专利名称：一种通道时延补偿方法
技术领域：
本发明涉及基于SDH对称路径业务通道对时的基本原理以及利用SDH实现精确对时的具体方案，具体涉及一种准确快速、高精度的通道时延补偿方法。
背景技术：
时间同步系统是一种能接收外部时间基准信号，并按照要求的时间精度向外输出时间同步信号和时间信息的系统。它能使网络内其它时钟对准并同步，通俗来说时间同步就是采取技术措施对网络内时钟实施高精度“对表”。时间同步广泛应用于各类信息系统，尤其是对时间敏感的复杂信息系统中。以电力系统智能变电站为例，各类装置需要时间同步，以保证各类装置动作顺序正确且适应电信号以光速运行的环境条件，如果时间不同步，严重情况下有可能将造成系统瘫痪。此外，时间同步在许多领域都很重要，如在金融交易中一般遵循“价格优先、时间优先”的交易规则；在通信系统中用户计费与时间几乎完全挂钩；在大型分布式商业数据库中需要准确记录客户的交易信息；上述各类现象无不与高精度时间同步紧密相关。根据全国电力技术市场协会预计，在2012年之前，时间同步系统将保持不低于40%的增长速度。随着国家电网公司智能电网建设计划，设备的智能化，测控数据采集、传输的网络化，对授时的精度提出了更高的要求，同时将进一步加强对发电、输电、配电、调度等环节的测量和监控，这需要在全网建立统一时钟同步、统一授时的同步网。时间同步对电力系统稳定运行、监控保护、故障分析处理等具有重要意义。因此，时间同步系统是智能电网最重要的基础保障之一，而当前主要采用天基系统(GPS或北斗星)同步方案，受天气、地域、环境和人为因素的影响很大。任何天基系统信号都容易受到干扰，包括人为的(如军事上的)和自然的(如太阳耀斑、天气等)，可靠性无法保证，风险不言而喻。本文介绍的基于SDH的时间同步方案，可以利用现有SDH网络实现时间同步，作为GPS方案有效的备份，极大提升系统的安全性和可靠性。我国采用的是欧洲的El标准，El的数据率就是2.048Mb it/s ο El的一个时分复用帧(其长度T = 125us)共划分为32相等的时隙，时隙的编号为CH0-CH31。其中时隙CHO用作帧同步用，时隙CH16用来传送信令，剩下CH1-CH15和CH17-CH31共30个时隙用作30个话路。每个时隙传送8bit，因此共用256bit。每秒传送8000个帧，因此PCM—次群El的数据率就是2.048Mbit/s。SDH网络是一个频率同步的数字传输网，频率同步即三层网络的等级主从同步。SDH设备具有时钟接口和模块，正常工作时下级时钟跟踪锁定上级时钟，能够通过STM-N线路码流传送同步基准信号，也可接收外部时钟信号或提供外部时钟信号，并可根据时钟质量进行实时自动时钟倒换。因此，SDH既是频率同步信号的使用者，又是频率同步信号的传输者。在现有的SDH系统外围增加带有El接口时间同步设备负责发送和接受时间编码信号。由发送端接收外部时钟源(GPS卫星、BD卫星、IRIG-BDC、PTP等)得到时间信息编码并发出基准时间信号输入主节点，再由主节点的SDH网络设备发出到从节点的SDH网络设备接收端，通过主、从节点之间的2ME1互连通道实现时间的传递。接收端解析收到的时间信息的同时，将收到的时间编码经由SDH网络设备发回至发送端，用于通道延时测量。由于SDH网络设备间频率同步，那么接收端与发送端配合测量出精确的通道延时，从而也就能恢复出精确的时间信息。目前最通用的通道时延补偿方法是双向法，此双向法在电力系统中也有应用，光纤纵差线路继电保护系统常用双向法计算通道时延；传统的梯形双向法是目前采用最多的算法，然而这些算法都存在着误差缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述的不足，提供一种准确快速、高精度的通道时延补偿方法。