CN101977105B - 一种时间延迟不对称差值自动均衡锁相补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间延迟不对称差值自动均衡锁相补偿方法，该方法包括：1)首先将时钟主-从相对频率偏差和老化偏差减少到≤5×10^-14；2)在从站上，环回值C＝T_x+T_y；3)采用环回值，即周期为C，频率为以及按照时间度量尺度的鉴频鉴相过零检测松耦合锁相技术来实现频率同步；4)当主站和从站完成频率同步后，如果传输通道的延时T_x和T_y因外界发生变化，则自适应均衡锁定在

以内。本发明的该方法采用统一“融合”的组网方式，充分利用主站→从站的从站时钟实现“鉴频鉴相过零检测(松耦合)频率锁相同步技术”实现了与主站比对的实时的频率锁相同步技术，使主-从的相对频率剩余偏差、日波动、老化的误差严格控制在一个很小的范围内。

Description

一种时间延迟不对称差值自动均衡锁相补偿方法

技术领域

本发明属于UTC同步技术领域，涉及一种时间延迟不对称差值自动补偿，尤其是一种时间延迟不对称差值自动均衡锁相补偿方法。

背景技术

协调世界时，又称世界统一时间，世界标准时间，国际协调时间，简称UTC。它从英文“Coordinated Universal Time”/法文“Temps Universel Cordonné”而来。是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。中国采用ISO 8601-1988的《数据元和交换格式信息交换日期和时间表示法》(GB/T 7408-1994)称之为国际协调时间。这套时间系统被应用于许多互联网和万维网的标准中，例如，网络时间协议就是协调世界时在互联网中使用的一种方式。在军事中，协调世界时区会使用“Z”来表示。又由于Z在无线电联络中使用“Zulu”作代称，协调世界时也会被称为″Zulu time″。中国大陆、中国香港、中国澳门、中国台湾、蒙古国、新加坡、马来西亚、菲律宾、西澳大利亚州的时间与UTC的时差均为+8，也就是UTC+8。

目前，已建的四通八达的光传输网络获得了满意的稳定可靠的高精度频率同步(最佳的是UTC频率同步方式可优于±10^-12/天)长期1周。采用IEEE1588V.2PTP协议主-从一点对多点的方式在现网实验中可获得较好的时间同步精度，但仍需进一步改进＜±100ns。美国的钟差≤20ns。美国第三代GPS，在2012年可能将达到±1ns。而据相关文献介绍新型的原子钟锶原子钟1亿年差1秒，而喷泉铯原子钟600万年差1秒，比现行普通铯原子钟(30万年差一秒)提高了20倍。频率稳定度天提高到了1×10^-17～-18量级。

我国北京时间CSAO的时间尺度UTC控制水平＜±100ns(2000年100天测试)是亚太地区唯一两个进入＜±100ns的时间实验室之一。由世界第八位上升到第五位，现在已经达到了更高的水平。

经过科学实验发现，频率和时间度量的三项重要指标为：

频率偏差FD(Frequency Deviation)；

相位偏差PD(Phase Deviation)；

时间间隔偏差TID(Time Interval Deviation)。

这三项指标在通信网络传输过程中，FD和PD的优劣取决于同步锁相技术以及滤波窄带的带宽设计。选用UTC频率同步技术可获得优异的FD和PD指标。而对于TID则不然，主时钟(例如铯钟，低相位噪声系统输出的同步时钟单元)的TID在相当长的观察测试中是小于5ns的。其中FD，PD，TID三者是一致的，相互转换也很好。但是同样的时钟输出的时频信号，经过数字码型的变换，例如从2048KHZ到2048KBITS/S，其TID变化则会大于数个us。有的甚至可能会达到数百个us之多。也就是说，我们在时间基准传递过程中，经过各类承载网后，一方面有传递延迟的变化考虑，更为重要的是抖动噪声和飘动噪声引入的巨大变化使得TID大于了us级别。而且这个严重影响时间同步网稳定和可靠性的变化是随机，所以必须选择使用了较窄过滤带宽的锁相技术的UTC时刻同步方案，才能满足TD-SCDMA及其它3G，4G，因此现有技术还不能满足TD-SCDMA及其它3G，4G网络的同步技术。

