時(shí)鐘同步技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展
(3) 1PPS(1 Pulse per Second)及串行口ASCII字符串
秒脈沖信號(hào),不包含時(shí)刻信息,但其上升沿標(biāo)記了準(zhǔn)確的每秒的開(kāi)始,通常用于本地測(cè)試,也可用于局內(nèi)時(shí)間分配。通過(guò)RS232/RS422串行通訊口,將時(shí)間信息以ASCII碼字符串方式進(jìn)行編碼,波特率一般為9600bit/s,精度不高,通常還需同時(shí)利用1PPS信號(hào)。由于串行口ASCII字符串目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不同廠家設(shè)備間無(wú)法實(shí)現(xiàn)互通,故該方法應(yīng)用范圍較小。到2008年,中國(guó)移動(dòng)規(guī)定了1PPS+ToD接口的規(guī)范,ToD信息采用二進(jìn)制協(xié)議。1PPS+ToD技術(shù)可用于局內(nèi)時(shí)間傳送,需要人工補(bǔ)償傳輸時(shí)延,其精度通常只能達(dá)到100ns量級(jí),但不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的局間傳送。
(4) PTP(Precision Time Protocal)
PTP與NTP的實(shí)現(xiàn)原理均是基于雙向?qū)Φ鹊膫鬏敃r(shí)延,最大的不同是時(shí)間標(biāo)簽的產(chǎn)生和處理環(huán)節(jié)。PTP通過(guò)物理層的時(shí)戳標(biāo)記來(lái)獲得遠(yuǎn)高于NTP的時(shí)間精度?;贗EEE-1588的PTP技術(shù)原先用于需要嚴(yán)格時(shí)序配合的工業(yè)控制,為了順應(yīng)通信網(wǎng)中對(duì)高精度時(shí)間同步需求的快速增長(zhǎng),IEEE-1588 從原先的版本1發(fā)展到版本2,并且已在同步設(shè)備上、光傳輸設(shè)備上、3G基站設(shè)備上得到應(yīng)用。
在我國(guó),PTP技術(shù)主要是基于光傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)間傳送的,國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商在最近幾年中開(kāi)展了通過(guò)地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)傳送高精度時(shí)間的研究,在實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)網(wǎng)上進(jìn)行了大量的試驗(yàn),并取得了一定的成果,已超過(guò)了國(guó)外相關(guān)方面的研究水平。目前國(guó)內(nèi)已在一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了PTP局間時(shí)間傳送,精度能達(dá)到微秒級(jí)。
4 同步新技術(shù)展望
相對(duì)于成熟的頻率同步技術(shù),以PTP技術(shù)為引領(lǐng)的時(shí)間同步技術(shù)嶄露頭角。新興的時(shí)間同步與現(xiàn)有的頻率同步彼此相對(duì)獨(dú)立,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,頻率同步與時(shí)間同步的統(tǒng)一是發(fā)展的必然趨勢(shì),為此,本文在這里推出了通用定時(shí)接口技術(shù)和光纖時(shí)間同步網(wǎng)這一概念,作為拋磚引玉供讀者探討。
在ITU-T J.211標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了一種新型的定時(shí)接口,即DTI(DOCSIS Timing InteRFace)。DTI應(yīng)用于有線電纜網(wǎng)絡(luò),通過(guò)協(xié)議交互方式,在一根電纜線上同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率和時(shí)間同步。DTI基本工作原理是:服務(wù)器與客戶端之間采用一根DTI電纜進(jìn)行連接,服務(wù)器在獲取精確時(shí)間戳和基準(zhǔn)頻率信號(hào)后,校正本地時(shí)鐘并向下游DTI客戶端輸出DTI信號(hào),在一根DTI電纜的服務(wù)器和客戶端兩側(cè),通過(guò)乒乓(ping-pong)機(jī)制無(wú)間斷地發(fā)送和接受DTI報(bào)文,從而實(shí)現(xiàn)DTI客戶端與服務(wù)器之間的同步。DTI利用RJ45接口的1、2管腳進(jìn)行收發(fā)協(xié)議的乒乓傳輸,以最大限度地減少兩個(gè)方向傳輸?shù)臅r(shí)延不對(duì)稱性引入的時(shí)間誤差,并最大限度地減少串?dāng)_。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,DTI技術(shù)將逐漸應(yīng)用于通信領(lǐng)域,即通用定時(shí)接口技術(shù)。
