YD∕T 3841-2021 基准主时间（PRTC）设备技术要求(通信).pdf

ICS 33.040.20M33中 华 人 民 共 和 国 通 信 行 业 标 准YD/T 基准主时间（PRTC）设备技术要求Technical requirements of Primary Reference Time Clock（PRTC） equipment（报批稿）20-发布20-实施中华人民共和国工业和信息化部 发布YDYD/T I目 次 前言前言 .II 1 范围 .1 2 规范性引用文件 .1 3 缩略语 .1 4 PRTC 设备功能结构 .1 4.1 概述 .2 4.2 功能结构 .2 5 PRTC 设备的功能要求 .2 5.1 输入功能 .2 5.2 本地时钟功能 .3 5.3 本地时标处理功能 .3 5.4 输出功能 .3 5.5 监控管理功能 .4 6 PRTC 设备的性能要求 .4 6.1 锁定模式下的时间误差 .4 6.2 锁定模式下的漂移产生 .5 6.3 抖动产生 .6 6.4 保持特性 .6 6.5 相位不连续性 .6 7 PRTC 设备的物理接口要求 .6 7.1 时间接口 .6 7.2 频率接口 .7 8 同步以太网接口 .9 9 PRTC 设备的可靠性及环境要求 .9 9.1 可靠性要求 .9 9.2 环境要求 .9 YD/T II前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国通信标准化协会提出并归口。 本标准起草单位 ： 中国信息通信研究院、中国移动通信集团有限公司、中兴通讯股份有限公司、中国信息通信科技集团有限公司、北京铁路通信技术中心、上海诺基亚贝尔股份有限公司、华为技术有限公司、北京华环电子股份有限公司。 本标准主要起草人 ： 潘峰、胡昌军、韩柳燕、缪新育、罗彬、陈朝辉、程华、马欣、王锦辉、周联红。 YD/T 1 基准主时间（PRTC）设备技术要求 1范围 本标准规定了基准主时间（PRTC）设备的定义、功能结构、功能要求、性能要求、物理接口要求及可靠性及环境要求。 本标准适用于为各种通信设备提供时间同步和频率同步服务的独立型基准主时间设备， 部分性能指标也适用于依附于其它通信设备且需用于时间或频率分配的同步功能模块。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 7611-2016 数字网系列比特率电接口特性 YD/T 1012-1999 数字同步网节点时钟系列及其定时特性 YD/T 2022-2009 时间同步设备技术要求 YD/T 2375-2011 高精度时间同步技术要求 YD/T 2879-2015 基于分组网络的同步网操作管理维护(OAM)技术要求 IEEE 802.3 以太网协议标准(IEEE standard for ethernet) ITU-T G.810-1996 同步网的定义和术语(Definitions and terminology for synchronization networks) ITU-T G.8264-2017 同步信息在分组网内的传递(Distribution of timing information through packet networks) ITU-T G.8272 基准参考时间的定时特性(Timing characteristics of primary reference time clocks) 3缩略语 下列缩略语适用于本文件。 