1、第3章 支撑网络 3.1 信令网 3.2 同步网 3.3 电信管理网 第第3 3章章 支撑网络支撑网络 第3章 支撑网络 3.1.1 信令的基本概念信令的基本概念信令是终端和交换机之间以及交换机和交换机之间传递的一种信息，这种信息可以指导终端、交换系统、传输系统协同运行，在指定的终端间建立和拆除临时的通信通道，并维护网络本身的正常运行。传送信令要遵守一定的规约和规定，这些规约和规定就是信令方式。它包括具体信令的结构形式、信令在多段路由上的传送方式及控制方式等。信令系统是指为了完成特定的信令方式所使用的通信设备的集合。以最简单的局间电话通信为例，其基本信令流程如图3.1所示。3.1 3.1 信信
2、 令令 网网第3章 支撑网络 图3.1 局间电话信令流程第3章 支撑网络(1)当用户摘机时，用户摘机信号送到发端交换机。(2)发端交换机收到用户摘机信号后，立即向主叫用户送出拨号音。(3)主叫用户拨号，将被叫用户号码送给发端交换机。(4)发端交换机根据被叫号码选择局向及中继线，发端交换机在选好的中继线上向收端交换机发送占用信号，并把被叫用户号码送给收端交换机。第3章 支撑网络(5)收端交换机根据被叫号码，将呼叫连接到被叫用户，向被叫用户发送振铃信号，并向主叫用户送回铃音。(6)当被叫用户摘机应答时，收端交换机收到应答信号，收端交换机将应答信号转发给发端交换机。(7)用户双方进入通话状态，这时线
3、路上传送语音信号。(8)话终挂机复原，传送拆线信号。(9)收端交换机拆线后，回送一个拆线证实信号，一切设备复原。第3章 支撑网络 3.1.2 信令的分类信令的分类1按工作区域划分按工作区域划分信令按工作区域可分为用户线信令和局间信令。用户线信令是在用户终端与交换机之间的用户线上传送的信令，对于常见的模拟用户线，用户线信令包括用户状态信令、选择信令和各种可闻音信令。用户线状态信令是指用户摘机、应答、拆线等信号；选择信令又称地址信令，是指主叫用户发出的被叫用户号码；各种可闻音信令是由交换机发送给用户的，包括振铃信号、回铃音、拨号音和催挂音等。局间信令是在交换机与交换机之间的中继线上传送的信令。第3
4、章 支撑网络 2按使用信道划分按使用信道划分信令按使用信道可分为随路信令和公共信道信令。随路信令方式就是指在所接续的话路中传递各种所需的功能信号的信令方式。具体地说，随路信令方式就是在所接续的话路中传递两局间所需的占线、应答、拆线等监视信令及控制接续的选择信令和证实信令等。我国自行制定的中国No.1信令就是随路信令。它把话路所需要的各种控制信号(如占线、应答、拆线、拨号等)由该话路本身或与之有固定联系的一条信令通路来传递，即用同一通路传送语音信息和与其相应的信令。第3章 支撑网络 公共信道信令是指在电话网中各交换局的处理机之间用一条专门的数据通路来传送信令信息的一种信令方式。我国目前使用的No
5、.7信令就是公共信道信令。3按信令功能划分按信令功能划分信令按信令功能可分为管理信令、线路信令和路由信令。管理信令用于信令网的管理；线路信令是用于表示线路状态的信号；路由信令是指被叫用户地址信号。第3章 支撑网络 3.1.3 信令方式信令方式1编码方式编码方式信令有未编码方式和已编码方式两种。未编码方式的信令可按脉冲幅度的不同、脉冲持续时间的不同、脉冲数量的不同来进行区分。它在过去的模拟电话网上的随路信令系统中使用，由于编码容量小、传输速度慢等缺点，目前已不再使用。第3章 支撑网络 已编码方式有以下几种形式：(1)模拟编码方式：包括起止式单频编码、双频二进制编码和多频编码方式，其中使用最多的是
6、多频编码方式。以我国No.1记发器信令为例，它的前向信令就设置了6种频率，每次取出两个同时发出，表示一种信令，共有15种编码。多频编码方式的特点是编码较多、有自检能力、可靠性较好等，曾被广泛地使用于随路信令系统中。第3章 支撑网络(2)二进制编码方式：典型的代表是数字型线路信令，它使用4bit二进制编码来表示线路的状态信息。(3)信令单元方式：其实就是不定长分组形式，用经二进制编码的若干字节构成的信令单元来表示各种信令。该方式编码容量大、传输速度快、可靠性高、可扩充性强，是目前的各类公共信道信令系统广泛采用的方式，其典型代表是No.7信令系统。第3章 支撑网络 2传送方式传送方式1)端到端方式
