專利名稱：用于校準(zhǔn)器件的裝置及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于響應(yīng)一個(gè)參考信號(hào)的值校準(zhǔn)諸如VCO(壓控振蕩器)這樣的器件的校準(zhǔn)方法和裝置。特別地，本發(fā)明涉及響應(yīng)一參考信號(hào)的校準(zhǔn)器件，該參考信號(hào)顯示出可接受的短期頻率穩(wěn)定度特性，但是它又是易受到長(zhǎng)期頻率干擾的影響。該參考信號(hào)的值可以用一個(gè)顯示出可接受的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度特性但可能易受到短期頻率干擾影響的參考信號(hào)有選擇地進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可用于例如蜂窩式無(wú)線電通信基站的PLL(鎖相環(huán))電路中。將諸如PCM時(shí)鐘信號(hào)或GPS時(shí)鐘信號(hào)這樣的一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的信號(hào)提供給這個(gè)無(wú)線電通信基站。這樣的信號(hào)顯示出好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定特性但易受到短期頻率不穩(wěn)定性的影響。一種諸如OVCXO(過(guò)壓控制的晶體振蕩器)的設(shè)置在無(wú)線電通信基站中的本機(jī)振蕩器產(chǎn)生一個(gè)參考信號(hào)，該參考信號(hào)顯示出好的短期頻率穩(wěn)定特性但由于晶體振蕩器的老化而易受到長(zhǎng)期頻率不穩(wěn)定性的影響。無(wú)線電通信基站的VCO被鎖定到由OVCXO產(chǎn)生的這個(gè)參考信號(hào)。該參考信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的信號(hào)在選擇的每隔一段時(shí)間被調(diào)整。因此導(dǎo)致由VCO產(chǎn)生的一個(gè)振蕩信號(hào)顯示出可接受的短期和長(zhǎng)期的頻率穩(wěn)定特性。
許多類型的器件至少在所選擇的時(shí)間間隔內(nèi)必須被校準(zhǔn)以確保它們的正常操作。這種器件的一個(gè)典型例子是耦合在帶有一個(gè)參考信號(hào)的鎖相環(huán)中的一個(gè)VCO(壓控振蕩器)。
當(dāng)，例如，VCO構(gòu)成PLL(鎖相環(huán))電路的一部分時(shí)，由VCO產(chǎn)生的振蕩信號(hào)的振蕩頻率就被鎖定在VCO可操作地與之響應(yīng)的一個(gè)參考信號(hào)的頻率上。
許多種無(wú)線電通信裝置都使用耦合在PLL電路中的VCO。由VCO形成的振蕩信號(hào)可用于構(gòu)成由發(fā)射機(jī)裝置發(fā)射的發(fā)射信號(hào)。并且，例如由接收機(jī)裝置的VCO所產(chǎn)生的振蕩信號(hào)可用于接收信號(hào)的接收過(guò)程。無(wú)線電通信裝置的正常操作都要求由VCO產(chǎn)生的振蕩信號(hào)有可接受的頻率穩(wěn)定性。
可用于蜂窩式通信系統(tǒng)中的一個(gè)無(wú)線電基站是使用耦合在PLL電路中的無(wú)線電通信裝置的典型例子。需要由VCO產(chǎn)生的振蕩信號(hào)有可接受的頻率穩(wěn)定性，以便于可以將由無(wú)線電基站產(chǎn)生的下行鏈路信號(hào)正確地發(fā)射到一個(gè)移動(dòng)終端而不干擾其它正在發(fā)射的下行鏈路信號(hào)。同樣需要頻率穩(wěn)定性有可接受的水平以便于允許無(wú)線電基站正確地接收由移動(dòng)終端發(fā)射到無(wú)線電基站的上行鏈路信號(hào)。
由各種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置團(tuán)體發(fā)布的操作說(shuō)明中提出了，特別是，蜂窩通信裝置中的操作必須遵守的頻率穩(wěn)定性要求。用于GSM、PCS1900以及DCS1800移動(dòng)蜂窩式無(wú)線電通信系統(tǒng)的運(yùn)行說(shuō)明都提出了嚴(yán)格的定時(shí)精度以確保無(wú)線電基站可運(yùn)行在這樣的系統(tǒng)中，即在該系統(tǒng)中至少能產(chǎn)生顯示可接受的頻率穩(wěn)定性水平的信號(hào)。
通過(guò)使用PI校準(zhǔn)的鎖相環(huán)(PLL)電路來(lái)確保遵守在無(wú)線電基站中所需的適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行技術(shù)要求中提出的所需的定時(shí)精度。在這種電路中，VCO被鎖定到一個(gè)頻率穩(wěn)定性高的參考信號(hào)上。例如，有時(shí)使用一個(gè)PCM時(shí)鐘信號(hào)來(lái)構(gòu)成施加到無(wú)線電基站上的這個(gè)參考信號(hào)。PCM時(shí)鐘信號(hào)是一個(gè)8kHz的參考信號(hào)，該參考信號(hào)是由在一個(gè)良好控制的環(huán)境ETSI G.823和G.824技術(shù)要求中的網(wǎng)絡(luò)操作員提出產(chǎn)生的，特別是在PCM時(shí)鐘信號(hào)中的抖動(dòng)具有可接受的水平。當(dāng)PCM時(shí)鐘信號(hào)顯示出至少與在適當(dāng)?shù)幕蜻@樣的技術(shù)要求中所提出的信號(hào)要求一樣好的特性時(shí)，無(wú)線電基站可以運(yùn)行于遵守由適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)設(shè)置團(tuán)體所發(fā)布的運(yùn)行技術(shù)要求。
以Stratum標(biāo)準(zhǔn)來(lái)測(cè)量參考信號(hào)的質(zhì)量。PCM時(shí)鐘信號(hào)的Stratum標(biāo)準(zhǔn)指出了該參考信號(hào)最大可允許的頻率偏差。前述的ETSI G823和G824技術(shù)要求提出了相應(yīng)于“Stratum-2”標(biāo)準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。
但是一些網(wǎng)絡(luò)不能保證諸如PCM時(shí)鐘信號(hào)這樣的參考信號(hào)能一直處于在適當(dāng)?shù)腅TSI G823和G824技術(shù)要求的其中之一所提出的要求之中。
提供對(duì)穩(wěn)定性水平的保證較差的一個(gè)參考信號(hào)更為廉價(jià)。所以在一些網(wǎng)絡(luò)中，不能保證一直是Stratum-2標(biāo)準(zhǔn)的參考信號(hào)被代替來(lái)提供給無(wú)線電基站?？梢员ＷCStratum-3標(biāo)準(zhǔn)的參考信號(hào)被代替提供。由網(wǎng)絡(luò)提供到無(wú)線電基站的參考信號(hào)不能確定總是Stratum-2標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)，但是在間歇的周期該參考信號(hào)通常是Stratum-2頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。在這樣的周期過(guò)程中，該參考信號(hào)是一種不充分的信號(hào)，即Stratum-3頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。所以，這樣的參考信號(hào)具有好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性，但有潛在的差的短期頻率穩(wěn)定性特性。
為了確保在這種網(wǎng)絡(luò)中滿足無(wú)線電基站的運(yùn)行所需的頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，一些無(wú)線電基站包括能產(chǎn)生Stratum-2質(zhì)量的參考信號(hào)的參考振蕩器。OVCXO(過(guò)壓控制晶體振蕩器)是這種Stratum-2振蕩器的一個(gè)典型例子。
OVCXO以及一些其他類型的Stratum-2振蕩器顯示出好的短期頻率穩(wěn)定度特性，但由于晶體振蕩器的老化而易受到長(zhǎng)期頻率不穩(wěn)定性的影響。按照慣例，這樣的振蕩器必須有規(guī)律地校準(zhǔn)。通常使用人工操作程序來(lái)完成校準(zhǔn)。這種程序是昂貴的，特別地，當(dāng)無(wú)線電通信系統(tǒng)的大量無(wú)線電基站的必須有規(guī)律地被校準(zhǔn)時(shí)。
