專利名稱：用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，并且特別涉及用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
已知在例如SDH或Sonet的同步傳輸網(wǎng)絡(luò)中，所有本地定時(shí)信號(hào)由基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)來(lái)同步。所述基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳播，并被用來(lái)同步所述傳輸網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)。
換句話說(shuō)，同步傳輸網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行“主-從”同步方式，其中，通過(guò)在本地再生基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)(主)，恢復(fù)單個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的所有本地定時(shí)信號(hào)(從)，所述基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中傳播。
為了被同步，需要同步網(wǎng)絡(luò)(例如SDH或Sonet)的網(wǎng)絡(luò)單元執(zhí)行功能，例如測(cè)量基準(zhǔn)頻率或者再生基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)。對(duì)于所述網(wǎng)絡(luò)的正確操作，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元必須盡可能準(zhǔn)確地執(zhí)行這些功能。
例如，用于SDH標(biāo)準(zhǔn)的ITU-T建議G.813建立了由每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元測(cè)量的基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)的頻率的需求。例如，將2048kbit/s操作的優(yōu)化SDH層的準(zhǔn)確度定為4.6ppm。ITU-T建議G.813也根據(jù)恢復(fù)信號(hào)相位的漂移(wander)和抖動(dòng)(jitter)，定義了本地再生的定時(shí)信號(hào)的需求(“從設(shè)備時(shí)鐘(Slave Equipment Clock)”或者SEC)。例如，對(duì)于以2048kbit/s操作的優(yōu)化SDH層，當(dāng)通過(guò)通帶為20Hz-100Hz的帶通濾波器，在60秒的間隔上通過(guò)0.50UI的最大峰到峰幅度來(lái)定義最大抖動(dòng)時(shí)，在0.1-1秒的觀察間隔上的最大漂移是40納秒。
已知現(xiàn)有技術(shù)中的一些用于相位測(cè)量的設(shè)備，其能夠數(shù)字地或者模擬地恢復(fù)信號(hào)的相位。所述設(shè)備根據(jù)進(jìn)入信號(hào)x(t)的時(shí)間Гx(t)來(lái)恢復(fù)相位，并可選地通過(guò)適當(dāng)處理相位來(lái)估計(jì)其頻率fx。在同步傳輸網(wǎng)絡(luò)中，用于相位測(cè)量的設(shè)備可被用于下列網(wǎng)絡(luò)單元中-用于恢復(fù)進(jìn)入信號(hào)x(t)的相位和/或頻率；-用于促進(jìn)進(jìn)入信號(hào)x(t)的再生。
應(yīng)當(dāng)指出，定時(shí)信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中傳播，所述數(shù)據(jù)流的比特速率等于定時(shí)信號(hào)的頻率。為了簡(jiǎn)單，接下來(lái)的描述“頻率為fx的信號(hào)x(t)”是指比特速率為fx的數(shù)據(jù)流。
在第一種情況中(相位和/或頻率測(cè)量)，用于相位測(cè)量的設(shè)備接收信號(hào)x(t)，并輸出例如其頻率fx的測(cè)量。在網(wǎng)絡(luò)單元中，所述設(shè)備可以例如提供包括在所述同步數(shù)據(jù)流中的基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)的相位或頻率的測(cè)量；可選地，所述設(shè)備可提供來(lái)自于與所述同步網(wǎng)絡(luò)連接的異步本地網(wǎng)絡(luò)的異步數(shù)據(jù)流的相位或頻率的測(cè)量。在第一種情況中(fx是所述基準(zhǔn)定時(shí)頻率)，例如，所述網(wǎng)絡(luò)單元能夠存儲(chǔ)所測(cè)量的頻率，該網(wǎng)絡(luò)單元能夠在需要時(shí)使用它，例如當(dāng)所述網(wǎng)絡(luò)單元最終丟失所有的基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)(SDH建議ITU-T G.813中的“保持(holdover)操作”)時(shí)。在第二種情況中(fx是異步信號(hào)的頻率)，所測(cè)量的頻率能夠被用來(lái)將異步分支(tributary)映射/反映射到所述同步數(shù)字結(jié)構(gòu)中。
