專利名稱:一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于UTC同步技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)補(bǔ)償,尤其是 一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法。
背景技術(shù):
協(xié)調(diào)世界時(shí),又稱世界統(tǒng)一時(shí)間,世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,國(guó)際協(xié)調(diào)時(shí)間,簡(jiǎn)稱UTC。它從英 文 “Coordinated Universal Time,,/ 法文 “Temps Universel Cordonne,,而來(lái)。是以原子 時(shí)秒長(zhǎng)為基礎(chǔ),在時(shí)刻上盡量接近于世界時(shí)的一種時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。中國(guó)采用ISO 8601-1988 的《數(shù)據(jù)元和交換格式信息交換日期和時(shí)間表示法》(GB/T 7408-1994)稱之為國(guó)際協(xié)調(diào)時(shí) 間。這套時(shí)間系統(tǒng)被應(yīng)用于許多互聯(lián)網(wǎng)和萬(wàn)維網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)中,例如,網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議就是協(xié)調(diào)世 界時(shí)在互聯(lián)網(wǎng)中使用的一種方式。在軍事中,協(xié)調(diào)世界時(shí)區(qū)會(huì)使用“Z”來(lái)表示。又由于Z 在無(wú)線電聯(lián)絡(luò)中使用“Zulu”作代稱,協(xié)調(diào)世界時(shí)也會(huì)被稱為〃 Zulu time"。中國(guó)大陸、 中國(guó)香港、中國(guó)澳門(mén)、中國(guó)臺(tái)灣、蒙古國(guó)、新加坡、馬來(lái)西亞、菲律賓、西澳大利亞州的時(shí)間與 UTC的時(shí)差均為+8,也就是UTC+8目前,已建的四通八達(dá)的光傳輸網(wǎng)絡(luò)獲得了滿意的穩(wěn)定可靠的高精度頻率同步 (最佳的是UTC頻率同步方式可優(yōu)于士 10_12/天)長(zhǎng)期1周。采用IEEE1588V. 2PTP協(xié)議 主-從一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式在現(xiàn)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中可獲得較好的時(shí)間同步精度,但仍需進(jìn)一步改進(jìn) <±100ns。美國(guó)的鐘差彡20ns。美國(guó)第三代GPS,在2012年可能將達(dá)到士 Ins。而據(jù)相 關(guān)文獻(xiàn)介紹新型的原子鐘鍶原子鐘1億年差1秒,而噴泉銫原子鐘600萬(wàn)年差1秒,比現(xiàn)行 普通銫原子鐘(30萬(wàn)年差一秒)提高了 20倍。頻率穩(wěn)定度天提高到了 1X10_17 _18量級(jí)。我國(guó)北京時(shí)間CSAO的時(shí)間尺度UTC控制水平< 士 IOOns (2000年100天測(cè)試)是 亞太地區(qū)唯一兩個(gè)進(jìn)入< 士 IOOns的時(shí)間實(shí)驗(yàn)室之一。由世界第八位上升到第五位,現(xiàn)在 已經(jīng)達(dá)到了更高的水平。經(jīng)過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),頻率和時(shí)間度量的三項(xiàng)重要指標(biāo)為M^iM^ FD (Frequency Deviation);才目位偏差 PD (Phase Deviation);時(shí)間間隔偏差 TID(Time Interval Deviation)。這三項(xiàng)指標(biāo)在通信網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中,F(xiàn)D和PD的優(yōu)劣取決于同步鎖相技術(shù)以及濾 波窄帶的帶寬設(shè)計(jì)。選用UTC頻率同步技術(shù)可獲得優(yōu)異的FD和PD指標(biāo)。而對(duì)于TID則不 然,主時(shí)鐘(例如銫鐘,低相位噪聲系統(tǒng)輸出的同步時(shí)鐘單元)的TID在相當(dāng)長(zhǎng)的觀察測(cè)試 中是小于5ns的。其中FD,PD,TID三者是一致的,相互轉(zhuǎn)換也很好。但是同樣的時(shí)鐘輸出的 時(shí)頻信號(hào),經(jīng)過(guò)數(shù)字碼型的變換,例如從2048KHZ到2048KBITS/S,其TID變化則會(huì)大于數(shù)個(gè) US0有的甚至可能會(huì)達(dá)到數(shù)百個(gè)us之多。也就是說(shuō),我們?cè)跁r(shí)間基準(zhǔn)傳遞過(guò)程中,經(jīng)過(guò)各類 承載網(wǎng)后,一方面有傳遞延遲的變化考慮,更為重要的是抖動(dòng)噪聲和飄動(dòng)噪聲引入的巨大 變化使得TID大于了 us級(jí)別。