由網(wǎng)絡(luò)提供的PCM時(shí)鐘信號(hào)的好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性可被用來(lái)修正位于無(wú)線電基站的Stratum-2振蕩器老化的方法將減少對(duì)人工校準(zhǔn)Stratum-2振蕩器的需要。
更通常地，一種允許器件用一個(gè)易受短期干擾影響的參考信號(hào)來(lái)校準(zhǔn)的方法將是有利的。
根據(jù)與校準(zhǔn)裝置和方法有關(guān)的這個(gè)背景信息可以發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)包括了本發(fā)明的顯著的改進(jìn)。
因此，本發(fā)明有利地提供了用于校準(zhǔn)器件以響應(yīng)于易受短期干擾的參考信號(hào)的裝置以及相關(guān)方法。
在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可操作地位于一個(gè)鎖相環(huán)電路中，在該鎖相環(huán)電路中給被校準(zhǔn)的振蕩器提供一個(gè)調(diào)整信號(hào)。該調(diào)整信號(hào)具有允許振蕩器構(gòu)成一個(gè)顯示可接受的短期和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性的振蕩信號(hào)的品質(zhì)。由具有可接受的短期頻率穩(wěn)定性特性但易受長(zhǎng)期頻率偏差影響的參考源產(chǎn)生的一個(gè)參考信號(hào)在所選的時(shí)間間隔內(nèi)被改變以響應(yīng)由具有可接受的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性但可能易受短期頻率穩(wěn)定性影響的參考源所產(chǎn)生信號(hào)的值。從此形成一個(gè)調(diào)整信號(hào)并用于調(diào)整振蕩器的振蕩頻率。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，蜂窩通信系統(tǒng)的一個(gè)無(wú)線電基站被耦合以接收諸如PCM時(shí)鐘信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生信號(hào)。該P(yáng)CM時(shí)鐘信號(hào)顯示出好的可接受的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性但易受短期頻率不穩(wěn)定性影響。一個(gè)諸如OVCXO的Stratum-2振蕩器構(gòu)成無(wú)線電基站的一部分并產(chǎn)生一個(gè)顯示出好的短期頻率穩(wěn)定度特性但易受到由例如晶體振蕩器的老化而導(dǎo)致的長(zhǎng)期頻率不穩(wěn)定性的影響。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的運(yùn)行允許本機(jī)振蕩器形成一個(gè)顯示長(zhǎng)期和短期的可接受水平的頻率穩(wěn)定性特性的信號(hào)。
在本發(fā)明的另一方面，控制由一個(gè)振蕩電路中的振蕩器形成的一個(gè)輸出振蕩信號(hào)以便于該輸出振蕩信號(hào)具有可接受的長(zhǎng)期和短期頻率穩(wěn)定性特性。第一反饋元件被耦合以接收這個(gè)輸出振蕩信號(hào)并接收第一參考信號(hào)。第一參考信號(hào)顯示出至少與第一所選穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好的短期頻率穩(wěn)定性特性。第一反饋元件形成代表輸出振蕩信號(hào)相對(duì)于第一參考信號(hào)的偏差的第一差分信號(hào)。第二反饋元件被耦合以接收這個(gè)輸出振蕩信號(hào)并接收第二參考信號(hào)。這個(gè)第二參考信號(hào)顯示出至少與第二所選穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性。第二反饋元件形成代表輸出振蕩信號(hào)相對(duì)于第二參考信號(hào)的偏差的第二差分信號(hào)。一個(gè)補(bǔ)償值發(fā)生器被耦合來(lái)接收第二差分信號(hào)并形成一個(gè)補(bǔ)償值信號(hào)。當(dāng)?shù)诙⒖夹盘?hào)顯示出至少與第三所選穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好的短期頻率穩(wěn)定性特性時(shí)，這個(gè)補(bǔ)償值信號(hào)響應(yīng)第二差分信號(hào)的值而形成。一個(gè)調(diào)整器被耦合來(lái)接收第一差分信號(hào)并至少有選擇地接收補(bǔ)償值信號(hào)。這個(gè)調(diào)整器響應(yīng)該補(bǔ)償值信號(hào)修正第一差分信號(hào)并形成用于控制振蕩器頻率的一個(gè)控制信號(hào)。
在本發(fā)明的另一方面，一個(gè)鎖相環(huán)電路鎖定一個(gè)振蕩電路的振蕩器的頻率。多個(gè)參考源形成多個(gè)參考信號(hào)。每個(gè)參考信號(hào)都有一個(gè)顯示頻譜密度的噪聲分量，該噪聲分量與其它參考信號(hào)的噪聲分量比在不同的頻率處有頻譜分量。一個(gè)組合器被至少有選擇地耦合來(lái)接收由多個(gè)參考信號(hào)源產(chǎn)生的參考信號(hào)。這個(gè)組合器有選擇地組合參考信號(hào)來(lái)由此形成合成信號(hào)。這個(gè)合成信號(hào)調(diào)整振蕩器的振蕩頻率，從而頻率鎖定振蕩器使其振蕩在所選的振蕩頻率上。
所以，在這些和其它方面，一種方法和相關(guān)裝置響應(yīng)一個(gè)在其中參考信號(hào)受到短期干擾的影響的參考信號(hào)的值校準(zhǔn)一器件。通過(guò)將一似真值(plansibility value)與該參考信號(hào)部分相關(guān)來(lái)確認(rèn)參考信號(hào)部分的值。將參考信號(hào)部分的說(shuō)明和與之相關(guān)的似真值提供給一個(gè)Kalman觀測(cè)器。有選擇地改變存在于Kalman觀測(cè)器中的值以響應(yīng)提供給Kalman觀測(cè)器的說(shuō)明和與之相關(guān)的似真值。形成一個(gè)調(diào)整信號(hào)以響應(yīng)存在于Kalman觀測(cè)器中的值。并且，將該調(diào)整信號(hào)施加到這個(gè)器件中。


圖1顯示了設(shè)置用來(lái)調(diào)整一個(gè)器件的本發(fā)明實(shí)施例的功能性框圖。
圖2顯示了在其中可運(yùn)行本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鎖相環(huán)電路的功能性框圖。
圖3顯示了在其中可運(yùn)行本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的蜂窩式無(wú)線電基站中的PLL功能性框圖。
圖4顯示了在其中可運(yùn)行本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的另一個(gè)鎖相環(huán)電路的功能性框圖。
圖5顯示了本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)補(bǔ)償值發(fā)生器的功能性框圖。
圖6顯示了圖5中所示的補(bǔ)償值發(fā)生器的一個(gè)實(shí)施例的一部分功能性框圖。
圖7顯示了列出本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明的一個(gè)實(shí)施例方法的方法步驟的方法流程圖。
圖1顯示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的調(diào)整信號(hào)發(fā)生器10。這個(gè)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生用來(lái)校準(zhǔn)器件的信號(hào)，這里為器件12。調(diào)整信號(hào)發(fā)生器通過(guò)線13被耦合來(lái)接收由參考信號(hào)源14產(chǎn)生的一個(gè)參考信號(hào)。
調(diào)整信號(hào)發(fā)生器10在線18上產(chǎn)生用于校準(zhǔn)器件12的一個(gè)調(diào)整信號(hào)。在線18上產(chǎn)生的這個(gè)調(diào)整信號(hào)是一個(gè)可選擇的值以響應(yīng)施加到位于線13上的調(diào)整信號(hào)發(fā)生器10的參考信號(hào)的值。
