北京华人开创科技发展有限公司

在通信领域,“同步”概念是指频率的同步,即网络各个节点的时钟频率和相位同步,其误差应符合标准的规定。目前,在通信网中,频率和相位同步问题已经基本解决,而时间的同步还没有得到很好的解决。时间同步是指网络各个节点时钟以及通过网络连接的各个应用界面的时钟的时刻和时间间隔与协调世界时(UTC)同步,起码在全国范围内要和北京时间同步。时间同步网络是保证时间同步的基础,构成时间同步网络可以采取有线方式,也可以采取无线方式。

　　时间的基本单位是秒,它是国际单位制(SI单位制)的七个基本单位之一。1967年以前,秒定义均建立在地球的自转和公转基础之上。1967年的国际计量大会(CGDM)给出了新的秒定义:“秒是铯133(133Cs)原子在0K温度基态的两个超精细能级之间跃迁所对应辐射的9 192 631 770个周期所持续的时间”,即“原子秒”(TAI)。目前常用的协调世界时实际上是经过闰秒调整的原子秒。

　　目前在国际基准和国家基准层面所使用的主要是铯原子钟。铯原子钟已从70年代的磁选态铯原子钟发展到后来的光抽运铯原子钟以及近期的冷原子喷泉铯原子钟,原子秒的不确定度已经提高到21015。中国计量科学研究院建立的冷原子喷泉铯原子钟于2003年底通过了专家鉴定,其频率复现性为51015,已接近水平。目前商用的小铯钟的频率复现性已达到或优于51013的水平。

　　其实,在应用层面上并不需要国家基准这样高的时间和频率准确度,不同的应用对准确度的要求是不同的。表1列举了一些典型的应用对时间准确度的要求(这里所谈的时间准确度是应用界面时间相对于协调世界时的误差)。

1988年,ITU-R的前身国际无线电咨询委员会(CCIR)明确提出产业界需要在全世界范围内准确度优于1 μs的时间传输技术。但是,真正在工作层面上实现这样的时间准确度并不是一件容易的事情,至少在目前还没有很好地解决。

　　二、时间同步网络技术

　　目前有若干种时间同步技术,每一种技术都各有特色,不同技术的时间同步准确度也有较大差异,如表2所示。

时间同步技术

GPS时间同步技术是当前比较成熟并在国际上广泛使用的时间同步技术。但是,该技术存在三个问题:,GPS系统受美国军方控制,其P码仅对美国军方和授权用户开放。民用C/A码的时间同步精度比P码低两个数量级,而且其安全性没有保障;第二,GPS信号通过无线方式传输,易受外界干扰;第三,GPS接收机的时刻信号是通过标准接口(如RS232接口)输出的,很多网上在用设备(如交换机)并没有这种专用接口。与GPS技术类似的还有前苏联的GLANASS系统和我国的“北斗”系统。 GLANASS系统由于经济原因,健康星的数量有限,稳定性和可靠性无法保障。“北斗”系统尚未民用,而且无法做到实时覆盖。目前,欧洲实施的“伽里略”计划将成为GPS的替代或备用系统。

2. 短波授时和长波授时时间同步技术

　　利用无线电发播信号授时已有至少80年的历史,其覆盖范围广,接收和发送设备相对简单,价格相对低廉。与互联网授时技术相比,该技术的优点是可以实时地校准本地时钟。一般这种接收设备都具有IEEE488、RS232等标准接口,以便于连接。目前国内只有中科院陕西天文台使用短波信号授时。国际上,长波授时主要使用罗兰C系统,国内发射台设在沿海地区,主要用于军用和导航,尚不适合民用。