专利名称：一种用于相位偏移调节的有效参数组选择方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及相位偏移调节的技术，其特别涉及采用比例积分(PI)控制器的相位偏移调节技术，具体的讲是一种用于相位偏移调节的有效参数组选择方法及装置。
背景技术：
在相位偏移调节过程中，PI控制器作为相位偏移调节的核心部分，通常采用几个参数组来执行相位偏移调节，具体的说是依靠相位偏移的平均值和来自反混淆滤波器降低采样率的输出值来执行相位偏移调节。
众所周知，当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，以及控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依经验和现场调试来确定，这时应用PI控制技术较为方便。其中，比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。而在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
在现有技术的相位偏移调节过程中，PI控制器的执行通常具有固定的参数组，而不需要参数组的选择。实践证明这种不需要对参数组进行选择的、固定参数组的相位偏移调节在迅速和稳定的达到同步的问题上存在缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于相位偏移调节的有效参数组选择方法及装置，用以在相位偏移调节过程中迅速和稳定的达到同步。
本发明的技术方案为一种用于相位偏移调节的有效参数组选择方法，该方法包括以下步骤为比例积分控制器建立用于相位偏移调节的多个参数组；为每个参数组中的参数设定一个阈值；从所述的多个参数组中选择一参数组作为相位偏移调节的有效参数组；判断当前有效参数组中的参数是否超过对应的阈值，如果是，则从所述的多个参数组中选择另一参数组作为相位偏移调节的有效参数组。
所述的参数组中的参数包括相位偏移和频率漂移；为所述的相位偏移和频率漂移各设定一个阈值；如果当前相位偏移和频率漂移中的任何一个大于对应的阈值时，则从所述的多个参数组中选择一较快参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并从当前参数组向所述较快参数组转换。
如果当前相位偏移和频率漂移均小于对应的阈值时，则从所述的多个参数组中选择与当前有效参数组相邻的一个较慢参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并在预定的延迟时间后从当前参数组向较慢参数组转换。
所述比例积分控制器的传递函数为其中，P为比例增益，I为积分常数；所述比例积分控制器的执行包括用于比例部分的微分等式
以及用于积分部分的微分等式
TR代表调节的采样时间；所述比例积分控制器的总的输出值u(k)为u(k)＝uP(k)+uI(k)。
所述的为比例积分控制器建立用于相位偏移调节的多个参数组是指为比例积分控制器建立用于相位偏移调节的5个参数组；每个参数组的参数包括偏离频率、最大噪声增益、比例增益、积分部分、调节采样时间、相位偏移、频率漂移以及转换延迟时间；所述5个参数组的各参数值为 参数组1偏离频率＝12mHz、最大噪声增益＝0.7dB、比例增益＝6.732E-2、积分部分＝5.493E-4、调节采样时间＝1s、相位偏移大于1200ns、频率漂移大于3.0ppb每分钟、转换延迟时间＝60s； 参数组2偏离频率＝6mHz、最大噪声增益＝0.6dB、比例增益＝3.427E-2、积分部分＝1.182E-4、调节采样时间＝4s、相位偏移≤1200ns、频率漂移≤3.0ppb每分钟、转换延迟时间＝90s； 参数组3偏离频率＝2.4mHz、最大噪声增益＝0.5dB、比例增益＝1.395E-2、积分部分＝1.579E-5、调节采样时间＝10s、相位偏移≤700ns、频率漂移≤0.3ppb每分钟、转换延迟时间＝135s； 