3G对同步网的要求有系统的同步、物理帧的同步和载波频率同步，实现基站与终端的帧同步以及接入网设备RNC和Nodebd的节点同步(满足G.8.12要求)，本地从站产生的与UTC 1PPS的相位差＜1.5us(观测点为天线空中接口(一般简称空口)4G＜1us)。

目前，我国的时间同步方法基本上完全依赖控制GPS、北斗等时间同步方式，如果能够将地面四通八达的光传输网进行时间同步，则从国家的安全、国防安全和通信网络的安全方面考虑，其深远的政治经济战略意义是很大的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种时间延迟不对称差值自动均衡锁相补偿方法，该方法采用统一“融合”的组网方式，充分利用主站→从站的从站时钟实现“鉴频鉴相过零检测(松耦合)频率锁相同步技术”实现了与主站比对的实时的频率锁相同步技术，使主-从的相对频率剩余偏差、日波动、老化的误差严格控制在一个很小的范围内。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种时间延迟不对称差值自动均衡锁相补偿方法，具体按照以下步骤：

1)首先将影响最大、变化最复杂的时钟主-从相对频率偏差和老化偏差通过UTC频率同步后减少到≤5×10^-14；

2)在从站上，测量环回值C，其中环回值C＝T_x+T_y；所述T_x为主站至从站的延时量，所述T_y为从站至主站的延时量；

3)采用环回值C＝T_x+T_y，即周期为C，频率为

以及按照时间度量尺度的鉴频鉴相过零检测松耦合锁相技术来实现频率同步；

4)当主站和从站完成频率同步后，如果传输通道的延时T_x和T_y因外界发生变化，这个变化值通过主站和从站的双向比对判别测出，并自适应均衡锁定在以内，其中E₀为主站1PPS原点与从站1PPS原点UTC绝对时刻比对的初始时间间隔误差。

上述时间度量尺度为1ns、2.5ns、5ns、10ns或20ns。

进一步，以上步骤3)中，所述鉴频鉴相过零检测松耦合锁相技术为：

当比对测量的环回值为C，则每秒钟实现1/C次测量，再进行N秒钟测量，实现对C值时间延迟的测量共1/C×N次，使测出的时间延迟实现时间延迟不对称差值与主站的1PPS原点的UTC时刻比对的相对偏差值小于或等于

式中E₀为主站1PPS原点与从站1PPS原点UTC绝对时刻比对的初始时间间隔误差。

上述N等于100。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

由于现有技术中已建得时间和频率同步网，由于历史原因是分别组网的方式。时间同步均以各自的GPS为主形成的局部区域同步的组网方法。性能的好坏完全取决于空中卫星导航系统质量和稳定性能完全取决于GPS、北斗、GLONASS……等的好坏。而本发明产生的技术效果是从统一“融合”的组网方式直接带来的技术效果：即充分利用主站→从站的从站时钟实现“鉴频鉴相过零检测(松耦合)频率锁相同步技术”实现了与主站(Offset From Master)比对的实时(即全天候)的频率锁相同步技术，使主-从的相对频率剩余偏差、日波动、老化的误差严格控制在一个很小的范围内(频率偏差≤±5E-14/天，相位偏差≤±20ns)。与当前的同步技术要求来比，其偏差完全可以达到忽略的程度。与此同时时间和频率的“融合”而使时间间隔偏差125us的抖动≤±20ns，也就是说通过频率同步，主站和从站的时间间隔度量尺度瞬时偏差＜±20ns。

附图说明

图1为本发明的时间同步路由示意图；

图2为本发明的自动均衡锁相检测补偿技术原理的数学模型方框图；

图3为本发明的桥型平衡点示意图；

图4为本发明的时间和频率“融合”同步设备的基本单元原理框图；

图5为时间同步双向比对自动均衡锁相图；

图6为等效原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提出的这种时间延迟不对称差值自动均衡锁相补偿方法，具体包括以下步骤：

