京準電鐘分享：GPS北斗衛星授時服務器工作原理詳解

京準電鐘分享：GPS北斗衛星授時服務器工作原理詳解

1、定義

衛星授時設備是指利用源自 UTC 的時間輸入信號，提供一種或多種類型的時間輸出功能，并具有守時功能的設備。授時同步設備是獨立型設備，可接受源自 UTC 的地面時間信號 的同步，也可接受衛星定位系統的時間同步，并為各種通信設備提供不同精度的時間同步信 號。授時同步設備可以是基于 NTP 輸出接口的設備，可以是基于 PTP 輸出接口的設備，或 者是基于多種時間輸出接口的設備。

2、功能結構

a）對于獨立型時間同步設備，應具備時間同步輸入功能、本地時鐘守時功能、時間同步輸 出功能、監控管理功能，如圖 1 所示。

b）對于依附于其他通信設備的時間同步功能模塊，其功能本規范不作要求，其性能可參照 本規范中的要求。

3、功能要求

3.1 時間同步輸入功能

3.1.1 時間同步輸入基本要求

時間同步設備可以通過衛星定位系統接收機或者地面時間輸入信號獲得時間同步。

3.1.2 衛星定位系統接收機

a) 應能配置基于GPS衛星定位系統或者基于北斗衛星定位系統或者其他衛星定位系統的 單模或者多模接收機。

b) 衛星定位系統接收機可以采用內置式或外置式。對于內置式衛星接收機，衛星接收機和 時間同步設備間的接口為內部接口，本規范不作要求。對于外置式衛星接收機，衛星接 收機和時間同步設備間的接口宜采用1PPS+ToD接口、IRIG接口或者DCLS接口。

