专利名称：对端口电路提供多个定时通路的交换网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信交换，具体涉及通过交换网络向端口电路提供定时，端口电路使交换网络与外部通信链路接口。
现有技术中，在大量电信链路之间交换大量呼叫的电信交换系统中，对于向电信链路提供接口的端口电路，在整个电信交换系统中确保分配可靠的定时信息这个问题，总受到极大的关注。通常，现有技术中为解决这个问题，从中心定时单元到各端口电路中利用了硬布线链路上重复的专用定时通路。尽管这种现有技术的电信交换系统的确对分配定时信息问题提供了一种解决办法，但它存在许多不足。第一个问题是从中心控制单元到端口电路设立专用的重复的定时通路使电信系统的成本和复杂性大为增加。此外，由于两条通路的失效导致在一个或多个端口电路中没有定时信息和不能起作用，故可靠性没有大为提高。再则，实效定时源的故障会必然地造成定时中断和传输中断。
借助一种技术先进的装置和方法可以解决上面的问题，这里通过一个交换网络来建立起多个定时通路，该交换网络有多个独立的交换单元，每个交换单元通过交换网络从给定的外部数据链路中交换每个数据群的一个比特。有利点在于，在每个端口定时单元控制一组端口单元的情况下，每个交换单元对多个端口定时单元的每一个建立一条通路。此外，每个端口定时单元对在多个定时通路上接收到的定时信息起响应，利用该定时信息向其端口组提供定时。每个端口定时单元包括多个定时差值检测器，每个定时差值检测器确定出一个在多条定时通路的单独一条通路与由定时单元产生的定时之间的定时差值。每个端口定时单元对该定时差值起响应，调整该端口定时单元的定时，使之与中心定时单元的定时一致。此外，每个端口定时单元确定出哪些定时通路具有有效的定时信息，并利用该有效定时信息来计算差值，调整端口定时单元的定时。另外，有效定时信息的确定是由端口定时单元对定时差值检测器确定的定时差值作出统计分析来实现的。
本发明的其它方面和更多方面从参照附图的下面的描述中可显然地明白。
图1以方框图形式示例出按照本发明的一个电信交换系统；图2以方框图形式示例出一个位片交换单元；图3以方框图形式示例出时隙互换(TSI)单元的第一种类型；图4以方框图形式示例出TSI单元的第二种类型；图5以方框图形式示例出第一种或第二种类型TSI单元的TSI结构框图；图6以方框图形式示例出位片接口单元和端口控制器的较详细细节；图7以流程图形式示例出在调整本机振荡器的频率中由端口控制器内的DPLL控制器执行的工作；图8以方框图形式示例出一个端口单元；图9以方框图形式示例出一个系统定时单元；图10以方框图形式示例出系统定时单元的另一个实施例；图11示例出一个定时图；图12示例出一个数字合成器的逻辑电路图；图13以流程图形式示例出用于另一种交换系统中、在提供一个外部频率时由系统定时单元执行的工作。
图1以方框图形式示例出按照本发明的一个电信交换系统。交换机控制器101对于自主控制器100上接收到的信息起响应，控制图1中示明的交换系统的总体工作。数据交换由位片交换单元(BSSU)120-129执行。这里示例出10个BSSU。每个有效的BSSU对每一个外部链路(诸如连接至图1中交换系统上的链路103)的每个字节交换一个比特。有利点在于，链路103和其它外部链路都是STM-1链路。链路108之类的双向光纤链路由一条光纤组成，它能够在BSSU与位片接口单元(BSIU)之间自32STM-1链路的每一个中交流一个数据比特。由于每个BSSU有8个输入，所以BSSU 120-129能够处理图1中示例的交换系统内端接的256个STM-1链路。在任一给定的时间上，BSSU 120-129中只有8个在使用。正如对BSIU 111-135所作出的说明，任一时间上只有8个BSSU在接收要交换的数据。每个BSSU是一个独立的交换系统，包括一个完全的时隙互换器和全部需要的控制存储器，以执行象美国专利No.5,416,772中列出的、完全的8比特交换单元的交换功能，该专利纳入于此作为参考。此外，每个BSSU与分框架的每一个来的一个BSIU相关联。每个BSSU和关联的BSIU以及互联的光纤链路共同称为一个交换基群。在后面的节段中将说明，根据从交换机控制器101上接收到的控制信息，由诸如端口控制器116之类的端口控制器确定出自STM-1链路来的哪一个比特是要传送给单独BSSU的。有利点在于，一个完全的时隙互换器可对图1中的交换系统赋与作出完全的广播交换的能力。本技术领域内的熟练人员容易想象到，也可以应用其它类型的交换机来取代时隙互换器。在完全的广播交换中，从外部链路诸如链路103上接收到的信息可以交换给在其它外部链路中所有运行着的通信通路。在每个BSSU中怎样实现完全的时隙互换器工作的详细情况将于细述BSSU 120的内容部分予以说明。有利点在于，借助每个BSSU只交换自连接着的STM-1链路的每一条来的一个比特，此种完全的时隙互换是经济可行的。
除了提供控制之外，交换机控制器101还提供全部定时信息，用于图1中示例的系统。交换机控制器101通过由每个BSSU和BSIU对(诸如BSSU 120和BSIU 111)建立的每一位片通路，向每一个端口控制器传送定时信息。诸如BSIU 111的BSIU将对每条通路上传送着的定时信息起响应，确定出在交换机控制器101的定时与连接的端口控制器(诸如端口控制器116)产生的内部定时之间的定时差值。然后，端口控制器116确定哪些定时通路在传送有效定时信息，并从有效通路的定时信息中计算校正信息，以调整端口控制器116的内部振荡器。端口控制器116的内部振荡器为端口单元117-118提供全部定时。端口116通过对诸有效通路上的时间差求平均，以确定调整信息。
