TWI828477B - 基於光纖傳輸的多機相位同步系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明公開了一種基於光纖傳輸的多機相位同步系統及方法，系統包括主設備和複數個從設備，主設備的光纖發射接口與一個從設備的光纖接收接口相連，與主設備相連的從設備和其他從設備之間依次串聯，主設備將主設備數字參考源的相位訊息作為系統同步相位訊號傳輸給與主設備相連的從設備，從設備將接收到系統同步相位訊號作為主設備的數字參考源相位，並將系統同步相位訊號通過光纖發射口發送給與該從設備光纖發射接口相連的從設備，當最後一個從設備與主設備相連，主設備和從設備形成閉環通訊測試。本發明在高速率光纖通訊中實時傳遞同步相位碼值，準確性較高，能實時地跟踪相位的變化，在多機電源系統具有很好的同步性能和擴展性。

Description

基於光纖傳輸的多機相位同步系統及方法

本發明涉及多機系統技術領域，具體涉及一種基於光纖傳輸的多機相位同步系統及方法。

多機相位同步在電源系統中應用極為廣泛。多相系統中，從設備在同步主設備相位的基礎上，進行實現對主設備的相位差；多機電源設備也是通過同步相位後，加入180度的相差進行反相，進而串聯實現升壓。多機相位同步的實時性和準確性是應用中兩大要點。目前多機系統中相位同步相主要採用兩種方式，一類是傳遞過零訊號，主設備向從設備發送同步過零訊號，從設備接收到同步過零訊號，在零相位點處與主設備進行相位同步，實時性較强，但準確度不高，一個周期同步一次，尤其是頻率變化時，無法準確追踪相位變化，會產生相位突變；另一類是基準源鎖相技術，將主設備的模擬基準源發送給從設備，從設備將其鑒頻，鎖相，獲得相位訊息。準確性較高，能跟踪相位的變化，但實現電路較為複雜，且實時性無法滿足要求，有一定的延時效應。

本發明的目的在於：克服習知技術的缺陷，提供一種基於光纖傳輸的多機相位同步系統及方法，在高速率光纖通訊中實時傳遞同步相位碼值， 準確性較高，能實時地跟踪相位的變化，在多機電源系統具有很好的同步性能和擴展性。

本發明公開了一種基於光纖傳輸的多機相位同步系統，包括主設備和複數個從設備，所述主設備和所述從設備均設有光纖發射接口和光纖接收接口，所述主設備的光纖發射接口通過光纖與一個從設備的光纖接收接口相連，與主設備相連的從設備和其他從設備之間依次串聯，所述從設備的光纖接收接口通過光纖與其相連的上一個從設備的光纖發射口相連，所述從設備的光纖發射口通過光纖與其相連的下一個從設備的光纖接收接口相連；所述主設備每間隔T時刻產生一個新的主設備數字參考源，並將主設備數字參考源的相位訊息作為系統同步相位訊號經由光纖傳輸給與所述主設備相連的從設備，所述從設備的光纖接收接口接收系統同步相位訊號，將接收到系統同步相位訊號作為主設備的數字參考源相位，並將系統同步相位訊號通過光纖發射口發送給與該從設備的光纖發射接口相連的從設備的光纖接收接口；當最後一個所述從設備的光纖發射口與所述主設備的光纖接收接口相連，所述主設備和所述從設備形成閉環通訊測試，測試包括自測試模式和自校正模式。

進一步地，所述主設備在產生主設備數字參考源時，將數字參考源的相位訊息進行編碼，生成同步相位碼值為系統同步相位訊號。

進一步地，所述光纖傳播訊息的時間為T_光纖，T_光纖<<T，T為主設備數字參考源的處理周期。

進一步地，系統進入自測試模式時，當主設備接收到最後一個從設備返回的系統同步相位訊號的時間tr小於T時，自測試判定實時傳輸成功；當tr大於T時，自測試判定實時傳輸失敗，T為主設備數字參考源的處理周期。

進一步地，系統進入自校正模式時，主設備獲取當前同步相位訊號的訊息位數設置值，並進入自測試模式，當自測試判定實時傳輸成功，則完 成校正，當自測試判定實時傳輸失敗，調整系統同步相位訊號的訊息位數，再次進入自校正模式，直至自測試判定實時傳輸成功。

