CN102158298B - 一种基于同步数字系列光网络的高精度时间频率传递方法 - Google Patents

一种基于同步数字系列光网络的高精度时间频率传递方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用同步数字系列光网络的业务通道实施高精度时间频率传递的新方法。该方法采用经过同一根光缆并经过相同同步数字系列网络中继站的双向低速支路业务通道作为时频传递信道，利用双向频率传递与测量得出从站与主站间的频率偏差，从站利用该频差值对本地的时钟进行伺服调整，使从站的时钟始终与主站保持频率跟踪锁定关系，保证从站恢复频率的准确度与稳定度。当从站利用天基授时系统完成初相调整后，就完成了从站时间频率与主站的高度同步。本发明仅需要依托同步数字系列光网络的低速支路业务就可以实现高精度、长距离的时间频率传递，具有时间频率传递精度高、占用光网络带宽少，对时频传递信道的路由变化不敏感的优点。

Description

一种基于同步数字系列光网络的高精度时间频率传递方法
技术领域
本发明涉及一种基于同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy, 以下简称SDH）光网络的高精度、长距离的时间频率传递方法。该方法依托双向的同步数字系列光网络低速业务通道进行时间频率传递，具有时间频率传递精度高、占用光网络带宽少，对时频传递信道路由变化不敏感的优点。
背景技术
世界上各个大国都在积极发展自己高精度时间与频率统一系统，比较著名的主要是天基体统，比如美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS，欧洲的伽利略系统以及我国正在建设的北斗系统等。与此同时，基于光网络的高精度时间频率网络也是构建时频体系的重要组成部分，不但能够胜任高精度的时间频率传递工作，还可与天基时频网络相互补充、相互支撑，形成空地一体化的高精度时频网络。
时间频率标准信号的高精度传递本质上是要实现时间频率信号在不同空间位置的相位统一。根据占用信道资源不同，基于光网络的时频传递可划分为：独占光纤、占用光网络中的确定波长信号和依托已有的SDH光网络三类。其中前两种方法虽然传递精度高，但占用带宽资源过多，且在长距离传递时需要对现有光网络进行大规模改造；依托已有的SDH传送网中的业务通道进行时间频率传递虽然占用信道资源少，但由于时间频率信号在传递过程中会受到码速调整、指针调整、数字再生、业务切换和长距离光纤链路热胀冷缩等劣化因素的影响，时间频率传递的稳定度损失较大。上世纪九十年代，日本NTT公司对利用SDH网络进行时间传递进行了集中研究，研究成果表明：在千公里级的距离上利用SDH的低速业务只能达到数百纳秒级。目前已有的利用SDH网络进行授时的商用设备在中短距离上的授时精度为亚微秒量级。
2008年，日本国家度量研究所（National Metrology Institute of Japan，NMIJ）利用SDH光网络的1.544Mbps支路业务，实现了从东京到冲绳约1500千米的单向原子频标的频率传递实验，其中光纤链路包含560公里的直埋光缆和900公里的无电中继海底光缆，链路中共有5个包含铷原子钟的数字中继站，结果表明： 在采用了具备铷原子钟的SDH网络中继和光放大技术来抑制链路导致的稳定度损伤之后，频标传递的日稳定度为10-13量级，虽然与现有的GPS校频水平相当，但由于当前商用原子钟的日稳定度在10-14量级以上，因此传统利用SDH业务实施频标传递的方法不能满足原子频标的“无损”传递要求。 
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于SDH光网络低速业务通道进行时频传递的新方法，该方法依托SDH网络中的低速支路业务实施高精度时间频率传递，系统构成简单，占用信道资源少，稳定性高，具有较强的实用价值。
技术方案：本发明的基于同步数字序列光网络的高精度时间频率传递方法包括下步骤：
1）、在原子钟所处的主站和时频传递的终端站即从站之间配置双向的低速支路业务，配置时需保证双向业务在传输过程中在同一根光缆中传输，并保证通过相同的中继站节点；
2）、主站和从站分别将各自钟源产生的时钟信号进行频率综合处理，产生满足同步数字系列SDH网络低速业务规范要求的时钟信号，并以此产生低速支路业务比特流，送入SDH设备，经SDH网络传输后到达对端站；
3）、主站和从站分别从接收到的低速支路业务流中提取时钟信号，经频率平滑和频率合成后重生与钟源标称相同的频率信号；
4）、主站和从站分别测量本地钟源的时钟信号与经SDH业务传递后恢复时钟信号之间的频率差，并将该频率差经过低速支路业务以语义通信的方式告知对端；
5）、在从站，依托主站传来的频差信号和本端测量的频差信号计算出主站原子钟与从站时钟之间的频率差，并依据此频率差调节从站时钟，从而实现从站与主站之间的频率同步；
6）、当步骤5）完成时，主站和从站依托天基授时系统进行时间信号的初相校准；
7）、当步骤6）完成后，主站和从站间保持时间和频率信号的同步，在复校周期内其时间同步精度可以达到10ns，频率信号的日稳定度可以达到10-14量级。
有益效果：
1）、该方法利用SDH网络中的双向低速业务可以实现10ns量级的高精度时间同步和10-14日稳定度的频率同步。
2）、该方法的时间频率传递精度不受SDH网络业务的保护倒换、设备短时重启、路由动态变换等业务变化的影响。
附图说明
图1 基于SDH网络的高精度时间频率传递方法示意图。
图2 E1时钟处理模块原理示意图。
具体实施方式
下面结合图1所示的基于SDH网络的高精度时间频率传递方法示意图，以利用SDH网络中的E1支路业务进行时频传递为例，对本发明的技术方案做非限定性说明。
1）、在建立时频传递链路之前，利用SDH网络的网管平台在主站和从站之间配置双向的E1（2.048Mbps）支路业务。根据光网络拓扑和路由图，配置时保证双向业务在传输过程中在同一根光缆中，并保证通过相同的SDH网络中间站节点。
2）、主站钟源A和从站钟源B分别将各自钟源产生的10MHz时钟信号                                                
Figure 466743DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 289205DEST_PATH_IMAGE002
送入如图2所示的E1时钟处理模块，利用该模块中的数字频率综合单元（图2所示的DDS）进行频率综合处理，产生满足SDH网络E1业务规范要求的2.048MHz时钟，并以此产生E1支路比特流，送入SDH设备，经SDH网络传输后到达对端站。
 3）、主站和从站利用图2所示的2M时钟处理模块，从接收到的E1业务流中提取2.048MHz时钟信号，经图2所示的频率平滑和频率合成单元抑制因SDH业务传递而引入的中高频频率抖动，重生10MHz的频率信号。
4）、主站和从站利用高精度频率测量方法（如：差拍法和双混频时差测量法）分别测量本地钟源的10MHz时钟信号与经SDH业务传递的对端10MHz时钟信号之间的频率差。在主站A处长时间测量得到的频差为：
Figure 983668DEST_PATH_IMAGE003
在从站B处长期测量得到的频差为：
Figure 182568DEST_PATH_IMAGE004
  上式中，
Figure 789130DEST_PATH_IMAGE005
分别为钟源A和钟源B的频率值。
Figure 782494DEST_PATH_IMAGE006
分别为测量时间内双向频率传递所引入的频率误差，主站和从站分别将该频差值通过E1业务通道传递给对端。
5）、在从站，依托主站传来的频差信号和本端测量的频差信号计算出主站原子钟与从站时钟之间的频率差
Figure 474506DEST_PATH_IMAGE007
：
Figure 211518DEST_PATH_IMAGE008
若在网络业务配置时保证双向业务在同一条光缆内并且经过同样的中继设备，则在较长时间取平均后有
Figure 672586DEST_PATH_IMAGE009
，因此只要将两地的频差测量结果以语义通信的方式通知对端，则主从站均能计算出A、B两个钟之间的频率差。在从站端获得频差信息后，通过自适应滤波算法对从站B钟进行驯服，使其长期频率跟踪A钟。同时，B钟通过分频向外输出1PPS秒脉冲
6）、当步骤5）完成时，在从站B钟进入稳定跟踪后，通过其它时间传递方案（如图1中所示的天基授时方案）进行从站B钟1PPS秒脉冲的初校和周期复校。在复校周期之间，通过钟差预报方式对1PPS秒脉冲进行修正，以期延长复校周期。
7）、当步骤6）完成后，主站和从站间保持时间和频率信号的同步，在复校周期内其时间同步精度可以达到10ns量级，频率信号的日稳定度可以达到10-14量级。