7、端到端的信令传送方式如图3.2所示，发端局的收号器收到用户发来的全部号码后，由发端局发号器发送第一转接局所需的长途区号(图中用ABC表示)，并完成到第一转接局的接续；第一转接局根据收到的长途区号，完成到第二转接局的接续，再由发端发号器向第二转接局发送ABC，第二转接局根据ABC找到收端局，完成到收端局的接续；此时发端局向收端局发送用户号码(图中用XXXX表示)，建立发端到收端的接续。端到端的特点是：发码速度快，拨号后等待时间短，但要求全程采用同样的信令系统，并且发端信令设备连接建立期间占用周期长。第3章 支撑网络 图3.2 端到端的信令传送方式第3章 支撑网络 2)逐段转发方式逐段转发的信令传
8、送方式如图3.3所示，信令逐段进行接收和转发，全部被叫号码由每一个转接局全部接收，并依次逐段转发出去。逐段转发的特点是：对链路质量要求不高，在每一段链路上的信令形式可以不一样，但其信令的传输速度慢，连接建立的时间比端到端方式慢。第3章 支撑网络 图3.3 逐段转发的信令传送方式第3章 支撑网络 3)混合方式实际应用中，常将上述两种方式结合起来混合使用。如在中国No.1信令中，可根据链路的质量，在劣质链路上采用逐段转发方式，在优质链路上采用端到端方式。目前的No.7信令系统中，主要采用逐段转发的信令传送方式，但也支持端到端的信令传送方式。第3章 支撑网络 3控制方式控制方式控制方式指控制信令发送
9、过程的方式，主要有以下三种：(1)非互控方式：发端连续向收端发送信令，而不必等待收端的证实信号。该方法控制机制简单，发码速度快，适用于误码率很低的数字信道。(2)半互控方式：发端向收端发送一个或一组信令后，必须等待收到收端回送的证实信号后，才能接着发送下一个信号。半互控方式中前向信令的发送受控于后向证实信令。第3章 支撑网络(3)全互控方式：该方式发端连续发送一个前向信令，且不能自动中断，直到收到收端发来的后向证实信令，才停止该前向信令的发送，收端后向证实信令的发送也是连续且不能自动中断的，直到发端停发前向信令，才能停发该证实信令。这种不间断的连续互控方式抗干扰能力强，可靠性好，但设备复杂，发
10、码速度慢，主要用于过去传输质量差的模拟电路，目前在公共信道方式中已不再使用。第3章 支撑网络 3.1.4 No.7信令系统信令系统我国在20世纪80年代中期开始了对No.7信令系统的研究、实施和应用。1990年原邮电部正式发布了以ITU-T蓝皮书建议为基础、结合我国电话网具体情况而制定的中国国内电话网No.7信令方式技术规范(暂行规定)，1993年12月发布了No.7信令网技术体制(暂行规定)，1994年5月又正式发布了中国国内电话网No.7信令方式测试规范和验收方法(暂行规定)。随着具有程控交换机的数字通信网的建立，我国No.7信令系统公共信道的应用显得越来越重要。可以将所有的No.7信令系
11、统公共信道组成一个网络，称之为信令网。No.7信令网是现代通信网一个十分重要的支撑网。第3章 支撑网络 1No.7信令系统的特点信令系统的特点No.7信令系统具有以下特点：(1)最适合采用64kb/s的数字信道，也适合模拟信道和较低速率下的工作。(2)具有多功能的模块化系统，可灵活地使用其整个系统功能的一部分或几部分，组成需要的信令网络。(3)具有高可靠性，能提供可靠的方法，保证信令按正确的顺序传递而又不致丢失和重复。(4)具有完善的信令网管理功能。(5)采用不定长消息信令单元的形式，以分组传送和明确标记的寻址方式传送信令消息。第3章 支撑网络 2No.7信令系统的结构信令系统的结构No.7信
12、令系统的基本功能结构如图3.4所示。No.7信令系统从功能上可以分为公用的消息传递部分(MTP)和适合不同用户的独立的用户部分(UP)。消息传递部分的功能是作为一个公共传递系统，在相对应的两个用户部分之间可靠地传递信令消息，只负责传递，并不处理。用户部分使用消息传递具有部分传送能力的功能实体，包括电话用户部分(TUP)和综合业务数字网用户部分(ISUP)。第3章 支撑网络 图3.4 No.7信令系统的基本功能结构第3章 支撑网络 No.7信令系统在开始发展时，主要考虑的是在数字电话网和采用电路交换方式的数据通信网中传送各种与电路有关的控制信息，因此只提出四个功能级的要求。随着综合业务数字网(I
