一種主備無縫切換裝置和方法

2023-10-08 21:56:04 1

專利名稱：一種主備無縫切換裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種主備切換技術，特別涉及一種移動通信中一種主備無縫切換裝置 和方法。
背景技術：
在無線通信網絡中，對系統的時鐘有很高的要求，因此在通信設備的設計中採用 「1+1」備份的工作方式，在正常情況下主用設備為系統提供同步時鐘，當主用設備發生故障 或者人為發起倒換時，備用設備能夠立即接管整個系統並且為系統提供時鐘信號。為了實 現主備無縫切換即主備倒換過程中對業務沒有影響，必須保證在主備倒換瞬間，主用板和 備用板的時鐘保持相位和頻率一致，否則會導致基站掉話等問題。現有的時鐘主備同相方案中主用板和備用板都採用一對信號線來進行主備信息 交互，如圖1所示，其中時鐘信號線傳送主用板的時鐘相位信息用於主備時鐘同相，數據信 號線傳送主用板的切換控制指令和主備信息，該方案能夠良好地滿足無線通信基站主備無 縫切換的要求，但是時鐘相位信息和切換控制指令需要分別通過時鐘信號線和數據信號線 傳送，所以主用板和備用板的通信需要一對信號線，很難滿足低成本緊湊型設備的要求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種主備無縫切換裝置，用於解決在一根主備互聯信號線 上完成時鐘相位信息和主備時鐘切換控制指令的交互。本發明的另一目的在於提供一種主備無縫切換方法，用於解決在一根主備互聯信 號線上完成時鐘相位信息和切換控制指令的交互。根據本發明的一個方面，提供了一種主備無縫切換裝置，包括主用板時鐘切換控制單元，用於在第一時間控制主用板時鐘鎖相環向備用板時鐘 切換控制單元發送時鐘相位信息，並在隨後的第二時間向主用板時鐘鎖相環和備用板時鐘 切換控制單元發送主備切換命令；主用板時鐘鎖相環，用於提供時鐘相位信息，並在收到主備切換命令時停止工 作；備用板時鐘切換控制單元，將收到的時鐘相位信息轉發給備用板時鐘鎖相環，並 在收到主備切換命令時，控制備用板時鐘鎖相環進行主備用切換；備用板時鐘鎖相環，按照時鐘相位信息進行鎖相操作，並按照主備切換命令輸出 已同相的時鐘信號。主用板時鐘切換控制單元接收到主備時鐘切換指令時向主用板定時器和備用板 時鐘切換控制單元發送主備同相命令。主用板定時器，當接收到所述主備同相命令時開始第一時間和第二時間的計時。備用板定時器，當備用板時鐘切換控制單元接收到主用板時鐘切換控制單元發送 的主備同相命令時開始計時。
備用板時鐘切換控制單元當備用板定時器計時超時時啟動備用板時鐘鎖相環進 行鎖相操作。根據本發明的另一方面，提供了一種主備無縫切換方法，包括以下步驟A、在第一時間主用板時鐘切換控制單元控制主用板時鐘鎖相環提供時鐘相位信 息，並由主用板時鐘切換控制單元向備用板時鐘切換控制單元發送所述時鐘相位信息；B、備用板時鐘切換控制單元收到所述時鐘相位信息後將其轉發至備用板時鐘鎖 相環，並控制備用板時鐘鎖相環進行鎖相操作；C、在第二時間主用板時鐘切換控制單元向主用板時鐘鎖相環和備用板時鐘切換 控制單元發送主備切換命令；D、主用板時鐘鎖相環在收到所述主備切換命令時停止工作，備用板時鐘切換控制 單元在收到所述主備切換命令時，控制備用板時鐘鎖相環進行主備用切換，備用板時鐘鎖 相環按照所述主備切換命令輸出已同相的時鐘信號。