专利名称：一种数字光纤时钟恢复系统的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信领域，特别是一种数字光纤时钟恢复系统的方法及装置。
背景技术：
数字光纤直放站系统式目前移动通信系统中的一种灵活的、可实现大动态范围和大容量的射频信号远距离覆盖的有效手段，它解决了模拟光纤传输方式存在的噪声叠加的缺陷及信号远距离传输衰减的问题，已经成了基站的有效补充。数字光纤直放站系统采用了将近端中继机(REC，射频装置控制器)和远端机(RE， 射频装置)分开的系统结构，如图1.射频装置RE能够根据网络实际需要进行拉远放置，从而使组网十分灵活，RE可以尽可能的接近天线，因而能减小射频线缆的损耗，增大天线的发射功率和接收灵敏度。该直放站系统的一种典型配置如图1，REC和RE、RE和RE之间有且只有一条光纤相连，光收发模块通过波分复用把两组双向的1. 2288G数据同时传输在一条光纤上，为了能够顺利的恢复时钟信号，线上传输是经过8B/10B编码的数据。在REC端，串并转换单元(串行化器-解串行化器)将接收到的数据进行8B/10B编码后输出给光电转换单元，光电转换单元将电信号转换成光信号发送。在RE端，光电转换单元把信号转换成电信号后交给串并转换单元，，串并转换单元能解码8B/10B编码数据，同时恢复线上的时钟信号，，该时钟信号输出给时钟恢复单元进行同步和去噪，在分发给数据处理单元和射频单元。现有技术中，时钟恢复单元对串并转换单元恢复时钟的处理采用锁相环的方法实现，该方法同时采用了硬件锁相环和软件锁相环，如图2.之所以采用硬件锁相环和软件锁相环是因为系统对时钟有3个要求1、时钟频率误差GSM 05. 05E5. 1规定GSM信号中继器的频率误差不得超过士0. 05ppm,即士45Hz。2、时钟相噪RE端恢复出的时钟，不仅给数据处理单元，而且作为模数转化器ADC、数模转换器 DAC和射频单元的参考时钟。对于高速高精度的ADC、DAC，时钟相噪有十分严格的要求， 否则会导致性能的下降。比如对一个100MSPS14bits的ADC，一般要求采样时钟抖动小于 300fs，否则会导致信噪比(SNR)、无杂散动态范围(SFDR)的下降，从而导致整机的噪声系数的增大，误差矢量幅度EVM、接收灵敏度的下降，DAC对时钟的要求与ADC相当。射频单元对时钟相噪也比较严格，但相对ADC、DAC宽松。串并转换单元参考时钟一般要求时钟抖动小于50ps，一般的硬件锁相环都可以达到。3、时钟同步RE端时钟恢复单元恢复出的本地时钟必须严格与串并转换单元输出的随路时钟同步。串并转换单元输出数据的速率与其输出的随路时钟成比例，而数据处理单元以本地时钟为参考，则数据处理单元与串并转换单元进行高速数据交互时属于跨时钟域的处理， 其中利用到的FIFCKfirst-in-fist-out，先进先出)有一定的深度，如果时钟部同步，则FIFO的输入输出速率不一样，那么随着时间的积累，无论多么深的FIFO都将溢出，导致出现误码。另外，光纤直放站的系统的时延校准也要求时钟必须同步。现有技术硬件锁相环由于相应速度快能满足时钟同步的要求，但它是单级的硬件锁相环，硬件锁相环的葫芦滤波带宽一般都在十几KHz以上，则在RE端的时钟恢复单元无法滤除时钟近端相位噪声，特别是在RE级联的情况下，由于近端相位噪声的累加使得情况更加恶化，因此，单级硬件锁相环无法满足系统对于时钟相噪的要求。软件锁相环的环路滤波带宽能够做的非常窄，所以软件锁相环能将REC端时钟经传输过程引入的噪声滤除，而且00(0本身具有短、稳、好，相位噪声指标优秀等特点，从而确保软件锁相环能输出相噪满足要求的时钟。而软件锁相环也有缺陷其闭环控制周期一般为几十秒，频率调整周期台长，使得串并转换单元输出的随路时钟与时钟恢复单元恢复出的本地时钟存在频率误差， 无法同步，从而会导致高速数据处理单元中的FIFO的溢出，产生数据丢失和误码。