1)首先将影响最大、变化最复杂的时钟主-从相对频率偏差和老化偏差通过UTC频率同步后减少到≤5×10^-14。

2)在从站上，测量环回值C，其中环回值C＝T_x+T_y；所述T_x为主站至从站的延时量，所述T_y为从站至主站的延时量。

3)采用环回值C＝T_x+T_y，即周期为C，频率为以及按照时间度量尺度的鉴频鉴相过零检测松耦合锁相技术来实现频率同步；时间度量尺度可以根据需要选择，可以采用1ns、2.5ns、5ns、10ns或20ns等。所述鉴频鉴相过零检测松耦合锁相技术为：当比对测量的环回值为C，则每秒钟实现1/C次测量，再进行N秒钟测量，实现对C值时间延迟的测量共1/C×N次，使测出的时间延迟实现时间延迟不对称差值与主站的1PPS原点的UTC时刻比对的相对偏差值小于或等于

式中E₀为主站1PPS原点与从站1PPS原点UTC绝对时刻比对的初始时间间隔误差。以下对鉴频鉴相过零检测松耦合锁相技术具体举例如下：

当比对测量的环回值C＝10ms，则1/C＝100Hz既每秒钟可实现100次测量。如果再进行100秒钟测量来实现对C值时间延迟的测量共10000次，那么它的精确度按概率统计平均原理来计算就提高100倍(同样100秒观察测试周期相比也提高了10倍)。由于测出的时间延迟比较准确实现时间延迟不对称差值的自动与主站的1PPS原点的UTC时刻比对的相对偏差值小于或等于

注式中E₀为主站1PPS原点与从站1PPS原点UTC绝对时刻比对的初始时间间隔误差，当锁定后为一固定常数。如时间基准的接收机是北斗或GPS则≤50ns。是光传输网络传递过程中引入的抖动噪声经过10000次平滑后的数值，实验证实如选用时间度量尺度为10ns的判决器，则

5ns的判决器则

4)当主站和从站完成频率同步后，如果传输通道的延时T_x和T_y因外界发生变化，这个变化值通过主站和从站的双向比对判别测出，并自适应均衡锁定在

以内，其中E₀为主站1PPS原点与从站1PPS原点UTC绝对时刻比对的初始时间间隔误差。

以下对本发明涉及的专有技术进行详细解释：

UTC频率同步技术：

简单地说，UTC频率同步技术就是一种全数字鉴频鉴相过零检测锁相同步技术。例如表1中主-从同步相对频率精度。

表1：

Offset	Drift	与UTC比对产生的漂移	时间同步需校正时间周期≤1us/天
				1×10-10/天	1×10-10/天	20us/天	0.05/校正一次
1×10-11/天	1E-11/天	2us/天	0.5/校正一次
				1×10-12/天	1×10-12/天	200ns/天	5/校正一次
1×10-13/天	1×10-13/天	20ns/天	50/校正一次

如果按ITU G.811的规范要求，频率同步优于1×10^-11/天。将钟控琐相技术改成UTC频率同步技术，则频率同步精度可表示为表2UTC相对频率精度所示：

表2

从表2中可看出：实现UTC频率同步技术后，当

和老化D＝±5×10^-14时，这两项完全可以忽略不计，剩余

部分为1PPS时间同步修正应考虑的主要对象，这也是实现UTC频率同步后的好处和优点之一。

相对UTC时间同步的算法：

由于网络的老化产生的延迟导致传递延迟差值的不对称，通过地面传输网络如何计算不对称差值，如何自动均衡锁相补偿实现UTC相对高精度时间同步的理论原理。设定从主站到从站时间基准传递路由有三条(更多也可行)，如图1所示：图中T_x1，T_x2，T_x3分别为主路由T_x1y1，备路由T_x2y2，T_x3y3构成从主站A到从站B的三条传递通路。T_y1，T_y2，T_y3为返回时(各自为自己的同一通路)双向三条通道。路由不一致，有直达，有从环网迂回达到。采用环回测量可得：

T_x1+T_y1＝C₁------------------------------------------------------(1)

T_x2+T_y2＝C₂------------------------------------------------------(2)

T_x3+T_y3＝C₃------------------------------------------------------(3)

T_x3+T_y1＝D₃------------------------------------------------------(4)

T_x2+T_y3＝E₂------------------------------------------------------(5)

T_x3+T_y2＝E₃------------------------------------------------------(6)

T_x1+T_y2＝B₂------------------------------------------------------(7)

T_x1+T_y3＝B₃------------------------------------------------------(8)

T_x2+T_y1＝D₂------------------------------------------------------(9)

