同步网.ppt

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1、第4章 同步网,4.1 概述 4.2 网同步设备和定时分配链路 4.3 网同步技术 4.4 同步网的主要技术指标 4.5 我国的同步网 思考题,4.1 概 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，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。,数字通信中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

2、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，所以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网同步。,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。,(2) 复用同步：进行复用的各个支路信号，来自不同的地点，可能具有不同的相位，不同的速率。为了使这些支路信号在群路信道上正确地进行合路，要求它们在群路信道上能同步运行。

3、这种复用同步是线路上传输所必需的。 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

4、复用中。,(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。,4.2 网同步设备和定时分配链路,4.2.1 节点时钟设备 节点时钟设备主要包括独立型定时供给设备和混合型定时供给设备。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

5、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。,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

6、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。,4.2.2 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，从BITS到被同步设备之间的连线采用2 Mb/s或2 MHz的

7、专线。,图4.1 局内定时设备,这种星型结构的优点是：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。 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。,图4.2 改进的局内定时分配,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DXC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。 另外，若局内

8、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。,2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。

9、,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。,PDH传递同

10、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。,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。 由于SDH采用指针调整技术，2 Mb/s支路信号不适于传递同步网定时，而采用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

11、可以在局部范围内传递定时。 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。,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 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。在2048 kb/s接口，采用奇帧TS0的第58 bit承载

12、SSM信息。,表4.1 STM-N接口的SSM编码,表4.2 2048 kb/s接口CRC-4复帧结构,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SDH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,4.3 网 同 步 技 术,网同

13、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。,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,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，强制

14、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； 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。,(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

15、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。,4.3.1 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。 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。 它适合于国际交换节点之间同步使用。 军用战术移动通信网，也采用准同

16、步方式工作。 民用数字通信网，为提高网同步的可靠性，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。,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, 采用定期复位各节点输入口缓冲存储器的方法来实现同步。,4.3.2 主

17、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。 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。,图4.4 主从同步方式,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

18、适用于星型或树型网。,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。 主从同步方式广泛应用于公用电信网中。当数字网为分布式

19、结构时，主从同步方式就不太合适了。,4.3.3 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。,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，

20、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，设备较便宜 (3) 较好地适用于分布式网路。,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。,4.3.4 外时间基

21、准同步 外时间基准同步方式是指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。 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通路无关。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系统。,1GPS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。 GPS系统主要用于导航定位，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

22、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。,2GPS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，称为卫星钟，接受地面主钟的控制。,图4.5 GPS系统,2) 地面控制系统 地面控制系统包括1

23、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)。 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。 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，对卫星的运行进行控制。,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：157

24、5.42 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。,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。,4GPS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

25、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，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，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。,在CDMA移动通信系统中，要求基站之间相对于 UTC的时刻差500ns，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

26、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。,4.3.5 通信楼综合定时供给系统 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。,图4.6 BITS系统,1基准信号输入控制单元 (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。 (

27、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。,(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。 (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

28、同步。 (7) 通过维护控制接口可进行遥控。,2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定的要求，并减小输入相位变化对输出相位的影响。,3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 可以用本设备的频率对输入的2048 kb/s信号进行再定时

29、，定时后再传送。 5日历时钟 如果需要，可以产生日历码，输出日历时间信号,6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，并能送出监测报告。 7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。,4.3.6 数字同步网结构 1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

30、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。,图4.7 主从同步网,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。,图4.8 多基准全同步网,在这种结构的同步网中，存在着多

31、个基准时钟。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。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) 基准时钟间采用互同步的方法，每个基准时钟都与其他基准时钟相连，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。,第二种方法较复杂，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

32、强，不依赖于GPS等外界手段 第一种方法只需配备GPS接收机，实现简单，成本低，被大量采用。缺点是可靠性低、自主性差。 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，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,2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。 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。,图4.9 全准同步,全准同步网要求网内各个时钟都具有很高的准确度和稳

33、定度，时钟具有相同的级别，以保证业务网的同步性能。全准同步网应用不多，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。,3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,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

34、间通过一定的方式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同步，它们是独立运行的。,4.4 同步网的主要技术指标,4.4.1 滑动 1滑动的由来 图4.11是交换局的输入端缓冲器的示意图。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fa、fb和fc，并且在同一基准频率上下略有偏差。C局分别按fa、fb写缓冲器，按fc读缓冲器，当fa、fb和fc之间误差积累到一定程度时，在数字信号流中产生滑码。,图4.11 交换C局输入端缓冲器示意图,图4.12(a)中，写时钟频率大于读时钟频率，时间轴上方是读时钟脉冲，下方是写时钟脉冲，写脉冲

35、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1bit时，则产生一次漏读现象，这时将丢失这个码元，同时读写时差将产生一个跳跃。,图4.12 缓冲器容量为1 bit时的滑码,图(b)是fbfc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。,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 滑帧（串入并出）,

