего значения фазоразностного сигнала,remember the increment of the current value of the phase difference signal,
отдельно фильтруют полученные положительные и отрицательные приращения текущего значения фазоразностного сигнала,separately filter the received positive and negative increments of the current value of the phase-difference signal,
запоминают фильтрованные приращения текущего значения фазоразностного сигнала,remember filtered increments of the current value of the phase difference signal,
сравнивают текущее положительное или отрицательное значение приращения фазоразностного сигнала с соответствующим фильтрованным значением приращения фазоразностного сигнала,comparing the current positive or negative increment value of the phase difference signal with the corresponding filtered increment value of the phase difference signal,
регистрируют фазовый скачок, если текущее положительное приращение фазоразностного сигнала выше положительного фильтрованного значения фазоразностного сигнала на величину заданного порога или текущее отрицательное приращение фазоразностного сигнала ниже отрицательного фильтрованного значения фазоразностного сигнала на величину заданного порога,register a phase jump if the current positive increment of the phase difference signal is higher than the positive filtered value of the phase difference signal by the value of the specified threshold or the current negative increment of the phase difference signal is lower than the negative filtered value of the phase difference signal by the value of the specified threshold,
в случае регистрации текущего фазового скачка оценивают величину предыдущего фазового скачка, используя запомненное значение приращения входного фазоразностного сигнала на момент предыдущего скачка, его текущее фильтрованное значение, а также фильтрованные положительные и отрицательные приращения фазоразностного сигнала на момент предыдущего скачка,if the current phase jump is recorded, the value of the previous phase jump is estimated using the stored value of the increment of the input phase difference signal at the time of the previous jump, its current filtered value, as well as the filtered positive and negative increments of the phase difference signal at the time of the previous jump,
суммируют величину полученной оценки скачка с предыдущими оценками,summarize the value of the obtained jump estimate with previous estimates,
получают выходное скорректированное значение фазоразностного сигнала путем вычитания суммарной величины оценки скачков из запомненного фильтрованного фазоразностного сигнала.the output corrected value of the phase difference signal is obtained by subtracting the total value of the jump estimate from the stored filtered phase difference signal.
Оценку значения скачка осуществляют путем выбора одного из двух значений, равных приращению фазоразностного сигнала в момент определения скачка и двух возможных фильтрованных приращений фазоразностного сигнала (положительного или отрицательного) в этот момент.The jump value is estimated by choosing one of two values equal to the increment of the phase difference signal at the moment of determining the jump and two possible filtered increments of the phase difference signal (positive or negative) at this moment.
Выбор осуществляют в пользу того из двух значений, равных приращению фазоразностного сигнала в момент определения скачка и двух возможных фильтрованных приращений фазоразностного сигнала (положительного или отрицательного) в тот момент, который ближе по модулю к разности значений фильтрованного фазоразностного сигнала до и после фазового скачка.The choice is made in favor of that of two values equal to the increment of the phase-difference signal at the moment of determining the jump and two possible filtered increments of the phase-difference signal (positive or negative) at that moment which is closer in absolute value to the difference in the values of the filtered phase-difference signal before and after the phase jump.
Сопоставительный анализ способа и устройства компенсации фазовых скачков опорного сигнала в системе фазовой автоподстройки частоты с прототипом показывает, что предлагаемое изобретение существенно отличается от известных решений, так как позволяет обеспечить компенсацию фазовых скачков опорного сигнала и обеспечение нормальной работы цифровой фазовой автоподстройки частоты.A comparative analysis of the method and device for compensating the phase jumps of the reference signal in the phase locked loop with the prototype shows that the present invention is significantly different from the known solutions, as it allows the compensation of the phase jumps of the reference signal and the normal operation of digital phase locked loop.
Сопоставительный анализ заявляемых решений с другими техническими решениями в данной области техники не позволил выявить признаки, заявленные в отличительных частях формул изобретений. Следовательно, заявляемые решения отвечают критериям "новизна", "изобретательский уровень", "промышленная применимость".A comparative analysis of the claimed solutions with other technical solutions in this technical field did not allow to identify the features claimed in the distinctive parts of the claims. Therefore, the claimed solutions meet the criteria of "novelty", "inventive step", "industrial applicability".
