[发明专利]一种由专用光路由组成的授时系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及时间同步技术领域，尤其涉及一种由专用光纤授时设备和专用光路由组成的授时系统及其实现方法。

背景技术

目前光纤通信网主要采用SDH（光同步数字体系）和分组传送网（PTN）两种光传输设备，这两种光传输设备虽然传输方式不一样，但是其时间频率信号都是在发送端将时间频率信号和业务信号合并在一起通过光纤进行传输，接收端再将时间频率信号和业务信号分离开来，并且把时间频率信号提供给接收端使用，以达到发送端和接收端同步的目的。

在SDH网络中，利用SDH光传输设备传递时间频率基准时，不论是采用业务通道还是开销通道，由于SDH的码速调整和指针调整会引起时延和抖动，时间传递的精度一般只能达到百纳秒（ns）级。SDH光传输设备的网元时钟单元按照G.813规范要求设计，其再现性没有要求，误差达几十～100微秒，用来传递超精密时间频率基准是不可能的。在PTN网络中，目前主要使用IEEE 1588v2协议（简称PTP，Precision Time Protocol）实现不同站点之间的时间传送。它采用时间戳机制和主从时钟方案，同时利用网络链路的对称性和时延测量技术，实现主从时钟频率和时间的同步，其时间同步精度只能达到次微秒级。由于IEEE 1588v2协议本身假设双向系统的光纤是对称的，其算法要求双向时延必须一致，时延不一致将会直接影响同步精度。但是在实际应用中，许多光缆用于收发的两芯光纤的长度实际上并不相等，光纤长度不一致将直接影响IEEE 1588v2 时间同步的精度。上下行时延非对称性是IEEE 1588v2较难克服的一个问题。

现有的用SDH光设备作为时间频率传输载体的同步系统原理图如图1所示，用PTN光设备作为时间频率传输载体的同步系统原理图如图2所示。

现有时间频率传递及同步系统的工作原理为：卫星接收天线将接收到的来自卫星的时钟信号送给铷原子钟，经比对稳定后以2MHz或IPPS+TOD的方式输入给光通信设备（该光通信设备称为主站），光通信设备将其与业务信号合并在一起，然后以某一波长的光信号输出通过光纤传输到下一接收端（该光通信设备称为从站），当接收端接收到信号后，把时间频率信号分离出来，作为接收端光通信设备的时钟频率同步信号，以达到使发送端和接收端时间或频率同步的目的。某些接收端的光通信设备还具有时延测试功能，可以把发送端到接收端产生的传输时延自动地测试出来并进行补偿。测试和补偿的精度越高，发送端和接收端的同步性能就越好，通信的质量性能也越好。如此一级又一级地向下传输。

现有技术的主要缺点：

（1）现有时间频率传递技术虽然也进行了光纤的时延测试和补偿，但是补偿不彻底，即补偿后每两个站点之间仍有时延，而且时延值还比较大（微秒量级）。并且每个站点的绝对时间精度相差较大，时间同步精度≤1.5μs，实际上是准同步。

（2）没有解决环境温度、光纤老化等因素对光纤传输时延的影响问题，因此，每个站点的时间频率随着温度变化、光纤老化而改变，导致了时间频率信号随着光纤温度变化和老化而产生漂移。

（3）没有解决光纤传输时延累积的问题，光纤传输时延随着传输级数的增加而增加。计算公式为：                                                

为N级时延值。N为光通信设备级联的次数，N=1、2、3……。Delay为每两个站点之间的时延值。因此，组网级数受到极大的限制。

（4）现有技术没有解决SDH、PTN光通信设备当电源切换或者跳变时引起的时延突变问题，因此无法保证电源切换或者跳变时的时间频率的精度。

（5）现有的光纤授时方式需要接收卫星授时信号（GPS或者北斗）作为参考信号源。由于卫星易受干扰和攻击，因此存在信息安全问题。

（6）现有技术虽然部分解决了光通信设备的时间频率同步的问题，但是授时精度无法再提高，而且对很多既需要高精度时间频率又不想依赖于卫星授时信号（GPS或北斗）的场合，例如多基地雷达系统、发电厂等重要场合，现有技术根本无法解决。

（7）现有技术授时精度有限，无法满足第五代移动通信（5G）的需求。5G移动通信基站要求时间同步精度在100ns以内。更无法满足下一代通信技术——量子通信的需求。

（8）现有技术随着光通信设备的更换或升级，时间同步系统需要重新部署。