其中，在步驟A之前，主用板時鐘切換控制單元接收到主備時鐘切換指令時向主 用板定時器和備用板時鐘切換控制單元發送主備同相命令，主用板時鐘切換控制單元啟動 主用板定時器。第一時間是主用板時鐘控制單元發送主備同相命令至備用板接收到該命令的時 間；第二時間是主用板時鐘控制單元發送主備同相命令至備用板完成主備時鐘同相 的時間；其中，第一時間和第二時間均為時間段，並且第二時間大於第一時間。當備用板時鐘切換控制單元接收到主用板時鐘切換控制單元發送的主備同相命 令時備用板定時器開始計時，並當定時器計時超時時啟動備用板時鐘鎖相環進行鎖相操作。備用板定時器定時時間為時間段，並且該時間段小於第二時間與第一時間的差值。本發明具有以下技術效果本發明在主備設計中利用單根信號線成功實現了分時 發送主用板的時鐘相位信息和主備時鐘切換控制指令，從而有效減少了主用板和備用板間 的互聯信號線，不僅滿足了主備時鐘同相的要求，而且滿足了低成本緊湊型基站的需求。


圖1是現有技術提供的時鐘主備同相方案示意圖；圖2是本發明提供的時鐘主備無縫切換裝置的結構圖；圖3是本發明提供的時鐘主備無縫切換方法的流程圖；圖4是本發明實施例提供的主用板的主備切換流程圖；圖5是本發明實施例提供的備用板的主備時鐘同相和主備切換流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明，應當理解，以下所說明的優 選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。
圖2顯示了時鐘主備無縫切換裝置的結構，如圖2所示，該裝置實現主備無縫切換 的模塊主要有主用板時鐘切換控制單元、主用板時鐘鎖相環、主用板定時器、備用板時鐘切 換控制單元、備用板時鐘鎖相環和備用板定時器。主用板時鐘切換控制單元響應後臺或人為發起的主備時鐘切換指令，接收到該主 備時鐘切換指令後向主用板定時器和備用板切換控制單元發送主備同相命令，當主用板定 時器接收到該主備同相命令時開始第一時間和第二時間的計時，當備用板切換控制單元接 收到主備同相命令時啟動備用板定時器開始計時。主用板時鐘切換控制單元，用於在第一時間控制主用板時鐘鎖相環向備用板時鐘 切換控制單元發送時鐘相位信息，並在隨後的第二時間向主用板時鐘鎖相環和備用板時鐘 切換控制單元發送主備切換命令。其中，第一時間和第二時間均為時間段，並且第二時間大於第一時間。具體地說， 第一時間是主用板時鐘控制單元發送主備同相命令至備用板接收到該命令的時間，此時備 用板進入時鐘同相等待狀態；第二時間是主用板時鐘控制單元發送主備同相命令至備用板 完成主備時鐘同相的時間。例如，假設第一時間為20ms，第二時間為50ms，則在主用板時鐘 控制單元發送主備同相命令開始計時，20ms時刻備用板進入時鐘同相等待狀態，此時主用 板時鐘控制單元發送時鐘相位信息，再過30ms，也就是50ms時刻，主用板時鐘控制單元發 送主備切換命令。主用板時鐘鎖相環，用於提供時鐘相位信息，並在收到主備切換命令時停止工作。主用板定時器，當接收到主備切換命令時開始第一時間和第二時間的計時。備用板時鐘切換控制單元，將收到的時鐘相位信息轉發給備用板時鐘鎖相環，並 在收到主備切換命令時，控制備用板時鐘鎖相環進行主備用切換。備用板時鐘鎖相環，按照時鐘相位信息進行鎖相操作，並按照主備切換命令輸出 已同相的時鐘信號。