数字复接以及网络同步讲稿.doc

5 数字复接以及网络同步技术5.1 数字复接的概念以及分类数字复接设备包括数字复接器和数字分接器。数字复接器是把两个以上的低速数字信号合并成一个高速数字信号的设备；数字分接器是把高速数字信号分解成相应的低速数字信号的设备。一般把两者做成一个设备，简称为数字复接器。数字复接器是由定时单元，调整单元和同步复按单元组成；数字分接器是由帧同步单元、定时单元、同步分接单元和恢复单元组成。复接器的定时单元受内部时钟或外部时钟控制，产生复接需要的各种定时控制信号；调整单元受定时单元控制，对各个输入支路信号进行频率和相位调整，使之适合参与同步复接；同步复接单元也受定时单元控制，对各个已经调整好的支路信号实施同步复接，形成一个高速合路数字信号。合路数字信号和相应的时钟同时送给分接器。合路数字信号中包含帧同步信号，各交路信息信号以及其它勤务和控制信号。分接器的定时单元受台路时钟控制，因此它的工作拍节是与复接器定时单元同步的。分接器定时单元产生的各种控制信0与复接定时单元产生的各种控制信号是类似的；同步单元从合路信号中提出帧定位信号，用它再去控制分接器定时单元。这样，分接器定时单元产生的各种控制信号就与帧定位信号保持确定的相位关系；同步分接单元受分接定时单元控制，把合路信息信号分解为支路信息信号；恢复单元也受分接器定时单元控制，把各分解出来的支路信息信号恢复成为各支路信号。这样就完成了一个更接与分接过程，原理如图5.1。图5.1 数字复接原理图复接器可分为三种：5.1.1 同步复接器从时分多路通信原理可知，在复接单元的输入端上，各个参与复接的支路数字信号，必须是同步的。所谓“同步”是指各个支路数字信号的有效瞬间与更接定时单元产生各种控制信号的有效瞬间必须保持确定的时间关系。但是在实际应用中，出现在各调整单元输入端上的支路数字信号相对于复接控制信号不一定保持理想的同步关系，每个支路数字信号的时钟不一定出自同频率源；即使同出一源，各自经历不同的传输路径，所以到达此处所受的抖动和漂移也不一样。对于各个参与复接的支路信号与复接定时同出一个频率源的情况，复接调整单元只需对各个支路信号进行相位调整，吸收掉各自的抖动和漂移损伤，就可以进行同步复接。这种复接器称为同步复接器。5.1.2准同步复接器如果各个支路信号的时钟虽然不是同出一源，但是有一样的标称速率，一即各个输入支路数字信号的生效瞬间相对于复接定时信号是以同一标称速率出现的，而各自速率的任何变化都限制在规定的容差范围内，则合并这种支路信号的复接器称为准同步复接器。5.1.3异步复接器如果各个支路信号时钟不是同出一源，又没有统一的标称频率或相应的数量关系，合并这种支路信号的复接器叫做异步复接器。这三种复接器都有实用价值，但应用场合不同。在比较小的区域之内，或者网路结构比较简单，技术上比较容易分配统一时钟，经济上也比较合算的场合，适于使用同步复接器。同步复接设备相对来说比较简单，效率较高，可达98。在比较大的区域内，或者网路比较复杂的情况下，分配统一的时钟在技术上存在困难，经济代价也比较高，这时适于采用准同步复接器。准同步复接器较同步复接器设备复杂一些，但效率与同步复接器相差不多，也可达98。从目前的技术状况看，实现异步复接的效率较低，只达37。因此，不适用于数字电话网或其它高速数字网中，但它适用于数据网。因为，在数据网中传输效率较低，效率不是主要问题，但异步复接器设备相当简单。5.2同步复接工作原理各输入支路数字信号与复接器的对应定时信号彼此同步，则只需要相位调整，有时甚至无须任何调整，就可实现数字复接。如果把图5.1的数字复接器的调整单元和恢复单元分用一个寄存器代替，就成了同步数字复接器。