一种 t1 数据信号的最大时间间隔误差的估计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分组数据网定时误差的估计和监控。更具体地说，本发明涉及一种用于估计定时/相位漂移，以及利用从定时伪线或分组数据流中提取的信息恢复T1/DS1时钟的系统和方法。
【背景技术】
[0002]本领域技术人员意识到:目前用于无线网络的时分复用(TDM, TimeDivis1nMultiplexing)定时恢复技术还存在一些问题，TDM技术使用从伪线分组数据流中恢复的TDM时钟。许多网络依赖于所恢复的TDM信号的定时精度，因此需要一种方法来判断定时是否正确。
[0003]历史上，蜂窝网络和其他利用T1/DS1信号来进行数据传输和网络可跟踪定时恢复的通信设备，使用的都是有线T1/DS1电路。这些有线电路或者以Tl电路形式直接被承载，或者从有线T3/DS3电路或者SDH/S0NET光路中提取，这些都是TDM电路。例如，Tl或DSl电路可以由T3或DS3电路产生，能够承载28个Tl。DS3电路能以STS-1电路形式在光网络中传输，其中，一个0C-3可以承载3个STS-1电路。相同的STS-1电路可以在更高速率的TDM光路中被承载，例如0C-12，OC-48, 0C-192或0C-768。另外，其他技术，比如说异步传输模式(ATM, Asynchronous Transfer Mode)也可以用于承载Tl电路。在目的端，利用反向映射获取定时恢复信号。硬线TDM电路，也即非蜂窝系统，已经在美国国家标准电信协会-网络和用户安装接口-DSl电接口(American Nat1nal StandardInstitute forTeIecommunicat1ns-Network and Customer Installat1n Interfaces-DSlElectricalInterface)ANSITl.403-1999中充分地定义和规范。Tl电信标准委员会(StandardsCommittee Tl Telecommunicat1ns)负责这个文献，在该文献的6.3章节规定了影响接收器恢复数据位和跟踪Tl信号恢复时钟能力的抖动、漂移和相变的关键点。关键规范如下:5UIpp(或单位间隔峰-峰值)和0.1UIpp的最大抖动依赖于抖动带宽；24小时周期内28UI和15分钟间隔内13UI的最大网络信号漂移；以及1.5UI的最大相变或61ppm的瞬时频移。在同步通信传输中，单位间隔是最长间隔，理论上信号的有效间隔持续时间都是这个间隔的整数倍。这些关键规范使得电信设备制造商开发的设备能够保证互相兼容。对于漂移的规范，包括长期(24小时)和短期(15分钟)的漂移，均定义为相对于主参考源(PRS, Primary Reference Source)测量的漂移，这在ANSITl.101中有详细定义。这些规范使得电信工程师能够开发过滤Tl网络接口的抖动、相变以及漂移的同步算法，从而能够提取满足全球移动通信系统(GSM,Global System for Mobile communicat1ns)定时需要的时钟。
[0004]正如以上所讨论的，在Tl.403 (§ 6.3.1.2)中规定的针对Tl通信接口的Tl漂移的重要规范为:15分钟内< 13UIpp ;24小时内<28UIpp。世界其他地区包括欧洲所使用的El (2.048Mbps)电路也被采用类似的标准规定。ETSI规范G.823在表2 (El通信接口 )中详细列出这些值一1000秒内18微秒(μ s)。
[0005]一个硬线通信网和无线通信网的组合，相对于主参考源规定了 Tl漂移的标准。主参考源(PRS) 2,是公共交换电话网(PSTN, Public Switch Telephone Network)4a 的一部分，通过Tl线路6a传输,经过移动交换中心(MSC, Mobile Switching Center)8,基站控制器(BSC, Base Stat1nController) 10, % Tl线路6b,再通过交互作用功能(IWF,InterfforkingFunct1n)网关12a,经过PSTN 4b和IWF网关12b。其中，最大端到端漂移，PRS 2的峰-峰值必须少于28个单位间隔(UI, Unit Interval)。
[0006]针对定时Tl和El电路的附加标准已经公布。Tl.101,7.2.1节定义了定时Tl参考输入，规定漂移为30分钟(大约2000秒)内I微秒，以及72小时(大约100，000秒)内2微秒。ETSI规范G.823，表12，定义的准同步数字序列(PDH，Ples1chronous DigitalHierarchy)同步接口具有类似的漂移要求:2000秒内2微秒和100，000秒内5.33微秒。以上所述Tl和El定时电路标准很大程度上是为由大楼综合定时供给(BITS，BuildingIntegrated Timing Supply)单元所产生的Tl的定时电路而定义的，事实上这些单元可以在所有中心办公室中发现。BITS被用来产生非常高品质的时钟，以将时钟提供给在中心办公室内所有需要定时的通信设备。这些定时Tl电路成本高，因此不会用于中心办公室外，也不会用于GSM基站的定时应用。
