数字同步网

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。