现在，考虑图1中分框架110的一个BSIU，诸如BSIU 111。BSIU 111将双向光纤链路108与BSSU 120互联起来。类似地，BSIU112通过双向光纤与BSSU 121互联。BSIU 111只与BSSU 120通信。应当注意，BSIU 111和BSIU 112用的两条光纤的每一条运载着分框架110上连接的32条STM-1链路的每一条来的一个不同比特。分框架110示例出具有32个端口单元，每一个便利地端接一条STM-1链路，每个分框架形成32条STM-1链路。本技术领域内的熟练人员可容易地想象到，一个端口单元能端接一条以上的STM-1链路。每个端口单元在一条电气传输链路上向每个BSIU传送数据，并在每个BSIU来的一条电气接收链路上接收数据。对于每条STM-1链路，有一对电气链路。例如，端口单元117对BSIU 111-115的每一个有一条传送和接收链路。于是，在使诸端口单元与分框架110的10个BSIU进行互联上，每个方向内有320条电气链路。在内部，每个端口单元可以在连接BSIU的任一条电气传送链路上传送出接收到的STM-1比特流内每个字节中的任一比特。诸电气链路间相互独立，这容许一个端口单元向10个BSIU的任一个分配以任何单独的比特。BSIU 111对于自每个端口单元上接收到的比特流起响应，在光纤链路108上将这些比特流组合并输出给BSSU 120。由于诸端口单元能够向BSIU 111传送出进来的字节中的任一个比特，所以BSSU 120能对输入的STM-1链路中8个数据比特的任一个进行交换。应当注意，所有端口单元必须向BSSU 120传送出进来的诸字节内的同一比特位置。其必要性在于，因为在交换信息后BSSU 120将该比特返回诸端口时，使得诸端口单元能在互联的STM-1链路上传送出此信息。由分框架110中诸端口单元选择出的比特同特定BSIU之间进行的传送或接收，由端口控制器116根据自交换机控制器101上接收到的信息进行控制。
由于端口单元可以同任一个BSSU交换字节中的任一个比特，如果BSSU 120失效，由BSSU 120已作出交换的比特现在可传送给BSSU 129或128(如果这些BSSU不在使用)。BSSU 120-129以及它们相关的BSIU(交换的基群)在电气上和光学上相互隔离；因此，图1的交换系统当其系统不再能对STM-1链路上进来的字节执行交换之前，必定在3个交换基群中发生了故障。此外，由于每个BSIU虽然只交换1个比特，而有着10个BSIU，所以在分框架不再能交换信息之前，给定的分框架内必定有3个BSIU失效了。应当注意，其它的分框架会仍然处于有效状态。图1中示明的交换系统内某单元失效时会使通信无法进行的唯一单元，是端口单元；一个端口单元的失效只导致一条STM-1链路不能够通过图1中示明的交换系统进行通信。本技术领域内的熟练人员可容易地想象到，能应用备份端口单元来进一步提高可靠性。
在现有技术系统中，系统失效的另一个原因是交流控制信息能力上的失效。图1的交换系统内，交换机控制器101通过诸如链路104之类的双向光纤链路向BSSU 120-129传递控制信息。每个BSSU与所连接的诸BSIU之间来往地传递控制信息以及交换的数据。每个BSIU向分框架内的端口控制器传递控制信息。端口控制器116通过BSIU 111-115传递控制信息。端口控制器116向端口单元117-118传送出接收到的控制信息。由于有10条通路可在它们上面与交换机控制器101传递控制信息，所以总能保证一个端口控制器具有一条有效的控制通信通路。应当注意，由于每个BSSU通过其本身的光纤链路从交换机控制器101上接收与其工作有关联的控制信息，所以一条此种光纤的失效只使单个BSSU不能工作。
除了在与交换机控制器101互联的每一条光纤上向BSSU 120-129传递控制信息外，在此种情况下还传递定时信息；借此，确保每个BSSU接收到从其它BSSU中分离出的有关定时。此外，每个端口控制器对于通过互联的BSIU自每个BSSU上全部光纤链路(诸如链路108)接收到的定时信息加以利用，利用这种定时信息来确保分框架内的定时与分框架控制器101的定时一致。因此，每个端口控制器具有多条通路，可通过它们接收定时信息。
图2较详细地示明BSSU 120。每条STM-1链路以SDH帧进行通信，每SDH帧有9排数据。BSSU 120-129同时交换一排数据。本技术领域内的熟练人员可容易地想象到，能同时交换一排内部分的数据。BSSU 120对图1上示明的每条STM-1链路用的诸字节内1比特的流(也称为一个比特位置)执行完全的SDH交换。BSSU 120与分框架中BSIU的连接通过双向光纤，它们端接于光收发信机201-204上。例如，光收发信机201连接至分框架110中BSIU 111来的光纤链路108上。BSIU来的每条光纤链路传输出1比特的数据流，用于连接至分框架上的32条STM-1链路。每排数据包含有每条STM-1链路来的1比特。在一个分框架诸如分框架110内，端口单元117向BSIU 111传送出来自所连接的STM-1链路的1比特排。BSIU 111对用于32条STM-1链路的每一条的诸比特起响应，将这些比特组成一个单比特流，在链路108上传送给BSIU 120。
由BSSU 120使控制信息和定时信息通过光纤链路104与交换机控制器101联通，光纤链路上端接有光收发信机和定时电路217。电路217在控制总线223上传递控制信息。
