FI101833B - Menetelmä ja järjestelmä kaapelointiviiveen automaattiseksi kompensoim iseksi kellosignaalin jakelujärjestelmässä - Google Patents

Description

101833

Menetelmä ja järjestelmä kaapelointiviiveen automaattiseksi kompensoimiseksi kellosignaalin jakelujärjestelmässä 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja järjestel mä kaapelointiviiveen automaattiseksi kompensoimiseksi kellosignaalin jakelujärjestelmässä, jossa kellogeneraat-tori syöttää kelloväylän kautta joukkoa hajautettuja kellosignaalien puskurointiyksikköjä peruskellosignaalilla.

10 Esimerkiksi digitaalisessa puhelinkeskuksessa on joukko hajautettuja tietokoneyksiköitä, jotka kommunikoi vat keskenään synkronisen tiedonsiirtoväylän välityksellä. Synkronisessa väylässä siihen liittyvät tietokoneyksiköt on tahdistettava toisiinsa ajastussignaalien avulla. Ajas-15 tussignaalit pyritään jakamaan tiedonsiirtoväylän toiminnan kannalta edullisesti siten, että jokainen tietokoneyk-sikkö vastaanottaa kellosignaalit mahdollisimman samanvai-heisina, tai niin että kellosignaalien välillä on haluttu • vaihe-ero.

20 Ajastus- eli kellosignaalien jakelujärjestelmässä keskitetty kellogeneraattori muodostaa ns. peruskellosig-naalin, joka jaetaan yhtä tai useampaa kaapelointireittiä pitkin kellosignaalin puskuriyksiköille, jotka hoitavat yhden tai useamman hajautetun tietokoneyksikön kellosig-25 naalien jakelun.

Samalla kellosignaalien jakeluväyIällä olevat kel losignaalien puskurointiyksiköt sijaitsevat vaihtelevan mittaisten kaapelointipituuksien päässä kellosignaalia jakavasta kellogeneraattorista. Tällaisessa kellosignaalin :* 30 jakelujärjestelmässä jokaisessa puskurointiyksikössä läh tevän kellosignaalin vaihe on asetettava sellaiseksi, että se kompensoi puskurointiyksikön ja sitä peruskellosignaalilla syöttävän kellogeneraattorin välisen, yksilöllisestä kaapelinpituudesta aiheutuvan viiveen. Viiveen kompensoin-35 nin jälkeen eri tietokoneyksiköiden vastaanottamat kel- 2 101853 losignaalit ovat samassa vaiheessa tai niiden välille on asetettu haluttu aika-ero.

Kaapeloinnin aiheuttamaa viivettä ei kellosignaalin jakelussa tarvitse kompensoida, jos käytetään vakiomittai-5 siä kaapeleita kellosignaalien puskurointiyksiköiden ja kellogeneraattorin välillä.

Kun käytetään vakiomittaisia kaapeleita, puskuroin-tiyksiköitä ei voida kytkeä rinnan samaan kellonjakeluväy-lään, vaan kellonjakelu on hoidettava tähtimäisesti jokai-10 selle yksikölle omalla kaapelillaan.

Eräs tapa kellosignaalin vaiheen kompensoimiseksi on tehdä se manuaalisesti. Tällöin jokaiselle kellosignaalien puskurointiyksikölle asetetaan käsin vaihe-ennakkoar-vo, jonka suuruus riippuu peruskelloa lähettävän generaat-15 torin ja puskurointiyksikön välisen kaapelointiosuuden pituudesta. Tarvittava yksikkökohtainen vaihe-ennakko ilmoitetaan puskurointiyksiköille esim. taustaliittimen tai siltausten avulla. Tällaisen vaihe-ennakon asettaminen käsin on työlästä ja mahdollisuus vaikeasti havaittaviin 20 virheasetuksiin on suuri, varsinkin jos tarvittavia vaihe-ennakkoarvoja on tarkkuussyistä paljon.

Toinen tunnettu tapa on suorittaa kompensointi kel-loväylän siinä päässä, missä pääkello sijaitsee. Tällaista järjestelyä on kuvattu US-patentissa 5 298 866. Sen mu-25 kaisesti kunkin kellopiiristä puskurointiyksikölle menevän kellosignaalijohdon rinnalle on asetettu erillinen paluu-johto, joka on yhdistetty kellosignaalijohtoon juuri ennen puskurointiyksikköä. Kellopiirissä on viive-elimen sisältävä silmukka, johon myös syötetään kellosignaali, jol-30 loin viivästetty kellosignaali on referenssisignaalina. Logiikka vertaa eri kellosignaalijohdoilta palaavien signaalien vaihetta referenssisignaalin vaiheeseen ja säätää dynaamisesti kunkin lähtevän kellosignaalin vaihetta niin, että se on sama kuin referenssisignaalin vaihe. Tämä tapa 35 rajoittuu käytettäväksi tähtimäisesti toteutetussa kel- 3 101833 losignaalin jakelussa, jossa kellosignaalijohdot ovat eri pituiset.

