时钟基准系统及铯钟

1、时钟基准系统概述

目前国内同步网内的时钟基准系统有两种，一种是含铯原子钟的全国基准时钟PRC,基准参考时钟，PRC是符合G.811标准的含铯原子钟的全国基准时钟，它产生的定时基准信号通过定时基准传输链路送到各省中心。铯原子钟是目前应用的长期频率稳定度和精度最好的一种时钟，通常作为全网等级最高的主基准时钟。

另一种是在同步供给单元上配置全球定位系统（GPS）接收机组成的区域基准时钟LPR,LocalPrimaryReference区域基准时钟源，它也可接受PRC的同步。LPR以GPS信号为主，当GPS信号出现故障或信号质量不满足要求时，LPR将通过地面链路直接或间接跟踪PRC。LPR之间采用准同步方式，各省、市、自治区以区内LPR为基准时钟建立区内的等级主从数字同步网。

2、数字通信网时钟基准系统

数字通信网需要有一个高稳定和高精度的网同步环境,以保证通信网内各种业务得以正常传送和交换。新通信技术和新业务的发展,对于同步的要求也会不断提高。有必要在同步节点处或通信设备较多的地方以及通信网的重要枢纽处,单独设置时钟系统,对所在的通信楼的设备提供合乎标准的同步基准信号。因此,能够提供高质量时钟的区域基准时钟设备具有广阔的市场需求。

时钟同步网又称频率同步网，是传递频率信号，为通信网络提供统一频率的支撑网络。时钟同步网提供的频率基准可以解决通信设备之间由于频差和过量漂动而引起的滑帧和滑码。时钟同步是通信组帧传输、复用解复用、编解码、指针调整等技术的基础，在很大程度上决定着通信网的运行质量。

随着电力通信网的不断发展，时钟同步的作用也越来越显著，SDH（同步数字体系）传输网、数字交换网、调度数据网及综合业务数据网等都需要时钟同步系统的有效支撑。尤其在智能电网建设的新形势下，传输速率越来越快，带宽需求越来越高，高速双向业务越来越多，对时钟同步网的性能也提出了更高要求。

近十年来，电力行业建立了独立于业务网之外的时钟同步网以支撑整个通信网的运行质量，为通信网提供了稳定、高精确度的同步环境，基本保证了通信网内各种业务的正常传送和交换。但在时钟同步网建设、应用过程中还远未达到最优化，仍有很多问题需要进一步的探讨和研究。

3、电力时钟基准系统建设原则

遵照电力时钟同步网的建设要求，电网数字同步网组网原则可以归结为以下几点：1）数字同步网在建设中应考虑既适当超前，又能充分发挥效益的原则，同时尽可能地预见业务发展对同步性能提出的更高要求。

2）严格避免定时环及同步倒挂（即低级时钟同步高级时钟）情况的出现。各节点从时钟应经不同路由（至少2条以上的物理独立路由）获得主备用地面基准，并选择STM-N（SynchronousTransferModule，同步传送模块）传送同步基准。

3）同步设备提供的定时输出类型和数量应满足当前各种通信设备同步的需要以及今后发展的需要。

4）电力数字同步网的建设应符合国际、国内的各种规程、技术规范和标准要求。

4、全国电力时钟同步网的现状

全国电力时钟同步网按照“便于规划、维护管理及提高同步性能和可靠性”的原则，采用了分布式多基准钟、主从混合同步的方式。目前，全国设置华北、华中、华东和南方4个同步区。分别在北京国网信息通信有限公司、武汉华中电网公司、上海华东电网公司和广州南方电网公司设置主基准钟（PRC，PrimaryReferenceClock），作为各大区域时钟基准源为各自同步区节点提供频率基准。各大同步区内根据同步需求设定区域基准钟（LPR，LocalPrimaryRefereceClock）和同步供给单元（SSU），为区域内的通信设备提供精确的时钟同步。目前，国家电网与南方电网的时钟独立运行、互不控制。国家电网时钟同步区内为主从同步方式，同步区之间为准同步方式。

正常情况下，各同步时钟节点以卫星GPS信号为主用。当GPS信号不可用时，将同步于所属临近区域内的地面链路时钟，仍以较高质量运行，时钟同步网授时现状如图1所示。

图1时钟同步网授时现状

与通信网相对应，各大区电力时钟同步网也分为骨干网层，省内网层和本地网层，其分层结构如图2所示。

图2时钟同步网分层结构

骨干同步网负责向电网主干通信网提供同步基准源；省内同步网对上接收骨干同步网传送的基准源信号，对下为本地网提供同步基准；本地同步网负责给电力同步网的本地业务节点提供同步信号。

