時鐘基準系統及銫鐘

1、時鐘基準系統概述

目前國內同步網內的時鐘基準系統有兩種，一種是含銫原子鐘的全國基準時鐘PRC,基準參考時鐘，PRC是符合G.811標準的含銫原子鐘的全國基準時鐘，它產生的定時基準信號通過定時基準傳輸鏈路送到各省中心。銫原子鐘是目前應用的長期頻率穩定度和精度最好的一種時鐘，通常作為全網等級最高的主基準時鐘。

另一種是在同步供給單元上配置全球定位系統（GPS）接收機組成的區域基準時鐘LPR,LocalPrimaryReference區域基準時鐘源，它也可接受PRC的同步。LPR以GPS信號為主，當GPS信號出現故障或信號質量不滿足要求時，LPR將通過地面鏈路直接或間接跟蹤PRC。LPR之間采用準同步方式，各省、市、自治區以區內LPR為基準時鐘建立區內的等級主從數字同步網。

2、數字通信網時鐘基準系統

數字通信網需要有一個高穩定和高精度的網同步環境,以保證通信網內各種業務得以正常傳送和交換。新通信技術和新業務的發展,對于同步的要求也會不斷提高。有必要在同步節點處或通信設備較多的地方以及通信網的重要樞紐處,單獨設置時鐘系統,對所在的通信樓的設備提供合乎標準的同步基準信號。因此,能夠提供高質量時鐘的區域基準時鐘設備具有廣闊的市場需求。

時鐘同步網又稱頻率同步網，是傳遞頻率信號，為通信網絡提供統一頻率的支撐網絡。時鐘同步網提供的頻率基準可以解決通信設備之間由于頻差和過量漂動而引起的滑幀和滑碼。時鐘同步是通信組幀傳輸、復用解復用、編解碼、指針調整等技術的基礎，在很大程度上決定著通信網的運行質量。

隨著電力通信網的不斷發展，時鐘同步的作用也越來越顯著，SDH（同步數字體系）傳輸網、數字交換網、調度數據網及綜合業務數據網等都需要時鐘同步系統的有效支撐。尤其在智能電網建設的新形勢下，傳輸速率越來越快，帶寬需求越來越高，高速雙向業務越來越多，對時鐘同步網的性能也提出了更高要求。

近十年來，電力行業建立了獨立于業務網之外的時鐘同步網以支撐整個通信網的運行質量，為通信網提供了穩定、高精確度的同步環境，基本保證了通信網內各種業務的正常傳送和交換。但在時鐘同步網建設、應用過程中還遠未達到最優化，仍有很多問題需要進一步的探討和研究。

3、電力時鐘基準系統建設原則

遵照電力時鐘同步網的建設要求，電網數字同步網組網原則可以歸結為以下幾點：1）數字同步網在建設中應考慮既適當超前，又能充分發揮效益的原則，同時盡可能地預見業務發展對同步性能提出的更高要求。

2）嚴格避免定時環及同步倒掛（即低級時鐘同步高級時鐘）情況的出現。各節點從時鐘應經不同路由（至少2條以上的物理獨立路由）獲得主備用地面基準，并選擇STM-N（SynchronousTransferModule，同步傳送模塊）傳送同步基準。

3）同步設備提供的定時輸出類型和數量應滿足當前各種通信設備同步的需要以及今后發展的需要。

4）電力數字同步網的建設應符合國際、國內的各種規程、技術規范和標準要求。

4、全國電力時鐘同步網的現狀

全國電力時鐘同步網按照“便于規劃、維護管理及提高同步性能和可靠性”的原則，采用了分布式多基準鐘、主從混合同步的方式。目前，全國設置華北、華中、華東和南方4個同步區。分別在北京國網信息通信有限公司、武漢華中電網公司、上海華東電網公司和廣州南方電網公司設置主基準鐘（PRC，PrimaryReferenceClock），作為各大區域時鐘基準源為各自同步區節點提供頻率基準。各大同步區內根據同步需求設定區域基準鐘（LPR，LocalPrimaryRefereceClock）和同步供給單元（SSU），為區域內的通信設備提供精確的時鐘同步。目前，國家電網與南方電網的時鐘獨立運行、互不控制。國家電網時鐘同步區內為主從同步方式，同步區之間為準同步方式。

正常情況下，各同步時鐘節點以衛星GPS信號為主用。當GPS信號不可用時，將同步于所屬臨近區域內的地面鏈路時鐘，仍以較高質量運行，時鐘同步網授時現狀如圖1所示。

圖1時鐘同步網授時現狀

與通信網相對應，各大區電力時鐘同步網也分為骨干網層，省內網層和本地網層，其分層結構如圖2所示。

圖2時鐘同步網分層結構

骨干同步網負責向電網主干通信網提供同步基準源；省內同步網對上接收骨干同步網傳送的基準源信號，對下為本地網提供同步基準；本地同步網負責給電力同步網的本地業務節點提供同步信號。