参数组4偏离频率＝1mHz、最大噪声增益＝0.3dB、比例增益＝6.013E-3、积分部分＝1.627E-6、调节采样时间＝20s、相位偏移≤260ns、频率漂移≤0.2ppb每分钟、转换延迟时间＝200s； 参数组5偏离频率＝0.4mHz、最大噪声增益＝0.2dB、比例增益＝2.443E-3、积分部分＝1.705E-7、调节采样时间＝30s、相位偏移≤130ns、频率漂移≤0.1ppb每分钟、转换延迟时间大于200s； 其中，每个参数组中相位偏移的阈值和频率漂移的阈值分别为 参数组1相位偏移的阈值为大于1200ns的值、频率漂移的阈值为大于3.0ppb每分钟的值； 参数组2相位偏移的阈值为1200ns、频率漂移的阈值为3.0ppb每分钟； 参数组3相位偏移的阈值为700ns、频率漂移的阈值为0.3ppb每分钟； 参数组4相位偏移的阈值为260ns、频率漂移的阈值为0.2ppb每分钟； 参数组5相位偏移的阈值为130ns、频率漂移的阈值为0.1ppb每分钟。
本发明还提供了一种相位偏移调节装置，包括比例积分控制器；参数组存储单元，用于存储多个相位偏移调节参数组及所述参数组中参数的阈值；有效参数组选择单元，用于从存储的多个参数组中选择一参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并且判断当前有效参数组中的参数是否超过对应的阈值，如果是，则从多个参数组中选择另一参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并输出调节数据；采样单元，用于接受输入的相位偏移信号，并根据所述有效参数组选择单元输出的采样时间对所述的相位偏移信号进行采样，输出采样信号；所述的比例积分控制器接收所述的采样信号和所述的调节数据，并根据所述的调节数据对所述的采样信号执行相位偏移调节。
本发明的有益效果在于，通过提供一种用于相位偏移调节的有效参数组选择方法及装置，用以在相位偏移调节过程中迅速和稳定的达到同步。
图1为本发明有效参数组由较慢参数组向较快参数组转换流程图； 图2为本发明有效参数组由较快参数组向较慢参数组转换流程图； 图3为本发明装置具体实施的结构框图； 图4为用于调节的参数组之间转换的曲线图。
具体实施例方式 下面结合
本发明的具体实施方式
。本发明提供了一种用于相位偏移调节的有效参数组选择方法，其包括以下步骤为比例积分控制器建立用于相位偏移调节的多个参数组；为每个参数组中的参数设定一个阈值；从所述的多个参数组中选择一参数组作为相位偏移调节的有效参数组；判断当前有效参数组中的参数是否超过对应的阈值，如果是，则从所述的多个参数组中选择另一参数组作为相位偏移调节的有效参数组。
为比例积分控制器建立用于相位偏移调节的5个参数组；每个参数组的参数包括偏离频率、最大噪声增益、比例增益、积分部分、调节采样时间、相位偏移、频率漂移以及转换延迟时间；所述5个参数组的各参数值为 参数组1偏离频率＝12mHz、最大噪声增益＝0.7dB、比例增益＝6.732E-2、积分部分＝5.493E-4、调节采样时间＝1s、相位偏移大于1200ns、频率漂移大于3.0ppb每分钟、转换延迟时间＝60s； 参数组2偏离频率＝6mHz、最大噪声增益＝0.6dB、比例增益＝3.427E-2、积分部分＝1.182E-4、调节采样时间＝4s、相位偏移≤1200ns、频率漂移≤3.0ppb每分钟、转换延迟时间＝90s； 参数组3偏离频率＝2.4mHz、最大噪声增益＝0.5dB、比例增益＝1.395E-2、积分部分＝1.579E-5、调节采样时间＝10s、相位偏移≤700ns、频率漂移≤0.3ppb每分钟、转换延迟时间＝135s； 参数组4偏离频率＝1mHz、最大噪声增益＝0.3dB、比例增益＝6.013E-3、积分部分＝1.627E-6、调节采样时间＝20s、相位偏移≤260ns、频率漂移≤0.2ppb每分钟、转换延迟时间＝200s； 参数组5偏离频率＝0.4mHz、最大噪声增益＝0.2dB、比例增益＝2.443E-3、积分部分＝1.705E-7、调节采样时间＝30s、相位偏移≤130ns、频率漂移≤0.1ppb每分钟、转换延迟时间大于200s； 其中，每个参数组中相位偏移的阈值和频率漂移的阈值分别为 参数组1相位偏移的阈值为大于1200ns的值、频率漂移的阈值为大于3.0ppb每分钟的值； 参数组2相位偏移的阈值为1200ns、频率漂移的阈值为3.0ppb每分钟； 参数组3相位偏移的阈值为700ns、频率漂移的阈值为0.3ppb每分钟； 参数组4相位偏移的阈值为260ns、频率漂移的阈值为0.2ppb每分钟； 参数组5相位偏移的阈值为130ns、频率漂移的阈值为0.1ppb每分钟。