由TSI206-214执行从诸分框架上通过光收发信机201-204接收着的数据的交换。每一个BSSU内有16个TSI，这使得诸BSSU可提供完全的广播交换。TSI是成对地组群的，诸如TSI 206和207组成一对。可注意到，TSI 208和209、TSI 211和212以及TSI 213和214，也组成TSI对。在一个TSI对内，一种类型的TSI接收光纤链路来的数据，另一种类型的TSI在光纤链路上传送数据。为使术语简化，这两种类型的TSI称作传送型TSI和接收型TSI。每对TSI上具有关于其它TSI对接收到的全部比特的入口。做到这一点是利用了TSI之间的通行链路，它们容许互联于BSSU 120上的8条光纤链路上接收到的数据比特环流至分框架110-130上。通行链路群218中包含16条通行链路，即通行链路219-221。每条通行链路内包含4比特，每个TSI对将其互联的光纤链路中接收到的数据在两条通行链路上传送。例如，TSI 206在通行链路219和220上传送出自光收发信机201中接收到的数据。TSI 206和207对于在通行链路群218的其余14条通行链路中端接于光收发信机202-204上的其它光纤所关联的数据，予以接收。参照图3将作出说明，TSI对中的接收型TSI使光收发信机来的输入数据组成8比特数据流。例如，TSI 206对光收发信机201上接收到的数据起响应，将数据组成8个数据比特流，它们依靠TSI 206在通行链路219和220上传送。这8个数据比特流中的每个比特流内包含有由4个STM-1链路来的数据。TSI206对于每个数据比特流中的这8个比特在已通过TSI 207-214之后，再接收回来。TSI 206不继续环流这些数据比特流。
每个TSI从进入BSSU 120的所有输入的数据比特流中提取出4个数据比特流。接收型TSI将其提取的结果传输给传送型TSI。每个TSI对每个数据比特流执行完全的SDH交换，每个数据比特流中包含有用于4条STM-1链路的数据。例如，TSI206对于它已通过链路对222将交换至TSI207的输入数据比特予以传输。TSI207对于在链路对222上接收到的4比特和每个时钟周期中已交换的4比特起响应，将这些比特组成单-个数据比特流，然后传输至光收发信机201上。光收发信机201在链路108上传送此数据比特流。
PLL 224在光纤链路104上提供出输入信息必需的定时，并产生BSSU 120的内部定时。电路216将光纤链路104上接收到的控制信息分解成必须传输至端口控制器的信息和利用来控制BSSU 120工作的信息。两类信息放置在控制总线223的不同比特上。类似地，通过互联的光纤链路由接收型TSI从端口控制器上待接收的控制信息中放置在控制总线223上。电路216从控制总线223中提取出此接收到的控制信息，将它与诸SDH排组合起来，诸SDH排在光纤链路104上传送给交换机控制器101。
现在，考虑图3中示明的接收型TSI206。其它的接收型TSI在设计上是相同的。数据电路301接收来自光收发信机201的信息，提供出必需的弹性存储功能和定时恢复，使接收到的数据的定时与TSI206的内部定时相匹配。本技术领域内的熟练人员容易地知道，怎样来给出数据电路301的功能。数据电路301接受这串行比特流，将它组成8个较慢的比特流，它们在总线300上同步地传送给选择器303-307。共有16个选择器。8个较慢比特流的每一个包含有用于4条STM-1链路的数据。每个选择器从总线300中选择4比特，或者从通行链路群218的一条通行链路中选择4比特。诸选择器受选择器控制器309的控制，控制器309对总线308上接收的TSI地址起响应。TSI地址对于每个TSI来说是恒定的。一个接收型TSI中，任一时间上只有两个选择器在从数据电路中选择比特。本例子的TSI206中，控制器309从控制电路301中选择8比特输出在选择器303和304上。其余的选择器将是每一个从通行链路群218中选择4比特。例如，选择器307接收在通行链路221上传送的4比特。选择器303-307的输出传送给前向的通行输出电路311-314和延时电路316-319。电路311-314的输出在构成通行链路群302的诸通行链路上传送给TSI207。应当注意，TSI207对于从前向的通行输出电路312中接收的4比特起响应，执行对TSI206中延时电路316要作出说明的同样的延时功能。数据电路301也提取来自端口控制器的控制信息，它是指定在光纤链路104上传送至交换机控制器101的。此控制信息插入到控制总线223上，由图2中的电路216适当地组合成在光纤链路104上传送的信息。
延时电路316-319的功能是适当地对齐从数据电路301上接收的8比特和来自通行链路群218的其余56比特。需要这样做的原因在于，由图2中TSI208接收、然后通过TSI209-214传送至TSI206的8比特，与由数据电路301传输给选择器303和304的数据相比较，前者延时了15个内部时钟周期。由于每个延时块的延时量取决于该TSI相对于图2中其它TSI的位置，故该TSI地址也应用来控制延时电路316-319。
延时电路316-319的输出馈送至组成TSI分组321-324的TSI群320上。为使图3简明起见，未示明来自每个延时电路的每4比特连接至TSI群320中TSI分组321-324内每分组上的情况。TSI分组321-324内每分组对64个输入比特起响应，执行时隙互换功能，并向输向电路326-329中其有关的输出电路输出1比特。例如，TSI分组321将其交换的比特传送给输出电路326。输出电路326-329将它们的4比特通过链路对222传送给TSI207。这些4比特与TSI207交换输出的4比特组合起来。TSI207向光收发信机201传送此组合的比特，在链路108上传输。
图4上示明TSI207。延时块402-406执行的功能与图3中延时块316-319的功能相同。TSI分组411-414执行的功能与图3中TSI分组321-324的功能相同。前向的通行分组407-410执行的功能与图3中前向的通行分组311-314的功能相同。本技术领域内的熟练人员可容易地想象到，图3和图3中的TSI可以是一种共通的集成电路，依据电路是用作接收型或是传送型TSI，集成电路中不用的部分可简单地使之不工作。选择的作出可根据TSI地址中的信息。数据电路401对TSI分组411-414的输出和通过链路对222接收自TSI206的4比特起响应，执行正确的成帧以在光纤链路108上传输。此外，数据电路401将已经由图2中电路216分离开并放置在控制总线223上的控制信息，组合成信息在光纤链路108上传送给BSIU 111，所采用的技术是本技术领域内周知的。