c) 對于內置式衛星定位系統接收機，應能設置天饋線時延補償功能。

3.1.3 地面時間輸入

a) 應能支持以下一種或多種時間輸入接口：

1) 1PPS＋ToD 接口

2) DCLS 接口

3) IRIG 接口

4) PTP 接口

5) NTP 接口

b) 應支持至少兩路地面時間輸入接口，多路時間輸入接口間應能支持自動或人工倒換功 能。

c) 地面時間輸入接口與內置式衛星定位系統接收機間應能支持自動或人工倒換功能。

d) 對于 1PPS＋ToD 接口、DCLS 接口、IRIG 接口，應支持設置電纜時延補償功能。

e) 對于 1PPS＋ToD 接口，應支持設置時間和閏秒的功能。

f) 對于 PTP 接口，應支持 IEEE 1588V2 的功能。

3.2 本地時鐘守時功能

3.2.1 內部振蕩源

a) 應能配置不同類型的內部時鐘。

b) 內部時鐘的定時性能應能滿足行標 YD/T 1012-1999 第 4.2 節規定中的要求。

c) 內部時鐘應具有自由運行、快捕、鎖定、保持的功能，應支持冗余配置的功能。

d) 當所有時間源均失效時，應能基于內部時鐘提供守時功能。

3.2.2 頻率同步接口

a) 應能通過頻率同步接口獲得守時所需的頻率同步。

b) 應支持至少 1 路頻率同步輸入接口。

c) 應支持至少 1 路頻率同步輸出接口（可選）。

d) 頻率同步輸入/輸出接口的類型可以為 2Mb/s、2MHz 或者 1/5/10MHz。

3.3 時間同步輸出功能

a) 應支持以下一種或多種時間輸出接口：

1) 1PPS＋ToD 接口

2) DCLS 接口

3) IRIG 接口

4) PTP 接口

5) NTP 接口

b) 應至少支持 8 路時間輸出接口，其中 1PPS＋ToD 接口至少 4 路。

c) 應具有提供擴展輸出口的能力（可選）。

d) 對于多路 NTP 和 PTP 輸出接口，應支持不同接口間的物理隔離。

e) 應支持輸出接口冗余配置的功能（可選）。

f) 對于每個 NTP 輸出接口，應能處理每秒不少于 500 個 NTP 客戶端的響應。

g) 對于每個 PTP 輸出接口，應能處理每秒不少于 100 個 PTP 客戶端的響應。

3.4 監控管理功能

3.4.1 時間輸入信號的性能監測

a) 應能實時監測在用輸入時間信號的時間偏差性能。

b) 應能實時監測備用輸入時間信號的時間偏差性能（可選）。

c) 應能設置時間偏差性能監測門限，性能超限后應產生相應告警。

d) 應能長期監測時間偏差性能。

3.4.2 網管功能

a) 應至少有一個通信接口，可以配置為本地通信接口或遠端通信接口，接口類型可以是 RS232 串行接口或以太網接口。

b) 網管通信采用 TL1 語言，或者采用 SNMP 協議。

c) 告警信息應能實時自動上報，應能保存至少 100 條最近的事件或告警信息。

d) 應能存儲至少 1 天的性能監測數據。

e) 應能支持至少三級口令，并執行相應口令級別內允許的操作功能：

1) 一級(低級)：可讀取數據；

2) 二級(中級)：可設置和修改設備中的參數或工作狀態，并具有低級口令的全部功能；

3) 三級(高級)：可設置和修改用戶/口令，并具有中級、低級口令的全部功能。

f) 應能配置本地維護軟件，支持性能監測數據的收集和分析，支持性能監測數據的圖形化 顯示。

4、時間同步設備的性能要求

4.1 時間精度要求

a) 在正常跟蹤于衛星接收機的情況下，各種時間接口的輸出絕對時間精度要求如下：

1) 1PPS 接口＋ToD 接口：相對于 UTC 的時間偏差為?150ns。

2) DCLS 接口：相對于 UTC 的時間偏差為?300ns。

3) IRIG-B 接口：相對于 UTC 的時間偏差為?20?s。

4) NTP 接口：相對于 UTC 的時間偏差為?2ms。

5) PTP 接口：相對于 UTC 的時間偏差為?150ns（暫定）。

b) 在正常跟蹤1PPS接口或1PPS+ToD信號的情況下，各種時間接口的輸出相對時間精度要 求如下：

1) 1PPS 接口＋ToD 接口：相對于輸入口的時間偏差為?50ns。

2) DCLS 接口：相對于輸入口的時間偏差為?200ns。

3) IRIG-B 接口：相對于輸入口的時間偏差為?20?s。

4) NTP 接口：相對于輸入口的時間偏差為?2ms。

5) PTP 接口：相對于輸入口的時間偏差為?50ns（暫定）。

c) 在跟蹤其它地面時間信號情況下的輸出時間精度要求待定。

4.2 時間穩定度要求

在正常跟蹤衛星定位系統的情況下，1PPS接口輸出信號的MTIE/TDEV應滿足我國頻率 同步網的1級基準時鐘漂移產生的要求（觀察時間待定）。

在正常跟蹤1PPS+ToD信號時，1PPS接口輸出信號的MTIE/TDEV應滿足我國頻率同步網 的2級和3級節點時鐘漂移產生的要求（觀察時間待定）。

4.3 守時精度的要求

a) 當時間同步輸入功能失效時，在時間同步設備內部時鐘正常跟蹤于我國1級基準時鐘的 定時信號時，通過1PPS接口或PTP接口進行觀測，在3天之內的相對守時精度應優于

?1?s。

b) 當時間同步輸入功能失效時，在時間同步設備內部時鐘無法正常跟蹤于我國1級基準時 鐘的定時信號時，對于內部時鐘配置為同步網2級節點時鐘的時間同步設備，通過1PPS 接口或PTP接口進行觀測，在1天之內的相對守時精度應優于?5?s；對于內部時鐘配置

為同步網3級節點時鐘的時間同步設備，通過1PPS接口或PTP接口進行觀測，在1天之內 的相對守時精度應優于?0.1ms。

4.4 內部時鐘的性能要求

內部時鐘的時鐘頻率準確度、牽引入/保持入范圍、保持特性、噪聲產生應滿足 YD/T 1012-1999 第 4.2.節的相關要求。

4.5 時間源倒換的性能要求

4.5.1 時間源倒換性能

對于獨立型時間同步設備，在采用衛星定位系統接收機，或者 1PPS＋ToD 接口、PTP 接口地面時間輸入接口時，當不同時間接口間發生人工或自動倒換時，或者時間同步設備進 入/退出守時工作狀態時，通過 1PPS 接口或 PTP 接口進行觀測，在 1000 秒之內的時間精度 變化應在 240ns 以內（暫定）。

對于依附于其它通信設備的時間同步功能模塊，在時間源發生倒換時，通過 1PPS 接口 或 PTP 接口進行觀測，在 1000 秒之內的時間精度變化應在 1000ns 以內（暫定）。

4.5.2 設備保護倒換性能

對于獨立型時間同步設備，對于冗余配置（如內部時鐘、輸出接口等）的保護倒換，通 過 1PPS 接口或 PTP 接口進行觀測，在 1000 秒之內的時間精度變化應在 240ns 以內（暫定）。

5、時間同步設備協議安全要求

主要針對 NTP 或 IEEE 1588V2 的時間接口。

5.1 用戶接入控制

時間同步設備應具有選擇地開放響應 IP 功能和以太網幀控制功能，以保證時間同步設 備穩定、高效運行，避免無關 IP 請求的干擾。

5.2 性能超限監控

時間同步設備應具有能夠對客戶端的時間偏差進行檢測，當時間偏差超限時，需要產生 告警同時停止對客戶端發送響應包。時間偏差限值可通過網管設置。

5.3 協議加密（可選）

為了防止報文被非法截獲和篡改，時間同步設備應具有對報文進行數據加密的功能。

8 時間同步設備的物理接口要求

a) 1PPS＋ToD 接口 對于1PPS接口：

1) 準時沿：上升沿，上升時間 ≤50ns。

2) 脈沖寬度: 20ms～200ms。

3) 電平：支持 TTL 電平或 RS422 電平，阻抗 50 歐姆或 100 歐姆。

4) 采用同軸電纜（SYV-2-1-75）和 TTL 電平的傳送距離不小于 200 米，采用 RJ45 接

口和 RS422 電平的傳送距離不小于 1000 米。

對于ToD接口：

1) 接口類型：支持 RS232 或者 RS422 接口。

2) 連接器及線序要求：待定。

3) 協議：NMEA（暫定）。

4) 采用同軸電纜（SYV-2-1-75）和 TTL 電平的傳送距離不小于 200 米，采用 RJ45 接 口和 RS422 電平的傳送距離不小于 1000 米。

b) DCLS 接口：上升沿，上升時間≤50ns。采用同軸電纜（SYV-2-1-75）的傳送距離不小 于 200 米。

c) IRIG-B 接口：高電平不低于 5V，調制比 2：1～6：1 可調，典型調制比為 3：1（暫定）。 采用同軸電纜（SYV-2-1-75）的傳送距離不小于 200 米。