上述的所有参数的阈值均通过对真实环境的测试来获得。最快的组被用于从启动到建立尽可能快的同步。这个组也可以被用于处理硬调节条件(例如，坏的振荡稳定)。较慢的参数组显示出较好的抖动抑制并导致较平滑的基础时钟频率。
为PI控制器建立的用于调节的5个参数组如表1所示 表1 设组3为当前有效参数组，则执行以下有效参数组的选择步骤 如图1所示，如果当前相位偏移
大于700ns或频率漂移(f)大于0.3ppb每分钟，则从所述的5个参数组中选择一个较快参数组作为调节的有效参数组，例如组2或组1，并立即向所述较快参数组转换。
具体选择组2还是组1需根据当前相位偏移和当前频率漂移的值的大小来决定。如果当前相位偏移大于700ns且小于1200ns或当前频率漂移大于0.3ppb每分钟且小于3.0ppb每分钟则选择组2，并立即从组3向组2转换。如果当前相位偏移大于1200ns或当前频率漂移大于0.3ppb每分钟则直接选择组1，并立即从组3向组1转换。
如图2所示，如果当前相位偏移小于700ns并且频率漂移小于0.3ppb每分钟，则从所述的5个参数组中选择与所述当前有效参数组相邻的一个较慢参数组(即组4)作为调节的有效参数组，在较快参数组(组3)向较慢参数组(组4)的转换前需经过预定的延迟时间(135s)。这里，组3在向较慢参数组转换时，只能转换到组4而不能直接转换到组5，尽管当前相位偏移的值和频率漂移的值均已落入组5的参数范围。
图3为本发明装置的结构框图，其中的相位偏移调节装置包括PI控制器；还包括 参数组存储单元，用于存储如表1所示的5个相位偏移调节参数组及所述的5个参数组中的相位偏移阈值和频率漂移阈值； 有效参数组选择单元，用于接收相位偏移
信号，并从参数组存储单元存储的5个参数组中选择组3作为相位偏移调节的有效参数组，并且判断当前有效参数组组3中的参数是否超过对应的阈值，如果是，则从多个参数组中选择另一参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并且输出调节数据； 采样单元由反混滤波器和采样器来实现，用于接受输入的相位偏移信号
并根据所述有效参数组选择单元输出的采样时间对所述的相位偏移信号进行采样，输出采样信号； 所述的比例积分控制器接收所述的采样信号和所述的调节数据，并根据所述的调节数据对所述的采样信号执行相位偏移调节。
以及连接PI控制器输出端的压控振荡器(VCO)线性化单元，过调节限制单元和数模转换(DAC)值近似单元。
上述PI控制器满足以下条件 PI控制器的传递函数K(s)建立如下 在式(1)中，P为比例增益，I为恒定PI控制器的积分器。该PI控制器的执行具有两个微分等式，即
式(2)为比例部分的微分等式，式(3)为积分部分的微分等式。式(3)中的系数TR代表调节的采样时间。
PI控制器控制器的总的输出值u(k)计算如下 u(k)＝uP(k)+uI(k)(4) PI控制器的参数组概括于上述的表1中，其中如果相位偏移阈值和频率偏移阈值被超出，下一个快速调节组被采用。为了避免频繁的改变参数组，从快到慢转换的参数组被抑制，直到转换延迟时间期满。
在上述的有效参数组的选择时，首先根据当前(绝对)相位偏移和电压控制晶体振荡器(OC-VCXO，图中未示)的当前(绝对)频率漂移来给定PI控制器的初始的有效参数组，并且对于任意一个PI控制器参数组n来说，其相位偏移阈值和频率漂移阈值也同时被给定。如果相位偏移阈值或频率漂移阈值之一被超限，则迅速的转换到下一个较快的参数组。如果参数组的相位偏移阈值和频率漂移阈值在某一时刻同时反向超限时，则转换到较慢的参数组。在进行快到慢的转换前需经过一个延迟时间，这个时间上的延迟主要是避免高的转换频率，参见图4所示的相位阈值超限而增建调节速度，反向超限而经时间延迟在降低调节速度的过程。
