1、第4章 同步网第4章 同步网4.1 概述概述4.2 网同步设备和定时分配链路网同步设备和定时分配链路4.3 网同步技术网同步技术4.4 同步网的主要技术指标同步网的主要技术指标4.5 我国的同步网我国的同步网思考题思考题第4章 同步网4.1 概概 述述 同步是指信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系，也就是它们相对应的有效瞬间以同一个平均速率出现。在模拟通信网中，载波传输系统两端机间的载波频率需要同步，即收发终端机的载波频率应该相等或基本相等，并保持稳定，以保证接收端正确的复原信号。第4章 同步网 数字通信的特点是将时间上连续的信号通过抽样、量化及编码变成时间上离散的信号，再将各路信号的
2、传送时间安排在不同时间间隙内。为了分清首尾和划分段落，还要在规定数目的时隙间加入识别码组，即帧同步码，形成按一定时间规律排列的比特流，如PCM信息码。在通信网内PCM信息码的生成、复用、传送、交换及译码等处理过程中，各有关设备都需要相同速率的时标(Time Scale)去识别和处理信号，如果时标不能对准信号的最佳判决瞬间，则有可能出现误码，也就是数字设备要协调，且准确无误地运行就需要各时标具有相同的速率，即时钟同步。此外数字网的同步还包括帧同步。这是因为在数字通信中，对比特流的处理是以帧来划分段落的，在实现多路时分复用或进入数字交换机进行时隙交换时，都需要经过帧调整器，使比特流的帧达到同步，也
3、就是帧同步。第4章 同步网 数字网中的同步技术有以下几种：(1)接收同步：在点与点之间进行数字传输时，收端为了正确地再生所传递的信号，必须产生一个时间上与发端信号同步的、位于最佳取样判决位置的脉冲序列。因此，必须从接收信码中提取时钟信息，使其与接收信码在相位上同步。这种为了满足点对点通信的需要所提出的相位同步要求广泛用于数字传输之中。第4章 同步网 (2)复用同步：在数字信道上，为了提高信道利用率，通常采用时分多路复用的方式，将多个支路数字信号合路后在群路上传输，这称为数字复用。进行合路的这些支路信号，来自不同的地点，可能具有不同的相位，通常还可能具有不同的速率。为了使这些支路信号在群路信道上
4、正确地进行合路，要求它们在群路信道上能同步运行。这种复用同步是线路上传输所必需的。第4章 同步网 复用包括同步复用、准同步复用和非同步复用三种技术。同步复用将各支路信息依次插入群路时隙中，实现简单，传输效率高，已广泛应用于数字话路复用设备和SDH设备中。准同步复用采用码速调整技术，首先将支路速率进行调整。因此能将在一定频率容差范围内的各个支路信号复用成一个高速数字流，而不再像同步复用那样要求各支路信号之间的频率和相位严格同步，传输效率也较高，广泛应用于PDH数字群复用中。非同步复用采用多个二进制数码传送一个二进制数字信息的方法(如高速取样法、跳变沿编码法等)，因此各复用支路信号之间的频率和相位
5、都不必同步。但信道的传输效率较低，一般只用在低速数据信号复用中。第4章 同步网 (3)交换同步：在一个由模拟传输和数字交换构成的混合网中，网内不存在交换同步问题。只有在数字传输和数字交换构成的综合数字网内，为了使到达网内各交换节点的全部数字流都能实现有效的交换，必须使到达交换节点的所有数字流的帧定位信号同步，这种数字交换中需要的同步称为交换同步。由于交换同步涉及到网中到达各交换节点的全部数字流，因此又称为网同步。本书重点讨论的就是网同步的基本概念及网同步技术。第4章 同步网4.2 网同步设备和定时分配链路网同步设备和定时分配链路4.2.1 节点时钟设备节点时钟设备 节点时钟设备主要包括独立型定
6、时供给设备和混合型定时供给设备。独立型节点时钟设备是数字同步网的专用设备，主要包括：铯原子钟、铷原子钟、晶体钟、大楼综合定时系统(BITS)以及由全球定位系统(GPS和GLONASS)组成的定时系统。混合型定时供给设备是指通信设备中的时钟单元，它的性能满足同步网设备指标要求，可以承担定时分配任务，如交换机时钟，数字交叉连接设备(DXC)等。铯钟的长期稳定性非常好，没有老化现象，可以作为自主运行的基准源。但是铯钟体积大、耗能高、价格贵,并且铯素管的寿命为58年，维护费用大，一般在网络中只配置l2组铯钟做基准钟。第4章 同步网 铷钟与铯钟相比，长期稳定性差，但是短期稳定性好，并且体积小、重量轻、耗
