專利名稱：一種動態(tài)調整WiMAX基站晶振穩(wěn)定度的裝置及其實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種調整晶振穩(wěn)定度的方法，特別地，涉及一種動態(tài)調整WiMAX基站 晶振穩(wěn)定度的裝置及其實現(xiàn)方法。
背景技術：
WiMAX基站的各種時鐘由晶振來提供，因此晶振的精度就決定了 WiMAX基站各 類時鐘的精度。晶振的特點決定了它在短時間內有很高的穩(wěn)定度，但是由于晶振本身的 老化和環(huán)境的影響(例如溫度的變化、電壓波動等因素)，晶振的固有頻率會發(fā)生漂移，普 通晶振的漂移參數(shù)會比較大， 一般是一天百分之幾赫茲， 一年幾赫茲，漂移曲線可以參 考圖4。如果采用穩(wěn)定度高的銣/銫晶振，成本會很高。如果讓晶振自由振蕩，WiMAX 基站的時鐘精度就會隨著時間的推移越來越差，帶之而來得影響就會使WiMAX基站的 通信可靠性下降，因此需要在WiMAX基站運行的過程中，動態(tài)對晶振進行調整，使其 輸出頻率穩(wěn)定在可接受的精度之內。另外，對晶振的校準需要快速，這樣基站受到外界 干擾時，基站可以快速的對晶振進行補償，保持晶振的頻率穩(wěn)定度，從而保證基站通信 的可靠性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種動態(tài)調節(jié)WiMAX基站晶振穩(wěn)定度的裝置。 本發(fā)明的另一個目的在于提供一種動態(tài)調節(jié)WiMAX基站晶振穩(wěn)定度的方法。 本發(fā)明的一種用于WiMAX基站動態(tài)調節(jié)晶振穩(wěn)定度的裝置，包括GPS接收機、頻
率計數(shù)器、相位檢測器、相位誤差調節(jié)器、數(shù)/模轉換器、晶體振蕩器、時鐘生成器，其
中
GPS接收機用于接收GPS信號，將GPS產生的lpps信號傳到頻率計數(shù)器；為解 決WiMAX基站晶振頻率漂移的問題，在WiMAX基站內引入此GPS接收機用來接收 GPS信號，輸出lpps(l pulse per second)信號，為頻率計數(shù)器提供時間基準參考。
頻率計數(shù)器用于對輸入的時鐘信號進行計數(shù)，當檢測到所述GPS接收機發(fā)送來的 lpps信號的上升沿后開始計數(shù)，當檢測到下一個lpps信號的上升沿后停止計數(shù)，將此計
數(shù)值發(fā)送給相位檢測器；
相位檢測器用于對所述頻率計數(shù)器產生的計數(shù)值進行濾波和平均處理，計算出當 前的相位誤差，將此相位誤差輸入到相位誤差調節(jié)器；
相位誤差調節(jié)器根據(jù)當前的相位誤差、調節(jié)系數(shù)和晶體振蕩器的當前控制參數(shù)， 計算出調整后的晶振調節(jié)參數(shù)；
數(shù)/模轉換器根據(jù)輸入的所述晶振調節(jié)參數(shù)，生成實際的晶振調節(jié)電壓，控制晶振 的振蕩頻率； .