進一步地，當系統同步相位訊號的訊息位數為最小精度位數，自測試判定實時傳輸失敗，則自校正失敗。

本發明公開了一種基於光纖傳輸的多機相位同步方法，基於上述的一種基於光纖傳輸的多機相位同步系統，包括以下步驟：步驟一：所述主設備每間隔T時刻，產生一個新的主設備數字參考源，將數字參考源的相位訊息進行編碼，生成同步相位碼值，即系統同步相位訊號；步驟二：所述主設備通過光纖發射口將系統同步相位訊號經由光纖傳輸給與所述主設備相連的從設備的光纖接收接口；步驟三：與所述主設備相連的從設備的將接收到系統同步相位訊號作為主設備的數字參考源相位，並將系統同步相位訊號通過光纖發送給與該從設備光纖發射接口相連從設備的光纖接收接口；步驟四：從設備光纖發射口的接收到系統同步相位訊號的從設備將接收到系統同步相位訊號為主設備的數字參考源相位，並將系統同步相位訊號通過發送給與該從設備光纖發射接口相連的下一個從設備的光纖接收接口；步驟五：重複步驟四直至所有從設備接收到系統同步相位訊號，並將系統同步相位訊號作為主設備的數字參考源相位，實現多機相位同步。

進一步地，所述光纖傳播訊息的時間為T_光纖，T_光纖<<T，當有N台設備，所述主設備t1時刻發送系統同步相位訊號，第N台從設備tn時刻接收到系統同步相位訊號，tn-t1<T，第N台從設備收到主設備的第一幀系統同步相位訊號時，主設備的第二幀系統同步相位訊號還未生成。

進一步地，所述光纖傳遞一幀系統同步相位訊號所需時長為△t，當第N台從設備收到主設備的第一幀系統同步相位訊號時，需要滿足N*△t<T，在同一光纖速率下，光纖傳遞同步相位碼值位數越多，相位精度越高，傳遞時間△t越長，當△t隨著同步相位碼值位數變長後，N<T/△t，設備的數量N越小。

進一步地，當所述主設備和所述從設備形成閉環通訊測試，首先進入自測試模式，當主設備接收到最後一個從設備返回的系統同步相位訊號的時間tr小於T時，自測試判定實時傳輸成功，當tr大於T時，自測試判定實時傳輸失敗，系統進入自校正模式。

進一步地，系統進入自校正模式時，主設備獲取當前同步相位訊號的訊息位數設置值及最小精度設置位數，並進入自測試模式，當自測試判定實時傳輸成功，則完成校正，當自測試判定實時傳輸失敗，調整系統同步相位訊號的訊息位數，再次進入自校正模式，直至自測試判定實時傳輸成功。

進一步地，當系統同步相位訊號的訊息位數為最小精度設置位數，自測試判定實時傳輸失敗，則自校正失敗。

本發明的有益效果：

本發明基於高速光纖通訊鏈路，實現多機相位同步功能。主設備在產生主設備數字參考源時，將源相位訊息進行編碼，生成同步相位碼值，通過光纖發送出去。從設備從光纖獲取同步相位碼值，作為主設備的數字參考源相位訊息，使得主設備同主設備工作在同一相位，同時從設備再次將同步相位訊息傳遞給下一個從設備，使得所有的設備的數字參考源都工作在同一相位，完成相位同步。系統中傳輸的同步相位訊息位數可以依據系統的需求進行調整。位數多，同步相位精度高，系統多機數量變小；位數少，同步相位精度降低，系統多機數量可增加。在高速率光纖通訊中實時傳遞同步相位碼值，準確 性較高，能實時地跟踪相位的變化，在多機電源系統具有很好的同步性能和擴展性。

本發明還提供一種多機系統自測試模式，檢測該系統是否滿足實時同步相位傳輸；提供一種多機系統自校正模式，同時滿足實時同步相位傳輸和系統設置的相位訊息最小精度，獲得最佳的同步相位訊息位數，使得多機系統實時，準確的實現同步功能。

RX:光纖接收接口

TX:光纖發射接口

圖1是本發明系統結構示意圖；圖2是數字參考源相位生成示意圖；圖3是多機系統光纖收發相位時間點示意圖；圖4是本發明系統形成閉通訊環測試的結構示意圖；圖5是本發明系統自測試模式的流程圖；圖6是本發明系統自校正模式的流程圖。

