使用參考信號選擇進行時鐘生成的方法和設備的製作方法
2023-12-06 08:16:01 1
專利名稱：使用參考信號選擇進行時鐘生成的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及通信系統，具體而言，本發明涉及用於在這些系統的組成元件內提供和使用冗餘時鐘的方法和設備。
背景技術：
通信系統的基站是大家所熟知的。由於基站對於系統的正常運轉是關鍵的，運營商或系統操作員或通信服務的提供商要求這些基站表現出很高的可用性。如此，這些基站內的許多關鍵功能，如中央處理器、或交換機和時間參考或時鐘常常是冗餘的。諸如中央時鐘或參考之類的具有冗餘功能的基站通常包括切換到冗餘時鐘或功能的能力。
在具有多個通信資源或卡(如射頻收發器卡和基帶處理卡)的複雜的基站中，作為基站的組成部分的每一個無線電信道的一些或所有重複的無線電信道，冗餘時鐘的分發，特別是從一個切換到另一個時鐘，被證明存在大量的技術問題，特別是在相應的卡需要維護同步或相位校準的情況下。
此外，當前的市場還需要這樣的基站，即，適於處理不同類型的系統，例如，模擬和CDMA擴頻系統，或一般來說，舊式系統和目前部署的系統。常常難以設計高效地操作不同系統的單一時鐘信號的通信卡或資源。
為此需要能夠解決這些或其他問題的冗餘時鐘的方法和設備，這一點，將從下面的討論中變得一目了然。
本說明書收入的並構成本說明書的一部分的附圖(在附圖中，類似的引用號整個單獨的視圖中表示相同的或功能上類似的元件)說明了本發明的目前優選的實施例，與上文給出的一般說明，下面給出的詳細說明一起，用於說明各種實施例，並說明根據本發明的各種原理和所有優點。
圖1以簡化和代表性的形式描述了根據本發明的耦合到通信卡的冗餘時鐘系統的優選實施例的方框圖；圖2描述了根據本發明的圖1的通信卡的一部分的優選實施例的方框圖；圖3以代表性的形式顯示了根據本發明的用於圖1中的系統的參考信號的優選實施例的一部分；圖4演示了圖3中的信號中的數據欄位位分配；圖5演示了圖3中的信號中的同步欄位位分配；圖6描述了圖3中的信號中的數據和同步欄位的概述；以及圖7顯示了圖3中的信號的一部分的相位基準。
具體實施例方式
本說明書概述了通信系統，具體來說，這樣的系統內的設備，這些設備利用諸如冗餘時鐘系統之類的冗餘系統來為通信單元(具體來說，為操作這些通信單元的用戶)確保高可用性服務。具體來說，討論了提供、使用和管理諸如基站之類的基礎設施設備內的冗餘參考信號的方法和設備中實現的各種發明構思和原理。特定用途的通信系統有IS-95(CDMA)、GSM、GPRS等等，以及那些正在計劃、開發或部署的諸如增強數據速率GSM發展(EDGE)系統、寬帶CDMA或UMTS、3G等等。在當前市場上的一個基站，由於經濟方面的考慮(如果不是別的)，可能需要為許多這些空中接口提供服務。例如，如果一個運營商或服務提供商具有舊式系統，並正準備部署下一代系統，那麼，該運營商可能希望一個基站能夠同時處理舊式系統和新系統。
如下面所進一步討論的，優選情況下，使用各種發明的原理和其組合，以基本上脫離冗餘的基準信號和本地時鐘信號，假設利用了這些原理或等效原理。這樣做，已經被證明，可以減輕與已知系統關聯的各種問題，其中，典型的是，時鐘信號從多個源直接分發到時鐘用戶，如通信卡或資源或有效負載，它們被迫從一個時鐘切換到另一個時鐘，並處理所產生的浪湧電壓，同時仍要維護與各組卡之間的同步。歷史上，為解決這樣的問題，花費了大量的努力和成本，也沒有取得比較好的成功。使用這裡所討論的概念和原理可使不同的卡具有不同的本地時鐘，比較適於它們各自的任務，並在一個基站內需要時仍可維護與資源或卡的平衡的同步。
提供了直接的說明，進一步說明以能實施的方式實現並使用根據本發明的各種實施例。進一步提供的說明，以增強對本發明的原理和優點的了解，而不以對任何方式對本發明作出限制。本發明只由所附的權利要求包括在本專利申請待審批期間進行的任何修改，以及與這些權利要求的相當的內容進行定義。