7、电少、价格低。利用GPS校正铷钟的长期稳定性，也可以达到一级时钟的标准，因此配置了GPS的铷钟系统常用作一级基准源。晶体钟长期稳定性和短期稳定性比原子钟差，但晶体钟体积小、重量轻、耗电少，并且价格比较便宜，平均故障间隔时间长。因此，晶体钟在通信网中应用非常广泛。第4章 同步网4.2.2 定时分配定时分配 定时分配就是将基准定时信号逐级传递到同步通信网中的各种设备。定时分配包括局内定时分配和局间定时分配。1局内定时分配局内定时分配 局内定时分配是指在同步网节点上直接将定时信号送给各个通信设备。即在通信楼内直接将同步网设备(BITS)的输出信号连接到通信设备上。此时，BITS跟踪上游时钟信号，并滤
8、除由于传输所带来的各种损伤，例如抖动和漂移，能重新产生高质量的定时信号，用此信号同步局内通信设备。局内定时分配一般采用星型结构，如图4.1所示。从BITS到被同步设备之间的连线采用2 Mb/s或2 MHz的专线。第4章 同步网图4.1 局内定时设备DXCATM 交换机交换机GSM 设备ADMTM智能网设备DDN 网设备No.7 信令设备其他设备BITS第4章 同步网 在通信楼内需要同步的设备主要包括：程控交换机、异步传送模式交换机(ATM)、No.7信令转接点设备、数字交叉连接设备(DXC)、SDH网的终端复用设备(TM)、分插复用设备(ADM)、DDN网设备和智能网设备等。这种星型结构的优点
9、是：同步结构简单、直观、便于维护。缺点是外连线较多，发生故障的概率增大。同时，由于每个设备都直接连到同步设备上，这样就占用了较多的同步网资源。因此在实际网络中，对这种星型结构进行了一些改进。当局内的设备较多时，对同一类设备或组成系统的设备，可以通过业务线串接，也可以通过外同步接口连接，如图4.2所示。第4章 同步网图4.2 改进的局内定时分配交换机 3交换机 2交换机 1GSM 设备智能网设备BITSATM 交换机DDN 网设备No.7 信令设备其他设备TMTMADMDXC第4章 同步网 例如，局中有些SDH设备,包括DXC、ADM、TM，组成局内传输系统，可以将BITS的定时信号直接连到DX
10、C设备的外时钟输入口，DXC将同步网定时承载到业务线上，传递给ADM、TM等设备，这些设备从业务信号中提取定时。背靠背的TM之间，可以通过外时钟输入口和外时钟输出口相连来传递定时，也可以提供业务线传递定时。另外，若局内有几个相同的设备(例如交换机)，并且有业务关系，那么，可以将一个交换机的外时钟输入口连到BITS上，其他交换机从相连的业务线中提取同步网定时。这样连接的优点是：节省了同步网资源，降低了由于外连线带来的故障，方便了维护。第4章 同步网 2局间定时分配局间定时分配 局间定时分配是指在同步网节点间的定时传递。根据同步网结构，局间定时传递采用树状结构，通过定时链路在同步网节点间，将来自基
11、准钟的定时信号逐级向下传递。上游时钟通过定时链路将定时信号传递给下游时钟。下游时钟提取定时，滤除传输损伤，重新产生高质量信号提供给局内设备，并再通过定时链路传递给它的下游时钟。目前采用的定时链路主要有两种：PDH定时链路和SDH定时链路。第4章 同步网 1)PDH定时链路 传统的同步网建立在PDH环境下，采用PDH的2 Mb/s通道传递同步网定时信号，定时链路包括2 Mb/s专线和2 Mb/s业务线。传输系统对2 Mb/s信号进行正码速调整，比特复接至高次群(8 Mb/s、34 Mb/s、140 Mb/s等)，通过PDH线路系统传递下去。传输设备不受该2 Mb/s时钟同步。因此，传输系统所引入
12、的抖动和漂移损伤较小，PDH传输设备的2 Mb/s通道适合传送同步网定时。同时，由于在同步网节点间无传输系统时钟介入，当定时链路发生故障时，下游时钟可以迅速发现故障，进入保持工作状态或倒换到备用参考定时信号，即可以很快地进行定时恢复。第4章 同步网PDH传递同步网定时的特点如下：(1)PDH系统对同步网定时损伤小，适合长距离传递定时。(2)PDH传输网结构多为树型，定时链路的规划设计简单。(3)当定时链路发生故障时，便于定时恢复。第4章 同步网 2)SDH定时链路 SDH定时链路是指利用SDH传输链路传送同步网定时。与PDH定时链路不同，由于SDH采用指针调整技术，2 Mb/s支路信号不适于传
