RCS-900系列保护装置的同步通信时钟

第 1 页 RCS 900 系列保护装置的同步通信时钟系列保护装置的同步通信时钟 摘要 摘要 RCS 900 系列保护装置采用同步通信方式 通过 64kbps 2048kbps 复用通道或专用光纤方式 实现两侧保护装置信息交换 本文从装置通信模块功能出发 介绍了通信码型变换方案 信息接收模 块时钟提取功能 以及信息发送模块时钟选择方式 说明了接收端装置通过从码流内提取时钟信号作 为信息接收时钟解决了通信 位同步 问题 对于 64kbps 复用通道 通过介绍 PCM 终端内部的收发 模块的时钟配合关系 指出了保护装置通信发送时钟须采用 从 从 方式 对于专用光纤方式 须 采用 主 主 方式或 主 从 方式 对于 2048kbps 复用通道 打开输出再定时功能时 须采用 从 从 方式 否则可采用 主 主 方式或 主 从 方式 关键词 关键词 同步通信 复用通道 位同步 系统同步 再定时 主 主 方式 主 从 方式 从 从 方式 中文分类号 中文分类号 TM773 0 前言前言 随着电力光纤通信网的迅速发展 线路保护 安 全稳定自动装置广泛采用光纤通道作为信息传输通道 由于传输信息量较大 为了提高通信效率 通常采用 同步通信方式 1 2 实际使用过程中 特别是同通信专业的配合过程 中 经常会碰到关于通信时钟的相关问题 如 线路 保护 安全稳定自动装置的通信接收 发送时钟源是 什么 如何实现两侧装置的位同步 采用专用光纤或 复用通道时 通信时钟设置有何差别 本文通过介绍 RCS 900 系列保护装置 3 4 通信模块功能 通信码型变 换 PCM 5 终端时钟配合方式等 逐一解答上述问题 为广大继保运行人员理解装置通信时钟设置提供参考 为通信 继保专业的配合提供依据 1 通信模块功能介绍通信模块功能介绍 从SCC 发数据 码型变换 光电转换 光纤 收数据 去SCC 码型变换 光电转换 光纤 时钟提取 DPLL 发时钟 内部晶振 k 收时钟 图 1 通信模块功能框图 Fig 1 Frame Diagram of Communication Module 如图 1 所示 RCS 900 系列保护通信模块主要实 现三大功能 第 部份是数据发送功能 由中央处理器把需要 发送的并行数据写入 SCC 串行通行控制器 经 SCC 处理后但没有附带时钟信息的串行数据在功能模 块 提供的发送时钟的支配下 经码型变换后附带上 相应的时钟信息 经电光转换模块最终变成光信号 实现光纤通信的数据发送功能 第 部份是数据接收功能 对端发送来的光信号 经光电转换模块转换为带时钟信息的电信号 经码型 变换 输出不带时钟的电信号到 SCC 的数据接收端 第 部份是时钟提取及选择功能 DPLL 从数据 接收码流中提取同步时钟信息 一方面供 SCC 作为 数据接收时钟 另一方面供多路开关 k 选择作为发送 数据附带的时钟信息 多路开关 k 也可以选择内部晶 振作为发送数据附带的时钟信息 同步通信需要解决 位同步 和 系统同步 两 个关键问题 选择数据码流中附带的时钟信息作为数 据接收时钟 解决了 位同步 问题 针对不同的通 信系统 通过多路开关 k 选择不同的时钟源作为发送 数据附带的时钟信息 解决了 系统同步 问题 2 位同步位同步 发时钟 收时钟 数据码流 tX0 R区R区 tR0tX1 tR1 图 2 位同步 问题 Fig 2 Bit Synchronization 同步通信中 数据收时钟必须与发时钟同步 否 第 2 页 则就有可能产生位同步问题 假设 SCC 的收时钟不 是取自 DPLL 而是取自接收端装置的内部晶振 同 样 对侧发送数据也按发送端装置的内部晶振发送 如图 2 所示 在 tX0时刻前 1 位数据为 0 tX0时刻 发送端按发时钟的上升沿发送数据 1 经短暂延时 数据变为 1 对应于发送端按上升沿发送数据 接 收端通常在时钟的下降沿读取数据 只有确保接收端 取样时刻 如图中的 tR0时刻在 R 区 才能确保接收 数据的准确性 由于两套不同装置之间的内部晶振必 然会有频率偏差 如接收端的晶振频率略大于发送端 的晶振频率 随着时间的推移 接收端接收时刻不断 地超前 如图中在 tX1时刻发送端发送数据 1 但 接收端在 tR1时刻 几乎和 tX1同时就去读数据 超出 了能够正确读出数据的 R 区 由于前 1 位数据为 0 导致接收端数据出错 即使数据码流为连续的 0 或 1 由于发送端和接收端晶振频率的偏差 也会 导致两端通信的比特位数不一致 产生 滑码 现象 产生 位同步 问题的根源是数据码流的发送时 钟和接收时钟频率不一致 