專利名稱：一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信領(lǐng)域，特別是一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)式目前移動通信系統(tǒng)中的一種靈活的、可實現(xiàn)大動態(tài)范圍和大容量的射頻信號遠距離覆蓋的有效手段，它解決了模擬光纖傳輸方式存在的噪聲疊加的缺陷及信號遠距離傳輸衰減的問題，已經(jīng)成了基站的有效補充。數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)采用了將近端中繼機(REC，射頻裝置控制器)和遠端機(RE， 射頻裝置)分開的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1.射頻裝置RE能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際需要進行拉遠放置，從而使組網(wǎng)十分靈活，RE可以盡可能的接近天線，因而能減小射頻線纜的損耗，增大天線的發(fā)射功率和接收靈敏度。該直放站系統(tǒng)的一種典型配置如圖1，REC和RE、RE和RE之間有且只有一條光纖相連，光收發(fā)模塊通過波分復(fù)用把兩組雙向的1. 2288G數(shù)據(jù)同時傳輸在一條光纖上，為了能夠順利的恢復(fù)時鐘信號，線上傳輸是經(jīng)過8B/10B編碼的數(shù)據(jù)。在REC端，串并轉(zhuǎn)換單元(串行化器-解串行化器)將接收到的數(shù)據(jù)進行8B/10B編碼后輸出給光電轉(zhuǎn)換單元，光電轉(zhuǎn)換單元將電信號轉(zhuǎn)換成光信號發(fā)送。在RE端，光電轉(zhuǎn)換單元把信號轉(zhuǎn)換成電信號后交給串并轉(zhuǎn)換單元，，串并轉(zhuǎn)換單元能解碼8B/10B編碼數(shù)據(jù)，同時恢復(fù)線上的時鐘信號，，該時鐘信號輸出給時鐘恢復(fù)單元進行同步和去噪，在分發(fā)給數(shù)據(jù)處理單元和射頻單元?，F(xiàn)有技術(shù)中，時鐘恢復(fù)單元對串并轉(zhuǎn)換單元恢復(fù)時鐘的處理采用鎖相環(huán)的方法實現(xiàn)，該方法同時采用了硬件鎖相環(huán)和軟件鎖相環(huán)，如圖2.之所以采用硬件鎖相環(huán)和軟件鎖相環(huán)是因為系統(tǒng)對時鐘有3個要求1、時鐘頻率誤差GSM 05. 05E5. 1規(guī)定GSM信號中繼器的頻率誤差不得超過士0. 05ppm,即士45Hz。2、時鐘相噪RE端恢復(fù)出的時鐘，不僅給數(shù)據(jù)處理單元，而且作為模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADC、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC和射頻單元的參考時鐘。對于高速高精度的ADC、DAC，時鐘相噪有十分嚴(yán)格的要求， 否則會導(dǎo)致性能的下降。比如對一個100MSPS14bits的ADC，一般要求采樣時鐘抖動小于 300fs，否則會導(dǎo)致信噪比(SNR)、無雜散動態(tài)范圍(SFDR)的下降，從而導(dǎo)致整機的噪聲系數(shù)的增大，誤差矢量幅度EVM、接收靈敏度的下降，DAC對時鐘的要求與ADC相當(dāng)。射頻單元對時鐘相噪也比較嚴(yán)格，但相對ADC、DAC寬松。串并轉(zhuǎn)換單元參考時鐘一般要求時鐘抖動小于50ps，一般的硬件鎖相環(huán)都可以達到。3、時鐘同步RE端時鐘恢復(fù)單元恢復(fù)出的本地時鐘必須嚴(yán)格與串并轉(zhuǎn)換單元輸出的隨路時鐘同步。串并轉(zhuǎn)換單元輸出數(shù)據(jù)的速率與其輸出的隨路時鐘成比例，而數(shù)據(jù)處理單元以本地時鐘為參考，則數(shù)據(jù)處理單元與串并轉(zhuǎn)換單元進行高速數(shù)據(jù)交互時屬于跨時鐘域的處理， 其中利用到的FIFCKfirst-in-fist-out，先進先出)有一定的深度，如果時鐘部同步，則FIFO的輸入輸出速率不一樣，那么隨著時間的積累，無論多么深的FIFO都將溢出，導(dǎo)致出現(xiàn)誤碼。另外，光纖直放站的系統(tǒng)的時延校準(zhǔn)也要求時鐘必須同步。