Kanadalaisessa patentissa CA-1 301 261, Grover, on kuvattu kompensoinnin suorittaminen silloin, kun synk-5 ronoitavat sovellusmodulit sijaitsevat samalla kellosignaalin jakeluväylällä. Erityinen piirre kuvatussa tavassa on se, että kompensointi suoritetaan kussakin väylään liitetyssä modulissa itsenäisesti. Kukin moduli sisältää PLL-piirillä toteutetun kellogeneraattorin, jotka on lukittu 10 samaan yhteiseen aikareferenssiin. Järjestely on seuraava: jakeluväylän toisessa päässä oleva pääkello lähettää kel-lopulsseja menolinjalle. Linjan rinnalla on paluulinja. Linjojen pääkellosta kaukana oleva päät on yhdistetty toisiinsa ja paluulinjan pääkellon puoleinen pää on päätetty 15 siten, ettei heijastusta tapahdu. Kukin moduli liittyy sekä menolinjaan että samassa kohtaa paluulinjaan. Kun pääkello lähettää kellopulssin menolinjalle, moduli tunnistaa pulssin reunan sen tullessa modulin kohdalle. Pulssi etenee menolinjan päähän ja palaa paluulinjaa pitkin 20 kohti pääkelloa. Moduli tunnistaa palaavan pulssin reunan pulssin tullessa modulin kohdalle. Modulilla on nyt tiedossaan meno- ja paluupulssien välinen täsmällinen aika. Tämän ajan puolikas vastaa modulin ajallista etäisyyttä linjojen päästä. Jokaisella modulilla on näin tiedossaan 25 ajallinen etäisyytensä linjojen päästä. Kun uusi kello-pulssi ohittaa kunkin modulin, ne generoivat vasteena ohitukselle omalle kellopiirilleen synkronointipulssin täsmälleen kyseisen modulin mittaaman ajan puolikkaan kuluttua. Kellopulssi on tällöin edennyt menolinjan päähän. Ku-30 kin moduli generoi siten synkronointipulssin täsmälleen samalla ajanhetkellä. Näin kunkin modulin kello lukkiutuu samaan aikareferenssiin, joka on siis se hetki kun pääkellon kellopulssi on edennyt menolinjan päähän.

Kellopulssin palatessa paluulinjaa moduli mittaa 35 meno- ja paluupulssien välisen ajan ja generoi seuraavan 101833 4 kellopulssin ohitettua modulin tämän ajan puolikkaan jälkeen taas synkronointipulssin. Edellä kuvattu toistuu jatkuvasti, jolloin modulin kellopiirin synkronointipulssi päivittyy aina pääkellon pulssin edettyä menolinjan pää-5 hän.

Tässä kanadalaisessa patentissa kuvatun menetelmän haittana on se, että siinä kukin moduli laskee pääkellon pulssin etenemisviiveen modulista kelloväylän päähän. Viivettä pääkellosta modulille ei saada selville ja siten ei 10 saada selville pääkellon pulssin vaihetta ts. ei saada selville millä hetkellä pääkello antaa kellopulssin. Kuitenkin on sovelluksia, joissa modulin ajaksi haluttaisiin täsmälleen sama aika kuin pääkellolla ilman viivettä tai pääkellon aika lisättynä mielivaltaisella viiveellä. Jos 15 modulin aika on sama kuin pääkellon aika, olisi modulin kellon ennakoitava pääkellon pulssin tuloa modulin ja pääkellon välisen etäisyyden aiheuttamalla viiveellä. Tämä ei ole mahdollista patentin menetelmällä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada mene-20 telmä, jolla hajautetussa kellonjakelujärjestelmässä pää-kellogeneraattorin ja puskurointiyksikön välisen kaapeloinnin kellosignaalille aiheuttama todellinen viive voidaan laskea ja sen mukaan kompensoida viivettä kussakin kellosignaalien puskurointiyksikössä automaattisesti si-25 ten, että kaikista puskurointiyksiköistä lähtee kellosignaali samassa vaiheessa tai halutussa vaihesuhteessa muihin yksiköihin nähden.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että vaiheet tahdistetaan peruskellogeneraattorin 30 vaiheeseen ja että tahdistuksessa: - kukin puskurointiyksikkö on kytketty ainakin kelloväylän pituiseen johtoon, jonka alkupää sijaitsee kello-väylän peruskellogeneraattorin lähellä, - kukin puskurointiyksikkö mittaa itsenäisesti sen 35 ja johdon alkupään välisen johto-osan pituuteen verran- 5 101833 nollisen suureen ja määrittää sen perusteella signaalin kulkuajan johto-osalla ja - kukin puskurointiyksikkö asettaa lähtevän kello-signaalin vaiheeseen vaihe-ennakon, joka vastaa mainittua 5 kulkuaikaa.