通用定時(shí)接口技術(shù)可直接應(yīng)用于一根光纖(而不是光傳輸系統(tǒng))上,實(shí)現(xiàn)數(shù)十公里的無(wú)中繼傳送。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,采用級(jí)聯(lián)方式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百公里甚至上千公里的傳送,而且還可以真正地實(shí)現(xiàn)百納秒甚至更高量級(jí)時(shí)間精度的傳送。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,在80km的光纖上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)10ns以內(nèi)的時(shí)間傳送。對(duì)于直接基于光纖傳送的通用定時(shí)接口技術(shù),可以避免傳統(tǒng)的基于光傳輸系統(tǒng)的時(shí)間傳送技術(shù)帶來(lái)的不對(duì)等性影響。而且,在采用單纖雙向傳輸技術(shù)后,通用定時(shí)接口技術(shù)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)并計(jì)算出單向傳播時(shí)延,實(shí)現(xiàn)時(shí)延的自動(dòng)補(bǔ)償,從而解決了傳統(tǒng)的基于光傳輸系統(tǒng)的時(shí)間傳送技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的時(shí)延自動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題。
通用定時(shí)接口技術(shù)另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是能同時(shí)提供統(tǒng)一的時(shí)間和頻率同步,可以很好地兼容現(xiàn)有的頻率同步網(wǎng)和時(shí)間同步網(wǎng),以及兼容現(xiàn)有通信網(wǎng)中所有需同步的系統(tǒng)與設(shè)備。我國(guó)傳統(tǒng)的頻率同步網(wǎng)只能溯源到各運(yùn)營(yíng)商獨(dú)立運(yùn)行的銫原子鐘,未來(lái)幾年內(nèi)的時(shí)間同步網(wǎng)只能通過(guò)衛(wèi)星授時(shí)接收機(jī)溯源到UTC。如果采用通用定時(shí)接口技術(shù),即便是在時(shí)間信號(hào)溯源到衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)時(shí),在衛(wèi)星接收機(jī)天饋線時(shí)延補(bǔ)償應(yīng)用方面,也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)時(shí)延補(bǔ)償。具體而言,時(shí)間源頭設(shè)備的衛(wèi)星接收機(jī)天饋線部分會(huì)引入固定時(shí)延;對(duì)于不同型號(hào)不同長(zhǎng)度的天饋線,其時(shí)延無(wú)法按照統(tǒng)一的經(jīng)驗(yàn)值(例如4~5ns/米)進(jìn)行補(bǔ)償,尤其在串接了避雷器、放大器、分配器、連接器后,時(shí)延誤差更加難以控制。如果在蘑菇頭和衛(wèi)星接收機(jī)之間采用具有自動(dòng)時(shí)延補(bǔ)償?shù)耐ㄓ枚〞r(shí)接口技術(shù),則可以有效保證時(shí)間源頭設(shè)備的同步精度。然而,基于光纖并采用通用定時(shí)接口技術(shù),還可以將現(xiàn)有的頻率基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)溯源到地面的國(guó)家級(jí)時(shí)頻基準(zhǔn)上,以至于根本上擺脫對(duì)衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)的依賴。從而實(shí)現(xiàn)可同時(shí)提供高可靠、高質(zhì)量時(shí)間和頻率服務(wù)的光纖時(shí)間同步網(wǎng)。
有關(guān)通用定時(shí)接口技術(shù)和光纖時(shí)間同步網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和具體實(shí)現(xiàn)還有待進(jìn)一步研究。
5 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,微型化、低功率芯片級(jí)原子鐘的出現(xiàn),無(wú)疑是時(shí)鐘技術(shù)領(lǐng)域的一次劃時(shí)代而具有沖擊力的大革命;而通用定時(shí)接口技術(shù)、光纖時(shí)間同步網(wǎng)技術(shù)的推出,也為同步網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展注入了新的生命力。鑒于我國(guó)在高精度時(shí)間同步方面的研究已走在國(guó)際前列,后續(xù)應(yīng)在同步新技術(shù)方面積極開(kāi)展研究。
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