如上所述，用于相位測(cè)量的設(shè)備能夠促進(jìn)進(jìn)入信號(hào)x(t)的再生。在再生設(shè)備中，鎖相環(huán)(或PLL)因其結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單和其再生信號(hào)的準(zhǔn)確性而成為最普遍采用的設(shè)備之一。PLL接收頻率為fx的信號(hào)x(t)，并且通過(guò)適當(dāng)?shù)姆答仚C(jī)制，該P(yáng)LL輸出具有所述信號(hào)x(t)的相同頻率fx的本地周期信號(hào)xloc(t)。更具體地，PLL在反饋配置中包括檢相器和壓控振蕩器(或VCO)。所述檢相器比較進(jìn)入信號(hào)x(t)的相位和本地信號(hào)xloc(t)的相位，該本地信號(hào)是由所述VCO產(chǎn)生的并傳播至所述PLL的環(huán)路中。使用兩個(gè)比較信號(hào)之間的相位誤差信號(hào)來(lái)調(diào)整所述VCO的操作頻率。當(dāng)本地信號(hào)xloc(t)的頻率等于進(jìn)入信號(hào)x(t)的頻率時(shí)，所述PLL是“相位鎖定”的。
例如，在同步網(wǎng)絡(luò)中，PLL被置于網(wǎng)絡(luò)單元中，以從所述同步數(shù)據(jù)流(x(t))恢復(fù)本地定時(shí)信號(hào)(xloc(t))。然后使用所述本地定時(shí)信號(hào)來(lái)同步交換功能。
如上所述，所述用于測(cè)量相位的設(shè)備可以是數(shù)字的或者模擬的。然而對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言，用于測(cè)量相位的設(shè)備優(yōu)選地是數(shù)字的，這是因?yàn)槠涓子诤退鼍W(wǎng)絡(luò)單元的其它元件集成，其主要執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理。
數(shù)字地測(cè)量信號(hào)x(t)的相位Гx(t)的已知方法提供了計(jì)數(shù)值，該計(jì)數(shù)值隨標(biāo)志了信號(hào)x(t)的演化的每個(gè)事件而改變。然后，以采樣頻率fs來(lái)采樣計(jì)數(shù)值。理想地，如果所述頻率fs等于頻率fx的整因數(shù)，則采樣序列允許根據(jù)時(shí)間Гx(t)來(lái)恢復(fù)相位。
然而，在實(shí)際操作中，所述頻率fs不正好是頻率fx的整因數(shù)。例如，所述進(jìn)入信號(hào)x(t)可以是異步的數(shù)據(jù)流，其頻率明顯不同于同步所述網(wǎng)絡(luò)單元的同步頻率，根據(jù)其導(dǎo)出頻率fs?？蛇x地，所述進(jìn)入信號(hào)x(t)可以是同步數(shù)據(jù)流，其比特速率受依據(jù)建議ITU-T G.813的上述容限的影響(每百萬(wàn)的一部分)。
在這些情況中，其中，在采樣頻率fs和信號(hào)頻率fx之間發(fā)生去調(diào)，所測(cè)量的相位受周期誤差的影響，下文將詳細(xì)解釋原因。通過(guò)降低fs和fx之間的去調(diào)來(lái)增加所述相位誤差的周期。例如，通過(guò)下文將要介紹的公式，說(shuō)明了當(dāng)以同步層(幾個(gè)百分比點(diǎn)的去調(diào))的頻率來(lái)測(cè)量異步信號(hào)的相位時(shí)，所述振蕩器具有幾個(gè)納秒的周期，相應(yīng)于100MHz級(jí)的頻譜分布，其相當(dāng)容易濾波。相反，當(dāng)通過(guò)所述同步層的頻率測(cè)量同步信號(hào)的相位時(shí)(去調(diào)每百萬(wàn)的一小部分)，所述相位誤差具有幾秒的周期，相應(yīng)于Hz范圍內(nèi)的頻譜分布，其不能通過(guò)數(shù)字低通濾波器被濾波。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一般目的是提供用于在克服了前述問(wèn)題的傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字地測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)的相位的一種方法和一種設(shè)備。
特別地，本發(fā)明的目的是提供用于在傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字地測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)的相位的一種方法和一種設(shè)備，在所述網(wǎng)絡(luò)中，由于所述采樣頻率和被測(cè)量的信號(hào)頻率之間的去調(diào)所引起的相位誤差，具有與所述去調(diào)無(wú)關(guān)并易于被低通數(shù)字濾波器濾波的頻譜分布。便利地，這樣的數(shù)字濾波器類似于同步網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)單元中已有的濾波器。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)用于在傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字地測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)的相位的一種方法和一種設(shè)備，達(dá)到了所述和其它目的，在分別的從屬權(quán)利要求中闡明了本發(fā)明的其它有利特征。所有的權(quán)利要求被認(rèn)為是本發(fā)明的組成部分。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的方法，所述方法包括與已知方法相比的附加步驟，其中，以與所述數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率不相關(guān)的第一采樣頻率來(lái)采樣計(jì)數(shù)值。所述第一采樣頻率可以表示為fc＝αfx，其中α是無(wú)理數(shù)。通過(guò)下文將要介紹的公式，說(shuō)明了所述相位誤差的周期和幅度主要取決于α；特別地，如果α是無(wú)理數(shù)，則該相位誤差是非周期的。
