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数字同步网

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数字同步网(洪志敏)

1数字通信网实现网同步的必要性

目前我国运行中的通信网基本上已经数字化,即传输和交换都是数字设备。通信网

使用的时分多路复用传输系统主要有两类,即准同步数字系列(PDH)和同步数字系列

(SDH)。PDH的复用是逐级进行的,因为被复接的支路信号可能来自不同方向,各支路

信号的码率和到达时间不可能完全相同。因此在复接前,各支路的码率应相等,且划分

比特流段落的帧同步码应对齐,即频率和帧同步码都要同步,为此,PDH采用了码速调整

技术。

码速调整(一般用正码速调整)原理是把参与复接的低次群准同步码流调整到较高

的码率,其中增加了帧同步码、业务码、插入码及插入标码等,使各参与复接的支路信

号码率达到同步,然后进行复接。复接后的高次群码流传送到接收端后,先进行帧同步

码检出,在实现帧同步后再进行分接,分接后的各支路经过码速恢复单元,将各支路信

号恢复为与原输入信号码率相等的准同步码流。因此可将PDH传输系统看作是“透明”

的,即接收端的信号码率与发送端的码率相等,但在进行码速调整时有比特插入。在接

收端恢复码速时要取消被插入的比特,信号不可避免将受到损伤,即信号增加了抖动分

量,抖动分量对通信有不良的影响。因此,为了避免过度抖动,PDH系统网元内的时钟

应保持同步,并纳入数字同步网。

SDH可进行一整套同步数字传输。复用和交叉连接为标准化数字传送结构等级,其

同步传送模块(STM-1)是基本信息结构,它由信息净负荷、段开销及管理单元指针组

成。在SDH系统内,各网元(如复用器、分插复用器及数字交叉连接设备)之间的频率

差是靠调节指针值来修正的,也就是使用指针调整技术,解决节点之间时钟差异带来的

问题。指针调节是把净负荷起始点向前或向后移动与帧相关的一个字节,这是因为SDH

同步数字系列是以字节为单位进行复接的。所以指针进行调节也是以字节为单位进行的。

一次指针调节引起的抖动可能不超过网络接口所规定的指标,一旦指针调节的速率不能

控制,而使抖动频繁出现和积累,并超过网络接口抖动的规定指标时,将引起净负荷出

现错误。因此在SDH系统的网元内,时钟也应保持同步,并纳入数字同步网。

数字交换设备是通过数字信号中的时隙交换来完成时隙的重新安排。在信号进入交

换网络之前,需具备以下时隙交换条件:

(1)参加交换的数字信号帧要在时间上对齐,即与各路信号帧同步;

(2)各路信号的码率都要以交换设备的时钟速率为准,转换成相同的码率,使时

隙具有相同的速率,这样才能准确无误地进行时隙交换。

然而,参与交换的信号可能来自不同的交换节点和传输设备,到达时间不可能完全

相同,信号的码率也可能与本地时钟不同步,这就需要通过帧调整器进行帧同步和比特

同步。当外来信号与交换设备内的时钟频率有差异时,则在进行比特同步时会产生滑动。

滑动会使信号受到损伤,影响通信质量,若频差过大,则可能使信号产生严重错误,直

至通信中断。

2数字同步网的组织结构

2.1同步方式

同步方式有以下三种:

