CN113794528A - 一种电力5g网络授时的时频同步评测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统领域，公开了一种电力5G网络授时的时频同步评测装置及方法，包括5G授时模组、原子钟单元以及测试服务器；5G授时模组以及原子钟单元均与测试服务器连接；5G授时模组用于获取电力5G网络的授时时频信息，并发送至测试服务器；原子钟单元用于获取基准时频信息并发送至测试服务器；测试服务器用于比较授时时频信息与基准时频信息，得到授时时频信息与基准时频信息之间的误差，作为时频同步评测结果。通过设置5G授时模组直接获取电力5G网络的授时时频信息，以此作为评测对象与基准时频信息进行对比，直接得到电力5G网络的授时精度，与5G终端高精度授时采用的方法一致，能够正确且更加精确地评估5G网络下授时的精度。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，涉及一种电力5G网络授时的时频同步评测装置及方法。
背景技术
当今，时间信息被广泛应用在电信、电力、航天、测绘、科技和IT等领域。无论是时间电平信号、时间报文，还是时间数据包，时间同步测试仪都可以进行精确测量，让用户可以对已有设备做一个准确标定。在电力系统中，随着电厂及变电站对时间精度的提高，统一精确的时间是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施。有了统一精确的时间，既可实现电力系统在时间基准下的运行监控，也可以通过事故后各开关动作、调整的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。因此，在电力系统内的电厂、变电站及调度中心等建立专用的时间同步系统是十分必要的。
同时，在建立了专用的时间同步系统后，需要评测时间同步系统授时的时频同步性能。如，中国专利申请，公开号CN108063644A，公开了一种时间同步精度校验及可靠性评估系统，属于时间信号测量分析技术领域，包括分别与接收模块连接的电源模块、输入模块和输出模块，输入模块和输出模块分别通过光纤与接收模块连接；输入模块包括外部卫星源、网络接口、双输入通道以及按键输入器；输出模块包括PPS/串口报文输出、IRIG B(DC)输出、可编程空接点输出、可视界面显示、USB接口以及内部驯服源。通过GPS/BD的方式来搜索UTC时间，同时利用UTC时间来对内部铷钟进行驯服，在内部铷钟和UTC时间达到高度同步之后，再接收外部时钟源信号，和内部时间进行比对来验证外部时钟源准确性，时钟测试仪在进入同步状态后，能获得极高的时间精度，可以作为高精度的时间基准，来验证其准确性，测试精确。
随着5G技术的发展，越来越多的电力系统采用5G网络进行授时。但是，现有评测方法大都与上述方式类似，仅针对电网系统的时间精确度测试，提出的都是基于输入输出模块的时间可靠性评估系统，在该类系统中，只能够对接收时间与内部时间信号比对，进而验证时间精度，无法测试时频同步精度，功能简单，仅能基于NTP授时协议等授时方法评估端到端授时误差，无法评估由于5G无线链路带来的误差，无法评估基于5G授时信令作为授时方法时的授时误差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置及方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一方面，一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，包括5G授时模组、原子钟单元以及测试服务器；
5G授时模组以及原子钟单元均与测试服务器连接；5G授时模组用于获取电力5G网络的授时时频信息，并发送至测试服务器；原子钟单元用于获取基准时频信息并发送至测试服务器；测试服务器用于比较授时时频信息与基准时频信息，得到授时时频信息与基准时频信息之间的误差，作为时频同步评测结果。
本发明电力5G网络授时的时频同步评测装置进一步的改进在于：
还包括GNSS控制单元，GNSS控制单元与原子钟单元连接；GNSS控制单元用于接收并解算GNSS信息，得到基准时频信息并发送至原子钟单元。
所述原子钟单元上设置以太网授时接口；原子钟单元通过以太网授时接口从以太网中获取基准时频信息。
所述5G授时模组与测试服务器有线连接，且5G授时模组与测试服务器之间通过1PPS信号的形式或PTP协议进行数据传输。
所述5G授时模组用于通过TAP技术获取授时时频信息。
所述原子钟单元以铯原子钟或铷原子钟作为时钟源。
还包括示波器，示波器与5G授时模组和原子钟单元均连接；示波器用于获取并显示授时时频信息和基准时频信息。
还包括显示器，显示器与测试服务器连接，用于显示时频同步评测结果。
还包括备用电源；备用电源与5G授时模组、原子钟单元以及测试服务器均连接。
还包括B码测试仪；B码测试仪一端与5G授时模组连接，另一端与测试服务器连接。
还包括eSIM卡，eSIM卡嵌入在测试服务器中；eSIM卡用于5G授时模组的电力5G网络入网认证。
还包括交换机，交换机一端连接测试服务器，另一端与5G授时模组和原子钟单元均连接。