可以進一步理解，關係術語的使用，如果有的話，如第一和第二、頂部和底部、備用、另一個、其他等等只用來區別一個實體或操作與另一個實體或操作，而不一定要求或意味著這樣的實體或操作之間的任何這樣的實際關係。許多本發明的功能和許多本發明的原理是以軟體程序或指令來實現的。預計，精通本技術的人員，儘管由可用時間、當前技術和經濟利益的考慮所引起的可能要花的大量的努力和許多設計選擇，當由這裡說明的概念和原理來指導時，將能夠輕鬆地以最小的實驗編寫出這樣的軟體指令和程序。此外，許多邏輯及其他基於硬體的功能的優選實施例是半定製集成電路，如作為欄位可編程門陣列(FPGA)封裝的可編程邏輯陣列。精通本技術的人員儘管可能會花費大量的努力和設計選擇，實現這樣的硬體也是不困難的。因此，有關這樣的軟體和硬體的進一步討論，如果有的話，將儘量簡潔，儘可能不使根據本發明的原理和概念模糊。
圖1以簡化的形式描述了根據本發明的耦合到通信卡或資源的冗餘時鐘或參考系統的優選實施例的方框圖。預計，圖1的討論將幫助提供一些共同語言，並使讀者熟悉當前冗餘時鐘系統的一些問題和根據本發明和原理和概念預見和實現的一些機會和優點。儘管可以預期這裡所討論的原理和概念具有廣泛的應用，但是，我們的討論將主要地集中於基站內應用，優選情況下，用於諸如無線通信系統之類的蜂窩系統中。
如上所述的這些基站對於許多系統和子系統很複雜，一些用於建立和維護無線通信連結，而有的用於測試和診斷、有線通信、記帳信息、切換等等。為使基站支持通信鏈路，可能需要兩個或更多卡或資源或有效負載。為使一個基站支持採用不同技術的無線通信連結，肯定需要不同的卡或有效負載。一個典型的基站具有數十個這些有效負載卡或資源，其中的一些需要與另外一些同步。在此上下文中，我們將主要討論圖1所描述的示範性冗餘時鐘或參考信號方案。
圖1以簡化形式顯示了用於諸如基站之類的通信設備的冗餘時鐘系統100。時鐘系統包括時鐘或參考源101，用於在接口109，具體來說在121和123為諸如通信卡105、107之類的多個通信卡提供參考信號，還包括備用時鐘或參考源103，在102耦合到參考源101，用於在接口109，具體來說在125和127為多個通信卡105、107提供備用參考信號。請注意，以優選的形式通過點對點連接提供參考和備用參考信號，以便未顯示的通信卡將需要諸如121、125、123、127之類的額外的連結。優選情況下，這些參考信號包括下面將詳述的20MHz信號。參考信號是冗餘的，表示在很緊的程度上(優選情況下小於80納秒)相同和同步。優選情況下，這些參考和備用參考源(統稱為「參考源」)是第一和第二接口和交換板(ISB)的一部分。每一個參考源都包括振蕩器和鎖相迴路(PLL)111、117。振蕩器是已知技術，優選情況下，是10MHz高穩定性耐熱(ovenized)振蕩器，或在溫控環境下以10MHz操作的振蕩器，並帶有使用已知技術的PLL，以向參考生成功能115、119提供20MHz信號。
振蕩器可以耦合到諸如全球定位系統(GPS)信號或UTC信號113之類的外部參考。振蕩器通過102處的信號進行同步，所述的信號是從計數器的輸出派生而來的，所述的計數器每秒鐘生成一次脈衝，所述的脈衝可以被備用參考源用來將計數器或其他寄存器驅動到一個已知狀態，如此每秒鐘一次將振蕩器111、117同步。向參考生成115、119提供來自基站內的諸如中央處理器、有線收發器等等(未顯示)其他位置或源的各種數據，操作以提供或生成並接收參考信號(下面參考圖3-7所討論的信號結構和內容)，並緩衝相應的信號，保證這些信號之間的隔離，以便由於連接器或插件盒的底板的故障等造成的一個點對點連接(如121)上的接口109的故障不會影響另一個接口(如123)。
