CN102916743A - 一种时间延迟不对称差值精准测量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，针对不对称差值的精准测量方法进行分析和提出解决方案，该解决方案不增加额外精密测量仪器仪表，仅通过HTF-BITS（高精度时间频率BITS设备）采用定期双向三维时间坐标比对算法，进行数据链路的自动比对、自动校准和不对称差值的自动均衡补偿。实现了的全国特高精度、超高精度、高精度时间频率（≤±1ns、≤±10ns、≤±20ns）融合的一体化三级同步网络。通过该方法的推广，可以由地面（地下）光网络将2亿年差1秒的特高精度时间频率基准传递到世界上任何地方，为各类通信网络提供所需的特高精度时间基准。

Description

一种时间延迟不对称差值精准测量的方法

技术领域

本发明属于光通信传输网络领域，涉及一种光通信传输网络中时间延迟不对称差值精准测量的方法。 

背景技术

天网是指天空间的时间频率同步系统（简称天网）包括两大类：一类是GPS、GLONAIS、北斗和伽利略卫星导航系统。一般来说赤道上加几颗静上轨道加上高速运行的全球33颗就组成了天空卫星导航时间频率同步网。到2020年GPS三代授时精度≤1ns；定位精度≤0.2~0.5米； 

另一类是ACES（空间原子钟群）。ACES是2003年开始实施发射到国际空间站AIPHA上下一代星载原子钟群，是由美国、俄罗斯、日本、欧洲和加拿大联合实施的一项高频率稳定度和高准确度的铯原子钟或氢原子钟。在AIPHA站上建立高性能的空间定时实验室。ACES是一个重要的时间频率研究平台，如果地基原子钟与它进行比较，比对精度比GPS高两个数量级。ACES原子钟技术的发展对下一代的全球导航卫星系统（GNSS）的发展有好处。 

天网时间频率精度很高，在全球的任何地方任何时间任何接收天空时间频率网中卫星的接收机比较容易优于GPS的授时精度和频率稳定度和准确度（1级钟水平）。 

但同时天网也有很多缺点。其最大的缺点是不稳定性：一方面易受大气环境、太阳核磁脉冲等的干扰；另一方面人为干扰或人为关闭中断或战争的击毁损坏，加之必须有天线馈线系统从空中接收信息才能正常工作。 

地网：我国在上个世纪末就建成了八纵八横的地下光通信传输网络，现在已经是由三大电信经营公司和国防专用网、电力通信专用网等构成四通八达的地下通信网。因此我们将地下由光通信传输网络为承载体组建时间频率同步网称为地网。 

不依靠GPS北斗天空卫星导航系统来实现地下光通信传输系统传递和从站同步高精度时间源的核心，是对光传输通信网络的传输时延及其不对称差值的精准测量技术。 

当前用相关的高精度时间测量仪表对光通信传输系统时延可测到一定的精度和对不对称差值进行被动式的一次补尝。由于光通信传输网络方面的原因，实践证明光传输通信网络的传输时延及其不对称差值是个随机变化的数，也就是说必须定期进行测量和校正。 

在光通信传输网络中，应用双向时间码流对比技术给全网络的稳定可靠运行，预先检测整个网络的边际性能，发出边际性能告警，从而保障通信网络的低中断率。 

发明内容

本发明的目的是组建（≤±1ns、≤±10ns、≤±20ns）的全国特高精度、超高精度、高精度时间频率融合的一体化三级同步网络。通过该方法的推广，可以由地面（地下）光网络将2亿年差1秒的特高精度时间频率基准传递到世界上任何地方，为各类通信网络提供所需的特高精度时间基准。 

本发明的目的是通过以下技术方案加以解决的： 

一种时间延迟不对称差值精准测量的方法： 

1）在高精度时间频率BITS设备中建立光通信传输网络，主-站同步设备之间通过光通信传输网络传递时间基准信号，主站与从站时间同步采用双向比对方式； 

2）采用如下数学模型计算主-从同步设备的时间间隔偏差： 

在①式中，Es表示主从相对时间间隔偏差； 

E0表示主从初始时间间隔偏差； 

表示主从频率同步在应用鉴频鉴相过零检测锁相技术后的剩余时间漂移误差； 

ΔT_xy(t)表示不对称差值，即ΔT_xy(t)=|T_x(t)-T_y(t)|，其中T_x(t)表示由主站时钟同步设备发送的信号经过光通信传输网络至从站时钟同步设备信号之间的时间间隔值，T_y(t)表示从站时钟同步设备发送的信号经过光通信传输网络至主站时钟同步设备接收信号之间的时间间隔值； 