[0007]GSM网络严格规定了基站收发台(BTS,Base Transceiver Stat1n)的定时要求，BTS是用于连接移动站点或者更典型的移动电话的无线点。在GSM基站中使用的时钟必须为基站控制器(BSC, Base Stat1n Controller)/ 移动交换中心(MSC, Mobile SwitchingCentre)可跟踪时钟，时钟的绝对精度最好高于十亿分之±50(PPB, Parts PerBill1n)。BTS使用已恢复的Tl生成一个恢复时钟，此时钟要满足±50ppb的标准，从该时钟里提取出蜂窝式无线频率载波定时和GSM用于传送比特流的比特定时。
[0008]时钟误差的影响是非常显著的。±50ppb的误差就会导致将近± 10Hz的频率偏移，这对于一个200kHzRF载波来说影响不大。但是，± 100ppb的误差(或者土百万分之几(ppm, parts per bill1n))将会在RF信道中产生2kHz或者I %的误差,这将会导致相邻信道干扰和可能的无线频谱模板不兼容(non-compliance)。
[0009]但是在RF载波上的定时误差可以导致干扰增加和无线电波不兼容，GSM比特流中的定时误差可以导致网络故障。GSM利用恢复的±50ppb时钟来产生时分多址接入(TDMA，Time Divis1n Multiple Access)中贞，允许使用多达 8 个移动台(MS,Mobile Stat1n)全速编码或者使用16个MS半速编码以保证手机通话。GSM 05.01v5.4.0，第5节中规定，提取的±50ppb Tl时钟，用于生成3.69微秒位周期，0.577毫秒(ms)时隙，4.515毫秒TDMA帧，120毫秒多帧(26个TDMA帧)，6.12秒超帧(51个多帧)，以及3小时、28分钟、53秒超高帧(2048个超帧)。移动切换依赖于这条定时链路的同步，这些定时都是从恢复的Tl时钟里提取的。这些定时误差中包含MS的多普勒效应，多普勒效应可以解释高速的交通工具运动，并转变为MS显著的定时误差。1.9GHz时，RF波长是15厘米，交通工具以120千米/小时的速度运动，这时由于多普勒效应可以看到明显的±117ppb的时钟误差。这种误差，加上GSM必有的±50ppb误差，达到了 ±167ppb。标准定义在高至±300ppb的有效定时误差范围内工作，此误差包括切换开始失败之前的多普勒效应所引起的误差。GSM标准已被规定为，假定Tl定时接口已经达到±50ppb时，支持交通工具以高达250千米/小时的速度切换。GSM试图规定所有的陆地交通工具切换的情况；但是，它没有包括遍及欧洲大陆的时速达到350千米/小时的超级列车，这种情况下需要GSM的另一版本，称为GSM-R，以专门规定这些独特需求。
[0010]GSM是一个令人印象深刻的移动蜂窝网络解决方案，但是它的运行情况视从PSTN提取的Tl时钟质量而定。只要Tl接口满足用于通信Tl电路的规定的漂移和定时规范，网路就能够良好地运行。然而，如果Tl电路偏离定时规范,就会产生不良后果。比如说,如果Tl电路在大约15分钟的短周期内出现了 ±200ppb的定时误差，那么在交通工具以超过100千米/小时(大约60英里每小时)速度运行时，MS切换失败率就会增加。如果同样周期内定时误差超过±250ppb，那么交通工具运动速度超过50千米/小时的情况下，就会遇到切换失败情况。最终，如果定时误差超过±300ppb，那么所有的交通工具通信都会遇到移动切换失败，最终使得网络只能用于徒步交通的情况。
[0011]多年以来，网络运行中心(NOC, Network Operat1ns Center)开发出监控切换失败和掉线的工具，用于网络或BTS正确运行的全面衡量。通常情况下，NOC采用3%掉线率来告警移动切换和呼叫建立问题，这些问题可能是由多种因素引起的。掉线告警提醒NOC工作人员开始进行时间危急检查来诊断根本原因，此原因可能是与流量相关，也可能与网络相关。例如，暂时性的掉线增长可能暗示流量负载超过BTS站点的设计参数。天线故障或未对准能够引起掉线增加。邻近BTS站点的故障，即停电或平均无故障时间(MTBF，MeanTimeBetween Failure)误差能够不经意地通过把呼叫业务从一个站点切换到另一个站点影响通信量。PSTN问题，比如配置错误导致的Tl损失，能够降低通信能力和引起掉线增力口。最终，层级溯源(stratum traceability)的损失可能导致切换失败,在这里多个交换机或传输设备中的任一个用于将Tl从中心办公室(CO, Central Office)传送到已进入到切换状态的BTS站点。蜂窝运营