Claims (1)

1.一种基于同步数字序列光网络的高精度时间频率传递方法，其特征在于该方法包括以下步骤： 
1）、在原子钟所处的主站和时频传递的终端站即从站之间配置双向的低速支路业务，配置时需保证双向业务在传输过程中在同一根光缆中传输，并保证通过相同的中继站节点； 
2）、主站和从站分别将各自钟源产生的时钟信号进行频率综合处理，产生满足同步数字系列SDH网络低速业务规范要求的时钟信号，并以此产生低速支路业务比特流，送入SDH设备，经SDH网络传输后到达对端站； 
主站和从站分别从接收到的低速支路业务流中提取时钟信号，经频率平滑和频率合成后重生与钟源标称相同的频率信号； 
3）、主站和从站利用双混频时差测量法分别持续测量本地钟源的10MHz时钟信号与经SDH业务传递的对端10MHz时钟信号之间的频率差，在主站A处长时间测量得到的频差为： 
ΔfA＝fA-(fB+ΔfBA) 
在从站B处长时间测量得到的频差为： 
ΔfB＝fB-(fA+ΔfAB) 
上式中，fA,fB分别为钟源A和钟源B的频率值,ΔfAB,ΔfBA分别为测量时间内双向频率传递所引入的频率误差，主站和从站分别将实时测量的频差值通过E1业务通道传递给对端； 
4）、在从站，依托主站传来的频差信号和本端测量的频差信号计算出主站原子钟与从站时钟之间的频率差(fA-fB)： 
Figure FDA0000392456880000011
从站依据此频率差调节驯服从站时钟，实现从站与主站之间的频率持续同步； 
5）、当步骤4）完成时，主站和从站依托天基授时系统进行时间信号的初相校准； 
6）、当步骤5）完成后，从站依托步骤（2）到步骤（4）保持与主站的频率同步； 
7）、系统需定期依托天基系统进行时间复校，在复校周期内其时间同步精度可以达到10ns，频率信号的日稳定度可以达到10-14量级。 
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