现有技术中，例如专利号200510005364 —种基站远端射频装置及时钟恢复装置， 结合了硬件锁相环和软件锁相环各自的优势，将硬件锁相环的恢复时钟输出给数据处理单元和串并转换单元，从而满足时钟同步的要求，将软件锁相环的恢复输出送至数据处理单元和串并转换单元，从而满足时钟相噪的要求。但采用该方法，同时需要硬件和软件锁相环，因而时钟恢复单元同时需要一个VCX0，一个0CX0，一个MUC做软件锁相环的算法，一个 12b i t左右的ADC，价格成本相当高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种能大幅降低成本同时满足数字光纤直放站系统对时钟频率误差、时钟相噪和时钟同步要求的时钟恢复系统的方法及装置。本发明采用如下技术方案一种数字光纤时钟恢复系统的方法，包括如下步骤(1)提取随路时钟信号，射频远端装置RE的串并转换单元从近端中继机REC或上一级RE发过来的串行数据流中恢复出随路时钟；(2)将随路时钟信号输入第一级锁相环，去除ΙΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ的近端相噪；(3)将通过第一级锁相环去相噪后的时钟信号输入第二级锁相环去除IOOKHz以上的相噪；(4)将经过两级去相噪后的时钟信号通过时钟分发单元分发给作ADC、DAC、串并转换单元和射频单元为参考时钟。进一步地，所述步骤O)中第一级锁相环的带宽为10Hz。进一步地，所述步骤(3)中第二级锁相环的带宽为IOOKHz。一种数字光纤时钟恢复系统的装置，包括时钟获取单元，包括串并转换单元，所述串并转换单元连接于光电转换单元和数据处理单元之间，用于从光电转换单元输出的信号中提取出随路时钟信号；第一级锁相环，与时钟获取单元相连，包括有依次相连的第一鉴相器、第一环路滤波器、晶体振荡器，用于接收时钟获取单元输出的随路时钟信号，进行处理并输出经第一次去相噪后的时钟信号；第二级锁相环，与第一级锁相环相连，包括有依次相连的第二鉴相器、第二低通滤波器、压控振荡器，用于接收第一级锁相环输出的经第一次去相噪后的时钟信号，进行处理并输出经第二次去相噪后的时钟信号；时钟分发单元，分别与第二级锁相环、串并转换单元、数据处理单元、射频单元、 ADC、DAC相连，包括有时钟分发器，用于接收经第二级锁相环处理后的时钟信号，并将时钟信号分别分发给串并转换单元、数据处理单元、射频单元、ADC、DAC。进一步地，所述第一环路滤波器频带宽为IOHz。进一步地，所述第二环路滤波器频带宽为ΙΟΟΚΗζ。进一步地，所述第一级锁相环中的晶体振荡器为温补压控晶体振荡器TC-VCX0。由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果本发明采用两级硬件锁相环结合的方法，第一级锁相环具有很窄的环路带宽，能够滤除时钟的近端相噪，满足ADC、DAC和射频模块对时钟抖动的要求；第二级锁相环具有很小的噪声底，使得时钟远端的相噪很小，使得ADC、DAC能保持器SNR性能；同时利用了两级硬件锁相环的同步能力保持REC、RE间的同步并满足系统对频率误差的要求，因此能够满足数字光纤直放站系统对时钟恢复的要求；支持RE级联；只用到一个VQCO或TC-VCX0，大大降低了时钟恢复系统的成本。
图1为基站远端射频装置的一般组网形式；图2为现有技术时钟恢复系统的结构框图；图3为本发明时钟恢复系统结构框图。
具体实施例方式以下通过具体实施方式