5、同步網時鐘的分級

電力時鐘同步網采用等級主從同步，共分為三級（如圖2所示）。每個同步節點賦予一個等級。一級節點采用一級時鐘，二級節點采用二級時鐘，三級節點采用三級時鐘。

1）一級基準時鐘分為兩種：①全網主基準鐘（PRC），由自主運行的銫原子鐘組，或銫原子鐘組與衛星定位系統（GPS和/或GLONASS及其他定位系統）組成；②區域基準鐘（LPR），由衛星定時系統（GPS和/或GLONASS及其他定位系統）和銣原子鐘組成，它既能接收衛星定位系統的同步，也能同步于PRC。LPR是各省的同步基準源。

2）二級節點時鐘（SSU-T）。二級節點時鐘由銣原子鐘或高穩晶體鐘組成。二級時鐘節點是各省內接收LPR同步基準源的同步節點。二級節點時鐘的設置應符合以下原則：①二級節點時鐘的設置數量及分布應滿足本地通信傳送層的同步穩定和安全可靠性要求，即使本地通信網擁有源自兩個不同SSU-T的同步基準源；②二級節點時鐘設置地點選擇在省內傳送層與本地傳送層交匯節點所在的通信樓內；③未設有PRC和LPR的省中心一級交換中心、地市二級交換中心、以及本地網的匯接局所在通信樓內也可設置二級節點時鐘。

3）三級節點時鐘（SSU-L）。三級節點時鐘由高穩晶體鐘組成。三級節點時鐘宜設置在本地網端局以及傳送層匯聚節點處所在通信樓。三級節點時鐘的設置應根據通信樓內業務節點發展、局房條件、本地定時平臺上的通信系統可提供的同步輸出端口等因素綜合考慮，要切實注意技術經濟的實用性和合理性。

6、同步定時鏈路的組織

出于對電力同步網安全性、可靠性的考慮，同步定時鏈路的組織應遵循以下原則。1）省基準鐘（LPR）應有4路輸入基準：2路衛星信號，2路從省際定時平臺獲得的直接源自于不同的PRC信號，其中也可以有1路來自其他LPR。

2）二級節點時鐘應設置2~4路輸入基準：設于省內和各地供電局交匯點處的二級節點時鐘，至少應接收2路從省內定時平臺獲得的直接源自于本省LPR基準信號；如果SDH網路條件允許，還可再接收來自相鄰省的其他LPR基準信號。

3）三級節點時鐘至少應有2路輸入基準，接收2路從各地供電局定時平臺獲得的直接源自于二級節點時鐘或本省LPR基準信號。

4）一級基準時鐘源的定時信號經過若干段SDH鏈路及若干個SSU節點到達末端，若鏈路中SSU節點數k和SDH網元數N達到最大限定數即稱該鏈路為極長定時鏈路。極長定時鏈路SSU節點數k限制為網路正常情況下，以LPR為基準源時k=5，以PRC為基準源時，k=7。極長定時鏈路SDH網元數N限制為20；從始端到末端全程串入的SDH網元數最多60個。

7、同步定時基準的傳送

時鐘同步網傳送定時基準，如有不同傳輸介質可供選用，其優先順序應是地下光纜、架空光纜、數字微波?？紤]到電力通信網的現狀，建議**SDH傳送同步基準。利用SDH傳送同步基準應遵從以下原則。

1）必須采用SDH線路碼流傳送同步基準信號，即由上游的SDH復用設備的時鐘經外同步口同步于通信樓內的SSU，中途SDH網元均采用線路定時方式，下游的SDH復用設備從STM-N線路碼流中直接恢復出同步信號，經SDH終端設備的外同步口供給該樓內的SSU作輸入基準信號，其示意圖如圖3所示。

2）2）SDH傳送系統被同步的過程即傳送同步基準信號的過程，兩者不可分割。因此，同步基準信號傳輸載體的SDH系統的同步設計必須與同步網一致，即SDH系統的同步來源于選定以及同步定時方向等安排均應符合同步網的要求。

3）用于傳送同步基準的SDH系統同步設計，必須保證避免在各種故障情況下（包括傳輸線路中斷、SSU故障、GPS系統失效等）出現定時環路，或出現時鐘倒掛現象，并設法減少網路基準參考倒換的影響。以前對傳輸網、同步網N-1，N-m情況下的分析很不夠，容易出現同步網的問題。為此，在實踐中應針對具體工程的實際情況，對各SDH網元節點的同步方式和導出定時的方式，以及SDH系統內同步狀態信息SSM的響應規則等做出具體安排。

4）為保證SDH同步傳送的質量及可靠性，在選擇SDH系統時應考慮：①優先選擇自愈能力強的SDH系統，即先選環形系統、次選鏈型系統；②盡量選擇傳輸距離短，中繼節點少，可靠性高的SDH系統。

8、時鐘基準系統銫鐘推薦

由西安同步電子科技有限公司代理的OSA 3235B型銫原子頻率標準（銫鐘）是采用先進技術設計和生產的一款性價比超高的銫原子頻率標準源，具有準確度高，穩定性好，操作簡單，性價比超高等特點，是定位，通訊和時間系統應用的最佳選擇。這臺銫原子鐘還可以與GPS接收機協同工作，提供一套高精度冗余備份的時間頻率系統。

9）銫鐘主要指標：

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