图5以方框图形式示明图3中的TSI分组321。图3中的分组322-324和图4中的TSI分组411-414在设计上是相同的。由延时块316-319于每个时钟周期上产生的64比特信息在时隙计数器501的地址控制下装载入双端口存储器502中。4个时钟周期后，用于图1中全部256条STM-1链路的1比特数据已装载入双端口存储器502。对于每个时隙，时隙计数器501增1，直至它回到零，并从零起继续增1。计数器501对于BSSU 120接收的每一个多帧，循环计数一次。时隙RAM503的内容由控制总线223上接收到的信息设定，它已从交换机控制器101通过光纤链路104传送给BSSU 120。它装载入TSI RAM503中的每个字对每一时隙规定出，从64个输入比特中已存储入双端口存储器502的诸字中的哪一个被选择。在TSI RAM503的控制下，ROM506提供出固定的模式信号发生工作。由TSI RAMS03和ROMS06的内容实现完全的SDH交换功能。双端口存储器502中选择出的64比特和来自选择器508的1比特送往选择器504，在TSIRAM503来的一部分字的控制下，选择器504从65比特中选择出1比特，将这单个比特在链路330上传送给图3中的输出电路326。ROMS06在电缆507上输出8比特给选择器508。选择器508响应于总线223上的控制比特，如果ROM506是数据源，便选择出这些比特之一以传输给选择器504。
由于在任一时间点上，图2中TSI206-214的每一个内的每个TSI分组具有相同的信息，并能输出从任何特定的STM-1链路来的信息，在全部STM-1链路上传输，所以在BSSU 120内可实现完全的广播交换能力。因此，总起来看，BSSU 120-129提供出STM-1链路中全部比特的完全广播能力。此外，从任何数目的STM-1链路到其余的STM-1链路，可提供出从完全的到部分的广播能力的任何组合。有利点在于，借助于由BSU120-129执行的位片分切功能，分切成单独的位片，做到上述能力是可能的。
就广播能力而言，重要的是要实现有63个E1干线的等效数据由每个STM-1链路予以传输。在SDH交换协议中可交换的最低数据部分是一个E1干线。这意味着，可将一个输入的E1干线交换给所有其它输出的E1干线。这形成了大的广播能力，因为一个E1干线可以同16，127个其它的E1干线交换。
本技术领域内的熟练人员可容易地想象到，虽然本实施例说明了用于实现SDH交换功能的交换，但在输入链路上也可实现其它的协议交换。
现在来看一种情况，其中从交换机控制器101到诸端口控制器传输出定时信息。每个端口控制器有10条通路，通过它们可从交换机控制器101上接收定时信息。图6示明用于端口控制器116的这些通路。图6示明从交换机控制器101中位片控制(BSC)602到分框架110中端口控制器116的数字定时单元(DTU)603的定时通路。其它分框架有类似的DTU。BSC 602接收系统定时单元(STU)601来的定时信息。BSC 602通过诸如链路104之类的链路将嵌入有控制信息的定时信息传输给BSSU。数字锁相环路(DPLL)控制器608连同BSIU(诸如BSIU 111)对馈入BSIU 111-115的链路中恢复出的定时信息起响应，应用周知的技术计算一个调整值用于本机振荡器605。借助这种调整，本机振荡器605的输出在相位和频率上与分框架控制器101中的STU601同步，后者确定了系统频率。
数字锁相环路(DPLL)控制器608通过将BSIU 111-115接收的信息中相位和频率的单独差值进行平均来实现这种工作。DPLL控制器应用这这平均差值通过向振荡器调整电路606提供调整本机振荡器605的信息来控制振荡器605的输出。如下节中将说明，即使在BSC602与BSSU 120-129之间诸链路上的传输基于一个共同的时基，当由BSIU提取出相位和频率信息之前在诸通路上仍会发生相位噪声，因为事实上，一系列PLL被应用于每条去往DTU603的通路中。
如图6中所示明，BSSU 120对链路104上传送的控制信息起响应，首先利用RPLL 623恢复出在链路104上传送的频率，以便将此信息存储入弹性存储器中。用于内部定时的BSSU 120利用PLL 224产生出定时信息。利用TPLL 621产生的定时BSSU 120通过链路108传送出数据，为数据电路401提供频率。因此，BSSU 120应用三个串接的PLL，形成基本系统定时一定的抖动。
然后，链路108上传送的数据由帧调节器611予以成帧，帧调节器611中应用了一个类似于RPLL 623的RPLL。帧调节器611恢复出在链路108上传送的数据，利用由弹性存储器写入计数器612产生的地址将数据放入弹性存储器614中。应当注意，帧调节器611将链路108上传送的单个比特流转换成8个较慢的并行比特流，它们存储入弹性存储器614。在弹性存储器614中存储的每一个比特流是数据群，其每一个要在互联于分框架110上的STM-1链路中的4条链路上传送出去。读出方面，交换机616在将信息传送至合适的端口单元诸如分框架110中的端口单元117之前，从弹性存储器614内存储的每一个数据流中分离出用于单独STM-1链路的数据。这些数据流通过电缆626传送至各个端口单元。在弹性存储器读出计数器617的控制下，读出弹性存储器614中的信息。
