基于晶振的遠(yuǎn)程時(shí)間同步參考源性能分析

王嘉琛，樊多盛，肖波，鄧智峰，劉婭，李孝輝

基于晶振的遠(yuǎn)程時(shí)間同步參考源性能分析

王嘉琛1,2,3，樊多盛1,2，肖波1,2,3，鄧智峰1,2,3，劉婭1,2,3，李孝輝1,2,3

（1. 中國(guó)科學(xué)院 國(guó)家授時(shí)中心，西安 710600；2. 中國(guó)科學(xué)院 時(shí)間頻率基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710600；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

針對(duì)用戶需求結(jié)合資源條件，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心實(shí)現(xiàn)了主站以高穩(wěn)晶振作為參考時(shí)鐘，在直線距離約300 km的從站復(fù)現(xiàn)出與參考同步的時(shí)頻信號(hào),使相距數(shù)百千米的兩個(gè)站點(diǎn)之間保持時(shí)頻同步。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了針對(duì)高穩(wěn)晶振的性能測(cè)試方案，通過(guò)試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)高穩(wěn)晶振的準(zhǔn)確度對(duì)兩地時(shí)間同步精度影響較大。為保證在不具備外部馴服條件下的主從站間的同步性能，通過(guò)對(duì)主站高穩(wěn)晶振進(jìn)行機(jī)械調(diào)準(zhǔn)，使兩站點(diǎn)間時(shí)差峰峰值從190 ns降低到60 ns，標(biāo)準(zhǔn)差（STD）達(dá)到了15 ns以內(nèi)，滿足了兩站點(diǎn)間時(shí)間同步應(yīng)用需求。通過(guò)分析測(cè)試結(jié)果，若需進(jìn)一步提高兩地同步精度，可以從改善參考源的頻率穩(wěn)定度和頻率準(zhǔn)確度兩方面入手。

頻率源；高穩(wěn)晶振；時(shí)間同步；頻率相對(duì)偏差

0 引言

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心保持著我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC（NTSC），并通過(guò)衛(wèi)星雙向時(shí)頻傳遞、GNSS精密時(shí)頻傳遞、GNSS衛(wèi)星共視等手段與其他國(guó)家守時(shí)實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間保持比對(duì)，近年來(lái)UTC（NTSC）與UTC偏差小于5 ns[1]。

目前，國(guó)家授時(shí)中心以銫原子鐘、氫原子鐘等高精度頻率源輸出的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度都較高的信號(hào)作為參考進(jìn)行高精度遠(yuǎn)程時(shí)間同步技術(shù)已經(jīng)成熟[2-5]。銫原子鐘、氫原子鐘等高精度頻率源價(jià)格昂貴、運(yùn)行環(huán)境要求高并且國(guó)外對(duì)其高性能原子鐘在我國(guó)使用有著嚴(yán)格的禁止條款，使得大部分用戶無(wú)法獲得[6-8]。但是在實(shí)際應(yīng)用中，很多行業(yè)的用戶有著幾十納秒甚至納秒級(jí)時(shí)間同步需求，比如在第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)中要求基站間時(shí)間同步偏差小于百納秒量級(jí)甚至更高，且由于基站數(shù)量較多，因此在滿足精度要求的同時(shí)，成本、功耗要求盡可能地低，體積盡可能地小。高穩(wěn)晶振以其價(jià)格低、功耗小、體積小、相位噪聲較低，短期穩(wěn)定度較高等諸多優(yōu)點(diǎn)，獲得了人們的關(guān)注。近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，高穩(wěn)晶振在工藝水平、品種規(guī)格、理論研究等方面都有了飛速的發(fā)展，再加上人造石英晶體的發(fā)展，使得高穩(wěn)晶振的質(zhì)量和產(chǎn)量均大幅度增長(zhǎng)[9]。目前高穩(wěn)晶振已經(jīng)在通訊、雷達(dá)、航空航天、測(cè)試計(jì)量等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，未來(lái)也必將迎合用戶的需求，向著微型化、低功耗、響應(yīng)速率快、高分辨率、高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定度、多功能和智能化等方向快速發(fā)展。