13、递同步网定时，一般采用STM-N信号传递定时。在定时链路始端的SDH 网元通过外时钟信号输入口接收同步网定时，并将定时信号承载到STM-N上。在SDH系统内，STM-N信号是同步传输的，SDH网元时钟接收线路信号定时，并为发送的线路信号提供定时。特殊情况下经过再定时处理的2 Mb/s信号可以在局部范围内传递定时，大规模使用前，必须解决时延问题。采用SDH系统传递同步网定时信号时，SDH网元时钟将串入到定时链路中，这样SDH网元时钟和传输链路成为同步网的组成部分。第4章 同步网 在SDH定时链路上，除了包括定时信号的传递，还包括同步状态信息(SSM：Synchronization Status
14、Message)的传递。SSM用于传递定时信号的质量等级。同步网中的节点时钟通过对SSM的解读获得上游时钟等级信息后，可对本节点时钟进行相应操作(例如跟踪倒换或转入保持状态)。在STM-N接口中，复用段开销S1字节的第5、6、7、8 bit定义了不同的时钟质量等级，见表4.1。在2048 kb/s接口，采用奇帧TS0的第58 bit承载SSM信息。2048 kb/s接口的复帧结构见表4.2，其SSM信息的定义同表4.1。第4章 同步网表表4.1 STM-N接口的接口的SSM编码编码S1(第 58 bit)SDH 同步质量等级描述 0000 同步质量不知道(现有同步网)0010 1 级时钟信号
15、0100 2 级时钟信号 1000 3 级时钟信号 1011 SDH 设备时钟信号(G.831)1111 不应用作同步 其他 预留 第4章 同步网表表4.2 2048 kb/s接口接口CRC-4复帧结构复帧结构第 18 bit 子复帧 帧编号 1 2 3 4 5 6 7 8 0 C1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8 2 C2 0 0 1 1 0 1 1 3 0 1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8 4 C3 0 0 1 1 0 1 1 5 1 1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8 6 C4 0 0 1 1 0 1 1 1
16、7 0 1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8 8 C1 0 0 1 1 0 1 1 9 1 1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8 10 C2 0 0 1 1 0 1 1 11 1 1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8 12 C3 0 0 1 1 0 1 1 13 E 1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8 14 C4 0 0 1 1 0 1 1 复 帧 2 15 E 1 A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8 第4章 同步网 另外，由于SDH网复杂的网络结构和灵活的网络保护功能，使定时链路的规划设计变得复杂，同时给定时链路的恢复带来一些困难。因此采用S
17、DH网传送同步定时信号要注意：(1)SDH网多采用环形结构，当上游定时链路故障时，会出现高级时钟受低级时钟同步的现象。(2)当同步网定时链路规划不合理，或定时参考信号的来源及时钟信号等级不明时，会在同步网内形成定时环。(3)ITU-T 标准规定，基准定时链路上SDH网元时钟个数不能超过60个。这样定时传递距离就会受到限制。第4章 同步网4.3 网网 同同 步步 技技 术术 网同步技术可分为两大类：准同步和同步。同步又有主从同步和互同步之分，它们又可分成各种不同的实施方法。同步的概念可用图4.3来加以说明。图中的圆圈代表网中的各交换节点，线条和箭头代表网中控制的来源和方向。交换节点中的同步控制信
18、号来自线条中的时钟信号和节点本地时钟信号之间的相位差值，或者直接来自线条中的控制信号。第4章 同步网 不同的同步技术对节点时钟的控制将采用不同的方法。(1)单向控制：对同步的控制仅在传输链路的一个方向上进行，或者说仅对链路的一侧有效，如图4.3(b)、(c)、(d)所示。强制同步都是单向控制的。主从同步是网中指定一个主时钟节点，所有其他从时钟节点都受主时钟节点的控制；时间基准分配是从节点都接受时间基准的同步控制；外部基准是利用通信网外的基准时钟来控制网中所有的节点。(2)双向控制：网同步的控制在传输链路的两个方向上都使用，也就是链路两侧都受到控制。互同步方法中节点之间的控制是双向的，如图4.3
