项目研发合作计划汇总.docx
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项目研发合作计划汇总
项目研发合作计划
委托人：
北京***电子科技有限公司（甲方）
研究开发人：
北京大学
（乙方）
一、项目基本情况
项目名称
************
合作单位
北京大学
项目负责人
***
联系电话
***
合作企业名称
北京***电子科技有限公司
注册地址
***
企业法人
***
联系电话
***
合作企业性质
（请打√）
国有□；民营□；股份制□；有限公司☑；
其他（请说明）。
合作方式（请打√）
合作开发☑；委托开发□；技术攻关□；
其他□。
企业对项目研发具体要求
************项目
一、标的技术的内容，范围及要求
甲方的主要义务为：
筹措并按期支付研究经费
指派专人负责本项目，参与研究方案和有关学术讨论；协调研究过程中的事宜；及时验收阶段及总体研究成果
乙方的主要义务为：
就************项目的开发提供必要的实验设备及仪器，安排相关硕士、博士研究生参与项目研究。
二、应达到的技术指标和参数
指标性要求：
详情请见附件1《************技术协议》技术说明文件。
三、研究开发经费、报酬及其支付或结算方式
（一）研究开发经费是指完成项目研究开发工作所需的成本，报酬是指本项目开发成果的使用费和研究开发人员的科研补贴。
本项目研究开发经费和报酬（大写）捌万元正，甲方承担项目的研究开发经费并
提供实习场所及设备。
乙方为本项目提供必要的试验设备及仪器，并安排硕士、博士研究生参与项目研究。
（二）此项目产生相关研究成果归甲方所有，乙方对项目过程中产生的论文及研究成果检定享有署名权和发表权。
乙方可以将该研究成果用于教学科研。
四、履行的期限、地点和方式
本合同自2009年7月25日至2010年12月24日在北京履行。
五、技术情报和资料的保密
1、保密期内，乙方应对本合同标的所涉及的全部技术资料和研究开发成果承担保密义务。
2、保密期自2009年7月25日至2010年12月24日。
3、除甲方书面同意外，乙方在此期限内不得泄露上述任何资料给第三方。
六、技术成果的归属和分享
1、专利申请权：
专利申请权归甲方享有
2、技术秘密的使用权、转让权：
技术秘密的使用权和转让权归甲方享有。
甲方拥有甲方的业务流程和乙方专门为甲方这个项目软件所有的版权以及源代码和其他提交物的所有权。
甲乙双方不得将学科软件向无关的第三方（双方书面同意与此系统有关的必要业
务关联方除外）提供、销售、出租、出借、转让或提供分许可、转许可、通过信息网络传播或其他形式供人利用。
七、验收的标准和方式
研究开发所完成的技术成果，达到了本合同第二条所列技术指标，按预定标准，采用实地验收方式验收，有甲方出具技术项目验收证明。
八、风险责任的承担
在履行本合同的过程中，确因在现有水平和条件下难以克服的技术困难，导致研究开发部分或全部失败所造成的损失，风险责任有甲方承担100%，乙方承担0%。
但乙方发现欠款所列可能导致研究开发失败或部分失败的情形时，应当及时通知
甲方并采取措施减少损失。
没有及时通知并采取适当措施，致使损失扩大的，应就扩大的损失承担责任。
二、项目说明
一、立项理由：
1、项目的目的：
应用GPS进行时间同步的产品和解决方案在国外已经相对成熟，这些公司的时钟参考
源产品具有输出信号丰富、成熟可靠、人机界面友好、但其缺点是价格昂贵，另外由于受
一些条件的制约，这些产品中无法将北斗接收机集成在其产品当中，缺少卫星冗余参考源。
在国内从事同步时钟产品的研发力量还相对较弱，目前国内厂商提供的大部分GPS同
步时钟产品其实只是应用GPS授时技术、输出时间码信息的授时产品，或提供时间频率参