現(xiàn)有技術(shù)硬件鎖相環(huán)由于相應(yīng)速度快能滿足時鐘同步的要求，但它是單級的硬件鎖相環(huán)，硬件鎖相環(huán)的葫蘆濾波帶寬一般都在十幾KHz以上，則在RE端的時鐘恢復(fù)單元無法濾除時鐘近端相位噪聲，特別是在RE級聯(lián)的情況下，由于近端相位噪聲的累加使得情況更加惡化，因此，單級硬件鎖相環(huán)無法滿足系統(tǒng)對于時鐘相噪的要求。軟件鎖相環(huán)的環(huán)路濾波帶寬能夠做的非常窄，所以軟件鎖相環(huán)能將REC端時鐘經(jīng)傳輸過程引入的噪聲濾除，而且00(0本身具有短、穩(wěn)、好，相位噪聲指標(biāo)優(yōu)秀等特點，從而確保軟件鎖相環(huán)能輸出相噪滿足要求的時鐘。而軟件鎖相環(huán)也有缺陷其閉環(huán)控制周期一般為幾十秒，頻率調(diào)整周期臺長，使得串并轉(zhuǎn)換單元輸出的隨路時鐘與時鐘恢復(fù)單元恢復(fù)出的本地時鐘存在頻率誤差， 無法同步，從而會導(dǎo)致高速數(shù)據(jù)處理單元中的FIFO的溢出，產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失和誤碼?，F(xiàn)有技術(shù)中，例如專利號200510005364 —種基站遠端射頻裝置及時鐘恢復(fù)裝置， 結(jié)合了硬件鎖相環(huán)和軟件鎖相環(huán)各自的優(yōu)勢，將硬件鎖相環(huán)的恢復(fù)時鐘輸出給數(shù)據(jù)處理單元和串并轉(zhuǎn)換單元，從而滿足時鐘同步的要求，將軟件鎖相環(huán)的恢復(fù)輸出送至數(shù)據(jù)處理單元和串并轉(zhuǎn)換單元，從而滿足時鐘相噪的要求。但采用該方法，同時需要硬件和軟件鎖相環(huán)，因而時鐘恢復(fù)單元同時需要一個VCX0，一個0CX0，一個MUC做軟件鎖相環(huán)的算法，一個 12b i t左右的ADC，價格成本相當(dāng)高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種能大幅降低成本同時滿足數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)對時鐘頻率誤差、時鐘相噪和時鐘同步要求的時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的方法及裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的方法，包括如下步驟(1)提取隨路時鐘信號，射頻遠端裝置RE的串并轉(zhuǎn)換單元從近端中繼機REC或上一級RE發(fā)過來的串行數(shù)據(jù)流中恢復(fù)出隨路時鐘；(2)將隨路時鐘信號輸入第一級鎖相環(huán)，去除ΙΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ的近端相噪；(3)將通過第一級鎖相環(huán)去相噪后的時鐘信號輸入第二級鎖相環(huán)去除IOOKHz以上的相噪；(4)將經(jīng)過兩級去相噪后的時鐘信號通過時鐘分發(fā)單元分發(fā)給作ADC、DAC、串并轉(zhuǎn)換單元和射頻單元為參考時鐘。進一步地，所述步驟O)中第一級鎖相環(huán)的帶寬為10Hz。進一步地，所述步驟(3)中第二級鎖相環(huán)的帶寬為IOOKHz。一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的裝置，包括時鐘獲取單元，包括串并轉(zhuǎn)換單元，所述串并轉(zhuǎn)換單元連接于光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)據(jù)處理單元之間，用于從光電轉(zhuǎn)換單元輸出的信號中提取出隨路時鐘信號；第一級鎖相環(huán)，與時鐘獲取單元相連，包括有依次相連的第一鑒相器、第一環(huán)路濾波器、晶體振蕩器，用于接收時鐘獲取單元輸出的隨路時鐘信號，進行處理并輸出經(jīng)第一次去相噪后的時鐘信號；第二級鎖相環(huán)，與第一級鎖相環(huán)相連，包括有依次相連的第二鑒相器、第二低通濾波器、壓控振蕩器，用于接收第一級鎖相環(huán)輸出的經(jīng)第一次去相噪后的時鐘信號，進行處理并輸出經(jīng)第二次去相噪后的時鐘信號；時鐘分發(fā)單元，分別與第二級鎖相環(huán)、串并轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、射頻單元、 ADC、DAC相連，包括有時鐘分發(fā)器，用于接收經(jīng)第二級鎖相環(huán)處理后的時鐘信號，并將時鐘信號分別分發(fā)給串并轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、射頻單元、ADC、DAC。