实现上述目的的技术措施:主站端发送时间编码信息经过SDH网络后，到达从站端，然后再由从站端返回时间编码，在经由对称路径的SDH网络后回到主站端。而主站端自发送时间编码时，开启FPGA高速时钟计数器，到收到时间编码后停止，即可测量出通道双向传输时间Tl。反复多次测量通道时间后，根据频率同步原理，对计数值进行补偿即可得出精确的通道时延。此测量方法适用于路径对称SDH网络中。经过实时测量、计算得到通道时延后，将延时时间由下一秒的时间编码发出，从站端收到时间编码后，解析即可得到通道时延，并根据实时补偿算法，计算出补偿值。写入FPGA中的脉冲恢复模块中，即可恢复高精度的脉冲信号。设Θ⑴是主站端时间标准函数的相位函数，O ( Θ⑴< 2π。则Θ (tl)是主站向从站发送第η巾贞时刻tl的从节点时间标准函数的相位；Θ (t2)是从站端收到第η帧时刻t2的主站端时间标准函数的相位；Θ (t3)是主站端收到从站端返回的数据帧时刻t3的主站端时间标准函数的相位；δ I是第n帧主站端到从站端的传输延时；δ 2第η帧从站端返回到主站端的传输时延；Θ e是主站端超前从站端时间标准函数的相位差。设α为tl与t3时刻的相位差，得α = 2η π + Θ (t 3)-θ (tl)β 为 t2 与 t 3 时刻的相位差，得 β = 2Ι 3Τ+Φ ( 3)-φ (t2)可得环路时延 δ 1+ δ 2 = α ω 2~ β ω----------------------(I)设δ 2 = ρ δ I得θ e = 2k τι + θ (tl)— Φ (t 2) +11+ρ (α—ω1ω2β)----(2)在⑵式中，θ (t)是在主站端测量的。因此，9e所能达到的准确度取决于主站端时钟精度。而从站端恢复脉冲的根据就 是Ge。时钟同步精度完全取决于主站端与从站端所使用的时钟精度。 采用本发明的通道时延补偿方法后，所得到的主从同步后的脉冲准确度大大提高，已接近导航卫星系统的时间传递精度。
图1为现有的双向法的工作原理示意图。图2为本发明采用的通道时延补偿方法的原理图。图3为智能识别软件处理流程图。图4为对时示意图。图5为对时实现框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。图4、5为对时示意图和对时实现框图，图1为现有的双向法的工作原理示意图，此双向法在电力系统中也有应用，光纤纵差线路继电保护系统常用双向法计算通道时延；传统的梯形双向法是目前采用最多的算法。图2为本发明采用的通道时延补偿方法的原理图，与图1不同的是由主站端发送时间编码信息经过SDH网络后，到达从站端，然后再由从站端返回时间编码，在经由对称路径的SDH网络后回到主站端。而主站端自发送时间编码时，开启FPGA高速时钟计数器，到收到时间编码后停止，即可测量出通道双向传输时间Tl。反复多次测量通道时间后，根据频率同步原理，对计数值进行补偿即可得出精确的通道时延。此测量方法适用于路径对称SDH网络中。经过实时测量、计算得到通道时延后，将延时时间由下一秒的时间编码发出，从站端收到时间编码后，解析即可得到通道时延，并根据实时补偿算法，计算出补偿值。写入FPGA中的脉冲恢复模块中，即可恢复高精度的脉冲信号。
图3为相位差测量算法的示意图，用来测量主站端与从站端时间标准函数的相位差。如图c所示，图中上半部分是主站端产生的时间标准函数(角频率为ω I)、主站端发送到从站端的2.048Μ bit/s数据帧和主站端接收到的来自从站端的数据帧。图中下半部分是从站端产生的时间标准函数(角频率为ω 2)、从站端发送到主站端的2.048Μ bit/s数据帧和从节点接收到的来自主节点的数据帧。设Θ⑴是主站端时间标准函数的相位函数，O ( Θ⑴< 2 π。