表示光网络在传递时间基准时引入的随机抖动噪声； 

①式中前三项由远距离遥控松耦合鉴频鉴相过零检测锁相技术完成，误差控制在±5X10^-14/天； 

3）采用三维时间坐标精准测量ΔT_xy(t)：在主站上，测量环回周期C值，环回周期C值为：C=T_xi(t)+T_yi(t)，i表示比特量，根据表1中不同的C值选取标称周期C_标值， 

表1 

环回周期C

<125us

<250us

<1ms

...

<10ms

<100ms

...

标称周期C标

125us

250us

1ms

...

10ms

100ms

...

[0025] 当T_xi(t)＝T_yi(t)，△T_xiyi(t)≈0                                       时，实现主站和从站双向比对传递和返向的传输延迟时间相等； 

当T_xi(t)＞T_yi(t)时， 

当T_xi(t)＜T_yi(t)时， 

将△T_xiyi(t)精准测出，实现主-从相对时间同步； 

， 

进一步上述采用双向比对方式为双向时间码流比对； 

进一步实现主-从相对时间同步的精度为≤±20ns、≤±10ns、≤±5ns、≤±2ns或者≤±1ns；进一步采用高精度时间频率BITS设备的低相位噪声平台，使得测量精准度提高 

倍，其中N表示1秒内重复测量的次数，τ观察测试的时间。 

本发明针对不对称差值△T_xy(t)的精准测量方法进行分析和提出解决方案，该解决方案不增加额外精密测量仪器仪表，仅通过HTF-BITS（高精度时间频率BITS设备）采用定期双向三维时间坐标比对算法，进行数据链路的自动比对、自动校准和不对称差值的自动均衡补偿。 

附图说明

图1a-1b为三维坐标C_标=1ms测量示意图； 

图2为1000km双向时间码流数据链路比对示意图； 

图3为以成都市为例的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述： 

一种时间延迟不对称差值精准测量的方法： 

1）在高精度时间频率BITS设备中建立光通信传输网络，主-站同步设备之间通过光通信传输网络传递时间基准信号，主站与从站时间同步采用双向比对方式； 

2）采用如下数学模型计算主-从同步设备的时间间隔偏差： 

在①式中，Es表示主从相对时间间隔偏差； 

E0表示主从初始时间间隔偏差； 

表示主从频率同步在应用鉴频鉴相过零检测锁相技术后的剩余时间漂移误差； 

ΔT_xy(t)表示不对称差值，即ΔT_xy(t)=|T_x(t)-T_y(t)|，其中T_x(t)表示由主站时钟同步设备发送的信号经过光通信传输网络至从站时钟同步设备信号之间的时间间隔值，T_y(t)表示从站时钟同步设备发送的信号经过光通信传输网络至主站时钟同步设备接收信号之间的时间间隔值； 

表示光网络在传递时间基准时引入的随机抖动噪声； 

①式中前三项由远距离遥控松耦合鉴频鉴相过零检测锁相技术完成，误差控制在±5X10^-14/天； 

三维时间坐标精准测量T_xi(t)，T_yi(t)，及 的原理。 

双向时间码流数据比对中 

C=T_xi(t)+T_yi(t)              ② 

在主站（MASTER）环回C值的测量如图1a、图1b所示。 

在一对光纤传输中，频率同步优于1X10^-11级,当F_主=F_从，即两端的时间间隔计量尺度相同。 

C_环主=C_环从=T_xi(t)+T_yi(t)    ③ 

按照IEEE1588one-step原理在主站双向时间码流输出盘以主站1PPS原点即1PPS上升沿为起始点，向从站发送T_xi(t)遥测时间间隔码流实现双向对比。 