对本发明作进一步的描述。参见图1。该图列举了数字光纤直放站系统的一种典型结构——链形组网。实际上，本发明的时钟恢复方法亦支持星型、环形和混合组网结构。参见图3。该图例举了 REC和RE —对一时RE的时钟恢复单元。实际上，RE的前级不一定是REC，也可以是RE。以下以REC和RE —对一的结构为例进行说明。如图3，REC端的时钟发生器21对TCX020输出的时钟进行综合产生所需的各种频率的时钟，提供给数据处理单元22和串并转换单元23等使用。串并转换单元23把数据处理单元22发送过来的由用户数据和控制管理数据等组成的高速码流进行并串转换并发送给光电转换单元M，光电转换单元M将串行电信号转换成光信号并发送给RE。在RE端，光电转换单元25将光信号转换成电信号并发送给串并转换单元26，串并转换单元沈根据接收到的串行电信号恢复随路时钟，并发送给第一级锁相环的第一鉴相器27，PD127比较随路时钟和第一级锁相环输出时钟的相位，将差值放大输出给第一低通滤波器观，第一低通滤波器观的输出电压再去控制温补压控晶体振荡器四的输出频率。 第一鉴相器27、第一低通滤波器观和温补压控晶体振荡器四组成了第一级锁相控制环路。 该环路具有很低的环路带宽，因而能滤除随路时钟的近端相噪。第二鉴相器30、第二低通滤波器31和压控振荡器VCO 32组成了第二级锁相控制环路，该环路的环路带宽被设置为IOOKHz左右，该环路在时钟远端具有很低的噪声底，因而能保证时钟远端具有很低的相噪。时钟分发器35把去除噪声后的时钟分发给数据处理单元33、ADC36和DAC37等。特别应该说明的是，由上述实施方案自身特点的限制，串并转换单元沈的选择需要仔细考虑，原因是有些需要外部晶振的串并转换单元26会产生相位噪声之类的“假信号”。这些假信号产生于串并转换单元沈解串行部分锁相环的“差频”效应，即该锁相环具有像混频器一样的特性，会令两个相近的频率产生“差频”干扰现象。差频效应令恢复时钟与本地时钟之间的频差产生假信号。这种假信号的频率并不固定，因为每一晶振的频率都不同，而且不同温度、电压及时段也会令假信号频率各不相同，以致假信号的位置无法预测。在RE多级级联的情况下，假信号会累加，在时钟的极近端区内可能较难消除，以致ADC 及DAC无法充分发挥其性能。因此推荐无需加外部晶振、参考时钟与恢复时钟可平滑切换的串并转换单元26，避免假信号的影响。采用本发明的时钟恢复方法，能满足时钟频率误差的要求，因为无论是上行信号还是下行信号，任一时刻直放站最终输出信号的频率偏差取决于该时刻近端中继机REC射频单元本振和射频远端装置RE射频度本振的偏差，而次偏差又取决于REC本地时钟和RE 本地时钟的偏差。考虑整个系统的时钟树，系统时钟的源头是近端中继机REC的TCX0，因此，REC和RE之间时钟偏差的大小取决于RE时钟恢复单元对RE TCXO时钟频率变化的跟踪能力。本发明RE时钟恢复单元的时钟频率调整周期取决于两级锁相环中最窄的锁相环的带宽，为10Hz，则其调整周期不大于Is。考虑最差情况下TQCO频率随时间变化的特性，开机后的温升对TCXO的频率的影响很大，对于一个在全温度变化范围内变化不超过士 15ppm的30. 72MHz的TCX0，假设温度升高过程经历了 300s，那么其最坏的频率变化不会超过30. 72MHz X 3ppm = 0. lHz/s，换算到900M射频的频率变化率不会超过3Hz/s，显然对于调整周期小于Is的RE时钟恢复单元，其有能力跟踪REC的TCXO使RE、REC间的射频翟波频率差不会超过3Hz，远小于45Hz，即使考虑级联误差累加的情况，本发明至少能支持15 级级联，所以RE时钟恢复单元的对TCXO时钟变化的跟踪能力满足要求。本发明的时钟恢复方法，能满足时钟相噪要求。第一级锁相环具有很窄的环路带宽，因此能滤除时钟的近端相噪，使得在偏移时钟中心50Hz-20MHz范围内的时钟抖动积分值小于300fs，从而满足ADC、DAC和射频模块对时钟抖动的需求。第二级的锁相环具有很小的噪声底(noise floor)，使得时钟远端的相噪很小，因此ADC、DAC能保有其SNR性能。