13、SDN)和智能网(IN)的发展，不仅需要传送与电路接续有关的消息，而且需要传送与电路无关的端到端的信息，原来的四级结构不能满足要求，因此，要对No.7信令功能级结构做些调整。调整后的No.7信令结构对四个功能级以及与OSI七层模型的关系都提出了要求，如图3.4所示。与原四级结构相比，调整后增加了SCCP和TCAP。第3章 支撑网络 1)消息传递部分(MTP)MTP分为以下三个功能级：第一级为信号数据链路功能级，该功能级规定了信令数据链路的物理、电气功能和特性，确定物理层与数据链路连接的方法。第二级为信号链路功能级，该功能级规定了在一条信令链路上的消息传递以及与传递有关的功能和程序。第二级和第一
14、级的信令数据链路，一同为在两点间进行信令消息的可靠传递提供了信令链路。第三级为信号处理和信令网管理功能级，该功能级原则上定义了传送消息所使用的消息识别、分配、路由选择以及在正常或异常情况下信令网管理调度的功能和程序。第3章 支撑网络 2)电话用户部分(TUP)TUP是ITU-T最早研究提出的用户部分之一。它规定了电话通信呼叫接续处理中所需的各种信令信息格式、编码及功能程序，主要是针对国际电话网的应用，但也适合于国内电话网的使用。TUP将根据发端交换局呼叫接续处理要求，产生所需的消息信令并经 MTP部分传送给接收端局；同时还接收由MTP部分传送过来的到达本端局的各种消息，分析处理后通知话路部分做
15、出相应的处理。第3章 支撑网络 常用TUP有如下信令消息：(1)初始地址消息(Initial Address Message，IAM)即前向信令，是为建立呼叫发出的第一个消息，消息中含有下一个交换局为建立呼叫、确定路由所需的全部或部分地址信息。(2)带附加信息的初始地址消息(Initial Address message with addition Information，IAI)是为建立呼叫发出的第一个前向信令，除含有下一个交换局为建立呼叫、确定路由所需的全部或部分地址信息外，还附加主叫用户的信息。第3章 支撑网络(3)后续地址消息(Subsequent Address Message，SA
16、M)即前向信令，是在IAM后发送的地址消息，用来传送剩余被叫电话号码。(4)地址全消息(Address Complete Message，ACM)是后向信令，表示接收端局已收到全呼叫至被叫用户所需的信息，消息中还可以含有被叫空闲和计费等附加信息。(5)应答信令(ANswer signal Charge，ANC)是后向信令，表示被叫摘机应答，并且是计费应答。(6)前向拆线信令(CLear Forward，CLF)是发端局发出的前向释放电路信令。(7)释放监护信令(ReLease Guard，RLG)是收端局对CLF的响应。收端局收到CLF后立即释放话路，并发出RLG。第3章 支撑网络 3信令连接
17、控制部分信令连接控制部分(SCCP)SCCP的主要目标是要适配上层应用需求与MTP-3提供的服务之间不匹配的问题。MTP存在如下缺陷：(1)MTP只使用目的信令点编码(Destination Point Code，DPC)进行寻址，DPC的编码在一个信令网内有效，不能进行网间直接寻址。(2)MTP最多只支持16个用户部分，不能满足日益增多的新业务的需求。(3)MTP只能以逐段转发的方式传递信令，不支持端到端的信令传递。(4)MTP不能传递与电路无关的信令，不支持面向连接的信令业务。第3章 支撑网络 SCCP为MTP提供附加的寻址和选路功能，以便通过No.7信令网在电信网中的交换局和专用中心之间
18、传递电路相关和非电路相关的信令信息或其他类型的信息，以及建立无连接和面向连接的信令业务(如用于管理和维护目的等)。SCCP的功能和过程由消息传递部分传递。第3章 支撑网络 4综合业务数字网用户部分综合业务数字网用户部分(ISUP)ISUP是在ISDN环境中，提供语音或非语音(如数据)交换所需的功能和程序。它定义了在N-ISDN或数字电话网上建立、释放、监视一个语音呼叫及数据呼叫所需的信令消息和协议，以支持基本的承载业务和补充业务，包括全部TUP所实现的功能。因此采用ISDN用户部分后，TUP部分就可以不用，而由ISUP来承担。此外ISUP还具有支持非话呼叫和先进的ISDN业务所要求的附加功能。