考信号，但不能提供灵活配置的综合性时间频率参考源产品，尤其在频率智能驯服领域以及PTP时间同步领域的技术十分薄弱。
国内少数大型的电信设备制造商等在相关领域投入了一定的研发力量，具备相关同类
产品，但主要是只为自己的基站系统定制生产时间同步系统，并没有将其设计为通用的时间同步系统为所有的电信设备制造商或系统集成商使用。
本项目产品创新性的融合了冗余参考源无缝切换技术、高精度时间间隔测量TIC技术、
自适应精密频率测控技术、PTP产生和接收技术以及Synclock总线技术，采用模块化设计，
支持在同一平台下灵活配置多种模块，能够输出高精度的10MHz、1pps、E1、IRIG-B码、
NTP、TOD等时频码信号，同时具备产生和接收PTP信号功能，打破了国内现有产品功能
单一的局面，成为替代国外昂贵同步时钟产品的具有竞争力的产品，可以为移动通信领域
的基站同步系统、集群通信系统、无线网络系统等设备提供高精度的时间和频率参考信号，全面解决移动通信领域的各种时钟同步需求。
2、项目的意义：
时间和频率是当今科学技术中一个十分重要的基础参量。
时间和频率的同步对于移动通信、广播电视、电力、天文观测、航天军工等等行业都具有十分重要的意义。
GPS卫星授时方案相对成熟，而我国自主的“北斗”卫星授时系统的建成和发展，使许
多重要应用领域都提出了不依赖GPS系统、自主授时的强烈需求，而基于GPS北斗双模技
术的时间同步系统是近几年迅速发展起来的一项新技术，其融合了GPS北斗高精度冗余卫
星授时技术和高精度时间戳地面数据链路传输技术，能可靠地提供高精度、高可靠性的时
间和频率参考信号，将极大推动国内移动通信、广播电视和电力等领域的同步系统的建设、改造更新需求，为国内时频产业带来巨大的市场前景。
3、项目的必要性：
目前在新一代移动通信领域（如cdma2000和TD-SCDMA系统）中，对于高精度时间同
步需求越来越高，比较传统的解决方案是利用GPS系统来实现，但是通过在每个基站加装GPS模块来解决基站时间同步问题，存在安全性和可靠性问题。
GPS系统由美国军方开发和控制，可进行局部性能劣化设置和限制使用，因此在战争等特殊情况下对整网运行带来安全隐患。
针对GPS的安全性问题，目前有两种替代GPS提供高精度时间同步的方式：
采用我国
自主研发的北斗卫星授时和GPS冗余系统，或者通过地面传输网络PTP技术提供高精度时间传递，以保障3G移动通信网络的安全可靠性。
目前国内厂商提供的大部分GPS同步时钟产品其实只是应用GPS授时技术、输出时间
码信息的授时产品，或提供时间频率参考信号，但不能提供灵活配置的综合性时间频率参考源产品，尤其在频率智能驯服领域以及PTP时间同步领域的技术十分薄弱，只有大型的
电信设备制造商（比如华为，中兴）等在相关领域投入了一定的研发力量。
而国外同行业在卫星时钟参考源方面的研究比较早，主要包括美国Symmetricom、法国TEMEX、瑞士
OSA等公司，这些公司的时钟参考源产品具有输出信号丰富、成熟可靠、人机界面友好、
但其缺点是价格昂贵，另外由于受一些条件的制约，这些产品中无法将北斗接收机集成在其产品当中。
二、市场分析
1.项目产品市场概况及需求情况
GPS卫星授时方案相对成熟，而我国自主的“北斗”卫星授时系统的建成和发展，使
许多重要应用领域都提出了不依赖GPS系统、自主授时的强烈需求，而基于GPS北斗双
模技术的时间同步系统是近几年迅速发展起来的一项新技术，其融合了GPS北斗高精度冗
余卫星授时技术和高精度时间戳地面数据链路传输技术，能可靠地提供高精度、高可靠性
的时间和频率参考信号，将极大推动国内移动通信、广播电视和电力等领域的同步系统的建设、改造更新需求，为国内时频产业带来巨大的市场前景。
