專利名稱：通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種時間同步系統(tǒng)，尤其涉及一種通過同步數(shù)字體系(SDH) 光通信網絡系統(tǒng)傳遞高精度時間的時間同步系統(tǒng)。
背景技術：
隨著電力系統(tǒng)繼電保護系統(tǒng)的發(fā)展，廣域繼電保護系統(tǒng)概念的提出，隨著電 力系統(tǒng)安全穩(wěn)定系統(tǒng)的推廣應用，隨著電力系統(tǒng)大范圍高精度測量系統(tǒng)的建立，例 如，功角測量系統(tǒng)，廣域電網同步狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，統(tǒng)一高精度標準時間問題的解決 顯得越來越重要。因此，研究建立高精度、高可靠性的標準時間網絡十分有意義。從我國電網 和電力通信發(fā)展的現(xiàn)狀來看，研究利用現(xiàn)有的SDH網絡傳遞標準時間信號，保證其 精度和穩(wěn)定度相當于甚至超過GPS，對解決電力系統(tǒng)控制和測量問題有實際的意 義。發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種時間同步系統(tǒng)，建立了高精度、高可靠性的 標準時間網絡，對解決電力系統(tǒng)控制和測量問題有實際意義。本實用新型的技術方案為本實用新型揭示了一種通過同步數(shù)字體系光通信 網絡傳遞時間的時間同步系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括位于該同步數(shù)字體系光通 信網絡的主節(jié)點的時間同步主設備以及位于該同步數(shù)字體系光通信網絡的從節(jié)點 的時間同步從設備，該時間同步主設備進一步包括時間跟蹤單元，提供時間源接口，接入外部標準時間以跟蹤時間； 主設備時延誤差測量單元，連接該時鐘跟蹤單元，測量時間傳送過程中 的信號傳輸時延；主設備誤差數(shù)據(jù)處理單元，連接該主設備時延誤差測量單元，對測量到 的時延數(shù)據(jù)進行處理，得到時間誤差數(shù)據(jù)；主設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元，連接該主設備誤差數(shù)據(jù)處理單元，向該時間 同步從設備傳送處理后的時間誤差數(shù)據(jù)；主設備同步數(shù)字體系通道接口單元，連接該主設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元， 提供業(yè)務通道的接口，針對各種同步數(shù)字體系光通信系統(tǒng)提供開銷通道的接口；時鐘同步跟蹤單元和本地時鐘單元，產生該時鐘同步主設備的所需的時鐘；主設備控制單元，控制該時鐘同步主設備的運作、監(jiān)視運作狀態(tài)以及管 理數(shù)據(jù)通信；該時間同步從設備進一步包括-本地守時單元，通過本地守時時鐘或外接GPS接口實現(xiàn)守時，在授時通 信中斷時通過守時延續(xù)時間服務；時間同步單元，通過調整輸出的時間脈沖相位補償傳輸時延，輸出該時間同步從設備的時間；從設備時延誤差測量單元，測量時間傳送過程中的信號傳輸時延； 從設備誤差數(shù)據(jù)處理單元，處理測量的時延數(shù)據(jù)，計算時間調整和補償數(shù)據(jù)；從設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元，接收該時間同步主設備發(fā)送的時間誤差數(shù)據(jù)； 時間分配單元，在本地分配標準時間，提供時間分配接口； 本地時鐘和頻率同步接口單元，產生該時間同步從設備所需的時鐘，接收主節(jié)點的頻率同步；從設備同步數(shù)字體系通道接口單元，提供業(yè)務通道的接口，針對各種同步數(shù)字體系系統(tǒng)提供開銷通道的接口；從設備控制單元，控制該時鐘同步從設備的運作、監(jiān)視運作狀態(tài)以及管理數(shù)據(jù)通信。