一種 t1 數(shù)據(jù)信號(hào)的最大時(shí)間間隔誤差的估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分組數(shù)據(jù)網(wǎng)定時(shí)誤差的估計(jì)和監(jiān)控。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于估計(jì)定時(shí)/相位漂移，以及利用從定時(shí)偽線或分組數(shù)據(jù)流中提取的信息恢復(fù)T1/DS1時(shí)鐘的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本領(lǐng)域技術(shù)人員意識(shí)到:目前用于無線網(wǎng)絡(luò)的時(shí)分復(fù)用(TDM, TimeDivis1nMultiplexing)定時(shí)恢復(fù)技術(shù)還存在一些問題，TDM技術(shù)使用從偽線分組數(shù)據(jù)流中恢復(fù)的TDM時(shí)鐘。許多網(wǎng)絡(luò)依賴于所恢復(fù)的TDM信號(hào)的定時(shí)精度，因此需要一種方法來判斷定時(shí)是否正確。
[0003]歷史上，蜂窩網(wǎng)絡(luò)和其他利用T1/DS1信號(hào)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)可跟蹤定時(shí)恢復(fù)的通信設(shè)備，使用的都是有線T1/DS1電路。這些有線電路或者以Tl電路形式直接被承載，或者從有線T3/DS3電路或者SDH/S0NET光路中提取，這些都是TDM電路。例如，Tl或DSl電路可以由T3或DS3電路產(chǎn)生，能夠承載28個(gè)Tl。DS3電路能以STS-1電路形式在光網(wǎng)絡(luò)中傳輸，其中，一個(gè)0C-3可以承載3個(gè)STS-1電路。相同的STS-1電路可以在更高速率的TDM光路中被承載，例如0C-12，OC-48, 0C-192或0C-768。另外，其他技術(shù)，比如說異步傳輸模式(ATM, Asynchronous Transfer Mode)也可以用于承載Tl電路。在目的端，利用反向映射獲取定時(shí)恢復(fù)信號(hào)。硬線TDM電路，也即非蜂窩系統(tǒng)，已經(jīng)在美國國家標(biāo)準(zhǔn)電信協(xié)會(huì)-網(wǎng)絡(luò)和用戶安裝接口-DSl電接口(American Nat1nal StandardInstitute forTeIecommunicat1ns-Network and Customer Installat1n Interfaces-DSlElectricalInterface)ANSITl.403-1999中充分地定義和規(guī)范。Tl電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(StandardsCommittee Tl Telecommunicat1ns)負(fù)責(zé)這個(gè)文獻(xiàn)，在該文獻(xiàn)的6.3章節(jié)規(guī)定了影響接收器恢復(fù)數(shù)據(jù)位和跟蹤Tl信號(hào)恢復(fù)時(shí)鐘能力的抖動(dòng)、漂移和相變的關(guān)鍵點(diǎn)。關(guān)鍵規(guī)范如下:5UIpp(或單位間隔峰-峰值)和0.1UIpp的最大抖動(dòng)依賴于抖動(dòng)帶寬；24小時(shí)周期內(nèi)28UI和15分鐘間隔內(nèi)13UI的最大網(wǎng)絡(luò)信號(hào)漂移；以及1.5UI的最大相變或61ppm的瞬時(shí)頻移。在同步通信傳輸中，單位間隔是最長間隔，理論上信號(hào)的有效間隔持續(xù)時(shí)間都是這個(gè)間隔的整數(shù)倍。這些關(guān)鍵規(guī)范使得電信設(shè)備制造商開發(fā)的設(shè)備能夠保證互相兼容。對(duì)于漂移的規(guī)范，包括長期(24小時(shí))和短期(15分鐘)的漂移，均定義為相對(duì)于主參考源(PRS, Primary Reference Source)測量的漂移，這在ANSITl.101中有詳細(xì)定義。這些規(guī)范使得電信工程師能夠開發(fā)過濾Tl網(wǎng)絡(luò)接口的抖動(dòng)、相變以及漂移的同步算法，從而能夠提取滿足全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM,Global System for Mobile communicat1ns)定時(shí)需要的時(shí)鐘。