而且這個(gè)嚴(yán)重影響時(shí)間同步網(wǎng)穩(wěn)定和可靠性的變化是隨機(jī), 所以必須選擇使用了較窄過(guò)濾帶寬的鎖相技術(shù)的UTC時(shí)刻同步方案,才能滿足TD-SCDMA及其它3G,4G,因此現(xiàn)有技術(shù)還不能滿足TD-SCDMA及其它3G,4G網(wǎng)絡(luò)的同步技術(shù)。3G對(duì)同步網(wǎng)的要求有系統(tǒng)的同步、物理幀的同步和載波頻率同步,實(shí)現(xiàn)基站與終 端的幀同步以及接入網(wǎng)設(shè)備RNC和Nodebd的節(jié)點(diǎn)同步(滿足G. 8. 12要求),本地從站產(chǎn)生 的與UTC IPPS的相位差< 1. 5us (觀測(cè)點(diǎn)為天線空中接口( 一般簡(jiǎn)稱空口)4G < Ius)。目前,我國(guó)的時(shí)間同步方法基本上完全依賴控制GPS、北斗等時(shí)間同步方式,如果 能夠?qū)⒌孛嫠耐ò诉_(dá)的光傳輸網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間同步,則從國(guó)家的安全、國(guó)防安全和通信網(wǎng)絡(luò)的 安全方面考慮,其深遠(yuǎn)的政治經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義是很大的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),提供一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng) 均衡鎖相補(bǔ)償方法,該方法采用統(tǒng)一 “融合”的組網(wǎng)方式,充分利用主站一從站的從站時(shí)鐘 實(shí)現(xiàn)“鑒頻鑒相過(guò)零 檢測(cè)(松耦合)頻率鎖相同步技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了與主站比對(duì)的實(shí)時(shí)的頻率 鎖相同步技術(shù),使主-從的相對(duì)頻率剩余偏差、日波動(dòng)、老化的誤差嚴(yán)格控制在一個(gè)很小的 范圍內(nèi)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的這種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法,具體按照以下步驟1)首先將影響最大、變化最復(fù)雜的時(shí)鐘主_從相對(duì)頻率偏差和老化偏差通過(guò)UTC 頻率同步后減少到彡5X10_14 ;2)在從站上,測(cè)量環(huán)回值C,其中環(huán)回值C = Tx+Ty ;所述Tx為主站至從站的延時(shí) 量,所述Ty為從站至主站的延時(shí)量;3)采用環(huán)回值C = Tx+Ty,即周期為C,頻率為 以及按照時(shí)間度量尺度的鑒頻 鑒相過(guò)零檢測(cè)松耦合鎖相技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率同步;4)當(dāng)主站和從站完成頻率同步后,如果傳輸通道的延時(shí)Tx和Ty因外界發(fā)生變化, 這個(gè)變化值通過(guò)主站和從站的雙向比對(duì)判別測(cè)出,并自適應(yīng)均衡鎖定在^/i 。2 + φ 2(0 (ns)以 內(nèi),其中Etl為主站IPPS原點(diǎn)與從站IPPS原點(diǎn)UTC絕對(duì)時(shí)刻比對(duì)的初始時(shí)間間隔誤差。上述時(shí)間度量尺度為lns、2. 5ns、5ns、10ns或20ns。進(jìn)一步,以上步驟3)中,所述鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)松耦合鎖相技術(shù)為當(dāng)比對(duì)測(cè)量的環(huán)回值為C,則每秒鐘實(shí)現(xiàn)1/C次測(cè)量,再進(jìn)行N秒鐘測(cè)量,實(shí)現(xiàn)對(duì) C值時(shí)間延遲的測(cè)量共1/CXN次,使測(cè)出的時(shí)間延遲實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲不對(duì)稱差值與主站的 IPPS原點(diǎn)的UTC時(shí)刻比對(duì)的相對(duì)偏差值小于或等于^A2 +P 2(0,式中Etl為主站IPPS原點(diǎn)
與從站IPPS原點(diǎn)UTC絕對(duì)時(shí)刻比對(duì)的初始時(shí)間間隔誤差。上述N等于100。本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果由于現(xiàn)有技術(shù)中已建得時(shí)間和頻率同步網(wǎng),由于歷史原因是分別組網(wǎng)的方式。時(shí) 間同步均以各自的GPS為主形成的局部區(qū)域同步的組網(wǎng)方法。性能的好壞完全取決于空中 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)質(zhì)量和穩(wěn)定性能完全取決于GPS、北斗、GL0NASS……等的好壞。