由參考信號(hào)源14產(chǎn)生的這個(gè)參考信號(hào)易受短期干擾，并且該調(diào)整信號(hào)發(fā)生器10可操作地部分確定何時(shí)參考信號(hào)的值是具有短期干擾的值。當(dāng)參考信號(hào)這些部分是表明短期干擾已被引入的值時(shí)，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器就不使用這些部分的值來(lái)構(gòu)成在線18上的調(diào)整信號(hào)。
這個(gè)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器10包括一個(gè)確認(rèn)器22(validator)。該確認(rèn)器22被耦合來(lái)接收在線13上產(chǎn)生的參考信號(hào)。操作確認(rèn)器22來(lái)確認(rèn)該參考信號(hào)的值是否可能不受短期干擾的影響。并且，確認(rèn)器22將一個(gè)似真值與這個(gè)參考信號(hào)值聯(lián)系起來(lái)。
這個(gè)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器10還進(jìn)一步包括一個(gè)Kalman觀測(cè)器24，這里示出的是功能性地通過(guò)線26和28與確認(rèn)器22相連。Kalman觀測(cè)器24還進(jìn)一步功能性地通過(guò)反饋回路32與確認(rèn)器22相連。
在所說(shuō)明的實(shí)施例中，Kalman觀測(cè)器模擬參考信號(hào)源并通過(guò)路徑32給確認(rèn)器22提供反饋回路置信區(qū)間值。由確認(rèn)器22來(lái)使用這個(gè)反饋回路置信區(qū)間值來(lái)確定施加到確認(rèn)器22上的這個(gè)參考信號(hào)免于短期干擾的影響的似真性。
在一個(gè)實(shí)施例中，確認(rèn)器22緩沖參考信號(hào)值并確定被緩沖序列的一個(gè)平均值。如果這個(gè)平均值是在反饋回路置信區(qū)間值內(nèi)的一個(gè)值時(shí)，確認(rèn)器22確認(rèn)緩沖序列并通過(guò)線26將平均值的指示傳到Kalman觀測(cè)器24。
還可以進(jìn)一步操作確認(rèn)器22將一似真值與緩沖序列相關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，確定這個(gè)似真值以響應(yīng)緩沖序列平均值的統(tǒng)計(jì)方差。如果緩沖序列的特性值一般都接近于這個(gè)平均值，那么該平均值的方差就相當(dāng)?shù)投c這種序列有關(guān)的似真值就相當(dāng)高。通過(guò)線28，將與由確認(rèn)器22確認(rèn)的緩沖序列相關(guān)的似真值提供到Kalman觀測(cè)器24。
如前所述的Kalman觀測(cè)器24構(gòu)成參考信號(hào)源14的一個(gè)模型。在線18上產(chǎn)生的調(diào)整信號(hào)構(gòu)成由參考信號(hào)源14所產(chǎn)生的參考信號(hào)的一個(gè)改進(jìn)形式。由Kalman觀測(cè)器產(chǎn)生的調(diào)整信號(hào)的值通過(guò)響應(yīng)于由確認(rèn)器22確認(rèn)的緩沖序列的平均值而被改變所選數(shù)量，并通過(guò)線26被施加到Kalman觀測(cè)器上，與與之相關(guān)并在線28上的似真值一起被施加到Kalman觀測(cè)器。
也就是說(shuō)，在參考信號(hào)源14模型的基礎(chǔ)上Kalman觀測(cè)器構(gòu)成一個(gè)序列。并且，調(diào)整這個(gè)由該模型所構(gòu)成的序列以響應(yīng)由確認(rèn)器22在線26和28上提供的值。在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)整在Kalman觀測(cè)器上形成的值的數(shù)量并且該數(shù)量依賴于在線26上提供的平均值以及在線28上提供的似真值。對(duì)于一個(gè)給定的平均值，如果似真值高，那么Kalman觀測(cè)器改變?cè)贙alman觀測(cè)器中形成的序列的數(shù)量就比當(dāng)似真值是一個(gè)較低值時(shí)的要大。
因此，用由Kalman觀測(cè)器模擬的值來(lái)形成在線18上產(chǎn)生的用于校準(zhǔn)器件12的調(diào)整信號(hào)，但是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，通過(guò)由確認(rèn)器形成的值來(lái)調(diào)整。當(dāng)由參考信號(hào)源14產(chǎn)生的參考信號(hào)顯示出短期干擾時(shí)，就不使用與之相關(guān)的信號(hào)部分來(lái)調(diào)整由Kalman觀測(cè)器形成的值。并且，即使通過(guò)確認(rèn)器來(lái)確認(rèn)這個(gè)信號(hào)部分，如果與之相關(guān)的似真值低，調(diào)整由Kalman觀測(cè)器形成的值的量減少。
圖2說(shuō)明了通常標(biāo)為42的用于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的一個(gè)鎖相環(huán)電路。在這個(gè)鎖相環(huán)電路的運(yùn)行過(guò)程中，控制VCO(壓控振蕩器)44的振蕩頻率以便于振蕩器44在線46上產(chǎn)生一個(gè)所需頻率的振蕩信號(hào)。通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的操作，使振蕩信號(hào)成為具有可接受的長(zhǎng)期和短期頻率穩(wěn)定性特性的信號(hào)。在根據(jù)其中電路42構(gòu)成在蜂窩通信系統(tǒng)中運(yùn)行的無(wú)線電基站的一部分的實(shí)施例來(lái)描述圖2所示的典型鎖相環(huán)電路42時(shí)，該電路42還可用來(lái)組成其它裝置的這部分電路。同樣可以根據(jù)此來(lái)描述電路42的運(yùn)行。
這個(gè)鎖相環(huán)電路42包括第一參考信號(hào)源52。該信號(hào)源52在線53上產(chǎn)生顯示好的短期頻率穩(wěn)定性特性但在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)易受頻率漂移影響的參考信號(hào)。例如這個(gè)參考信號(hào)源52可以由OVCXO來(lái)構(gòu)成，OVCXO產(chǎn)生Stratum-2品質(zhì)的信號(hào)，但該信號(hào)在很長(zhǎng)時(shí)間即超過(guò)一年的時(shí)間內(nèi)顯示頻率漂移。
將在線53上產(chǎn)生的第一參考信號(hào)提供給第一反饋元件54。通過(guò)反饋線56還將由壓控振蕩器44產(chǎn)生的振蕩信號(hào)提供給第一反饋元件54。該第一反饋元件54在線57上形成代表由信號(hào)源52產(chǎn)生的第一參考信號(hào)的值與由VCO44產(chǎn)生的振蕩信號(hào)值之差值的第一差分信號(hào)。將在線57上形成的第一差分信號(hào)作為一個(gè)輸入信號(hào)提供給調(diào)整器60。
通過(guò)反饋線56還將由VCO44在線46上產(chǎn)生的振蕩信號(hào)提供給第二反饋元件58。第二反饋元件58通過(guò)線63進(jìn)一步耦合來(lái)接收由第二參考信號(hào)源62產(chǎn)生的第二參考信號(hào)。這個(gè)第二參考信號(hào)源62顯示好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性，但易受短期頻率穩(wěn)定性的影響。
由信號(hào)源62產(chǎn)生的第二參考信號(hào)的一個(gè)例子是PCM時(shí)鐘信號(hào)。如前所述，在一些蜂窩式網(wǎng)絡(luò)中，不能保證PCM時(shí)鐘信號(hào)一直是Stratum-2品質(zhì)的信號(hào)。在一些時(shí)間內(nèi)，被稱為“延期”(hold over)的第二參考信號(hào)是小于Stratum-2品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。
第二反饋元件58在線64上形成代表第二參考信號(hào)與由VCO44產(chǎn)生的振蕩信號(hào)之間的相位差的第二差分信號(hào)。將由第二反饋元件58形成的這個(gè)第二差分信號(hào)提供到補(bǔ)償值發(fā)生器65。