下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

本發明公開了一種基於光纖傳輸的多機相位同步系統，如圖1所示，包括複數個個(至少兩個)設備形成一個多機系統，每一個設備的都有一個光纖發射接口(TX)和一個光纖接收接口(RX)，其中第N-1號設備的接收 口和第N-2號設備的發射口相連，第N-1號設備的發送口和第N號設備的接收口相連，N為設備的台數。系統中一台設備為主設備，其它為從設備，即主設備1號、從設備2號、從設備3號…和從設備N號，主設備1號的光纖發射接口通過光纖與從設備2號的光纖接收接口相連，從設備2號的光纖發射接口通過光纖與從設備3號的光纖接收接口相連，以此類推，直至第N號設備的發射接口通過光纖與從設備N-1號的光纖接收接口相連。主設備1號將主設備數字參考源的相位訊息作為系統的同步相位訊號，經由光纖傳輸給從設備2號，從設備2號從光纖中接收到系統同步相位訊號，一方面將其作為主設備的數字參考源相位，使其與主設備實時同步，另一方面將系統同步相位訊號發送給3號從設備，以此類推，直至所有從設備接收到主設備發出的相位訊息，並將主設備的數字參考源與之同步，實現多機相位同步。

主設備1號在產生主設備數字參考源時，將源相位訊息進行編碼，生成同步相位碼值，通過光纖通訊發送出去。同步相位訊息碼值個數影響相位的精度，應根據系統的需求和硬體要求選擇位數。本設計中同步相位採用30位碼值，相位精度達到0.00000033度。

如圖2所示，主設備數字參考源的處理周期為T，即主設備每間隔T時刻，產生一個新的相位訊息，電源系統中交流源訊號多為幾K速率，相位生成周期T對應的頻率是幾M速率，光纖傳播能達Gbps，即光纖傳播訊息的時間T_光纖<<T。

當最後一台從設備收到主設備的第一幀系統同步相位訊號時，主設備的第二幀系統同步相位訊號還未生成。此時，系統中所有的設備的數字參考源都工作在同一相位，多機系統完成相位同步。如圖3所示，本系統中，光纖 傳遞一幀系統同步相位訊號所需時長為△t，在同一光纖速率下，光纖傳遞同步相位碼值位數越多，相位精度越高，傳遞時間△t越長。

N*△t<T

N<T/△t

當△t隨著系統同步相位訊號位數變長後，N會變小。

如圖4所示，本系統還包括測試模式，測試模式下最後一個所述從設備的光纖發射口與所述主設備的光纖接收接口相連，形成閉環通訊測試，也就是將最後一台從設備N號與主設備1號首尾相連，形成閉環通訊測試，系統會自動檢測當前多機系統是否滿足實時同步相位，如果不滿足，自校正模式可自動調整為實時同步相位的最佳設置。待校正完成後，可斷開此項連接，進入常規模式。

具體的，測試模式包括自測試模式和自校正模式。自測試模式是多機系統自動進行實時同步相位的檢測。如圖4所示，多機系統進入自測試模式，主設備1號接收從設備N號返回的相位訊息，該相位訊息為主設備1號在t1時刻發送出去的系統同步相位訊號，通過閉環光纖通訊鏈路在t1+tr時刻回到主設備1號。其中tr為多機系統閉環光纖傳輸一次的時長，tr=N*△t

由主設備1號每間隔T時刻，產生一個新的系統同步相位訊號，則有tr<T時，自測試判定實時傳輸成功，同理，tr>T時，自測試判定實時傳輸失敗。

當自測試未通過，主設備1號可進入自校正模式。自校正模式需用戶設置最小同步相位訊息位數，即多機系統可接受同相位訊息的最小精度。自校正模式是通過調整同步相位訊息的位數來縮短光纖傳遞一幀訊息所需時長 為△t，進而達到縮短多機系統閉環光纖傳輸一次的時長tr的目的。校正中會逐步減少同步相位訊息的位數，每減少一位，重複進行一次自測試，自測試成功，則完成校正。測試不成功，繼續減少一位，重複該過程，直至自測試成功，自校正完成，同時給出最佳同步相位訊息位數。當同步相位訊息位數為用戶設置的最小精度位數，自測試仍不成功，則自校正失敗。