应用GPS进行时间同步的产品和解决方案在国外已经相对成熟，主要包括美国
Symmetricom、法国TEMEX、瑞士OSA等公司，这些公司的时钟参考源产品具有输出信
号丰富、成熟可靠、人机界面友好、但其缺点是价格昂贵，另外由于受一些条件的制约，这些产品中无法将北斗接收机集成在其产品当中，缺少卫星冗余参考源。
在国内从事同步时钟产品的研发力量还相对较弱，主要有四川星华、中科院陕西天文
台等单位以及一些新兴的高新技术企业从事该行业产品的开发，但大都未形成产业化的规模，目前国内厂商提供的大部分GPS同步时钟产品其实只是应用GPS授时技术、输出时
间码信息的授时产品，或提供时间频率参考信号，但不能提供灵活配置的综合性时间频率参考源产品，尤其在频率智能驯服领域以及PTP时间同步领域的技术十分薄弱。
国内少数大型的电信设备制造商（比如华为，中兴）等在相关领域投入了一定的研发
力量，具备相关同类产品，但大型的电信设备制作商只为自己的基站系统定制生产时间同
步系统，并没有将其设计为通用的时间同步系统为所有的电信设备制造商或系统集成商使
用，而我公司的这个项目产品可以通过其低成本、高精度以及易用性等特点填补这一市场空白。
2.项目产品的目标市场
应用领域1：
移动通信领域基站时间同步系统，如cdma2000和TD-SCDMA系统、
LTE系统满足《数字同步网独立型节点从钟设备技术要求及测试方法》YD/T1011-99、《数
字同步节点时钟系列及其定时特性》YD/T1012-1999、《SDH设备技术要求时钟》YD/T
900-1997、ITU-TG.703等规范要求，能够适应移动通信领域各应用级别对时间同步的要求。
应用领域2：
移动通信领域数字集群系统、区域无线网络系统
数字集群系统中同频同播系统和区域无线网络系统中基站发射频率的漂移及时延是决
定系统能否正常运行的关键问题，本系统产品完全可以提供高精度且稳定射频频率以及同步相关数据，作为频率基准和数据同步源，保证各基站的频率高度同步。
应用领域3：
数字广播电视领域单频网同步时钟等
本系统产品通过设置TOD格式即可满足GY/Z234-2008《移动多媒体广播复用实施指
南》相关规范，可以为数字广播电视领域的单频网适配器、上变频器、发射机、复用器、精密偏置激励器等系统提供高精度的时间和频率参考信号。
应用领域4：
政府金融、科研院所、航天测控和交通电力等需要计算机时间同步领域
本产品组成网络时间服务器支持PTP、NTP、SNTP等网络时间同步协议，适用于局域网
络高可靠性时间同步。
可以广泛应用于政府、金融、交通、电力、工业、以及国防等领域，
为计算机网络、计算机应用系统、信息系统、通信系统、流程控制管理、特种设备等提供精准的标准时间信号。
三、国内外技术水平及发展趋势
1.国内外研发现状
移动通信同步时钟技术是近年来迅速发展起来的一种高精度时钟同步技术，应用GPS
进行时间同步的产品和解决方案在国外已经相对成熟，在国内从事同步时钟产品的研发力
量还相对较弱，主要有四川星华、中科院陕西天文台等单位以及一些新兴的高新技术企业从事该行业产品的开发，但大都未形成产业化的规模。
目前国内厂商提供的大部分GPS同步时钟产品其实只是应用GPS授时技术、输出时
间码信息的授时产品，或提供时间频率参考信号，但不能提供灵活配置的综合性时间频率参考源产品，尤其在频率智能驯服领域以及PTP时间同步领域的技术十分薄弱，只有大型
的电信设备制造商（比如华为，中兴）等在相关领域投入了一定的研发力量。
而国外同行业在卫星时钟参考源方面的研究比较早，主要包括美国Symmetricom、法国TEMEX、瑞
士OSA等公司，这些公司的时钟参考源产品具有输出信号丰富、成熟可靠、人机界面友好、
