[发明专利]一种光纤网络高精度授时系统的云同步方法

说明书

本发明公开了一种光纤网络高精度授时系统的云同步方法。与现有时间同步技术相比较，本发明利用单纤传递的方式通过双向比对实现超精密时间频率的传递，且提出的云同步方法，可以构建单纤传递超精密时间频率基准的四级云同步网络来支撑地基授时，形成基于地面光纤网络的高精度地基授时系统，从而构成与天基授时系统互为备用、相互支撑的高精度授时系统，在任何地点、任何时间为我国国防军事网络提供超精密授时服务，为民用通信网络和各种专用通信网络提供极其精准的再生UTC原子时超精密时间频率基准。

技术领域

本发明涉及超精密时间频率同步系统和光纤通信技术领域，尤其涉及一种光纤网络高精度授时系统的云同步方法。

背景技术

卫星导航定位和授时系统是最关键的国家基础设施之一。目前世界上几个大国都在积极发展自己的高精度时间和频率统一系统，例如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO、中国的北斗卫星导航系统，但是，这些都是基于卫星导航系统的天基授时系统。由于天基授时系统存在着容易受外界干扰、受天气影响大、只能覆盖露天场所等缺陷，近年来我国非常重视研究基于地面光纤网络的地基授时系统。地基授时系统可以构成与天基授时系统互为备用、相互支撑的高精度授时系统，为我国的军用和民用系统提供授时、导航和定位服务。2003年中国科学院国家授时中心在国内率先提出了利用光纤传递高精度时间的设想并开展了相关的研究工作。2006年国网电力科学研究院与华东电网公司联合开展了《利用SDH光通信网络传递高精度标准时间项目》的研究工作，重点研究SDH光通信网络传递高精度时间的关键技术。目前国内对于光纤时间传递的研究主要利用SDH传送网进行传输，它的精度一般只能达到百纳秒（ns）级。SDH光传输设备在传递时间频率基准上存在较多的缺陷：例如目前现网中应用的光通信传输终端机设备本身时延值较大，且Ta发≠Tb发、Ta收≠Tb收；由于SDH光传输设备内没有对时间同步精度提出具体要求，使每台设备的传输实际时延值误差变化较大且无监测校正补偿手段，同时还存在光纤链路不对称误差。由于SDH光传输设备的网元时钟单元只按照G.813规范要求设计，其再现性没有要求，故其误差达几十微秒～100微秒，用来传递超精密时间频率基准是不可能的。当使用架空光缆实现区间长距离通信时，假设以200km架空光缆来估算光纤时延的年波动和老化漂移，光纤时延的温度变化系数为40ps／km.℃，从严冬-15℃～盛夏+45℃，计算结果是：40ps／km.℃×200km×60℃＝480.000ns。如果再考虑到光纤的老化，按3ps／km.℃计算得到光纤的老化漂移为36.000ns，这种极其缓慢变化的漂移累积会对高精度时间频率同步带来严重的负面影响并造成恶性循环。

由于光纤的时延漂移累积随着设备级联次数n的增加而不断累积，光纤的时延漂移累积与设备级联次数n的平方根成正比，级联次数有限导致传输距离受限。现有的光同步数字传输网SDH授时网络中各个授时点的时间精度不相同，随着时间同步网定时链路级联次数的增加，链路上各个授时点的时间精度越来越差，不能进行长距离光纤高精度时间传递。目前国内外利用光纤网络来传递高精度时间频率基准的技术手段离实用化还有一定的差距，一些关键的技术问题尚未解决，尤其是现有技术不能消除光纤传输时延随着时间、温度、光纤老化等极其缓慢的变化而产生极其缓慢的时延漂移和漂移累积给时间频率同步带来不良影响。随着传递距离的增加，漂移将不断累积，这将限制基准定时链路上设备的级联次数，从而使定时传递距离受到限制。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决基准定时链路上设备的级联次数受限导致定时传递距离受限的问题，消除因光纤老化和温度变化引起的漂移随着传递距离增加而不断累积，进而提出了一种适用于光纤网络高精度授时系统的云同步方法，针对现有时间同步技术的缺陷，利用单纤传递的方式通过双向比对实现超精密时间频率的传递。采用本发明提出的云同步方法，可以构建单纤传递超精密时间频率基准的四级云同步网络来支撑地基授时，形成基于地面光纤网络的高精度地基授时系统，从而构成与天基授时系统互为备用、相互支撑的高精度授时系统，在任何地点、任何时间为我国国防军事网络提供超精密授时服务，为民用通信网络和各种专用通信网络提供极其精准的再生UTC原子时超精密时间频率基准。