時鐘同步技術(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，不包含時刻信息，但其上升沿標(biāo)記了準(zhǔn)確的每秒的開始，通常用于本地測試，也可用于局內(nèi)時間分配。通過RS232/RS422串行通訊口，將時間信息以ASCII碼字符串方式進(jìn)行編碼，波特率一般為9600bit/s，精度不高，通常還需同時利用1PPS信號。由于串行口ASCII字符串目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家設(shè)備間無法實(shí)現(xiàn)互通，故該方法應(yīng)用范圍較小。到2008年，中國移動規(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)時間傳送，需要人工補(bǔ)償傳輸時延，其精度通常只能達(dá)到100ns量級，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延，最大的不同是時間標(biāo)簽的產(chǎn)生和處理環(huán)節(jié)。PTP通過物理層的時戳標(biāo)記來獲得遠(yuǎn)高于NTP的時間精度?；贗EEE-1588的PTP技術(shù)原先用于需要嚴(yán)格時序配合的工業(yè)控制，為了順應(yīng)通信網(wǎng)中對高精度時間同步需求的快速增長，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，PTP技術(shù)主要是基于光傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度時間傳送的，國內(nèi)運(yùn)營商在最近幾年中開展了通過地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)傳送高精度時間的研究，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，已超過了國外相關(guān)方面的研究水平。目前國內(nèi)已在一定規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了PTP局間時間傳送，精度能達(dá)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)的時間同步技術(shù)嶄露頭角。新興的時間同步與現(xiàn)有的頻率同步彼此相對獨(dú)立，但從長遠(yuǎn)來看，頻率同步與時間同步的統(tǒng)一是發(fā)展的必然趨勢，為此，本文在這里推出了通用定時接口技術(shù)和光纖時間同步網(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接口，即DTI(DOCSIS Timing InteRFace)。DTI應(yīng)用于有線電纜網(wǎng)絡(luò)，通過協(xié)議交互方式，在一根電纜線上同時實(shí)現(xiàn)頻率和時間同步。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)器在獲取精確時間戳和基準(zhǔn)頻率信號后，校正本地時鐘并向下游DTI客戶端輸出DTI信號，在一根DTI電纜的服務(wù)器和客戶端兩側(cè)，通過乒乓(ping-pong)機(jī)制無間斷地發(fā)送和接受DTI報文，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方向傳輸?shù)臅r延不對稱性引入的時間誤差，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，即通用定時接口技術(shù)。

　　通用定時接口技術(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)十公里的無中繼傳送。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，采用級聯(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時間精度的傳送。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)的時間傳送。對于直接基于光纖傳送的通用定時接口技術(shù)，可以避免傳統(tǒng)的基于光傳輸系統(tǒng)的時間傳送技術(shù)帶來的不對等性影響。而且，在采用單纖雙向傳輸技術(shù)后，通用定時接口技術(shù)可以自動監(jiān)測并計算出單向傳播時延，實(shí)現(xiàn)時延的自動補(bǔ)償，從而解決了傳統(tǒng)的基于光傳輸系統(tǒng)的時間傳送技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的時延自動補(bǔ)償問題。

　　通用定時接口技術(shù)另外一個優(yōu)勢就是能同時提供統(tǒng)一的時間和頻率同步，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。我國傳統(tǒng)的頻率同步網(wǎng)只能溯源到各運(yùn)營商獨(dú)立運(yùn)行的銫原子鐘，未來幾年內(nèi)的時間同步網(wǎng)只能通過衛(wèi)星授時接收機(jī)溯源到UTC。如果采用通用定時接口技術(shù)，即便是在時間信號溯源到衛(wèi)星授時系統(tǒng)時，在衛(wèi)星接收機(jī)天饋線時延補(bǔ)償應(yīng)用方面，也可以實(shí)現(xiàn)自動時延補(bǔ)償。具體而言，時間源頭設(shè)備的衛(wèi)星接收機(jī)天饋線部分會引入固定時延;對于不同型號不同長度的天饋線，其時延無法按照統(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)之間采用具有自動時延補(bǔ)償?shù)耐ㄓ枚〞r接口技術(shù)，則可以有效保證時間源頭設(shè)備的同步精度。然而，基于光纖并采用通用定時接口技術(shù)，還可以將現(xiàn)有的頻率基準(zhǔn)和時間基準(zhǔn)溯源到地面的國家級時頻基準(zhǔn)上，以至于根本上擺脫對衛(wèi)星授時系統(tǒng)的依賴。從而實(shí)現(xiàn)可同時提供高可靠、高質(zhì)量時間和頻率服務(wù)的光纖時間同步網(wǎng)。

　　有關(guān)通用定時接口技術(shù)和光纖時間同步網(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

　　綜上所述，微型化、低功率芯片級原子鐘的出現(xiàn)，無疑是時鐘技術(shù)領(lǐng)域的一次劃時代而具有沖擊力的大革命;而通用定時接口技術(shù)、光纖時間同步網(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間同步方面的研究已走在國際前列，后續(xù)應(yīng)在同步新技術(shù)方面積極開展研究。