Графические материалы, используемые в материалах заявки:Graphic materials used in the application materials:
Фиг.1 - структурная схема реализации фазовой автоподстройки частоты.Figure 1 is a structural diagram of the implementation of phase-locked loop.
Фиг.2 - структурная схема реализации компенсатора фазовых скачков.Figure 2 is a structural diagram of the implementation of the phase jump compensator.
Фиг.3 - пример выполнения блока оценки фазового скачка.Figure 3 is an example of a phase jump estimation block.
Фиг.4 - зависимость временного рассогласования выходного сигнала и частотной ошибки от времени.Figure 4 - the time dependence of the output signal and the frequency error from time to time.
Фиг.5 - зависимость измеренного временного рассогласования ×109 (линия А) и оцененного временного рассогласования (линия Б) от времени в секундах традиционной ФАПЧ.Figure 5 - dependence of the measured time mismatch × 109 (line A) and the estimated time mismatch (line B) on time in seconds of the traditional PLL.
Фиг.6 - зависимость измеренного временного рассогласования ×109 (линия А) и оцененного временного рассогласования (линия Б) от времени в секундах при использовании заявляемого компенсатора фазовых скачков.6 is a dependence of the measured time mismatch × 109 (line A) and the estimated time mismatch (line B) on time in seconds when using the inventive phase jump compensator.
Предлагаемый способ компенсации скачков фазы опорного сигнала автоподстройки частоты заключается в следующем:The proposed method of compensating for phase jumps of the reference signal of the frequency control is as follows:
сравнивают фазы опорной и генерируемой последовательностей тактовых импульсов, получая исходный фазоразностный сигнал,comparing the phases of the reference and generated sequences of clock pulses, receiving the initial phase-difference signal,
фильтруют исходный фазоразностный сигнал, запоминают исходный и фильтрованный фазоразностный сигнал,filter the initial phase-difference signal, remember the original and filtered phase-difference signal,
определяют приращение текущего значения фазоразностного сигнала по сравнению с предыдущим значением,determine the increment of the current value of the phase difference signal compared to the previous value,
запоминают приращение текущего значения фазоразностного сигнала,remember the increment of the current value of the phase difference signal,
отдельно фильтруют полученные положительные и отрицательные приращения текущего значения фазоразностного сигнала,separately filter the received positive and negative increments of the current value of the phase-difference signal,
запоминают фильтрованные приращения текущего значения фазоразностного сигнала,remember filtered increments of the current value of the phase difference signal,
сравнивают текущее положительное или отрицательное значение приращения фазоразностного сигнала с соответствующим фильтрованным значением приращения фазоразностного сигнала,comparing the current positive or negative increment value of the phase difference signal with the corresponding filtered increment value of the phase difference signal,
регистрируют фазовый скачок, если текущее положительное приращение фазоразностного сигнала выше положительного фильтрованного значения фазоразностного сигнала на величину заданного порога или текущее отрицательное приращение фазоразностного сигнала ниже отрицательного фильтрованного значения фазоразностного сигнала на величину заданного порога,register a phase jump if the current positive increment of the phase difference signal is higher than the positive filtered value of the phase difference signal by the value of the specified threshold or the current negative increment of the phase difference signal is lower than the negative filtered value of the phase difference signal by the value of the specified threshold,
в случае регистрации текущего фазового скачка оценивают величину предыдущего фазового скачка, используя запомненное значение приращения входного фазоразностного сигнала на момент предыдущего скачка, его текущее фильтрованное значение, а также фильтрованные положительные и отрицательные приращения фазоразностного сигнала на момент предыдущего скачка,if the current phase jump is recorded, the value of the previous phase jump is estimated using the stored value of the increment of the input phase difference signal at the time of the previous jump, its current filtered value, as well as the filtered positive and negative increments of the phase difference signal at the time of the previous jump,
суммируют величину полученной оценки скачка с предыдущими оценками,summarize the value of the obtained jump estimate with previous estimates,
получают выходное скорректированное значение фазоразностного сигнала путем вычитания суммарной величины оценки скачков из запомненного фильтрованного фазоразностного сигнала.the output corrected value of the phase difference signal is obtained by subtracting the total value of the jump estimate from the stored filtered phase difference signal.
