專利名稱：一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志插入實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)碼流無(wú)關(guān)的時(shí)延均衡方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及繼電保護(hù)信號(hào)通信中的傳輸及時(shí)延均衡技術(shù)的研究。
背景技術(shù)：
目前繼電保護(hù)大都采用數(shù)字通道，數(shù)字通道的時(shí)延可以表述為，碼流中一個(gè)指定的碼位跳變通過(guò)通道傳遞的時(shí)間，實(shí)際測(cè)量一般是測(cè)定碼流中特定碼組的傳遞時(shí)間。到目前為止常用的繼電保護(hù)通道有導(dǎo)引線通道、光纖通道、數(shù)字復(fù)用通道等，各種通道的組成和工作原理不同，時(shí)延特性也差別很大。均衡技術(shù)通常是指對(duì)通道信號(hào)失真的補(bǔ)償技術(shù)，用于補(bǔ)償信號(hào)各個(gè)分量由于傳遞不均等造成的失真。時(shí)延均衡是一種新提出的概念，它沿用了均衡的概念，是一種多通道時(shí)延處理技術(shù)通過(guò)補(bǔ)償通道之間時(shí)延的差別，達(dá)到消除多通道時(shí)延差別和通道時(shí)延變化的目的，為繼電保護(hù)提供時(shí)延穩(wěn)定、通信可靠的理想通道。 傳統(tǒng)的時(shí)延均衡技術(shù)一般基于標(biāo)準(zhǔn)幀格式或者特定格式的業(yè)務(wù)碼流，通過(guò)對(duì)不同通道傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)幀頭的或者特定碼組的位置來(lái)確定通道之間的時(shí)延差值，在輸出時(shí)，選擇一路信號(hào)作為主發(fā)信號(hào)，其余作為備用輸出，該方法存在一定弊端
a)均衡過(guò)程依賴于原碼流的特征，不具備普適性；
b)一般的均衡過(guò)程只支持主通道向備用通道切換，不能支持雙通道之間互相多次切換。

發(fā)明內(nèi)容
I)本發(fā)明提供一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志位插入實(shí)現(xiàn)的通道時(shí)延均衡技術(shù)，方案通過(guò)對(duì)碼流同步、緩存調(diào)整和碼流對(duì)齊等技術(shù)的研發(fā)，構(gòu)成一整套包括發(fā)送、接收部分，適應(yīng)多通道、多路由網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能克服通道時(shí)變特性影響的通道均衡裝置；裝置包括碼流適配、標(biāo)記插入、發(fā)送、碼流接收、同步調(diào)整、緩存對(duì)齊處理、統(tǒng)一時(shí)鐘輸出等功能，能夠增強(qiáng)通道數(shù)據(jù)傳遞的可靠性和穩(wěn)定性，在多通道切換的條件下提供準(zhǔn)確無(wú)誤的數(shù)據(jù)傳遞性能和穩(wěn)定不變的信號(hào)傳遞時(shí)延。本方法的主要步驟如圖I所示，具體過(guò)程如下
I)發(fā)送端標(biāo)志字插入模塊接收用戶設(shè)備數(shù)據(jù)碼流，提取原始數(shù)據(jù)時(shí)鐘，并通過(guò)微調(diào)時(shí)鐘頻率，正確處理插入緩存區(qū)讀寫，按照設(shè)計(jì)的間隔周期插入標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)。2)接收端多通道時(shí)鐘統(tǒng)一模塊通過(guò)提取任意一路信號(hào)的頻率得到各條通道的統(tǒng)一的線路時(shí)鐘，并采用統(tǒng)一的線路時(shí)鐘消除各條通道的相位差異。3)標(biāo)志字檢測(cè)及多通道對(duì)齊模塊進(jìn)行標(biāo)志字的檢測(cè)、標(biāo)志字信息的識(shí)別及計(jì)算多路通道的時(shí)延差別，并進(jìn)行通道均衡。4)標(biāo)志字消去模塊對(duì)標(biāo)志字進(jìn)行消除，調(diào)整輸出碼流速率，還原原始數(shù)據(jù)碼流。本發(fā)明方法的進(jìn)一步特征為，發(fā)送端標(biāo)志字插入模塊通過(guò)時(shí)鐘微調(diào)產(chǎn)生線路時(shí)鐘頻率Fb+，同時(shí)按照固定周期進(jìn)行標(biāo)志字的插入。