19、(e)、(f)所示。第4章 同步网 (3)单端控制：节点时钟的同步控制信号来自输入时钟信号和本地时钟信号的差值，也就是来自节点的本端。图4.3(b)的主从同步必然是单端的，图4.3(e)所示为单端互同步方式。(4)双端控制：节点时钟的同步控制信号除来自本端输入时钟信号和本地时钟的相位差值外，还将发送时钟信号对端所得到的相位差值通过线路传送到本端作为控制信号。因为控制信号利用了两端的相位差值，所以称为双端控制。双端技术可以抵消传输链路时延变化的影响，提高网络的同步质量，时间基准分配和双端互同步方式都采用了双端控制，如图4.3(c)和(f)所示。图中除时钟信号传送线外，多了一条控制信号的传送线。第
20、4章 同步网图4.3 同步概念示意图(a)准同步；(b)主从(单端，单向)；(c)时间基准(双端，单向)；(d)外部基准(单向)；(e)单端控制(双向)；(f)双端控制准同步工作(a)(b)(c)(d)(e)(f)强制同步互同步同步工作第4章 同步网4.3.1 准同步准同步 准同步方式中各交换节点的时钟彼此是独立的，但它们的频率精度要求保持在极窄的频率容差之中，网络接近于同步工作状态，通常称为准同步工作方式。准同步工作方式的优点是网络结构简单，各节点时钟彼此独立工作，节点之间不需要有控制信号来校准时钟的精度。网络的增设和改动都很灵活，因此得到了广泛的应用。它特别适合于国际交换节点之间同步使用。
21、各国军用战术移动通信网，为提高网同步的抗毁能力，也采用准同步方式工作。各国民用数字通信网，为提高网同步的可靠性，通常要求在所选用的网同步技术出现故障时利用准同步工作方式来过渡。第4章 同步网 准同步方式有如下缺点：(1)节点时钟是互相独立的，不管时钟的精度有多高，节点之间的数字链路在节点入口处总是要产生周期性的滑动，这样对通信业务的质量有损伤。(2)为了减小对通信业务的损伤，时钟必须有很高的精度,通常要求采用原子钟，需要较大的投资，可靠性也差。为保证时钟的可靠性，节点时钟通常采用三台原子钟自动切换方式，这样将使时钟的管理维护费用增大。采用准同步方式的网络，为了保证端到端的滑动速率符合要求,采用
22、定期复位各节点输入口缓冲存储器的方法来实现同步。第4章 同步网4.3.2 主从同步主从同步 主从同步(Master Slave Synchronized)方式指数字网中所有节点都以一个规定的主节点时钟作为基准，主节点之外的所有节点或者是从直达的数字链路上接收主节点送来的定时基准，或者是从经过中间节点转发后的数字链路上接收主节点送来的定时基准，然后把节点的本地振荡器相位锁定到所接收的定时基准上，使节点时钟从属于主节点时钟，如图 4.4所示。与图4.3(b)的简单星型网方式相比，图4.4是一个由两级星型网组成的树型网。主从同步方式的定时基准由树型结构传输链路的数字信息来传送。第4章 同步网图4.4
23、 主从同步方式主节点中间节点中间节点从节点从节点从节点第4章 同步网 主从同步方式的优点主要有：(1)避免了准同步网中固有的周期性滑动。(2)锁相环的压控振荡器只要求较低的频率精度，较准同步方式，大大降低了费用。(3)控制简单，特别适用于星型或树型网。第4章 同步网 但主从同步方式也存在一些缺点，主要有如下几点：(1)系统采用单端控制，任何传输链路中的扰动都将导致定时基准的扰动。这种扰动将沿着传输链路逐段累积，影响网中定时信号的质量。为减小传输链路上日变化引起的定时基准相位扰动，从节点时钟的锁相环应采用带宽极窄的环路来滤除日变化的扰动。第4章 同步网 (2)一旦主节点基准时钟和传输链路发生故障
24、，就会造成从节点定时基准的丢失，导致全系统或局部系统丧失网同步能力。为此，主节点基准时钟须采用多重备份手段以提高可靠 性，而定时基准分配链路采用备用路由的时钟或者在从节点设置具有存储功能的松耦合锁相环路来实现同步。主从同步方式由于优点多，而缺点又均可采取措施加以克服，因此广泛应用于公用电信网中。当数字网为分布式结构时，主从同步方式就不太合适了。第4章 同步网4.3.3 相互同步相互同步 相互同步(Mutually Synchronized)技术是指数字网中没有特定的主节点和时钟基准，网中每一个节点的本地时钟通过锁相环路受所有接收到的外来数字链路定时信号的共同加权控制。因此节点的锁相环路是一个具