根据不同环回C值选取C_标值，如表1所示： 

表1：C_标值与环回C值换算 

C_标周期的 

频率时间码流就是主站发送的标称时间间隔码流，它的作用有：（以C<1ms，C_标=1ms，50Km光通信端对端为例） 

使用C_标=1ms，即 

将主站（MASTER）1PPS原点与 的某一个上升沿对齐后（误差≤1ns，而形成了一千个1000PPS的等分的1000PPS原点，并以此1000PPS原点为起始点，向从站（SLAVER）发送。 

主-从站光传输延迟Txi(t),1秒的平均延迟值 

$T_{\mathrm{xi}}\left(\stackrel{\&OverBar;}{t}\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_{\mathrm{xi}}\left(t\right)/N$

从-主站光传输延迟值Tyi(t),1秒钟的平均延迟值 

$T_{\mathrm{yi}}\left(\stackrel{\&OverBar;}{t}\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_{\mathrm{yi}}\left(t\right)/N$

1秒钟的由主站发送到从站的标称化时间间隔码流基准平均值 

其中，N由光通信传输网主-从站的距离长度确定。 

T_xi(t)的定义是主站1PPS脉冲上升沿为起始点到从站的再生UTC1PPS脉冲上升沿为点之间的时间间隔差值，其为主-从两端的端对端传输时延值。在C_标周期内T_xi(t)只出现一次 

周期是判决T_xi(t)>T_yi(t)或T_xi(t)<T_yi(t)的维一坐标。C_标周期即 

时间间隔则对应导位频率是以主站的1PPS上升沿对齐的起点（可带帧头或不带帧头）。即此导位频率是1KHz的全“1”码，也就是主站往下游发播的1MS标准时间间隔码流。T_xi(t)、 

和 

只在1ms周期内出现一次，不会有第二个脉冲出现。尽管此上升沿会引入 的随机抖动可能很大，但每秒有10-8000次的重复测试，显然比两站1PPS直接比对精准度要提高很多倍，从而有效的滤除 

的随机抖动值。 

测准T_xi(t)值的意义即可在SDH及其它光通信传输网络中将时间传递中的调制解调误差全部均衡补偿，以保持TID<1ns时间间隔码流的特点是连续不间断的特性。从主站向自己同步的所有从站发送的时间基准1PPS+TOD、1PPS、E1+1PPS、E1+DCLS等。 

在主站以主时钟再生UTC原子时（同步更高等级后）时间基准1PPS原点为起始点（带时 间戳帧头）经过光通信传输网承载网后到达从站，从时钟将要建立的从时钟再生UTC原子时时间基准点1PPS_从原点处解调出此点。 

t₂=1PPS_从原点+T_xi(t)即t₂-t₁=T_xi(t) 

环回测出C值：C=T_xi(t)+T_yi(t) 

在主站，从主站由再生UTC原子时时间基准1PPS原点，发送 

周期这个值不是整数，依靠同步分频是不能实现的，而采用DDS技术可实现，但引入的杂散干扰则是引入误差TID级增加现象。而采用 频率的时间间隔码流，直达从站的进行双向比对。 

再生UTC原子时高精度时间频率同步网就是分等级传递和提纯时间频率精度的技术。利用高精度频率同步技术将2亿年差一秒的原子钟振荡器的优于1X10^-15的稳定度分等级的传递到由HTF-BITS设备组成的四级同步网节点: 

铯≤±5X10^-14/天，铷≤±5X10^-14/天，X₀₁≤±1X10^-13/天，X_O2≤±5X10^-13/天，X_O3≤±1X10^-12/天。 

由于时间这个物理量的特殊性，它必须是连续不间断的，如果传递过程中产生了相位突跳，频率突跳，在实测的TID中（时间间隔偏差），就有突跳发生，严重就有可能了现丢秒或跳秒发生。而时间阶跃又是一个无法逆转恢复的事件。显然特高精度时间基准的传递，特别是在光纤介质中的传递的规律必须一清二楚。如果将主站的特高精度时间基准损伤最小最小的传递到从站，这才是时间传递的本质。 