Mitattava suure voi olla johto-osan on impedanssi, jonka perusteella yksikkö laskee signaalin kulkuajan tai suure on vaihe-ero, jonka on johdolla yksiköstä pääkellogeneraattoriin suuntaan kulkevan mittaussignaalin 10 ja sieltä takaisin palaavan mittaussignaalin välillä.

Johto voi siten olla yksi johto, jolloin takaisin tuleva mittaussignaali on heijastunut signaali, tai johto voi olla silmukka.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä jokainen kel-15 losignaalien puskurointiyksikkö asettaa itse oman kaape loinnin pituudesta riippuvan vaihe-ennakkoarvonsa. Siten vaihe-ennakkoa ei tarvitse asettaa käsin ja käytettävien kaapeleiden pituudet voidaan valita vapaasti. Sana kellosignaalin puskurointiyksikkö tulee tavasta muodostaa 20 kellopulssi tulevasta kellosignaalista suoraan puskuroi malla, mutta keksintö soveltuu kaikenlaisiin tekniikoihin generoida lähtökellosignaali tulevasta kellosignaalista, esim. vaihelukitun silmukan avulla. Siten sanaa puskurointiyksikkö käytetään tässä esimerkinomaisesti rajoittumatta 25 millään tavoin nimenomaiseen puskurointitekniikkaan.

Vaihe-ennakko voidaan keksinnön avulla asettaa tarvittaessa hyvin tarkasti, koska asetus perustuu (jokaisessa järjestelmässä yksilölliseen) mittaustulokseen.

Keksinnön mukaiselle järjestelmälle ja sen muille : 30 edullisille sovellutusmuodoille on tunnusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa on esitetty.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkin avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, joka esittää järjestelmää keksinnön mukaisen kellosignaalien vii-35 veiden automaattiseksi kompensoimiseksi.

101833 e

Keksinnön mukaista menetelmää toteuttava järjestelmä kaapeloinnista aiheutuvan kellosignaalin viiveen kompensoimiseksi on esitetty oheisessa kuviossa, jossa esimerkinomaisesti on esitetty Nokian digitaalisen DX 200-5 puhelinkeskuksen kellogeneraattori ja joukko kellosignaalien puskurointiyksiköitä P1...PN, sekä näitä yhdistävä kelloväyläkaapelointi C. Kelloväyläkaapelointi C alkaa kellogeneraattorista 1 ja päättyy viimeiseen väylällä olevaan puskurointiyksikköön PN. Kyseisessä järjestelmässä 10 kellogeneraattori 1 jakaa yhtä tai useampaa kelloväylää 2 pitkin esim. 16,384 MHz ja 8 kHz peruskellosignaalit kellosignaalien puskurointiyksiköille P1...PN.

Kellosignaalien puskurointiyksikkö vastaanottaa kellogeneraattorin 1 lähettämät 16,384 MHz ja 8 kHz taa-15 juiset peruskellosignaalit, ja muodostaa näiden avulla 8,192 MHz ja 8 kHz taajuiset omat lähtökellosignaalinsa keskuksen kelloja käyttäville yksiköille. Puskurointiyksi-köt muodostavat lähtökellosignaalinsa tulevasta kellosignaalista suoraan puskuroiden tai generoimalla kellosignaa-20 Iin uudestaan vaihelukitulla silmukalla. Keskuksen kelloja käyttäville yksiköille pyritään kellosignaalit lähettämään kaikilta puskurointiyksiköiltä P1...PN mahdollisimman sa-manvaiheisina riippumatta kelloväyläkaapeloinnin aiheuttamasta kulkuaikaviiveestä, joka on luokkaa 5-6 ns/m kello-25 signaalien puskurointiyksikön vastaanottamassa signaalis sa. Vaihtoehtoisesti, mikäli järjestelmän ajoitus niin vaatii, joidenkin tai kaikkien puskurointiyksikköjen läh-tökellosignaalien välillä aikaansaadaan haluttu vaihe-ero.