Оценку значения скачка осуществляют путем выбора одного из двух значений, равных приращению фазоразностного сигнала в момент определения скачка и двух возможных фильтрованных приращений фазоразностного сигнала (положительного или отрицательного) в этот момент.The jump value is estimated by choosing one of two values equal to the increment of the phase difference signal at the moment of determining the jump and two possible filtered increments of the phase difference signal (positive or negative) at this moment.
Выбор осуществляют в пользу того из двух значений, равных приращению фазоразностного сигнала в момент определения скачка и двух возможных фильтрованных приращений фазоразностного сигнала (положительного или отрицательного) в тот момент, которое ближе по модулю к разности значений фильтрованного фазоразностного сигнала до и после фазового скачка.The choice is made in favor of that of two values equal to the increment of the phase-difference signal at the moment of determining the jump and two possible filtered increments of the phase-difference signal (positive or negative) at that moment which is closer in absolute value to the difference in the values of the filtered phase-difference signal before and after the phase jump.
Устройство фазовой автоподстройки частоты можно представить так, как показано на фиг.1. Это устройство содержит последовательно соединенные опорный генератор 1, фазовый дискриминатор 2, компенсатор 3 фазового скачка, фильтр 4 нижних частот, интегратор 8, цифроаналоговый преобразователь 7, управляемый генератор 6, делитель 5, выход которого соединен с вторым входом фазового дискриминатора 2.A phase locked loop can be represented as shown in FIG. This device contains a serially connected reference generator 1, a phase discriminator 2, a phase jump compensator 3, a low-pass filter 4, an
Фазовый (или частотный) дискриминатор 2 служит для определения разности фаз, которое формирует управляющие сигналы, характеризующие разницу фаз сигналов опорного генератора 1 и управляемого генератора 6. В свою очередь, управляемый генератор 6 формирует сигнал, частота которого определяется значением управляющего напряжения. Для того чтобы обеспечить помехоустойчивость ФАПЧ, используется фильтр 4 нижних частот или другое сглаживающее устройство. Если частота управляемого генератора 6 самопроизвольно варьируется, например, ввиду изменения температуры окружающей среды или старения, то стабилизации ее используется интегратор 8. При использовании цифровых устройств в петле ФАПЧ применяют цифроаналоговый преобразователь 7. Если частота опорного сигнала ниже частоты управляемого генератора 6, в состав ФАПЧ вводят делитель 5 частоты, который служит для обеспечения приблизительного равенства частот сравниваемых сигналов опорного генератора 1 и управляемого генератора 6.The phase (or frequency) discriminator 2 is used to determine the phase difference, which generates control signals characterizing the phase difference of the signals of the reference generator 1 and the controlled generator 6. In turn, the controlled generator 6 generates a signal whose frequency is determined by the value of the control voltage. In order to ensure the PLL noise immunity, a low-pass filter 4 or other smoothing device is used. If the frequency of the controlled oscillator 6 spontaneously varies, for example, due to changes in ambient temperature or aging, then an
Необходимым условием получения характеристик ФАПЧ/ЧАП, как описано выше, является присутствие соответствующего опорного сигнала, который должен быть стабильным в течение длительного времени. Для независимых объектов телекоммуникации, например базовой станции, контроллера базовой станции, подходящим опорным сигналом является сигнал GPS приемника. Однако такой сигнал не всегда доступен из-за нарушений работы приемника GPS, отсутствия спутников в зоне прямой видимости и т.д. В результате предусматривается резервный режим работы, обеспечивающий синхронизацию с сигналом сети.A necessary condition for obtaining the PLL / CHAP characteristics, as described above, is the presence of an appropriate reference signal, which must be stable for a long time. For independent telecommunications entities, such as a base station, base station controller, a suitable reference signal is the GPS receiver signal. However, such a signal is not always available due to violations of the GPS receiver, the lack of satellites in the line of sight, etc. As a result, a backup mode of operation is provided, which ensures synchronization with the network signal.