但其缺点是价格昂贵，另外由于受一些条件的制约，这些产品中无法将北斗接收机集成在其产品当中。
本公司将在多年时间频率测试仪器、卫星时钟参考源研发经验的基础之上，依靠自主
研发提供高端的时间频率参考源产品，打破国外产品在国内的垄断地位，为国内移动通信、广播电视等行业提供配置灵活、可靠、高性价比的时钟产品。
2.技术领域发展趋势
现在，国际上使用最多的原子钟的震荡频率通常是数纳秒（一纳秒＝10亿分之一秒），
它是通过调整超高频激光，使之和铯原子钟发射的光波频率相匹配而实现的。
一般说全球
卫星定位系统携带原子钟（铷钟、铯钟和氢钟），因其结构紧凑，可靠性高，寿命长，所以满足了需要。
但科学家们仍然希望能有振荡频率更快的时钟，用于科学前沿问题的研究，例如弄清
决定电磁互作用强度的所谓精细结构是否真的稳定等问题。
科学家们认为，这种新型时钟应当易于制造，且振荡频率应比相对较低的微波频率快1000倍。
问题是，目前没有一种装
置能够如此快的计数。
近期美国科学家研制出“光学传动装置”，这种装置可将激光光波的高速振动转化成振荡系数正好慢100万倍的激光强度波动，并利用标准检波器显示激光强
度在１秒内所振荡的次数，然后将得到的数值乘上100万。
这种新型“光钟”的精度至少
是最好的铯原子钟的1000倍。
但是，不同光波之间和某一光波与铯微波频标之间的频差测
量都是极其庞大复杂，价格昂贵的工程。
光钟的研制将成为国际计量发展的一个新热点。
同时，科学家们正在把其他量转换成时频量进行测量。
第一个完成这种转换的是长度。
目前利用飞秒（1E-16）激光脉冲所产生的梳状频谱与微波频率联系起来，这样就可以实现长度和时间基准的比对。
再就是电学量。
当两块低温（液氮）超导金属充分接近，其间相隔仅为约１纳米的绝
缘层时便形成超导结，若在结的两端施加直流电压，结上即会产生高频超导电流。
这时约
瑟夫森效应的宏观现象，是一种量子力学隧道穿透效应，其频率即可与电压挂钩，单个结显示为若干毫伏，上千个结叠加起来可获得1伏或10伏的电压。
另一方面，量子化霍尔效应产生了量子化电阻，使电阻取决于基本物理常数和一个整数值。
利用物理关系把温度转换为频率的研究正在进行之中，比如某些材料和四极矩的共振
频率随温度而变化。
质量和物质的量与频率的关系，也正在探索之中，比如利用电功率与
机械的等价性，先确定力再定义质量单位；或者通过一定数量的基本粒子和阿伏加德罗常
数的精确测量来实现质量和物质的量。
事实上，计量单位的基础已由或正在由宏观实物体
系过渡到微观量子体系，从而大大提高了单位实现的准确性、稳定性、可靠性和普通适用性。
时间频率的研究和发展应有超前性，一个研讨中继续提高复现准确度的可能方案是提
高自身频率，即从微波段过渡到光频段，而当未来用光频标取代目前实用的铯原子微波频率基准时，对秒的定义就会再次发生改变。
时间和频率的研究与发展需要利用当代最新的科技成果，包括新理论、新原理、新方
法来精确定义和实现计量单位，反过来又为新的科技发展提供可靠的测量基础；而其本身
就是科学的前沿研究，具有基础性、探索性、先行性的特点，是国民经济、社会发展的技术基础。
四、开发方案
1.项目内容
“************”融合了冗余参考源无缝切换技术、高精度时间间隔测量TIC技术、自
适应精密频率测控技术、PTP产生和接收技术以及Synclock总线技术，具备高可靠性、高
精度和灵活配置、易于扩展等特点，能够输出高精度的10MHz和1pps时频参考信号，同
时能够接收和和产生PTP时间信号，为移动通信系统系统中的核心网及基站设备提供高精
度的时间和频率参考信号。
并可以支持输出IRIG-B码、E1、NTP、TOD、2.048Mb/s等信
号。