Keksinnön mukaisesti kellosignaalien puskurointiyk-30 sikkö kompensoi kaapelointiviiveen asettamalla lähtevään kellosignaaliinsa sopivan vaihe-ennakon. Tarvittavan vaihe -e nnakkoarvon suuruus määritetään keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisesti mittaamalla erillisen mittaussignaalin kulkuaika kelloväyläkaapeloinnissa. Vaihtoehtoi-35 sesti vaihe-ennakon suuruus voidaan määrittää esim. mit- 7 101833 taamalla kaapelin resistanssia tai muulla sopivalla menettelyllä. Kellosignaalien puskurointiyksiköissä on mittausta varten kellosignaalilähetin 8. Kelloväylän päässä olevan puskurointiyksikön PN kellosignaalilähetin 8 on edul-5 lisesti kytketty kelloväyläkaapeloinnissa olevaan mittaus-silmukkaan 3, johon se lähettää 8 kHz taajuisen mittaussignaalin. Myös järjestelmään entuudestaan kuuluva muu johto, esim. jokin kelloväylän johto, voi toimia mittaus-silmukkana. Mittausjohto voi olla yksinkertainen siten, 10 että tarkkaillaan mittaussignaalin heijastunutta kaikusig-naalia toista silmukan haaraa pitkin tulevan paluusignaa-lin sijasta. Jokainen puskurointiyksikkö P1...PN vastaanottaa mittaussilmukan päähän B menevän mittaussignaalin ja siitä palaavan mittaussignaalin. Mittauslinjassa kulkeva 15 signaali johdetaan siis kaikkien puskurointiyksiköiden P1...PN kautta mittaussilmukan päähän B, joka sijaitsee kellogeneraattorissa 1, josta se kytketään takaisin mittaussilmukan alkuun (Ά) kaikkien puskurointiyksiköiden (P1...PN) kautta.

20 Mittaussilmukan päähän B kulkeva signaali aiheuttaa kussakin kellosignaalien puskurointiyksikön portissa 5 MSTART-pulssin, joka syötetään laskuriin 4. Mittaussilmukan alkuun A palaava signaali aiheuttaa puolestaan portissa 6 MSTOP-pulssin, joka myös syötetään laskuriin 4. Las-25 kuri 4 määrittää signaalien MSTART ja MSTOP välisen vaihe-eron sekunteina laskemalla kussakin yksikössä muodostetun 65,536 MHz kellosignaalin CLK pulsseja mittaussignaalien MSTART ja MSTOP nousureunojen välisen ajan.

Keksinnön puitteissa mittaussignaali voidaan aja-: 30 telia lähetettäväksi myös erillisellä mittaussignaalin lähetyslaitteella, oleellista on vain se, että kaikki kellosignaalien puskurointiyksiköt pystyvät signaalin avulla päättelemään oman etäisyytensä kellogeneraattorista 1.

Mitattu vaihe-ero vastaa mittaussignaalin kulkuai-35 kaa mittaavalta puskurointiyksiköltä mittaussilmukan pää- 101833 8 hän ja takaisin mittaavalle puskurointiyksikölle. Kussakin yksikössä asetetaan lähtevän kellosignaalin vaihe-ennakon arvoksi puolet mitatusta mittaussignaalin kulkuajasta. Tämä vastaa aikaa, joka kuluu kellogeneraattorin lähtösig-5 naalin kulkiessa kelloväylän alkupäästä kellopuskurille.

Tämän jälkeen kellosignaalien puskurointiyksikössä oleva mikrotietokone 7 lukee vaihe-eromittauksen tuloksen laskurilta 4 ja asettaa tulosta vastaavan vaihe-ennakkoar-von yksikön lähteviä kellosignaaleja muodostavalle jakaja-10 ketjulle. Vaihe-ennakko voidaan asettaa kullekin yksikölle 15 ns tarkkuudella. Tarkkuutta voidaan kasvattaa suurentamalla laskurissa käytettävän kellosignaalin taajuutta.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyyn esimerk-15 kiin, vaan että ne voivat vapaasti vaihdella jäljempänä olevien patenttivaatimusten puitteissa.

t

Claims (12)