DCLS：直流电平变换（DC Level Shift） GNSS：全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System） GPS ：全球定位系统（Global Positioning System） IRIG：（美国）靶场仪器组（Inter Range Instrumentation Group） MTIE：最大时间间隔误差（Maximum Time Interval Error） PPS：秒脉冲（Pulse per Second） PRTC：基准主时间(Primary Reference Time Clock) PTP：精确时间协议（Precision Time Protocol） SNMP：简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol） SSM：同步状态信息（Synchronization Status Message） TDEV：时间偏差（Time Deviation） TE：时间误差（Time Error） T-GM：电信祖时钟（Telecom Grand Master） ToD：当前时刻（Time of Day） UTC：协调世界时（Coordinated Universal Time） 4PRTC 设备功能结构 YD/T 2 4.1概述 PRTC设备是指利用源自统一时间基准(如UTC)的时间输入信号，提供一种或多种类型的时间和频率输出功能，并具有守时功能的设备。PRTC设备是独立型设备，正常情况下应接受卫星定位系统的时间同步和频率同步，在卫星不可用情况下也可接受源自统一时间基准(如UTC)的地面同步信号，并为各种通信设备提供时间同步和频率同步参考信号。需要说明的是，本标准PRTC设备对应ITU-T G.8272 定义的PRTC-A设备类型，并涵盖内置T-GM功能的情形。PRTC与T-GM组合和单独PRTC输出性能指标要求相同。 4.2功能结构 PRTC设备应具有卫星定位系统接收机、时间同步输入功能、频率同步输入功能、本地时钟功能、本地时标处理功能、时间同步输出功能、频率同步输出功能、监控管理单元，如图1所示，其中外参考频率输入或地面时间输入为可选支持，卫星定位系统接收机可外置。 图 1 PRTC设备的功能结构示意图 5PRTC 设备的功能要求 5.1输入功能 5.1.1时间同步输入功能 5.1.1.1时间同步输入基本功能 PRTC 同步设备在正常情况下通过卫星定位系统接收机获得时间同步参考信号， 可选通过地面时间输入信号获得时间同步。 5.1.1.2卫星定位系统接收机 卫星定位系统接收机功能如下： a) 应至少配置两个卫星接收机，卫星接收机类型包括北斗、GPS 等，其中至少配置一个北斗接收机，可采用单模或多模方式。 b) 卫星定位系统接收机可以采用内置式或外置式。对于内置式卫星接收机，卫星接收机和 PRTC设备间的接口为内部接口，本标准不作要求。对于外置式卫星接收机，卫星接收机和 PRTC设备间的接口宜采用 1PPS+ToD 接口。 c) 对于卫星定位系统接收机，应具备天馈线时延补偿功能。 、时间同步输入功能卫星定位系统接收机本地时钟功能时间同步输出功能频率同步输出功能频率同步输入功能监控管理单元时间参考源GNSS地面时间输入时间同步输出频率同步输出外参考频率输入本地时标处理功能网管接口管理信息YD/T 3 5.1.1.3地面时间同步输入功能 地面时间同步输入功能如下： a) 可支持以下时间输入接口： 1) 1PPSToD 接口； 2) DCLS 接口。 b) 可支持至少两路地面时间输入接口，多路时间输入接口间应能支持自动或人工倒换功能。 c) 地面时间输入接口与卫星信号之间应能支持自动或人工倒换功能。 d) 对于 1PPSToD 接口、DCLS 接口，应支持设置电缆时延补偿功能。 5.1.2频率同步输入功能(可选) 频率同步输入功能如下： a) 外参考频率输入接口类型可以为 2048kbit/s、2048kHz 或者 10MHz。 b) 外参考频率输入接口与卫星信号之间应能支持自动或人工倒换功能。 5.2本地时钟功能 本地时钟功能如下： a) 应采用铷钟或高稳晶振，应支持冗余配置。 b) 内部时钟的定时性能应能满足 YD/T 1012-1999 第 4.2 节 2 级节点时钟的要求。 c) 内部时钟应具有自由运行、快捕、锁定、保持的功能。 d) 当所有时间源和频率源均失效时，应能基于内部时钟提供守时功能。 5.3本地时标处理功能 本地时标处理功能如下： a) 应具备本地时标处理功能，即基于本地时钟频率，维持基准时间，并产生时间输出参考信号。 