時鐘鎖相環是用於實現輸入和輸出兩個時鐘信號之間的相位同步，當沒有時鐘相 位信息即參考輸入信號時，時鐘鎖相環的輸出為零，當接收到時鐘相位信息時，輸入信號和 輸出信號同時加到鑑相器進行鑑相，輸出與輸入電壓和輸出電壓的相位差成正比的誤差電 壓，經過環路濾波器濾去該誤差電壓中的高頻成分，輸出控制電壓，該控制電壓將使壓控振 蕩器的頻率和相位發生變化，朝著參考信號輸入信號的頻率靠攏，最後達到環路的鎖定。備用板定時器，當備用板時鐘切換控制單元接收到主用板時鐘切換控制單元發送 的主備同相命令時開始計時。備用板定時時間為時間段，並且該時間段小於第二時間與第一時間的差值，若第 一時間為20ms，第二時間為50ms，可假設備用板定時時間為1 Oms，計時到1 Oms時刻時，可啟 動備用板時鐘鎖相環根據主用板主備主控單元發送的時鐘相位信息完成時鐘的同步。圖3顯示了時鐘主備無縫切換方法的流程，如圖3所示步驟S301，在第一時間主用板時鐘切換控制單元控制主用板時鐘鎖相環提供時鐘 相位信息，並由主用板時鐘切換控制單元向備用板時鐘切換控制單元發送時鐘相位信息。主用板時鐘切換控制單元在接收到後臺或人為發起的主備時鐘切換指令後，向主 用板定時器和備用板切換控制單元發送主備同相命令，同時啟動主用板定時器。主用板定時器計時到第一時間時，主用板時鐘鎖相環提供主用板的時鐘相位信息，並由主用板時鐘切換控制單元發送至備用板時鐘切換控制單元。步驟S302，備用板時鐘切換控制單元收到時鐘相位信息後將其轉發至備用板時鐘 鎖相環，並控制備用板時鐘鎖相環進行鎖相操作。備用板時鐘切換控制單元接收到主用板時鐘切換控制單元發送的主備同相命令 時控制備用板定時器開始計時，達到預定的時間時備用板時鐘鎖相環進行鎖相操作。步驟S303，在第二時間主用板時鐘切換控制單元向主用板時鐘鎖相環和備用板時 鍾切換控制單元發送主備切換命令。步驟S304，主用板時鐘鎖相環在收到主備切換命令時停止工作，備用板時鐘切換 控制單元在收到主備切換命令時，控制備用板時鐘鎖相環進行主備用切換，備用板時鐘鎖 相環按照主備切換命令輸出已同相的時鐘信號。圖4顯示了本發明實施例提供的主用板的主備切換流程，如圖4所示步驟S401，主用板時鐘切換控制單元接收到主備時鐘切換指令開始進行主備切 換，發送主備同相命令；步驟S402，主用板進入主備時鐘同相等待狀態；步驟S403，主用板向對方板即備用板發送主備同相命令；步驟S404，主用板啟動本板定時器開始計時；步驟S405，判斷定時器計數器的值是否小於或等於N，若滿足則處於等待狀態，若 計數器值大於N則進入步驟S406 ；其中，N根據實際情況計算得出，從主用板時鐘切換控制單元發出主備同相命令的 時刻到備用板接收到該命令時刻的時鐘周期為N個時鐘周期，N為正整數；步驟S406，發送本板時鐘相位信息；步驟S407，判斷定時器計數器的值是否小於或等於L，若滿足則處於等待狀態，若 計數器值大於L則進入步驟S408 ；其中，L根據實際情況計算得出，從主用板時鐘切換控制單元發送主備同相命令至 備用板完成主備時鐘同相的時間為L個時鐘周期；步驟S408，發送主備切換命令，進行主備切換，主用板時鐘鎖相環停止工作。圖5顯示了本發明實施例提供的備用板的主備時鐘同相和主備切換流程，如圖5 所示步驟S501，備用板上電初始化；步驟S502，判斷接收到的對板的主備同相命令是否有效，若無效則處於初始化之 後的狀態，若有效則進入步驟S503 ；步驟S503，備用板進入時鐘同相等待狀態；步驟S504，啟動本板定時器開始計時；步驟S505，判斷定時器計數器的值是否小於或等於M，若滿足則處於等待狀態，若 計數器值大於M則進入步驟S506 ；其中，M值根據實際情況計算得出，從備用板進入時鐘同相等待狀態至接收到主用 板時鐘相位信息的時間為M個時鐘周期；步驟S506，同相備用板時鐘鎖相環，使主備時鐘同相；步驟S507，當接收到主用板發送的主備切換命令時，進行主備切換，備用板時鐘鎖