上述的通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步系統(tǒng)，其中，該時 間同步從設備中的該時間同步單元通過該主節(jié)點和該從節(jié)點組成的閉環(huán)完成自適 應補償。上述的通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步系統(tǒng)，其中，該時 間同步單元是應用雙向脈沖法的時延補償方法的單元。上述的通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步系統(tǒng)，其中，該主 設備時延誤差測量單元和該從設備時延誤差測量單元還各自包括脈沖間隔時間測 量單元，通過頻率計數(shù)測時間間隔的方式進行時延測量。上述的通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步系統(tǒng)，其中，該時 間同步單元還包括脈沖相位調整單元，通過調整相位實現(xiàn)時間補償。本實用新型對比現(xiàn)有技術有如下的有益效果本實用新型的時間同步系統(tǒng)包 括時間同步主設備和時間同步從設備，通過SDH提供的通道(開銷時隙SOH或業(yè)務通道E1)傳送時間信號。在現(xiàn)有的SDH系統(tǒng)的主節(jié)點上增加時間同步主設備以 接收標準時間信號(例如UTC時間)，在現(xiàn)有SDH系統(tǒng)的從節(jié)點上增加時間同步 從設備以接收主節(jié)點的同步，時間信號經過這樣的主從接力傳遞到整個網絡。


圖1是本實用新型的系統(tǒng)在現(xiàn)有SDH系統(tǒng)中的結構示意圖。圖2是本實用新型的時間同步主設備的較佳實施例的原理圖。圖3是本實用新型的時間同步從設備的較佳實施例的原理圖。圖4是本實用新型的時間同步主設備和時間同步從設備的功能框圖。圖5是本實用新型的傳輸系統(tǒng)時延補償?shù)氖疽鈭D。圖6是雙向脈沖法時延計算原理圖。圖7是雙向脈沖時延補償?shù)脑韴D。圖8是時間測量的示意圖。圖9是脈沖相位調整的原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描述。本實用新型的時間同步系統(tǒng)如圖1所示的設置在現(xiàn)有的SDH系統(tǒng)中。請參 見圖1中，細實箭頭表示業(yè)務信號，虛線箭頭…"> 表示開銷S0H，粗實 箭頭^ 表示時間數(shù)據(jù)加時間脈沖。在主節(jié)點中，時鐘同步設備(TSE) 12a連接SDH終端設備(STE) lla，時鐘同步設備12a連接時間同步主設備(TSE) 10a。業(yè)務終端(TE) 13a與SDH終端設備lla互連，時間同步主設備10a與 SDH終端設備lla互連。在從節(jié)點中，業(yè)務終端13b與SDH終端設備llb互連， 時間同步從設備(TSE) lOb與SDH終端設備llb互連。SDH終端設備llb連接 時鐘同步設備12b，時鐘同步設備12b連接時間同步從設備10b。另兩個SDH 終端設備llc、 lld與時間同步從設備10b互連。這兩個SDH終端設備llc、 lid 又連往下一級的節(jié)點。本實用新型的通過SDH光通信網絡傳遞時間的時間同步系統(tǒng)包括位于SDH 光通信網絡的主節(jié)點的時間同步主設備和位于SDH光通信網絡的從節(jié)點的時間 同步從設備。主從設備組成的時間同步系統(tǒng)可以同時通過SDH提供的通道(開 銷時隙S0H或業(yè)務通道E1)以主從同步的方式傳送時間信號，包括表示高精度 時間的脈沖信號和表示時間數(shù)據(jù)的時間報信號(年、月、日、時、分、秒數(shù)據(jù))。圖2示出了本實用新型的時間同步主設備10a的原理。