多個通信卡105、107中的每一個都耦合到參考信號和備用參考信號，如所描述的，但在任一時刻有選擇地被多路復用器或交換機129、149分別耦合到其中一個參考信號。多個通信卡105、107中的每一個都分別包括時鐘發生器131、151，它們通過控制輸入130、150被耦合到或參考到參考信號和冗餘參考信號中的某一個。時鐘發生器包括分別帶有振蕩器135、155或電壓控制振蕩器(VCO)的PLL133、153，並用於以對應於多個通信卡中的每一個所提供的功能的頻率提供一個或多個時鐘信號137、157。這些頻率從1MHz到60MHz以上不等，具體取決於通信卡以及其特定的功能或要求以及適當的振蕩器VCO。最後結果是，時鐘發生器或本地板時鐘，具體來說，時鐘信號137、157維護已知的相位關係，或在121、125、123、127同步到參考信號，這是由交換機129、149選擇的。本地或板時鐘或時鐘發生器如此被參考信號控制或引導而不是參考信號，在某種程度上與參考信號無關。這是有利的，噹噹前參考信號發生故障時、時鐘發生器可以自由地運轉，繼續在短時間內提供時鐘信號，足以切換到冗餘的參考信號。
當檢測到目前耦合到時鐘發生器的參考信號或冗餘參考信號中的某一個發生故障時，多個通信卡中的每一個用於耦合到其中未發生故障的那一個。雖然不是必需的，但是在實踐中，其中一個參考源，例如，101將是主參考源，而103是備用的，在檢測到故障之前，所有通信卡都將耦合到主參考源。當發生故障時，都是由每個卡或資源本身以及遇到故障的每一個卡將該卡上的硬體控制切換到該卡上的備份或冗餘參考振蕩器。然後，一旦解決了所發現的故障，軟體控制下的中央處理器將負責保證所有卡再次從主參考信號進行操作。本發明的冗餘參考或時鐘系統的另一個優點是，不同的通信卡可以從不同的參考信號操作，並在不同的時間切換到備用參考信號，並仍彼此維護同步，足以執行每一個卡都負責的任務，並在需要時進行交互操作。
在通信卡105、107中進一步包括了同步邏輯和循環FIFO緩衝區139、159。此邏輯和循環FIFO緩衝區，優選情況下，240納秒緩衝區，可使必須保持同步的卡，如收發器卡和基帶處理卡或測試和診斷卡，通過基帶總線141執行此項操作。如下面所進一步討論的，所述的邏輯利用來自參考信號或選定的參考信號的派生信號以包括內部通信卡信號內的同步信號，240納秒循環FIFO緩衝區足以適應當檢測到參考信號故障並發生參考信號切換時可能會發生的最壞的失去同步的情況。這就允許接收通信卡將本地數據與從其他通信卡接收到的數據同步或重新校準。
圖2描述了圖1的通信卡的一部分的優選實施例的比較詳細的方框圖。描述了通信卡200、具體來說，描述了其相關部分，該部分使用冗餘的參考時鐘系統。所述的卡包括用於耦合到參考信號121的裝置，用於耦合到備用參考信號125的裝置，如上所述，每一個都可以從接口109獲得並作為其一部分。參考信號121包括201處的20MHz的參考波形，所述的參考波形耦合到輸入除法器203和提取邏輯205的時鐘輸入。備用參考信號類似地包括211處的20MHz參考波形，與上文提及的參考波形相同，所述的參考波形耦合到輸入除法器213和備用提取邏輯215的時鐘輸入。優選情況下，參考信號121進一步包括，20MHz數據幀脈衝信號(40兆位速率)207，所述的數據幀脈衝信號耦合到提取邏輯205，並對應於參考波形201。優選情況下，備用參考信號125進一步包括，20MHz備用數據幀脈衝信號(40兆位速率)217，所述的備用數據幀脈衝信號耦合到提取邏輯215，並對應於備用參考波形211。