基於上述系統，本發明還公開了一種基於光纖傳輸的多機相位同步方法，包括以下步驟：步驟一：主設備1號每間隔T時刻，產生一個新的主設備數字參考源，將數字參考源的相位訊息進行編碼，生成同步相位碼值，即系統同步相位訊號；步驟二：主設備1號通過光纖發射口將系統同步相位訊號經由光纖傳輸給從設備2號的光纖接收接口，發送時間為t1；步驟三：從設備2號的將接收到系統同步相位訊號作為主設備的數字參考源相位，並將系統同步相位訊號通過光纖發送給從設備3號的光纖接收接口，從設備2號接收到相位訊息的時間為t2；步驟四：從設備3號的將接收到系統同步相位訊號作為主設備的數字參考源相位，並將系統同步相位訊號通過光纖發送給下一個從設備的光纖接收接口，從設備3號接收到相位訊息的時間為t3；步驟五：重複步驟四直至所有從設備接收到系統同步相位訊號，即從設備N號接收到系統同步相位訊號，並將系統同步相位訊號作為主設備的數字參考源相位，從設備N號接收到相位訊息的時間為tn。從設備N號設備收到主設備1號的第一幀相位訊息時，主設備1號的第二幀相位訊息還未生成，即滿足 tn-t1<T。此時，多機系統中所有的設備的數字參考源都工作在同一相位，多機系統完成相位同步。

如圖3中，△t=t2-t1。在同一光纖速率下，光纖傳遞同步相位碼值位數越多，相位精度越高，傳遞時間△t越長。因此，可以通過調整同步相位訊息的位數來達到系統所需的多機數量和相位精度。位數多，同步相位精度高，系統多機數量變小；位數少，同步相位精度降低，系統多機數量可增加。

本發明公開的一種基於光纖傳輸的多機相位同步方法，還包括自測試模式和自校正模式，自測試模式可檢測該系統是否滿足實時同步相位傳輸；自校正模式可同時滿足實時同步相位傳輸和系統設置的相位訊息最小精度，獲得最佳的同步相位訊息位數，使得多機系統實時，準確的實現同步功能。

如圖5所示，將系統的最後一台從設備N號與主設備1號首尾相連，形成閉環通訊測試，啟動自測試模式。主設備1號發送同步測試相位訊息，同時啟動計數器開始計時，當主設備1號接收到從設備N發送來的同步測試相位訊息時，解析判斷閉環傳輸完成並停止計數器，獲得閉環傳輸時長tr，重複進行K次測試，統計K次測試數據得到自測試結果。

主設備1號每間隔T時刻發送同步測試相位訊息，則有tr<T時，自測試判定實時傳輸成功，同理，tr>T時，自測試判定實時傳輸失敗。

自測試判定實時傳輸失敗，系統進入自校正模式。如圖6所示，啟動自校正模式，用戶設置最小系統同步相位訊息位數，獲得最小精度設置位數M，獲得當前系統同步相位訊息位數R，判斷R是否小於M，如果R<M，則自校正失敗，如果R

M，啟動自測試模式，完成一次系統自測試，並返回測試結果，判斷自測試結果是否成功，如果成功，則校正成功，返回R值，R值即最佳系統 同步相位訊息位數，如果不成功，則減少一位同步相位位數(R=R-1)，重複該過程，直至自測試成功，成功校正，返回R值即最佳系統同步相位訊息位數。

儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。

RX:光纖接收接口

TX:光纖發射接口

Claims (12)