7相環開始輸出已同相的時鐘信號。本發明的硬體部分可以由FPGA和時鐘鎖相環實現，FPGA完成時鐘切換控制、單線 方式的主備設備的信息交互、主備切換和主備時鐘同相等功能，時鐘鎖相環完成時鐘相位 的調整實現兩板時鐘同相功能。主備時鐘同相的實現過程如下1、主用板FPGA響應CPU發出的主備時鐘切換指令，進入主備時鐘同相等待狀態；2、主用設備通過一根主備互聯信號線向備用板發送主備同相命令，並且打開主用 板定時器，該時刻為T10，因為只有在主備切換的瞬間才進行主備時鐘的同相，所以當FPGA 接收到CPU發出的切換控制指令後，主用板時鐘切換控制單元必須先通過主備互聯信號線 向備用板時鐘切換控制單元發出主備同相命令，讓備用設備進入主備時鐘同相等待狀態， 該時刻為Tll ；3、當備用設備進入主備時鐘同相等待狀態後，啟動備用板定時器，該時刻為T20， 並且開始等待主用設備發出的時鐘相位信息，用於主備時鐘同相；4、從主用板時鐘切換控制單元發出主備同相命令的時刻TlO到備用板進入時鐘 同相等待狀態時刻Tll的時鐘周期為N個時鐘周期，因此當主用板的定時器計數到N時，發 出中斷信號，時鐘主備控制邏輯通過主備互聯信號線向備用設備發送時鐘相位信息；5、備用板進入時鐘同相等待狀態時刻T20到接收到主用板時鐘主備相位信息的 時刻T21的時鐘周期為M個時鐘周期，當備用板的定時器計數到M時，發起時鐘同相命令， 同相備用板時鐘鎖相環，完成時鐘同相；6、主用板時鐘主備主控單元發送主備同相命令的時刻TlO至備用板完成主備時 鍾同相的時刻T12的時鐘周期為L個時鐘周期，當主用板的定時器計數到L時，發送主備切 換命令，備用板時鐘鎖相環接收到該命令時輸出已同相的時鐘信號。其中，從時刻TlO至時刻Tll的時間段為第一時間，從時刻TlO至時刻T12的時間 段為第二時間。儘管上文對本發明進行了詳細說明，但是本發明不限於此，本領域技術人員可以 根據本發明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發明原理所作的修改，都應當理解為落入 本發明的保護範圍。綜上所述，本發明具有以下技術效果本發明成功實現了利用單根信號線分時發 送主用板的時鐘相位信息和切換控制指令，從而有效減少了主用板和備用板間的互聯信號 線，不僅滿足了主備時鐘同相的要求，而且滿足了低成本緊湊型基站的需求。
權利要求
一種主備無縫切換裝置，其特徵在於，包括主用板時鐘切換控制單元，用於在第一時間控制主用板時鐘鎖相環向備用板時鐘切換控制單元發送時鐘相位信息，並在隨後的第二時間向主用板時鐘鎖相環和備用板時鐘切換控制單元發送主備切換命令；主用板時鐘鎖相環，用於提供時鐘相位信息，並在收到所述主備切換命令時停止工作；備用板時鐘切換控制單元，將收到的所述時鐘相位信息轉發給備用板時鐘鎖相環，並在收到所述主備切換命令時，控制備用板時鐘鎖相環進行主備用切換；以及備用板時鐘鎖相環，按照所述時鐘相位信息進行鎖相操作，並按照所述主備切換命令輸出已同相的時鐘信號。