(1)全同步方式

数字设备的时钟经数字链路联接成网,网内配备必要的设备及相应的控制系统,使

网内设备的时钟都由一个或几个一级基准时钟控制,或采用时钟互控办法,使时钟都运

行在相同的频率,达到全网时钟同步。这种同步方式称为全(网)同步。全同步方式又

分为主从同步方式和互同步方式。

主从同步方式是以主基准时钟的频率控制从钟的信号频率,也就是数字网中的同步

节点和数字设备的时钟都受控于主基准时钟的同步信息,此信息从一个时钟按规定顺序

传至另一个时钟,同步信息可以从包含在传送业务的数字信号中的时标中提取,也可以

用指定链路专门传送,从主基准钟送出的定时基准信号中提取。定时信号还可以经过同

步节点将收到的基准信号经过处理向外转发。

主从同步网的优点:(a)各同步节点和设备的时钟纳入主从同步网后,都能直接

或间接地同步于主基准时钟,具有与主基准时钟相同的精度,因而在正常情况下不会产

生滑动;(b)除要求高性能的主基准时钟外,其余从钟与准同步方式的独立时钟相比,

由于性能要求低,所以建网费用也低;(c)没有准同步所不可避免的周期性滑动。

主从同步方式的缺点:(a)在传送定时信号的链路和设备中,如有任何故障或扰

动,都将影响同步信号的传送,而且产生的扰动会沿传输途径逐段累积;(b)当等级

同步方式用于较复杂的数字网络时,必须避免造成定时环路,尤其是用于SDH系统的环

路形网或网孔形的传输网时,由于有保护倒换和主、备用定时信号的倒换,使同步网的

规划和设计变得复杂。

虽然等级主从同步方式有缺点,但网络系统灵活,时钟费用低,滑动性能好。国内

的同步网基本上采取等级主从同步方式。

(2)准同步方式(独立时钟方式)

准同步方式的特点是网内的时钟独立运行,互不控制,网内所有交换节点都采用高

精度的时钟。虽然时钟频率不能绝对相等,但频差很小,产生的滑动可以满足指标要求。

由于没有时钟间的控制问题,所以网络简单,灵活。缺点是时钟的性能要求高,费用贵,

同时还存在周期性滑动。

(3)主从同步和准同步相结合的混合方式

由主从同步和准同步相结合的混合方式组成混合网,可减少串联链路中时钟的数量,

缩短定时信号的传送链路,使整个同步网性能改善,管理同步的分配也较为容易。预计

分布式混合网将成为发展趋势。

2.2数字同步的等级结构

根据我国标准GB12048-89《数字网内时钟和同步设备的进网要求》,数字同步网

采用主从同步方式,按照时钟的性能,我国的同步网划分为以下四级:

第一级 数字网中最高质量的时钟,它是网内时钟的唯一基准,采用铯原子时钟组。

第二级 具有保持功能的高稳定时钟,可以是受控铷钟或高稳定度晶体钟,一级和

二级长途交换中心(C1和C2)用A类时钟。三级和四级长途交换中心(C3和C4)用B类时

钟。B类时钟受A类时钟控制。

第三级 具有保持功能的高稳定晶体时钟,设在汇接局和端局。

第四级 一般晶体时钟。

2.3同步网中产生定时环路的问题

同步网节点的时钟或数字设备的时钟有多个基准信号,一般至少有两个基准信号作

为主用和备用。当传输基准信号的链路发生故障,或其他原因使基准信号中断时,则发

生倒换。同步网络发生变化时,有可能发生“定时环路”,定时环路是指一个时钟经过

另外的链路,收到它自身发出的定时信号。

一个时钟如果只接收比它级别高的时钟的定时信号,则不会发生定时环路。发生定

时环路的条件是:在各个具有相同级别时钟的局间,时钟主用或备用的基准信号相互传

递,尤其是在定时信号倒换时,容易发生定时环路。

同步网内必须避免定时环路的发生,这是因为:(a)定时信号发生环路后,环路

内的时钟就脱离了本段基准时钟的同步控制,影响时钟输出信号的准确度;(b)环内

时钟形成自反馈,造成频率不稳。

因此,在同步网的设计过程中,要特别注意定时环路问题,尤其在数字网中有SDH

传输网时,结构复杂,网络物理抗扑有树形、环形和网孔形等,使避免定时环路变得更

为复杂。

2.4数字锁相环

为了滤除低频抖动和漂移,从钟普遍采用镇相环振荡器。由于模拟锁相不能满足对

晶体时钟日益提高的性能要求,振荡器一般采用数字销相环。

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