发射机615执行的工作类似于单元612-617执行的工作，但是它还传送数据。发射机615对各个STM-1链路来的输出起响应，它们接收自诸端口单元，诸如图8中示明的端口117。如图8中所示，交换机817传送出接收自STM-1链路的信息，它是在为每个BSIU分离成各个数据比特流后从接收帧调节器803上接收到的。例如，发射机615通过电缆627的一部分的导线817接收一个这样的数据比特流。发射机615对于接收自电缆627的比特流起响应，将它们组成8个比特流，8个比特流的每一个包含有供4条STM-1链路用的数据。此信息通过电缆628传送至帧调节器611。然后，帧调节器611利用接收自定时信号发生器604的系统MFS信号和时钟信号在双向光纤链路108上传送出此信息。发射机615利用接收自定时信号发生器604的定时将信息传送至帧调节器611。帧调节器611通过光纤链路108将信息转送给BSSU 120的数据电路401。数据电路401利用一个类似于弹性存储器614的弹性存储器，使接收自发射机615的信息与PLL 224产生的定时处于同步状态。如后面将说明的，在BSC 602控制下每个端口单元作出判决，在STM-1链路上进入的每一个比特位置要传送给哪个BSIU。
从BSC 602传送来的控制信息通过BSSU由诸如帧调节器611之类BSIU的帧调节器分离出，传送给DTU 603的控制接收机631。控制接收机631选择出控制信息，它与BSIU 111-115中大多数的控制信息相同。控制接收机631分离出该控制信息，预定用于DPLL控制器608，并在电缆632将此信息传送给DPLL控制器608。控制接收机631提取出控制信息，它控制所连接的STM-1链路的哪个比特位置将由各个端口单元传递至BSIU 111-115。此控制信息通过电缆633传送给诸端口单元。有利点在于，多条控制信息通路的应用容许由简单的硬件电路诸如控制接收机631来确定最终的控制信息，它能快速响应于新的控制信息。
弹性存储器614的用途是容许缓存从链路108上接收到的数据，以便读出弹性存储器614中的此数据，在与分框架中其它BSIU内等效单元同步的状态下传送给合适的端口单元。弹性存储器写入计数器612受两者的控制，一是导线618上帧调节器611来的时钟信号产生出的频率，一是导线619上传送出的系统复帧选通(MFS)信号。帧调节器611从导线108上传送的数据内嵌入的定时信息中恢复出这两种信号。系统MFS信号确定了在链路108上传输的每个数据复帧的开始，时钟信号确定了一种码率，在此码率上帧调节器611对写入弹性存储器614的8个并行数据帧的每一个呈现一新比特。链路108来的系统MSF确定出，在何时弹性存储器写入计数器612应为零。类似地，弹性存储器读出计数器617受两者的控制，一是导线638上传送出的MFS信号，一是导线639上DTU603的定时信号发生器604传送出的时钟信号。定时信号发生器604受本机振荡器605的输出的控制。如果本机振荡器605产生的频率和相位在长的时间段上与交换机控制器101中BSC 602所利用的振荡器的频率和相位相同，则当导线638上MFS信号置定弹性存储器读出计数器617于零时，弹性存储器写入计数器612将示明等于最大计数值的一半。这一功能由DPLL控制器608执行。弹性存储器写入计数器612与弹性存储器读出计数器617的内容的差值的设计，考虑到了DTU 603所利用的频率的波动和交换机控制器101中BSC 602所利用的系统频率的波动。
现在仔细看一下DPLL控制器608如何调整本机振荡器605的频率。分框架MFS信号出现时，弹性存储器写入计数器612的内容被选通入锁存器613。BSIU 111-115的每一个有一个与锁存器613类同的锁存器。DPLL控制器608对分框架MFS信号起响应，读出这些锁存器中每一个的内容。然后，DPLL控制器608示明从每个锁存器内容中减去最大值的一半，最大值是弹性存储器写入计数器612中可存储的值。对BSIU 111-115的每一个所得到的数目确定了从关联的BSSU内其输入链路的各个BSIU中进行恢复时，本机振荡器605的相位与系统频率的相位的差值。DPLL控制器608响应于这些得出的数目，执行图7中示明的动作。
图7以流程图形式示明在调整本机振荡器605的频率中，图6上所示的DTU603的DPLL控制器608所执行的步骤。进入开始框701而工作开始后，判决框702作出判决，执行计算以调整本机振荡器605的频率的时间段是否已经过去。有利点在于，该时间段为1毫秒。如果回答为否，则判决框702返回去。如果判决框702的回答为是，则框703选择出可利用表中供应用的第一BSIU。可利用表确定出一些BSIU，它们的定时先前已判定为精确的。接着，框架704读出与选择的BSIU关联的误差信息。这个误差信息是从诸如BSIU 111中帧调节器611之类选择出的BSIU的帧调节器中得到的。判决框706判定，在互联于选择的BSIU及其相关的BSSU上的链路中，是否是检测出链路误差。如果回答为是，即检测出一个误差，则向框709传送出控制，从可利用表中去掉所选择的BSIU。执行框709之后，向判决框712传送出控制，框712的工作在本节后面说明。回到判决框706，如果回答为否，则由判决框708判定，自有关的BSSU来的信息是否指明有关的BSSU中有内部误差。从帧调节器611中也得到此信息。如果判决框708中的回答为是，则控制信息传送给框709，框709的工作前面已说明。如果判决框708中的回答为否，则框711在从此值上减去弹性存储器写入计数器最大计数值的一半之后，将诸如差值锁存器613之类所选择BSIU的差值锁存器来的值加入至总值上，它维持着供随后应用。执行框711后，由判决框712判定，在可利用表中是否列出有另一个BSIU。如果回答为是，该BSIU被选择，由判决框712将控制信息传送回框704。
回到判决框712上，如果回答为否，则框713确定出BSIU中锁存器来的信息的平均值，而那些BSIU是经计算的总值除以鉴定的BSIU数目后为合格的。这两个数目在框711中计算出。采用平均数是利用了这样的事实，当可用的信号源数目增加时，不相关的噪声将减少。然后，框714应用本技术领域内周知的技术，利用此平均数来计算调整值，并将该调整值传送给振荡器调整电路，诸如振荡器调整电路606。将控制信息传送至判决框716。