5、同步网时钟的分级

电力时钟同步网采用等级主从同步，共分为三级（如图2所示）。每个同步节点赋予一个等级。一级节点采用一级时钟，二级节点采用二级时钟，三级节点采用三级时钟。

1）一级基准时钟分为两种：①全网主基准钟（PRC），由自主运行的铯原子钟组，或铯原子钟组与卫星定位系统（GPS和/或GLONASS及其他定位系统）组成；②区域基准钟（LPR），由卫星定时系统（GPS和/或GLONASS及其他定位系统）和铷原子钟组成，它既能接收卫星定位系统的同步，也能同步于PRC。LPR是各省的同步基准源。

2）二级节点时钟（SSU-T）。二级节点时钟由铷原子钟或高稳晶体钟组成。二级时钟节点是各省内接收LPR同步基准源的同步节点。二级节点时钟的设置应符合以下原则：①二级节点时钟的设置数量及分布应满足本地通信传送层的同步稳定和安全可靠性要求，即使本地通信网拥有源自两个不同SSU-T的同步基准源；②二级节点时钟设置地点选择在省内传送层与本地传送层交汇节点所在的通信楼内；③未设有PRC和LPR的省中心一级交换中心、地市二级交换中心、以及本地网的汇接局所在通信楼内也可设置二级节点时钟。

3）三级节点时钟（SSU-L）。三级节点时钟由高稳晶体钟组成。三级节点时钟宜设置在本地网端局以及传送层汇聚节点处所在通信楼。三级节点时钟的设置应根据通信楼内业务节点发展、局房条件、本地定时平台上的通信系统可提供的同步输出端口等因素综合考虑，要切实注意技术经济的实用性和合理性。

6、同步定时链路的组织

出于对电力同步网安全性、可靠性的考虑，同步定时链路的组织应遵循以下原则。1）省基准钟（LPR）应有4路输入基准：2路卫星信号，2路从省际定时平台获得的直接源自于不同的PRC信号，其中也可以有1路来自其他LPR。

2）二级节点时钟应设置2~4路输入基准：设于省内和各地供电局交汇点处的二级节点时钟，至少应接收2路从省内定时平台获得的直接源自于本省LPR基准信号；如果SDH网路条件允许，还可再接收来自相邻省的其他LPR基准信号。

3）三级节点时钟至少应有2路输入基准，接收2路从各地供电局定时平台获得的直接源自于二级节点时钟或本省LPR基准信号。

4）一级基准时钟源的定时信号经过若干段SDH链路及若干个SSU节点到达末端，若链路中SSU节点数k和SDH网元数N达到最大限定数即称该链路为极长定时链路。极长定时链路SSU节点数k限制为网路正常情况下，以LPR为基准源时k=5，以PRC为基准源时，k=7。极长定时链路SDH网元数N限制为20；从始端到末端全程串入的SDH网元数最多60个。

7、同步定时基准的传送

时钟同步网传送定时基准，如有不同传输介质可供选用，其优先顺序应是地下光缆、架空光缆、数字微波。考虑到电力通信网的现状，建议**SDH传送同步基准。利用SDH传送同步基准应遵从以下原则。

1）必须采用SDH线路码流传送同步基准信号，即由上游的SDH复用设备的时钟经外同步口同步于通信楼内的SSU，中途SDH网元均采用线路定时方式，下游的SDH复用设备从STM-N线路码流中直接恢复出同步信号，经SDH终端设备的外同步口供给该楼内的SSU作输入基准信号，其示意图如图3所示。

2）2）SDH传送系统被同步的过程即传送同步基准信号的过程，两者不可分割。因此，同步基准信号传输载体的SDH系统的同步设计必须与同步网一致，即SDH系统的同步来源于选定以及同步定时方向等安排均应符合同步网的要求。

3）用于传送同步基准的SDH系统同步设计，必须保证避免在各种故障情况下（包括传输线路中断、SSU故障、GPS系统失效等）出现定时环路，或出现时钟倒挂现象，并设法减少网路基准参考倒换的影响。以前对传输网、同步网N-1，N-m情况下的分析很不够，容易出现同步网的问题。为此，在实践中应针对具体工程的实际情况，对各SDH网元节点的同步方式和导出定时的方式，以及SDH系统内同步状态信息SSM的响应规则等做出具体安排。

4）为保证SDH同步传送的质量及可靠性，在选择SDH系统时应考虑：①优先选择自愈能力强的SDH系统，即先选环形系统、次选链型系统；②尽量选择传输距离短，中继节点少，可靠性高的SDH系统。

8、时钟基准系统铯钟推荐

由西安同步电子科技有限公司代理的OSA 3235B型铯原子频率标准（铯钟）是采用先进技术设计和生产的一款性价比超高的铯原子频率标准源，具有准确度高，稳定性好，操作简单，性价比超高等特点，是定位，通讯和时间系统应用的最佳选择。这台铯原子钟还可以与GPS接收机协同工作，提供一套高精度冗余备份的时间频率系统。

9）铯钟主要指标：

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