而本發(fā)明產(chǎn) 生的技術(shù)效果是從統(tǒng)一“融合”的組網(wǎng)方式直接帶來(lái)的技術(shù)效果即充分利用主站一從站的 從站時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)“鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)(松耦合)頻率鎖相同步技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了與主站(OffsetFrom Master)比對(duì)的實(shí)時(shí)(即全天候)的頻率鎖相同步技術(shù),使主_從的相對(duì)頻率剩余偏 差、日波動(dòng)、老化的誤差嚴(yán)格控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)(頻率偏差< 士5E-14/天,相位偏差 ^ 士20ns)。與當(dāng)前的同步技術(shù)要求來(lái)比,其偏差完全可以達(dá)到忽略的程度。與此同時(shí)時(shí)間 和頻率的“融合”而使時(shí)間間隔偏差125us的抖動(dòng)< 士20ns,也就是說(shuō)通過(guò)頻率同步,主站 和從站的時(shí)間間隔度量尺度瞬時(shí)偏差< 士20ns。
圖1為本發(fā)明 的時(shí)間同步路由示意圖;圖2為本發(fā)明的自動(dòng)均衡鎖相檢測(cè)補(bǔ)償技術(shù)原理的數(shù)學(xué)模型方框圖;圖3為本發(fā)明的橋型平衡點(diǎn)示意圖;圖4為本發(fā)明的時(shí)間和頻率“融合”同步設(shè)備的基本單元原理框圖;圖5為時(shí)間同步雙向比對(duì)自動(dòng)均衡鎖相圖;圖6為等效原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明提出的這種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法,具體包括以下步 驟1)首先將影響最大、變化最復(fù)雜的時(shí)鐘主_從相對(duì)頻率偏差和老化偏差通過(guò)UTC 頻率同步后減少到彡5X10_14。2)在從站上,測(cè)量環(huán)回值C,其中環(huán)回值C = Tx+Ty ;所述Tx為主站至從站的延時(shí) 量,所述Ty為從站至主站的延時(shí)量。3)采用環(huán)回值C = Tx+Ty,即周期為C,頻率為 以及按照時(shí)間度量尺度的鑒頻
鑒相過(guò)零檢測(cè)松耦合鎖相技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率同步;時(shí)間度量尺度可以根據(jù)需要選擇,可以采 用lns、2. 5ns,5nsU0ns或20ns等。所述鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)松耦合鎖相技術(shù)為當(dāng)比對(duì)測(cè) 量的環(huán)回值為C,則每秒鐘實(shí)現(xiàn)1/C次測(cè)量,再進(jìn)行N秒鐘測(cè)量,實(shí)現(xiàn)對(duì)C值時(shí)間延遲的測(cè)量 共1/CXN次,使測(cè)出的時(shí)間延遲實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲不對(duì)稱差值與主站的IPPS原點(diǎn)的UTC時(shí)刻 比對(duì)的相對(duì)偏差值小于或等于^/五。2 +^ 2(0,式中Etl為主站IPPS原點(diǎn)與從站IPPS原點(diǎn)UTC 絕對(duì)時(shí)刻比對(duì)的初始時(shí)間間隔誤差。以下對(duì)鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)松耦合鎖相技術(shù)具體舉例如 下當(dāng)比對(duì)測(cè)量的環(huán)回值C = IOms,則1/C = IOOHz既每秒鐘可實(shí)現(xiàn)100次測(cè)量。如 果再進(jìn)行100秒鐘測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)C值時(shí)間延遲的測(cè)量共10000次,那么它的精確度按概率 統(tǒng)計(jì)平均原理來(lái)計(jì)算就提高100倍(同樣100秒觀察測(cè)試周期相比也提高了 10倍)。由 于測(cè)出的時(shí)間延遲比較準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲不對(duì)稱差值的自動(dòng)與主站的IPPS原點(diǎn)的UTC時(shí) 刻比對(duì)的相對(duì)偏差值小于或等于#。2 + 一(0,注式中Etl為主站IPPS原點(diǎn)與從站IPPS原 點(diǎn)UTC絕對(duì)時(shí)刻比對(duì)的初始時(shí)間間隔誤差,當(dāng)鎖定后為一固定常數(shù)。如時(shí)間基準(zhǔn)的接收機(jī) 是北斗或GPS則< 50ns。是光傳輸網(wǎng)絡(luò)傳遞過(guò)程中引入的抖動(dòng)噪聲經(jīng)過(guò)10000次平滑后 的數(shù)值,實(shí)驗(yàn)證實(shí)如選用時(shí)間度量尺度為IOns的判決器,則樹(shù) ) <±20似,5ns的判決器則φ( ) Sο4)當(dāng)主站和從站完成頻率同步后,如果傳輸通道的延時(shí)Tx和Ty因外界發(fā)生變化, 這個(gè)變化值通過(guò)主站和從站的雙向比對(duì)判別測(cè)出,并自適應(yīng)均衡鎖定在^/i 。2 + φ 2(0 (ns)以 內(nèi),其中Etl為主站IPPS原點(diǎn)與從站IPPS原點(diǎn)UTC絕對(duì)時(shí)刻比對(duì)的初始時(shí)間間隔誤差。以下對(duì)本發(fā)明涉及的專有技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)解釋UTC頻率同步技術(shù)簡(jiǎn)單地說(shuō),UTC頻率同步技術(shù)就是一種全數(shù)字鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)鎖相同步技術(shù)。例 如表1中主-從同步相對(duì)頻率精度。表1:
權(quán)利要求
一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法,其特征在于,按照以下步驟1)首先將影響最大、變化最復(fù)雜的時(shí)鐘主 從相對(duì)頻率偏差和老化偏差通過(guò)UTC頻率同步后減少到≤5×10 14;2)在從站上,測(cè)量環(huán)回值C,其中環(huán)回值C=Tx+Ty;所述Tx為主站至從站的延時(shí)量,所述Ty為從站至主站的延時(shí)量;3)采用環(huán)回值C=Tx+Ty,即周期為C,頻率為以及按照時(shí)間度量尺度的鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)松耦合鎖相技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率同步;4)當(dāng)主站和從站完成頻率同步后,如果傳輸通道的延時(shí)Tx和Ty因外界發(fā)生變化,這個(gè)變化值通過(guò)主站和從站的雙向比對(duì)判別測(cè)出,并自適應(yīng)均衡鎖定在以內(nèi),其中E0為主站1PPS原點(diǎn)與從站1PPS原點(diǎn)UTC絕對(duì)時(shí)刻比對(duì)的初始時(shí)間間隔誤差。FDA0000034473650000011.tif,FDA0000034473650000012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法,其特征在于, 所述時(shí)間度量尺度為lns、2. 5ns、5ns、10ns或20ns。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法,其特征在于, 步驟3)中,所述鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)松耦合鎖相技術(shù)為當(dāng)比對(duì)測(cè)量的環(huán)回值為C,則每秒鐘實(shí)現(xiàn)1/C次測(cè)量,再進(jìn)行N秒鐘測(cè)量,實(shí)現(xiàn)對(duì)C值時(shí) 間延遲的測(cè)量共1/CXN次,使測(cè)出的時(shí)間延遲實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲不對(duì)稱差值與主站的IPPS原 點(diǎn)的UTC時(shí)刻比對(duì)的相對(duì)偏差值小于或等于^A2+ 一(0,式中Etl為主站IPPS原點(diǎn)與從站 IPPS原點(diǎn)UTC絕對(duì)時(shí)刻比對(duì)的初始時(shí)間間隔誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法,其特征在于, 所述N等于100。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種時(shí)間延遲不對(duì)稱差值自動(dòng)均衡鎖相補(bǔ)償方法,該方法包括1)首先將時(shí)鐘主-從相對(duì)頻率偏差和老化偏差減少到≤5×10-14;2)在從站上,環(huán)回值C=Tx+Ty;3)采用環(huán)回值,即周期為C,頻率為以及按照時(shí)間度量尺度的鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)松耦合鎖相技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率同步;4)當(dāng)主站和從站完成頻率同步后,如果傳輸通道的延時(shí)Tx和Ty因外界發(fā)生變化,則自適應(yīng)均衡鎖定在以內(nèi)。本發(fā)明的該方法采用統(tǒng)一“融合”的組網(wǎng)方式,充分利用主站→從站的從站時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)“鑒頻鑒相過(guò)零檢測(cè)(松耦合)頻率鎖相同步技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了與主站比對(duì)的實(shí)時(shí)的頻率鎖相同步技術(shù),使主-從的相對(duì)頻率剩余偏差、日波動(dòng)、老化的誤差嚴(yán)格控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H04L7/00GK101977105SQ20101056111
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者孟志才, 李忠文 申請(qǐng)人:西安大唐電信有限公司