(T_x2-T_y2)-(T_x1-T_y1)＝D₂-B₂---------------------------------------(10)

(T_x3-T_y3)-(T_x1-T_y1)＝D₃-B₃---------------------------------------(11)

(T_x3-T_y3)-(T_x2-T_y2)＝(D₃-D₂)-(B₃-B₂)-----------------------------(12)

按IEEE1588的原理，设定：

$\frac{1}{2}|T_{x1}-T_{y1}|=\mathrm{\Δ}{T}_{x1y1}$

$\frac{1}{2}|T_{x2}-T_{y2}|=\mathrm{\Δ}{T}_{x2y2}$

$\frac{1}{2}|T_{x3}-T_{y3}|=\mathrm{\Δ}{T}_{x3y3}$

$T_{x1}=\mathrm{MPD}+\frac{1}{2}\mathrm{\Δ}{T}_{x1y1}$

所以：

ΔT_x2y2±ΔT_x1y1＝D₂-B₂------------------------------------------(13)

ΔT_x3y3±ΔT_x1y1＝D₃-B₃------------------------------------------(14)

ΔT_x3y3±ΔT_x2y2＝D₃-D₂-(B₃-B₂)----------------------------------(15)

由(13)，(14)，(15)中D₂B₂D₃B₃的具体数据可判别ΔT_x1y1和ΔT_x2y2、ΔT_x3y3的相对大小关系。

ΔT_x1y1＜ΔT_x2y2＜ΔT_x3y3，ΔT_x1y1＞ΔT_x2y2＞ΔT_x3y3，ΔT_x2y2＞ΔT_x1y1＞ΔT_x3y3，

ΔT_x2y2＜ΔT_x1y1＜ΔT_x3y3，ΔT_x2y2＞ΔT_x3y3＞ΔT_x1y1，ΔT_x2y2＜ΔT_x3y3＜ΔT_x1y1共六种组合情况。

再由上面九个方程可推导出

T_x2-T_x1＝D₂-C₁---------------------------------------------------(16)

T_x3-T_x1＝D₃-C₁---------------------------------------------------(17)

T_x3-T_x2＝D₃-D₂------------------------------------------(18)

T_y2-T_y1＝B₂-C₁------------------------------------------(19)

T_y3-T_y1＝B₃-C₁------------------------------------------(20)

T_y3-T_y2＝B₃-B₂------------------------------------------(21)

可判定T_x1T_x2T_x3的大小关系和T_y1T_y2T_y3的大小关系。而在1PPS时间基准没有锁相同步时，T_x，T_y和ΔT_xy都不确定。

如何判别从站1PPS原点的范围，点对点延迟值的准确测量、1PPS原点同步范围的正确判断和逐步压缩并使ΔT_xy趋近于零，是1PPS纳秒级高精度同步的三部曲。

每次由主站确定九个方程式，从站由此得到九个时间戳。根据“融合”的频率同步技术实现的频率同步，也就实现了125uS的时间间隔同步，因此，从站的九个时间戳短时间内(如10000S)，可以近似认定没有漂移。此时可进行双向比对，专门测量主站到从站(T_x)和从站到主站(T_y)传输延时的相对变化量。根据这个相对变化量来进行较精确地时间延迟均衡锁相补偿，从而实现1PPS原点与主站同步，这就是1PPS高精度同步原理。

充分利用不对称差值，实现1PPS过零检测，差分发送传递1PPS UTC原点基准，这是因为传递的瞬时误差是随机的，1PPS UTC0原点锁相的绝对零点永远也不会有的，而通过双向差分比对，镜像对称逐次压缩，将严格把三个差值控制在某个数值(如±20ns或±10ns)内。是恰恰利用了不对称差值的镜像对称，来确定和正确压缩1PPS原点范围。

本发明的核心技术是时间延迟不对称差值的自动均衡锁相补偿技术。要建立稳定可靠的时间和频率“融合的”同步网，在组网中必须尽可能地避免同步网中锁相电路的串联“环套环”的系统设计。因此在一个系统中尽可能不采用“紧耦合”“环套环”的同步方式。SDH的频率同步网建设的经验值得选用。