Компенсатор 3 скачков фазы опорного сигнала осуществляет оценку моментов времени и значений скачков на основе анализа фазоразностного сигнала и затем компенсирует полученное значение. Скачки фазы происходят, например, когда опорный сигнал состоит из импульсов начала фрейма информационного потока Е1/Т1, где скачки вызваны явлениями выравнивания указателя и выравнивания бит. В результате получается скорректированный фазоразностный сигнал без скачков, подходящий для регулирования внутреннего генератора посредством алгоритма фазовой/частотной автоподстройки (ФАПЧ/ЧАП).The compensator 3 jumps of the phase of the reference signal estimates the time instants and values of the jumps based on the analysis of the phase-difference signal and then compensates for the obtained value. The phase jumps occur, for example, when the reference signal consists of pulses of the beginning of the frame of the information flow E1 / T1, where the jumps are caused by the phenomena of pointer alignment and bit alignment. The result is a corrected phase difference signal without jumps, suitable for regulating the internal oscillator by means of a phase / frequency self-tuning algorithm (PLL / CHAP).
Заявляемый способ состоит из двух этапов: определение момента фазового скачка и оценка значения данного скачка.The inventive method consists of two stages: determining the moment of the phase jump and estimating the value of this jump.
Определение момента фазового скачка осуществляется путем порогового сравнения текущего изменения (приращения) фазоразностного сигнала с соответствующим (положительным или отрицательным) локальным средним изменением приращением фазоразностного сигнала.The moment of the phase jump is determined by threshold comparison of the current change (increment) of the phase difference signal with the corresponding (positive or negative) local average change in the increment of the phase difference signal.
Оценка значения скачка осуществляется путем выбора одного из двух значений, равных разности приращения фазоразностного сигнала в момент определения скачка и двух возможных локальных средних приращений фазоразностного сигнала (положительного или отрицательного) в тот момент. Наиболее близкое значение к разности между локальными средними (фильтрованными) значениями фазоразностного сигнала до и после скачка считается верным.The jump value is estimated by choosing one of two values equal to the difference in the increment of the phase-difference signal at the moment of determining the jump and two possible local average increments of the phase-difference signal (positive or negative) at that moment. The closest value to the difference between the local average (filtered) values of the phase difference signal before and after the jump is considered to be true.
На фиг.2 показана структурная схема компенсатора 3 фазовых скачков согласно изобретению. Компенсатор 3 фазовых скачков содержит дифференциатор 9, коммутатор 10, первый компаратор 11, второй компаратор 12, третий компаратор 15, первый фильтр 13 нижних частот, второй фильтр 14 нижних частот, третий фильтр 16 нижних частот, блок 17 оценки фазового скачка.Figure 2 shows the structural diagram of the compensator 3 phase jumps according to the invention. The phase jump compensator 3 comprises a
Вход дифференциатора 9 является входом компенсатора 3 фазового скачка, а также входом сигнала временного рассогласования (ВР). Вход компенсатора 3 фазового скачка соединен также с первым входом третьего фильтра 16 нижних частот. Выход дифференциатора 9 соединен с первым входом коммутатора 10 непосредственно, со вторым входом коммутатора 10 через первый компаратор 11 и с первым входом блока 17 оценки фазового скачка. Первый выход коммутатора 10 соединен с первым входом второго компаратора 12 и первым входом первого фильтра 13 нижних частот. Второй выход коммутатора 10 соединен с первым входом третьего компаратора 15 и первым входом второго фильтра 14 нижних частот. Второй вход блока 17 оценки фазового скачка соединен с выходом третьего фильтра 16 нижних частот, который является выходом фильтрованного исходного