[0004]正如以上所討論的，在Tl.403 (§ 6.3.1.2)中規(guī)定的針對(duì)Tl通信接口的Tl漂移的重要規(guī)范為:15分鐘內(nèi)< 13UIpp ;24小時(shí)內(nèi)<28UIpp。世界其他地區(qū)包括歐洲所使用的El (2.048Mbps)電路也被采用類似的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。ETSI規(guī)范G.823在表2 (El通信接口 )中詳細(xì)列出這些值一1000秒內(nèi)18微秒(μ s)。
[0005]一個(gè)硬線通信網(wǎng)和無線通信網(wǎng)的組合，相對(duì)于主參考源規(guī)定了 Tl漂移的標(biāo)準(zhǔn)。主參考源(PRS) 2,是公共交換電話網(wǎng)(PSTN, Public Switch Telephone Network)4a 的一部分，通過Tl線路6a傳輸,經(jīng)過移動(dòng)交換中心(MSC, Mobile Switching Center)8,基站控制器(BSC, Base Stat1nController) 10, % Tl線路6b,再通過交互作用功能(IWF,InterfforkingFunct1n)網(wǎng)關(guān)12a,經(jīng)過PSTN 4b和IWF網(wǎng)關(guān)12b。其中，最大端到端漂移，PRS 2的峰-峰值必須少于28個(gè)單位間隔(UI, Unit Interval)。
[0006]針對(duì)定時(shí)Tl和El電路的附加標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)公布。Tl.101,7.2.1節(jié)定義了定時(shí)Tl參考輸入，規(guī)定漂移為30分鐘(大約2000秒)內(nèi)I微秒，以及72小時(shí)(大約100，000秒)內(nèi)2微秒。ETSI規(guī)范G.823，表12，定義的準(zhǔn)同步數(shù)字序列(PDH，Ples1chronous DigitalHierarchy)同步接口具有類似的漂移要求:2000秒內(nèi)2微秒和100，000秒內(nèi)5.33微秒。以上所述Tl和El定時(shí)電路標(biāo)準(zhǔn)很大程度上是為由大樓綜合定時(shí)供給(BITS，BuildingIntegrated Timing Supply)單元所產(chǎn)生的Tl的定時(shí)電路而定義的，事實(shí)上這些單元可以在所有中心辦公室中發(fā)現(xiàn)。BITS被用來產(chǎn)生非常高品質(zhì)的時(shí)鐘，以將時(shí)鐘提供給在中心辦公室內(nèi)所有需要定時(shí)的通信設(shè)備。這些定時(shí)Tl電路成本高，因此不會(huì)用于中心辦公室外，也不會(huì)用于GSM基站的定時(shí)應(yīng)用。
[0007]GSM網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)格規(guī)定了基站收發(fā)臺(tái)(BTS,Base Transceiver Stat1n)的定時(shí)要求，BTS是用于連接移動(dòng)站點(diǎn)或者更典型的移動(dòng)電話的無線點(diǎn)。在GSM基站中使用的時(shí)鐘必須為基站控制器(BSC, Base Stat1n Controller)/ 移動(dòng)交換中心(MSC, Mobile SwitchingCentre)可跟蹤時(shí)鐘，時(shí)鐘的絕對(duì)精度最好高于十億分之±50(PPB, Parts PerBill1n)。BTS使用已恢復(fù)的Tl生成一個(gè)恢復(fù)時(shí)鐘，此時(shí)鐘要滿足±50ppb的標(biāo)準(zhǔn)，從該時(shí)鐘里提取出蜂窩式無線頻率載波定時(shí)和GSM用于傳送比特流的比特定時(shí)。
[0008]時(shí)鐘誤差的影響是非常顯著的?！?0ppb的誤差就會(huì)導(dǎo)致將近± 10Hz的頻率偏移，這對(duì)于一個(gè)200kHzRF載波來說影響不大。但是，± 100ppb的誤差(或者土百萬分之幾(ppm, parts per bill1n))將會(huì)在RF信道中產(chǎn)生2kHz或者I %的誤差,這將會(huì)導(dǎo)致相鄰信道干擾和可能的無線頻譜模板不兼容(non-compliance)。