25、有多个输入信号的环路，而相互同步网构成将多输入锁相环相互连接的一个复杂的多路反馈系统。在相互同步网中各节点时钟的相互作用下，如果网络参数选择得合适，网中所有节点时钟最后将达到一个稳定的系统频率，从而实现了全网的同步工作。第4章 同步网 相互同步方式必然是一个双向控制系统，它可以是单端或双端控制的。单端控制技术无法消除传输链路时延变化的影响，只适用于局部地区的小网；双端控制技术消除了传输链路时延变化的影响，可以用在相当大的区域网中。互同步系统主要有如下优点：(1)当某些传输链路或节点时钟发生故障时，网络仍然处于同步工作状态,不需要重组网络，简化了管理工作。(2)可以降低节点时钟频率稳定度的要求，
26、设备较便宜。(3)较好地适用于分布式网路。第4章 同步网 互同步系统有如下缺点：(1)稳态频率取决于起始条件、时延、增益和加权系数等，因此容易受到扰动。(2)由于系统稳态频率的不确定性，因此很难与其他同步系统兼容。(3)由于整个同步网构成一个闭路反馈系统，系统参数的变化容易引起系统性能变坏，甚至引起系统不稳定。第4章 同步网4.3.4 外时间基准同步外时间基准同步 外时间基准同步方式是指数字通信网中所有节点的时间基准依赖于该节点所能接收到的外来基准信号。通过将本地时钟信号锁定到外来时间基准信号的相位上，来达到全网定时信号的同步。这种时间基准信号的频率精度很高(大都采用铯钟)，传输路径与数字信息
27、通路无关。但是这种信号只有在外时间基准信号的覆盖区才能采用，非覆盖区就无法采用。同时，外时间基准信号还得采用专门的接收设备。目前常用的外时间基准信号是GPS(Globe Positioning System)或GLONASS(Global Navigation Satellite System)系统。本节只介绍GPS系统。第4章 同步网 1GPS系统概述系统概述 GPS(全球定位系统)是美国国防部组织建立并控制的卫星定位系统，它可以提供三维定位(经度、纬度和高度)、时间同步和频率同步，是一套覆盖全球的全方位导航系统。早期的GPS系统主要用于导航定位，主要为美国军方服务。20世纪90年代初，由于
28、GPS接收机价格低廉，不向用户收取使用费，并且能够提供高性能的频率同步和时间同步，因此，GPS开始在通信领域使用，并且随着近几年通信的迅猛发展，GPS的应用也越来越广泛。第4章 同步网 2GPS系统组成系统组成 GPS系统可以分为三部分：GPS卫星系统、地面控制系统和用户设备，如图4.5所示。1)GPS卫星系统 GPS卫星系统包括24颗卫星，分布在6个轨道上，其中3颗卫星作备用。每个轨道上平均有34颗卫星。每个轨道面相对于赤道的倾角为55，轨道平均高度为20 200 km，卫星运行周期为11小时58分。这样，全球在任何时间、任何地点至少可以看到4颗卫星，最多可以看到8颗。每颗卫星上都载有铷钟，
29、称为卫星钟，接受地面主钟的控制。第4章 同步网图4.5 GPS系统卫星监测站监测站GPS 接收机主控站地面站第4章 同步网 2)地面控制系统 地面控制系统包括1个主控站(MCS：Master Control Station)、5个监控站(MS：Monitor Station)和3个地面站(GA：Ground Antennas)。监控站分布在不同地域，能够同时检测多达11颗卫星。监控站对收集来的数据并不做过多的处理，而将原始的测试数据和相关信息送给主控站处理。主控站根据收集来的数据估算出每个卫星的位置和时间参数，并且与地面基准相比对，然后形成对卫星的指令。这些新的数据和指令被送往卫星地面站，通过
30、卫星地面站发送出去，卫星按这些新的数据和指令进行工作，并把有关数据发送给用户。在主控站中用于比对的同步基准由美国海军天文台控制，它是原子钟与协调世界时(UTC：Coordinated Universal Time)比对后的信号。这样就使卫星钟与GPS主时钟之间保持精确同步。第4章 同步网 卫星发射的信号有两种，其中每一种用不同的频率发射：L1波段：1575.42 MHz，载有民用码(C/A伪随机码)、军用码(P伪随机码)和数据信息。L2波段：1227.26 MHz，仅供军用码(P伪随机码)和数据信息使用。第4章 同步网 3)用户设备 用户设备指GPS接收机，包括天线、馈线和中央处理单元。其中中