操作補(bǔ)償值發(fā)生器65來(lái)形成一個(gè)補(bǔ)償信號(hào)，該補(bǔ)償信號(hào)的值響應(yīng)第二參考信號(hào)的值但不是代表顯示短期偏移的那部分第二參考信號(hào)值的值。將該補(bǔ)償信號(hào)通過(guò)線66提供給調(diào)整器60的第二輸入端。
操作調(diào)整器60在線68上形成用于對(duì)VCO44進(jìn)行頻率調(diào)整的一個(gè)調(diào)整信號(hào)。由調(diào)整器60形成的這個(gè)調(diào)整信號(hào)是響應(yīng)由第一參考信號(hào)源52產(chǎn)生的第一參考信號(hào)值的值，該值在一個(gè)選擇的間隔由通過(guò)補(bǔ)償值發(fā)生器65產(chǎn)生的補(bǔ)償值信號(hào)來(lái)調(diào)整。第一參考信號(hào)易受其影響的長(zhǎng)期漂移通過(guò)響應(yīng)具有長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性的第二參考信號(hào)所形成的補(bǔ)償值信號(hào)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)這種調(diào)整信號(hào)提供給VCO44時(shí)，VCO44在所希望的頻率上維持振蕩。當(dāng)由補(bǔ)償值信號(hào)補(bǔ)償?shù)谝粎⒖夹盘?hào)的長(zhǎng)期頻率漂移時(shí)，就不需要第一參考信號(hào)源52的再次校準(zhǔn)了。因此使線46上由VCO44產(chǎn)生的振蕩信號(hào)顯示出好的長(zhǎng)期和短期頻率穩(wěn)定性特性。
圖3示出了通常標(biāo)為82的在一個(gè)蜂窩式無(wú)線電基站中的一個(gè)鎖相環(huán)電路。這里，再次控制VCO44的振蕩頻率以便于在線46上產(chǎn)生的振蕩信號(hào)是具有所需振蕩頻率的信號(hào)。通過(guò)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)行過(guò)程，使在線46上產(chǎn)生的振蕩信號(hào)的振蕩頻率顯示出可接受的長(zhǎng)期和短期頻率穩(wěn)定性特性。VCO44的振蕩頻率使用一個(gè)短期穩(wěn)定的Stratum-2振蕩器84，在該振蕩器中，使用一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定的提供給在其中通過(guò)線86來(lái)包括PLL82的無(wú)線電基站的PCM時(shí)鐘信號(hào)來(lái)校準(zhǔn)從振蕩器84上產(chǎn)生的參考信號(hào)。
由振蕩器84產(chǎn)生的參考信號(hào)通過(guò)線89施加到求和器件88的第一輸入端。通過(guò)反饋線56將在線46上產(chǎn)生的振蕩信號(hào)提供給求和器件88的第二輸入端。將在線86上產(chǎn)生的PCM時(shí)鐘信號(hào)提供給求和器件92的第一輸入端。在其上產(chǎn)生振蕩信號(hào)的反饋線56被提供到求和器件92的第二輸入端。求和器件88和92每個(gè)都產(chǎn)生相位差信號(hào)。在線93上產(chǎn)生由器件88形成的相位差信號(hào)并且該信號(hào)代表了由VCO44產(chǎn)生的振蕩信號(hào)與由振蕩器84產(chǎn)生的參考信號(hào)之間的相位差。并且，在線94上產(chǎn)生由器件92形成的相位差信號(hào)并且該信號(hào)代表了由VCO產(chǎn)生的信號(hào)與PCM時(shí)鐘信號(hào)之間的相位差。
將由求和器件產(chǎn)生的相位差信號(hào)提供給調(diào)整器62，并將在線94上由求和器件92產(chǎn)生的相位差信號(hào)提供給補(bǔ)償值發(fā)生器65，這里的補(bǔ)償值信號(hào)發(fā)生器65是由其中執(zhí)行一個(gè)校準(zhǔn)算法的處理器件所構(gòu)成的。補(bǔ)償值發(fā)生器65在線96上產(chǎn)生一個(gè)提供給調(diào)整器62的補(bǔ)償值信號(hào)。
在本發(fā)明實(shí)施例的操作過(guò)程中，補(bǔ)償值發(fā)生器65確定何時(shí)PCM時(shí)鐘信號(hào)會(huì)時(shí)域變壞，例如，由于在PCM所根據(jù)的時(shí)間譜系中的任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元件中的延期(holdover)而造成的。在這種情況發(fā)生過(guò)程中，停止參考信號(hào)源84的校準(zhǔn)。
在特定時(shí)間處，在調(diào)整器62處進(jìn)行兩個(gè)源的求和過(guò)程。由于一個(gè)最近的先期求和過(guò)程，所以PCM時(shí)鐘信號(hào)的貢獻(xiàn)限定了Stratum-2振蕩器84的頻率漂移。為了計(jì)算這個(gè)漂移，測(cè)量PCM時(shí)鐘信號(hào)。如果PCM時(shí)鐘信號(hào)表現(xiàn)出漂移到遠(yuǎn)處，那么這種漂移實(shí)際上是Stratum-2振蕩器在相反方向上的漂移。所以，所測(cè)量的PCM時(shí)鐘信號(hào)的漂移特性與Stratum-2振蕩器84的漂移一樣。補(bǔ)償值發(fā)生器65的操作確定何時(shí)PCM時(shí)鐘信號(hào)會(huì)暫時(shí)變壞。在這段時(shí)間過(guò)程中，調(diào)整器62不使用補(bǔ)償值信號(hào)來(lái)校準(zhǔn)參考源84。并且，由調(diào)整器62提供給VCO44的相位調(diào)整信號(hào)包括當(dāng)PCM-參考信號(hào)是具有好的頻率穩(wěn)定性特性時(shí)響應(yīng)補(bǔ)償值信號(hào)的校準(zhǔn)分量。
圖4示出了通常標(biāo)為102的在其中可運(yùn)行本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鎖相環(huán)(PLL)電路。這里，在PLL電路的運(yùn)行過(guò)程中，也控制VCO44的振蕩頻率。在線46上由VCO44產(chǎn)生一個(gè)振蕩信號(hào)，并且，一個(gè)反饋回路56提供在反饋排列中振蕩信號(hào)的指示。并且，VCO44的振蕩頻率依靠由調(diào)整器103產(chǎn)生并被施加到VCO44上的調(diào)整信號(hào)。
PLL電路102被耦合以接收這里為N個(gè)的多個(gè)參考源信號(hào)。這N個(gè)參考源信號(hào)每個(gè)都顯示帶有具有位于不同頻率間隔處的頻譜分量的頻譜密度的噪聲。
在圖的說(shuō)明中，在線104、106和108上的三個(gè)參考源信號(hào)被分別施加到源專用濾波器112、114和116。濾波器112、114和116將施加到其上的參考源信號(hào)濾波。
濾波器112在線117上形成一個(gè)施加到求和元件118的第一輸入端上的濾波信號(hào)。濾波器114在線119上形成一個(gè)施加到求和元件122的第一輸入端上的濾波信號(hào)。并且，濾波器116在線123上形成一個(gè)施加到求和元件124的一個(gè)輸入端上的濾波信號(hào)。在其上形成由VCO產(chǎn)生的振蕩的反饋線56也被施加到求和元件118、122和124的輸入端上。
每個(gè)求和元件118、122和124在三個(gè)單獨(dú)的線125上形成相位差信號(hào)。每個(gè)這樣的相位差信號(hào)依次被施加到求和元件126上。這些參考信號(hào)以根據(jù)它們相應(yīng)的噪聲頻譜密度的方式結(jié)合從而在線127上形成一個(gè)單獨(dú)的具有比其中任何一個(gè)單獨(dú)的參考信號(hào)的噪聲頻譜密度小的噪聲頻譜密度的參考信號(hào)。通過(guò)對(duì)參考信號(hào)源的合適的選擇，由調(diào)整器103形成的調(diào)整信號(hào)使VCO44運(yùn)行來(lái)產(chǎn)生一個(gè)具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性的帶有頻率精確性高的低抖動(dòng)信號(hào)的振蕩信號(hào)。
在線104、106和108上產(chǎn)生的參考源信號(hào)可以有選擇地用由圖3所示的振蕩器84這樣的Stratum-2振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號(hào)、PCM時(shí)鐘信號(hào)、GPS(全球定位系統(tǒng))信號(hào)或由其它類型的參考信號(hào)源產(chǎn)生的一個(gè)參考信號(hào)來(lái)構(gòu)成。類比可以在概括的帶有圖3所示的PLL電路82的圖4中示出的PLL電路102的多個(gè)參考源的實(shí)施例之間提取出，即，圖3所示的補(bǔ)償值發(fā)生器65可以被認(rèn)為是一個(gè)PCM時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)源特定濾波器。