则Θ (tI)是主站向从站发送第η巾贞时刻11的从节点时间标准函数的相位；Θ (t2)是从站端收到第η帧时刻t2的主站端时间标准函数的相位；Θ (t3)是主站端收到从站端返回的数据帧时刻t3的主站端时间标准函数的相位；δ I是第n帧主站端到从站端的传输延时；δ 2第η帧从站端返回到主站端的传输时延；Θ e是主站端超前从站端时间标准函数的相位差。设α为tl与t3时刻的相位差，得α = 2η π + Θ (t3)- Θ (tl)β 为 t2 与 t3 时刻的相位差，得 β = 2m π + Φ (t3) - Φ (t2)可得环路时延 δ 1+ δ 2 = α ω 2~ β ω----------------------(I)设δ 2 = ρ δ I得θ e = 2k τι + θ (tl)— Φ (t2) +11+ρ (α—ω1ω2β)----(2)
在⑵式中，Θ⑴是在主站端测量的。因此，9e所能达到的准确度取决于主站端时钟精度。而从站端恢复脉冲的根据就是Ge。时钟同步精度完全取决于主站端与从站端所使用的时钟精度。
权利要求
1.一种通道时延补偿方法，其特征在于， 主站端发送时间编码信息经过SDH网络后，到达从站端，然后再由从站端返回时间编码，在经由对称路径的SDH网络后回到主站端。而主站端自发送时间编码时，开启FPGA高速时钟计数器，到收到时间编码后停止，即可测量出通道双向传输时间Tl ;反复多次测量通道时间后，根据频率同步原理，对计数值进行补偿即可得出精确的通道时延； 相应的补偿算法为: 设Θ⑴是主站端时间标准函数的相位函数，O ( Θ⑴< 2π。
则Θ (tl)是主站向从站发送第η帧时刻tl的从节点时间标准函数的相位； Θ (t2)是从站端收到第η帧时刻t 2的主站端时间标准函数的相位； Θ (t3)是主站端收到从站端返回的数据帧时刻t3的主站端时间标准函数的相位； δI是第η帧主站端到从站端的传输延时； δ 2第η帧从站端返回到主站端的传输时延； Θe是主站端超前从站端时间标准函数的相位差。
设α为tl与t3时刻的相位差,得α = 2η π + Θ (t3)- Θ (tl) β为t2与t 3时刻的相位差,得β = 2m3i +Φ ( 3)-φ (t2) 可得环路时延 δ 1+ δ 2 = α ω 2~ β ω----------------------(I)设 δ 2 = ρ δ I得 θ e = 2k τι + θ (tl)— Φ (t2) +11+ρ (α—ω1ω2β)----(2) 在(2)式中，θ (t)是在主站端测量的。因此，0e所能达到的准确度取决于主站端时钟精度。而从站端恢复脉冲的根据就是Ge。时钟同步精度完全取决于主站端与从站端所使用的时钟精度。
2.根据权利要求1所述的通道时延补偿方法，其特征在于，应用于路径对称SDH网络中时，经过实时测量、计算得到通道时延后，将延时时间由下一秒的时间编码发出，从站端收到时间编码后，解析即可得到通道时延，并根据实时补偿算法，计算出补偿值；并写入FPGA中的脉冲恢复模块中，即可恢复高精度的脉冲信号。
全文摘要
本发明涉及一种准确快速、高精度的通道时延补偿方法，主站端发送时间编码信息经过SDH网络后，到达从站端，然后再由从站端返回时间编码，在经由对称路径的SDH网络后回到主站端。而主站端自发送时间编码时，开启FPGA高速时钟计数器，到收到时间编码后停止，即可测量出通道双向传输时间T1。反复多次测量通道时间后，根据频率同步原理，对计数值进行补偿即可得出精确的通道时延，为SDH地面同步网在时间统一方面应用提供了一种参考。
文档编号H04J3/06GK103078698SQ20121058086
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者黄欣, 伦惠勤, 竹之涵, 潘登, 骆燕婷, 刘有志, 廖晓春, 陈洁然 申请人:广州供电局有限公司, 广州思唯奇计算机科技有限公司