晶體振蕩器用于在晶振調節(jié)電壓的控制下，產生振蕩信號；
時鐘生成器用于在晶體振蕩器輸出的所述振蕩信號通過時鐘生成器后，產生多路 時鐘信號，其中一路輸入所述頻率計數(shù)器作為計數(shù)時鐘；
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種利用上述裝置實現(xiàn)動態(tài)調節(jié)WiMAX基站晶振穩(wěn) 定度的方法。
本發(fā)明的一種動態(tài)調節(jié)WiMAX基站晶振穩(wěn)定度的方法，其中，晶體振蕩器的晶振
調節(jié)參數(shù)根據(jù)公式
Ro = Ro' + Aphase*KD來計算，Ro是當前晶振調節(jié)參數(shù)，
Ro'是上一次晶振調節(jié)值，
Aphase是當前相位誤差，
KD是晶振調整系數(shù)。
本發(fā)明的方法，其中所述Kd-晶振調節(jié)范圍/相位檢測器變化范圍。 本發(fā)明的方法，其中獲得KD的過程為 步驟一設置采樣點數(shù)n;
步驟二用晶振允許的最小值OCXOmin調節(jié)晶振，記錄相位檢測器的測量值 COUNTmin ;
步驟三用晶振允許的最大值OCXOmax調節(jié)晶振，記錄相位檢測器的測量值 COUNTmax;
步驟四計算KD = (OCXOmax陽OCXOmin) / (COUNTmax - COUNTmin)。 本發(fā)明的方法，其中相位誤差釆用粗調計算Aphase:相位誤差和/采樣點數(shù)。 本發(fā)明的方法，其中相位誤差采用細調計算 設采樣長度為n:{X0， Xi，X2, ... ,Xn-^
滑動窗口長度為m，則窗口從左向右滑動過程中得到的中間采樣個數(shù)為n-m+l，滑 動時，將滑動窗口中的采樣點相加并平均，得到一個新的采樣序列，其長度為n-m+l:
(yo，yi,y2,... ,yn—m}
yi = Sxk/m
最后，將這n-m+l個中間值相加并平均，得到當前的相位誤差 Aphase = E yi / (n-m+1)。
本發(fā)明的方法，其中頻率計數(shù)器的誤差為f=Emax * 68.3%， 其中Emax表示頻率計數(shù)器的最大采樣誤差。
本發(fā)明的一種動態(tài)調整WiMAX基站晶振穩(wěn)定度的裝置及其實現(xiàn)方法，利用GPS接 收機輸出的lpps信號來校準晶振輸出信號頻率的穩(wěn)定度，通過計算相位檢測器和晶振之 間的調節(jié)系數(shù)，可以快速將晶振的精度調整到0.5Hz之內，并最終使晶振的精度穩(wěn)定在 0.01Hz以內。該方法可快速、準確地調節(jié)晶振的頻率誤差，算法簡單，通過粗調和細調 之間的狀態(tài)轉換，偏差大時收斂快，偏差小時能使晶振達到自己的精度極限并保持穩(wěn)定， 可以將一個普通晶振的震蕩頻率快速調整到很高的精度，并且長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度 都很好。
總之，本發(fā)明的裝置及其實現(xiàn)方法，可在WiMAX基站運行的過程中，動態(tài)對晶振 進行調整，使其輸出頻率穩(wěn)定在可接受的精度之內；可快速校準晶振，在基站受到外界 干擾時，基站可快速對晶振進行補償，保持晶振的頻率穩(wěn)定度，從而保證基站通信的可 靠性。本發(fā)明的裝置和實現(xiàn)方法，可廣泛應用于WiMAX基站和掃頻儀等設備中，提高 通信的可靠性；同時，無須購買昂貴的晶振，只需通過普通晶振和一個動態(tài)校準系統(tǒng)， 就能使基站的時鐘快速達到滿意的精度。


圖1是晶振穩(wěn)定度動態(tài)調節(jié)結構；
圖2是晶振穩(wěn)定度動態(tài)調節(jié)狀態(tài)轉換圖3是晶振穩(wěn)定度動態(tài)調節(jié)流程圖4是沒有進行晶振動態(tài)調節(jié)時晶振的頻率漂移曲線； 圖5是進行晶振動態(tài)調節(jié)時晶振的頻率漂移曲線。