進一步地，所述第一環(huán)路濾波器頻帶寬為IOHz。進一步地，所述第二環(huán)路濾波器頻帶寬為ΙΟΟΚΗζ。進一步地，所述第一級鎖相環(huán)中的晶體振蕩器為溫補壓控晶體振蕩器TC-VCX0。由上述對本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明采用兩級硬件鎖相環(huán)結(jié)合的方法，第一級鎖相環(huán)具有很窄的環(huán)路帶寬，能夠濾除時鐘的近端相噪，滿足ADC、DAC和射頻模塊對時鐘抖動的要求；第二級鎖相環(huán)具有很小的噪聲底，使得時鐘遠端的相噪很小，使得ADC、DAC能保持器SNR性能；同時利用了兩級硬件鎖相環(huán)的同步能力保持REC、RE間的同步并滿足系統(tǒng)對頻率誤差的要求，因此能夠滿足數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)對時鐘恢復(fù)的要求；支持RE級聯(lián)；只用到一個VQCO或TC-VCX0，大大降低了時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的成本。


圖1為基站遠端射頻裝置的一般組網(wǎng)形式；圖2為現(xiàn)有技術(shù)時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明時鐘恢復(fù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式以下通過具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的描述。參見圖1。該圖列舉了數(shù)字光纖直放站系統(tǒng)的一種典型結(jié)構(gòu)——鏈形組網(wǎng)。實際上，本發(fā)明的時鐘恢復(fù)方法亦支持星型、環(huán)形和混合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。參見圖3。該圖例舉了 REC和RE —對一時RE的時鐘恢復(fù)單元。實際上，RE的前級不一定是REC，也可以是RE。以下以REC和RE —對一的結(jié)構(gòu)為例進行說明。如圖3，REC端的時鐘發(fā)生器21對TCX020輸出的時鐘進行綜合產(chǎn)生所需的各種頻率的時鐘，提供給數(shù)據(jù)處理單元22和串并轉(zhuǎn)換單元23等使用。串并轉(zhuǎn)換單元23把數(shù)據(jù)處理單元22發(fā)送過來的由用戶數(shù)據(jù)和控制管理數(shù)據(jù)等組成的高速碼流進行并串轉(zhuǎn)換并發(fā)送給光電轉(zhuǎn)換單元M，光電轉(zhuǎn)換單元M將串行電信號轉(zhuǎn)換成光信號并發(fā)送給RE。在RE端，光電轉(zhuǎn)換單元25將光信號轉(zhuǎn)換成電信號并發(fā)送給串并轉(zhuǎn)換單元26，串并轉(zhuǎn)換單元沈根據(jù)接收到的串行電信號恢復(fù)隨路時鐘，并發(fā)送給第一級鎖相環(huán)的第一鑒相器27，PD127比較隨路時鐘和第一級鎖相環(huán)輸出時鐘的相位，將差值放大輸出給第一低通濾波器觀，第一低通濾波器觀的輸出電壓再去控制溫補壓控晶體振蕩器四的輸出頻率。 第一鑒相器27、第一低通濾波器觀和溫補壓控晶體振蕩器四組成了第一級鎖相控制環(huán)路。 該環(huán)路具有很低的環(huán)路帶寬，因而能濾除隨路時鐘的近端相噪。第二鑒相器30、第二低通濾波器31和壓控振蕩器VCO 32組成了第二級鎖相控制環(huán)路，該環(huán)路的環(huán)路帶寬被設(shè)置為IOOKHz左右，該環(huán)路在時鐘遠端具有很低的噪聲底，因而能保證時鐘遠端具有很低的相噪。時鐘分發(fā)器35把去除噪聲后的時鐘分發(fā)給數(shù)據(jù)處理單元33、ADC36和DAC37等。