因此，盡管fs和fx之間的去調(diào)僅是每百萬(wàn)的一小部分，然而由于該相位誤差目前主要取決于α，因而能夠修改該相位誤差。特別地，可以選擇α，以便朝著能夠容易地被電子低通濾波器濾波的頻率范圍，偏移所述相位誤差的頻譜分布。
在第一方面中，本發(fā)明提供了一種用于在傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字地測(cè)量頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)的相位的方法。該方法包括以下步驟提供計(jì)數(shù)值；每次發(fā)生事件時(shí)增加所述計(jì)數(shù)值，所述事件標(biāo)志了頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)的演化，并以第一采樣頻率fc采樣計(jì)數(shù)值，因而獲得了第一采樣序列。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述第一采樣頻率fc與所述頻率fx不相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的方法還包括以第二采樣頻率fs采樣所述第一采樣序列的步驟，因而獲得了第二采樣序列；并且數(shù)字地處理所述第二采樣序列，以便估計(jì)所述數(shù)據(jù)信號(hào)的所述相位。
優(yōu)選地，以頻率fc采樣所述計(jì)數(shù)值，fc＝αfx，其中α是無(wú)理數(shù)。
優(yōu)選地，數(shù)字地處理所述第二采樣序列的步驟包括數(shù)字地過(guò)濾所述第二采樣序列。
可選地，數(shù)字地處理所述第二采樣序列的步驟包括估計(jì)所述數(shù)據(jù)信號(hào)的所述頻率fx。
有利地，所述數(shù)據(jù)信號(hào)的所述頻率fx以及所述第二采樣頻率fs是同步傳輸系統(tǒng)的頻率。
優(yōu)選地，由本地振蕩器產(chǎn)生所述第一采樣頻率fc，該頻率與所述頻率fx和所述第二采樣頻率fs無(wú)關(guān)。
在第二方面中，本發(fā)明提供了一種用于在傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字地測(cè)量頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)的相位的設(shè)備。該設(shè)備包括計(jì)數(shù)器塊，所述計(jì)數(shù)器塊在每次發(fā)生事件時(shí)增加所述計(jì)數(shù)值，所述事件標(biāo)志了頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)的演化；以及寄存器，所述寄存器以第一采樣頻率fc采樣所述計(jì)數(shù)值，因此獲得了第一采樣序列。根據(jù)本發(fā)明，所述第一采樣頻率fc與所述頻率fx不相關(guān)。另外，所述設(shè)備還包括用于以第二采樣頻率fs采樣所述第一采樣序列的采樣器，因而獲得了第二采樣序列；以及用于數(shù)字地處理所述第二采樣序列以估計(jì)數(shù)據(jù)信號(hào)的相位的處理器。
優(yōu)選地，所述寄存器是以第一采樣頻率fc采樣所述計(jì)數(shù)值的寄存器，fc＝αfx，其中α是無(wú)理數(shù)。
優(yōu)選地，所述處理器通過(guò)數(shù)字地過(guò)濾所述第二采樣序列，來(lái)數(shù)字地處理所述第二采樣序列。
可選地，所述處理器通過(guò)估計(jì)所述數(shù)據(jù)信號(hào)的所述頻率fx，來(lái)數(shù)字地處理所述第二采樣序列。
有利地，所述設(shè)備是鎖相環(huán)的一部分。
有利地，所述設(shè)備被包括在網(wǎng)絡(luò)單元中。


參考附圖，通過(guò)閱讀下面以非限制性例子的方式給出的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)將變得清楚，其中-圖1示出了頻率為fx的周期信號(hào)x(t)的圖；-圖2示出了根據(jù)已知方法的信號(hào)x(t)的歸一化相位Гx(t)/2π和計(jì)數(shù)值c(t)的圖；-圖3示出了根據(jù)已知方法的信號(hào)x(t)的歸一化相位Гx(t)/2π、計(jì)數(shù)值c(t)和采樣序列{sn}的圖，在理想的情況中，fs是fx的整因數(shù)；-圖4a和4b示出了根據(jù)已知方法的信號(hào)x(t)的歸一化相位Гx(t)/2π、計(jì)數(shù)值c(t)和采樣序列{sn}的圖，在實(shí)際的情況中，fs分別大于(圖4a)和小于(圖4b)fx的整因數(shù)；-圖5示出了根據(jù)已知方法的歸一化相位Гx(t)/2π、計(jì)數(shù)值c(t)和采樣序列{sn}的圖，以及相位誤差ε(t)和相位誤差序列{εn}的圖，在理想的情況中，fs是fx的整因數(shù)；-圖6a和6b示出了根據(jù)已知方法的歸一化相位Гx(t)/2π、計(jì)數(shù)值c(t)和采樣序列{sn}的圖，以及相位誤差ε(t)和相位誤差序列{εn}的圖，在實(shí)際的情況中，fs分別大于(圖6a)和小于(圖6b)fx的整因數(shù)；-圖7示出了根據(jù)已知方法的相位誤差ε(t)、理想情況中(fs等于fx的整因數(shù))的相位誤差序列{εn’}和實(shí)際情況中(fs和fx之間去調(diào))的相位誤差序列{εn”}的圖，以及根據(jù)本發(fā)明的實(shí)際情況中(fs和fx之間去調(diào))的相位誤差序列{εn}的圖；-圖8示出了用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的已知設(shè)備的圖解；-圖9示出了用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的圖解；和-圖10示出了PLL，其包括用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
