時(shí)鐘同步技術(shù)現狀及發(fā)展

　　(3) 1PPS(1 Pulse per Second)及串行口A(yíng)SCII字符串

　　秒脈沖信號，不包含時(shí)刻信息，但其上升沿標記了準確的每秒的開(kāi)始，通常用于本地測試，也可用于局內時(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。由于串行口A(yíng)SCII字符串目前沒(méi)有統一的標準，不同廠(chǎng)家設備間無(wú)法實(shí)現互通，故該方法應用范圍較小。到2008年，中國移動(dòng)規定了1PPS+ToD接口的規范，ToD信息采用二進(jìn)制協(xié)議。1PPS+ToD技術(shù)可用于局內時(shí)間傳送，需要人工補償傳輸時(shí)延，其精度通常只能達到100ns量級，但不能實(shí)現遠距離的局間傳送。

　　(4) PTP(Precision Time Protocal)

　　PTP與NTP的實(shí)現原理均是基于雙向對等的傳輸時(shí)延，最大的不同是時(shí)間標簽的產(chǎn)生和處理環(huán)節。PTP通過(guò)物理層的時(shí)戳標記來(lái)獲得遠高于NTP的時(shí)間精度?；贗EEE-1588的PTP技術(shù)原先用于需要嚴格時(shí)序配合的工業(yè)控制，為了順應通信網(wǎng)中對高精度時(shí)間同步需求的快速增長(cháng)，IEEE-1588 從原先的版本1發(fā)展到版本2，并且已在同步設備上、光傳輸設備上、3G基站設備上得到應用。

　　在我國，PTP技術(shù)主要是基于光傳輸系統實(shí)現高精度時(shí)間傳送的，國內運營(yíng)商在最近幾年中開(kāi)展了通過(guò)地面傳輸系統傳送高精度時(shí)間的研究，在實(shí)驗室及現網(wǎng)上進(jìn)行了大量的試驗，并取得了一定的成果，已超過(guò)了國外相關(guān)方面的研究水平。目前國內已在一定規模的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下實(shí)現了PTP局間時(shí)間傳送，精度能達到微秒級。

　　4 同步新技術(shù)展望

　　相對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)間同步與現有的頻率同步彼此相對獨立，但從長(cháng)遠來(lái)看，頻率同步與時(shí)間同步的統一是發(fā)展的必然趨勢，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標準中規定了一種新型的定時(shí)接口，即DTI(DOCSIS Timing InteRFace)。DTI應用于有線(xiàn)電纜網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)協(xié)議交互方式，在一根電纜線(xiàn)上同時(shí)實(shí)現頻率和時(shí)間同步。DTI基本工作原理是：服務(wù)器與客戶(hù)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)間戳和基準頻率信號后，校正本地時(shí)鐘并向下游DTI客戶(hù)端輸出DTI信號，在一根DTI電纜的服務(wù)器和客戶(hù)端兩側，通過(guò)乒乓(ping-pong)機制無(wú)間斷地發(fā)送和接受DTI報文，從而實(shí)現DTI客戶(hù)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)方向傳輸的時(shí)延不對稱(chēng)性引入的時(shí)間誤差，并最大限度地減少串擾。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，DTI技術(shù)將逐漸應用于通信領(lǐng)域，即通用定時(shí)接口技術(shù)。

　　通用定時(shí)接口技術(shù)可直接應用于一根光纖(而不是光傳輸系統)上，實(shí)現數十公里的無(wú)中繼傳送。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用級聯(lián)方式可以實(shí)現數百公里甚至上千公里的傳送，而且還可以真正地實(shí)現百納秒甚至更高量級時(shí)間精度的傳送。相關(guān)實(shí)驗表明，在80km的光纖上已經(jīng)可以實(shí)現10ns以?xún)鹊臅r(shí)間傳送。對于直接基于光纖傳送的通用定時(shí)接口技術(shù)，可以避免傳統的基于光傳輸系統的時(shí)間傳送技術(shù)帶來(lái)的不對等性影響。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)監測并計算出單向傳播時(shí)延，實(shí)現時(shí)延的自動(dòng)補償，從而解決了傳統的基于光傳輸系統的時(shí)間傳送技術(shù)難以實(shí)現的時(shí)延自動(dòng)補償問(wèn)題。

　　通用定時(shí)接口技術(shù)另外一個(gè)優(yōu)勢就是能同時(shí)提供統一的時(shí)間和頻率同步，可以很好地兼容現有的頻率同步網(wǎng)和時(shí)間同步網(wǎng)，以及兼容現有通信網(wǎng)中所有需同步的系統與設備。我國傳統的頻率同步網(wǎng)只能溯源到各運營(yíng)商獨立運行的銫原子鐘，未來(lái)幾年內的時(shí)間同步網(wǎng)只能通過(guò)衛星授時(shí)接收機溯源到UTC。如果采用通用定時(shí)接口技術(shù)，即便是在時(shí)間信號溯源到衛星授時(shí)系統時(shí)，在衛星接收機天饋線(xiàn)時(shí)延補償應用方面，也可以實(shí)現自動(dòng)時(shí)延補償。具體而言，時(shí)間源頭設備的衛星接收機天饋線(xiàn)部分會(huì )引入固定時(shí)延;對于不同型號不同長(cháng)度的天饋線(xiàn)，其時(shí)延無(wú)法按照統一的經(jīng)驗值(例如4～5ns/米)進(jìn)行補償，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。如果在蘑菇頭和衛星接收機之間采用具有自動(dòng)時(shí)延補償的通用定時(shí)接口技術(shù)，則可以有效保證時(shí)間源頭設備的同步精度。然而，基于光纖并采用通用定時(shí)接口技術(shù)，還可以將現有的頻率基準和時(shí)間基準溯源到地面的國家級時(shí)頻基準上，以至于根本上擺脫對衛星授時(shí)系統的依賴(lài)。從而實(shí)現可同時(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)的標準化和具體實(shí)現還有待進(jìn)一步研究。

　　5 結束語(yǔ)

　　綜上所述，微型化、低功率芯片級原子鐘的出現，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。鑒于我國在高精度時(shí)間同步方面的研究已走在國際前列，后續應在同步新技術(shù)方面積極開(kāi)展研究。