具體實施例方式
以下結合附圖，對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是WiMAX晶振穩(wěn)定度動態(tài)調節(jié)結構圖。
頻率計數(shù)器根據(jù)lpps信號提供的時間基準，對輸入時鐘進行計數(shù)，將此計數(shù)值傳給 相位檢測器，相位檢測器采用特定算法對此計數(shù)值進行濾波/平均后，計算出相位差，用 相位差計算出對晶振的調節(jié)參數(shù)，然后對晶振進行調節(jié)。
頻率計數(shù)器檢測到lpps信號上升后，開始對輸入的時鐘信號進行計數(shù)，每一個時鐘 周期計數(shù)值加l。當檢測到下一個lpps信號的上升沿之后，停止計數(shù)，將當前的計數(shù)值 傳遞給相位檢測器，同時計數(shù)器清0，開始進行下一次計數(shù)。
相位檢測器預先計算出晶振與相位檢測器之間的調節(jié)關系，即晶振調節(jié)系數(shù)，當計 算出當前的相位誤差后，利用晶振調節(jié)系數(shù)就可計算出對晶振的偏差調節(jié)值，將此偏差 調節(jié)值與當前晶振調節(jié)值相加，就可算出實際的晶振調節(jié)值。用此晶振調節(jié)值調整晶振 的控制電壓就可改變晶振的振蕩頻率，晶振振蕩頻率的改變又可調整頻率計數(shù)器的計數(shù) 值，即這是一個閉環(huán)系統(tǒng)，通過不斷調整相位誤差可以使系統(tǒng)最終達到穩(wěn)定。
當檢測出的相位誤差比較大時，系統(tǒng)通過對n個采樣點進行平均，通過一次計算調 節(jié)就可將晶振頻率調節(jié)到誤差0.5Hz以內。
當檢測出的相位誤差比較小時，系統(tǒng)計算n個相位誤差的平均值，每個相位誤差用 m個釆樣點進行窗口滑動平均的方法計算出，這時可以將晶振誤差調節(jié)到O.OlHz附近， 并在此誤差范圍內上下擺動，達到穩(wěn)定狀態(tài)。
如果需要一個短期穩(wěn)定的晶振輸出頻率，可以關閉系統(tǒng)的調節(jié)開關，即不對晶振進 行調節(jié)，這時晶振處于自由震蕩狀態(tài)，其短期穩(wěn)定度由晶振本身的參數(shù)決定。
GPS以精密的時間保證為基礎，有非常好的長期穩(wěn)定性，但它的短期穩(wěn)定性比較差。 結合GPS和晶振，利用GPS的長期穩(wěn)定性校準晶振頻率，可以提供一個短期和長期穩(wěn)定 性都很好的晶振。另外，此方法的調節(jié)速度非常快，通過一兩次調節(jié)就可使晶振處于很 高的頻率精度。
采用晶振動態(tài)調整方法后，晶振的漂移會有明顯的改善，參見圖5。 1、總體結構
重新參見圖1，該圖示出了 WiMAX晶振的動態(tài)調整結構。 GPS接收機
通過GPS天線接收GPS發(fā)射的lpps信號，將此信號輸入頻率計數(shù)器作為計數(shù)的參
考。
頻率計數(shù)器
當檢測到GPS發(fā)送來的lpps信號的上升沿后開始計數(shù)，當檢測到下一個lpps信號
的上升沿后停止計數(shù)，將此計數(shù)值發(fā)送給相位檢測器。
* 相位檢測器
用來對頻率計數(shù)器產生的計數(shù)值進行采樣、濾波和平均處理，計算出當前的相位誤 差，將此相位誤差輸入到相位誤差調節(jié)器。
* 相位誤差調節(jié)器
根據(jù)當前的相位誤差和晶振的當前控制參數(shù)，計算出調整后的晶振調節(jié)參數(shù) 數(shù)/模轉換器
根據(jù)輸入的晶振調節(jié)參數(shù)，生成實際的晶振調節(jié)電壓，控制晶振的震蕩頻率。
* 時鐘生成器
晶振輸出的震蕩信號通過時鐘生成器后，產生多路時鐘信號，其中一路輸入頻率計 數(shù)器作為計數(shù)時鐘。