本發(fā)明方法的進(jìn)一步特征為，對(duì)于多路線路數(shù)據(jù)，根據(jù)其同源性，通過(guò)選取其中一路時(shí)鐘頻率進(jìn)行提取的辦法，對(duì)多條通道進(jìn)行統(tǒng)一時(shí)鐘的處理，消除各條通道相位差異。本發(fā)明方法的進(jìn)一步特征為，在多條通道均衡過(guò)程中，無(wú)論各條通道時(shí)延大小，同時(shí)進(jìn)行互相的標(biāo)志字檢測(cè)及比較，確定其相互關(guān)系及精確時(shí)延差。本發(fā)明方法的進(jìn)一步特征為，支持各條通道的多次無(wú)損傷切換。本發(fā)明方法的進(jìn)一步特征為，在完成通道均衡功能的同時(shí)，設(shè)備對(duì)檢測(cè)出的標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容分析及歷史數(shù)據(jù)的比較，通過(guò)賦予標(biāo)志字特定格式及含義，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩側(cè)通信設(shè)備及通道狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及管理。
·
本發(fā)明方法的有益效果在于本方法不受業(yè)務(wù)碼流格式的限制，適用于各種數(shù)字信號(hào)。方案通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志的插入與提取，精確計(jì)算出各條通道之間的時(shí)延差；同時(shí)，通過(guò)對(duì)各條通道數(shù)據(jù)的緩存對(duì)齊，保證了多次反復(fù)切換的無(wú)損。


圖I為發(fā)明整體過(guò)程步驟圖。圖2為讀寫指針追趕的數(shù)據(jù)插入方式示意圖。圖3為用于統(tǒng)一多通道時(shí)鐘的緩存模塊示意圖。圖4為雙通道標(biāo)志字檢測(cè)及對(duì)齊方式示意圖。圖5為標(biāo)志字消去方法示意圖。圖6為具體實(shí)施場(chǎng)景示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施例,其時(shí)延均衡系統(tǒng)的主要功能模塊包括發(fā)送端標(biāo)志字插入模塊、接收端多通道時(shí)鐘統(tǒng)一模塊、標(biāo)志字檢測(cè)及多通道對(duì)齊模塊、標(biāo)志字消去模塊。信號(hào)流按順序通過(guò)上述模塊，用戶設(shè)備感受不到原始數(shù)據(jù)的任何變化，線路實(shí)際采用了多條傳輸通道傳輸并實(shí)現(xiàn)了通道均衡的功能。下面對(duì)各部分的功能及實(shí)現(xiàn)方法分別詳述
(O 發(fā)送端標(biāo)志字插入模塊
主要功能是接收用戶設(shè)備數(shù)據(jù)碼流，提取原始數(shù)據(jù)時(shí)鐘，并通過(guò)微調(diào)時(shí)鐘頻率，正確處理插入緩存區(qū)讀寫，按照設(shè)計(jì)的間隔周期插入標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)，其詳細(xì)功能包括
a)接收原保護(hù)數(shù)據(jù)碼流MB，提取原始數(shù)據(jù)時(shí)鐘Fb；
b)定期產(chǎn)生標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)Im,按指定方式插入；
c)以微調(diào)后的時(shí)鐘頻率Fb+(Fb+>Fb)輸出保護(hù)加標(biāo)志數(shù)據(jù)碼流MB+Im;
d)標(biāo)志字插入方式選擇了讀寫指針追趕的處理方式，其簡(jiǎn)單示意圖如圖2:以不同頻率的輸入輸出指針(輸入Fb、輸出Fb+)在同一緩存區(qū)中讀寫數(shù)據(jù)。初始階段讀寫指針保持一定距離，由于二者頻率之間的差異(Fb+>Fb)，每隔固定周期輸出指針將逼近輸入指針，最終二者重疊，指針重疊時(shí)進(jìn)行一次標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)的插入，并重新將讀寫指針距離拉開(kāi)，以此循環(huán)。(2)接收端多通道時(shí)鐘統(tǒng)一模塊接收部分收到數(shù)據(jù)之后，需對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行采樣，由于各通道數(shù)據(jù)的同源性，各通道信號(hào)相位雖然有所不同，但時(shí)鐘頻率始終相等，利用這一特點(diǎn)，通過(guò)提取任意一路信號(hào)的頻率可以得到各條通道的統(tǒng)一的線路時(shí)鐘，統(tǒng)一時(shí)鐘后的線路數(shù)據(jù)最大的優(yōu)勢(shì)是保持了相位的一致性，相位的一致性是數(shù)據(jù)對(duì)齊的基礎(chǔ)。對(duì)接收到的任一路信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行邊沿采樣可得線路時(shí)鐘時(shí)鐘Fb+，以Fb+為緩存寫入時(shí)鐘，緩存讀出時(shí)鐘為Fe，通過(guò)微調(diào)Fe頻率，使得Fc、Fb+指針在緩存區(qū)中的相對(duì)距離保持不變，此時(shí)，可以認(rèn)為Fc=Fb+。再以Fe為讀出時(shí)鐘，對(duì)其他各路線路數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的緩存讀寫的處理，最終可以將原本存在相位差異的多組數(shù)據(jù)統(tǒng)一為以Fe為發(fā)送時(shí)鐘的同步數(shù)據(jù)，消除了相位差異，其處理方式如圖3。(3)標(biāo)志字檢測(cè)及多通道對(duì)齊模塊