本发明采用的频率同步已将主站的频率与从站的频率相对偏差≤±5X10-¹⁴/天。相对相位偏差PD≤±2ns/天≤±5ns/天≤±20ns/天，其中，8KHz的主-从鉴频鉴相过零检测锁相技术。成功完成了从站从时钟（一般为X₀）的“拐点”跟踪主锁定于主时钟（例如铯钟，铷钟）的“零点”，这里的“拐点”和“零点”是过零检测锁相同步技术一项专用名词，一方面告诉我们从站时钟的“拐点”是从站进入松耦合理想二阶环路的稳态跟踪阶段后与主时钟零点比对的±MX10^-N/天，变化点，也就是说，当我们控制时钟的控制字在某时刻为±（1~2）bit变化时，基频率准确度为从时钟最高稳定的正负两个对应摆动点，由于钟摆的镜像摆动过零点一样，这就是消除漂移的最佳控制技术，另一方面，主站时钟的“零点”就是它同步更高等级的主时钟“零点”的“拐点”，拐点与零点是相对应的，也随在同步网中所在节点位置的不同而变化的。也就是说，各种等级的“零点”与拐点都是相对的，铯钟的拐点是它与国家授时中心的“零点”比对同步后的再生UTC原子时时间频率“零点”。依此类推，组成四级高精度时间频率同步网的节点。 

由主站时钟产生的（以UTC1PPS原点）为基准形成的8000PPS-1000PPS-100PPS-10PPS-1PPS系列 

同步时间间隔码流在光纤中实现双向发送传递和接收，并实现双向比对，同步的技术。将Time Tech TWSTFT卫星双向时间频率比对的原理和部分技术用于光纤通信传输系统中进行时间传递，接收。设计一种基于FPGA的专用光纤光通信时间间隔码流传递和接收芯片（<1ns）。 

高精度时间同步的要素： 

(1)由于频率同步对时延没有过多要求，所以高精度的频率同步的完成将公式①中的前三项误差控制在5X10^-14/天即PD<±1ns/天内。 

(2)HTF-BITS设备的低相位噪声平台从而保证了短期内（10-10000秒）从站时钟能够实现的 

重复测量，将测量精准度提高 倍，N为1秒内重复测量的次数；τ为观察测试的时间（单位秒），根据不同级别的时钟，可以是10-10000秒或更长，可根据具体要求来选择，使 

（3-5us的抖动）滤除，这就使从站时钟再生的UTC原子时时间频率基准的三个关键指标FD≦±5X10^-14/天，PD≦±2ns，TID≦±1ns。 

从主站时钟设备经过时间基准输出单元到光传输设备接口存在一定的延迟值，光发端到E/O光纤也存在一个很小的延迟值。主站E/O接口到从站E/O接口是光纤的传输延迟值，该值一般在工程开通初始阶段均人为补偿到Txi(t)=Tyi(t)。光纤光通信接收设备输出到时间频率设备输入端口也存在一定的延迟值。 

光纤的传输时延不对称变化是主要的。实践中也证明，光纤的传输时延随外界环境及其老化等原因，长期随时间变化，而不是一个定值。仅仅依靠工程开通时进行不对称差值的一次被动式补偿是远远不够的。因此测出的变化规律采用前端光纤网络自动均衡补偿。 

优点： 

（1）均衡不对称差值使T_xi(t)＝T_yi(t)，△T_xiyi(t)≈0。 

（2）同时减小或增加由于温度等原因引入的单方向漂移值，始终保持A→B或B→A的标称化（C_标）时延值长期不变。确保双向业务数据链路通道的完全相同，并长期维持恒定值不变的智能锁定。 