綜合以上因素，優(yōu)勢(shì)明顯的高穩(wěn)晶振成了部分成本敏感用戶的首選。以高穩(wěn)晶振作為參考源時(shí)，如何保證遠(yuǎn)程時(shí)間同步精度的研究變得尤為重要。針對(duì)高精度遠(yuǎn)程時(shí)間同步需求，根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)景特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了高穩(wěn)晶振的性能測(cè)試方案，并進(jìn)行了遠(yuǎn)程時(shí)間同步試驗(yàn)。

1 高穩(wěn)晶振性能分析

高穩(wěn)晶振輸出的秒脈沖信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的鐘差可以用以下模型表示：

使用雷達(dá)系統(tǒng)中較為常用的一款超低相位噪聲高穩(wěn)晶振作為試驗(yàn)研究對(duì)象，其標(biāo)稱頻率為80 MHz，標(biāo)稱頻率穩(wěn)定度為10-11/s，該類晶振最大的特點(diǎn)是相噪低且體積較小，但是受老化、溫度等因素影響，其準(zhǔn)確度、長(zhǎng)期穩(wěn)定度較差。結(jié)合遠(yuǎn)程時(shí)間同步試驗(yàn)對(duì)參考源性能的需求，主要針對(duì)晶振的頻率穩(wěn)定度和頻率相對(duì)偏差兩項(xiàng)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行性能評(píng)估。

頻率穩(wěn)定度表示振蕩頻率保持不變的能力，是頻率源輸出頻率值不穩(wěn)定成份的定量描述，在時(shí)域上表示單位時(shí)間間隔內(nèi)頻率平均值的隨機(jī)起伏程度，該時(shí)間間隔稱為取樣時(shí)間，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上用其方差表示，而由于閃爍噪聲對(duì)頻率源的影響，使得方差在表征頻率穩(wěn)定度上有著嚴(yán)重的缺陷，因此頻率穩(wěn)定度通常用Allan方差來(lái)進(jìn)行表征[12-13]，其定義如下：

而實(shí)際基于時(shí)差測(cè)量值計(jì)算Allan方差的公式可以簡(jiǎn)化表示為

進(jìn)而可以根據(jù)式（6）計(jì)算出相對(duì)頻率偏差：

2 高穩(wěn)晶振性能測(cè)試方法研究

為客觀評(píng)價(jià)高穩(wěn)晶振性能，提出以UTC（NTSC）為參考和以GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)為參考兩種測(cè)試方案，主要針對(duì)高穩(wěn)晶振的頻率穩(wěn)定度和頻率相對(duì)偏差。以UTC（NTSC）為參考的測(cè)試因UTC（NTSC）主鐘秒穩(wěn)定度優(yōu)于8×10-14/s，準(zhǔn)確度優(yōu)于1×10-14，較待測(cè)晶振高出數(shù)個(gè)量級(jí)，能夠客觀地反映高穩(wěn)晶振的性能。而在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，高穩(wěn)晶振是現(xiàn)場(chǎng)最好的頻率源，難以通過(guò)直接比對(duì)測(cè)試獲得其頻率穩(wěn)定度等性能參數(shù)。在這樣的情況下，考慮使用定時(shí)精度優(yōu)于20 ns，準(zhǔn)確度與衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間相當(dāng)?shù)腉NSS雙頻定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)作為參考，對(duì)晶振的頻率相對(duì)偏差進(jìn)行測(cè)試，下面將對(duì)兩種方法分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1 以UTC（NTSC）為參考的性能測(cè)試及分析

