時鐘同步技術現狀及發(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，但其上升沿標記了準確的每秒的開始，通常用于本地測試，也可用于局內時間分配。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)一的標準，不同廠家設備間無法實現互通，故該方法應用范圍較小。到2008年，中國移動規(guī)定了1PPS+ToD接口的規(guī)范，ToD信息采用二進制協(xié)議。1PPS+ToD技術可用于局內時間傳送，需要人工補償傳輸時延，其精度通常只能達到100ns量級，但不能實現遠距離的局間傳送。

　　(4) PTP(Precision Time Protocal)

　　PTP與NTP的實現原理均是基于雙向對等的傳輸時延，最大的不同是時間標簽的產生和處理環(huán)節(jié)。PTP通過物理層的時戳標記來獲得遠高于NTP的時間精度?；贗EEE-1588的PTP技術原先用于需要嚴格時序配合的工業(yè)控制，為了順應通信網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，并且已在同步設備上、光傳輸設備上、3G基站設備上得到應用。

　　在我國，PTP技術主要是基于光傳輸系統(tǒng)實現高精度時間傳送的，國內運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，在實驗室及現網上進行了大量的試驗，并取得了一定的成果，已超過了國外相關方面的研究水平。目前國內已在一定規(guī)模的網絡環(huán)境下實現了PTP局間時間傳送，精度能達到微秒級。

　　4 同步新技術展望

　　相對于成熟的頻率同步技術，以PTP技術為引領的時間同步技術嶄露頭角。新興的時間同步與現有的頻率同步彼此相對獨立，但從長遠來看，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和光纖時間同步網這一概念，作為拋磚引玉供讀者探討。

　　在ITU-T J.211標準中規(guī)定了一種新型的定時接口，即DTI(DOCSIS Timing InteRFace)。DTI應用于有線電纜網絡，通過協(xié)議交互方式，在一根電纜線上同時實現頻率和時間同步。DTI基本工作原理是：服務器與客戶端之間采用一根DTI電纜進行連接，服務器在獲取精確時間戳和基準頻率信號后，校正本地時鐘并向下游DTI客戶端輸出DTI信號，在一根DTI電纜的服務器和客戶端兩側，通過乒乓(ping-pong)機制無間斷地發(fā)送和接受DTI報文，從而實現DTI客戶端與服務器之間的同步。DTI利用RJ45接口的1、2管腳進行收發(fā)協(xié)議的乒乓傳輸，以最大限度地減少兩個方向傳輸的時延不對稱性引入的時間誤差，并最大限度地減少串擾。隨著技術的不斷發(fā)展，DTI技術將逐漸應用于通信領域，即通用定時接口技術。

　　通用定時接口技術可直接應用于一根光纖(而不是光傳輸系統(tǒng))上，實現數十公里的無中繼傳送。隨著技術的不斷發(fā)展，采用級聯方式可以實現數百公里甚至上千公里的傳送，而且還可以真正地實現百納秒甚至更高量級時間精度的傳送。相關實驗表明，在80km的光纖上已經可以實現10ns以內的時間傳送。對于直接基于光纖傳送的通用定時接口技術，可以避免傳統(tǒng)的基于光傳輸系統(tǒng)的時間傳送技術帶來的不對等性影響。而且，在采用單纖雙向傳輸技術后，通用定時接口技術可以自動監(jiān)測并計算出單向傳播時延，實現時延的自動補償，從而解決了傳統(tǒng)的基于光傳輸系統(tǒng)的時間傳送技術難以實現的時延自動補償問題。

　　通用定時接口技術另外一個優(yōu)勢就是能同時提供統(tǒng)一的時間和頻率同步，可以很好地兼容現有的頻率同步網和時間同步網，以及兼容現有通信網中所有需同步的系統(tǒng)與設備。我國傳統(tǒng)的頻率同步網只能溯源到各運營商獨立運行的銫原子鐘，未來幾年內的時間同步網只能通過衛(wèi)星授時接收機溯源到UTC。如果采用通用定時接口技術，即便是在時間信號溯源到衛(wèi)星授時系統(tǒng)時，在衛(wèi)星接收機天饋線時延補償應用方面，也可以實現自動時延補償。具體而言，時間源頭設備的衛(wèi)星接收機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)一的經驗值(例如4～5ns/米)進行補償，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)星接收機之間采用具有自動時延補償的通用定時接口技術，則可以有效保證時間源頭設備的同步精度。然而，基于光纖并采用通用定時接口技術，還可以將現有的頻率基準和時間基準溯源到地面的國家級時頻基準上，以至于根本上擺脫對衛(wèi)星授時系統(tǒng)的依賴。從而實現可同時提供高可靠、高質量時間和頻率服務的光纖時間同步網。

　　有關通用定時接口技術和光纖時間同步網技術的標準化和具體實現還有待進一步研究。

　　5 結束語

　　綜上所述，微型化、低功率芯片級原子鐘的出現，無疑是時鐘技術領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、光纖時間同步網技術的推出，也為同步網技術的發(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)應在同步新技術方面積極開展研究。