2、 相位誤差調節(jié)器的實現(xiàn) Ro = Ro, + Aphase * Kd
* R0:當前晶振調節(jié)參數(shù)
* Ro，上一次晶振調節(jié)參數(shù)
* Aphase:當前相j立誤差
* KD:晶振調整系數(shù)
相位誤差調節(jié)器的輸入是Ro，(上一次晶振調節(jié)參數(shù))和Aphase (當前相位誤差)， 輸出Ro(當前晶振調節(jié)參數(shù))，通過測量相位誤差，就可直接計算出對晶振的調節(jié)參數(shù)。
3、 相位檢測器的實現(xiàn)
1)計算晶振調整系數(shù)(KD)
這個過程要在晶振動態(tài)調節(jié)算法運行之前進行，目的是計算出以后要用到的參數(shù)KD. KD=晶振調節(jié)范圍/相位檢測器變化范圍 KD計算過程為
步驟一設置相位檢測器采樣點數(shù)n;
步驟二用晶振允許的最小值OCXOmin調節(jié)晶振，記錄相位檢測器的測量值 COUNTmin;
步驟三用晶振允許的最大值OCXOmax調節(jié)晶振，記錄相位檢測器的測量值 COUNTmax;
步驟四計算KD = (OCXOmax - OCXOmin) / (COUNTmax - COUNTmin); 步驟五將KD保存到FLASH中，供WiMAX基站啟動時使用。
2) WiMAX運行過程中對晶振進行動態(tài)調節(jié)所處的狀態(tài) 實際運行過程中，對晶振的調節(jié)可能處于3種狀態(tài)，如圖2所示
當晶振相位誤差大于0.5Hz時，進入粗調狀態(tài)
當晶振相位誤差小于0.5Hz時，進入細調狀態(tài)
*如果要在細調時達到高的短期穩(wěn)定度，進入保持狀態(tài)，即晶振此時處于自由振蕩 狀態(tài)，此時時鐘精度依賴于晶振本身的穩(wěn)定性。
3) 相位誤差檢測流程 相位誤差檢測流程參見圖3
4) 濾波門限的確定
頻率計數(shù)器的計數(shù)誤差近似服從正態(tài)分布，所以濾波門限為 f=Emax = = 68.3%
其中Emax表示頻率計數(shù)器的最大采樣誤差。
5) 相位誤差算法
a) 粗調算法
Aphase=相位誤差和/采樣點數(shù)
b) 細調算法 設采樣長度為n:
{Xo, Xi， X2， ... ， Xn-i}
滑動窗口長度為tn，則窗口從左向右滑動過程中得到的中間采樣個數(shù)為n-m+l，滑 動時，將滑動窗口中的采樣點相加并平均，得到一個新的采樣序列，其長度為n-m+l:
{y。, yi,y2,…，yn-m}
yi = HXk/m
最后，將這n-m+l個中間值相加并平均，得到當前的相位誤差 △phase = E yi / (n-m+l)
權利要求
1、一種動態(tài)調整WiMAX基站晶振穩(wěn)定度的裝置，其特征在于該裝置包括GPS接收機、頻率計數(shù)器、相位檢測器、相位誤差調節(jié)器、數(shù)/模轉換器、晶體振蕩器、時鐘生成器，其中GPS接收機用于接收GPS信號，將GPS產生的1pps信號傳到頻率計數(shù)器；頻率計數(shù)器用于對輸入的時鐘信號進行計數(shù)，當檢測到所述GPS接收機發(fā)送來的1pps信號的上升沿后開始計數(shù)，當檢測到下一個1pps信號的上升沿后停止計數(shù)，將此計數(shù)值發(fā)送給相位檢測器；相位檢測器用于對所述頻率計數(shù)器產生的計數(shù)值進行濾波和平均處理，計算出當前的相位誤差，將此相位誤差輸入到相位誤差調節(jié)器；相位誤差調節(jié)器根據(jù)當前的相位誤差、調節(jié)系數(shù)和晶體振蕩器的當前控制參數(shù)，計算出調整后的晶振調節(jié)參數(shù)；數(shù)/模轉換器根據(jù)輸入的所述晶振調節(jié)參數(shù)，生成實際的晶振調節(jié)電壓，控制晶振的振蕩頻率；晶體振蕩器用于在晶振調節(jié)電壓的控制下，產生振蕩信號；時鐘生成器用于在晶體振蕩器輸出的所述振蕩信號通過時鐘生成器后，產生多路時鐘信號，其中一路輸入所述頻率計數(shù)器作為計數(shù)時鐘。