數據幀脈衝信號和備用數據幀脈衝信號當一切都正常運行時是完全相同的版本，兩個信號彼此密切同步，並有相應的對應的參考波形。如下面所進一步討論的，數據幀脈衝信號和備用數據幀脈衝信號適用於維護參考信號和備用參考信號分別與幀脈衝信號和備用幀脈衝信號的相位校準。數據幀脈衝信號包括數據和幀脈衝信號，它們彼此混合以構成數據幀脈衝信號。優選情況下，此數據信號對於舊式電路開關蜂窩電話系統是電路交換數據。如果特定通信卡或資源或有效負載不需要此數據，它不包括在點到點鏈路中，或者如果包括，它將被忽略。如下面所進一步詳述的，幀脈衝信號包括參考相位或時間參考或信息、另外的時間參考和復位信號。
提取邏輯205、215恢復來自數據幀脈衝信號的幀脈衝信號，具體來說，包括同步欄位或幀，具體來說，來自幀脈衝信號的參考相位，這將轉發到除法器復位邏輯209、219並由邏輯使用，以每隔125微秒或其倍數一次將相應的輸入除法器強制到一個已知值。這將通過除去可能接收到的或在從時鐘或參考源101到通信卡200的路徑或接口109中的參考信號中引起的任何瞬時脈衝，提供或確保參考信號的正確的相位校準。如此，提取邏輯205從幀脈衝信號恢復參考相位。同樣，備用提取邏輯215從備用幀脈衝信號恢復備用參考相位。此備用參考相位被耦合到除法器復位邏輯219，並用於設置輸入除法器213，以便提供備用參考信號的相位校準。
提取邏輯進一步操作以從幀脈衝信號恢復另外的時間參考，具體來說，同步幀或欄位，備用提取邏輯進一步操作以從備用幀脈衝信號或作為其一部分的同步欄位恢復另外的備用時間參考。優選情況下，可以恢復多達六個另外的時間參考(6.2秒、1秒和4個可配置的參考)和另外的備用時間參考。這些另外的時間參考可用於相位校準或將通信卡上的本地時間參考與接口109或整個基站的數據幀信號207的那些時間參考同步。將使用此時間參考中的哪一個將取決於通信卡的特定功能。
優選情況下，通信卡將包括被描述成同步邏輯261的裝置139和循環的FIFO緩衝區263，用於提供帶有基帶總線141上的積分同步指示，以便於與另一個通信卡進行通信和維護同步。循環FIFO緩衝區263存儲基帶總線信號的足夠的部分(優選情況下240納秒)，以確保與其他通信卡的同步。其中一個時間參考，具體來說，80毫秒參考，優選情況下C1(參見圖5和其中的討論)被同步邏輯261和循環FIFO緩衝區139用作相位參考，以向另一個通信卡提供包括積分同步指示的信號，每當遇到異常時，都維護與該卡的同步或數據校準。
此外，提取邏輯205進一步恢復復位信號206，備用提取邏輯215進一步恢復備用復位信號216，用於向通信卡上的一個或多個功能提供硬復位。通常，此復位信號是必需的或對某些舊式設備或功能有用，下面將不再進一步討論。被相應的提取邏輯205、215恢復的參考相位、另外的時間參考和幀脈衝耦合到時間參考和幀脈衝多路復用器220或交換機。
參考信號和備用參考信號由相應的輸入除法器203、213連接到交換機129或參考多路復用器並連接到監視器221、223或時鐘警告邏輯。交換機使用已知的技術選擇參考信號和備用參考信號中的一個作為來自除法器的輸出，以在224提供選定的參考信號。除法器將參考信號的優選的20MHz的頻率除以一個在輸入222被編程到除法器中的除數，該除數是低KHz範圍中的頻率，例如，2到10KHz，具體情況取決於通信卡的要求。監視器221用於監視來自除法器203的參考信號以在227提供參考狀態，備用監視器用於監視來自除法器213的備用參考信號以在229提供備用參考狀態。基本上，監視器使用已知技術驗證是否有相應的參考信號可用並接近於適當的頻率，如果沒有，則在227和229提供狀態或警告信號。
參考狀態和備用參考狀態分別由控制邏輯231、233連接到交換機，用於來回切換或從參考信號和備用參考信號中的無效的那個切換到有效的那個，以繼續提供選定的參考信號的有效版本。參考狀態和備用參考狀態可以使用基於硬體的功能或基於軟體的功能耦合到交換機。基本上，狀態信息或其派生物可以直接連接到並用於控制交換機129，通過總線130以基於硬體的方法耦合到並用於控制交換機220。或者，狀態信息將由總線連接到處理器，所述處理器是板本地的或基站內的另一個板上的，來自處理器的指令將以基於軟體的方法控制交換機129和220。如上所述，通信卡和所有其它通信卡通常根據參考信號進行操作，並在檢測到異常時，切換到備用參考信號。