（3）改变T_xi(t)值即改变主-从坐标的斜率而开成如图1a、图1b的范围 内 的来回变化。为准确确定 

点和找准 

镜像对称点意义重大。 

（4）从A→B→C→…→N逐级光纤均衡补偿确保2000Km（或1000Km）距离的直达路由，即两个大城市之间的光传输通道时延值 

△T_xiyi(t)≤±1ns或(±5ns)在技术上，经济上具有重大的现实意义。也可以1000Km，两个大城市之间直达路由，最终的从站（铯原子钟或铷原子钟组成的从站）来均衡补偿。前端光纤时延自动均衡锁相补偿与后端电口，基于FPGA组成的时延网络，组成的电口时间间隔时延均衡锁相补偿。电口的均衡锁相补偿是主-从站内的主用HTF-BITS和从站的HTF-BITS之间完成时间频率同步，而进行双向时间间隔码流数据链路单无内完成，并不改变T_xi(t)≠T_yi(t)的实实在在的情况，即主-从站之间的光传输通道实际存在的现实状态T_xi(t)≠T_yi(t)不对称状态依然存在。双向业务数据码流通道仍然不对称，而只有双向时间间隔码流数据比对通道上完成 

当T_xi(t)＞T_yi(t)时， 

当T_xi(t)＜T_yi(t)时 

总之利用镜像对称原理在FPGA设计中利用8000PPS-1000PPS-100PPS，将主站同步于1PPS的125us周期~10ms周期标准时间间隔传递到从站的实现，以及前面的两个鉴频鉴相过零检测的实现，将 

随机抖动噪声滤除。将△T_xiyi(t)精准测出，实现主-从相对时间同步精度≦1ns。 

光纤的时延值T_xi(t)、T_yi(t)的精准测量在工程施工中还有其他手段和方法（使用仪表）可以精准测量出。再由电口环回测出C值，其误差是两端的光终端机设备电口的时延值（尽管这个值很小，由光-电，电-光转换产生的。C＝T_xi(t)+T_xi(t)+T_设备发送(t)+T_设备接收(t) 

其中，T_设备发送(t)、T_设备接收(t)一般值应该很小，而且不对称差值更小，对于不同厂家的设备可能略有差异，应该说采用 

来计算和修正补偿终端设备的传输时延，在特高精度时间同步中或超高精度时间同步中给予修正补偿，使T_设备发送(t)＝T_设备接收(t)也是很容易实现的。因而在工程开通时，精准测出光纤T_xi(t)、T_yi(t)，使主-从两端的传输时延不对称差值≦1ns也不是难事，这种方法也能在主-从两端按三维坐标算法，使主站与从站的1PPS原点，相对时间间隔误差≦1ns。 

长期维持≦1ns的特高精度时间间隔偏差，建立稳定可靠的四级时间频率基准的同步网组网原则与方法。 

实施例1： 

实验室内模拟50km光传输网络，鉴频鉴相过零重测遥控“松耦合”锁相频率同步技术10mhz低相位噪声输出系统平台，不对称差值，三维时间坐标遥测遥控松耦合均衡锁相补偿，实验结果：频率同步：±5x10^-14/天，时间同步：<±20ns/天。 

地下光通信传输系统中的全国通信网中心的三台铯原子和部分省市的（包括配置铯原子的专用网）的铯原子钟与全国授时中心（陕西天文台）并以授时中心为主站。建立我国特高精度时间频率全国骨干同步网，完成优质原子钟（优于1x10^-15/天）与工业级铯原子钟的主从时间频率、特高精度同步。如图2所示，主站：陕西天文台，国家授时中心实验室嵌入有双向时间码流数据链路发送输出单元和由1000km外的从站铯原子钟也嵌入的接收三维时间坐标遥测遥控“松耦合”均衡锁相补偿传输时延不对称差称的单元，并有返回主站实现双向时间码流数据此对单元。 

时间频率的精准度优于1x10^-15~1x10^-16水平（或更高），也就是说主站时钟（陕西时间）至少高于工业级铯钟2个至3个数量级。 

主站T_xi(t)+T_yi(t)＝C_i(t)或从站T_xi(t)+T_yi(t)＝C_i(t) 

选择C_标＞C_i(t)值，1550.12波长的1000km光纤单程传输时延为4897619.5ns左右，即4.897ms左右。即C_i(t)<10ms，所以C_标=10ms；C_标-C_i(t)=20.4761us。 