而时间同步在频率同步的基础上即所谓“融合”的方式就是先将影响最大、变化最复杂的时钟主-从相对频率偏差和老化偏差通过UTC频率同步后减少到最小可以忽略的程度(实验室内达≤5×10^-14)。因而能够有充足的时间来正确、准确、精确地判别和定期双向过零检测时间基准采用c＝T_x+T_y、周期c和

即

时间度量尺度(25ms、20ms、10ms、1ms、500us…等标称系列)的鉴频鉴相过零检测“松耦合”锁相技术来实现时间延迟不对称差值的自动均衡锁相补偿，实现从站的1PPS原点与主站的1PPS原点的UTC频率相对时刻值

E₀是主站1PPS原点与从站1PPS原点的初始时间间隔误差(或叫初始相位差)在UTC频率同步长期正常运行时，它的最大漂移时≤±20ns(短期内基本上可看成是一个常数)。此值应为

T_x为主-从的真实传输延时值。T₁₁在均衡锁相完成时T_x≈T_y，E₀就是不对称差值的剩余偏差量。这个值是随光传输网络光纤的外界条件变化而变化。当主站和从站完成频率同步后，1PPS主和1PPS从两点的相对变化量就很小很小。如果传输通道的延时T_x、T_y因外界发生变化，这个变化值通过主-从的双向比对判别(10ns、5ns、1ns)就能比较精确地测出。

本发明以

c＝10ms，为例(1000Km)来进一步说明：

首先低相位噪声系统保证测量c的精度很高(环回测试)，也就是短时间内(100秒～200秒)，从站“以我为主”(此时间段本地振荡时有优异的短期相噪性能≤1ns，一般500ps左右的变化)，在1秒内共有100个C周期(100×10＝1000ns＝1s)，因而DP判决器对光传输系统在传递过程中产生的随机抖动和漂移噪声及瞬时干扰进行平滑滤除。在100秒内可进行100×100＝10000次比对平滑滤除，相当于锁相环的等效窄带滤波器的带宽为0.001Hz。从而求解出ns级瞬时变化的平均值和均方值等。再经过较长时间双向比对，检测出主-从的传输延迟变化量，并经过自动均衡锁相补偿使主-从的UTC时刻相对偏差至始至终严格维持在

之内。达到整个同步网内的所有从站与主站都控制在这个范围内。由于这种锁相是在频率锁定后的一个稳定跟踪锁相技术。全区域内的所有从站的1pps都长期随着主站的变化而跟踪变化，始终保持一致。

根据光传输的距离长短，不对称差值的预先估算值是不同的，T_x+T_y＝c的环回测试值也是随长度变化的，因此必须在设备的FPGA的设计终引入标称化C值。如2500Km可选用c_标＝25ms，T_x+T_y＝c，标称化T_x1+T_y1＝c_标，c_标＝c+c_标补，c_标补为25ms-c(真实值)。1000Km可选用c_标＝10ms，c周期c标称化，还给镜像对称带来另一个好处是c_标补可在三条传递路由中，两条备用路由中一条人为控制为T_x＞T_y，另一条人为控制为T_x＜T_y。将六种情况转换成两种情况，为实现地面实现镜像对称压缩提供了准确的同步区域范围。

以上公式的推导都是由公式A

出发的。该公式经过分解，可得到影响高精度时间同步的部分是

所以准确测量

值(即T_x，T_y值)成为从站时钟建立本地UTC时刻1PPS原点的基础。本专利发明的核心就是时间延迟不对称差值的自动均衡锁相检测补偿技术的实施方案，其原理的数学模型方框图如图2所示：图中，产生1PPS时间基准的主站时钟配置要求为，必须有频率同步基准输出接口和时间同步基准输出接口，并且其他接口都齐备。DP_M1、DP_M2和DP_M3为主站时钟与从站时钟返回的判决器，其带有时间基准并能实现双方1PPS(即1Hz)比对。判决精度可选用1ns、2ns、5ns或者10ns等。