19、因此，ISUP具有广阔的应用前景。第3章 支撑网络 5事务处理能力应用部分事务处理能力应用部分(TCAP)随着移动通信技术和智能网技术的引入，电信网日趋复杂，网络中建立了许多独立于交换系统的数据库。对数据库的操作要求满足原子特性，即要么操作成功，要么操作失败，且失败操作不能改变数据库的状态。第3章 支撑网络 事务处理能力(TC)是指网络中分散的一系列应用在相互通信时采用的一组规约和功能，它为访问网络中的数据库提供标准接口，是目前电信网提供智能网业务、支持移动通信和信令网的运行管理及维护等功能的基础。目前研究出来的TC用户有操作、维护和管理部分(OMAP)，移动应用部分(MAP)和智能网应用部分
20、(INAP)。三部分分别定义了支持信令网管理的信令和协议，支持移动业务的信令和协议，支持智能网业务的信令和协议。第3章 支撑网络 TCAP具有管理事务处理的能力，这一能力是通过标准的对话过程实现的。OMAP、MAP等都利用TCAP来转移与应用有关的事务处理，如在运行管理中心和交换局之间收发运行管理数据，对移动电话设备的位置进行登记等。当传送数据业务量较小而实时性很强的信息(例如对业务控制点的询问)时宜采用SCCP无连接服务，当信息的数据量很大但无实时性要求(如传递与业务量有关的统计数据和文件)时宜采用SCCP面向连接服务。第3章 支撑网络 图3.4中，MTP的第1级完成OSI第1层物理层的功能
21、，第2级完成OSI第2层数据链路层的功能，第3级信令网功能级和SCCP一起完成OSI第3层网络层功能。TC完成OSI第47层的功能，其中TCAP完成第7层应用层功能，中间业务部分ISP完成第46层(表示层、对话层、运输层)的功能，这部分协议ITU-T还在研究之中。第3章 支撑网络 3.1.5 No.7信令网信令网1No.7信令网的组成信令网的组成No.7信令网是指一个专门用于传送No.7信令消息的数据网，它由信令点(SP)、信令转接点(STP)以及连接它们的信令链路组成。通信网中提供No.7信令功能的节点称为信令点(SP)，信令点是No.7信令消息的起源点和目的地点。信令转接点(STP)是在信
22、令网中将No.7信令消息从一个信令点转接到另一个信令点的信令消息转发功能节点。信令转接点(STP)又可以分成独立型和综合型，综合型既完成SP功能也完成STP功能。信令链路是指连接各个信令点，传送No.7信令消息的物理链路，由信令数据链路和信令终端组成。第3章 支撑网络 2信令工作方式信令工作方式虽然信令网是一个与业务网相对独立的网络，但它终究是为业务网服务的。在一次电话呼叫接续中，话路所经过的每一交换局都有相应的信令点或信令转接点通过信令链路传送相应的信令信息并控制交换局的动作。按照通话电路与信令链路的关系，信令工作方式可分为对应工作方式(也叫直联方式)和准对应工作方式(也叫准直联方式)。图3
23、.5中交换局的设备分为两个逻辑实体，即交换网络和信令部分。连接交换网络的是一组电路，其上传递的是业务信息；连接信令部分的是信令链路，其上传递的是为业务通道建路和拆路的信令。两个交换局间如果有通信的可能性，就称它们具有信令关系。第3章 支撑网络 图3.5 信令工作方式(a)对应方式；(b)准对应方式第3章 支撑网络 1)对应工作方式两个相邻信令点之间对应某信令关系的信令消息通过直接连接那些信令点的链路传送，这种工作方式称为对应工作方式。在这种工作方式下，两个交换局的信令消息通过一段直达的公共信道信令链路来传送，而且该信令链路是专为连接两个交换局的电路群服务的，如图3.5(a)所示。第3章 支撑网
24、络 2)准对应工作方式在准对应工作方式下，两个交换局之间的信令消息通过两段或两段以上串联的信令链路传送，并且只允许通过预先确定的路径和信令转接点，如图3.5(b)所示。由图3.5(b)可见，在准对应工作方式下，SP1和SP2间的信令消息是通过 STP转接的，而不是通过直达信令链路传送的。信令网采用哪种信令方式，要依据信令网和话路网的实际情况来确定。当局间的话路群足够大，从经济上考虑合理时，可以采用对应工作方式设置直达的信令链路；当两个交换局之间的话路群较少，设置直达信令链路经济上不合理时，则可以采用准对应工作方式。第3章 支撑网络 3信令网的结构信令网的结构1)信令网的分类按网络结构的等级，信