36、图(a)是fafc，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(b)是f bf c的情况，这时滑码一次，码元将增加1帧。,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。,2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

37、复时对各种通信业务性能的影响。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。,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

38、，因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，不会发生错误，但延迟了信息传送时间。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,3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。,f ：基准时钟频率； f ：时钟频率与基准频率之间的偏差； ff ：节点时钟频率的相对误差，2ff是两

39、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。 则两次滑码之间的时间间隔Ts可以表示为,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,4.4.2 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。抖动数字信号的有效瞬间在时间上偏离其理想位置的短期变化； 漂移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

40、化，通常把往复变化频率超过10Hz的称为抖动，而将小于10 Hz的相位变化称为漂移,数字信号的抖动和漂移既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控制，这对数字网抖动和漂移指标的制定和分配，数字网设备设计参数的确定，特别是网同步中帧调整器设计参数的确定有重要参考价值。,4.4.3 时间间隔误差 定时精度通常都用频率误差来表示，但对于交换机的定时精度，受

41、到限制的是帧调整器中缓冲存储器溢出或取空的速度，显然用相位误差或时间误差来表示更合适。但是，相位误差与工作频率有关，而时间误差与工作频率无关，因此时间误差更适合于描述交换机节点的定时要求。,由于长期和短期的定时精度并不相同，又加入了测量时间间隔这一因素，因此定时要求可用时间间隔误差(TIE)这一概念来描述。 时间间隔误差特定的时间周期内，给定的定时信号与理想定时信号的相对时延变化，通常用ns、s或单位时间间隔UI来表示。,在较长的测量周期内时间间隔误差主要是由定时信号的频率误差引起的，而在较短的测量周期内时间间隔误差主要是由定时信号的抖动和漂移等因素引起的。 因此，时间间隔误差用频率误差和抖动

42、(或漂移)成分的两项内容之和来描述： TIE(s)= ( ff )s + 其中， ff为相对频偏，为时间抖动和漂移, s为观察时间。,4.5 我国的同步网,我国数字网的网同步方式是分布式的、多个基准时钟控制的全同步网。国际通信时，以准同步方式运行。其定时准确度可达110-12，组网的方式是采用多基准的全同步网方案，如图4.14所示。 第一级是基准时钟，由铯(原子)钟或GPS配铷钟组成。它是数字网中最高等级的时钟，是其他所有时钟的惟一基准。在北京国际通信大楼安装三组铯钟，武汉长话大楼安装两组超高精度铯钟及两个GPS，这些都是超高精度一级基准时钟(PRC：Primary Reference Clo

43、ck)。,图4.14 全国数字同步骨干网络组织示意图,第二级为有保持功能的高稳时钟(受控铷钟和高稳定度晶体钟)，分为A类和B类。上海、南京、西安、沈阳、广州、成都等六个大区中心及乌鲁木齐、拉萨、昆明、哈尔滨、海口等五个边远省会中心配置地区级基准时钟(LPR：Local Primary Reference，二级标准时钟)，此外还增配GPS定时接收设备，它们均属于A类时钟。 全国30个省、市、自治区中心的长途通信大楼内安装的大楼综合定时供给系统，以铷(原子)钟或高稳定度晶体钟作为二级B类标准时钟。今后各省中心也逐步增配GPS做各地区基准信号源。,A类时钟通过同步链路直接与基准时钟同步，并受中心局内

44、的局内综合定时供给设备时钟同步。B类时钟，应通过同步链路受A类时钟控制，间接地与基准时钟同步，并受中心内的局内综合定时供给设备时钟同步。 各省间的同步网划分为若干个同步区，(见图4.15(a)。同步区是同步网的最大子网，可作为一个独立的实体对待。也可以接收与其相邻的另一个同步区的基准作为备用，见图4.15(b)。,图4.15 同步区示意图,各省内设置在汇接局(Tm)和端局(C5)的时钟是第三级时钟，采用有保持功能的高稳定度晶体时钟，其频率偏移率可低于二级时钟。通过同步链路与第二级时钟或同等级时钟同步，需要时可设置局内综合定时供给设备。 第四级时钟是一般晶体时钟，通过同步链路与第三级时钟同步，设置在远端模块、数字终端设备和数字用户交换设备当中。,思 考 题,1什么是同步? 数字网为什么需要同步? 2同步网传送定时基准的方法有哪些? 3数字网同步方式有几种? 各有何特点? 4说明BITS的组成和各部分功能。 5利用基本的网同步方法，可以组成哪些结构同步网? 6数字同步网的技术指标有哪些? 7数字通信中的滑码是如何产生的? 滑码对通信有什么影响? 8什么是抖动和漂移？它们的存在对数字通信系统有何影响？ 9叙述我国同步网的等级和结构。,