在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心實(shí)驗(yàn)室對(duì)該高穩(wěn)晶振進(jìn)行了測(cè)試，首先使用國(guó)家授時(shí)中心的UTC（NTSC）主鐘輸出的10 MHz信號(hào)作為時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器SR620的外部參考時(shí)鐘，模擬實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，晶振的壓控端懸空，測(cè)得晶振的初始頻率，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果，使用晶振自帶的機(jī)械調(diào)準(zhǔn)旋鈕對(duì)晶振輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)，將晶振的頻率調(diào)至其標(biāo)稱頻率80 MHz附近。再將UTC（NTSC）主鐘輸出的1PPS信號(hào)作為測(cè)試所用的時(shí)間參考信號(hào)接入時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器通道作為關(guān)門(mén)信號(hào)；將該高穩(wěn)晶振的80 MHz信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻處理得到1 PPS信號(hào)接入時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器通道作為開(kāi)門(mén)信號(hào)，SR620的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)工控機(jī)采集存儲(chǔ)，選擇比時(shí)法參考公式（4）~（6），對(duì)高穩(wěn)晶振的頻率準(zhǔn)確度進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)使用5125A對(duì)高穩(wěn)晶振輸出的80 MHz信號(hào)的頻率穩(wěn)定度進(jìn)行分析。測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 以UTC（NTSC）為參考測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖

按圖1所示結(jié)構(gòu)框圖，2019年8月28日在國(guó)家授時(shí)中心實(shí)驗(yàn)室對(duì)自由運(yùn)行的高穩(wěn)晶振持續(xù)測(cè)試8 h。為了更直觀評(píng)估晶振自由運(yùn)行狀態(tài)下相對(duì)頻率偏差情況，對(duì)所采集數(shù)據(jù)按公式（6）中的模型進(jìn)行擬合平滑，并扣除時(shí)差均值后被測(cè)高穩(wěn)晶振的時(shí)差偏差曲線如圖2所示。

圖2 連續(xù)8 h擬合時(shí)差偏差數(shù)據(jù)

Symmetricom公司生產(chǎn)的5125A相位噪聲測(cè)試儀器運(yùn)用公式（2），可以直接輸出待測(cè)頻率源的實(shí)時(shí)Allan偏差圖，5125A的測(cè)量底噪可以達(dá)到3×10-15/s，測(cè)試使用短期穩(wěn)定度優(yōu)于8×10-14/s的UTC（NTSC）主鐘信號(hào)做測(cè)量參考，參考信號(hào)優(yōu)于待測(cè)信號(hào)3倍以上，能夠客觀地反映待測(cè)頻率源的頻率穩(wěn)定度。故本研究使用5125A對(duì)高穩(wěn)晶振的穩(wěn)定度進(jìn)行測(cè)試。使用5125A得出該高穩(wěn)晶振的頻率穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果參見(jiàn)表1。

表1 高穩(wěn)晶振頻率穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果

2.2 以GNSS定時(shí)信號(hào)為參考的性能測(cè)試及分析

在某典型應(yīng)用場(chǎng)景中，因諸多限制沒(méi)有理想?yún)⒖夹盘?hào)，考慮因地制宜，使用GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)作為參考，因定時(shí)接收機(jī)性能所限，其短期穩(wěn)定性不及被測(cè)高穩(wěn)晶振，故利用定時(shí)接收機(jī)輸出信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度較高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)該高穩(wěn)晶振與其標(biāo)稱值的頻率相對(duì)偏差進(jìn)行測(cè)試，以便調(diào)準(zhǔn)。將由高穩(wěn)晶振輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行分頻，整形，再由GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)對(duì)分頻、整形后的1 PPS進(jìn)行粗同步，使得生成1 PPS與GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)同步，將同步后用于兩站點(diǎn)間時(shí)間同步的1PPS接入時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器SR620的通道作為開(kāi)門(mén)信號(hào)，GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的1 PPS接入時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器SR620的通道作為關(guān)門(mén)信號(hào)，站點(diǎn)內(nèi)測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖3。