只要接收端能够得到对侧 数据码流的发送时钟即能解决上述问题 RCS 900 系 列保护采用的方法是发送端通过码型变换 将发时钟 和数据信息调制在同一通信码流中 在同一通道内将 两部份信息同时传送到对侧 图 1 中功能模块码型变 换 实现了 G 703 65 规定的码型变换的前三步功能 一个 64kbit ps 2048kbit ps 的 bit 周期分成 四个单位间隔 二进制的 1 被编成四个比特的码组 1100 二进制的 0 被编成四个比特的码组 1010 如图 3 所示 变换前码流经上述三步变换 最终 在光纤内传送的为图中所示的变换后码流 同时带有 发送时钟和需要传送的同步通信内容 接收端装置通 过 DPLL 功能模块 提取对端数据发送时钟 用作 SCC 的数据接收时钟 RCS 900 系列保护装置可以采用多种通道方式 如 64kbit s 2048kbit s 复用通道 专用光纤等 对于 不同的通道方式 通信接收时钟均选择从码流内提取 解决了 位同步 问题 比特序号 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 变换前码流 变换后码流 图 3 码型变换 Fig 3 Pattern Transfer 3 系统同步系统同步 8 Bit Input Register D CLK TX2MHZ TS TX256K ALARM T R T R 8 Bit Latch Load 8 Bit Output Register CLK Load 8 8 Control Circuity Octet Counter Violation Insertion Coding Logic Byte Insertion Byte Deletion BIT BDT Q Q SET CLR D Q Q SET CLR D Q PCMIN 图 4 PCM 信号发送模块 Fig 4 Module of Signal Transmitter in PCM Terminal 图 4 表示的是 PCM 信号发送模块 其功能是将 PCM 时间片内以 2048kbps 传输的 8 位串行脉冲转换 为连续的 64kbps 数据流 数据的输入受外部时钟 TX2MHZ 和时间片控制脉冲 TS 控制 当 TS 为高电 平时 8 位串行脉冲在 TX2MHZ 的上升沿时刻逐位 存入 8 位输入寄存器 TS 变为低电平后并行转存至 8 位锁存寄存器 8 位输出寄存器内的数据受 TX256k 频率信号控制输出连续的 64kbps 数据流 TX2MHZ 和 TX256K 之间的偏差会导致通信 滑码 第 3 页 8 Bit Reg 0 Byte Insertion D CLK Q 8 Bit Reg 1 D CLK Q Register Select Logic Reg 0 Sel Reg 1 Sel Time Slot Byte Deletion Clock Recovery Data Decoder CLK S R S R RXCK2M RX2M TS PCMOUT BDR BIR 图 5 PCM 信号接收模块 Fig 5 Module of Signal Receiver in PCM Terminal 图 5 所示的是 PCM 信号接收模块 将连续的 64kbps 编码转换成适合于插入 PCM 时间片以 2048kbps 传输的 8 位串行脉冲 图中 S R S R 分别 为外接信号 AMI 码的正半波和负半波 RXCK2M 为 接收时钟恢复模块 Clock Recovery 提供基准时钟 RX2M 为 2M 信号发送时钟 TS 为时钟片选择控制 信号 在脉冲转换过程中 信号的输入以接收码流通 过 Clock Recovery 提取的 128k 时钟作为基准 输出 信号则由 RX2M 和 TS 经 Register Select Logic 控制 两个 8 位寄存器互为备份 其中一个寄存器接收连续 的 64kbps 信号 另一个寄存器当 TS 为高电平时 输 出 2048kbps 速率的 8 位码组到 PCMOUT 滑码控制逻辑可以调节数据输入 输出频率的差 异 64kbps 数据输入频率取决于远端数据的发送频率 而 PCMOUT 的输出频率由 RX2M 决定 如果输出频 率高于输入频率 则重复输出当前 8 位寄存器中的内 容 BIR 为高电平 否则 删除最新接受到的 8 位寄 存器中的内容 BDR 为高电平 TX RX DPLL TX256k TX2MHZ RX2MHZ ANS 外部时钟 双 极 性 转 换 