圖5示出了構(gòu)成本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的補(bǔ)償值信號(hào)發(fā)生器65的一個(gè)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器。在操作過(guò)程中，操作該調(diào)整信號(hào)發(fā)生器來(lái)校準(zhǔn)諸如圖1所示的器件12。在一個(gè)典型的實(shí)施方式中，根據(jù)上述圖2-4所述，該調(diào)整信號(hào)發(fā)生器形成了一個(gè)PLL電路的補(bǔ)償值發(fā)生器65。在根據(jù)其中調(diào)整信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成一個(gè)蜂窩式無(wú)線電基站的PLL電路中的補(bǔ)償值發(fā)生器65的這種實(shí)施方式來(lái)對(duì)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器的典型操作進(jìn)行描述時(shí)，可以同樣地根據(jù)對(duì)除PLL電路的VCO之外的器件校準(zhǔn)來(lái)描述該發(fā)生器的操作過(guò)程。
示出的補(bǔ)償信號(hào)發(fā)生器65可以功能性地由一個(gè)確認(rèn)器152和一個(gè)Kalman觀測(cè)器154來(lái)構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，確認(rèn)器152和Kalman觀測(cè)器154包括由一個(gè)處理器件執(zhí)行的算法。通過(guò)線156將一個(gè)相位差信號(hào)提供給確認(rèn)器152。在每個(gè)采樣周期，使用該信號(hào)來(lái)構(gòu)成與參考信號(hào)的平均頻率漂移成比例的測(cè)量值。通過(guò)反饋環(huán)路158來(lái)進(jìn)一步耦合確認(rèn)器152來(lái)接收由Kalman觀測(cè)器154形成的置信區(qū)間。
操作確認(rèn)器152在通過(guò)反饋環(huán)路158由Kalman觀測(cè)器提供的置信區(qū)間的基礎(chǔ)上來(lái)確認(rèn)從施加到其上的相位差信號(hào)計(jì)算出的測(cè)量值。表示從相位差信號(hào)計(jì)算出的并由確認(rèn)器確認(rèn)而確定的測(cè)量值部分的值在線162上經(jīng)過(guò)確認(rèn)器152并提供給Kalman觀測(cè)器154。與這些值相關(guān)的似真值經(jīng)過(guò)線164。Kalman觀測(cè)器在線166上產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償值。
Kalman觀測(cè)器154使用Stratum-2振蕩器的老化模型。這個(gè)模型構(gòu)成了對(duì)對(duì)Stratum-2振蕩器老化的估計(jì)。這種估計(jì)以及這個(gè)估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏移形成了一個(gè)置信區(qū)間指示，該指示通過(guò)反饋路徑158提供給確認(rèn)器。確認(rèn)器152可以因此停止其中PCM時(shí)鐘鏈路處于延期的時(shí)間過(guò)程中的校準(zhǔn)。當(dāng)處于延期時(shí)，從提供給確認(rèn)器152的相位差信號(hào)中計(jì)算出的測(cè)量值是位于由Kalman觀測(cè)器154提供給確認(rèn)器的置信區(qū)間內(nèi)的值。
可以用如下定義的一個(gè)狀態(tài)空間模型來(lái)模擬Stratum-2振蕩器的老化·x1·x2=0100x1x2+v1v2]]>其中x1是以赫茲為單位的誤差；x2是振蕩器老化的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，并且v，i＝1，2是未校正分別帶有頻譜密度Ψ1和Ψ2的白高斯噪聲。
因此，這個(gè)模式是一個(gè)階梯和一個(gè)鋸齒形的組合，即一條帶有偏移量的線。這樣一種模式被稱為“垂直的阿倫方差”模式并且是振蕩器老化的一個(gè)短期說(shuō)明。長(zhǎng)期老化可以由一個(gè)非線性模式來(lái)表示，典型地，是一個(gè)由下面方程描述的較好的模式f(t)＝f0(1+A/n(Bt+1))其中f(t)是在時(shí)間t處的頻率漂移。在提供給確認(rèn)器152的采樣之間使用由Kalman觀測(cè)器154使用的模式時(shí)，適宜地使用振蕩器的短期說(shuō)明模式。但是對(duì)長(zhǎng)期老化的分析表明老化是慢慢下降的而不是一個(gè)加速過(guò)程。
白高斯噪聲的頻譜密度與阿倫方差之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表示{ψ=8π2h-2ψ=2h0]]>其中h0和h-2是用于在阿倫方差模式中采樣一些比“閃爍最低值”低和高十倍的阿倫方差。
一個(gè)Stratum-2振蕩器近似地體現(xiàn)出阿倫方差和其頻譜密度h0＝2*10-20Ψ1＝4·10-20和h-2＝4*10-29Ψ2＝32·10-27
在延期(holdover)期間，PCM時(shí)鐘信號(hào)顯示出響應(yīng)于Stratum-2和Stratum-3的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定性特性。一個(gè)Stratum-3振蕩器顯示出下列阿倫方差和頻譜密度h0＝8*10-20Ψ1＝16·10-19和h-2＝4*10-27Ψ2＝32·10-21所測(cè)的量是振蕩器x1的老化。由于每個(gè)同步網(wǎng)絡(luò)的噪聲特性通常不一樣，所以噪聲特性不構(gòu)成由Kalman觀測(cè)器154使用模式的一些部分。所以測(cè)量值模式與振蕩器老化的模式相同，因而促使可以看見(jiàn)圖3中的器件65作為用于PCM時(shí)鐘信號(hào)的源特定的濾波器。
假設(shè)在采樣例子中的系統(tǒng)噪聲為一個(gè)常數(shù)，從而允許將振蕩器模式轉(zhuǎn)換為表示為下列式子的一個(gè)離散時(shí)間模式x1,k+1x2,k+1=1T01x1,kx2,k+TT2/20Tv1,k+1v2,k+1]]>其中T是采樣周期。
在上述方程中與其前面的矩陣相乘的向量v1，k的協(xié)方差矩陣與采樣時(shí)間k無(wú)關(guān)并被稱為Q。在采樣K處的頻率偏移的所計(jì)算的測(cè)量值的方差被稱為Rk。
在這個(gè)實(shí)施例中的Kalman觀測(cè)器154構(gòu)成一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的Kalman觀測(cè)器。這樣一種Kalman觀測(cè)器包括下列狀態(tài)空間模式xk＝Fxk-1+vkvk∈(0，Q)其中yk＝Hxk+nknk∈(0，Rk)非穩(wěn)態(tài)Kalman觀測(cè)器顯示出一個(gè)作為使
最小的在測(cè)量值1到k+1的基礎(chǔ)上所觀測(cè)系統(tǒng)的估計(jì)狀態(tài)向量的狀態(tài)向量
，其中xk是真實(shí)的狀態(tài)向量。
操作Kalman觀測(cè)器來(lái)在第k次迭代期間進(jìn)行下列的計(jì)算ϵk=yk-Hxk^]]>
其中εk是更新，即所測(cè)的輸出減去預(yù)期輸出。
然后，更新的協(xié)方差Sk是如下所示的測(cè)量值協(xié)方差與預(yù)期的協(xié)方差之和Sk＝HPkHT+Rk然后如下所示計(jì)算Kalman增益KkKk＝FPkHTSk-1將Kalman觀測(cè)器提前一個(gè)時(shí)間階梯和在所計(jì)算的更新值基礎(chǔ)上的校正值并如下所示計(jì)算Kalman增益x^k+1=Fx^k+Kkϵk]]>然后如下所示計(jì)算Xk+1的PPk+1=F(Pk-PkHTSK-1HPK)FT+Q]]>對(duì)于每個(gè)新的迭代，Kalman觀測(cè)器必須獲得一個(gè)新的測(cè)量值Yk和一個(gè)測(cè)量值噪聲方差Rk。在通常情況中，所有其它的矩陣和值還可以依靠采樣k，但這里，這樣的值都是常數(shù)。如果沒(méi)有可利用的測(cè)量值，則將Rk設(shè)置為無(wú)窮大。因此，更新值的方差也被設(shè)置為無(wú)窮大，并且，Kk=0,x^k+1=Fx^k,Pk+1=FPkFT+Q]]>作為現(xiàn)有技術(shù)，除了模式矩陣F和H的值、系統(tǒng)噪聲Q的協(xié)方差矩陣、狀態(tài)向量x0的起始值以及它的協(xié)方差矩陣之外，不需要額外的信息。