在上面所有說(shuō)明了隨時(shí)間改變的變量(x(t)、c(t)等)的圖中，以任意的單位來(lái)表示時(shí)標(biāo)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了幅度為P0且頻率為fx的周期信號(hào)x(t)的圖。該信號(hào)x(t)在每個(gè)時(shí)刻t1、t2、…、tn出現(xiàn)上升沿，其中t1＝1/fx、t2＝2/fx、…、tn＝n/fx。換言之，該周期信號(hào)的每個(gè)周期以上升沿開(kāi)始。
已知所述周期信號(hào)x(t)的相位Гx(t)根據(jù)關(guān)系式Гx(t)＝2π·fx·t隨時(shí)間演化，即Гx(t)在時(shí)刻t1、t2、…、tn等于2π的整數(shù)倍數(shù)。因此，在出現(xiàn)所述周期信號(hào)x(t)的上升沿的時(shí)刻t1、t2、…、tn，所述信號(hào)x(t)的歸一化相位Гx(t)/2π等于整數(shù)值，如圖2所示。特別地，Гx(t1)/2π＝1、Гx(t2)/2π＝2、…、Гx(tn)/2π＝n。
如上所述，在已知的方法中，為了數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位，首先提供計(jì)數(shù)值。該計(jì)數(shù)值隨標(biāo)志了數(shù)據(jù)信號(hào)的演化的事件的每次發(fā)生而增加。圖2示出了例如在所述周期信號(hào)x(t)的每個(gè)上升沿增加的計(jì)數(shù)值c(t)。因此-c(t)＝0其中t0＜t＜t1；-c(t)＝1其中t1＜t＜t2；-c(t)＝2其中t2＜t＜t3；和，一般地，-c(t)＝n其中tn＜t＜tn+1。
比較所述歸一化相位Гx(t)/2π和所述計(jì)數(shù)值c(t)，可以看到，在每個(gè)周期中，所述計(jì)數(shù)值c(t)是所述歸一化相位Гx(t)/2π的整數(shù)部分。因此，該計(jì)數(shù)值c(t)等于相位誤差為ε(t)的歸一化相位Гx(t)/2π。所述相位誤差是所述歸一化相位Гx(t)/2π的小數(shù)部分，且其被定義為ε(t)＝Гx(t)/2π-c(t)。
應(yīng)當(dāng)指出，在本說(shuō)明書中，x(t)是周期信號(hào)。然而，如上所述，能夠?qū)⒏鶕?jù)本發(fā)明的測(cè)量方法應(yīng)用于數(shù)據(jù)信號(hào)，即包括比特速率為fx的比特序列的信號(hào)。為了數(shù)字地測(cè)量這種信號(hào)的相位，每個(gè)比特“1”或者“0”必須被編碼，以便在每個(gè)周期發(fā)生事件以增加所述計(jì)數(shù)值c(t)。這例如是雙極性編碼的情況，其中，比特“1”被編碼為“高-低”轉(zhuǎn)換(transition)，而比特“0”被編碼為“低-高”轉(zhuǎn)換。因此，與所述比特序列無(wú)關(guān)，每個(gè)周期包括轉(zhuǎn)換；然后在每次轉(zhuǎn)換發(fā)生時(shí)增加所述計(jì)數(shù)值c(t)。
用于測(cè)量所述信號(hào)x(t)的相位的已知方法的下一步驟包括以采樣頻率fs采樣計(jì)數(shù)值c(t)，即以采樣時(shí)刻ts1、ts2、…、tsn的時(shí)刻序列{tsn}來(lái)采樣所述計(jì)數(shù)值c(t)。兩個(gè)連續(xù)的采樣時(shí)刻tsn和tsn+1間隔了采樣周期Ts＝1/fs。因此獲得了采樣序列{sn}＝s1、s2、…、sn，特別地，參考圖3-在tsn-2sn-2＝c(tsn-2)；-在tsn-1sn-1＝c(tsn-1)；-在tsnsn＝c(tsn)；-在tsn+1sn+1＝c(tsn+1)；和，-在tsn+2sn+2＝c(tsn+2)。
如上所述，所述計(jì)數(shù)器值(t)是受誤差ε(t)影響的歸一化相位Гx(t)/2π。然而，如果所述采樣頻率fs使得采樣時(shí)刻相對(duì)于所述信號(hào)周期而言總是發(fā)生在相同的位置，則影響所述序列{sn}的每個(gè)采樣的相位誤差對(duì)所有的采樣而言是相同的。換言之，如果所述采樣頻率fs等于fx或者等于所述頻率fx的整因數(shù)，則所述序列{sn}允許恢復(fù)所述歸一化相位Гx(t)/2π，其通過(guò)相位偏置被偏移。
接下來(lái)，為了清楚，僅討論采樣頻率fs等于頻率fx的情況。然而，所有的考慮可以被應(yīng)用于fs是fx的整因數(shù)的更一般的情況。
圖3示出了理想的情況，其中fs正好等于fx。應(yīng)當(dāng)指出，所有采樣時(shí)刻都位于每個(gè)周期的中間；因此，所述采樣序列{sn}是斜坡(ramp)，該斜坡類似于所述歸一化相位Гx(t)/2π斜坡，其通過(guò)常數(shù)相位偏置被偏移。
然而，在實(shí)際情況中，fs不正好等于fx(或是fx的整因數(shù))。例如，在同步網(wǎng)絡(luò)中，所述頻率fs由所述基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)導(dǎo)出，因而是所述同步層頻率之一的因數(shù)。所述信號(hào)x(t)可以是同步信號(hào)或者異步信號(hào)。如上所述，在第一種情況中，fs和fx之間的去調(diào)可以是每百萬(wàn)的一小部分；在第二種情況中，fs和fx之間的去調(diào)可以是幾個(gè)百分比點(diǎn)。