101833

1. Menetelmä hajautetuista puskurointiyksikköistä lähtevien kellosignaalien vaiheiden tahdistamiseksi 5 järjestelmässä, jossa hajautettuja puskurointiyksiköitä (P1...PN) on yhdistetty yhteisen kelloväylän (2) kautta peruskellogeneraattoriin (1), tunnettu siitä, että vaiheet tahdistetaan peruskellogeneraattorin vaiheeseen ja että tahdistuksessa: 10 kukin puskurointiyksikkö on kytketty ainakin kello- väylän pituiseen johtoon (3), jonka alkupää (B) sijaitsee kelloväylän (2) peruskellogeneraattorin (1) lähellä, kukin puskurointiyksikkö mittaa itsenäisesti sen ja johdon (3) alkupään (B) välisen johto-osan pituuteen ver- 15 rannollisen suureen ja määrittää sen perusteella signaalin kulkuajan johto-osalla ja kukin puskurointiyksikkö asettaa lähtevän kellosignaalin vaiheeseen vaihe-ennakon, joka vastaa mainittua kulkuaikaa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattava suure on impedanssi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattava suure on vaihe-ero, 25 jolloin lähetetään mittaussignaali pitkin johtoa (3) sen alkupäähän (B), joka palauttaa mittaussignaalin takaisin, kunkin puskurointiyksikön (P1...PN) kohdalla mitataan lähetetyn mittaussignaalin ja palaavan mittaussignaa-

30 Iin välinen vaihe-ero, jolloin kulkuaikaa vastaava vaihe-ennakko on suoraan verrannollinen mitattuun vaihe-eroon.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaalin kulkuaika mitataan laskemalla kussakin puskurointiyksikössä 35 (P1...PN) muodostetun kellosignaalin (CLK) pulsseja yksi- 101853 kön kohdalla etenevän lähtevän mittaussignaalin ja palaavan mittauspulssin reunojen välisen ajan.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaali lähetetään 5 kellosignaalien puskurointiyksiköille yhteistä, kello-väylän (2) kaapeloinnin pituutta vastaavaa mittaussilmukkaa (3) pitkin.

6. Patenttivaatimuksen 3 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaali lähetetään 10 siitä kellosignaalien puskurointiyksiköstä (PN), joka sijaitsee johdon tai mittaussilmukan (3) alkupäähän (B) nähden vastakkaisessa päässä (A).

7. Järjestelmä kaapelointiviiveen automaattiseksi kompensoimiseksi kellosignaalin jakelujärjestelmässä, jo- 15 hon järjestelmään kuuluu kellogeneraattori (1), joka syöttää kelloväylän (2) kautta peruskellosignaalin joukolle hajautettuja kellosignaalien puskurointiyksiköitä (P1...PN), tunnettu siitä, että järjestelmään kuuluu: 20 kelloväylän pituutta vastaava johto (3), jonka al kupää (B) sijaitsee kelloväylän (2) peruskellogeneraatto-rin (1) lähellä ja johon kukin puskurointiyksikkö (P1...PN) on kytketty, kussakin puskurointiyksikössä olevat mittaus- ja 25 määritysvälineet, jotka mittaavat sen ja johdon (3) alkupään (B) välisen johto-osan pituuteen verrannollisen suureen ja määrittävät sen perusteella signaalin kulkuajan johto-osalla, kussakin puskurointiyksikössä olevat asetusväli- 30 neet, jotka asettavat lähtevän kellosignaalin vaiheeseen vaihe-ennakon, joka vastaa mainittua kulkuaikaa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että siihen lisäksi kuuluu mittaussignaalin lähetin (8) mittaussignaalin lähettämiseksi 35 johdolla (3) kohti johdon (3) alkupäätä. 101833

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mittaus- ja määritysvälineisiin kuuluu laskuri tai vastaava, joka mittaa mittaussignaalin kulkuajan vastaavasta kellosignaalien puskuroin- 5 tiyksiköstä johdon (3) päähän (B) ja takaisin.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mittaus-ja määritysvälinei-siin kuuluu välineet (5, 6) mittauspulssien (MSTART, MSTOP) muodostamiseksi mittaussignaalista, ja että laskuri 10 (4) on järjestetty laskemaan mittauspulssien (MSTART, MSTOP) välinen aikaero laskemalla kellosignaalin (CLK) pulsseja mittauspulssien nousureunojen välisenä aikana.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että johto (3) on mittaussilmukka, 15 jonka pituus vastaa kelloväylän (2) kaapeloinnin pituutta.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mittaussignaalin lähetin (8) on osa sitä kellosignaalien puskurointiyksikköä (PN), joka sijaitsee johdolla (3) kauimpana peruskellogeneraattoris- 20 ta. 101833