判决框716判定，在可利用表中的诸BSIU上执行统计筛选测试的时间是否已过去。如果回答为否，则控制信息传送回判决框702。统计筛选有利地每10毫秒执行一次。本技术领域内的熟练人员容易地知道，统计筛选可在不同时间段执行。如果判决框716中的回答为是，则框717选择第一BSIU，它有利地可以是BSIU 111。然后，判决框718计算平均值的标准偏差，并判定从选择的BSIU中差值锁存器上读出的值是否处在框713中计算出的平均值的标准偏差之内。如果判决框718中的回答为否，则在控制信息传送至判决框722之前，从可利用表中去除所选择的BSIU。回到判决框718，如果回答为是，则在传送控制信息给判决框722之前，框719将选择的BSIU相加到可利用表上。判决框722判定，是否有另一个BSIU要统计地筛选。在例子中，要筛选的最后BSIU是BSIU 115。如果判决框718中的回答为是，则框723选择下一个BSIU，并向判决框718传送回控制信息。如果判决信息。如果判决框722中的回答为否，则向判决框702传送回控制信息。
对图7的讨论是就选择一个BSIU而言的，它已从光纤链路连同有关的BSSU中恢复出一个频率，这是足够稳定地可利用来计算本机振荡器605的调整值的。然而，就BSIU 111而言的例子，本技术领域内的熟练人员容易地知道，被选择的是包含光纤链路108、BSSU 120整体和端口单元117的通路。就是从BSIU 111到BSC 602的通路被选择着和鉴定着。
图8示明端口单元117。其它端口单元有类同的设计。利用导线813上来自DTU603中定时信号发生器604的STM-1时钟信号，在PLL802的定时控制下在STM-1链路103上传送出数据。应当注意，图8中未示明收发信机，但本技术领域内的熟练人员对此是周知的。这一传输利用周知的技术来完成。自STM-1链路103来的输入数据由接收机帧调节器803成帧。
对图8可关注的是其中执行的远地相位检测，使得STU 601可通过端口单元117在相位和频率上锁定于STM-1链路103。链路频率由接收机帧调节器803恢复，传送给抗混叠PLL 804。PLL 804有一个50Hz低通相位传输功能，并将得到的已滤波信号作为数字时钟信号传递给计数器805。此外，PLL 804传送信息给远地相位控制器809，信息涉及通过电缆811的输入链路上是否有过分的抖动或时钟丢失。计数器805是自由运行计数器，它简单地向上计数并回到零。计数器805的输出在通过导线638、自定时信号发生器604上接收到的MFS信号控制下，锁存入锁存器806中。MFS信号每500微秒发生一次，在图6的导线638上传送。SUB-MFS信号是MFS信号减去17倍数的信号，在导线812上传送。锁存器806中先前锁存的数据由MFS信号按时钟节拍进入锁存器807。减法器808计算锁存器806和807内容之间差值。锁存器806与807之间的差值代表了在最后的MFS时间段期间发生的输入时钟周期的数目。一个预期的差值数目然后被应用来降低由远地相位控制器809必须传输的比特数目。该预期的差值数目是这样的时钟周期数目，当STU601与STM-1链路处于完全同步状态时该数目是可预期的。这个预期的差值然后被减法器808从锁存器806与807内容之间的差值中减去，得到最后的差值。然后，这个最后差值应用来代表500微秒时间段内链路频率与图6中本机振荡器605产生的频率之间相位上的增量差。由于本机振荡器605的频率基本上是STU 601产生的系统频率，并利用来对图1中示明的系统进行定时，故该最后差值代表了在一个MFS时间段上链路频率与系统频率之间的差值。此最后差值传送给STU 601，并由该电路利用来调整系统频率，直至系统频率与链路频率在相位和频率上相符。
远地相位控制器809在每个MFS信号发生时形成一个远地相位消处。该远地相位消息由减法器808来的当前差值和过去最后16次计算上发生的诸差值之和(也称为差值累加)组成。本技术领域内的熟练人员会容易地想象到，除了最后16次计算累加之外，可以有不同的求和。例如，可以计算出由两次计算所代表的差值之和。此外，本技术领域内的熟练人员会容易地想象到，在每个MFS信号发生时的远地相位消息中可传送出多个个差值之和。另外，该消息包括了通过电缆811自PLL 804传送来的信息加上计数器810的内容。计数器810是简单的二进制计数器，它计数至16，然后复位至零。计数器810的内容规定了由远地相位控制器809产生的远地相位消息的序列。将远地相位消息传送给图6中DTU603的DPLL控制器608上。每个端口单元向DPLL控制器608传送出独特而类似的远地相位消息。在从STU 601中先前接收到的消息的控制下，DPLL控制器608例证性地选择出这些远地相位消息中的0、1或2个，通过BSIU 111-115和BSSU 120-129的每一个将选择的远地相位消息传送给STU 601。在任一时间上，STU 601将只应用自一个端口单元来的远地相位消息。有利点在于，STU 601可以从每个分框架中选择两个远地相位消息，在任一给定时间上可选择出高到16个此类远地相位消息。本技术领域内的熟练人员可容易地想象到，这种能力能使STU 601实现多个类型的同步工作。STU 601根据哪些STM-1链路已被指明为具有最高频率精度来作出基准选择。此种灵活性容许STU 601选择出端接于图1中所示系统上的256条STM-1链路的任何一条，作为对其进行系统频率调整的链路。