圖4a和4b示出了在兩種實(shí)際情況中采樣的結(jié)果，其中，所述采樣頻率fs和頻率fx被去調(diào)。特別地，圖4a涉及fs高于fx的情況。假設(shè)在某個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，例如該周期包括在tn-3和tn-2之間，采樣時(shí)刻tsn-2位于所述周期的中間。當(dāng)fs高于fx時(shí)，在接下來(lái)的信號(hào)周期內(nèi)，所述采樣時(shí)刻將朝向該周期的開(kāi)始移動(dòng)。因此，所述序列{sn}的每個(gè)采樣受關(guān)于所述歸一化相位Гx(t)/2π的相位誤差的影響，其隨每個(gè)采樣而改變。另外，當(dāng)所述采樣周期1/fs低于所述信號(hào)周期時(shí)，在一定數(shù)量的采樣時(shí)刻之后，將存在包括兩個(gè)采樣時(shí)刻(tsn+1和tsn+2)的信號(hào)周期(在圖4a中的tn和tn+1之間)。因此，作為結(jié)果的采樣序列{sn}關(guān)于趨于直線的歸一化相位斜坡而言呈現(xiàn)為不規(guī)則。
類似地，圖4b示出了fs低于fx的情況。也是在該情況中，在某個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，例如包括在tn-3和tn-2之間的周期內(nèi)，所述采樣時(shí)刻正好位于所述信號(hào)周期的中間。當(dāng)fs低于fx時(shí)，接下來(lái)的采樣時(shí)刻朝向所述信號(hào)周期的末端移動(dòng)。因此，所述序列{sn}的每個(gè)采樣受不同的相位誤差的影響。另外，當(dāng)所述采樣周期1/fs高于所述信號(hào)周期時(shí)，在一定數(shù)量的采樣時(shí)刻之后，將存在不包括采樣時(shí)刻的信號(hào)周期(在圖4b中的tn和tn+1之間)。因此，作為結(jié)果的采樣序列{sn}關(guān)于趨于直線的歸一化相位斜坡而言呈現(xiàn)為不規(guī)則。
圖5、6a和6b示出了根據(jù)已知方法在相位誤差上、在fs和fx之間去調(diào)的結(jié)果，所述相位誤差是當(dāng)在每個(gè)采樣時(shí)刻tsn考慮采樣sn而不是歸一化相位Гx(t)/2π的實(shí)際值時(shí)發(fā)生的。特別地，圖5涉及fs等于fx的理想情況。圖6a和6b涉及fs分別大于和小于fx的兩種實(shí)際情況。
在圖5中，應(yīng)當(dāng)指出，如參考圖3所描述的，所述采樣序列{sn}趨于直線，因而除了相位偏置外還對(duì)應(yīng)于信號(hào)歸一化相位。換言之，如圖5下面的圖所示，在這種情況下，影響所述序列{sn}的相位誤差序列{εn}是固定的，其中，每個(gè)εn被定義為εn＝Гx(tsn)/2π-sn。
圖6a示出了fs大于fx的實(shí)際情況。在該情況中，如參考圖4a所描述的，所述采樣序列{sn}是不規(guī)則的。這樣的不規(guī)則(由圖6a中的圓圈所強(qiáng)調(diào))是周期性的，周期是WTJ。換言之，如圖6a下面的圖所示，在該情況中，相位誤差序列{εn}具有周期為WTJ的鋸齒形。因此，對(duì)這樣的相位誤差進(jìn)行濾波需要過(guò)濾頻率成分1/WTJ。
圖6b示出了fs低于fx的第二實(shí)際情況。在該情況中，如參考圖4b所描述的，所述采樣序列{sn}是不規(guī)則的。這樣的不規(guī)則(由圖6b中的圓圈所強(qiáng)調(diào))是周期性的，周期是WTJ。換言之，如圖6b下面的圖所示，在該情況中，相位誤差序列{εn}具有周期為WTJ的鋸齒狀。因此，對(duì)這樣的相位誤差進(jìn)行濾波需要過(guò)濾頻率成分1/WTJ。
可以通過(guò)下文將要介紹的公式來(lái)估計(jì)相位誤差序列的周期WTJ。
假定fs可以表示為fs＝(1+s)·fx，在所述信號(hào)x(t)的每個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)采樣時(shí)刻相對(duì)于相應(yīng)的信號(hào)周期移動(dòng)某個(gè)時(shí)間間隔ΔT＝s/fx。
所述時(shí)刻在整個(gè)信號(hào)周期上移動(dòng)所需要的信號(hào)周期的數(shù)量是N＝(1/fx)/ΔT。
因此，當(dāng)所述采樣時(shí)刻已經(jīng)通過(guò)所述信號(hào)x(t)的整個(gè)周期時(shí)，將出現(xiàn)不規(guī)則，即WTJ＝(1/fx)·N＝1/(fx·s)。
例如，假定fs等于77MHz。根據(jù)ITU-T建議G.813，如果所述信號(hào)x(t)是同步信號(hào)，則s等于每百萬(wàn)的一小部分。因此，WTJ(synch)＝1/(77MHz·10-6)＝12ms。
數(shù)字地過(guò)濾這樣的不規(guī)則需要對(duì)位于1/WTJ(synch)＝77Hz的頻譜分布進(jìn)行濾波。由于頻率過(guò)低，這樣的濾波顯然不能通過(guò)低通數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
另一方面，不可以修改所述采樣頻率fs，這是因?yàn)閒s是通過(guò)分頻器(divider)由所述同步層頻率導(dǎo)出的，其提供fs的整因數(shù)。然而，使用fs的因數(shù)不能消除所述序列{sn}的不規(guī)則和所述相位誤差序列{εn}的作為結(jié)果的周期。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的方法，其中，所述相位誤差的頻譜分布可以被修改。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法包括關(guān)于已知方法的附加步驟，其中，以和所述信號(hào)頻率fx不相關(guān)的第一采樣頻率fc來(lái)采樣所述計(jì)數(shù)值c(t)，因而獲得了第一采樣序列{cn}。還以第二采樣頻率fs來(lái)采樣所述第一采樣序列{cn}，因而獲得了第二采樣序列{sn}，最后將其數(shù)字地處理。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法，即使如同在同步傳輸系統(tǒng)應(yīng)用中那樣，fs和fx之間的去調(diào)很低，所述第二序列{sn}也出現(xiàn)了有關(guān)歸一化相位的斜坡的不規(guī)則，該相位具有主要取決于第一采樣頻率fc和信號(hào)頻率fx之間的比率的周期WTJ。特別地，如果fc＝αfx，α為無(wú)理數(shù)，則通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整α可以修改相位誤差序列{εn}。