在图4中，当前相位偏移是相位偏移的有效平均值，这来自于反混滤波器和采样器模块的输出。
振荡频率漂移的测量和计算通过计算PI控制器覆盖为期一分钟的平均调节输出值来近似。两个连续的平均频率值的差额表示振荡频率漂移。
相位偏移阈值，频率漂移阈值和参数组转换所沿的延迟时间可以从参数组表(表1)中找出。
PI控制器用几个参数组来执行。所有参数组的阈值通过对真实环境的测试来获得。最快的参数组被用于从启动到建立尽可能快的同步。这个组也可以被用于处理硬调节条件(例如，坏的振荡稳定)。较慢的参数组显示出较好的抖动抑制并导致较平滑的基础时钟频率。
以上具体实施方式
仅用于说明本发明，而非限定本发明。
权利要求
1. 一种用于相位偏移调节的有效参数组选择方法，其特征在于
为比例积分控制器建立用于相位偏移调节的多个参数组；
为每个参数组中的参数设定一个阈值；
从所述的多个参数组中选择一参数组作为相位偏移调节的有效参数组；
判断当前有效参数组中的参数是否超过对应的阈值，如果是，则从所述的多个参数组中选择另一参数组作为相位偏移调节的有效参数组。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的参数组中的参数包括相位偏移和频率漂移；
为所述的相位偏移和频率漂移各设定一个阈值；
如果当前相位偏移和频率漂移中的任何一个大于对应的阈值时，则从所述的多个参数组中选择一较快参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并从当前参数组向所述较快参数组转换。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
如果当前相位偏移和频率漂移均小于对应的阈值时，则从所述的多个参数组中选择与当前有效参数组相邻的一个较慢参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并在预定的延迟时间后从当前参数组向较慢参数组转换。
4. 根据权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征在于，
所述比例积分控制器的传递函数为其中，P为比例增益，I为积分常数；
所述比例积分控制器的执行包括用于比例部分的微分等式
以及用于积分部分的微分等式
TR代表调节的采样时间；
所述比例积分控制器的总的输出值u(k)为u(k)＝uP(k)+uI(k)。
5. 根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述的为比例积分控制器建立用于相位偏移调节的多个参数组是指
为比例积分控制器建立用于相位偏移调节的5个参数组；
每个参数组的参数包括偏离频率、最大噪声增益、比例增益、积分部分、调节采样时间、相位偏移、频率漂移以及转换延迟时间；
所述5个参数组的各参数值为
参数组1偏离频率＝12mHz、最大噪声增益＝0.7dB、比例增益＝6.732E-2、积分部分＝5.493E-4、调节采样时间＝1s、相位偏移大于1200ns、频率漂移大于3.0ppb每分钟、转换延迟时间＝60s；
参数组2偏离频率＝6mHz、最大噪声增益＝0.6dB、比例增益＝3.427E-2、积分部分＝1.182E-4、调节采样时间＝4s、相位偏移≤1200ns、频率漂移≤3.0ppb每分钟、转换延迟时间＝90s；
参数组3偏离频率＝2.4mHz、最大噪声增益＝0.5dB、比例增益＝1.395E-2、积分部分＝1.579E-5、调节采样时间＝10s、相位偏移≤700ns、频率漂移≤0.3ppb每分钟、转换延迟时间＝135s；
参数组4偏离频率＝1mHz、最大噪声增益＝0.3dB、比例增益＝6.013E-3、积分部分＝1.627E-6、调节采样时间＝20s、相位偏移≤260ns、频率漂移≤0.2ppb每分钟、转换延迟时间＝200s；