2、 一種利用如權利要求1所述裝置實現(xiàn)動態(tài)調整WiMAX基站晶振穩(wěn)定度的方法， 其中，晶體振蕩器的晶振調節(jié)參數(shù)根據(jù)公式Ro = Ro' + Aphase*KD來計算，Ro是當前晶振調節(jié)參數(shù)，Ro'是上一次晶振調節(jié)值，八phase是當前相位誤差，KD是晶振調節(jié)系數(shù)。
3、 如權利要求2所述的方法，其中所述&0=晶振調節(jié)范圍/相位檢測器變化范圍。
4、 如權利要求3所述的方法，其中獲得KD的過程為 步驟一設置采樣點數(shù)n;步驟二用晶振允許的最小值OCXOmin調節(jié)晶振，記錄相位檢測器的測量值 COUNTmin ;步驟三用晶振允許的最大值OCXOmax調節(jié)晶振，記錄相位檢測器的測量值<formula>formula see original document page 3</formula>步驟四計算<formula>formula see original document page 3</formula>
5、 如權利要求2所述的方法，其中相位誤差采用粗調計算AphaSe=相位誤差和/ 采樣點數(shù)。
6、 如權利要求2所述的方法，其中相位誤差采用細調計算設采樣長度為n:{X0, XbX2,…，Xn-,}滑動窗口長度為m，則窗口從左向右滑動過程中得到的中間采樣個數(shù)為n-m+1,滑 動時，將滑動窗口中的采樣點相加并平均，得到一個新的采樣序列，其長度為n<formula>formula see original document page 3</formula><formula>formula see original document page 3</formula>最后，將這n-m+1個中間值相加并平均，得到當前的相位誤差 <formula>formula see original document page 3</formula>
7、 如權利要求2所述的方法，其中頻率計數(shù)器的誤差為<formula>formula see original document page 3</formula>其中Emax表示頻率計數(shù)器的最大采樣誤差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動態(tài)調整WiMAX基站晶振穩(wěn)定度的裝置及其實現(xiàn)方法，該裝置包括頻率計數(shù)器、相位檢測器、晶體振蕩器、數(shù)模轉換器，GPS接收機。它利用GPS接收機輸出的1pps信號來校準晶振輸出信號頻率的穩(wěn)定度，可以快速將晶振的誤差精度調整到0.5Hz之內，并最終使晶振的誤差精度穩(wěn)定在0.01Hz以內。該方法的特點是預先計算出相位檢測器和晶振之間的調節(jié)系數(shù)，動態(tài)校準時，只需計算出相位檢測器的誤差值就可直接計算出晶振的誤差值。利用調節(jié)系數(shù)調節(jié)晶振誤差在晶振調節(jié)領域是一個新穎的方法，該方法的校準速度快，算法簡單，可以將一個普通晶振的震蕩頻率快速調整到很高的精度，并且長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度都很好。
文檔編號H03B5/04GK101179256SQ20071017929
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權日2007年12月12日
發(fā)明者付永魁, 剛 劉, 森 呂 申請人:北京北方烽火科技有限公司