фазоразностного сигнала. Первый выход блока 17 оценки фазового скачка является выходом сигнала сброса фильтров нижних частот и соединен со вторыми входами первого 13, второго 14 и третьего 16 фильтров нижних частот. Выход второго фильтра 14 нижних частот является выходом отрицательных фильтрованных приращений фазоразностного сигнала и соединен со вторым входом третьего компаратора 15 и третьим входом блока 17 оценки фазового скачка. Выход первого фильтра 13 нижних частот является выходом положительных фильтрованных приращений фазоразностного сигнала и соединен со вторым входом второго компаратора 12 и четвертым входом блока 17 оценки фазового скачка. Пятый вход блока 17 оценки фазового скачка является входом начальной установки и соединен с выходом второго 12 и третьего 15 компараторов. Второй выход блока 17 оценки фазового скачка является выходом компенсатора 3 фазового скачка, а также выходом выходного значения фазоразностного сигнала.The input of the
В фазовом дискриминаторе 2 сравнивают фазы опорной и генерируемой последовательности тактовых импульсов, получая исходный фазоразностный сигнал. Этот исходный фазоразностный сигнал поступает на вход третьего фильтра 16 нижних частот, где фильтруется, затем поступает на первый вход блока 17 оценки фазового скачка, где его запоминают. В дифференциаторе 9 определяют приращение фазоразностного сигнала, которое затем сравнивают с нулевым порогом первого компаратора 11, и запоминают в блоке 17 оценки фазового скачка. Через коммутатор 10 положительные приращения фазоразностного сигнала поступают на первый фильтр 13 нижних частот, где их фильтруют, а затем положительные фильтрованные приращения фазоразностного сигнала поступают на четвертый вход блока 17 оценки фазового скачка для запоминания. Отрицательные приращения фазоразностного сигнала через коммутатор 10 поступают на второй фильтр 14 нижних частот, где их фильтруют, затем поступают на третий вход блока 17, в котором также происходит запоминание отрицательных фильтрованных приращений фазоразностного сигнала.In the phase discriminator 2, the phases of the reference and the generated sequence of clock pulses are compared, obtaining the initial phase-difference signal. This initial phase-difference signal is fed to the input of the third low-
В компараторе 12 положительные значения приращения фазоразностного сигнала с выхода дифференциатора 9 сравнивают с фильтрованным приращением фазоразностного сигнала с выхода первого фильтра 13 нижних частот. Если они больше на величину заданного порога, полагают, что произошел фазовый скачок. В компараторе 15 отрицательные значения приращения фазоразностного сигнала с выхода дифференциатора 9 сравниваются с отрицательным фильтрованным приращением фазоразностного сигнала с выхода второго фильтра 14 нижних частот. Если они меньше на величину заданного порога, также полагают, что произошел фазовый скачок. В случае регистрации текущего фазового скачка блок 17 оценки фазового скачка осуществляет оценку предыдущего скачка с помощью запомненных на тот момент выходных сигналов первого 13, второго 14 и третьего 16 фильтров нижних частот и дифференциатора 9. В блоке 17 оценки фазового скачка суммируют величину оценки предыдущего скачка с ранее полученными оценками, получают выходное значение фазоразностного сигнала, вычитая суммарную величину оценки скачков из запомненного фильтрованного фазоразностного сигнала.In the comparator 12, the positive values of the increment of the phase-difference signal from the output of the