圖3 以GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)為參考測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖

按以上原理，2019年9月6日在試驗(yàn)主端站點(diǎn)持續(xù)測(cè)試6h，其中晶振的壓控端懸空。因?qū)Ш叫盘?hào)傳播受各種因素干擾，導(dǎo)致短期抖動(dòng)較大，為更好地評(píng)估待測(cè)晶振的頻率特性，采用對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理的方式來(lái)減小影響，通過(guò)對(duì)得到的鐘差數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理以得到其長(zhǎng)期特性，噪聲的平滑處理通常用二次擬合來(lái)表示。對(duì)試驗(yàn)主端站點(diǎn)晶振輸出的1 PPS信號(hào)與GNSS接收機(jī)輸出的衛(wèi)星鐘1 PPS信號(hào)測(cè)試，實(shí)時(shí)頻率相對(duì)變化率特性與二次擬合后實(shí)時(shí)頻率相對(duì)變化率特性如圖4所示。

從圖4可以看出，使用該高穩(wěn)晶振進(jìn)行試驗(yàn)，其經(jīng)過(guò)分頻設(shè)備輸出的1 PPS信號(hào)與GNSS定時(shí)接收機(jī)的1 PPS信號(hào)有較大的初始偏差，經(jīng)分析這可能是因?yàn)?0 MHz晶振與其標(biāo)稱頻率存在頻偏，導(dǎo)致由晶振80 MHz信號(hào)分頻出來(lái)的秒長(zhǎng)與標(biāo)準(zhǔn)秒長(zhǎng)不一致引起的。

圖4 試驗(yàn)主站點(diǎn)本地初始實(shí)時(shí)頻率相對(duì)變化率特性圖

圖5 試驗(yàn)主站點(diǎn)機(jī)械調(diào)準(zhǔn)后實(shí)時(shí)頻率相對(duì)變化率特性圖

從圖5可以看出經(jīng)過(guò)機(jī)械調(diào)準(zhǔn)后該站點(diǎn)系統(tǒng)主站相對(duì)頻差變化率結(jié)果得到了大幅度改善。綜合上述結(jié)果可以小結(jié)如下，提出的以GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)作為參考對(duì)所用高穩(wěn)晶振性能進(jìn)行測(cè)試，再通過(guò)數(shù)據(jù)擬合方式對(duì)時(shí)差數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法，可以估計(jì)出待測(cè)頻率源的頻率偏差。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示按照測(cè)試數(shù)據(jù)調(diào)試后，主端站點(diǎn)實(shí)時(shí)頻率相對(duì)變化率均值從414.3 ns/s降低至12.6 ns/s，變化速度得到了大幅度抑制。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)比2.1節(jié)與2.2節(jié)的試驗(yàn)結(jié)果，可得出使用GNSS接收機(jī)輸出的衛(wèi)星鐘信號(hào)作為參考的測(cè)試結(jié)果雖然不如使用國(guó)家授時(shí)中心UTC（NTSC）主鐘信號(hào)作為參考進(jìn)行測(cè)試時(shí)得到的結(jié)果準(zhǔn)確，但反映的該高穩(wěn)晶振的特性趨勢(shì)與以UTC（NTSC）作為參考進(jìn)行試驗(yàn)得到的結(jié)果基本一致，說(shuō)明在試驗(yàn)場(chǎng)景下，使用GNSS接收機(jī)輸出的衛(wèi)星鐘信號(hào)作參考得出的結(jié)果可信，可以作為高精度遠(yuǎn)程時(shí)間同步試驗(yàn)可靠的支撐。