請參見圖2，時間 同步主設備10a包括時間跟蹤單元202、主設備時延誤差測量單元203、主設 備誤差數(shù)據(jù)處理單元204、主設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元205、主設備SDH通道接 口單元206、時鐘同步跟蹤單元201和本地時鐘單元200、主設備控制單元207。 其中時間跟蹤單元202提供時間源接口，接入外部標準時間(例如標準時間210 和GPS209)跟蹤高精度時間。主設備時延誤差測量單元203測量時間傳送過程 中的信號傳輸時延。主設備誤差數(shù)據(jù)處理單元204對測量到的時延數(shù)據(jù)進行處 理，得到時間誤差數(shù)據(jù)。主設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元205向時間同步從設備10b 傳送處理后的時間誤差數(shù)據(jù)。主設備SDH通道接口單元，提供業(yè)務通道的接口， 針對各種型號的SDH系統(tǒng)提供開銷通道的接口 。時鐘同步跟蹤單元201接收本 地時鐘單元200和一級時鐘(標準頻率)208，產生時鐘同步主設備10a所需 的時鐘。主設備控制單元207控制時鐘同步主設備10a的運作、監(jiān)視其運作狀 態(tài)以及管理數(shù)據(jù)通信等。時間同步主設備lOa的主要功能包括產生或者跟蹤本地高精度標準時間 和頻率信號；作為時間網絡中的主節(jié)點設備負責傳遞時間，同步從節(jié)點；與從 節(jié)點配合，測量和計算傳輸時延誤差；提供多種數(shù)據(jù)通道接口適應各種SDH系 統(tǒng)；實現(xiàn)管理節(jié)點功能，實現(xiàn)管理網絡通信功能。圖3示出了本實用新型的時間同步從設備10b的原理。請參見圖3，時間 同步從設備10b包括本地守時單元300、時間同步單元305、從設備時延誤差 測量單元302、從設備誤差數(shù)據(jù)處理單元303、從設備誤差傳送單元304、時間 分屏單元306、本地時鐘和頻率同步接口單元307、從設備SDH接口單元301、 從設備控制單元308。其中本地守時單元300通過本地守時時鐘或外接守時時鐘310或外接GPS 接口 309實現(xiàn)守時，在授時通信中斷時通過守時延續(xù)時間服務。從設備時延誤 差測量單元302測量傳送過程中的信號傳輸時延。從設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元304 接收時間同步主設備10a發(fā)送的時間誤差數(shù)據(jù)。從設備誤差數(shù)據(jù)處理單元303 處理測量的時延數(shù)據(jù)，計算時間調整和補償數(shù)據(jù)。時間同步單元305通過調整 輸出的時間脈沖相位補償傳輸時延，輸出時間同步從設備10b的時間。本地時 鐘和頻率同步接口單元307產生時間同步從設備10b所需的時鐘，接收主節(jié)點 的頻率同步。從設備SDH接口單元301提供業(yè)務通道的接口，針對各種SDH系 統(tǒng)提供開銷通道的接口 。從設備控制單元308控制時鐘同步從設備10b的運作、 監(jiān)視運作狀態(tài)以及管理數(shù)據(jù)通信。時間同步從設備10b的主要功能包括接受主節(jié)點的時間同步；本地守時、 接收GPS同步守時；接受主節(jié)點的頻率同步；時間網絡終端節(jié)點設備，負責在 本地分發(fā)時間信號；提供多種數(shù)據(jù)通道接口適應各種SDH系統(tǒng)；實現(xiàn)管理節(jié) 點功能，實現(xiàn)管理網絡通信功能。主從時間同步設備10a、 10b的功能框見圖4，系統(tǒng)包括通信模塊、頻率合 成模塊41、相位調整模塊42、處理器模塊43和時間頻率接口模塊，系統(tǒng)包括 時間總線(Tbus)、脈沖信號(sp)、頻率信號(fp)等。主從設備的區(qū)別在 于1)處理器模塊配置的軟件不同；2)作為主設備時有外同步信號，秒脈沖 信號和時間信號(RS232)輸入，作為從設備時無外同步信號，秒脈沖和時間 信號(RS232)輸出，3)作為主設備J跳在l一2位置，作為從設備J跳在1 一3位置。