25、令网可分为无级信令网和分级信令网两类。无级信令网是未引入信令转接点的信令网。在无级网中信令点间都采用直联方式，所有的信令点均处于同一等级。按照拓扑结构无级信令网有直线型、环状、格状、蜂窝状、网状网等几种结构类型。无级信令网适合地理覆盖范围小、交换局少的国家或地区使用。第3章 支撑网络 分级信令网是引入信令转接点的信令网。按照需要可以分成二级信令网和三级信令网(最多三级)。二级信令网是采用一级信令转接点的信令网；三级信令网是具有二级信令转接点的信令网。分级信令网的一个重要特点是每个信令点发出的信令消息一般需要经过一级或n级信令转接点的转接。只有当信令点之间的信令业务量足够大时，才设置直达信令链路
26、，以便使信令消息快速传递并减少信令转接点的负荷。第3章 支撑网络 分级信令网具有容纳信令点多、增加信令点容易、信令路由多、容量大的特点。分级信令网适合地理覆盖范围大的国家使用。对地理覆盖范围较大的本地网，可以使用二级信令网来满足大容量信令网的要求。第3章 支撑网络 2)我国信令网的基本结构我国地域广阔、交换局多，根据我国网络的实际情况，确定信令网采用三级结构。第一级是信令网的最高级，称为高级信令转接点(HSTP)；第二级是低级信令转接点(LSTP)；第三级为信令点(SP)。我国No.7信令网的三级结构如图3.6所示。第3章 支撑网络 图3.6 我国No.7信令网的三级结构第3章 支撑网络 第一
27、级HSTP设在各省、自治区及直辖市，成对设置，负责转接它所汇接的第二级LSTP和第三级 SP的信令消息。第二级LSTP设在地级市，成对设置，负责转接它所汇接的第三级SP的信令消息。第三级 SP是信令网传送各种信令消息的源点或目的地点，各级交换局、运营维护中心、网管中心和单独设置的数据库均分配一个信令点编码。第3章 支撑网络 第一级HSTP间采用AB平面连接方式，它是网状连接方式的简化形式，如图3.7所示。A平面和B平面内部各个HSTP网状相连，A平面和B平面间成对的HSTP相连。在正常情况下，同一平面内的STP间连接不经过STP转接，只是在故障的情况下需要经由不同平面间的STP连接时，才经过S
28、TP转接。这种连接方式对于第一水平级需要较多STP的信令网，是比较节省的链路连接方式。但是由于两个平面间的连接比较弱，因而从第一水平级的整体来说，可靠性比网状连接时略有降低，但只要采取一定的冗余措施，也是完全可以的。第3章 支撑网络 图3.7 AB平面第3章 支撑网络 第二级LSTP至LSTP和未采用二级信令网的中心城市本地网中的第三级SP至LSTP间的连接方式采用分区固定连接方式。大、中城市两级本地信令网的 SP至 LSTP可采用按信令业务量大小连接的自由连接方式，也可采用分区固定连接方式。分区固定连接方式是指本信令区内的信令点必须连接至本信令区的两个信令转接点，采用准直联工作方式。在工作中
29、，本信令区内一个信令转接点故障时，它的信令业务负荷全部倒换至本信令区内的另一个信令转接点。如果出现两个信令转接点同时故障，则会全部中断该信令区的业务。第3章 支撑网络 自由连接方式是随机地按信令业务量大小自由连接的方式。其特点是本信令区内的信令点可以根据它至各个信令点的业务量大小自由连至两个信令转接点(本信令区的或另外信令区的)。按照这种连接方式，两个信令区间的信令点可以只经过一个信令转接点转接。另外，当信令区内的一个信令转接点发生故障时，它的信令业务负荷可能均匀地分配到多个信令转接点上，即使两个信令转接点同时发生故障，也不会全部中断该信令区的信令业务。第3章 支撑网络 自由连接方式比固定连接
30、方式无论在信令网的设计方面，还是信令网的管理方面都要复杂得多。但自由连接方式确实大大地提高了信令网的可靠性，特别是近年来随着信令技术的发展，上述的技术问题也逐步得到解决，因而不少国家在组建本国信令网时，大多采用了自由连接方式。第3章 支撑网络 4信令网与电话网的关系信令网与电话网的关系1)信令网与电话网的对应关系目前我国电话网等级为二级长途网(由C1和C2组成)加本地网，考虑到信令连接中转接次数、信令转接点的负荷以及可以容纳的信令点数量，结合我国信令区的划分和整个信令网的管理，HSTP设置在DC1(省)级交换中心的所在地，汇接DC1间的信令。LSTP设置在DC2(市)级交换中心所在地，汇接DC