3 以高穩(wěn)晶振為參考的異地時(shí)間同步試驗(yàn)結(jié)果

在相距300 km的兩地以該高穩(wěn)晶振為參考源開(kāi)展同步實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用系統(tǒng)需要主從兩站點(diǎn)間的時(shí)差標(biāo)準(zhǔn)差優(yōu)于15 ns，結(jié)合實(shí)際需求采用衛(wèi)星共視比對(duì)方案[15-16]。在主端先將由高穩(wěn)晶振輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行分頻，整形，輸出1PPS信號(hào)接入時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器的一個(gè)通道，再將GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)送入時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器另一個(gè)通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)主端參考信號(hào)與衛(wèi)星鐘時(shí)間信號(hào)的時(shí)差測(cè)量；從端同樣通過(guò)時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器對(duì)來(lái)自高穩(wěn)晶振的參考信號(hào)與衛(wèi)星鐘時(shí)間信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，然后兩個(gè)站點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交換觀測(cè)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星共視能抵消衛(wèi)星鐘以及共有測(cè)量誤差的影響，從而得到兩地晶振的時(shí)差。然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果馴服從端站點(diǎn)的高穩(wěn)晶振，使得從端站點(diǎn)復(fù)現(xiàn)出與主端站點(diǎn)作為參考的高穩(wěn)晶振同步的時(shí)頻信號(hào)[4,17-18]，實(shí)現(xiàn)兩地時(shí)間同步。主從兩站點(diǎn)測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示。

圖6 主從兩站點(diǎn)測(cè)試結(jié)構(gòu)框圖

主端站點(diǎn)高穩(wěn)晶振機(jī)械校準(zhǔn)前、后兩站點(diǎn)間的時(shí)差數(shù)據(jù)對(duì)比如圖7和圖8所示。

圖7 校準(zhǔn)前試驗(yàn)主從兩站點(diǎn)時(shí)差數(shù)據(jù)

圖8 校準(zhǔn)后試驗(yàn)主從兩站點(diǎn)時(shí)差數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)高穩(wěn)晶振與參考信號(hào)的頻率相對(duì)偏差對(duì)兩站點(diǎn)間時(shí)間同步精度影響較大。而在不具備外部馴服條件下，選擇根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)晶振頻率進(jìn)行機(jī)械調(diào)準(zhǔn)來(lái)改善晶振的頻率準(zhǔn)確度，調(diào)準(zhǔn)后兩站點(diǎn)間的同步精度得到了顯著的提高。調(diào)準(zhǔn)前，兩站點(diǎn)間時(shí)差的峰峰值優(yōu)于190 ns，經(jīng)計(jì)算兩站點(diǎn)間時(shí)差標(biāo)準(zhǔn)差（STD）優(yōu)于36.6 ns；調(diào)準(zhǔn)后，兩站點(diǎn)間時(shí)差的峰峰值優(yōu)于60 ns，經(jīng)計(jì)算兩站點(diǎn)間時(shí)差標(biāo)準(zhǔn)差（STD）優(yōu)于15 ns。