本发明第二方面，一种电力5G网络授时的时频同步评测方法，包括以下步骤：通过5G授时模组获取电力5G网络的授时时频信息；通过原子钟单元获取基准时频信息；比较授时时频信息与基准时频信息，得到授时时频信息与基准时频信息之间的误差，作为时频同步评测结果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明电力5G网络授时的时频同步评测装置，通过设置5G授时模组直接获取电力5G网络的授时时频信息，并以此做为评测对象与原子钟单元提供的基准时频信息进行对比，与5G终端高精度授时时采用5G授时信令进行授时的方法一致，进而能够有效评估由于5G无线链路带来的授时误差，继而正确且更加精确地评估电力5G网络下授时的精度，基于评估结果，确定电力系统授时的准确性，进而保证整个电力系统统一时间的精确性，保证电力系统安全运行。
附图说明
图1为本发明一种电力5G网络授时的时频同步评测装置结构示意图；
图2为本发明又一种电力5G网络授时的时频同步评测装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在电力系统领域，目前常规的时频同步评测装置，一般都是直接从终端设备中获取待评测的授时时频信息，但是该授时时频信息已经通过终端设备，如现场服务器或工控机，进行了一次时频同步了，所评测的授时时频信息并不是直接授时的授时时频信息，经过终端设备的时频同步后，授时时频信息发了一定程度上的偏差，可能在微妙级别，对于电力系统要求的高精度视频同步来说，这个误差已经对授时时频信息的评测结果造成了巨大的影响，评测结果与实际区别较大。
参见图1，本发明一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，用来更加精确地评估5G技术下授时的精度。
具体的，该电力5G网络授时的时频同步评测装置包括5G授时模组、原子钟单元以及测试服务器；其中，5G授时模组以及原子钟单元均与测试服务器连接；5G授时模组用于获取电力5G网络的授时时频信息，并发送至测试服务器；原子钟单元用于获取基准时频信息并发送至测试服务器；测试服务器用于比较授时时频信息与基准时频信息，得到授时时频信息与基准时频信息之间的误差，作为时频同步评测结果。
上述的授时时频信息以及基准时频信息均是对时频信息的限定，时频信息包括时间同步信息和频率同步信息，频率同步指基于时间同步的频率基准，如由时间同步PPS得到的1Hz基准频率，而非其他频率同步(如基于锁相环或平方环的频率同步，或是5G网络基于盲检测的频率同步)。基准时频信息是预先获取的，认定为准确的时间信息和频率信息。
原子钟单元一般包括原子钟控制器和时钟源，优选的，一般以铯原子钟或铷原子钟作为时钟源。原子钟单元是用来维持时间精度用的，比如在进行评测前从基准时间源获取基准时频信息。由于基准时间源一般不能够在现场精确地获取到，需要通过原子钟单元首先获得基准时频信息，并作为测试基准用于测试。如果是普通时钟的话，在获得基准时频信息后，会产生较大的飘移，而原子钟单元的飘移很小，可以有效保证基准时频信息的准确性，进而保证评测结果的评测精度。
测试服务器一般是微型的电子计算机，可以支持运行Linux系统，可以具备携带PHC的网卡设备，用于网络通信及PTP协议通信。
通过在测试服务器实现授时时频信息与基准时频信息的比较，一般是将授时时频信息与基准时频信息直接做差，得到授时时频信息与基准时频信息之间的误差，一般包括时间同步误差和频率同步误差，以此作为时频同步评测结果，完成电力5G网络授时的时频同步评测。
本发明电力5G网络授时的时频同步评测装置，通过设置5G授时模组直接获取电力5G网络的授时时频信息，并以此做为评测对象与原子钟单元提供的基准时频信息进行对比，与5G终端高精度授时时采用5G授时信令进行授时的方法一致，进而能够有效评估由于5G无线链路带来的授时误差，继而正确且更加精确地评估电力5G网络下授时的精度，基于评估结果，确定电力系统授时的准确性，进而保证整个电力系统统一时间的精确性，保证电力系统安全运行。
参见图2，本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括上述实施例中的全部内容外，还至少包括GNSS控制单元，GNSS控制单元与原子钟单元连接。
GNSS控制单元用于接收并解算GNSS信息，得到基准时频信息并发送至原子钟单元。在这种方式下，以GNSS(全球定位导航系统)为基准时间源，通过GNSS控制单元获取基准时间源的基准时频信息，并伺服原子钟单元。一般的，GNSS控制单元包括差分GNSS模块、GNSS接收机及天线，GNSS接收机通过天线接收GNSS发送的GNSS信息，并发送至差分GNSS模块，通过差分GNSS模块解析GNSS信息，得到GNSS的授时时频信息，并以此作为基准时频信息。
本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，所述原子钟单元上设置以太网授时接口；原子钟单元通过以太网授时接口从以太网中获取基准时频信息。
在这种方式下，以网络时间源作为基准时间源，通过在原子钟单元上设置以太网授时接口，实现与网络时间源的连接，进而获取网络时间源的授时时频信息，并以此作为基准时频信息。通过设置以太网授时接口，能够进行网络授时相关配置，通过配套软件支持包括基于NTP及PTP等协议在内的网络时间同步模式。
本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，所述5G授时模组与测试服务器有线连接，且5G授时模组与测试服务器之间通过1PPS信号的形式或PTP协议(Precision Time Protocol，高精度网络时间同步协议)进行数据传输，其中，1PPS信号指1PPS秒脉冲信号，一秒一次。