T₀₁、T₀₂和T₀₃为平移网络，实现与1PPS比对，决定范围为0～C的超前或滞后量，完成步进量为2ns、4ns、10ns或者20ns的均衡步跳(平滑移动)。

T_x1为从主站1PPS基准接口K₁经过光传输网络解调出1PPS时刻基准输入口到与从钟双向比对K₁₁点的延时总和

值。

T_y为从站经过光传输网络传递返回到主站并解调出1PPS点的传输延迟总和。

从主站1PPS端口传递到从站在K₁₁点的接口，并通过选择开关K₁₅接通返回主站1PPS端可精确测定环回值C＝T_x+T_y。

在从站，有两个互为均衡移动的时间延迟平滑网络，时间间隔为0～C，步进调整量为1ns、2ns、5ns或10ns。在平滑移动网络中，T₁₁+T₁₂＝C。即T₁₁₀＝0；T₁₁₁＝10；

T_11N＝C；T₁₂₀＝C；T₁₂₁＝C-10；

T_12N＝0；这样，使得T₁₁与T₁₂的总和值为C＝T_x+T_y＝T₁₁+T₁₂。因为C＝T_x+T_y，当T₁₁＝T_y，T₁₂＝T_x时，可形成桥型平衡点。如图3所示：即，T_x+T_11i＝C，得T_x＝T_12i；T_y+T_12i＝C，T_y＝T_11i。

也就是说，在均衡网络中，当满足T_x+T_11i＝C和T_y+T_12i＝C时，T_y＝T_11i，就是我们通过均衡平滑移动得到的T_y的真实值；同理，T_x＝T_12i，是T_x的真实值。这样，我们能较精确地测定T_x和T_y的真实值(测试误差分析在后续章节中阐明)，而在实验室内可得理想状态下的结果。在图2整个结构中，以九个方程三条通路组成的环回测试，可得：T_x1+T_y1＝C₁、T_x2+T_y2＝C₂和T_x3+T_y3＝C₃。根据光线传输的距离远近，传输时延的大小，C₁、C₂、C₃的值是不同的，为进一步完成对T_x和T_y的精确测定，假设T_x1+T_y1＝C₁是三组通路中光线距离最小，延迟最小的C值。将图2中该部分进一步细化得到图B2时间和频率“融合”同步设备的基本单元原理，如图4所示：在图中，

1)频率同步部分：由主站同步设备(或单元)频率同步标准接口输出基准频率参考信号到光传输设备(可选择SDH，PTN，MSTP等传输网络)作为承载设备，与其外同步参考输入端连接并完成同步传递到下游等级的时间和频率同步节点。在从站时，从光传输设备端口标砖频率输出接口(或按数字频率同步网规范制定的T₄端口)取出从主站传递来的频率参考基准完成从站同步时钟设备(或单元)的频率同步。

2)时间同步部分：为说明其原理，进一步展开结构如图5所示。T_x表示从主站时间同步基准参考标准接口开始到从站时间同步基准参考输入标准接口点K₁₁终止的时间延迟总和值。T_y表示由从站时间同步基准参考输出标准接口K₁₂点开始到主站时间同步基准参考输入标准接口点终止的时间延迟总和。T₁₀主和T₁₀从分别为主站和从站在双向比对测试中1PPS超前C值时延发送调整网络(精度1ns，2ns，5ns，10ns可选用)。T₁₁和T₁₂构成T₁₁+T₁₂＝C(ns)的自动均衡时延数字调整网络。步进可根据技术指标要求选择(2ns，4ns，10ns，20ns等)。其初始值置为

即

DP_m1为主站双向1PPS或NPPS比对鉴频鉴相过零检测器。DP_s1为从站双向1PPS或NPPS比对鉴频鉴相过零检测器，这两个模块工作比相频率由多路选择开关控制选通，达到1PPS比相时，实现1HZ锁相；NPPS比相时，实现NHz锁相。

如图5所示，在从站端，闭合K₁₅，断开K₁₁和K₁₂，完成环回T_x+T_y＝C值的精确测试(根据不同情况选择重复测试的时间，100S～10000S)。在工程开通，第一次同步操作或从站断电后重启

根据T_x+T_y＝C，选择标称频率同步的相位比对频率使相位比对频率N接近或等于

即

的频率同步单元的所有输出频率。

主时钟主振荡器如果是10MHz则(同步分频的分频比)而得到主时钟

频率基准参考。从时钟受控振荡器也是10MHz，则频率的分频比也是N(同步分频的分频比)。两者经过鉴频鉴相过零检测，主从UTC频率同步完成后，与

的初始相位误差可由小于100ns同步到小于±20ns。此时主站的

周期为C；从站的

的周期为C。其初始相位差为E₀≤±20ns(10ns判决器精度标准)。由E_主(t)＝E₀+E_从(t)，为分析方便将E₀≈0，则E_主(t)＝E_从(t)，可得等效原理图如图6所示。