31、央处理单元由高稳晶振和锁相环组成，它对接收信号进行处理，经过一套严密的误差校正，使输出的信号达到很高的长期稳定性。定时精度能够达到300 ns以内。在通信网中，常将GPS与铷钟配合使用，利用GPS的长稳特性，结合铷钟的短稳特性,得到准确度和稳定度都很高的同步信号。该信号可以作为基准源使用。第4章 同步网 4GPS在通信系统中的应用在通信系统中的应用 频率同步是指信号的频率跟踪到基准频率上，使其长期稳定地与基准保持一致。但不要求起始时刻保持一致。这样，基准不一定跟踪UTC，可以使用独立运行的铯钟组作为同步基准，也可以使用GPS对铯钟组进行校验，以使其保持更好的准确度。传统的电信网主要要求频率同步
32、，因此，已建成的同步网主要满足频率同步的要求。时间同步不仅要求信号的频率锁定到基准频率上，使其长期稳定地与基准保持一致，而且要求信号的起始时刻与UTC保持一致。这样，时间同步的基准必须跟踪到UTC上。第4章 同步网 在CDMA移动通信系统中，要求基站之间相对于 UTC的时刻差500 ns，由于地面传输的时延问题，时间基准不能像频率基准那样传输和分配，因此，目前不得不采用GPS技术，即在每个基站配置GPS。GLONASS系统是前苏联紧跟美国 GPS系统研究发展的卫星导航定位系统。其工作原理与GPS相似，但目前的应用没有GPS广泛。第4章 同步网4.3.5 通信楼综合定时供给系统通信楼综合定时供给
33、系统 早期的数字同步网，用数字交换机的内部时钟作为节点时钟使用。随着数字通信网的发展，通信楼内安装的数字设备的种类和数量日益增加，所需要的基准定时信号的数量和类型也增多了，同时要求的时钟性能指标也提高了，因此有必要在同步节点或通信设备较多以及通信网的重要枢纽，单独设置时钟系统，这就是通信楼综合定时供给系统(BITS)。其功能结构见图4.6。第4章 同步网图4.6 BITS系统定时信号输出定时信号输出单元时钟 A基准信号输入控制 A同步基准信号输入A侧同步时钟信号插入单元B侧被监测的信号入口同步信号监测单元时间信号日历时钟至其他单元基准信号输入控制 B同步基准信号输入相位控制时钟 B维护控制接口
34、至各单元控制及告警维护命令及控制总线告警状态第4章 同步网 1基准信号输入控制单元基准信号输入控制单元 基准信号输入控制单元应具有下列功能：(1)基准信号输入控制单元应有两个，一个为主用，一个为备用。主用发生故障时应能自动转备用，维护工作需要时，应能人工控制转备用。(2)基准信号输入口一般为4个，可按ITU-T G.703建议的要求接2048 kb/s或2.048 MHz的信号，有的可根据需要配接5 MHz或其他类型外基准信号。(3)应能对输入的基准信号预置优先顺序。第4章 同步网 (4)具有监测输入基准信号的功能，监测的项目包括信号中断、帧失步、循环冗余校验、双极性破坏、告警指示及频率偏差等
35、。(5)用“多数选择”的方法进行基准信号管理。对每个输入信号进行比较，对合格的输入信号进行多数选择。对不合格(超出预先设定的阀值)的信号从参与多数选择的信号中删除。(6)部分或全部基准信号故障时应发出告警信号，全部不可用时应使时钟进入保持方式，当输入信号恢复正常后，时钟应能重新输入基准同步。(7)通过维护控制接口可进行遥控。第4章 同步网 2时钟时钟 (1)时钟应该有主用时钟和备用时钟，故障时主用时钟应能自动转备用时钟，需要时可将主用时钟人工转备用时钟。(2)按需要设置所需级别的时钟，时钟的性能要求应符合有关的技术规范。(3)通过相位控制，在输入基准信号或时钟转换时，其输出的相位变化应不超出规
36、定的要求，并减小输入相位变化对输出相位的影响。第4章 同步网 3定时信号输出定时信号输出 (1)应能提供所需要的输出信号，并有热备用，一旦某个输出信号发生故障即转入备用。(2)如果需要，可以扩展输出信号的数量和其他类型的信号。4同步时钟信号插入单元同步时钟信号插入单元 可以用本设备的频率对输入的2048 kb/s信号进行再定时，定时后再传送。第4章 同步网 5同步信号监测单元同步信号监测单元 (1)对接入此单元的信号应对下列性能进行监视：信号丢失、帧失步、循环冗余校验、双极性破坏等。(2)对某些参数，如最大时间间隔误差(MTIE)、阿伦方差(AVAR)、时间方差(TVAR)等能进行测量，并能送
37、出监测报告。6日历时钟日历时钟 如果需要，可以产生日历码，输出日历时间信号。7维护与控制接口维护与控制接口 为了能够遥控及监测，BITS应有通信接口，能与运行支援系统(或网管系统)相连，对设备的运行状态、告警及监测结果等自动输出或按命令送出报告。第4章 同步网4.3.6 数字同步网结构数字同步网结构 利用上述基本网络同步技术，可采用下列结构组建同步网。1全同步网全同步网 在全同步方式下，同步网接受一个或几个基准时钟控制。当同步网内只有一个基准时钟时，同步网内的其他时钟就都同步到该基准时钟上，如图4.7所示。第4章 同步网图4.7 主从同步网一级时钟二级时钟二级时钟三级时钟三级时钟三级时钟三级时