参数组5偏离频率＝0.4mHz、最大噪声增益＝0.2dB、比例增益＝2.443E-3、积分部分＝1.705E-7、调节采样时间＝30s、相位偏移≤130ns、频率漂移≤0.1ppb每分钟、转换延迟时间大于200s；
其中，每个参数组中相位偏移的阈值和频率漂移的阈值分别为
参数组1相位偏移的阈值为大于1200ns的值、频率漂移的阈值为大于3.0ppb每分钟的值；
参数组2相位偏移的阈值为1200ns、频率漂移的阈值为3.0ppb每分钟；
参数组3相位偏移的阈值为700ns、频率漂移的阈值为0.3ppb每分钟；
参数组4相位偏移的阈值为260ns、频率漂移的阈值为0.2ppb每分钟；
参数组5相位偏移的阈值为130ns、频率漂移的阈值为0.1ppb每分钟。
6. 一种相位偏移调节装置，包括比例积分控制器；其特征在于还包括
参数组存储单元，用于存储多个相位偏移调节参数组及所述参数组中参数的阈值；
有效参数组选择单元，用于从存储的多个参数组中选择一参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并且判断当前有效参数组中的参数是否超过对应的阈值，如果是，则从所述的多个参数组中选择另一参数组作为相位偏移调节的有效参数组，并输出调节数据；
采样单元，用于接受输入的相位偏移信号，并根据所述有效参数组选择单元输出的采样时间对所述的相位偏移信号进行采样，输出采样信号；
所述的比例积分控制器接收所述的采样信号和所述的调节数据，并根据所述的调节数据对所述的采样信号执行相位偏移调节。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的有效参数组中的参数至少包括相位偏移、频率漂移和采样时间，且所述的相位偏移和所述的频率漂移分别具有一个阈值；
所述的有效参数组选择单元，用于判断当前相位偏移或频率漂移是否大于当前有效参数组中对应的阈值，如果是则从所述的多个参数组中选择一个较快参数组作为调节的有效参数组，并向所述较快参数组转换，输出包括相位偏移、频率漂移和采样时间的调节数据。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的有效参数组中的参数还包括转换延迟时间；
所述的有效参数组选择单元，用于判断当前相位偏移和频率漂移是否均小于当前有效参数组中对应的阈值，如果是，则从所述的多个参数组中选择与所述当前有效参数组相邻的一个较慢参数组作为调节的有效参数组，并在所述的延迟时间后从当前参数组向较慢参数组转换，输出包括相位偏移、频率漂移和采样时间的调节数据。
9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的有效参数组中的参数包括相位偏移、频率漂移、采样时间和转换延迟时间，且所述的相位偏移和所述的频率漂移分别具有一个阈值；
所述的有效参数组选择单元，判断当前相位偏移或频率漂移是否大于当前有效参数组中对应的阈值，如果是则从所述的多个参数组中选择一个较快参数组作为调节的有效参数组，立即向所述较快参数组转换；如果否，则判断当前相位偏移和频率漂移是否均小于当前有效参数组中对应的阈值，如果是，则从所述的多个参数组中选择与所述当前有效参数组相邻的一个较慢参数组作为调节的有效参数组，并在所述的延迟时间后从当前参数组向较慢参数组转换；
输出包括相位偏移、频率漂移和采样时间的调节数据。
全文摘要
本发明涉及一种用于相位偏移调节的有效参数组选择方法及装置。其中为PI控制器建立用于调节的多个参数组；为每个参数组中的参数设定一个阈值；判断当前有效参数组中的阈值是否被超过，如果是，则从所述的多个参数组中选择另一个参数组作为调节的有效参数组。本发明被用于从启动到建立尽可能快的同步，也可以显示出较好的抖动抑制并导致较平滑的基础时钟频率。
文档编号G05B11/42GK101241351SQ20071007904
公开日2008年8月13日 申请日期2007年2月9日 优先权日2007年2月9日
发明者曾朝晖, 华 叶, 江丽蓉, 锐 闫 申请人:鼎桥通信技术有限公司