4 進(jìn)一步提升同步精度的方案

由于沒(méi)有一個(gè)更好的參考源去校準(zhǔn)高穩(wěn)晶振頻率偏差，導(dǎo)致所用高穩(wěn)晶振輸出信號(hào)的頻率較其標(biāo)稱頻率值可能存在較大偏差，當(dāng)用其作為站間同步的參考源時(shí)出現(xiàn)同步性能提高受限的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，本文提出了對(duì)晶振與其標(biāo)稱頻率的頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膬煞N解決方法，一是根據(jù)測(cè)試結(jié)果，將晶振的頻率進(jìn)行周期性的機(jī)械調(diào)準(zhǔn)，使得其輸出信號(hào)的頻率偏差盡可能得小，那么表現(xiàn)在時(shí)域上的時(shí)差變化也就會(huì)盡可能得小。而這種方案的問(wèn)題在于由于晶振的老化特性沒(méi)有得到補(bǔ)償，頻率相對(duì)偏差仍會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而慢慢變化，不能從根本上解決問(wèn)題。第二種方案是將其鎖定到穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度更高的頻率源上，使最終晶振輸出在保留自身短期穩(wěn)定度特性同時(shí)，具有與其溯源標(biāo)準(zhǔn)類似的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，從根本上解決以晶振為參考源時(shí)因頻率不準(zhǔn)確帶來(lái)的時(shí)差累積影響。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)以晶振作為參考源的高精度時(shí)間同步需求，首先使用國(guó)家授時(shí)中心UTC（NTSC）主鐘信號(hào)作為參考源，對(duì)所用高穩(wěn)晶振的性能進(jìn)行測(cè)試及分析。在實(shí)際應(yīng)用中，因試驗(yàn)場(chǎng)地沒(méi)有更好的頻率源以及諸多環(huán)境問(wèn)題限制，設(shè)計(jì)以GNSS定時(shí)接收機(jī)輸出的定時(shí)信號(hào)作為參考進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)對(duì)兩種測(cè)試方案的結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)以GNSS接收機(jī)定時(shí)信號(hào)作為參考，能滿足高穩(wěn)晶振頻偏的測(cè)量需求，測(cè)試結(jié)果可信。在此基礎(chǔ)上，以該高穩(wěn)晶振作為參考源進(jìn)行了異地時(shí)間同步試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)測(cè)試晶振的頻率相對(duì)偏差校準(zhǔn)晶振后，可以將兩站點(diǎn)間時(shí)間同步偏差的峰峰值從190 ns降低到60 ns以內(nèi)，改善了兩地時(shí)間同步精度。

本文根據(jù)工程應(yīng)用場(chǎng)景特點(diǎn)，提出了一種滿足應(yīng)用需求的頻率相對(duì)偏差測(cè)試和數(shù)據(jù)處理方法，并通過(guò)異地時(shí)間同步測(cè)試驗(yàn)證了其可行性，解決了工程實(shí)用問(wèn)題，不僅為用戶節(jié)省了成本，也為更多需要按自身需求進(jìn)行高精度遠(yuǎn)程時(shí)間頻率傳遞的用戶提供了一種解決方案，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

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Performance analysis of remote time synchronized reference source based on crystal oscillator

WANG Jia-chen1,2,3, FAN Duo-sheng1,2, XIAO Bo1,2,3, DENG Zhi-feng1,2,3, LIU Ya1,2,3, LI Xiao-hui1,2,3

(1. National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;2. Key Laboratory of Time and Frequency Primary Standards, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

According to the user’s demand and resource conditions, the NTSC (the National Time Service Center, Chinese academy of sciences) has reproduced the time-frequency signal synchronizing with the reference clock in the slave station with a straight-line distance of 300 km based on the high stability crystal oscillator in the master station, and realized the time-frequency synchronization between two stations hundreds of kilometers apart. According to the characteristics of the application scenario, a performance test scheme for high stability crystal oscillator is designed. It is found that the frequency accuracy of high stability crystal oscillator has a great influence on the time synchronization accuracy. To ensure the synchronization performance between master and slave sites in the absence of external taming conditions, the high stability crystal oscillator of the master station is mechanically adjusted. After the adjustment, the peak value of the time difference between the two stations is reduced from 190 ns to 60 ns, and the standard deviation (STD) is within 15 ns, which met the application requirements of time synchronization between two stations. According to the analysis of test results, further improvement of the synchronization accuracy can be obtained by improving the frequency stability and frequency accuracy of the reference source.

frequency source; high stability crystal oscillator; time synchronization; relative deviation of frequency

10.13875/j.issn.1674-0637.2020-04-0270-09

王嘉琛, 樊多盛, 肖波, 等. 基于晶振的遠(yuǎn)程時(shí)間同步參考源性能分析[J]. 時(shí)間頻率學(xué)報(bào), 2020, 43(4): 270-278.

2020-04-18；

2020-05-16

陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2018ZDXM-GY-011）