此選定的參考信號在224作為一個到相位比較器225的輸入被耦合到時鐘發生器131。優選情況下，時鐘發生器是一個結構適當的鎖相迴路，所述鎖相迴路由選定的參考信號引導或定向，以便以對應於選定的參考信號的頻率提供一個或多個時鐘信號137或本地板時鐘信號，其中，一個或多個時鐘信號進一步對應於通信卡所提供的功能，例如，對於IS-95 CDMA，需要19.6608MHz時鐘，對於UMTS或寬帶CDMA，需要61.44MHz時鐘的CDMA數據機。到相位比較器225的其他輸入來自電壓控制振蕩器(VCO)235，由輸入239被編程或控制的除法器237在頻率方面劃分。VCO 235的輸出是本地板時鐘或這樣的時鐘的基礎。基本上通過選擇除法器203、213和除法器237的除數，可以確定本地板時鐘的頻率。VCO頻率將是參考信號的頻率20MHz，除以除法器203的除數或在224選定的參考信號的頻率乘以除法器237的除數。
時鐘信號137也耦合到除法器241、243、245和247，這些除法器分配時鐘信號，以在那裡提供相應的輸出time ref1 242、time ref2244、time ref3 246和time ref4 248信號。這些是相同的時間參考，或者由提取邏輯恢復的6個可能的時間參考中的4個，現在被轉換為本地板時鐘，但是仍與恢復的時間參考同步。審核和校準功能249以與上文討論的監視器和除法器復位功能類似的方式操作，以在由邏輯確定的適當的時間將除法器驅動到一個已知值，如251所示的。邏輯使用幀脈衝和本地時鐘137進行操作，以根據時鐘信號將另外的時間參考從交換機220輸出，如此，將時鐘信號生成的這些參考同步到恢復的時間參考。
圖3以代表性的形式顯示了在圖1中的系統使用的參考信號121的優選實施例的一部分。具體來說，描述了參考波形201和數據幀脈衝信號207，以及接收數據信號301。如上所述，參考信號201是由時鐘源101或參考生成單元115所提供的20MHz的波形。數據幀脈衝信號是數據303和幀脈衝305的備用位，幀脈衝在參考信號的下降沿307有效，數據在上升沿309有效。顯示為數據位的信息可以是數據，也可以是同步位。如果幀脈衝高，則下面的位是數據，如果此脈衝低，則下面的位是同步位。接收數據信號301的接收數據位速率是數據幀脈衝位速率的一半。請注意，通常，只有利用電路交換數據的舊式設備包括具有數據幀脈衝信號或接收數據信號的傳輸數據。數據流或同步位流的連續的位分別被組織成如圖4和圖5所示的欄位或幀。
作為概述，數據幀脈衝信號被分析為幀或超幀，它們以8KHz的速率發生或每125微秒或2500幀脈衝位和2500數據位一次。這些幀包括138個18位數據欄位或幀和一個16位同步欄位或幀，它們被以20MHz速率時鐘輸出。被傳輸的數據優選情況下是電路交換數據，這是運營商或服務提供商以高達16.384MHz的網絡時鐘速率提供的。這就使以16.384MHz網絡速率時鐘輸入的2048位數據以20MHz時鐘或信號201的參考速率時鐘輸出。圖4演示了圖3中的數據幀脈衝信號中的數據欄位400和數據欄位或幀位分配。P或當前位401表示此數據欄位中的數據是否有效；如果為「1」，則有效，如果為「0」，則無效，表示無數據。當P位被設置為「0」，則網絡幀脈衝位NFP 403被設置為「1 」，數據位D0-D15被設置為Hex 00FF。平均起來，當網絡數據為16.384MHz速率時，128數據欄位將包含2048位數據(128×16＝2048)，10數據欄位將是空的。NFP位，當被設置為「0」時，表示基於網絡時鐘速率的下一個網絡數據幀或超幀的開始。由於網絡時鐘速率和參考信號時鐘速率不同，NFP位將在125微秒幀或超幀內浮動。當由P位所示的存在時，發送16位數據D0-D15，D0是第一位，D15是最後一位。