31、2和端局信令。端局、DC1和DC2均分配一个信令点编码，如图3.8所示。第3章 支撑网络 图3.8 信令网与三级电话网的对应关系第3章 支撑网络 2)信令传送举例一次长途电话呼叫，局间采用No.7信令控制呼叫接续。主叫用户与被叫用户的连接见图3.9(a)。图中主叫与被叫间语音电路由abcde串接组成。发端局、两个长途局和收端局均分配一个信令点编码，发端局与长途1局间的信令经SP1STP1STP2SP2传送，目的是建立电路b的连接；长途1局和长途2局间的信令经SP2STP2STP3SP3传送，以建立电路c的连接；长途2局与收端局间的信令经SP3STP3SP4传送，以建立电路d的连接。发端局与长途
32、1局间呼叫信令流程见图3.9(b)。第3章 支撑网络 图3.9 呼叫连接和信令流程第3章 支撑网络(1)SP1将收到的部分被叫用户号码和转译出的主叫用户号码封装成IAI消息，经STP1和STP2送给SP2；长途1局取出主叫号码，本次通话费用记在该用户名下。(2)SP1将剩余的被叫号码封装在SAM中，沿与(1)同样的信令链路，依次转发至SP2。(3)至此，长途1局接收全被叫号码，并一直转送到收端局。收端局分析被叫，若被叫用户空闲，就送出ACM，中间局将该信令依次转送到SP2，SP2将ACM经STP2和STP1送到SP1。第3章 支撑网络(4)通过(1)(3)步，发端局到长途1局的语音电路b已建立
33、。其他各局间话路建立过程相同。当发端局到收端局的a、b、c、d、e各段电路均已建立时，收端局就用abcde串接电路向主叫用户送回铃音，控制向被叫用户振铃。(5)被叫摘机应答，收端局(SP4)将ANC依次送到SP1，主、被叫用户用abcde串接电路通话，长途1局开始计费。(6)通话完毕主叫用户先挂机，SP1送CLF到SP2，通知长途1局主叫已结束呼叫。长途1局停止计费并拆除话路b。长途1局拆除话路后，SP2向SP1送RLG，证实话路b已拆除。其他各段话路的拆除方法相同。第3章 支撑网络 3.2.1 同步网概述同步网概述1时钟同步网时钟同步网数字网中，在数字信号的接收、复用和交换过程中都要求实现同
34、步，同步是保证通信质量的重要的一个方面。同步是指通信双方的定时信号符合一定的时间关系，它又可以分为位同步、帧同步和网同步。3.2 3.2 同同 步步 网网第3章 支撑网络 位同步是指通信双方的位定时脉冲信号频率相等且符合一定的相位关系。在数字传输设备中需要对接收到的信号进行判决，在程控交换机中需要进行时隙交换，在复用设备中，需要把低速率的数字信号复用成较高速率的群路信号。在这些信号的接收、交换和复用过程中，位同步是保证这些过程顺利进行的前提。如果通信双方的位定时信号偏差较大，在接收过程中会造成判决时刻相对于理想时刻的偏离，从而导致误码的增加。在交换过程中，缓冲存储器把时钟的相位偏差转换成滑码，
35、从而造成码元的增加和减少。在复用过程中时钟频率的不一致会造成码元的重叠。由此可见，在数字通信设备中，位同步是保证通信质量的关键。第3章 支撑网络 帧同步是指通信双方的帧定时信号的频率相同且保持一定的相位关系。帧同步的作用是在同步复用的情况下，能够正确地区分每一帧的起始位置，从而确定各路信号的相应位置并正确地把它们区分开来。帧同步是通过在信码中插入帧同步码来实现的，帧同步码组是一组特定的码组，接收端利用检测电路来检测这一特定的码组并以此作为基准信号来控制本地的定时产生系统，使得接收设备的帧定位信号和接收信号的帧定位信号保持一致，即在时间轴上对齐，从而实现帧同步。在数字一次群中，在每一帧的TS16
36、中传送信令，在16帧中传送30路的线路信令，从而每16帧形成一个复帧，通过插入复帧同步码来实现复帧同步。第3章 支撑网络 帧同步是以位同步为基础的，只有在位同步的情况下，才能使得接收信号帧和接收设备帧的持续时间是相等的，才有可能实现帧同步。网同步是指网络中各个节点的时钟信号的频率相等，也就是多个节点之间的时钟同步，从而也可以在各个节点实现帧同步。随着通信网的发展，在网络中运行的设备的种类逐渐增加，除了原来的程控交换机以外，还增加了SDH传输设备、数字交叉连接设备、DDN设备、No.7信令网设备，数字信号以更高的速率交换和传输，时钟信号的相位偏移所造成的影响日益明显和严重，对于各个节点之间时钟信