實(shí)際上，如果α為無(wú)理數(shù)(即fs和fx不相關(guān))，則相位誤差序列{εn}變成非周期性的。如參考圖6a和6b所描述的，如果fs和fx之間的比率是小數(shù)值，則所述采樣序列的不規(guī)則是周期性的。相反，由于α是無(wú)理數(shù)，因此所述采樣序列{cn}的不規(guī)則不是正好為周期性的，這是因?yàn)槊總€(gè)緊隨不規(guī)則的采樣cn，相對(duì)于信號(hào)周期而言位于不同的位置。因此，不規(guī)則不是正好為時(shí)間上周期性的，因此降低了相位誤差序列{εn}的頻譜分布的幅度。
為了更好地理解本發(fā)明，可以參考上述相位誤差ε(t)?，F(xiàn)在參考圖7，其中，介紹了隨時(shí)間變化的誤差ε(t)的圖。定義為ε(t)＝Гx(t)/2π-c(t)的誤差ε(t)具有周期性的鋸齒狀。圖7中三角形所表示的序列{εn’}是在理想情況下影響序列{sn}的相位誤差序列，其中，fs等于fx。如上所述，影響每個(gè)采樣sn的每個(gè)相位誤差εn’是固定的，因而對(duì)應(yīng)于所述歸一化相位的序列{sn}通過(guò)某個(gè)偏置而被偏移。圖7中圓圈代表的序列{εn”}是在實(shí)際情況下影響序列{sn}的相位誤差序列，其中，fs和fx被去調(diào)。在該情況中，影響每個(gè)采樣sn的相位誤差εn”不是固定的，且序列{εn”}的周期為WTJ。
圖7中由矩形表示的序列{εn}是在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中，影響所述序列{sn}的相位誤差序列。如上所述，由于所述采樣時(shí)刻總是位于所述信號(hào)周期的不同位置，因而序列{εn}不是周期性的。接下來(lái)將推導(dǎo)描述{εn}的公式。
為了簡(jiǎn)單，假定α是靠近小數(shù)q/p的無(wú)理數(shù)。因此，Tc＝p/q·Tx，Ts＝(1+d)Tx。以第一采樣周期Tc來(lái)采樣所述相位誤差ε(t)，并且接著以第二采樣周期Ts對(duì)其進(jìn)行采樣，可以將序列{εn}表示為
其中 并且其中， 是整數(shù)運(yùn)算符。比率p/q可以表示為p/q＝(m+1)/m；因而前面的公式能夠重新寫為 由于d通常很低，可以認(rèn)為項(xiàng)nd是常數(shù)K。因此，可以將相位誤差序列表示為 不能夠證明相位誤差序列在被過(guò)濾時(shí)基本上與K無(wú)關(guān)，即與d無(wú)關(guān)；換言之，相位誤差序列與fs和fx之間的去調(diào)無(wú)關(guān)。通過(guò)對(duì)所述序列{εn}進(jìn)行數(shù)字濾波，被過(guò)濾的序列{εn}filt能夠?qū)憺?由于求和的項(xiàng)是周期為m+1的周期性函數(shù)，因而能夠消除對(duì)i的相關(guān)性。重寫K為K＝k+γ，其中k是K的整數(shù)部分，而γ是K的小數(shù)部分，被過(guò)濾的序列可以進(jìn)一步表示為 可以看到，求和的前兩項(xiàng)總是整數(shù)，而第三項(xiàng)提供了小數(shù)部分。第三項(xiàng)只有在與大于m的數(shù)相乘時(shí)才是整數(shù)，即必須滿足下面兩個(gè)條件-nm+γm≥m(m+1)；和-n≥m+(1-γ)。
只有當(dāng)n＝m+1時(shí)才滿足這兩個(gè)條件，并且，在這種情況下，第三項(xiàng)等于1。因而被過(guò)濾的序列能夠重寫為
可以看到-當(dāng)n≤γm時(shí)， 而-當(dāng)n＞γm時(shí)， 因而被過(guò)濾的相位誤差序列的最終表示為 可以看到，所述被過(guò)濾的序列{εn}filt取決于m，其涉及第一采樣頻率fc和信號(hào)頻率fx之間的比率。項(xiàng)γ表示了所述序列對(duì)d的較弱的相關(guān)性。還可以看到，在已知的方法中，所述相位誤差在0-1的范圍內(nèi)變化，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述相位誤差的最大值是大約2/m。
圖8示出了一種用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的已知設(shè)備。該設(shè)備80包括計(jì)數(shù)器塊CNT，其具有用于接收信號(hào)的輸入端口和與數(shù)字設(shè)備81的輸入端口相連接的輸出端口，所述數(shù)字設(shè)備還包括與處理器DPA相連接的采樣器SMP，該處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字處理算法。所述設(shè)備80的輸入處的接收信號(hào)x(t)是從所述計(jì)數(shù)器塊CNT被接收的，該計(jì)數(shù)器塊輸出計(jì)數(shù)值c(t)。所述計(jì)數(shù)值c(t)被發(fā)送到所述數(shù)字設(shè)備81，該數(shù)字設(shè)備由頻率為fs的定時(shí)信號(hào)同步。在所述數(shù)字設(shè)備81中，首先通過(guò)所述采樣器SMP以采樣頻率fs對(duì)所述計(jì)數(shù)值c(t)進(jìn)行采樣，因而獲得了采樣序列{sn}。然后該采樣器向所述處理器DPA發(fā)送所述采樣序列{sn}，該DPA數(shù)字地處理該序列并可能估計(jì)所述輸入信號(hào)x(t)的頻率。