b) 应支持闰秒自动处理功能。 5.4输出功能 5.4.1时间同步输出功能 时间同步输出功能如下： a) 应支持以下时间输出接口： 1) 1PPSToD 接口； 2) 1PPS 接口； 3) DCLS 接口(可选)； 4) IRIG 接口(可选)； 5) PTP 接口。 b) 应至少支持 4 路 1PPSToD 输出接口、1 路 1PPS 输出接口和 8 路 PTP 输出接口。 c) 应具有提供扩展输出口的能力（可选）。 d) 应支持输出接口冗余配置的功能（可选）。 e) 对于每个 PTP 输出接口，应能处理每秒不少于 100 个 PTP 客户端的响应。 f) 对于 PTP 接口要求，包括报文封装、报文传送模式、报文类型、报文发送间隔、延时机制、One-step/Two-step 模式等，见 YD/T 2375-2011 第 8.2 节的要求。 5.4.2频率同步输出功能 频率同步输出功能如下： a) 应支持以下频率输出接口： YD/T 4 1) 2048kHz 接口； 2) 2048kbit/s 接口； 3) 10MHz 接口(可选)； 4) 同步以太网接口。 b) 应至少支持 16 路频率输出接口，其中 2048kHz 和/或 2048kbit/s 接口至少 8 路，同步以太网接口至少 8 路。 c) 应具有提供扩展输出口的能力（可选）。 d) 应支持输出接口冗余配置的功能（可选）。 5.5监控管理功能 5.5.1时间输入信号的性能监测 时间输入信号的性能监测如下： a) 应能监测时间输入信号丢失、时间不连续性(如跳秒)等告警。 b) 应能实时监测在用输入时间信号的时间误差性能。 c) 应能实时监测备用输入时间信号的时间误差性能（可选）。 d) 应能设置时间误差性能监测门限，性能超限后应产生相应告警。 e) 应能长期监测时间误差性能。包括 PTP 报文统计、PTP 时间偏差实时监控、PTP 延时实时监控、 PTP时间偏差累加和越限、 绝对时间参考比对、 Passive节点时间同步性能监测。 应满足YD/T 2879-2015 第 6.4.3 节的要求。 5.5.2频率输入信号的性能监测 频率输入信号的性能监测如下： a) 对于 2048kbit/s 定时输入信号，应能监测信号丢失(LOS)、帧丢失(LOF)、告警指示信号(AIS)；对于 2048kHz、10MHz 定时输入信号，应能监测信号丢失(LOS)。 b) 应能监测在用输入频率信号的原始相位(Raw Phase)、 最大时间间隔误差(MTIE)、 频率偏差(f/f)和时间偏差（TDEV）。 5.5.3网管功能 网管功能如下： a) 应至少有一个通信接口，可以配置为本地通信接口或远端通信接口，接口类型可以是 RS232串行接口或以太网接口。对于以太网通信接口，应支持 IPv6 功能。 b) 网管通信采用 SNMP 协议或其它协议等。 c) 告警信息应能实时自动上报，应能保存至少 100 条最近的事件或告警信息。 d) 应能存储至少 3 天的性能监测数据。 e) 应能支持至少三级口令，并执行相应口令级别内允许的操作功能： 1) 一级(低级)：可读取数据； 2) 二级(中级)：可设置和修改设备中的参数或工作状态，并具有低级口令的全部功能； 3) 三级(高级)：可设置和修改用户/口令，并具有中级、低级口令的全部功能。 f) 应能支持性能监测数据的收集和分析，支持性能监测数据的图形化显示。 6PRTC 设备的性能要求 6.1锁定模式下的时间误差 在正常锁定工作模式下，通过1PPS+ToD接口、PTP接口、1PPS接口进行观测，PRTC设备输出接口相对于UTC的时间误差TE应优于100ns。 YD/T 5 正常锁定的工作模式是指： PRTC设备应完全锁定输入参考时间信号，非处于预热状态； 参考路径中应没有任何故障，包括但不限于天线故障； 设备应在规定的环境条件限制范围内运行； 设备可对一些固定偏移进行适当调试和校准， 如天线电缆长度， 电缆放大器和接收器延迟 ； 如果参考时间信号通过诸如GNSS的无线电系统传递，则应将多径反射和来自其他本地传输的干扰最小化到可接受的水平； 没有极端的传播异常情况，例如严重的雷暴或太阳耀斑。 