由端口单元117从STM-1链路103中接收的数据由接收帧调节器803首先成帧。应当注意，接收帧调节器803中包括弹性存储器614及关联的写入和读出计数器的功能。信息自接收帧调节器803的弹性存储器中读出，以8比特并行地传送给交换机814。交换机814对电缆633上接收到的、来自控制接收机631的位片控制信息起响应，为诸电缆形成诸比特流去往BSIU 111-115。例如，如果BSIU 111被应用来交换数据，则一路比特流将通过导线817传送至BSIU 111。
在STM-1链路103上要传送出去的数据由交换机816接收自BSIU 111-115中的每一个，交换机816主动地交换数据。例如，交换机816通过导线629从交换机616上接收经由导线629的STM-1链路中1比特位置的比特。响应于通过电缆633从控制接收机631上接收的控制信息，交换机616安排好在输入连接器上接收到的比特位置，使得它们在平行传送的比特上有合适的位置，经电缆818去往发射机帧调节器801。电缆818传输平行的8比特。发送帧调节器801对每一周内接收的8个输入比特起响应，将它们形成串行比特流，在STM-1链路103上传输。
图9较详细地示明图6中的STU 601。自诸如图8中远地相位控制器809之类的远地相位控制器传送出的远地相位消息由BSC 602首先接收，BSC 602将此类消息传输至图6中的STU 601。DPLL控制器901对所选择的端口单元来的远地相位消息起响应，通过振荡器调整电路903就相位而言控制本机振荡器904。本机振荡器904被调整于精密振荡器905和选择的STM-1链路上。由DPLL控制器901利用来实现本机振荡器904调整的算法是本技术领域内的熟练人员所周知的，并公布在例如美国专利No.5,483,201中，该专利引入在此作为参考。本机振荡器904的输出利用来激励定时信号发生器906，发生器906向BSC 602给出系统定时。
图10示出STU 601的另一个实施例。此实施例中，对于定时信号发生器1006提供系统频率来说，单元1001-1005的功能与图9中单元901-905的情况相同。象图9中STU 601的第一实施例那样，DPLL控制器1001对所选择的端口单元来的远地相位消息起响应，控制本机振荡器1004。此外，以于图1中示明的系统的物理位置来说，是另一种外部交换系统，它需要从STM-1链路中的另一个上导得其系统频率。由于定时信号发生器1006的频率和相位精确地表示在诸如端口单元117的每个端口单元出口，所以通过STU 601利用图10中的数字合成器1012，由诸如图8中远地相位控制器809之类远地相位控制器产生的远地相位消息，可应用来重现任何给定的STM-1链路的频率。DPLL控制器1001响应于该远地相位消息，对定时信号发生器1006来的脉冲数目进行控制，通过控制数字合成器1012可将远地相位消息传送给模拟PLL1008。模拟PLL 1008对输入的脉冲起响应，再生出一个模拟信号，它是所选择的STM-1链路频率和相位的高度精确和滤波后的信号代表。然后，此模拟信号传送至外部交换系统。
图11示明由图10上诸单元产生的信号。波形1101示明由定时信号发生器1006在导线1007上输出的频率信号。如果该频率信号的频率和相位在长的时间段内与定时信号发生器1006在导线1007上输出的频率信号相同，于是数字合成器1012连续输出图11的波形1103上示明的脉冲。结果，在导线1007上从定时信号发生器1006中每接收到6个脉冲时，数字合成器1012便在导线1009上向模拟PLL 1008传送出导线1007上接收到的6个脉冲中的4个脉冲。模拟PLL 1008对这些脉冲起响应，有利地产生出2048KHz信号，它传送给外部交换系统。如果STM-1链路的线路频率低于定时信号发生器1006的频率，则数字合成器1012在DPLL控制器1001的控制下，通过产生如波形1102中示明的6个脉冲中的3个脉冲，就频率上的该差值进行调整，直至模拟PLL 1008的输出与STM-1链路的频率和相位相符。类似地，如果STM-1链路的频率信号高于定时信号发生器1006的频率，则在DPLL控制器1001的控制下，如波形1104中所示明，数字合成器1012对于导线1007上接收到的输入脉冲，每6个脉冲传送出5个脉冲。模拟PLL 1008对这些增量的脉冲起响应，使传送至外部交换系统的信号的频率升高。模拟PLL1008的设计中使它响应于在其输出端上接收的脉冲数目，以产生出一个平滑、稳定的模拟信号，这是本技术领域内的熟练人员周知的。
图12详细地示明图10中的数字合成器1012。单元1201-1205组成一个模6计数器，在导线1007中从定时信号发生器1006上接收到6个时钟脉冲后计数器重新开始计数。模6计数器及它们工作的设计是本技术领域内熟练人员周知的，这里不再说明其细节。研究一下图12中示明的逻辑电路的总体工作。若触发器1214置位，则如图11中波形1103所示，在导线1007上接收到的模6计数器一个循环中有5个脉冲输出，通过门电路1221和1222传送至导线1009上。如果触发器1213置位而触发器1214不置位，则如图11中波形1102所示，模6计数器一个循环中有3个脉冲输出，通过门电路1221和1222从导线1007传送至导线1009上。如果触发器1214或1213都不置位，则模6计数器一个循环中有4个脉冲输出，通过门电路1221和1222自导线1007传送至导线1009上。门电路1216-1219都对模6计数器的状态(触发器1201-1203)起响应，控制触发器1220，触发器1220接着控制门电路1221，实现前面叙述的关于触发器1213和1214那样的工作。本技术领域内的熟练人员可容易地知道，触发器1201-1203类如单元1213-1222的工作那样地实现这些工作。