2.根據權利要求1所述的一種主備無縫切換裝置，其特徵在於，所述主用板時鐘切換 控制單元接收到主備時鐘切換指令時向主用板定時器和備用板時鐘切換控制單元發送主 備同相命令。
3.根據權利要求2所述的一種主備無縫切換裝置，其特徵在於，所述裝置還包括主用 板定時器，當接收到所述主備同相命令時開始第一時間和第二時間的計時。
4.根據權利要求2所述的一種主備無縫切換裝置，其特徵在於，所述裝置還包括備用 板定時器，當備用板時鐘切換控制單元接收到所述主用板時鐘切換控制單元發送的主備同 相命令時開始計時。
5.根據權利要求4所述的一種主備無縫切換裝置，其特徵在於，所述備用板時鐘切換 控制單元當備用板定時器計時超時時啟動備用板時鐘鎖相環進行鎖相操作。
6.一種主備無縫切換方法，其特徵在於，包括以下步驟A、在第一時間主用板時鐘切換控制單元控制主用板時鐘鎖相環提供時鐘相位信息，並 由主用板時鐘切換控制單元向備用板時鐘切換控制單元發送所述時鐘相位信息；B、備用板時鐘切換控制單元收到所述時鐘相位信息後將其轉發至備用板時鐘鎖相環， 並控制備用板時鐘鎖相環進行鎖相操作；C、在第二時間主用板時鐘切換控制單元向主用板時鐘鎖相環和備用板時鐘切換控制 單元發送主備切換命令；D、主用板時鐘鎖相環在收到所述主備切換命令時停止工作，備用板時鐘切換控制單元 在收到所述主備切換命令時，控制備用板時鐘鎖相環進行主備用切換，備用板時鐘鎖相環 按照所述主備切換命令輸出已同相的時鐘信號。
7.根據權利要求6所述的一種主備無縫切換方法，其特徵在於，在所述步驟A之前，主 用板時鐘切換控制單元接收到主備時鐘切換指令時向主用板定時器和備用板時鐘切換控 制單元發送主備同相命令，主用板時鐘切換控制單元啟動主用板定時器。
8.根據權利要求6所述的一種主備無縫切換方法，其特徵在於，所述第一時間是主用板時鐘控制單元發送主備同相命令至備用板接收到該命令的時間；所述第二時間是主用板時鐘控制單元發送主備同相命令至備用板完成主備時鐘同相 的時間；以及其中，第一時間和第二時間均為時間段，並且第二時間大於第一時間。
9.根據權利要求8所述的一種主備無縫切換方法，其特徵在於，當備用板時鐘切換控 制單元接收到所述主用板時鐘切換控制單元發送的主備同相命令時備用板定時器開始計 時，並當定時器計時超時時啟動備用板時鐘鎖相環進行鎖相操作。
10.根據權利要求9所述的一種主備無縫切換方法，其特徵在於，所述備用板定時器定 時時間為時間段，並且該時間段小於第二時間與第一時間的差值。
全文摘要
本發明公開了一種主備無縫切換裝置和方法，該裝置包括主用板時鐘切換控制單元，在第一時間控制主用板時鐘鎖相環發送時鐘相位信息，並在隨後的第二時間發送主備切換命令；主用板時鐘鎖相環，提供時鐘相位信息，並在收到主備切換命令時停止工作；備用板時鐘切換控制單元，將收到的時鐘相位信息轉發給備用板時鐘鎖相環，並在收到主備切換命令時，控制備用板時鐘鎖相環進行主備用切換；備用板時鐘鎖相環，按照時鐘相位信息進行鎖相操作，並按照主備切換命令輸出已同相的時鐘信號。本發明在主備設計中利用單根信號線分時發送時鐘和控制信息的方法，成功地實現了在一根主備互聯信號線上進行主備無縫切換。
文檔編號H04L12/24GK101895425SQ201010230638
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月13日 優先權日2010年7月13日
發明者傅小明, 王海波 申請人:中興通訊股份有限公司