特別應(yīng)該說明的是，由上述實施方案自身特點的限制，串并轉(zhuǎn)換單元沈的選擇需要仔細考慮，原因是有些需要外部晶振的串并轉(zhuǎn)換單元26會產(chǎn)生相位噪聲之類的“假信號”。這些假信號產(chǎn)生于串并轉(zhuǎn)換單元沈解串行部分鎖相環(huán)的“差頻”效應(yīng)，即該鎖相環(huán)具有像混頻器一樣的特性，會令兩個相近的頻率產(chǎn)生“差頻”干擾現(xiàn)象。差頻效應(yīng)令恢復(fù)時鐘與本地時鐘之間的頻差產(chǎn)生假信號。這種假信號的頻率并不固定，因為每一晶振的頻率都不同，而且不同溫度、電壓及時段也會令假信號頻率各不相同，以致假信號的位置無法預(yù)測。在RE多級級聯(lián)的情況下，假信號會累加，在時鐘的極近端區(qū)內(nèi)可能較難消除，以致ADC 及DAC無法充分發(fā)揮其性能。因此推薦無需加外部晶振、參考時鐘與恢復(fù)時鐘可平滑切換的串并轉(zhuǎn)換單元26，避免假信號的影響。采用本發(fā)明的時鐘恢復(fù)方法，能滿足時鐘頻率誤差的要求，因為無論是上行信號還是下行信號，任一時刻直放站最終輸出信號的頻率偏差取決于該時刻近端中繼機REC射頻單元本振和射頻遠端裝置RE射頻度本振的偏差，而次偏差又取決于REC本地時鐘和RE 本地時鐘的偏差?？紤]整個系統(tǒng)的時鐘樹，系統(tǒng)時鐘的源頭是近端中繼機REC的TCX0，因此，REC和RE之間時鐘偏差的大小取決于RE時鐘恢復(fù)單元對RE TCXO時鐘頻率變化的跟蹤能力。本發(fā)明RE時鐘恢復(fù)單元的時鐘頻率調(diào)整周期取決于兩級鎖相環(huán)中最窄的鎖相環(huán)的帶寬，為10Hz，則其調(diào)整周期不大于Is?？紤]最差情況下TQCO頻率隨時間變化的特性，開機后的溫升對TCXO的頻率的影響很大，對于一個在全溫度變化范圍內(nèi)變化不超過士 15ppm的30. 72MHz的TCX0，假設(shè)溫度升高過程經(jīng)歷了 300s，那么其最壞的頻率變化不會超過30. 72MHz X 3ppm = 0. lHz/s，換算到900M射頻的頻率變化率不會超過3Hz/s，顯然對于調(diào)整周期小于Is的RE時鐘恢復(fù)單元，其有能力跟蹤REC的TCXO使RE、REC間的射頻翟波頻率差不會超過3Hz，遠小于45Hz，即使考慮級聯(lián)誤差累加的情況，本發(fā)明至少能支持15 級級聯(lián)，所以RE時鐘恢復(fù)單元的對TCXO時鐘變化的跟蹤能力滿足要求。本發(fā)明的時鐘恢復(fù)方法，能滿足時鐘相噪要求。第一級鎖相環(huán)具有很窄的環(huán)路帶寬，因此能濾除時鐘的近端相噪，使得在偏移時鐘中心50Hz-20MHz范圍內(nèi)的時鐘抖動積分值小于300fs，從而滿足ADC、DAC和射頻模塊對時鐘抖動的需求。第二級的鎖相環(huán)具有很小的噪聲底(noise floor)，使得時鐘遠端的相噪很小，因此ADC、DAC能保有其SNR性能。本發(fā)明的時鐘恢復(fù)方法，可能會在偏移時鐘中心1Ηζ-50Ηζ范圍內(nèi)有比較大的相位噪聲(多級級聯(lián)情況下會有大約等同于Ips左右的抖動)，但是該相位噪聲對ADC、DAC的影響在頻域上看相當(dāng)于只會在載頻附近(1Ηζ-50Ηζ范圍)有小尖峰出現(xiàn)，而該尖峰相對于其它的三次、五次交調(diào)很小，可以忽略不計，因此ADC、DAC能保有其SDFR性能。該相噪對射頻單元的影響相當(dāng)于對載頻做了幾十Hz的低幅度擴展，相對于帶寬幾百KHz的大幅度載頻信號，此影響更可忽略不計。本發(fā)明的時鐘恢復(fù)方法，能滿足時鐘同步的要求。本地時鐘源于串并轉(zhuǎn)換單元輸出的隨路時鐘，那么即便兩者之間有相位差異，兩者的頻率是完全同步的，不會出現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交互單元中FIFO溢出的情況。上述僅為本發(fā)明的一個具體實施方式