[0009]但是在RF載波上的定時(shí)誤差可以導(dǎo)致干擾增加和無線電波不兼容，GSM比特流中的定時(shí)誤差可以導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障。GSM利用恢復(fù)的±50ppb時(shí)鐘來產(chǎn)生時(shí)分多址接入(TDMA，Time Divis1n Multiple Access)中貞，允許使用多達(dá) 8 個(gè)移動(dòng)臺(tái)(MS,Mobile Stat1n)全速編碼或者使用16個(gè)MS半速編碼以保證手機(jī)通話。GSM 05.01v5.4.0，第5節(jié)中規(guī)定，提取的±50ppb Tl時(shí)鐘，用于生成3.69微秒位周期，0.577毫秒(ms)時(shí)隙，4.515毫秒TDMA幀，120毫秒多幀(26個(gè)TDMA幀)，6.12秒超幀(51個(gè)多幀)，以及3小時(shí)、28分鐘、53秒超高幀(2048個(gè)超幀)。移動(dòng)切換依賴于這條定時(shí)鏈路的同步，這些定時(shí)都是從恢復(fù)的Tl時(shí)鐘里提取的。這些定時(shí)誤差中包含MS的多普勒效應(yīng)，多普勒效應(yīng)可以解釋高速的交通工具運(yùn)動(dòng)，并轉(zhuǎn)變?yōu)镸S顯著的定時(shí)誤差。1.9GHz時(shí)，RF波長是15厘米，交通工具以120千米/小時(shí)的速度運(yùn)動(dòng)，這時(shí)由于多普勒效應(yīng)可以看到明顯的±117ppb的時(shí)鐘誤差。這種誤差，加上GSM必有的±50ppb誤差，達(dá)到了 ±167ppb。標(biāo)準(zhǔn)定義在高至±300ppb的有效定時(shí)誤差范圍內(nèi)工作，此誤差包括切換開始失敗之前的多普勒效應(yīng)所引起的誤差。GSM標(biāo)準(zhǔn)已被規(guī)定為，假定Tl定時(shí)接口已經(jīng)達(dá)到±50ppb時(shí)，支持交通工具以高達(dá)250千米/小時(shí)的速度切換。GSM試圖規(guī)定所有的陸地交通工具切換的情況；但是，它沒有包括遍及歐洲大陸的時(shí)速達(dá)到350千米/小時(shí)的超級(jí)列車，這種情況下需要GSM的另一版本，稱為GSM-R，以專門規(guī)定這些獨(dú)特需求。
[0010]GSM是一個(gè)令人印象深刻的移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)解決方案，但是它的運(yùn)行情況視從PSTN提取的Tl時(shí)鐘質(zhì)量而定。只要Tl接口滿足用于通信Tl電路的規(guī)定的漂移和定時(shí)規(guī)范，網(wǎng)路就能夠良好地運(yùn)行。然而，如果Tl電路偏離定時(shí)規(guī)范,就會(huì)產(chǎn)生不良后果。比如說,如果Tl電路在大約15分鐘的短周期內(nèi)出現(xiàn)了 ±200ppb的定時(shí)誤差，那么在交通工具以超過100千米/小時(shí)(大約60英里每小時(shí))速度運(yùn)行時(shí)，MS切換失敗率就會(huì)增加。如果同樣周期內(nèi)定時(shí)誤差超過±250ppb，那么交通工具運(yùn)動(dòng)速度超過50千米/小時(shí)的情況下，就會(huì)遇到切換失敗情況。最終，如果定時(shí)誤差超過±300ppb，那么所有的交通工具通信都會(huì)遇到移動(dòng)切換失敗，最終使得網(wǎng)絡(luò)只能用于徒步交通的情況。
[0011]多年以來，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中心(NOC, Network Operat1ns Center)開發(fā)出監(jiān)控切換失敗和掉線的工具，用于網(wǎng)絡(luò)或BTS正確運(yùn)行的全面衡量。通常情況下，NOC采用3%掉線率來告警移動(dòng)切換和呼叫建立問題，這些問題可能是由多種因素引起的。掉線告警提醒NOC工作人員開始進(jìn)行時(shí)間危急檢查來診斷根本原因，此原因可能是與流量相關(guān)，也可能與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。例如，暫時(shí)性的掉線增長可能暗示流量負(fù)載超過BTS站點(diǎn)的設(shè)計(jì)參數(shù)。天線故障或未對(duì)準(zhǔn)能夠引起掉線增加。鄰近BTS站點(diǎn)的故障，即停電或平均無故障時(shí)間(MTBF，MeanTimeBetween Failure)誤差能夠不經(jīng)意地通過把呼叫業(yè)務(wù)從一個(gè)站點(diǎn)切換到另一個(gè)站點(diǎn)影響通信量。PSTN問題，比如配置錯(cuò)誤導(dǎo)致的Tl損失，能夠降低通信能力和引起掉線增力口。最終，層級(jí)溯源(stratum traceability)的損失可能導(dǎo)致切換失敗,在這里多個(gè)交換機(jī)或傳輸設(shè)備中的任一個(gè)用于將Tl從中心辦公室(CO, Central Office)傳送到已進(jìn)入到切換狀態(tài)的BTS站點(diǎn)。蜂窩運(yùn)營