請繼續(xù)參見圖4，通信模塊包括業(yè)務通道接口 (CT El) 40a和開銷通道接 口 (CTV11) 40b。以業(yè)務通道接口 40a為例，通信模塊對應通信卡，包括SDH 接口 400a、接收模塊401a、發(fā)送模塊402a、計時測量模塊403a。同樣的，對開銷通道接口 40b，包括SDH接口 400b、接收模塊401b、發(fā)送模塊402b、計 時測量模塊403b。其中El業(yè)務的SDH接口 400a實現(xiàn)E1G. 703 2M信號的接入、 電平轉換、分離同步信號、成幀和解幀，輸出ST —BUS。 Vll業(yè)務的SDH接口 400b負責實現(xiàn)64k Vll碼元整形，電平轉換，同步信號接收等功能，輸出64k 信號和同步時鐘。接收模塊401a接收SDH接口 400a送來的串行數(shù)字信號，提供判斷時間脈 沖信號的位置，接收時間測量數(shù)據(jù)，分離時間報文，分離管理數(shù)據(jù)等功能，輸 出脈沖位置信號，時間測量數(shù)據(jù)，時間報文，管理數(shù)據(jù)等。接收模塊401b亦 是如此。發(fā)送模塊402a發(fā)送串行數(shù)據(jù)信號的SDH接口 400a，提供發(fā)送時間脈沖信 號、發(fā)送時間測量數(shù)據(jù)、插入時間報文、插入管理數(shù)據(jù)等功能，輸出脈沖位置 信號，輸入時間測量數(shù)據(jù)，輸入時間報文，輸入管理數(shù)據(jù)。計時測量模塊403a測量發(fā)送脈沖時間，接收時間脈沖數(shù)據(jù)，輸出測量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總線功能包括測量數(shù)據(jù)、時間報文、管理數(shù)據(jù)輸入輸出總線等。時間 同步模塊對應時間卡，包括本地時鐘、頻率合成、時標接口 (外同步)、時 間接口 (秒脈沖)、受控調頻和移相(APC)、數(shù)據(jù)處理、時間輸出(秒脈沖輸出)功能模塊。各功能模塊的功能如下本地時鐘功能，產生本地標準頻率信號(10腿z)。頻率合成模塊，通過頻率合成產生各種時鐘信號(FP)。時 標輸入接口 (外同步)，輸入高精度標準頻率信號。時間輸入接口，輸入高精 度標準時間(秒脈沖和時間報)。受控調頻和移相，受控實時調整秒脈沖信號 相位和調頻。時間的分配輸出(秒脈沖輸出)，將時間信號轉換成適合應用的形 式發(fā)送到各個時間應用設備，時間輸出形式，秒脈沖輸出、IRIG-B、 NTP。管理模塊對應管理卡，包括管理CPU、管理總線、管理數(shù)據(jù)通信功能。各 功能模塊的功能如下管理CPU，負責設備管理的中央處理器系統(tǒng)。管理總線， 管理的中央處理器系統(tǒng)與各個板卡、功能模塊的連接總線，包括數(shù)據(jù)總線和地 址總線。管理數(shù)據(jù)通信功能，負責管理遠程管理數(shù)據(jù)通信，轉發(fā)多級主從設備 之間的遠程管理數(shù)據(jù)。時間是不斷流失的，任何傳送過程都會帶來時延，在接收端補償傳送時延是有效的校正方法，而且時延補償性能決定了時間傳送系統(tǒng)的精度。任何通信 系統(tǒng)在傳送信號時都會引起信號的延遲和延時的變化(飄移，抖動)，這些延 時、漂移和抖動對標準時間信號來說都是致命的，要想獲得高精度的時間就必 須對延時和延時的變化進行實時補償，通過補償使得從節(jié)點中的時間與主節(jié)點 的完全一致，排除信號傳輸通道的影響。對于電力系統(tǒng)這樣精度要求比較高的系統(tǒng)必須采用自適應時延補償?shù)姆?法。自適應時延補償?shù)脑硎峭ㄟ^時延測試過程測量和計算傳輸系統(tǒng)的時延， 在時間接收端對傳輸系統(tǒng)的時延進行補償，參見圖5。測量、計算、補償?shù)倪^ 程如下發(fā)送端50獨立授時；發(fā)送端50或者發(fā)送端50和接收端51同時測量、 計算；誤差數(shù)據(jù)通過通信電路傳送到接收端51，在接收端51調整；自適應補 償過程通過發(fā)送端50和接收端51共同閉環(huán)完成；授時過程簡單，授時調整的 實時性強。