基于有线连接的方式，极大程度上降低传输过程中时频信息的偏差，同时，结合1PPS信号的形式或PTP协议的传输方式，有效保证了电力5G网络的授时时频信息准确传输至测试服务器。
本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，所述5G授时模组用于通过TAP(High-precision Network Timing Method over Air Interface based onPhysical-layer Signals，指高精度空口时间同步协议)技术获取授时时频信息。具体的，5G授时模组连接至支持TAP技术的5G基站，解算空口绝对时间同步信息获取到绝对时间，解算方法是TAP技术中的一部分。
本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，所述原子钟单元以铯原子钟或铷原子钟作为时钟源。
其中，铯原子钟利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动。铯原子钟的稳定程度很高，最好的铯原子钟达到2000万年才相差1秒。
铷原子钟将高稳定性铷振荡器与GPS高精度授时、测频及时间同步技术有机的结合在一起，使铷振荡器输出频率驯服同步于GPS卫星铯原子钟信号上，提高了频率信号的长期稳定性和准确度，能够提供铯钟量级的高精度时间频率标准，是通信广电等部门替代铯钟的高性价比产品。输出的1PPS信号，是由铷振荡器频率信号分频得到的，并且同步于GPS输出的UTC时间，同时，能够克服GPS接收机秒脉冲信号跳变带来的影响，是真正复现的“UTC时间基准”。
参见图2，本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，还至少包括示波器，示波器与5G授时模组和原子钟单元均连接；示波器用于获取并显示授时时频信息和基准时频信息。
一般的，示波器一般支持双路输入，授时时频信息和基准时频信息以1PPS信号的形式传输至示波器。具体的，示波器通过BNC线与5G授时模组和原子钟单元连接，直观的显示授时时频信息和基准时频信息的波形，可以使得使用者从授时时频信息和基准时频信息的波形的上升沿的差距，二者之间有大间隔就是有多大授时误差，直观看出电力5G网络授时的时频同步精度。
参见图2，本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，还包括显示器，显示器与测试服务器连接，用于显示时频同步评测结果。
具体的，显示器可以是LED显示器或LCD显示器，显示器通过BNC线与测试服务器连接，用于直观显示测试服务器的时频同步评测结果。
参见图2，本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，还至少包括备用电源，备用电源与5G授时模组、原子钟单元及测试服务器均连接。
通过备用电源的设计，提供时频同步评测装置的断电保护和移动测试支持，提升对各种评测环境的适应性。在时频同步评测装置失去外部供电时能够提供一定时间的电力供应，保障稳定性和移动性。
参见图2，本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，还至少包括B码测试仪。B码测试仪一端与5G授时模组连接，另一端与测试服务器连接。当5G授时模组发送的电力5G网络的授时时频信息为B码模式时，授时时频信息不能直接输送至测试服务器，需要通过B码测试仪进行格式转换，将B码模式的授时时频信息转换为PTP协议格式，然后通过以太网电口或以太网光口，传输至测试服务器进行后续评测。
参见图2，本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，还至少包括eSIM卡，eSIM卡嵌入在测试服务器中；eSIM卡用于5G授时模组的电力5G网络入网认证。
具体的，eSIM卡，即Embedded-SIM，嵌入式SIM卡。eSIM卡的概念就是将传统SIM卡直接嵌入到设备芯片上，而不是作为独立的可移除零部件加入设备中，用户无需插入物理SIM卡。一般的，eSIM卡支持5GeSIM ID功能，包含5G安全协议和算法，用于保护信令和业务，例如密钥协商、完整性保护和加解密算法等，一般还提供运营商数据管理功能及终端交互功能。基于5G安全协议和算法，实现5G授时模组的电力5G网络入网认证，保证授时信令和授时业务的安全性，防止时间篡改。
参见图2，本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，该电力5G网络授时的时频同步评测装置除包括第一个实施例中的全部内容外，还至少包括交换机，交换机一端连接测试服务器，另一端与5G授时模组和原子钟单元均连接。
交换机是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路，最常见的交换机是以太网交换机，其他常见的还有电话语音交换机及光纤交换机等。基于交换机的设计，可以使得测试服务器上仅设置1个以太网接口(包括以太网电口和以太网光口)，进而实现测试服务器的小型化，最终实现整个时频同步评测装置的小型化。
本发明再一实施例中，提供一种电力5G网络授时的时频同步评测方法，包括以下步骤：通过5G授时模组获取电力5G网络的授时时频信息；通过原子钟单元获取基准时频信息；比较授时时频信息与基准时频信息，得到授时时频信息与基准时频信息之间的误差，作为时频同步评测结果。
具体的，该电力5G网络授时的时频同步评测方法包括以下细节步骤：