配合SyncMonitor软件支持通过RS232和LAN接口实现对同步时钟工作状态的远程监视和控制。
冗余参考源无缝切换技术
该技术保证了系统在某一信号突然中断时仍能继续可靠工作，目前支持接入美国GPS、中国北斗、俄罗斯GLONASS卫星和地面链路传输过来的PTP时间信号。
由于这些
系统的时钟源相对独立，因此在产生切换的过程中会产生一个相对而言较大的突变，这类
突变会给整个测试系统带来一定的影响，因此在切换过程中需使用相应的平滑过渡技术，使该类切换所造成的损失减小到最小的程度。
在本项目产品中配置的三种时间参考源的精度基本一致，因此在如何选择最优参考源
及判断其状态需要有相应的互相比较的机制。
我们采用的方法是将这三个时间基准信号与
本地参考时钟的分频秒脉冲进行比较。
各自的鉴相器将获得的测试数据进行数字滤波，平
滑，去除坏点以及抖动，并根据历史统计数据进行比较，同时利用各自参考源输出的数据状态进行比较，来确定如何选择参考源。
本项目产品可支持配置的我国自主的北斗授时接收机作为主参考时基，或者选择北斗/GPS组合同步时钟模块、GPS/GLONASS组合时钟模块等，能够大大降低对GPS系统的
依赖，从而提高同步时钟的可靠性和冗余性。
采用北斗/GPS组合时钟模块具有智能状态切
换功能，智能判别北斗和GPS系统的工作状态，并提供多种时间基准配置方法。
当GPS
授时不稳定或不可用时，能够自动切换到北斗系统上；如果GPS/北斗系统都被干扰不可用
时，依靠高稳晶振工作于保持状态，继续提供高精度频率和时间信号输出。
在以上状态切换时，采用时间无缝切换技术，能够以1ns的精度实现输出时间和频率参考源的切换，不会导致时间输出信号的跳变。
详细原理如图所示：
参考源无缝切换原理图
（图略）
高精度时间间隔测量TIC技术:
时间和频率是倒数关系，通过变换得到下式：
（图略）
此式表明，频差的测量可以转换为相位差的测量值，而且加大测量的采样周期可以得
到更精确的频差，但这是平均频差。
在实际的高精度时频测量和控制系统中，采样间隔太
大测量得到的平均频差是没有意义的，在此状态下测得的频差与当时实际的频差是有差异
的。
因此在系统的设计中采用较高分辨率的相位测量单元是十分必要的，这样可以在较短
的采样时间内测量得到更高的频差测量精度，也就是说时间间隔测量精度直接决定了最终频率准确度测量结果。
本系统采用双内插时间间隔计数技术，设计了TDC（TimetoDigitalConverter）专用
芯片配合FPGA实现TIC的方案，能够达到1ns的测量精度。
下图是高分辨率时间间隔测量模块的原理框图
（图略）
高精度时间间隔测量原理框图
本地发送和接收的两个1pps信号通过同轴电缆输入时间间隔测量系统，经过阻抗匹配
与信号隔离电路之后进入两路高速比较器。
两路高速比较器获得差分ECL电平的START
和STOP脉冲同时送入FPGA和专用TDC芯片。
在FPGA内部采用双内插时间间隔计数法精确测量时间间隔，下图是双内插计数法的时序图
（图略）
双内插计数法时序图
STARTA上跳沿与STOPA上跳沿之间是待测量的时间间隔T，将STARTA与STOPA
异或可以得到主计数器的计数使能区间。
主计数器时间段的前后两个不大于主计数器时钟周期的时间区间分别送入两路TDC做精确时间量化，量化值分别为NA和NB，量化步长分别为A和B。
主计数器时钟周期为T0，计数结果为NC。
则待测时间间隔T可以由下式表示。
START和STOP脉冲与参考时钟的第一个上升沿之间的待量化时间间隔送入专用TDC芯
片测量TDC芯片的作用是测量START和STOP脉冲与第一个参考时钟上升沿之间的时间
间隔，两次测量可以时分复用同一个TDC通道，由FPGA给出控制信号选通两路高速比