37、号的同步需求也就越加迫切。第3章 支撑网络 实现网同步的方法有准同步、互同步和主从同步。主从同步是目前得到广泛应用的方法，即建立同步网，在交换局设立一高精度的基准时钟，通过传输链路把此基准时钟信号送到网中的各从节点，各从节点利用锁相环把本地时钟频率锁定在基准时钟频率上，从而实现网内各节点之间的时钟信号同步，如图3.10所示。第3章 支撑网络 图3.10 主从同步网及定时分配第3章 支撑网络 2时间同步网时间同步网随着通信技术的飞速发展，电信网越来越庞大和复杂。整个电信网中业务和功能网络之间都有着千丝万缕的联系，交换着各种信息。许多功能(如计费、维护等)都是时间要求相当精确的，这就要求这些业务和
38、功能网络之间传递消息，以及网络中设备之间能在时间上保持高度一致。然而，过去网络中各设备为了保持时间的一致性，基本上都是独立手工地修正设备的软硬件时间，由于修改时参照的时间基准不同，使得整个网络在时间上无法同步。第3章 支撑网络 时间同步是指交换机、数据等硬件时钟(设备硬件时间值)与国家标准时钟或格林威治时间一致，并以标准、准确、直观的形式呈现于维护人员，即通信网中有时间标记需求的各网元时钟使用同一个时间参照体系(UTC)，使网元的内部时间保持高度一致。由于电信网自身无法提供UTC，为了使电信网中各网元都能获得UTC，需专门建立一个网络，或利用公众IP网上开展增值业务为各网元提供UTC，该网络便
39、称为时间同步网。独立的时间同步网如图3.11所示。第3章 支撑网络 图3.11 独立的时间同步网第3章 支撑网络 3.2.2 时钟同步网时钟同步网数字时钟同步网由节点时钟设备和定时链路组成，并根据网络的同步方式和节点时钟之间的同步方法形成网络结构。节点时钟设备包括独立型定时供给单元和混合型定时供给单元。定时链路用来承载定时信号和同步信号，定时链路包括专业定时链路和业务线，在专线上只承载定时信号和同步信息；在业务线上，定时信号和同步信息与业务信号一起传送，不占用专门信道。第3章 支撑网络 时钟同步网的结构主要取决于同步网的规模、网络中定时分配方式和时钟的同步方法。在通信网内，同步网一般可以采用：
40、全同步方式，整个网络运行于同步状态；全准同步方式，整个网络运行于准同步状态；混合同步方式，网络划分为若干子网，在子网间采用准同步方式，在子网内采用全同步方式。在同步网内，节点时钟间有两种同步方法：主从同步方法和互同步方法。目前我国同步网中同一子网节点之间主要采用主从同步方法。第3章 支撑网络 1时钟同步网的技术指标和要求时钟同步网的技术指标和要求时钟同步网中，无论是基准时钟节点(包括铯钟和GPS接收装置)，还是从时钟节点，首先必须保证节点的定时特性，才能保证全网的同步。下面从时钟信号本身、基准时钟和从节点时钟三个方面讨论技术指标和要求。1)时钟信号本身的物理量(1)抖动。抖动是指数字信号相对于
41、其理想位置的瞬时偏离。瞬时的含义是指相位振荡频率大于或等于10Hz，这意味着对抖动应通过等效单极点高通滤波器(其极点频率为10Hz)进行测量。第3章 支撑网络(2)时钟的准确度和稳定度。时钟的准确度是衡量时钟信号相对于理想值长期偏离的一个技术指标，可以用下式表示：准确度(3)频率漂移率。频率漂移率是指时钟准确度在单位时间内的变化量，使用最小二乘法处理一组在不同时刻测得的频率值，可以计算出频率漂移率。(4)平均频率偏差。平均频率偏差是指两台频标在取样时间之内频率偏差的平均值。ddfff 第3章 支撑网络 2)基准时钟定时特性要求基准时钟特性是实现网同步的基础，ITU-T在G.811中对其特性作了
42、相应规定。(1)频率准确度。在实际各种运行条件下，对于大于7天连续观测时间内，频率准确度优于110-11。(2)噪声要求。基准时钟的噪声产生表示在其输出口产生的相位噪声量，其产生又分为漂移产生和抖动产生两类。可以用最大时间间隔误差MTIE和时间方差TDEV，对噪声产生性能进行测量。第3章 支撑网络(3)相位不连续性。在基准时钟输出接口(2048kHz或2048kb/s)，由于时钟内部操作而引起的任何相位不连续性都不应超过1/8 UI。(4)输出接口。规定基准时钟的定时基准输出接口为2048kHz和2048kb/s两种。这两种接口均应符合G.703的要求。接口的抖动和漂移应符合上述要求。第3章