从主站到从站的T_xi(t)和从站到主站的T_yi(t)的值，客观上是任何时刻的瞬时值都是绝对不相等的。即，传输时延的不对称差值是绝对存在的。 

两通道 

相等是相对的，暂时的，要想使 

必须定期测出它的变化值进行锁相均衡补偿校正。 

建立如下三维时间坐标： 

从主站的1pps主原点时间基准点为同一起始点发送到从站的时钟按前面的介绍（已完成频率同步±5x10^-14/天以上），以从站时钟的低相噪声输出系统的本低噪声（<1ns）以我为主高速高效定期双向比对从主站发来的三维时间坐标实现相对的遥测遥控“松耦合”锁相同步。建立相对时间精度优于±2ns的从站时间基站的基础是精准测出 和 

的平均值或均方根并均衡锁相补偿修正，建立从站的1pps从原点的相对时间偏差（如果计量尺度<1ns）则： 

这里指的是骨干同步网的骨干节点与全国授时中心的相对飘动的长期值。当然优于±2ns的前提是时间间隔的度量尺度是优于1ns。主从的低相位噪声系统的本底相位噪声和反向隔离度分别为： 

相位噪声（10MHZ射频） 

1Hz	-115dBc/Hz~-125dBc/Hz
		10Hz	-135dBc/Hz~-145dBc/Hz
100Hz	-145dBc/Hz~-155dBc/Hz
		1KHz	-155dBc/Hz~-160dBc/Hz
10KHz	-165dBc/Hz（以下均为本底相噪-165dBc/Hz）

反向隔离衰耗优于125dB，而铷钟和晶体钟要放宽一些。建立低相位噪声平台的目的是确保钟短期内（指10s~10000s）之间的抖动噪声和时间的时间间隔抖动优于1ns。 

实施例2： 

依靠四级时间频率同步网组成全国高精度时间频率同步网。由国家授时中心与具有三台铯原子钟（氢原子钟）组成的各个专业通信行业（如中国移动、中国联通、国防授时中心….）等组成国家级（0级特高精度时间频率基准频率≤±5X10^-15/天时间≤±1ns/天，≤±5X10-¹⁵/7天时间≤±1ns/7天，           ≤±5X10^-15/年时间≤±1ns/年。 

1)从国家授时中心主站-全国通信网络通信中心的自动溯源特级骨干网，通过三条以上直达路由实现频率实现鉴频鉴相“过零”检测，遥控“松耦合”锁相自动溯源，使频率≤±5X10^-15/天,再通过直达路由双向时间间隔码流数据链比对，找出定期内（1天或7天）因为光传输网络传输时延的变化规律，既产生的△T_xiT_yi(t)的变化情况，从站采用前端光纤时延自动均衡修正补偿锁相，使T_xi(t)＝T_yi(t) 

这里的鉴频是指C_标周期的频率 

比对8000PPS-10PPPS-1PPS，至始至终使从站建设立的1PPS原点与主站的相对时间间隔误差≤±1ns/天（或≤±2ns/天）。由于时间的变化并不影响频率同步基准，时延仅仅是光传输通信网络的传输通道的时延值发生了增加或减少或引出的不对称差值变化，这个不能靠频率同步基准频率改变或相位改变来实现，而必须在从端前端由光纤自动均衡来保持从站-主站两者之间的 

这一标称定值来实现（或者在从站后端由电口，即光电转换后在从站双向时间间隔码流数据比对中实现）双向时间间隔码流数据比对中重要的一个环节是从站时钟再生的UTC原子时的所有时间数据码流传递回主站进行时间校验的目的和意义，即稳态跟踪“松耦合”锁相技术。 

在国家授时中心和各行业光传输通信网络中心，嵌入HTF-BITS高精度时间频率同步双向时间间隔数据码流对比单元，在全国特高精度骨干网（几百公里~几千公里）距离实现“松耦合”鉴频鉴相过零检测后的变化，采用双向从站返回主站检查校验单元有诸多优点： 

定期校验主站（既国家授时中心）十分准确的知道它所同步的第个节点的时钟的相对频率偏差和相位偏差。 

主站可精准的测出各从站节点1PPS返回检验它产之间的相对时间间隔偏差。 

主站可准确的自动检测出从站再生UTC原子时时间报文是否有误码产生跳秒丢秒以及误码概率多大。 

如果从站时钟设置边际性能告警，将从站时钟的工作状态上报主站。那么主站就能对每 一个被同步的从站节点的时钟是否到边际状态而发出预警指示，保持特高精度时间频率同步网的稳定性、可靠性。实现全网的低中断率。这样由国家授时中心传递到全国各通信网络中心的特高精度时间频率基准维持长期的稳定可靠的工作。 