經(jīng)過(guò)統(tǒng)一時(shí)鐘，消除了相位差異后的多路信號(hào)數(shù)據(jù)碼流進(jìn)入標(biāo)志字檢測(cè)及多通道對(duì)齊模塊，模塊內(nèi)集成了標(biāo)志字的檢測(cè)，標(biāo)志字信息的識(shí)別及計(jì)算多路通道的時(shí)延差別并進(jìn)行通道均衡等主要功能。 通道均衡模塊實(shí)際是由數(shù)條較長(zhǎng)的緩存區(qū)組成，這里以AB雙通道對(duì)齊為例，多通道對(duì)齊的原理與其是相同的。假設(shè)A通道時(shí)延小，B通道時(shí)延大，如圖4所示，且通道時(shí)延差小于緩存區(qū)總長(zhǎng)度，即B通道接收數(shù)據(jù)晚于A通道。將A通道標(biāo)志字監(jiān)測(cè)窗設(shè)在A緩存區(qū)溢出位置，根據(jù)假設(shè)，當(dāng)A緩存監(jiān)測(cè)窗檢測(cè)到標(biāo)志位數(shù)據(jù)時(shí)，相應(yīng)的B通道標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)將在B緩存區(qū)中某處，此時(shí)，以一個(gè)滑動(dòng)窗的方式在B緩存區(qū)內(nèi)搜索標(biāo)志字，若搜索成功，則說(shuō)明假設(shè)成立，并且可以根據(jù)多次搜索得到的滑動(dòng)窗的相對(duì)位置確定AB通道的時(shí)延差值。由于實(shí)際中，并不能直接確定AB通道相對(duì)快慢，因此，進(jìn)行上述檢測(cè)的同時(shí)，也以B通道時(shí)延小，A通道時(shí)延大為假設(shè)進(jìn)行一次檢測(cè)。綜合兩次檢測(cè)結(jié)果，不論兩條通道快慢，總能確定兩條通道的相對(duì)關(guān)系及精確時(shí)延差。確定了通道時(shí)延差后，在輸出端，可以精確定位當(dāng)前輸出數(shù)據(jù)在各條通道數(shù)據(jù)碼流中的精確位置，當(dāng)某條傳輸通道出現(xiàn)故障時(shí)，可以無(wú)損的切換到其他工作正常的通道，從而達(dá)到通道均衡的目的。完成通道均衡功能的同時(shí)，設(shè)備將對(duì)檢測(cè)出的標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容分析及歷史數(shù)據(jù)的比較。通過(guò)賦予標(biāo)志字特定格式及含義，可以達(dá)到對(duì)兩側(cè)通信設(shè)備及通道狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及管理功能。(4)標(biāo)志字消去模塊，最終輸出給用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)碼流是消除了插入標(biāo)志字的，以近似于原始發(fā)送時(shí)鐘Fb的速率平穩(wěn)發(fā)送的數(shù)據(jù)碼流，標(biāo)志字消去模塊的工作流程如下
標(biāo)志字消去模塊采用的是可變長(zhǎng)度的先入先出(FIFO)緩存，寫入緩存的碼流速率為Fe，設(shè)消去后輸出的碼流速率為Fd，F(xiàn)d可以通過(guò)小數(shù)分頻器進(jìn)行調(diào)整，F(xiàn)d初始值滿足條件Fc>Fd。帶有額外字節(jié)的碼流以Fe的速率從左至右寫入緩存區(qū)，緩存區(qū)第O到第X單元為標(biāo)志字檢測(cè)窗，如圖5，其運(yùn)行過(guò)程如下
a)碼流以Fe速率寫入緩存區(qū)，同時(shí)以Fd的時(shí)鐘在緩存區(qū)右端以先入先出的方式輸出緩存數(shù)據(jù)。由于Fc>Fd，緩存長(zhǎng)度會(huì)不斷變長(zhǎng)；
b)當(dāng)檢測(cè)窗口檢測(cè)到額外插入數(shù)據(jù)后，緩存區(qū)直接將這部分長(zhǎng)度為X的數(shù)據(jù)消去，同時(shí)緩存長(zhǎng)度減去X;
C)整個(gè)消去過(guò)程周而復(fù)始，不斷循環(huán)，并且通過(guò)不斷微調(diào)Fd的頻率，使緩存區(qū)的長(zhǎng)度在0-2X之間循環(huán)，最終得到穩(wěn)定的頻率及輸出碼流。本發(fā)明的具體應(yīng)用場(chǎng)景如圖6所示，發(fā)送端，用戶數(shù)據(jù)碼流通過(guò)本裝置擴(kuò)展到并行的多路數(shù)據(jù)在傳輸路徑各不相同的多條線路上同時(shí)發(fā)送；在接收端，裝置對(duì)各條線路數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡處理，選擇其中某路數(shù)據(jù)送給用戶設(shè)備；接收端可以在各條線路數(shù)據(jù)之間自由 切換，切換過(guò)程無(wú)損，用戶設(shè)備感受不到任何變化。通過(guò)對(duì)插入標(biāo)志字節(jié)內(nèi)容的分析，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各條通信線路實(shí)現(xiàn)傳輸質(zhì)量的監(jiān)測(cè)及管理。