38、钟第4章 同步网 在这种类型的同步网中，最高一级时钟为符合G.811规定的性能的时钟，即基准时钟,也称为一级时钟。它作为主钟为网络提供基准定时信号。该信号通过定时链路传递到全网。二级时钟是它的从钟，从与之相连的定时链路提取定时，并滤除由于传输带来的损伤，然后将基准定时信号向下级时钟传递。三级时钟从二级时钟中提取定时，这样就形成了主从全同步网结构。全同步网的另一种类型是在同步网中，存在着几个基准时钟，网络中的其他时钟接受这几个基准时钟的共同控制，典型结构如图4.8所示。第4章 同步网图4.8 多基准全同步网二级时钟三级时钟三级时钟二级时钟三级时钟三级时钟二级时钟基准时钟 1基准时钟 3基准时钟
39、2第4章 同步网 在这种结构的同步网中，存在着多个符合G.811建议的基准时钟。在基准时钟层面上，需要采用一定的方法对基准时钟进行校验，以保证基准时钟间的同步。目前，一般采用如下两种方法：(1)在所有的基准时钟上装配GPS接收机，使所有基准时钟通过GPS系统跟踪UTC，保持与UTC一致的长期频率准确度,从而达到全网同步运行的目的。(2)在基准时钟层面上，基准时钟间采用类似互同步的方法，每个基准时钟都与其他基准时钟相连，并进行对比计算，以获得一个更为准确的综合频率基准。然后去调整每个基准时钟，使网络同步运行。第4章 同步网 第二种方法比较复杂，首先要通过地面链路将基准时钟组成网络；其次要对基准时
40、钟进行长期的性能监测；然后再通过一套复杂的算法对网络进行加权计算；最后再对各个基准时钟进行控制调整。其优点是：可靠性高，自主性强，不依赖于GPS等外界手段。由于GPS的广泛应用，第一种方法被大量采用。其优点是实现方法简单，只需配备GPS接收机，并且成本低。但其缺点是可靠性低。由于GPS系统归美国政府所有，受控于美国国防部，对世界各地的GPS用户未有任何政府承诺，且用户只付了购买GPS接收机的费用，并未支付GPS系统的使用费用，因此这种方法的可靠性低、自主性差。第4章 同步网 2全准同步网全准同步网 在全准同步方式下，网内的所有时钟都独立运行，不接受其他时钟的控制。网络采用分布式结构，如图4.9
41、所示。网络内时钟没有高级和低级之分，同步网以各个时钟为中心，划分为多个独立的同步区，各时钟负责本区内设备的同步。在各个时钟之间不需要定时链路的连接，没有局间定时分配。第4章 同步网图4.9 全准同步 被同步设备BITSBITSBITSBITS第4章 同步网 全准同步网要求网内各个时钟都具有很高的准确度和稳定度，时钟具有相同的级别，以保证业务网的同步性能。因此全准同步网应用不太普遍，只有一些地域小的国家采用这种方式。当网络规模较大时，这种结构的网络不仅成本高，而且难以控制管理，网络的同步性能难以保证。第4章 同步网 3混合同步网混合同步网 在混合同步方式下，将同步网划分为若干个同步区，每个同步区
42、是一个子网，在子网内采用全同步方式，在子网间采用准同步方式，如图4.10所示。图4.10 混合同步准同步三级时钟二级时钟基准时钟三级时钟二级时钟基准时钟第4章 同步网 在每个子网中，采用主从同步方式。一般设置一个基准时钟(为了提高网络的可靠性，在一个子网内也可以设置多个基准时钟)为网络提供基准定时。各级时钟提取定时，并逐级向下传递，在各个子网间采用准同步方式。混合同步网与多基准时钟控制的全同步网的区别是：在全同步网内，各个基准时钟之间通过一定的方式(例如通过GPS跟踪UTC或各基准时钟间的比对调整)使各个基准时钟同步运行。全网具有很高的同步性能。而在混合方式下，子网与子网的基准时钟间不需要进行
43、同步，它们是独立运行的。第4章 同步网4.4 同步网的主要技术指标同步网的主要技术指标4.4.1 滑动滑动 1滑动的由来滑动的由来 图4.11是在交换局的输入端设置缓冲器的示意图。图中A局和B局的数字信号到达C局，它们的时钟信号频率分别为f a、f b和f c，并且在同一基准频率上下略有偏差。C局分别按f a、f b写缓冲器，按f c读缓冲器，当f a、f b和f c之间误差积累到一定程度时，在数字信号流中产生滑码。第4章 同步网图4.11 交换局输入端设置缓冲器示意图f a缓冲器f b缓冲器时分交换f cf c同步时钟第4章 同步网 首先以缓冲器的容量为1 bit为例来讨论滑码的产生。图4.