2）全国通信网络中心-各省市自治区中心的自动溯源超高精度频率同步。 

全国通信网络通信中心是指中国移动、中国电信、中国联通、国防通信网、电力通信网络中心….等，它们通过与国家授时中心共同组建特级骨干网。在全国通信网络通信中心（包括备用通信中心）有三台原子钟，并有接收空中导航卫星系统（北斗、GPS等）时间频率基准，并参与“天网”即空中时间频率频率同步网。单个卫星的星原子钟检测校验比对工作，可为我国北斗卫星导航系统中的卫星中的受控原子钟的状态提供定时不稳定性，辅助国家授时中心。。等，验证北斗时间频率同步网的长期变化和控制系统的超门限状况。 

各通信中心的主要作用则是为它们各自管辖的通信网络区域内提供再生UTC原子钟时频 基准（即所谓主站时钟“零点”）与国家授时中心比对相对频率准确度≦±5X10^-15/天，相对相位偏差≦±1ns/天，相对时间间隔偏差≦±1ns/天。 

作为主站“零点”的技术指标标准，建立各自的通信网络的再生UTC原子时时间频率基准，即为各省市自治区通信网管理中心，提供时间频率“零点”。（或称一级节点基准）一般省市通信中心的同步设备配置铷原子钟（Rb）有一部分省市中心配置有铯原子钟。构成各行业通信网络的全国一级骨干通信网络。在各省市中心的同步设备一般保留有GPS/北斗卫星导航时间频率同步授时接收单元的目的是多一条由“天网”时间频率同步参才输入通道。加上三条地面直达路由的“地网”以及与到少两个相临省市自治区实现时间频率检测，以便验证自身的长基稳定性，这样1级节点校验的方法客观上判定民所有光传输通道定时不稳定状态和节点的定时不稳定性，那所谓“第三者”比对技术采用这一措施保证了光传输网络的超高精度时间频率的稳定性和低中断率。 

如图3所示以成都市为例的示意图。 

通过以上措施，HTF-BITS设备配置铷钟实现与主站（全国通信网通信中心）的相对频率偏差≦±5X10^-14/天，相对相位偏差≦±2ns/天相对时间间隔偏差≦±2ns/天。 

而以此技术指标为省市自治区范围内的二级骨干同步网的“零点”时间频率基准的再生 UTC原子时去同步地市级通信中心节点产生二级再生UTC时时间频率基准（与省市自治区通信中心比对）。相对频率偏差≦±1X10^-13/天，相对相位偏差≦±5ns/天，相对时间间隔偏差≦±5ns/天。 

条件好的通信行业如中国移动都配置铷钟，一般可配置加强到高稳晶体钟Xo依次类推：三级节点，应该为县区通信中心。县区级HTF-BITS，一般配置加强型Xo₁或普通型Xo其再生UTC原子时时间频率其准为主时钟的相对频率偏差≦±2.3X10^-13/天，相对相位偏差≦±10ns/天，相对时间间隔偏差≦±10ns/天。 

四级节点为基站和乡镇小区HTF-BITS，一般以Xo₂和Xo₃(单恒温低相位噪声廉价晶体钟为从时钟。再生的UTC原子时时间频率基准与主站比对相对频率偏差≦±5X10^-13/天，相对相位偏差≦±20ns/天，相对时间间隔偏差≦±20ns/天。关于1us-1.5us高精度时间基准指标的分配方法的建议： 

“天网”空中时间频率同步网，依靠北斗或GPS通过接收到四个卫星后建立三维解算法方程，北斗/GPS接收机均可获得与UTC比对≦±300ns的高精度时间基准。性能优异的接收机，可获得≦±50ns的超高精度时间基准。唯一的缺陷是安全可靠性受限和成本与地网相比较高。 