На фиг.3 представлен вариант структурной схемы блока 17 оценки фазового скачка. Работает этот блок следующим образом. Каждый раз, когда регистрируется новый фазовый скачок, блок оценки величины фазового скачка осуществляет оценку предыдущего скачка, используя значение приращения фазоразностного сигнала на момент ранее определенного фазового скачка, которое было сохранено в блоке 20 памяти, отфильтрованные положительное и отрицательное приращения фазоразностного сигнала в момент ранее определенного фазового скачка, которые были сохранены в блоке 18 памяти и блоке 19 памяти, а также текущего отфильтрованного приращения фазоразностного сигнала и отфильтрованного приращения фазоразностного сигнала на момент фазового скачка, которое было сохранено в блоке 21 памяти. Выходные значения с блоков 18 и 20 памяти вычитаются друг из друга в вычитателе 22, а выходные значения с выходов блоков 19 и 20 вычитаются друг из друга в вычитателе 23. Входные и выходные значения блока 21 памяти вычитаются в вычитателе 24. Полученный результат с выхода вычитателя 24 вычитают из выходных сигналов вычитателя 22 и вычитателя 23 в вычитателе 25 и вычитателе 26 соответственно. Затем их абсолютные значения сравниваются в компараторе 27. Если выходное абсолютное значение вычитателя 25 меньше, то сигнал интегратора 29 изменяется на величину выходного сигнала вычитателя 22 с помощью селектора 28. В противном случае сигнал интегратора 29 изменяют на величину выходного сигнала вычитателя 23. После обновления выходного сигнала вычитателя 30 содержание блоков 18, 19, 20, 21 памяти также обновляют.Figure 3 presents a variant of the structural diagram of the block 17 evaluation of the phase jump. This block works as follows. Each time a new phase jump is recorded, the phase jump value estimator estimates the previous jump using the increment of the phase difference signal at the time of the previously determined phase jump, which was stored in the
Проверка характеристик предлагаемого изобретения была проведена посредством моделирования. В качестве примера была рассмотрена ФАПЧ, использующая импульсы начала фрейма сигнала Е1/Т1, следующих с частотой 8 кГц, в качестве опорного сигнала, а также детектор временного рассогласования в качестве фазового дискриминатора и подстраиваемый кварцевый генератор частотой 10 МГц в качестве управляемого генератора. Старение кварцевого генератора составляло 10-10/день, а температурный уход в пределах 0-70°С составлял ±10-10. Был рассмотрен скачкообразный опорный сигнал, аналогичный Е1/Т1, включающий фазовый скачок на 2 мкс каждые 60 секунд. Необходимо заметить, что традиционные алгоритмы ФАПЧ/ЧАП без компенсации фазового скачка не работают в данных условиях. Тем не менее, при использовании заявляемого изобретения характеристики ФАПЧ/ЧАП соответствуют представленному ниже графику фиг.4. На фиг.5 ФАПЧ/ЧАП не используется. На данном графике представлено наблюдаемое и оцененное (после компенсации скачков) временное рассогласование.Verification of the characteristics of the invention was carried out by simulation. As an example, a PLL was used, using the pulses of the beginning of the E1 / T1 signal frame following with a frequency of 8 kHz as a reference signal, as well as a time misalignment detector as a phase discriminator and a tunable 10 MHz crystal oscillator as a controlled oscillator. The aging of the quartz generator was 10 -10 / day, and the temperature deviation in the range of 0-70 ° C was ± 10 -10 . An abrupt reference signal similar to E1 / T1 was considered, including a phase jump of 2 μs every 60 seconds. It should be noted that traditional PLL / CAP algorithms without phase jump compensation do not work in these conditions. However, when using the claimed invention, the characteristics of the PLL / CHAP correspond to the graph below, figure 4. In Fig.5 PLL / CAP is not used. This graph shows the observed and estimated (after compensating for the jumps) temporary mismatch.
На фиг.4 представлена зависимость абсолютного временного рассогласования выходного сигнала в нс (линия А) и частотной ошибки в Гц (линия Б) от времени в секундах в течение суток. Точность детектора временного рассогласования равна ±2.5 нс, среднеквадратичного отклонения (СКО) временного дрожания фронта кварцевого генератора равна 1.5 пс.Figure 4 presents the dependence of the absolute temporal mismatch of the output signal in ns (line A) and the frequency error in Hz (line B) on time in seconds during the day. The accuracy of the temporal mismatch detector is ± 2.5 ns, and the standard deviation (RMS) of the temporary jitter of the front of the crystal oscillator is 1.5 ps.
На фиг.5 и 6. ФАПЧ/ЧАП не используется.5 and 6. PLL / CHAP is not used.