44、12是由于时钟频率偏差引起滑码的示意图。在图4.12(a)中，写时钟频率大于读时钟频率，这里时间轴上方是读时钟脉冲，下方是写时钟脉冲，写脉冲和读脉冲之间的时间间隔称为读写时差Td。当f af c时，读写时差随时间增加而增加。当它超过1 bit时，则产生一次漏读现象，这时将丢失这个码元(在图中的第7个码元处)，同时读写时差将产生一个跳跃。图4.12(b)是f bf c的情况，当读写时差减少至0时则产生一次重读现象，这时将增加一个码元。这种码元的丢失或增加称为滑码，滑码是一种数字网的同步损伤。第4章 同步网图4.12 缓冲器容量为1 bit时的滑码读出 f c写入 f a1 2 3 4 5 6 7
45、 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 9f af c(a)读出 f c写入 f b1234567891 2 3 4 5 6 7 7 8f bf c(b)9第4章 同步网 当缓冲器的容量为1 bit时，滑码一次丢失或增加的码元数为1 bit，这时将引起帧失步，从而造成在失步期间全部信息码元的丢失。解决的方法是扩大缓冲器的容量。图4.13是缓冲器的容量为1帧时滑码产生的情况。图4.13中，f af c，即对于缓冲器是写得快而读得慢，缓冲器存储的码元逐渐增加，当增加至一帧时，将产生一次滑码，从而丢失1帧的码元。图4.13(b)是f bf c的情况，这时滑码一次，码元将增加1帧。第4章 同步网
46、图4.13 滑帧A1 帧BCDEGHABCD EFGH1 帧帧 F 丢失(a)A1 帧BCDEABCEF1 帧帧 D 重复(b)D第4章 同步网 在实际的数字交换机中，缓冲器的容量可为1帧或大于1帧，把滑码一次丢失或增加的码元数控制为l帧。这样做的优点有二：一是减少了滑码的次数，二是由于滑码一次丢失或增加的码元数量为l帧，防止了帧失步的产生。这种滑码一次丢失或增加一个整帧的码元常称为滑帧,由于滑码一次丢失或增加的码元数是确定的，因此也常称其为受控滑码。第4章 同步网 2滑动的影响滑动的影响 滑动的影响是研究一个数字基群复用信号,因受控滑动造成数字信号成帧地丢失或重复时对各种通信业务性能的影响。
47、一般来说，滑动对不同的通信业务会产生不同的效果，信息冗余度越高的系统，滑动的影响就越小。滑码对语音的影响较小。一次滑码对于PCM基群将丢失或增加一个整帧，但对于64 kb/s的一路话音信号则丢失或增加一个取样值，这时感觉到的仅是轻微的卡嗒声。由于话音波形的相关性，因此能够有效地掩盖这种滑码的影响，对于电话而言可以允许每分钟滑码5次。第4章 同步网 对于PCM系统中的随路信令而言，滑码将造成复帧失步。复帧失步后的恢复时间一般为5ms。因此一次滑码将造成随路信号5ms的中断。对于公共信道信令，由于ITU-T No.7信号系统采用检错重发(ARQ)方式，发生滑码以后则要求发端将有关的信令重发一次，因
48、此滑码将使呼叫接续的速度变慢，而不致造成接续的错误。对于64 kb/s及中速的数据，滑码造成丢失或增加的数据可以为检错程序所发现，并要求前一级将此数据重发，虽然不会发生错误，但延迟了信息传送时间，降低了电路利用率。如果要求无效时间小于1%5%，则每小时可以允许滑码发生l7次。第4章 同步网 3滑码率的计算滑码率的计算 数字网中滑动产生的传输损伤可用滑动速率来表示，也就是单位时间内滑动的次数。当读写时差Td大于NT0(N为滑码一次增加或丢失的码元数，T0是码元周期)或者小于0时就产生滑码，因此滑码速率也就是读写时差超过门限值的速率。设f 表示基准时钟频率，f表示时钟频率与基准频率之间的偏差，则f
49、/f是节点时钟频率的相对误差，2f/f是两个节点之间的最大频率相对误差，读写时差等于频率相对误差与时间的乘积。因此，两次滑码之间的时间间隔Ts可以表示为|f/f|2NTTs0f|f/f|2N 第4章 同步网因此滑码速率Rs可以表示为式中Fs为帧频。假设两个时钟的相对频差为110-11，滑码一次增加或丢失的码元数为256 bit，对2048 kb/s的基群码流，最大可能的滑码速率为Rs=2 f/fFs=1/6 250 000 s=1/72.34天Nf|f/f|2Rs Fs|f/f|2 第4章 同步网4.4.2 抖动和漂移抖动和漂移 同步网定时性能的一项重要指标为抖动和漂移。数字信号的抖动定义为数
50、字信号的有效瞬间在时间上偏离其理想位置的短期变化，而数字信号的漂移定义为数字信号的有效瞬间在时间上偏离其理想位置的长期变化，因此抖动和漂移具有同样性质，即从频率角度衡量定时信号的变化，通常把往复变化频率超过10 Hz的称为抖动，而将小于10 Hz的相位变化称为漂移。第4章 同步网 在实际系统中，数字信号的抖动和漂移受外界环境和传输的影响，也受时钟自身老化和噪声的影响，一般在节点设备中对抖动具有良好的过滤功能，但是漂移是非常难以滤除的。漂移产生源主要包括时钟、传输媒介及再生器等，随着传递距离的增加，漂移将不断累积。ITU-T建议G.823规定了“基于2048 kb/s”系列的数字网中抖动和漂移的