而“地网”由四通八达的光通信网络为承载体的高精度时间频率设备组成的“地网“频率同步部分在ITU中已有明确的建议，按G811、G813分配18us的频率漂移值的建议规范。绝大部分留给了终端及最后“几公里”通信网络时钟，而时间同步，有两个原因，绝大多数都是依靠GPS形成的时间服务器，由“天网”保持，相当于准同步方式。一旦GPS，即“天网”发生故障，时间精度的维持非常困难，在3G时代和即将来到的4G时代，对时间精度的要求很高1~1.5us。这个1~1.5us的时间漂移指标是指空中接口点。无线与有线，或无线与无线接口之间的时间间隔偏差，任何时候都必须≤1~1.5us。四级特高精度时间频率同步网组成的新型统一的一体化的同步网中，设备和传输网的时间其准传递损伤为  $\&le;\&PlusMinus;\sqrt{1^2+1^2+2^2+5^2+{10}^2+{20}^2+{20}^2}=\&PlusMinus;30.52\mathrm{ns}.$ 也就是说在两个相邻省市自治区的相邻基站相接的。显然留给基站空中接口的时间间隔偏差允许的最大值为960ns~1460ns。即放宽了最后“一公里”网络的时间漂移容限量，会给基站到各类空中接口灵活宽容的空间，从而保证整个时间频率同步网的稳定可靠性。 

Claims (8)

1.权利要求1请求保护一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，其特征在于：

1）在高精度时间频率BITS设备中建立光通信传输网络，主-站同步设备之间通过光通信传输网络传递时间基准信号，主站与从站时间同步采用双向比对方式；

2）采用如下数学模型计算主-从同步设备的时间间隔偏差：

①

在①式中，Es表示主从相对时间间隔偏差；

E0表示主从初始时间间隔偏差；

表示主从频率同步在应用鉴频鉴相过零检测锁相技术后的剩余时间漂移误差；

ΔT_xy(t)表示不对称差值，即ΔT_xy(t)=|T_x(t)-T_y(t)|，其中T_x(t)表示由主站时钟同步设备发送的信号经过光通信传输网络至从站时钟同步设备信号之间的时间间隔值，T_y(t)表示从站时钟同步设备发送的信号经过光通信传输网络至主站时钟同步设备接收信号之间的时间间隔值；

表示光网络在传递时间基准时引入的随机抖动噪声；

①式中前三项由远距离遥控松耦合鉴频鉴相过零检测锁相技术完成，误差控制在±5X10^-14/天；

3）采用三维时间坐标精准测量ΔT_xy(t)：在主站上，测量环回周期C值，环回周期C值为：

C=T_xi(t)+T_yi(t)，i表示比特量，根据下表中不同的C值选取标称周期C_标值，

 环回周期C   <125us   <250us   <1ms ... <10ms   <100ms ...  标称周期C   125us   250us   1ms ... 10ms   100ms ...

当T_xi(t)＝T_yi(t)，△T_xiT_yi(t)≈0

时，实现主站和从站双向比对传递和返向的传输延迟时间相等；

当T_xi(t)＞T_yi(t)时，

当T_xi(t)＜T_yi(t)时，

即

将△T_xiT_yi(t)精准测出，实现主-从相对时间同步。

2.根据权利要求1所述的一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，其特征在于：所述的双向比对方式为双向时间码流比对。

3.根据权利要求1所述的一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，其特征在于：所述的实现主-从相对时间同步的精度为≤±20ns。

4.根据权利要求1所述的一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，其特征在于：所述的实现主-从相对时间同步的精度为≤±10ns。

5.根据权利要求1所述的一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，其特征在于：所述的实现主-从相对时间同步的精度为≤±5ns。

6.根据权利要求1所述的一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，其特征在于：所述的实现主-从相对时间同步的精度为≤±2ns。

7.根据权利要求1所述的一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，其特征在于：所述的实现主-从相对时间同步的精度为≤±1ns。

8.根据权利要求1所述的一种时间延迟不对称差值精准测量的方法，其特征在于：采用高精度时间频率BITS设备的低相位噪声平台，使得测量精准度提高

倍，其中N表示1秒内重复测量的次数，τ观察测试的时间。

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