[发明专利]具有最佳状态反馈控制器的锁相环

说明书

发明领域

本发明涉及经分组网络的时钟恢复的领域，尤其是，涉及具有反 馈控制器的锁相环和恢复定时信息的方法。

发明背景

锁相环可以被认为是反馈回路控制系统，其精密地跟踪基准时钟 输入。典型的PLL结构在图1中示出。如可以在图中看到的，在基 准时钟和数字控制的振荡器(DCO)之间的差值被反馈给环路滤波器， 其主要地是比例/整数(PI)控制器。然后该环路滤波器的输出用于操纵 DCO的输出相位，使得其精密地跟踪基准时钟输入相位。

该环路滤波器参数(P和I)被设计成能满足某些性能要求，诸如， 带宽、初始锁定时间、动态跟踪等等。例如，当输入基准时钟被抖动 和漂移损害的时候，设置该滤波器带宽以将抖动或者漂移对参考输入 的影响减到最小。降低环路滤波器带宽以改善漂移和抖动消除将对 PLL能多快地跟踪参考输入信号具有不利影响。实际上，在跟踪输入 相位和拒绝漂移和抖动之间需要折衷方案。

近来在经分组网络的时钟同步方面存在很多的兴趣，其中，如图 2所示，这里基准时钟相位信息由服务器在分组交换网络(PSN)上经 由专用的定时分组传送。在网络的另一端上，客户使用定时分组使其 时钟与服务器同步。这个方法可用于同步经由分组网络连接的系统， 诸如无线基站连接。

在这个同步方法中的一个主要难题是定时分组很可能经受为任 何分组交换网络所固有的分组延迟偏差(PDV)。因此，在客户侧上， 取决于该分组延迟偏差，该恢复的基准时钟将具有高级抖动和漂移， 其对于大多数应用来说将是不可接受的。

在这种情况下，传统的PLL系统不能消除抖动和漂移，因为在 传统的PLL中的简单的环路滤波器不能处理高级的抖动和漂移。为 了能够消除大的漂移量，环路滤波器将被设置为非常低的频率。这需 要在服务器或者在客户侧上使用非常稳定的本地振荡器，其可能不是 经济合算或者实用的。

此外，该网络PDV具有不稳定的本质，其导致在客户侧上恢复 的相位的快速或者缓慢移动。传统的PLL没有被设计成能够处理不 稳定噪声。

此外，用于经分组网络的定时恢复的系统实际上是随时间变化 的。传统的PLL被设计成用于时间不变的系统，并且不适合于这种 应用。

PLL是设计成能锁定其对单个输入时钟基准的输出相位的单输 入单输出系统，并且不能直接适用于当多个定时分组流可追踪至相同 的主基准时钟(PRC)的时候的情形。

为了能够处理用于经分组网络的定时恢复的典型的PLL的这些 缺点的某些，现有技术提出了使用二级方案，并且第一级是仅仅选择 具有最小的分组延迟偏差量的定时分组的分组滤波器，第二级是正常 的PLL，诸如在图1中示出的那个。这个方法的主要问题是时钟恢复 算法的性能大大依赖于滤除的定时分组的数目。当存在非常少或者没 有这些所谓的可利用的最小延迟定时分组的时候，该算法未能恢复或 者跟踪服务器时钟。还存在例如基于均分定时分组的其它的方法，但 是，当处理较大的分组延迟偏差的时候，这些方法还遭受差的性能。

现有技术中没有任何一种提供了当存在两个或更多个定时分组 流的时候可以采用分组网络的空间分集的最佳方案。

发明内容

本发明提供了一种用于经分组网络的定时恢复的新的方法，其基 于被称为状态反馈控制器的控制理论中的强大的概念。

按照本发明的一个方面，提供了一种在本地接收机上经分组网络 恢复定时信息的方法，包括：每隔一段时间接收有关远端源时钟信号 的定时信息；借助于控制振荡器产生本地时钟信号；将本地定时信号 与接收的定时信息进行比较，以产生代表在源时钟信号和本地接收机 时钟信号之间的相位差的有噪声的输入信号y(k)；将所述输入信号 y(k)施加于状态反馈控制器，以产生具有减少的噪声的控制信号；和 用所述控制信号控制所述控制振荡器以减少所述相位差，并且从所述 远程时钟信号中产生从动的时钟信号。

在一个实施例中，被称为卡尔曼(Kalman)滤波器的最佳自适应的 状态估算器用于估算定时恢复系统的内部状态。