对于模6计数器的每一循环，触发器1214的状态由移位寄存器1211的输出确定，触发器1213的状态由移位寄存器1212的输出确定。移位寄存器1211和1212各包含8比特。此类8比特是通过自DPLL控制器1001经由电缆1011接收到的数据和选通信号插入至移位寄存器中的。要装载入移位寄存器1211的数据通过分电缆1225接收到，在导线1223和1224上选通信号的控制下装载。类似地，要装载入移位寄存器1212的数据通过分电缆1226接收到，在导线1223和1227上接收到的选通信号控制下插入至移位寄存器1212中。对于模6计数器的每一循环，移位寄存器1211和1213只移位一次。在移位寄存器内的这种比特移位受门电路1206和触发器1207的控制，它们可在模6计数器循环的开始处容许导线1007上的时钟信号使移位寄存器移位。
图13以流程图形式示明DPLL控制器1001在控制数字合成器1012中执行的步骤。判决框1301判定，是否是对送往数字合成器1012的调整量进行计算的时间。这个计算有利地每8毫秒实施一次。要记住，图8中远地相位控制器809之类的远地相位控制器每8毫秒计算一次系统频率与线路频率之间的差值，而在8毫秒时间上维持诸差值之和。这个差值的累加量被利用来调整数字合成器1012。如果判决框1301的回答为是，则向判决框1302传送一个控制信号，以判定是否在远地相位消息中发生一个误差。如果判决框1312的回答为是，则向框1303传送一个控制信号用于误差校正。如果判决框1302的回答为否，则向判决框1304传送控制信号，由判决框1304判定差值累加是否大于“-7”而小于“7”。如果判决框1304的回答为否，则向框1303传送一个控制信号用于误差校正。如果判决框1304的回答为是，则由判决框1306判定，差值累加是否小于零。如果判决框1306的回答为是，则向框1307传送一个控制信号，将差值累加的绝对值转换成字节中等效的比特数目。例如，如果差值累加量为“-4”，则框1307将形成一个字节，它有4个“1”和4个“0”。在框1307中形成该字节之后，向框1308传送一个控制信号，由框1308将形成的字节装入移位寄存器1212，将诸个0插入移位寄存器1211。
回到判决框1306，如果其回答为否，则由判决框1309判定，差值累加是否大于零。如果回答为是，则由框1312形成一个字节，它包含有等于差值累加量的绝对值的等效比特数目。然后，在将控制信号传送回判决框1301之前由框1313将此形成的字节装入移位寄存器1211，将诸个零插入移位寄存器1212中。如果判决框1309的回答为否，则将控制信号传送给框1311，在将控制信号传送回判决框1301之前由框1311将诸个0插入移位寄存器1211和1212中。
权利要求
1．通过一个中心定时单元用以对一个交换系统中的多个端口接口调整定时的一种装置，包括多个端口定时单元，用以对多个端口接口的诸群提供定时信息，多个端口定时单元的每一个为单独的群提供定时；多个交换单元，用以通过多个端口接口在多条外部链路之间进行数据通信；从中心定时单元到多个端口定时单元的多个定时通路，多个定时通路的每一条通过单独的一个交换单元进行通信；诸定时差值检测器群，每个定时差值检测器群独立地将一个个端口定时单元连接至多个定时通路上；每一个定时差值检测器群，用以在多个定时通路的单独一个与所连接的多个端口定时单元的一个之间，确定出时间上的差值；多个端口定时单元的每一个对于所连接的诸个定时差值检测器确定出的时间差值起响应，调整多个端口定时单元的每一个的定时。
2．权利要求1的装置，其特征在于，多个端口定时单元的每一个在多条定时通路的每一条上确定出有效的定时信息；多个端口定时单元的每一个从有效定时信息中计算信息，用以调整多个端口定时单元的每一个的定时。
3．权利要求2的装置，多个端口定时单元的每一个统计性地计算有效定时信息。
4．权利要求3的装置，其特征在于，交换单元的每一个对中心定时单元来的定时信息起响应，将定时信息与传送回每个端口接口的数据组合起来，以建立起从中心定时单元到每一个端口定时单元的多条定时通路。
5．通过中心定时单元和具有为多个端口接口的诸群提供定时信息的多个端口定时单元的交换系统，对该交换系统中多个端口接口调整定时的一种方法，多个交换单元用以通过多个端口接口在多条外部链路之间进行数据通信，多个定时差值检测器的诸群中的每一个定时差值检测器群独立地将多个端口定时单元中的一个连接至多条定时通路上，该方法包括步骤通过多个端口的定时单元的每一个为多个端口接口的单独的群提供定时；从中心定时单元到多个端口定时单元联通多条定时通路，多条定时通路的每一条通过单独的一个交换单元进行通信；由每一个定时差值检测器群在多条定时通路中的单独一条通路与所连接的多个端口定时单元的一个之间确定出时间上的差值；借助于多个端口定时单元的每一个响应于由连接的诸个定时差值检测器确定的时间差值，以调整多个端口定时单元中每一个的定时。
6．权利要求5的方法，还包括步骤借助多个端口定时单元的每一个在多条定时通路的每一条上确定有效定时信息；借助于多个端口定时单元的每一个从有效定时信息中计算出信息，以调整多个端口定时单元的每一个的定时。
7．权利要求6的方法，进一步包括由多个端口定时单元的每一个统计地计算有效定时信息的步骤。
8．权利要求7的方法，进一步包括将定时信息与传送回端口接口的每一个的数据组合起来，以通过每个交换单元对中心定时单元来的定时信息的响应，从中心定时单元到端口定时单元的每一个建立多条定时通路。
全文摘要
建立起多条通过一个交换网络的定时通路,该网络有多个独立的交换单元,每个交换单元通过该交换网络对来自给定的外部数据链路的每群数据的1比特进行交换。每个交换单元建立一条通路到达多个端口定时单元的每一个,每个端口定时单元控制一个端口单元集。每个端口定时单元对多条定时通路上接收到的定时信息起响应,利用此定时信息向其端口单元集提供定时。每个端口定时单元包括定时差值检测器。
文档编号H04J3/00GK1212544SQ9811880
公开日1999年3月31日 申请日期1998年8月28日 优先权日1997年8月29日
发明者詹姆斯·R·波托里尼 申请人:朗迅科技公司