為了確保Kalman觀測(cè)器不進(jìn)行誤操作，對(duì)Kalman觀測(cè)器做如下限制1)每秒老化x2不超過(guò)一個(gè)通常每秒老化的值，2)在三個(gè)采樣過(guò)程中，最大校正K(y-ypred)不超過(guò)通常的偏移(加上由于延期而依附于跳過(guò)的這個(gè)采樣時(shí)期的采樣數(shù))，3)如果跳過(guò)一個(gè)測(cè)量值序列，x2被分成兩個(gè)。這種計(jì)算確保堅(jiān)韌性而不是一個(gè)快速的觀測(cè)器。如果跳過(guò)測(cè)量值序列，有理由假設(shè)在跳過(guò)序列之前的值曾被污染并可能錯(cuò)誤估計(jì)老化的導(dǎo)數(shù)。在這種情況中，長(zhǎng)的延期可能會(huì)導(dǎo)致x1的估計(jì)值在錯(cuò)誤方向上偏移開(kāi)老化的許多測(cè)量值。為了總體上消除這種風(fēng)險(xiǎn)，在延期處應(yīng)該將x2設(shè)置為0。如上所述，一個(gè)妥協(xié)方案是分解x2。
在Kalman觀測(cè)器運(yùn)行于上述所列的迭代步驟的執(zhí)行過(guò)程期間，計(jì)算x1的標(biāo)準(zhǔn)偏移o。使用標(biāo)準(zhǔn)偏移值來(lái)計(jì)算由使用下列方程的確認(rèn)器所用的置信區(qū)間閾值＝max(k1o，σ0)置信區(qū)間＝x1±閾值其中其中σ0和k1是預(yù)定的常數(shù)。
如果x1與實(shí)際的振蕩器的真實(shí)老化之間的差很大，那么在閾值已經(jīng)發(fā)展地足夠大之前需要許多采樣。一旦測(cè)量值已經(jīng)被接受，那么標(biāo)準(zhǔn)偏移以及閾值會(huì)變得很小。在觀測(cè)器中對(duì)刷新的限制不允許足夠大的校正以使測(cè)量回到正軌，并且Kalman觀測(cè)器回到它的起始點(diǎn)，即，大的誤差和小的閾值。為了防止一個(gè)無(wú)盡的循環(huán)，在所選的失敗跟蹤的時(shí)間周期之后，取而代之，開(kāi)始Kalman觀測(cè)器操作的快速同步模式。
換句話說(shuō)，當(dāng)Kalman觀測(cè)器的運(yùn)行不成功地跟蹤振蕩器的老化一段所選時(shí)間周期時(shí)，或當(dāng)?shù)谝淮螁?dòng)無(wú)線電基站時(shí)，便開(kāi)始了快速同步模式?？焖偻侥Ｊ降氖褂迷试SKalman觀測(cè)器在振蕩器真實(shí)老化的鄰近范圍內(nèi)獲得一個(gè)估計(jì)的x。然后，Kalman觀測(cè)器的通常運(yùn)行恢復(fù)。快速同步模式是基于這樣的假設(shè)，即Kalman觀測(cè)器可以自己來(lái)處理比較小的延期因?yàn)檫@樣小的延期能導(dǎo)致較高的協(xié)方差因而帶來(lái)較小的影響。所以可以提高置信區(qū)間的閾值使其變?yōu)殚撝担絤ax(k2σ，σ1)置信區(qū)間＝x1±閾值其中σ1和k2是預(yù)定常數(shù)。
同樣，當(dāng)在這種模式中，改變振蕩器模式為Stratum-3振蕩器的模式以便于獲得一個(gè)較高的帶寬。并且，每次更新不使用最大的校正。一個(gè)固定的時(shí)間周期之后停止快速同步模式，假定在這個(gè)時(shí)間估計(jì)的老化是在一個(gè)預(yù)定的區(qū)域內(nèi)。在線166上產(chǎn)生補(bǔ)償值時(shí)，提供Stratum-2振蕩器的估計(jì)老化x1。
在一個(gè)實(shí)施例中，有選擇地進(jìn)行補(bǔ)償值的改變以響應(yīng)在線156上接收到信號(hào)的品質(zhì)指示。這樣的品質(zhì)指示通常是由于補(bǔ)償值或老化的標(biāo)準(zhǔn)偏移σ的最后更新而丟棄的測(cè)量值的一部分。以這種方式，使用該品質(zhì)指示來(lái)決定通過(guò)Kalman觀測(cè)器154當(dāng)前估計(jì)的老化是否被用作在線166上所提供的補(bǔ)償值或是否被認(rèn)為太不可靠。如果認(rèn)為太不可靠，則不改變?cè)诰€166上提供的補(bǔ)償值。
在一個(gè)實(shí)施例中，操作確認(rèn)器152來(lái)執(zhí)行提供到線156上的信號(hào)部分的外部拒絕。提供到其上的信號(hào)序列被存在一個(gè)緩沖器中，并且在一個(gè)選擇的時(shí)間周期內(nèi)計(jì)算用于測(cè)量的平均值以及它的標(biāo)準(zhǔn)偏移值。該平均值與通過(guò)反饋環(huán)路158提供的置信區(qū)間相比較。如果該平均值在置信區(qū)間的外部，則該值被稱為局外值。如果該平均值在置信區(qū)間內(nèi)，確認(rèn)器接受緩沖序列和在其上確定的平均值以及提供給Kalman觀測(cè)器154的它的標(biāo)準(zhǔn)偏移。如果確定該值為一個(gè)局外值，則丟棄該值并且Kalman觀測(cè)器154使用它的模式來(lái)更新振蕩器的估計(jì)的老化以及它的標(biāo)準(zhǔn)偏移。然后開(kāi)始一個(gè)新的測(cè)量周期?；蛘呤褂靡粋€(gè)測(cè)量值的緩沖器然后計(jì)算一個(gè)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏移，或者用“飛行”(flying)算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)局外拒絕方法。
由在一個(gè)所選的時(shí)間周期中獲得的測(cè)量值來(lái)計(jì)算由確認(rèn)器152確定的平均值以及它的標(biāo)準(zhǔn)偏移。在一個(gè)緩沖器中存儲(chǔ)該序列能降低對(duì)在每個(gè)測(cè)量時(shí)刻執(zhí)行計(jì)算的需要。該序列的平均值ξ以及標(biāo)準(zhǔn)偏移s計(jì)算如下ξ=1NΣk=1Nxk]]>s2=1N-1Σk=1N(xk-ξ)2]]>其中N是構(gòu)成儲(chǔ)存在緩沖器中序列的符號(hào)數(shù)，xk是測(cè)量值數(shù)k?？梢匀缦掠?jì)算協(xié)方差Ver(ξ)Var(ξ)=Var(1NΣk=1Nxk)=1N2Σk=1NVar(xk)=s2N]]>將平均值的協(xié)方差計(jì)算值用作測(cè)量值的協(xié)方差，將平均值用作Kalman觀測(cè)器154中的測(cè)量值，條件是該平均值是在所估計(jì)的老化+/-閾值的置信區(qū)間內(nèi)。
在一個(gè)可替換的實(shí)施例中，使用一個(gè)基于所描述的模式為一常數(shù)的并在每個(gè)測(cè)量時(shí)刻更新的非穩(wěn)態(tài)Kalman觀測(cè)器來(lái)構(gòu)成在一個(gè)所選時(shí)間周期內(nèi)的平均值以及它的所計(jì)算測(cè)量值的協(xié)方差。如果所估計(jì)的常數(shù)在置信區(qū)間內(nèi)，那么它以及它的協(xié)方差就被作為測(cè)量值和測(cè)量值協(xié)方差提供給Kalman觀測(cè)器154。
在另一個(gè)實(shí)施例中，確認(rèn)器152使用變化檢測(cè)方法來(lái)確認(rèn)由線156提供到其上的信號(hào)。在這種方法中，使用在所選時(shí)間周期過(guò)程中在線156上的確認(rèn)器152中接收到的信號(hào)值來(lái)計(jì)算儲(chǔ)存在緩沖器中的測(cè)量值。然后使用一個(gè)變化檢測(cè)器來(lái)發(fā)現(xiàn)可能通過(guò)延期已經(jīng)在緩沖器中導(dǎo)致的變化。由延期或其它故障引起的不可能的測(cè)量值的持續(xù)時(shí)間是孤立的并應(yīng)放棄。存儲(chǔ)在緩沖器中的剩余序列的平均值以及它的標(biāo)準(zhǔn)偏移都被提供給Kalman觀測(cè)器154。也能使用多個(gè)緩沖器來(lái)實(shí)現(xiàn)將要在下面描述的變化檢測(cè)?？梢赃x擇緩沖器的緩沖長(zhǎng)度從而可以檢測(cè)由保存引起的漂移。
圖6功能性地示出了使用用兩個(gè)緩沖器172和174并且每個(gè)都可以存儲(chǔ)通過(guò)線156提供給確認(rèn)器152的信號(hào)所構(gòu)成的N個(gè)值的兩個(gè)緩沖器方法的確認(rèn)器152。在每個(gè)采樣周期使用由線156提供的信號(hào)來(lái)構(gòu)成與參考信號(hào)的平均頻率漂移成比例的測(cè)量值。通過(guò)預(yù)濾波器176對(duì)測(cè)量值濾波，由采樣器178來(lái)采樣，并將采樣信號(hào)分量存儲(chǔ)在緩沖器172中。進(jìn)一步由采樣器182對(duì)測(cè)量值采樣并將采樣分量存儲(chǔ)在緩沖器174中。如上所述，變化檢測(cè)器184檢測(cè)存在緩沖器172中的采樣信號(hào)分量的測(cè)量值的變化。由變化檢測(cè)器184作出決定使用或拋棄所存儲(chǔ)的序列部分。響應(yīng)該決定，一個(gè)開(kāi)關(guān)元件186或閉合或打開(kāi)，因此有選擇地將在確認(rèn)器中確認(rèn)的值的說(shuō)明提供給Kalman觀測(cè)器154。