时分复用控制 TS TS T R T R S R S R 内部晶振 64k 64k2048k 2048k PCMOUT 图 6 PCM 终端同步时钟 Fig 6 Clock for Synchronization in PCM Terminal 如图 6 所示 PCM 终端内有一个自动网络同步 模块 ANS 主要为 PCM 接收模块 RX 从 64k 端口接 收连续信号后 按时分复用控制逻辑提供的时间片控 制信号 TS 向 2048k 口 8 位串行脉冲提供时钟 RX2MHZ ANS 可以选择多种外部时钟源 如 PCM 终端内部携带的温补晶振 符合 ITU T G 703 的外部 时钟源或通过 DPLL 从业务板卡 2M 口上提取的时钟 信号 通常可以通过软件设置各时钟源的输入优先级 ANS 选择当前可用的优先级最高的时钟源作为 RX2MHZ 图 7 所示的为保护装置采用的一个典型的 64kpbs 通道 保护装置通过光纤同安装在通信机房的数字接 口装置连接 数字接口装置另一侧连接于音频配线架 接入 PCM 终端的 64k 接口 PCM 终端的 2M 接口连 接于 SDH 的 E1 接口 通过 SDH 的 2048kbps 通道实 现和对侧继电保护装置的通信 上述通道中 一侧 PCM 终端选择内部晶振作为时钟源 另一侧从 2048kbps 接收码流中提取时钟 对于 PCM 终端 64kbps 数据输入频率由外接设备 继电保护装置通过 数字接口装置 的数据发送频率决定 解决滑码问题 的关键是保证 PCM 终端的 64kbps 数据输入频率同 RX2MHZ 保持一致 由于 PCM 终端可以通过设置 ANS 保证 2048kbps 回路上时钟的一致性 即 TX2MHZ 同 RX2MHZ 保持相同频率 而 PCM 信号 发送模块 TX 上 64kbps 的信号发送频率 TX256k 同 TX2MHZ 的相位差又能保持恒定 因此 PCM 上 64k 同向接口输出端包含的时钟信息和 PCM 内部 2M 方 向的发送时钟 RX2MHZ 能保持恒定的相位差 外接 设备 继电保护装置 只要提取 64kbps 码流内的时 钟作为信号发送时钟 就能避免滑码问题 第 4 页 TX RX DPLL TX256k TX2MHZ RX2MHZ ANS 双 极 性 转 换 时分复用控制 TS TS T R T R S R S R 内部晶振 64k 64k PCMOUT 光 电 转 换 码型变 换 光电 转换 时钟提取 DPLL 码型变 换 光电 转换 S C C TX RX DPLL TX256k TX2MHZ RX2MHZ ANS 双 极 性 转 换 时分复用控制 TS TS T R T R S R S R 内部晶振 64k 64k PCMOUT 光 电 转 换 码型变 换 光电 转换 时钟提取 DPLL 码型变 换 光电 转换 S C C 2048k 保护装置数字接口装置PCM终端 SDH数字通信网保护装置数字接口装置PCM终端 图 7 64kbps 通道 PCM 保护装置通信时钟设置 Fig 7 Clock Setting for PCM Terminal and Protection Equipment in 64kbps Channel 第 5 页 作为纯粹的信号传输介质 光纤芯内部不可能提 供晶振作为时钟基准 保护装置采用专用光纤时 至 少有一侧装置需要采用内部晶振作为时钟基准 另一 方面 由于不存在 64kpbs 输出信号和其它信号的复 用问题 通道收 发两个方向的通信时钟也不一定需 要保持同步 因此 采用专用光纤方式时 保护装置 通信时钟可以采用 主 主 方式或 主 从 方式 对于绝大多数 SDH 设备的 2M 通道 采用指针 调整技术能保证数据及时钟信号透明传输 两侧保护 装置通信时钟采用 主 主 方式或 主 从 方式 前提是要求保护装置时钟晶振频率要满足 G 823 67 建 议的抖动和漂移容限要求 RCS 900 系列保护装置时 钟晶振频率能满足上述要求 统一起见 建议通信时 钟采用 主 主 方式 对于不能满足要求的外接设 备 部份 SDH 设备的 2M 通道可以提供输出再定时 78 功 能 以 SDH 系统时钟为基准 通过码流输出相对标 准的 2048k 时钟 打开 2M 通道输出再定时功能后 保护装置通信时钟要设为 从 从 方式 4 结语结语 RCS 900 系列保护装置采用码型变换技术将发送 端通信时钟信号编入通信码流 接收端通过提取对侧 通信发送时钟可以解决 位同步 问题 针对不同的 通道类型 保护装置可以通过控制字或硬跳线选择不 同的通信发送时钟 