通过DCLS接口、IRIG接口进行观测的时间同步性能见YD/T 2022-2009 第6.1节中的要求。 6.2锁定模式下的漂移产生 在正常锁定工作模式下，对于 PRTC 设备 1PPS 或 PTP 时间输出接口，按照 ITU-T G.810-1996 中图 1a 定义的同步时钟结构进行测试(用时间标准代替频率标准)， 在秒观察时间内， MTIE 不应超过表 1中的限值，TDEV 不应超过表 2 中的限值。 表 1 锁定模式下的漂移产生 MTIE 限值 观察时间 (s) MTIE 要求(s) 0.1 273 0.1 表 2 锁定模式下的漂移产生 TDEV 限值 观察时间 (s) TDEV 要求 (ns) 0.1 100 3 100 1000 0.03 1000 10000 30 其相应的 MTIE 和 TDEV 模板如图 2 和图 3 所示。 图 2 作为积分时间的函数函数为积模板 0.11101001000MTIE(ns) 对数坐标积分时间 (S) 对数坐标MTIE(ns) 对数坐标积分时间 (S) 对数坐标10100100010000100000100000025273YD/T 6 图 3 作为积分时间的函数函数为积模板 对于 1PPS 输出接口，MTIE 和 TDEV 仅适用于 1s 以上的积分时间性能数据。 对于 1PPS 输出接口，MTIE 和 TDEV 基于以每秒 1 个的采样率测试 1PPS 信号的时间间隔误差，且不采用任何低通滤波器来衡量。 对于2048kHz、2048kbit/s或10MHz频率输出接口，以最大抽样时间1/30s，通过一个等效的10Hz单极点低通滤波器来测量MTIE和TDEV。 对于PTP同步接口，为消除由时间戳量化或被测设备中的分组包位置的任何量化引起的误差，应对至少100个连续PTP消息采样进行平均后计算MTIE和TDEV。 6.3抖动产生 对于2048kHz和2048kbit/s输出接口，当采用一个折角频率分别为20Hz和100kHz的单极点带通滤波器测量时，在60s内测得固有抖动不应超过0.05UI。 对于10MHz输出接口， 当采用一个折角频率分别为20Hz和100kHz的单极点带通滤波器测量时， 在60s内测得固有抖动不应超过0.01UI。 对于其它接口，待进一步研究。 6.4保持特性 当时间同步输入功能失效时， 在PRTC设备内部时钟正常跟踪于我国1级基准时钟的定时信号时， 通过1PPS接口或PTP接口进行观测，在72h内的相对守时精度应优于1s。 当时间同步输入功能失效时， 在PRTC设备内部时钟无法正常跟踪于我国1级基准时钟的定时信号时，通过1PPS接口或PTP接口进行观测，在24h之内的相对守时精度应优于1s。通过2048kHz、2048kbit/s或10MHz接口进行观测，其保持性能应满足YD/T 1012-1999第4.2.6节中对应2级节点时钟的要求。 6.5相位不连续性 对于 PRTC 设备冗余配置（如内部时钟、输出接口等）的保护倒换，通过 1PPS 接口或 PTP 接口进行观测，建议在 1000s 之内的相位变化在 240ns 以内。通过 2048kHz、2048kbit/s 或 10MHz 接口进行观测，其相位不连续性应满足 YD/T 1012-1999 第 4.2.7 节的要求。 7PRTC 设备的物理接口要求 7.1时间接口 7.1.11PPS+ToD 接口 对于1PPS+ToD接口，ToD信息波特率默认为9600，无奇偶校验，1个起始位（用低电平表示），1个停止位（用高电平表示），空闲帧为高电平，8个数据位，应在1PPS上升沿1ms后开始传送ToD信息，并在500ms内传完， 此ToD消息标示当前1PPS上升沿时刻。 ToD协议报文发送频率为每秒1次。 对于1PPS10001001013100.11100100010000TDEV(ns)对数坐标积分时间(S)对数坐标30YD/T 7 秒脉冲，采用上升沿作为基准时沿，上升时间应小于50ns，脉宽应为20ms200ms。