同步欄位500或幀位於每一個125微秒幀或超幀的開始。圖5演示了圖3中的數據幀脈衝信號中的同步欄位或幀位分配。在被設置為「0」的第一幀脈衝之後，第一同步欄位位發生或可用。下面的另外15個幀脈衝也將被設置為「0」，提供了其餘的15位同步欄位。開頭七個位F0-F6 501目前預留給將來使用並被設置為「1」。C0-C3 503、位8-11是可配置的位，可以用作另外的時間參考，它們表示另外的時間參考，是125微秒的倍數。允許的值介於250微秒到32.768秒之間。這些位C0-C3中的任何一個位中的「0」表示，跟隨在幀脈衝的下一個低到高的過渡的20MHz時鐘或參考信號的上升沿(下一個125微秒幀或超幀的開始)是指派給該時鐘參考的幀脈衝，優選情況下，由如圖7所示的軟體指派。6S 505和1S 507位是另外的時間參考，分別表示6.12秒和1秒參考。這些數位位置中的「0」表示，在幀脈衝下一個低到高過渡之後的時鐘信號的上升沿(下一個125微秒幀的開始)是相應的時間參考tick 701或脈衝幀。R+和R-位509表示請求復位的時間。當R+被設置為「1」，R-被設置為「0」時，請求復位，當R+被設置為「1」，R-被設置為「1」，表示沒有復位。第16位始終被設置為「0」。請注意，由於諸如121、123、125、127之類的信號是從參考信號源到各種通信卡的點對點連接，諸如C0-C3 503和R+和R-509之類的同步欄位中的位可以為不同的連結取不同的值，從而將一個通信卡復位，而不將另一個復位。
圖6描述了在圖3中的數據幀信號207和接收數據信號301中的數據和同步欄位的一部分的概述。如圖所示，第138個18位數據欄位601(完成一個125微秒幀或超幀)後面有16位同步欄位603(表示下一個125微秒幀或超幀的開始)，此後，還有傳輸連結或路徑上的數據欄位1-138。從通信卡發送到ISB的接收數據比傳輸數據滯後傳輸數據一個數據欄位。具體來說，在傳輸數據欄位從ISB發送到通信卡的同時，18位的第137欄位605發送到ISB。對應於同步欄位603的16位欄位607不使用，並被設置為十六進位值AAAA。
圖7顯示了上面指出的圖3中的信號的一部分的時間參考107或相位參考。具體來說，幀脈衝位703被顯示為「0」，表示下面的位是同步位，具體來說，是同步15 705和同步16 707。此後，幀脈衝位709被設置為「1」，表示下一個125微秒幀或超幀的開始，跟隨在這些幀之後的位是數據位，具體來說，具有時間或相位參考701的第一數據欄位的第一和第二數據位711、713，或是跟隨在第一正幀脈衝之後20MHz參考時鐘的上升沿的tick，如上文所討論的。請注意，此時間參考或相位參考以每秒鐘8000次的速率進行，位C0-C3、6S和1S的狀態確定相位參考是否還是對應於6.12秒或1秒或其他可配置的時間參考的時間參考。
現在將論述圖1中的冗餘時鐘或參考信號系統和接口以及圖2中的用於使用來自接口109的冗餘參考信號的通信卡或資源或有效負載的上面詳細的討論，以及圖3-圖7中的優選的參考信號的詳細討論以及其中涉及的概念和原理。所顯示的是，一種用於與通信卡連接並提供冗餘參考時鐘的接口。該接口包括用於向通信卡或資源發送參考信號的裝置，參考信號適用於控制通信卡上的本地時鐘，以及用於向通信卡發送備用參考信號的裝置，備用參考信號適用於控制本地時鐘；以及用於控制耦合到參考信號和備用參考信號的交換機的裝置，用於選擇參考信號和備用參考信號中的一個以提供用於控制時鐘的選定的參考信號。