自动均衡锁相

理想情况下，即E₀＝0时，均衡测试过程从主站发送周期为C，起始点为

上升沿的

同步脉冲序列码到从站。从站从周期为C的脉冲序列上升沿，在5ns或10ns的双向比对判决器中进行过零鉴相检测，如下公式所示。

E_从(t)＝E_主(t)-C-(T_x+T₁₁)；

E_主(t)＝E_从(t)+C-(T_y+T₁₂)

当两个脉冲上升沿对齐，比相器出现绝对数字“0”，并经过多次重复过零验证，此时，

T₁₁＝T_y真实值±10ns(或5ns)；

T₁₂＝T_x真实值±10ns(或5ns)；

即，T_x-T_y的不对称差值小于10ns，则此时的时间同步通道内完成了对T_xT_y的真实值较为精确地测试和对T₁₁T₁₂时间延迟自动均衡网络的均衡调整。其误差小于等于

(判决器为10ns精度)。

此种同步方法也可作为C周期同步检测方法，它的最大优点是缩短了对T_x、T_y和T_x+T_y＝C，即每秒钟内可完成C次重复测试，提高了检测精度，缩短了整个1PPS同步过程时间，置信度高，也完成了对传输延迟的不对称差值的

同步。

1PPS即1Hz同步主站同步：

已知，主站1PPS原点所在的位置，采用平滑移动的方法(或平滑移动E_主(t)的

中的某一时刻)与1PPS对齐，也就是与UTC1PPS最小误差的

这一点对齐。即用1PPS原点去同步同步分频电路的10MHz的N-1(Hz)。

从站同步：

主站已同步1pps的上升沿超前C时刻，并通过双向通信机制告知从站，现在是每秒钟发送一次1PPS同步。从站每秒钟，即在

的某一时刻得到的时间戳原点就为1PPS在主站超前C，经过T_x+T₁₁＝C的时间延迟后，在K₁₃端口得到同步的1PPS原点。此原点与主站1PPS原点的误差小于等于

如果经过100余次重复测试，去掉抖动干扰平滑滤波后求得一个平均值，此时刻就是从站建立与主站完全同步的1PPS同步点。

标称化：

根据光纤的长度，光传输网络的距离长短，依据以下表1所示不同工作波长传输1000Km后的群延时差和单程传输时延，在组建时间和频率“融合”的同步网络时，可考虑25ms(2500Km)，20ms(2000Km)，10ms(1000Km)，5ms(500Km)，1ms(100Km)等系列的标称化C值。

Claims (1)

1.一种时间延迟不对称差值自动均衡锁相补偿方法，其特征在于，按照以下步骤：

1）首先将影响最大、变化最复杂的时钟主-从相对频率偏差和老化偏差通过UTC频率同步后减少到≤5×10^-14；

2）在从站上，测量环回值C，其中环回值C=T_x+T_y；所述T_x为主站至从站的延时量，所述T_y为从站至主站的延时量；

3）采用环回值C=T_x+T_y，即周期为C，频率为

以及按照时间度量尺度的鉴频鉴相过零检测松耦合锁相技术来实现频率同步；

所述时间度量尺度为1ns、2.5ns、5ns、10ns或20ns；

所述鉴频鉴相过零检测松耦合锁相技术为：

当比对测量的环回值为C，则每秒钟实现1/C次测量，再进行N秒钟测量，实现对C值时间延迟的测量共1/C×N次，其中N=100，使测出的时间延迟实现时间延迟不对称差值与主站的1PPS原点的UTC时刻比对的相对偏差值小于或等于

式中E₀为主站1PPS原点与从站1PPS原点UTC绝对时刻比对的初始时间间隔误差；

4）当主站和从站完成频率同步后，如果传输通道的延时T_x和T_y因外界发生变化，这个变化值通过主站和从站的双向比对判别测出，并自适应均衡锁定在以内，其中E₀为主站1PPS原点与从站1PPS原点UTC绝对时刻比对的初始时间间隔误差。

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