在圖6所示實(shí)施例的確認(rèn)器152運(yùn)行過(guò)程中，將每M個(gè)測(cè)量值的平均值存在緩沖器172和174。儲(chǔ)存在緩沖器172中的測(cè)量值由預(yù)濾波器176預(yù)濾波從而抑制抖動(dòng)以便于可以檢測(cè)出低頻漂移，儲(chǔ)存在緩沖器174中的測(cè)量值僅僅儲(chǔ)存在那里以防止測(cè)量值間的彼此干擾。在儲(chǔ)存在緩沖器172中的值上進(jìn)行變化檢測(cè)器184的操作可以檢測(cè)儲(chǔ)存在那里值的低頻變化。響應(yīng)于由變化檢測(cè)器184作出的決定，有選擇地丟棄儲(chǔ)存在緩沖器174中的值。將沒(méi)有丟棄的部分提供給Kalman觀測(cè)器，即將平均值和它的相應(yīng)的協(xié)方差提供給Kalman觀測(cè)器。
圖7示出了通常標(biāo)為202的本發(fā)明實(shí)施例中的一種方法。該方法校準(zhǔn)器件以響應(yīng)在其中參考信號(hào)易受短期干擾影響的參考信號(hào)值。
首先，如方框204所示，確認(rèn)參考信號(hào)組成部分的值可能免于短期干擾的影響，其中，一個(gè)似真值與參考信號(hào)的部分相關(guān)。然后，如方框206所示，將具有至少與所選數(shù)量一樣大的似真值的參考信號(hào)部分的說(shuō)明以及與之相關(guān)的似真值一起提供給Kalman觀測(cè)器。
然后，如方框208所示，有選擇地改變存在Kalman觀測(cè)器中的存儲(chǔ)值以響應(yīng)提供給它的說(shuō)明。然后，如方框214所示，構(gòu)成一個(gè)調(diào)整信號(hào)以響應(yīng)存在Kalman觀測(cè)器中的存儲(chǔ)值。并且，如方框216所示，將該調(diào)整信號(hào)施加到這個(gè)器件上。
因此，通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例的操作，使用一個(gè)具有可接受的短期頻率穩(wěn)定性特性的參考源以及具有可接受的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性的參考源來(lái)校準(zhǔn)一個(gè)器件。
上面所描述的是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，但本發(fā)明的范圍不局限于此。通過(guò)隨后的權(quán)利要求來(lái)確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.用于調(diào)整由振蕩電路中的一個(gè)振蕩器構(gòu)成的輸出振蕩信號(hào)頻率的裝置，所述裝置包括第一反饋元件，耦合來(lái)接收輸出振蕩信號(hào)并接收第一參考信號(hào)，第一參考信號(hào)顯示至少與第一所選頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好的短期頻率穩(wěn)定性特性，所述第一反饋元件用來(lái)構(gòu)成第一差分信號(hào)，這個(gè)第一差分信號(hào)代表輸出振蕩信號(hào)相對(duì)于第一參考信號(hào)的偏移；第二反饋元件，耦合來(lái)接收輸出振蕩信號(hào)并接收第二參考信號(hào)，第二參考信號(hào)顯示至少與第二所選頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性，所述第二反饋元件用來(lái)構(gòu)成第二差分信號(hào)，這個(gè)第二差分信號(hào)代表輸出振蕩信號(hào)相對(duì)于第二參考信號(hào)的偏移；一個(gè)補(bǔ)償值發(fā)生器，耦合來(lái)接收第二差分信號(hào)，所述補(bǔ)償值發(fā)生器用來(lái)構(gòu)成一個(gè)補(bǔ)償值信號(hào)，當(dāng)?shù)诙⒖夹盘?hào)的短期頻率穩(wěn)定性特性至少與第三所選頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好時(shí)，構(gòu)成補(bǔ)償值信號(hào)以響應(yīng)第二差分信號(hào)的值，并且一個(gè)調(diào)整器，耦合來(lái)接收第一差分信號(hào)并至少有選擇地接收補(bǔ)償值信號(hào)，所述調(diào)整器用來(lái)修改第一差分信號(hào)以響應(yīng)補(bǔ)償值信號(hào)并用來(lái)構(gòu)成控制振蕩器頻率的一個(gè)控制信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于第一參考信號(hào)顯示至少與Stratum-2標(biāo)準(zhǔn)一樣好的短期頻率穩(wěn)定性特性。
3.如權(quán)利要求2的裝置，還進(jìn)一步包括一個(gè)Stratum-2振蕩器，所述Stratum-2振蕩器用于產(chǎn)生第一參考信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于第二參考信號(hào)顯示至少與Stratum-2標(biāo)準(zhǔn)一樣好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性。
5.如權(quán)利要求4的裝置，其特征在于振蕩電路構(gòu)成了無(wú)線電通信系統(tǒng)中的無(wú)線電基站的一部分，并且其中第二反饋元件耦合來(lái)接收的第二參考信號(hào)包括一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5的裝置，其特征在于這個(gè)無(wú)線電通信系統(tǒng)包括一個(gè)蜂窩式通信系統(tǒng)并且其中第二參考信號(hào)包括一個(gè)PCM時(shí)鐘信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于第二參考信號(hào)包括一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的信號(hào)，并且其中所述補(bǔ)償值發(fā)生器將抖動(dòng)和偏移分量移出這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7的裝置，其特征在于振蕩電路構(gòu)成了無(wú)線電通信系統(tǒng)中的無(wú)線電基站的一部分，并且其中網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的信號(hào)包括一個(gè)PCM時(shí)鐘信號(hào)。
9.如權(quán)利要求7的裝置，其特征在于振蕩電路構(gòu)成了無(wú)線電通信系統(tǒng)中的無(wú)線電基站的一部分，并且其中網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生的信號(hào)包括一個(gè)在運(yùn)行于GPS網(wǎng)絡(luò)中的GPS接收機(jī)上接收到的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。
10.如權(quán)利要求8的裝置，其特征在于所述的補(bǔ)償值發(fā)生器包括一個(gè)Kalman觀測(cè)器和一個(gè)測(cè)量值確認(rèn)器，所述Kalman觀測(cè)器用于估計(jì)第一參考信號(hào)的頻率漂移，所述的測(cè)量值確認(rèn)器用于確認(rèn)第二差分信號(hào)的值。
11.如權(quán)利要求10的裝置還進(jìn)一步包括一個(gè)用于產(chǎn)生第一參考信號(hào)的Stratum-2振蕩器，其特征在于由于Stratum-2振蕩器的老化使第一參考信號(hào)易受頻率漂移的影響，并且其中由所述Kalman觀測(cè)器估計(jì)的第一參考源的估計(jì)值包括對(duì)由于Stratum-2振蕩器的老化而引起的頻率漂移的估計(jì)值。
12.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述測(cè)量值確認(rèn)器通過(guò)在第二差分信號(hào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化檢測(cè)計(jì)算來(lái)確定測(cè)量值。