時間同步從設備10b中的時間同步單元305通過主節(jié)點和從節(jié)點組 成的閉環(huán)完成自適應補償。本實用新型采用目前流行的改進的雙向脈沖法的時延補償方法，其原理請參見圖6。調整過程如下調整周期T;主節(jié)點M和從節(jié)點S同時通過通信系統(tǒng)互發(fā)測量脈沖，測量TM和TS值；對稱傳輸系統(tǒng)時延補償計算公式仍為(TM 一TS) /2;在APC中立即調整時間脈沖的相位，調整后從節(jié)點APC輸出的脈沖 相位(時間)與主節(jié)點端RTG發(fā)出的時間脈沖完全一致，完成了時間的同步； 測量、傳輸、計算全部動作在一個測量周期內完成。改進的雙向脈沖法的時延 補償原理框圖請參見圖7，標準脈沖時間產生器(RTG) 70連接第一方向信號 傳輸時延單元72和主節(jié)點的脈沖間隔時間測量單元(M-TIC) 71。第二方向信 號傳輸時延單元73連接脈沖間隔時間測量單元71。第一方向信號傳輸時延單 元72連接脈沖相位調整單元(APC) 74和從節(jié)點的脈沖間隔時間測量單元 (S-TIC) 75。計算單元76接收主節(jié)點的脈沖間隔時間測量單元(M-TIC) 71 和從節(jié)點的脈沖間隔時間測量單元(S-TIC) 75，計算得到(TM — TS) /2，其 中TM是主節(jié)點側M-TIC 71測量的時間值，TS是從節(jié)點側S-TIC 75測量的時 間值。計算結果輸出至脈沖相位調整單元74。本實用新型中的時間同步單元 305是應用這種該改進的雙向脈沖法的時延補償方法的單元。在主設備時延誤差測量單元203和從設備時延誤差測量單元302中還各自包括脈沖間隔時間測量單元，其工作原理參見圖8所示，對Fc頻率直接計數(shù)， 測得時間間隔。測量的精度直接取決于Fc的周期，F(xiàn)c=100MHz，測量的精度 為10ns。時間同步單元305還包括脈沖相位調整單元(亦即圖7中的脈沖相位調整 單元74)，通過該脈沖相位調整單元實現(xiàn)時間補償。通過增加和減少分頻脈沖 數(shù)量M的方法實現(xiàn)調頻；通過增加和減少移相脈沖數(shù)量N的方法實現(xiàn)移相。最 終的目的都是通過調整相位實現(xiàn)時間補償。時間補償?shù)木热Q于相位調整的 顆粒度。脈沖相位調整單元的最小調整尺度為1/Fc， Fc = 100MHz時調整的顆 粒度為10ns。上述實施例是提供給本領域普通技術人員來實現(xiàn)或使用本實用新型的，本領 域普通技術人員可在不脫離本實用新型的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種 種修改或變化，因而本實用新型的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合 權利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權利要求1、一種通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括位于該同步數(shù)字體系光通信網絡的主節(jié)點的時間同步主設備以及位于該同步數(shù)字體系光通信網絡的從節(jié)點的時間同步從設備，該時間同步主設備進一步包括時間跟蹤單元，提供時間源接口，接入外部標準時間以跟蹤時間；主設備時延誤差測量單元，連接該時鐘跟蹤單元，測量時間傳送過程中的信號傳輸時延；主設備誤差數(shù)據(jù)處理單元，連接該主設備時延誤差測量單元，對測量到的時延數(shù)據(jù)進行處理，得到時間誤差數(shù)據(jù)；主設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元，連接該主設備誤差數(shù)據(jù)處理單元，向該時間同步從設備傳送處理后的時間誤差數(shù)據(jù)；主設備同步數(shù)字體系通道接口單元，連接該主設