本发明的时钟恢复方法，可能会在偏移时钟中心1Ηζ-50Ηζ范围内有比较大的相位噪声(多级级联情况下会有大约等同于Ips左右的抖动)，但是该相位噪声对ADC、DAC的影响在频域上看相当于只会在载频附近(1Ηζ-50Ηζ范围)有小尖峰出现，而该尖峰相对于其它的三次、五次交调很小，可以忽略不计，因此ADC、DAC能保有其SDFR性能。该相噪对射频单元的影响相当于对载频做了几十Hz的低幅度扩展，相对于带宽几百KHz的大幅度载频信号，此影响更可忽略不计。本发明的时钟恢复方法，能满足时钟同步的要求。本地时钟源于串并转换单元输出的随路时钟，那么即便两者之间有相位差异，两者的频率是完全同步的，不会出现高速数据交互单元中FIFO溢出的情况。上述仅为本发明的一个具体实施方式
，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
权利要求
1.一种数字光纤时钟恢复系统的方法，其特征在于(1)提取随路时钟信号，射频远端装置RE的串并转换单元从近端中继机REC或上一级 RE发过来的串行数据流中恢复出随路时钟；(2)将随路时钟信号输入第一级锁相环，去除ΙΟΗζ-ΙΟΟΚΗζ的近端相噪；(3)将通过第一级锁相环去相噪后的时钟信号输入第二级锁相环去除IOOKHz以上的相噪；(4)将经过两级去相噪后的时钟信号通过时钟分发单元分发给作ADC、DAC、串并转换单元和射频单元为参考时钟。
2.如权利要求1所述的一种数字光纤时钟恢复系统的方法，其特征在于所述步骤(2) 中第一级锁相环的带宽为10Hz。
3.如权利要求1所述的一种数字光纤时钟恢复系统的方法，其特征在于所述步骤(3) 中第二级锁相环的带宽为IOOKHz
4.一种数字光纤时钟恢复系统的装置，其特征在于包括时钟获取单元，包括串并转换单元，所述串并转换单元连接于光电转换单元和数据处理单元之间，用于从光电转换单元输出的信号中提取出随路时钟信号；第一级锁相环，与时钟获取单元相连，包括有依次相连的第一鉴相器、第一环路滤波器、晶体振荡器，用于接收时钟获取单元输出的随路时钟信号，进行处理并输出经第一次去相噪后的时钟信号；第二级锁相环，与第一级锁相环相连，包括有依次相连的第二鉴相器、第二低通滤波器、压控振荡器，用于接收第一级锁相环输出的经第一次去相噪后的时钟信号，进行处理并输出经第二次去相噪后的时钟信号；时钟分发单元，分别与第二级锁相环、串并转换单元、数据处理单元、射频单元、ADC、 DAC相连，包括有时钟分发器，用于接收经第二级锁相环处理后的时钟信号，并将时钟信号分别分发给串并转换单元、数据处理单元、射频单元、ADC、DAC0
5.如权利要求4所述的一种数字光纤时钟恢复系统的装置，其特征在于所述第一环路滤波器频带宽为IOHz。
6.如权利要求4所述的一种数字光纤时钟恢复系统的装置，其特征在于所述第二环路滤波器频带宽为IOOKHz。
7.如权利要求4所述的一种数字光纤时钟恢复系统的装置，其特征在于所述第一级锁相环中的晶体振荡器为温补压控晶体振荡器TC-VCX0。
全文摘要
一种数字光纤时钟恢复系统的方法及装置，包括时钟获取单元，用于从光电转换单元输出的信号中提取出随路时钟信号；第一级锁相环，用于接收时钟获取单元输出的随路时钟信号，进行处理并输出经第一次去相噪后的时钟信号；第二级锁相环，与第一级锁相环相连，用于接收第一级锁相环输出的经第一次去相噪后的时钟信号，进行处理并输出经第二次去相噪后的时钟信号；时钟分发单元，用于将时钟信号分别分发给各个单元。本发明采用两级硬件锁相环对时钟进行去相噪处理且利用硬件锁相环的同步能力保持REC、RE间的同步并满足系统对频率误差的要求，支持RE级联，只用到一个VCXO或TC-VCXO，大大降低了时钟恢复系统的成本。
文档编号H04L7/033GK102255665SQ20101017848
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者刘聪江, 吴明磊 申请人:福建先创通信有限公司