На фиг.5 представлена зависимость измеренного временного рассогласования ×109 (линия А) и оцененного временного рассогласования (линия Б) от времени в секундах традиционной ФАПЧ. На фиг.6 представлена зависимость измеренного временного рассогласования ×109 (линия А) и оцененного временного рассогласования (линия Б) от времени в секундах при использовании заявляемого компенсатора фазовых скачков.Figure 5 presents the dependence of the measured time mismatch × 109 (line A) and the estimated time mismatch (line B) on time in seconds of the traditional PLL. Figure 6 shows the dependence of the measured time mismatch × 109 (line A) and the estimated time mismatch (line B) on time in seconds when using the inventive phase jump compensator.
Результаты моделирования показывают, что метод компенсации фазовых скачков опорного сигнала ФАПЧ, предлагаемый изобретением, практически полностью компенсирует фазовые скачки опорного сигнала и позволяет системе ФАПЧ работать в нормальном режиме.The simulation results show that the method of compensating for the phase jumps of the PLL reference signal proposed by the invention almost completely compensates for the phase jumps of the reference signal and allows the PLL to operate in normal mode.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006100406/09A RU2321167C2 (en) | 2006-01-13 | 2006-01-13 | Method for compensating discontinuous jumps of supporting signal of phase-locked loop frequency control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006100406/09A RU2321167C2 (en) | 2006-01-13 | 2006-01-13 | Method for compensating discontinuous jumps of supporting signal of phase-locked loop frequency control |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2321167C2 true RU2321167C2 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=39366528
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006100406/09A RU2321167C2 (en) | 2006-01-13 | 2006-01-13 | Method for compensating discontinuous jumps of supporting signal of phase-locked loop frequency control |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2321167C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2779297C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-09-05 | Акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Apparatus for stabilising the frequency of an adjustable generator |
-
2006
- 2006-01-13 RU RU2006100406/09A patent/RU2321167C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2779297C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-09-05 | Акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | Apparatus for stabilising the frequency of an adjustable generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8686771B2 (en) | Digital phase-locked loop with wide capture range, low phase noise, and reduced spurs | |
US6081163A (en) | Standard frequency and timing generator and generation method thereof | |
US7015762B1 (en) | Reference timing signal apparatus and method | |
JP3085511B2 (en) | Reference frequency generator | |
US4803705A (en) | Analog phase locked loop | |
JP2000510668A (en) | Multiple input frequency fixed loop | |
CN110581742B (en) | Clock synchronization method, system and base station | |
EP1919103B1 (en) | Method and apparatus for automatic frequency correction in a multimode device | |
CN108521324B (en) | Synchronous clock device | |
US7409028B2 (en) | Clock synchronization in a communications environment | |
JPH11271476A (en) | Reference frequency generating device | |
US6400930B1 (en) | Frequency tuning for radio transceivers | |
JP2001186180A (en) | Ip terminal device, method for estimating frequency error range, method of estimating frequency difference and method of calculating estimated required time | |
US5909148A (en) | Carrier phase synchronizing circuit | |
JP5688905B2 (en) | Reference frequency generator | |
WO2011003309A1 (en) | Clock unit realization method and clock unit device | |
US7424069B1 (en) | Reference timing signal apparatus and method | |
US7945010B2 (en) | Apparatus and method for compensating for phase jump of reference signal in digital phase-locked loop/frequency-locked loop | |
JPH1168557A (en) | Reference frequency generator | |
RU2321167C2 (en) | Method for compensating discontinuous jumps of supporting signal of phase-locked loop frequency control | |
US7016444B2 (en) | Filter loop structure for synchronization in a mobile communication terminal and a method of using the same | |
US20050227630A1 (en) | System for synchronizing a portable transceiver to a network | |
JP3153671B2 (en) | Mobile radio | |
US20210111725A1 (en) | Phase-locked loop apparatus and method for clock synchronization | |
US5317600A (en) | Coarse tuning of the channel frequency |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200114 |