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元，提供業(yè)務通道的接口，針對各種同步數(shù)字體系光通信系統(tǒng)提供開銷通道的接口；時鐘同步跟蹤單元和本地時鐘單元，產生該時鐘同步主設備的所需的時鐘；主設備控制單元，控制該時鐘同步主設備的運作、監(jiān)視運作狀態(tài)以及管理數(shù)據(jù)通信；該時間同步從設備進一步包括本地守時單元，通過本地守時時鐘或外接GPS接口實現(xiàn)守時，在授時通信中斷時通過守時延續(xù)時間服務；時間同步單元，通過調整輸出的時間脈沖相位補償傳輸時延，輸出該時間同步從設備的時間；從設備時延誤差測量單元，測量時間傳送過程中的信號傳輸時延；從設備誤差數(shù)據(jù)處理單元，處理測量的時延數(shù)據(jù)，計算時間調整和補償數(shù)據(jù)；從設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元，接收該時間同步主設備發(fā)送的時間誤差數(shù)據(jù)；時間分配單元，在本地分配標準時間，提供時間分配接口；本地時鐘和頻率同步接口單元，產生該時間同步從設備所需的時鐘，接收主節(jié)點的頻率同步；從設備同步數(shù)字體系通道接口單元，提供業(yè)務通道的接口，針對各種同步數(shù)字體系系統(tǒng)提供開銷通道的接口；從設備控制單元，控制該時鐘同步從設備的運作、監(jiān)視運作狀態(tài)以及管理數(shù)據(jù)通信。
2、 根據(jù)權利要求1所述的通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步 系統(tǒng)，其特征在于，該時間同步從設備中的該時間同步單元通過該主節(jié)點和該從節(jié)點組成的閉環(huán)完成自適應補償。
3、 根據(jù)權利要求2所述的通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步 系統(tǒng)，其特征在于，該時間同步單元是應用雙向脈沖法的時延補償方法的單元。
4、 根據(jù)權利要求2所述的通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步 系統(tǒng)，其特征在于，該主設備時延誤差測量單元和該從設備時延誤差測量單元還各 自包括脈沖間隔時間測量單元，通過頻率計數(shù)測時間間隔的方式進行時延測量。
5、 根據(jù)權利要求2所述的通過同步數(shù)字體系光通信網絡傳遞時間的時間同步 系統(tǒng)，其特征在于，該時間同步單元還包括脈沖相位調整單元，通過調整相位實現(xiàn) 時間補償。
專利摘要本實用新型公開了時間同步系統(tǒng)，建立了高精度、高可靠性的標準時間網絡。其技術方案為該時間同步系統(tǒng)包括時間同步主設備和從設備。其中時間同步主設備進一步包括時間跟蹤單元、主設備時延誤差測量單元、主設備誤差數(shù)據(jù)處理單元、主設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元、主設備同步數(shù)字體系通道接口單元、時鐘同步跟蹤單元和本地時鐘單元、主設備控制單元。時間同步從設備進一步包括本地守時單元、時間同步單元、從設備時延誤差測量單元、從設備誤差數(shù)據(jù)處理單元、從設備誤差數(shù)據(jù)傳送單元、時間分配單元、本地時鐘和頻率同步接口單元、從設備同步數(shù)字體系通道接口單元、從設備控制單元。本實用新型應用于電力系統(tǒng)領域。
文檔編號H04J3/06GK201127028SQ200720199448
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權日2007年12月19日
發(fā)明者平 宋, 張輝勇, 群 焦, 胡春陽, 捷 黃 申請人:華東電網有限公司;國網南京自動化研究院;上海涌能電力科技發(fā)展有限公司