圖9示出了一種用于數(shù)字地測(cè)量信號(hào)的相位的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。所述設(shè)備被有利地應(yīng)用到同步傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)單元中。所述設(shè)備90包括計(jì)數(shù)器塊CNT，其具有用于接收信號(hào)的輸入端口和與寄存器RG的輸入端口相連接的輸出端口。所述寄存器RG具有與數(shù)字設(shè)備91的輸入相連接的輸出端口，所述數(shù)字設(shè)備還包括與處理器DPA相連接的采樣器SMP，該DPA執(zhí)行數(shù)字處理算法。所述設(shè)備90的輸入處的接收信號(hào)x(t)是由所述計(jì)數(shù)器塊CNT接收的，所述計(jì)數(shù)器塊從所述信號(hào)x(t)推導(dǎo)計(jì)數(shù)值c(t)。所述計(jì)數(shù)值c(t)被發(fā)送到所述寄存器RG，該RG以第一采樣頻率fc采樣該計(jì)數(shù)值c(t)，因而獲得了第一采樣序列{cn}。所述第一采樣序列{cn}被發(fā)送到所述數(shù)字設(shè)備91，該數(shù)字設(shè)備由頻率為fs的定時(shí)信號(hào)同步。在所述數(shù)字設(shè)備91中，首先由所述采樣器SMP以采樣頻率fs對(duì)所述序列{cn}進(jìn)行采樣，因而獲得了采樣序列{sn}。然后該采樣器向所述處理器DPA發(fā)送所述采樣序列{sn}，該DPA數(shù)字地處理該序列并可能估計(jì)所述輸入信號(hào)x(t)的頻率。
如上所述，這樣的設(shè)備能夠例如被應(yīng)用在同步網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中。在該應(yīng)用中，通過(guò)合適的分頻器，由同步層的頻率獲得了所述頻率fs，因而fs是所述同步層的頻率的整因數(shù)。相反，由本地振蕩器產(chǎn)生了fc，該本地振蕩器與所述網(wǎng)絡(luò)單元中可用的定時(shí)信號(hào)無(wú)關(guān)。這保證了fc和fx之間的不相關(guān)性。
如介紹中所述，用于數(shù)字地測(cè)量相位的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠被應(yīng)用到用于再生周期信號(hào)x(t)的設(shè)備中，并且特別應(yīng)用到例如所謂的“鎖相環(huán)”(PLL)的設(shè)備中。圖10示出了PLL 100，其中，根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了相位恢復(fù)。所述PLL 100包括用于相位數(shù)字測(cè)量的相位裝置101、低通數(shù)字濾波器LPDF和壓控本地振蕩器VCO。在所述VCO輸出，提供了具有兩個(gè)分支的分線裝置(junction)102，其中，第一分支是所述PLL的輸出端口，而第二分支與用于相位數(shù)字測(cè)量的裝置101相連接。所述用于相位數(shù)字測(cè)量的裝置101還包括檢相器PD、以第一采樣頻率fc操作的寄存器RG和以第二采樣頻率fs工作的采樣器SMP。
所述檢相器PD比較PLL輸入處的頻率為fx的信號(hào)x(t)和本地信號(hào)xloc(t)，該本地信號(hào)是通過(guò)所述分線裝置102的第二分支來(lái)自所述VCO的。所述PD輸出與x(t)和xloc(t)之間的相位差成比例的信號(hào)。首先由所述寄存器RG以頻率fc對(duì)所述相位差進(jìn)行采樣，然后由所述采樣器SMP以頻率fs對(duì)其進(jìn)行采樣。根據(jù)本發(fā)明，選擇所述頻率fc，以使對(duì)應(yīng)于所述相位差的采樣序列呈現(xiàn)為易于由所述濾波器LPDF過(guò)濾的不規(guī)則。然后由所述濾波器LPDF數(shù)字地過(guò)濾對(duì)應(yīng)于該相位差的采樣序列。被過(guò)濾的序列最終被發(fā)送到所述VCO。如果該被過(guò)濾的序列不是空(null)序列，則所述VCO修改其操作頻率；如果該被過(guò)濾的序列是空序列，x(t)和xloc(t)的相位相等，則所述VCO不修改其操作頻率。
權(quán)利要求
1.一種用于在傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字地測(cè)量頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)(x(t))的相位(Γx(t))的方法，所述方法包括下列步驟-提供計(jì)數(shù)值c(t)；-每次發(fā)生事件時(shí)增加所述計(jì)數(shù)值c(t)，所述事件標(biāo)志了頻率為fx的數(shù)字信號(hào)(x(t))的演化；-以第一采樣頻率fc采樣所述計(jì)數(shù)值c(t)，因而獲得了第一采樣序列({cn})。其中，所述第一采樣頻率fc與所述頻率fx不相關(guān)，并且其中，所述方法還包括-以第二采樣頻率fs采樣所述第一采樣序列({cn})，因而獲得了第二采樣序列({sn})；并且-數(shù)字地處理所述第二采樣序列({sn})，以便估計(jì)所述數(shù)據(jù)信號(hào)(x(t))的所述相位(Γx(t))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，以與所述頻率fx不相關(guān)的所述第一采樣頻率fc來(lái)采樣所述計(jì)數(shù)值c(t)的步驟包括，以所述頻率fc采樣所述計(jì)數(shù)值c(t)，fc＝α·fx，其中α是無(wú)理數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中，數(shù)字地處理所述第二采樣序列({sn})的步驟包括，數(shù)字地過(guò)濾所述第二采樣序列({sn})。