13.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述測(cè)量值確認(rèn)器確定第二差分信號(hào)的值，其中該第二差分信號(hào)被確定來(lái)以比所選數(shù)量小的一個(gè)估計(jì)值偏移。
14.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述測(cè)量值確認(rèn)器包括具有一個(gè)在其上執(zhí)行的測(cè)量值確定算法的處理裝置，當(dāng)執(zhí)行時(shí)，該測(cè)量值確定算法用于確定在一個(gè)所選時(shí)間間隔期間接收到的測(cè)量值并用于將與所說(shuō)明的測(cè)量值有關(guān)的似真值提供給Kalman觀測(cè)器。
15.如權(quán)利要求14的裝置還進(jìn)一步包括一個(gè)用于在其上存儲(chǔ)測(cè)量值的測(cè)量值-確認(rèn)器緩沖器，當(dāng)分析時(shí)，存貯在其中的值允許進(jìn)行偏移分析。
16.如權(quán)利要求15的裝置，其特征在于所述緩沖器包括多個(gè)緩沖器，存在這些緩沖器中的值用于允許濾波的不同標(biāo)準(zhǔn)。
17.如權(quán)利要求16的裝置，其特征在于如果這些測(cè)量值是在由Kalman觀測(cè)器提供給測(cè)量值確認(rèn)器的反饋環(huán)路置信區(qū)間內(nèi)，那么由所述測(cè)量值確認(rèn)器來(lái)確定測(cè)量值。
18.如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于所述測(cè)量值確認(rèn)器進(jìn)一步確定第二差分信號(hào)的指示值是否不可能是精確的，并且有選擇地將第二差分信號(hào)的指示值提供給與之響應(yīng)的Kalman觀測(cè)器。
19.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述Kalman觀測(cè)器具有一個(gè)與之相關(guān)的帶寬并且其中所述Kalman觀測(cè)器使用多個(gè)Stratum-2振蕩器老化的模式來(lái)改變與所述Kalman觀測(cè)器相關(guān)的帶寬。
20.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述Kalman觀測(cè)器具有與之相關(guān)的修正電平和狀態(tài)變量，并且其中由Kalman觀測(cè)器完成的連續(xù)的估計(jì)是在修正電平的最大范圍內(nèi)并在狀態(tài)變量的最大范圍內(nèi)。
21.如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于有選擇地對(duì)補(bǔ)償值進(jìn)行更新以響應(yīng)第二參考信號(hào)的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明。
22.如權(quán)利要求21的裝置，其特征在于品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明包括對(duì)老化估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏移的說(shuō)明。
23.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的補(bǔ)償值發(fā)生器包括具有在其上執(zhí)行的一個(gè)校準(zhǔn)算法的處理裝置，當(dāng)執(zhí)行時(shí)，該校準(zhǔn)算法用于形成補(bǔ)償值信號(hào)的值。
24.一種用于調(diào)整由一個(gè)振蕩電路中的振蕩器所形成的輸出振蕩信號(hào)頻率的方法，所述方法包括這些步驟形成代表輸出振蕩信號(hào)相對(duì)于第一參考信號(hào)的偏移的第一差分信號(hào)，這個(gè)第一參考信號(hào)顯示至少與第一所選頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好的短期頻率穩(wěn)定性特性；形成代表輸出振蕩信號(hào)相對(duì)于第二參考信號(hào)的偏移的第二差分信號(hào)，這個(gè)第二參考信號(hào)顯示至少與第二所選頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性；當(dāng)?shù)诙⒖夹盘?hào)顯示至少與第三所選頻率穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)一樣好的短期頻率穩(wěn)定性特性時(shí)，形成一個(gè)響應(yīng)第二差分信號(hào)值的補(bǔ)償值信號(hào)；有選擇地更改響應(yīng)于補(bǔ)償值信號(hào)的第一差分信號(hào)來(lái)構(gòu)成一個(gè)控制信號(hào)；并且施加該控制信號(hào)來(lái)調(diào)整振蕩器的振蕩頻率。
25.一種用于調(diào)整振蕩電路中的振蕩器頻率的鎖相環(huán)電路，所述鎖相環(huán)電路包括第一參考源用于構(gòu)成第一參考信號(hào)，該第一參考信號(hào)具有顯示第一頻譜密度的一個(gè)噪聲分量；至少一個(gè)第二參考源用于構(gòu)成至少一個(gè)第二參考信號(hào)，該第二參考信號(hào)具有顯示至少一個(gè)第二頻譜密度的一個(gè)噪聲分量，至少一個(gè)第二參考信號(hào)的噪聲分量與第一參考信號(hào)的噪聲分量相比在不同的頻率處具有頻譜分量；一個(gè)組合器至少有選擇地耦合來(lái)接收分別由所述第一參考源構(gòu)成的第一參考信號(hào)和所述至少第二參考源所構(gòu)成的至少一個(gè)第二參考信號(hào)，所述組合器用于有選擇地組合第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)并且用于構(gòu)成由此而形成的一個(gè)合成信號(hào)，該合成信號(hào)用于控制振蕩器的頻率，因而相位鎖定振蕩器振蕩在一個(gè)所選頻率上。
26.如權(quán)利要求25的鎖相環(huán)電路，其特征在于所述至少第二參考信號(hào)源包括多個(gè)參考源，所述參考源中的每一個(gè)形成一個(gè)具有噪聲分量的參考信號(hào)，該噪聲分量顯示與由其它所述參考源形成的其它參考信號(hào)的噪聲分量相比在不同的頻率區(qū)域具有頻譜分量的一個(gè)頻譜密度。
27.一種用于校準(zhǔn)響應(yīng)于一個(gè)參考信號(hào)值的器件的校準(zhǔn)方法，該參考信號(hào)易受短期干擾的影響，所述方法包括這些步驟確定參考信號(hào)部分的值可能可以免于短期干擾的影響，將一個(gè)似真值與在所述的確定步驟期間確定的參考信號(hào)的至少一部分相關(guān)，將在所述的確定步驟期間確定的參考信號(hào)一部分的說(shuō)明以及與之相關(guān)的似真值提供給Kalman觀測(cè)器，有選擇地改變儲(chǔ)存在Kalman觀測(cè)器中的存儲(chǔ)值以響應(yīng)在提供步驟中所提供的說(shuō)明以及相關(guān)的似真值，形成一個(gè)響應(yīng)于儲(chǔ)存在Kalman觀測(cè)器中的存儲(chǔ)值的調(diào)整信號(hào)，并且將該調(diào)整信號(hào)施加到器件上來(lái)校準(zhǔn)該器件。
全文摘要
用于響應(yīng)參考信號(hào)(89)的值來(lái)校準(zhǔn)一個(gè)器件(44)的裝置(82)和相關(guān)方法(202)。該參考信號(hào)可能易受短期干擾的影響。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中,一個(gè)蜂窩式無(wú)線電基站使用一個(gè)鎖相基站VCO(44)的Stratum－2振蕩器(84)。由于該Stratum－2振蕩器的老化而進(jìn)行補(bǔ)償,因此提供一個(gè)導(dǎo)致VCO顯示可接受的短期和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定性特性的調(diào)整信號(hào)。
文檔編號(hào)H03L7/08GK1242115SQ97180929
公開(kāi)日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1997年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月22日
發(fā)明者J·K·厄斯特林, M·K·林德斯科格 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司