较器即可以实现复用。
FPGA内部实现双内插器、主计数器以及其他一些外围电路接口。
主计数器以参考时钟计数并将计数结果送入双口RAM，之后中断CPU，由CPU到预定地
址读取主计数器结果。
CPU主要完成对整个系统的控制功能、时间测量值的计算和测量数
据的后续处理工作，包括通过FPGA调节DAC的输出电平；将测量数据通过串口输出等功能。
自适应精密频率测控技术
卫星同步时钟常用的频率测量方法是根据时差的变化量来计算的。
由于系统的参考信
号引入较大的抖动，而时钟源所要求的是在长期平均情况下的稳定度，因此在对振荡器的运动模型进行拟合之前，先采用Kalman滤波算法对测量的时差结果进行滤波评估，以提
高数据测量精度。
而后按照一定的数据观测窗口对振荡器的频率偏差进行评估测算，得到
振荡器的频率模型，根据测算结果不断调整振荡器的控制电压。
在系统运行的不同阶段，
自动地调节控制电压的调节幅度和频率，保证振荡器输出最优的短期和长期稳定度。
自适应精密频率测控技术（以下简称TFDE，TimeandFrequnecyDisciplinedEngine）
是本项目的核心部分之一，获取卫星参考时间，采用相应的频率测控算法，不断测量并调节本地振荡器（一般为晶体振荡器或铷原子振荡器）的10MHz输出信号同步到参考秒脉冲上，从而提高了本地振荡器输出频率信号的准确度和长期稳定性。
TFDE的1pps时间信息是GPS或北斗驯服晶振输出10MHz信号经过10,000,000次分
频后得到1pps信号，同步于卫星参考时间，却不受卫星秒脉冲短时间随机跳变带来的影响，
同时又严格相位同步于同步时钟输出载波信号，这种特性特别适合于移动通信系统特别是CDMA基站时频同步的需要。
当卫星出现异常或不可用时，该产品能够自动切换到保持模
式（Holdovermode），利用高效的智能保持算法，继续提供高可靠性的时间和频率基准信息输出，在短时间内保持较高的精度。
同步时钟源前面板液晶屏和指示灯分别显示标准时间和设备工作状态，也可利用远程监控模块通过RS232和LAN接口，远程监视并控制同步时钟的运行状态，下图为自适应精密频率测控技术原理框图
（图略）
1）TFDE组成
自适应精密频率测控技术原理框图
各组成部分的主要功能有：
*
本地振荡器：
提供原始的频率参考信号。
10MHz信号被10,000,000分频后得到
1pps信号送到TIC模块，与授时接收机比对时差。
本振的另外一路10MHz信号被送到时
间频率同步模块，并最终输出，*作为TFDE的时间和频率参考基准。
本振还同时为TIC时间间隔测量模块提供参考时钟信号。
*
授时接收机：
为TFDE提供时间溯源的参考信号。
从可靠性的角度出发，系统还可
以采用我国自主的北斗系统授时接收机，或者利用PTP接收引擎来获取参考时钟源。
*时间间隔测量：
测量GPS接收机和本振分频秒产生的秒脉冲之间的时差，时间间隔测量精度优于1ns。
*
频率驯服算法：
根据时间间隔测量模块测得的时间间隔结果，计算评估本振的频率
准确度信息。
*时间频率同步模块：
根据频率驯服算法和微处理器的命令不断调整本振输出10MHz频率，并将1pps信号同步到时间参考源上。
*
微处理器：
完成卫星接收机状态的监测，根据授时参考源的工作状态调整TFDE的
工作模式，并输出TFDE的工作状态等年息。
2）TFDE工作模式
自适应精密频率测控工作模式流程图如下
（图略）
自适应精密频率测控模式流程图
TFDE的工作模式有3种：
跟踪、保持、自由运行。
主要是根据作为参考时钟源的授时接收机的跟踪状态以及本振的频率测量过程来区分的。
*跟踪模式：
开机预热约20分钟后，如果参考时钟源和本振都运行正常，TFDE进入
跟踪
升级会员 