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任何一個(gè)的方法，其中，數(shù)字地處理所述第二采樣序列({sn})的步驟包括，估計(jì)所述數(shù)據(jù)信號(hào)(x(t))的所述頻率fx。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求的任何一個(gè)的方法，其中，所述數(shù)據(jù)信號(hào)(x(t)的所述頻率fx和所述第二采樣頻率fs是同步傳輸系統(tǒng)的頻率。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求的任何一個(gè)的方法，其中，由本地振蕩器來(lái)產(chǎn)生所述第一采樣頻率fc，該頻率與所述頻率fx和所述第二采樣頻率fs無(wú)關(guān)。
7.一種用于在傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字地測(cè)量頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)(x(t))的相位(Γx(t))的設(shè)備，所述設(shè)備包括-計(jì)數(shù)器塊(CNT)，所述計(jì)數(shù)器塊(CNT)在每次發(fā)生事件時(shí)增加所述計(jì)數(shù)值(c(t))，所述事件標(biāo)志了頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)的演化；和-寄存器(RG)，所述寄存器(RG)以第一采樣頻率fc來(lái)采樣所述計(jì)數(shù)值(c(t))，因而獲得了第一采樣序列({cn})，其中，所述第一采樣頻率fc與所述頻率fx不相關(guān)。并且其中，所述設(shè)備還包括-采樣器(SMP)，所述采樣器(SMP)以第二采樣頻率fs來(lái)采樣所述第一采樣序列({cn})，因而獲得了第二采樣序列({sn})；和-處理器(DPA)，所述處理器(DPA)數(shù)字地處理所述第二采樣序列({sn})，以便估計(jì)所述數(shù)據(jù)信號(hào)(x(t))的相位(Γx(t))。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中，所述寄存器(RG)是以第一采樣頻率fc來(lái)采樣所述計(jì)數(shù)值(c(t))的寄存器，fc＝α·fx，其中α是無(wú)理數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的設(shè)備，其中，所述處理器(DPA)通過(guò)數(shù)字地過(guò)濾所述第二采樣序列({sn})，來(lái)數(shù)字地處理所述第二采樣序列({sn})。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9的任何一個(gè)的設(shè)備，其中，所述處理器(DPA)數(shù)字地處理所述第二采樣序列({sn})，估計(jì)所述數(shù)據(jù)信號(hào)(x(t))的所述頻率fx。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10的任何一個(gè)的設(shè)備，其中，所述數(shù)據(jù)信號(hào)(x(t))的所述頻率fx和所述第二采樣頻率fs是同步傳輸系統(tǒng)的頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11的任何一個(gè)的設(shè)備，其中，由本地振蕩器來(lái)產(chǎn)生所述第一采樣頻率fc，該頻率與所述頻率fx和所述第二采樣頻率fs無(wú)關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7至12的任何一個(gè)的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是鎖相環(huán)(100)的一部分。
14.一種包括根據(jù)權(quán)利要求7至13的任何一個(gè)的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)單元。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于在傳輸網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字地測(cè)量頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)的相位的方法。該方法包括以下步驟提供計(jì)數(shù)值；每次發(fā)生事件時(shí)增加所述計(jì)數(shù)值，所述事件標(biāo)志了頻率為fx的數(shù)據(jù)信號(hào)的演變，并以第一采樣頻率fc采樣該計(jì)數(shù)值，因而獲得了第一采樣序列。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述第一采樣頻率fc與所述頻率fx不相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的方法還包括以第二采樣頻率fs采樣所述第一采樣序列的步驟，因而獲得了第二采樣序列；并且數(shù)字地處理所述第二采樣序列，以便估計(jì)所述數(shù)據(jù)信號(hào)的所述相位。優(yōu)選地，以頻率fc來(lái)采樣所述計(jì)數(shù)值，fc＝α·fx，其中α是無(wú)理數(shù)。
文檔編號(hào)H03L7/00GK1753311SQ200510103568
公開(kāi)日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者M·斯科爾奇, L·拉澤蒂, S·加斯塔爾代洛 申請(qǐng)人:阿爾卡特公司