該接口優選情況下進一步包括用於向通信卡發送對應於參考信號的幀脈衝信號的裝置和向通信卡發送對應於備用參考信號的備用幀脈衝信號的裝置，幀脈衝信號和備用幀脈衝信號適用於維護參考信號和備用參考信號分別與幀脈衝信號和備用幀脈衝信號的相位校準。優選情況下，幀脈衝信號包括參考相位以提供參考信號和備用幀脈衝信號的相位校準，優選情況下，包括備用參考相位以提供備用參考信號的相位校準。
優選情況下，幀脈衝信號進一步包括一個或多個額外的時間參考和備用幀脈衝信號，優選情況下，包括一個或多個額外的備用時間參考，每一個額外的時間參考和額外的備用時間參考都適用於為通信卡進行本地時間參考的相位校準。優選情況下，幀脈衝信號還包括復位信號，備用幀脈衝信號進一步包括備用復位信號，復位信號和備用復位信號適用於向通信卡上的一個或多個功能提供硬復位。
在一個實施例中(其中，通信卡或資源處理電路交換數據)，幀脈衝信號和備用幀脈衝信號分別與數據和備用數據混合，以提供數據幀信號和備用數據幀信號。數據幀信號和備用數據幀信號包括第一幀或欄位速率的數據幀或欄位(具體來說，每秒1.104Mega幀)和第二幀速率的同步幀(具體來說，每秒8,000幀或欄位)。同步幀包括一個或多個相位參考、復位信號，以及多個時間參考信號。
現在繼續討論用於耦合到上面討論的接口的卡、電路板或有效負載，我們發明了用於操作冗餘參考信號以提供通信服務的通信資源或卡。該資源包括用於接收第一參考信號和第二參考信號的裝置，用於判斷第一參考信號和第二參考信號是否有效並選擇第一參考信號和第二參考信號中的有效的那一個以提供選定的參考信號的裝置。資源或卡進一步包括時鐘發生器，耦合到並受選定的參考信號的控制，用於生成供通信資源使用的時鐘信號。
通信資源進一步包括用於接收對應於第一參考信號的第一幀脈衝信號的裝置和用於接收對應於第二參考信號的第二幀脈衝信號的裝置，其中，第一幀脈衝信號和第二幀脈衝信號適用於維護第一參考信號和第二參考信號分別與第一幀脈衝信號和第二幀脈衝信號的相位校準。在一個實施例中，第一幀脈衝信號和第二幀脈衝信號分別與第一數據和第二數據混合，以提供第一數據幀信號和第二數據幀信號。請注意，儘管我們的討論涉及了參考信號和第二或備用參考信號，但是，相同的原理也適用於多個參考信號。如前面所指出的，利用上面討論的本發明的方法提供冗餘時鐘系統，單個的通信卡或資源比採用現有技術的系統更加不依賴於時鐘，並可以獨立地交換參考源並獨立地利用參考源，並仍可維護同步以便允許卡之間進行交互操作。
上文討論的過程以及本發明的原理用於減輕由採用現有技術的冗餘時鐘系統所引起的諸如在切換期間的瞬時脈衝之類的問題或嘗試利用相同的時鐘為不同的系統執行不同的任務的問題。所使用的其中原理是依賴系統參考信號來定向本地時鐘而不是作為本地時鐘，如此隔離了系統時鐘與本地板時鐘。另一個原理是，將各種數據與數據幀脈衝信號中的各種參考信息組合，因為包括了參考信號的附加冗餘。這就顯著地縮小了所需的連接的數量，並在點對點或集線器到資源的體系結構中，使互連方案更加實際。
現在將以有效和實際的方式討論和描述為提供、連接並利用冗餘參考系統以便於和在點對點的體系結構中提供冗餘時鐘系統的方法、系統和設備的各種實施例。預計，根據本發明的這些實施例或其它實施例將可以應用於安裝的各種設備以提供廣域網(WAN)，如無線WAN或PSTN或網際網路。本發明還可以應用於包括這樣的系統的組成元件或設備，以及其中所使用的系統或方法。使用本發明的原理和這裡所說明的概念，優選情況下，可以提供較低的延遲和低系統開銷的冗餘時鐘系統，以及維護和在這樣的冗餘時鐘之間進行切換的過程，這將改善服務可用性，這對於用戶和提供商都是有好處的。
本發明旨在說明如何製造和使用根據本發明的各種實施例，而不是限制其真正的、計劃和公平的範圍和精神。本發明只由附加權利要求書定義，在本專利申請待審批期間可以進行修改。
權利要求