1PPS+ToD信息传送采用422电平方式，物理接头采用RJ45，线序要求如表 3所示。1PPS+ToD接口电气特性见GB/T 7611-2016中第5.10.1节的要求。 表 3 1PPS+ToD接口线序 PIN 信号定义信号定义 说明说明 1 NC 默认态为悬空（高阻） 2 NC 默认态为悬空（高阻） 3 422_1_N 1PPS 4 GND RS422 电平GND 5 GND RS422 电平GND 6 422_1_P 1PPS 7 422_2_N ToD 时间信息 8 422_2_P ToD 时间信息 1PPS+ToD接口中ToD帧结构和协议见YD/T 2375-2011 8.3节规定的要求。 7.1.21PPS 接口 对于1PPS接口，脉冲宽度应在在100ns500ms之间，脉冲上升沿的10%90%的宽度应小于5ns。接口阻抗为50， 输出高电平范围为1.2V5.5V， 输出低电平范围为-0.3V0.3V。 1PPS接口电气特性见GB/T 7611-2016中第5.10.2节规定的要求。 7.1.3DCLS 接口 对于DCLS接口，其上升沿，上升时间50ns。采用同轴电缆（SYV-2-1-75）的传送距离不小于200m。 7.1.4IRIG-B 接口 对于IRIG-B接口，其高电平不低于5V，调制比2：16：1可调，典型调制比默认为3：1。采用同轴电缆（SYV-2-1-75）的传送距离不小于200m。 7.1.5PTP 接口 对于PTP接口，优选GE光接口作为时间同步输出接口类型，物理特性应满足IEEE 802.3要求。 7.2频率接口 7.2.12048 kHz 接口 对于2048kHz接口，应满足GB/T 7611-2016中第5.2节规定的要求，并应具有预置SSM质量等级的功能，具有按SSM等级信息和按优先级进行人工或自动倒换的功能。 7.2.22048 kbit/s 接口 对于2048kbit/s接口，应满足GB/T 7611-2016中第5.9节规定的要求，并应具有按SSM信息和按优先级进行人工或自动倒换的功能。 7.2.310 MHz 同步接口(可选) 10 MHz输入口的回波衰减应不小于15dB。对于10 MHz输出接口，其信号波形和相关参数应满足表 4和图 4的要求。 表 4 10 MHz 同步输出口波形和相关参数 参数 指标规范 YD/T 8 脉冲形状 信号应满足图 4所给模板的限制，其中： 相对于M，V相当于信号最大峰值； 相对于M，V1相当于信号最小峰值。 测试负载阻抗 50 最大峰值电压 (V) 2.5 V 最小峰值电压 (V1) 0.25 V a 偏移电压(M) b 0 过渡区域因子(N) c 30 输出口最大抖动 d 0.01 UIpp a 为了通过电缆将最佳信号特性传送到输入端口， 建议输出端口的最小峰值电压大于或等于0.5 V。虽然一些设备设计可以容纳更小的信号，但是更强的信号可以确保包括传统设备在内的各种设备。 b M值设为0，对于非零值待进一步研究。 c N设置为适用于正弦波和方波信号。设备可产生适合模板限制的任何信号。 d 适用于同步网基准参考时钟源的10 MHz输出接口。其它情况待进一步研究。 YD/T 9 图 4 10 MHz 同步输出接口脉冲模板 8同步以太网接口 对于同步以太网接口， 可与PTP共用物理接口， 具体要求见7.1.5。 SSM处理功能见ITU-T G.8264 -2017 11.3节规定的要求。 9PRTC 设备的可靠性及环境要求 9.1可靠性要求 设备的重要板卡应冗余配置，冗余配置时的平均故障时间(MTBF)不应小于20年。设备卡板在运行时应可带电插拔。 9.2环境要求 YD/T 10 9.2.1电源要求 可以配置为双路直流（-48V）或双路交流电源（220V）。 -48V 直流电源的范围为-42V -54V，交流电源的范围为 198V242V。 9.2.2温度要求 长期工作温度：5 35 短期工作温度：0 45 注：长期工作条件系指正常工作情况，短期工作条件系指连续不超过48h和每年累计不超过15天。 9.2.3湿度要求 环境湿度范围为15% 90%。