43、支撑网络 3)从节点时钟定时特性要求从节点的时钟相位锁定于从上一级节点传送过来的定时信号上。从节点时钟包括二级节点时钟和三级节点时钟，可以由铷钟或晶体钟构成。(1)频率准确度。时钟跟踪基准参考频率30天后，断开基准参考信号，在其后一年内，测得的频率准确度满足表3.1的要求。第3章 支撑网络 表表3.1 频率准确度的要求频率准确度的要求第3章 支撑网络(2)牵引入和保持入范围。二级节点和三级节点时钟牵引入/保持入范围符合表3.2的要求。表表3.2 节点时钟牵引入和保持入范围节点时钟牵引入和保持入范围第3章 支撑网络(3)噪声产生。当时钟跟踪于一个理想参考信号或进入保持状态时，在时钟输出口上测量的
44、相位噪声总量，包括漂移和抖动产生的噪声。(4)噪声容限。噪声容限表示从钟输入口能接受的最大相位噪声幅度的最低门限。时钟维持在特定的性能门限内，不引起参考倒换，不使时钟进入保持等。(5)噪声传递特性。当输入接口有相位噪声时，经过时钟对这些噪声的抑制作用，在时钟输出口上的相位噪声得到衰减。时钟的这种性能称为噪声传递特性，用噪声传递函数表示。第3章 支撑网络(6)相位瞬变和保持性能。当外参考信号发生故障，例如受到干扰和传输失效时，时钟输出信号会发生相位变化。短期的相位变化指标称为相位瞬变；长期的相位变化指标称为保持性能。(7)相位不连续性。由于时钟的内部测试或系统管理重组，引起的时钟输出信号相位变化
45、称为相位不连续性。在ITU-T建议G.812中，对上述指标要求均有规定。(8)接口。一般二级节点时钟和三级节点时钟都能提供2.048MHz和2.048Mb/s的接口。第3章 支撑网络 2网同步技术网同步技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3.12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3章 支撑网络 图3.12 同步概念示意图(a)准同步；(b)主从(单端，单向)
46、；(c)时间基准(双端，单向)；(d)外部基准(单向)；(e)单端控制(双向)；(f)双端控制第3章 支撑网络 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3.12(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进行，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
47、，如图3.12(e)、(f)所示。第3章 支撑网络(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3.12(b)的主从同步必然是单端的，图3.12(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3.12(c)、(f)所示。图中除时钟信号传送线外，多了一条
48、控制信号的传送线。第3章 支撑网络 1)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，节点时钟从属于主节点时钟，如图3.13所示。与图3.12(b)的简单星形网方式相比，图3.13是一个由两级星形网组成的树形网。主从同步方式的定时基准由树形结构传输链路来传送。第3章 支撑网络 图3.13 主从同步方式第3章 支撑网络 主从同步方式的
49、优点主要如下：(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，特别适用于星形网或树形网。第3章 支撑网络 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。(2)一旦主节点基准时钟和传输链路发生故障，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
50、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。第3章 支撑网络 2)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。目前常用的外时间基准信号是GPS(Globe Positioning System，全球定位系统)。GPS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。第3章 支撑网络 3)通信楼综合定时供给