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志位插入實(shí)現(xiàn)的通道時(shí)延均衡方法，其特征在于，包括以下步驟 I)發(fā)送端標(biāo)志字插入模塊接收用戶設(shè)備數(shù)據(jù)碼流，提取原始數(shù)據(jù)時(shí)鐘，并通過(guò)微調(diào)時(shí)鐘頻率，正確處理插入緩存區(qū)讀寫，按照設(shè)計(jì)的間隔周期插入標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)； 2)接收端多通道時(shí)鐘統(tǒng)一模塊通過(guò)提取任意一路信號(hào)的頻率得到各條通道的統(tǒng)一的線路時(shí)鐘，并采用統(tǒng)一的線路時(shí)鐘消除各條通道的相位差異； 3)標(biāo)志字檢測(cè)及多通道對(duì)齊模塊進(jìn)行標(biāo)志字的檢測(cè)、標(biāo)志字信息的識(shí)別及計(jì)算多路通道的時(shí)延差別，并進(jìn)行通道均衡； 4)標(biāo)志字消去模塊對(duì)標(biāo)志字進(jìn)行消除，調(diào)整輸出碼流速率，還原原始數(shù)據(jù)碼流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志位插入實(shí)現(xiàn)的通道時(shí)延均衡方法，其特征在于，發(fā)送端標(biāo)志字插入模塊通過(guò)時(shí)鐘微調(diào)產(chǎn)生線路時(shí)鐘頻率Fb+，同時(shí)按照固定周期進(jìn)行標(biāo)志字的插入。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志位插入實(shí)現(xiàn)的通道時(shí)延均衡方法，其特征在于，對(duì)于多路線路數(shù)據(jù)，根據(jù)其同源性，通過(guò)選取其中一路時(shí)鐘頻率進(jìn)行提取的辦法，對(duì)多條通道進(jìn)行統(tǒng)一時(shí)鐘的處理，消除各條通道相位差異。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志位插入實(shí)現(xiàn)的通道時(shí)延均衡方法，其特征在于，在多條通道均衡過(guò)程中，無(wú)論各條通道時(shí)延大小，同時(shí)進(jìn)行互相的標(biāo)志字檢測(cè)及比較，確定其相互關(guān)系及精確時(shí)延差。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志位插入實(shí)現(xiàn)的通道時(shí)延均衡方法，其特征在于，支持各條通道的多次無(wú)損傷切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志位插入實(shí)現(xiàn)的通道時(shí)延均衡方法，其特征在于，在完成通道均衡功能的同時(shí)，設(shè)備對(duì)檢測(cè)出的標(biāo)志字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)容分析及歷史數(shù)據(jù)的比較，通過(guò)賦予標(biāo)志字特定格式及含義，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩側(cè)通信設(shè)備及通道狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及管理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)自動(dòng)標(biāo)志插入實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)碼流無(wú)關(guān)的時(shí)延均衡方法，方案通過(guò)對(duì)碼流同步、緩存調(diào)整和碼流對(duì)齊等技術(shù)的研發(fā)，構(gòu)成一整套包括發(fā)送、接收部分，適應(yīng)多通道、多路由網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能克服通道時(shí)變特性影響的通道均衡裝置；裝置包括碼流適配、標(biāo)記插入、發(fā)送、碼流接收、同步調(diào)整、緩存對(duì)齊處理、統(tǒng)一時(shí)鐘輸出等功能，能夠增強(qiáng)通道數(shù)據(jù)傳遞的可靠性和穩(wěn)定性，在多通道切換的條件下提供準(zhǔn)確無(wú)誤的數(shù)據(jù)傳遞性能和穩(wěn)定不變的信號(hào)傳遞時(shí)延。
文檔編號(hào)H04L25/03GK102833060SQ20121029996
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者焦群, 丁鼎, 李萬(wàn)林, 孫洪武 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 南京南瑞集團(tuán)公司