|
Forskare
vid SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut har tillsammans
med InformAsic utvecklat ett helt nytt sätt att överföra
mycket precisa tidsangivelser genom fiberoptiska länkar. Med den
nya lösningen skapas alternativ till den GPS-teknik som idag
dominerar marknaden inte bara för navigering utan också
för noggrann tidssynkronisering. Nyligen genomförda tester
i såväl laboratorie- som verklig miljö (Giga Sunet) visar
att fastställda krav uppnåtts och konfirmerats.
GPS
är sårbart
De
system som idag använder GPS för navigering eller
tidsangivelser är sårbara då GPS-signalerna är
relativt svaga och därmed känsliga för störsändare
av olika slag. Samtidigt kräver alltfler avancerade databaserade
system synkronisering och därmed ökat behov av exakta
tidsangivelser. Exempel är bl a telekomoperatörerna som
måste kunna erbjuda hög kvalitetet vid överföring
av röst, video, data, spel etc i realtid. Finansiella
institutioner kräver också exakta tidsangivelser för
exempelvis transaktioner i samband med valutahandel.
Ny
lösning kan använda befintliga nätverk
Genom
att integrera den nya lösningen i ett fiberoptiskt nätverk
erhålls ett alternativ till tidsangivelser via GPS. Det innebär
i sin tur en mindre störningskänslig miljö både
för industri och samhälle. Tidigare försök med
tidsöverföring via fiberkablar har gjorts genom att använda
dedicerade ledningar. Dessa lösningar kräver extra
utrustning vid sändaren, vilket kräver extra kapacitet och
både installation och drift får därmed ökade
kostnader, något som i sin tur hindrar en bredare
implementering. Den nya lösningen kan istället utnyttja den
data som redan håller på att överföras i
nätverken. Tekniken kan användas i nätverk baserade på
godtyckligt protokoll, men implementationen är gjord för
SDH/SONET, vilka är de standarder som används i Europa och
USA vid kommunikation över fiberoptik. Med den nya speciellt
utvecklade höghastighetsenheten ”Header Recognizer” kan en
viss känd position i SDH/SONET- protokollet detekteras och
därefter användas som referens för tidsangivelser.
Tekniska
utmaningar
Utvecklingen
av höghastighetsenheten innebar flera tekniska utmaningar. Först måste den exakta
tidpunkten för när en specifik sekvens har anlänt
kunna fastställas. Detta måste ske genom att analysera
inkommande data i en hastighet av 10 [Gbit/s] och finna mönstret
som just den definierade sekvensen har. Därefter skall en signal
genereras och skickas vidare med 10 [Gbit/s] i exakt rätt
tidslucka. Ytterligare krav är att utsignalen måste vara
på 500 millivolt peak-to-peak [mV p-p] med mindre än 25
picosekunders [ps] stigtid och med ett maximalt jitter på 10
[ps]. Kombinationen av dessa krav medförde att inga idag på
marknaden tillgängliga standard-kretsar/komponenter kunde
användas. För att få en bild hur litet 10 [ps] är
kan nämnas att den tid det tar för ljuset att förflyttas
3 [mm] tar just 10 [ps]. Som jämförelse rör sig ljuset
runt jorden hela 7,5 varv på en enda sekund.
Utvecklat
egen lösning
För
att klara kraven och utmaningarna utvecklade InformAsic därför
en egen lösning bestående av demux och mux från
Vitesse och en Stratix II FPGA från Altera i mitten. Först
delas 10 [Gbit/s] signalen upp i 16 parallella
signaler à 622 [Mbit/s]. Dessa tas sedan in i FPGA:n, vilken
letar efter den önskade sekvensen. När den är funnen
skapar FPGA:n en 20 nanosekunder [ns] lång signal som skickas
vidare med extremt hög precision till tidsräknaren.
Små
temperaturskillnader skapade fördröjningar
Under
arbetet upptäckte utvecklingsteamet att en av konsekvenserna med
den höga överförings-hastigheten var att även en
minimal förändring i temperaturen skapade fördröjningar
som ledde till att de tuffa kraven på precision inte kunde nås.
Detta löstes genom att använda klockor på ett
innovativt sätt. Den nya lösningen inkluderar totalt sju
olika klockor som är genererade av ”phase locked loops”
(PLL), varav två interna PLL i FPGA:n används för att
skapa en fördefinierad tidsfördröjning för att
synkronisera alla signalerna.
|