1.一種被設置並構建成使用冗餘參考時鐘系統的通信卡，該通信卡組合地包括用於耦合到參考信號的裝置；用於耦合到備用參考信號的裝置；交換機，耦合到所述參考信號和所述備用參考信號，用於選擇所述參考信號和所述備用參考信號中的一個，以提供選定的參考信號，以及時鐘發生器，耦合到所述選定的參考信號，用於以對應於所述選定的參考信號的頻率提供一個或多個時鐘信號，所述一個或多個時鐘信號進一步對應於通信卡所提供的功能。
2.根據權利要求1所述的通信卡，進一步包括監視器，耦合到所述參考信號，用於監視所述參考信號以提供參考狀態，備用監視器，耦合到所述備用參考信號，用於監視所述備用參考信號以提供備用參考狀態。
3.根據權利要求1所述的通信卡，進一步包括用於耦合到對應於所述參考信號的幀脈衝信號的裝置，用於耦合到對應於所述備用參考信號的備用幀脈衝信號的裝置，所述幀脈衝信號和所述備用幀脈衝信號適用於維護所述參考信號和所述備用參考信號分別與所述幀脈衝信號和所述備用幀脈衝信號的相位校準。
4.根據權利要求3所述的通信卡，進一步包括提取邏輯，用於從所述幀脈衝信號恢復參考相位以提供所述參考信號的所述相位校準，並進一步包括備用提取邏輯，用於從所述備用幀脈衝信號恢復備用參考相位以提供所述備用參考信號的所述相位校準，從而維護所述時鐘信號分別與所述參考信號和所述備用參考信號的同步。
5.根據權利要求1所述的通信卡，其中所述時鐘發生器進一步包括用於提供所述時鐘信號的鎖相迴路。
6.根據權利要求1所述的通信卡，進一步包括用於提供帶有積分同步指示的信號以便於與另一個通信卡進行通信的裝置。
7.根據權利要求6所述的通信卡，進一步包括一個緩衝區，用於存儲所述信號的足夠的部分，以確保與所述另一個通信卡的同步。
8.一種被設置並構建成用於與通信卡連接並提供冗餘參考時鐘的接口，該接口組合地包括用於向通信卡發送參考信號的裝置，所述參考信號適用於控制通信卡上的本地時鐘；用於向通信卡發送備用參考信號的裝置，所述備用參考信號適用於控制所述本地時鐘；以及用於控制耦合到所述參考信號和所述備用參考信號的交換機的裝置，用於選擇所述參考信號和所述備用參考信號中的一個以提供用於控制所述本地時鐘的選定的參考信號。
9.一種在通信設備中使用的冗餘時鐘系統，該時鐘系統組合地包括用於為多個通信卡提供參考信號的時鐘源；備用時鐘源，耦合到所述時鐘源，用於為所述多個通信卡提供備用參考信號；所述多個所述通信卡中的每一個有選擇地耦合到所述參考信號和所述備用參考信號中的一個，所述多個所述通信卡中的所述每一個都包括時鐘發生器，參考所述參考信號和所述冗餘參考信號中的所述一個，用於以對應於所述多個所述通信卡中的所述每一個所提供的功能的頻率，提供一個或多個時鐘信號，以及當檢測到所述參考信號和所述冗餘參考信號中的所述一個發生故障時，所述多個所述通信卡中的所述每一個都被設置成耦合到所述參考信號和所述冗餘參考信號中的未發生故障的那一個。
10.一種被設置成使用冗餘參考信號以提供通信服務的通信資源，該資源組合地包括用於接收第一參考信號和第二參考信號的裝置；用於判斷所述第一參考信號和所述第二參考信號是否有效並選擇所述第一參考信號和所述第二參考信號中的有效的那一個以提供選定的參考信號的裝置；以及時鐘發生器，耦合到並受所述選定的參考信號的控制，用於生成供通信資源使用的時鐘信號。
全文摘要
本發明公開了使用參考信號選擇進行時鐘生成的方法和設備。一種冗餘的時鐘系統和用於利用該系統的通信卡，該系統包括一個時鐘源，用於為通信卡提供參考信號；一個備用時鐘源，耦合到時鐘源，用於為通信卡提供備用參考信號；每一個通信卡都包括時鐘發生器，參考一個參考信號，以便以對應於每一個通信卡提供的功能的頻率提供時鐘信號，每一通信卡在檢測到另一個參考信號發生故障時耦合到其中一個未發生故障的參考信號。
文檔編號H04L7/04GK1613186SQ03802017
公開日2005年5月4日 申請日期2003年1月7日 優先權日2002年1月8日
發明者彼得·D·諾維克, 安吉拉·C·麥克克羅瑞, 戴爾·E·雷, 託尼·A·朗 申請人:摩託羅拉公司