1. 一種基於光纖傳輸的多機相位同步系統，包括一主設備和複數個從設備，該主設備和該複數個從設備均設有光纖發射接口和光纖接收接口，其中，該主設備的光纖發射接口通過一光纖與一該從設備的光纖接收接口相連，與該主設備相連的該從設備和其他該從設備之間依次串聯，該從設備的光纖接收接口通過該光纖與其相連的上一個該從設備的光纖發射口相連，該從設備的光纖發射口通過該光纖與其相連的下一個該從設備的光纖接收接口相連；該主設備每間隔T時刻產生一新的主設備數字參考源，並將該主設備數字參考源的相位訊息作為一系統同步相位訊號經由該光纖傳輸給與該主設備相連的該從設備，T為該主設備數字參考源的處理周期，該從設備的光纖接收接口接收該系統同步相位訊號，將接收到的該系統同步相位訊號作為該主設備的一數字參考源相位，並將該系統同步相位訊號通過光纖發射口發送給與該從設備的光纖發射接口相連的下一個該從設備的光纖接收接口；以及當最後一個該從設備的光纖發射口與該主設備的光纖接收接口相連，該主設備和該從設備形成一閉環通訊測試，該閉環通訊測試包括一自測試模式和一自校正模式。
2. 如請求項1所述的基於光纖傳輸的多機相位同步系統，其中，該主設備在產生該主設備數字參考源時，將該主設備數字參考源的相位訊息進行編碼，生成同步相位碼值為該系統同步相位訊號。
3. 如請求項1所述的基於光纖傳輸的多機相位同步系統，其中，該光纖傳播訊息的時間為T_光纖，T_光纖<<T。
4. 如請求項1所述的基於光纖傳輸的多機相位同步系統，其中，該基於光纖傳輸的多機相位同步系統進入該自測試模式時，當該主設備接收到最後一個該從設備返回的該系統同步相位訊號的時間tr小於T時，自測試判定實時傳輸成功；當tr大於T時，自測試判定實時傳輸失敗。
5. 如請求項1所述的基於光纖傳輸的多機相位同步系統，其中，該基於光纖傳輸的多機相位同步系統進入該自校正模式時，該主設備獲取當前的該系統同步相位訊號的訊息位數設置值，並進入該自測試模式，當自測試判定實時傳輸成功，則完成校正，當自測試判定實時傳輸失敗，調整該系統同步相位訊號的訊息位數，再次進入該自校正模式，直至自測試判定實時傳輸成功。
6. 如請求項5所述的基於光纖傳輸的多機相位同步系統，其中，當該系統同步相位訊號的訊息位數為最小精度位數，自測試判定實時傳輸失敗，則自校正失敗。
7. 一種基於光纖傳輸的多機相位同步方法，基於如請求項1所述的基於光纖傳輸的多機相位同步系統，其包括以下步驟：步驟一：該主設備每間隔T時刻，產生一新的主設備數字參考源，將該主設備數字參考源的相位訊息進行編碼，生成一同步相位碼值，即該系統同步相位訊號；步驟二：該主設備通過光纖發射口將該系統同步相位訊號經由該光纖傳輸給與該主設備相連的該從設備的光纖接收接口； 步驟三：與該主設備相連的該從設備將接收到的該系統同步相位訊號作為該主設備的該數字參考源相位，並將該系統同步相位訊號通過該光纖發送給與該從設備的光纖發射接口相連的下一個該從設備的光纖接收接口；步驟四：從設備的光纖發射口接收到該系統同步相位訊號的該從設備將接收到的該系統同步相位訊號作為該主設備的該數字參考源相位，並將該系統同步相位訊號通過發送給與該從設備的光纖發射接口相連的下一個該從設備的光纖接收接口；步驟五：重複步驟四直至所有該從設備接收到該系統同步相位訊號，並將該系統同步相位訊號作為主設備的該數字參考源相位，實現多機相位同步，其中T為該主設備數字參考源的處理周期。
8. 如請求項7所述的基於光纖傳輸的多機相位同步方法，其中，該光纖傳播訊息的時間為T_光纖，T_光纖<<T，當有N台設備，該主設備於t1時刻發送該系統同步相位訊號，第N台該從設備於tn時刻接收到該系統同步相位訊號，tn-t1<T，第N台該從設備收到該主設備的第一幀該系統同步相位訊號時，該主設備的第二幀該系統同步相位訊號還未生成。
9. 如請求項8所述的基於光纖傳輸的多機相位同步方法，其中，該光纖傳遞一幀該系統同步相位訊號所需時長為△t，當第N台該從設備收到該主設備的第一幀該系統同步相位訊號時，需要滿足N*△t<T，在同一光纖速率下，該光纖傳遞該同步相位碼值位數越多，相位精度越高，傳遞時間△t越長，當△t隨著該同步相位碼值位數變長後，N<T/△t，設備的數量N越小。
10. 如請求項7所述的基於光纖傳輸的多機相位同步方法，其中，當該主設備和該從設備形成該閉環通訊測試時，首先進入該自測試模式，當該主設備接收到最後一個該從設備返回的該系統同步相位訊號的時間tr小於T時，自測試判定實時傳輸成功，當tr大於T時，自測試判定實時傳輸失敗，該基於光纖傳輸的多機相位同步系統進入該自校正模式。
11. 如請求項10所述的基於光纖傳輸的多機相位同步方法，其中，該基於光纖傳輸的多機相位同步系統進入該自校正模式時，該主設備獲取當前該同步相位訊號的訊息位數設置值及最小精度設置位數，並進入該自測試模式，當自測試判定實時傳輸成功，則完成校正，當自測試判定實時傳輸失敗，調整該系統同步相位訊號的訊息位數，再次進入該自校正模式，直至自測試判定實時傳輸成功。
12. 如請求項11所述的基於光纖傳輸的多機相位同步方法，其中，當該系統同步相位訊號的訊息位數為最小精度設置位數，自測試判定實時傳輸失敗，則自校正失敗。