两者协同配合可以解决 系统同 步 问题 采用 64k 复用通道时 保护装置通信时钟 采用 从 从 方式 PCM 终端采用 主 从 方 式 采用专用光纤或关闭输出再定时功能的 2M 通道 保护装置通信时钟采用 主 主 方式或 主 从 方式 打开输出再定时功能的 2M 通道 保护装置通 信时钟须采用 从 从 方式 参考文献 参考文献 1 韦乐平 光同步数字传送网 北京 人民邮电出 版社 1998 12 Wei Le ping Optical Synchronous Digital Transport Network Beiking People s Posts and Telecommunications Publishing House 1998 12 2 毛谦 SDH 光传送网的保护倒换 光通信研究 1994 1 2 30 39 Mao Qian Protection Switching of SDH Optical Transport Network Study on Optical Communication 1994 1 2 30 39 3 许建德 陆以群 新型数字电流差动保护装置中 的数据采样同步和通信方式 电力系统自动化 1993 17 4 23 26 Xu Jian de Lu Yi qun A New Scheme of Sampling Synchronization Communication for Digital Current Differential Relay Automation of Electric System 1993 17 4 23 26 4 南京南瑞继保电气有限公司 RCS 931 系列超高 压线路成套保护装置技术说明书 2004 6 Nanjing Nari Relays Protection Electric Power Co Ltd RCS 931 High Speed Protection for UHV Transmission Line 2004 6 5 南京南瑞继保电气有限公司 Nanjing Nari Relays Protection Electric Power Co Ltd RCS 931 系列 超高压线路成套保护装置技术说明书 RCS 931 High Speed Protection for UHV Transmission Line 2004 6 5 刘开增 用于数字光纤通信的 PCM 多路终端设 备 电力系统自动化 1981 6 76 82 Liu Kai zeng PCM Multiplex Terminal Equipment for Fiber optical Communication Automation of Electric System 1981 6 76 82 6 ITU T Rec G703 Physical electrical Characteristics of hierarchical interfaces 1991 7 ITU T G 823 The control of jitter and wander within digital networks which are based on the 2048kbit s hierarchy 1993 8 邓忠礼 SDH 为什么需要再定时功能 现代电信 科技 1999 年 5 月 第 5 期 Deng Zhong li Why the SDH need retiming function Modern Science Technology of Telecommunications 1999 5 王爱玲 1954 女 高级工程师 从事电力系统继 电保护研究及生产管理工作 Email wangal nari 金华锋 1972 男 博士 从事电力系统继电保护 安全自动装置和电力通信的研究 Email jinhf nari 陈新南 1963 男 处长 从事电力系统通信运行 管理工作 Email Chenxn 第 6 页 Clock Setting for Synchronous Communication of RCS 900 series Protection Equipment Abstract RCS 900 series protection equipment uses synchronous communication to exchange information by multiplex channel or fiber core in 64kbps or 2048k