，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護范圍的行為。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的方法，其特征在于(1)提取隨路時鐘信號，射頻遠端裝置RE的串并轉(zhuǎn)換單元從近端中繼機REC或上一級 RE發(fā)過來的串行數(shù)據(jù)流中恢復(fù)出隨路時鐘；(2)將隨路時鐘信號輸入第一級鎖相環(huán)，去除ΙΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ的近端相噪；(3)將通過第一級鎖相環(huán)去相噪后的時鐘信號輸入第二級鎖相環(huán)去除IOOKHz以上的相噪；(4)將經(jīng)過兩級去相噪后的時鐘信號通過時鐘分發(fā)單元分發(fā)給作ADC、DAC、串并轉(zhuǎn)換單元和射頻單元為參考時鐘。
2.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的方法，其特征在于所述步驟(2) 中第一級鎖相環(huán)的帶寬為10Hz。
3.如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的方法，其特征在于所述步驟(3) 中第二級鎖相環(huán)的帶寬為IOOKHz
4.一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的裝置，其特征在于包括時鐘獲取單元，包括串并轉(zhuǎn)換單元，所述串并轉(zhuǎn)換單元連接于光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)據(jù)處理單元之間，用于從光電轉(zhuǎn)換單元輸出的信號中提取出隨路時鐘信號；第一級鎖相環(huán)，與時鐘獲取單元相連，包括有依次相連的第一鑒相器、第一環(huán)路濾波器、晶體振蕩器，用于接收時鐘獲取單元輸出的隨路時鐘信號，進行處理并輸出經(jīng)第一次去相噪后的時鐘信號；第二級鎖相環(huán)，與第一級鎖相環(huán)相連，包括有依次相連的第二鑒相器、第二低通濾波器、壓控振蕩器，用于接收第一級鎖相環(huán)輸出的經(jīng)第一次去相噪后的時鐘信號，進行處理并輸出經(jīng)第二次去相噪后的時鐘信號；時鐘分發(fā)單元，分別與第二級鎖相環(huán)、串并轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、射頻單元、ADC、 DAC相連，包括有時鐘分發(fā)器，用于接收經(jīng)第二級鎖相環(huán)處理后的時鐘信號，并將時鐘信號分別分發(fā)給串并轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)處理單元、射頻單元、ADC、DAC0
5.如權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的裝置，其特征在于所述第一環(huán)路濾波器頻帶寬為IOHz。
6.如權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的裝置，其特征在于所述第二環(huán)路濾波器頻帶寬為IOOKHz。
7.如權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的裝置，其特征在于所述第一級鎖相環(huán)中的晶體振蕩器為溫補壓控晶體振蕩器TC-VCX0。
全文摘要
一種數(shù)字光纖時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的方法及裝置，包括時鐘獲取單元，用于從光電轉(zhuǎn)換單元輸出的信號中提取出隨路時鐘信號；第一級鎖相環(huán)，用于接收時鐘獲取單元輸出的隨路時鐘信號，進行處理并輸出經(jīng)第一次去相噪后的時鐘信號；第二級鎖相環(huán)，與第一級鎖相環(huán)相連，用于接收第一級鎖相環(huán)輸出的經(jīng)第一次去相噪后的時鐘信號，進行處理并輸出經(jīng)第二次去相噪后的時鐘信號；時鐘分發(fā)單元，用于將時鐘信號分別分發(fā)給各個單元。本發(fā)明采用兩級硬件鎖相環(huán)對時鐘進行去相噪處理且利用硬件鎖相環(huán)的同步能力保持REC、RE間的同步并滿足系統(tǒng)對頻率誤差的要求，支持RE級聯(lián)，只用到一個VCXO或TC-VCXO，大大降低了時鐘恢復(fù)系統(tǒng)的成本。
文檔編號H04L7/033GK102255665SQ20101017848
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者劉聰江, 吳明磊 申請人:福建先創(chuàng)通信有限公司