S1：从基准时间源获取基准时频信息，传输至原子钟单元。
具体的，一种方式下，可以将GNSS作为基准时间源，时频同步评测装置可以通过设置的GNSS控制单元接收GNSS信息，通过解析GNSS信息得到基准时频信息，并以1PPS信号的形式传输至原子钟单元。
另一种方式下，以网络时间源作为基准时间源，通过在原子钟单元上设置的太网授时接口，实现与网络时间源的连接，进而获取基准时间源。
S2：在测试现场，通过5G授时模组获取电力5G网络的授时时频信息，并发送至测试服务器。
具体的，首先利用eSIM卡实现5G授时模组的电力5G网络入网认证，将5G授时模组接入电力5G网络中，通过5G授时模组接收电力5G网络的授时信息，并解算电力5G网络的授时信息得到授时时频信息。
将授时时频信息发送至测试服务器时，当授时时频信息为1PPS信号的形式或与测试服务器通过PTP协议直连时，直接将授时时频信息发送至测试服务器。当授时时频信息为B码模式时，需要先通过B码测试仪进行格式转换，将B码模式的授时时频信息转换为PTP协议格式，然后通过以太网电口或以太网光口，传输至测试服务器进行后续评测。
S3：测试服务器获取基准时频信息以及授时时频信息并对比，得到时频同步评测结果并展示。
具体的，测试服务器通过PTP协议或NTP协议与原子钟单元进行通信，获取原子钟单元中的基准时频信息，同时，接收5G授时模组发送的授时时频信息，将基准时频信息与授时时频信息进行对比，可以直接将基准时频信息与授时时频信息做差，得到将基准时频信息与授时时频信息之间的误差，一般包括时间误差和频率误差，得到时频同步评测结果，将时频同步评测结果发送至显示器进行可视化的直观显示。
同时，还设置示波器，示波器与5G授时模组以及原子钟单元通信，以获取基准时频信息与授时时频信息，然后将基准时频信息与授时时频信息进行对比展示，通过观察基准时频信息与授时时频信息的波形的上升沿差距，可以直观看出基准时频信息与授时时频信息之间的误差。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，包括5G授时模组、原子钟单元以及测试服务器；
5G授时模组以及原子钟单元均与测试服务器连接；5G授时模组用于获取电力5G网络的授时时频信息，并发送至测试服务器；原子钟单元用于获取基准时频信息并发送至测试服务器；测试服务器用于比较授时时频信息与基准时频信息，得到授时时频信息与基准时频信息之间的误差，作为时频同步评测结果。
2.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，还包括GNSS控制单元，GNSS控制单元与原子钟单元连接；
GNSS控制单元用于接收并解算GNSS信息，得到基准时频信息并发送至原子钟单元。
3.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，所述原子钟单元上设置以太网授时接口；
原子钟单元通过以太网授时接口从以太网中获取基准时频信息。
4.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，所述5G授时模组与测试服务器有线连接，且5G授时模组与测试服务器之间通过1PPS信号的形式或PTP协议进行数据传输。
5.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，所述5G授时模组用于通过TAP技术获取授时时频信息。
6.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，所述原子钟单元以铯原子钟或铷原子钟作为时钟源。
7.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，还包括示波器，示波器与5G授时模组和原子钟单元均连接；
示波器用于获取并显示授时时频信息和基准时频信息。
8.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，还包括显示器，显示器与测试服务器连接，用于显示时频同步评测结果。
9.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，还包括备用电源；
备用电源与5G授时模组、原子钟单元以及测试服务器均连接。
10.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，还包括B码测试仪；
B码测试仪一端与5G授时模组连接，另一端与测试服务器连接。
11.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，还包括eSIM卡，eSIM卡嵌入在测试服务器中；
eSIM卡用于5G授时模组的电力5G网络入网认证。
12.根据权利要求1所述的电力5G网络授时的时频同步评测装置，其特征在于，还包括交换机，交换机一端连接测试服务器，另一端与5G授时模组和原子钟单元均连接。
13.一种电力5G网络授时的时频同步评测方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过5G授时模组获取电力5G网络的授时时频信息；
通过原子钟单元获取基准时频信息；
比较授时时频信息与基准时频信息，得到授时时频信息与基准时频信息之间的误差，作为时频同步评测结果。
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