这种同步数字复接器可分成定时控制部分和复接/分接通路部分。在同步条件下，时钟彼此同步，但是相位不一定对齐。为了便于说明，假定各条输入支路的时钟相位也是对齐的。为了确保正确的同步分接，在合路信号中必须周期地插入一种规定信号。在分接器中首先要识别出这种规定的信号，然后根据这种特征信号的出现时刻来决定控制信号所起作用的时刻，以实现正确地数字复接，这种规定的特征信号称为帧定位信号。这样的同步信号需要不断校验/保护逻辑，逻辑转换图如图5.2。图 5.2 帧定位校验/保护逻辑转换状态图5.3 准同步复接准同步复接是指参与复接的各支路码流时钟与复接码流时钟在一定的容差范围内标称相等，并经适当的调整把它们复接起来。严格地说，如果两个数字信号的对应生效瞬间以同一标称速率出现，而速率的任何变化都限制在规定的范围之内，则这两个数字信号彼此是准同步的。例如，具有相同标称速率仅不是由同一个时钟源产生的两个时钟信号通常就是准同步的。5.3.1 准同步复接方法准同步复接有三种方法：（1）高速采样法高速采样法就是用多个位时隙来传输一个支路比特。要求在收端引入的码元宽度误差不超过一个复接位时隙宽度。要想减小这种码元宽度误差就得提高传送速率。可见这种复接方法的特点是，设备简单但复接效率低。（2）跳变沿编码法跳变沿编码法就是把支路码流的各个跳变沿传到对方，对方再根据相应的跳变沿变化恢复成为原来的支路码流。这种方法复接效率较低，一般最高效率只能达到33。而复接设备量也不能令人满意。（3）码速调整方法这种方法设备量与跳变沿编码法相当，但是复接效率可达98。在数字网中，复接效率是首先要考虑的问题，所以数字网中通常用码速调整技术来实现准同步复接。码速调整技术依其具体实现方法可以分为正码速调整、正/负码速调整和正/零/负码速调整。5.3.2 准同步复接原理下而简要介绍一下各种准同步复接的原理。（1）正码速调整方法正码速调整准同步复接器方框图见图5.3。其中每条复接支路都有一个正码速调整单元，它把准同步码流调整成为同步支路码流，然后进入同步复接单元实施同步复接。图5.3 正码速调整准同步复接在分接端先实施同步分接得到同步分接码流，然后再经过正码速恢复单元把它们恢复成为原来准同步支路码流。码速调整单元的主体是一缓冲存贮器，附带一些必要的控制电路。其中缓冲存贮器读出时钟速率高于缓冲存贮器写入速率，这种码速调整是增加速率为基础，故称为正码速调整。 通常在每个基本恢（或专门设计的调整帧）中规定一个特定的位时隙。它为特定的支路提供一次正码速调整机会。如果该支路这时不需要调整，则这个位时隙就照常传送支路比特；如果该支路这时需要进行正码速调整，则让这个位时隙空闲一次。这个规定的位时隙通常叫做正码速调整支路比特，有时也叫做正码速调整数字时隙。这个规定的位时隙究竟是空闲（正调整）还是照常传送支路信码（未调整），必须通知相应的码速恢复装置。为此要在基本帧（或调整帧）中留出特定的几个位时隙，以便传送码速调整与否的指示信号。显然这种码速调整指示信号是很重要的。据常取三位以上的容错指示码作调整指示信号，例如用111表示调整；用000责承未调整。这种调整指示信号称为调整指示数字，有时也叫塞入指示数字。图5.4给出了典型的正码速调整准同步复接帧结构设计。图5.4 正码速调整复接的帧结构 横轴下方都是支路信息位时隙，横轴上方都是非信展位时隙，包含帧定位信号，码速调整指示数字和其它勤务数字。时间轴上的每个基本单元表示一个基本循环。基本循环包含的位时降为参与复援的支路数（m）， SZ表示码速调整指示时隙，SV表示码速调整位置。可见在每帧中，每条支路都有三个码速调整指示比特和一个码速调整比特位置。图5.5是一种实用的正码速调整单元的电原理图，图5.6是它的工作过程的时间波形图。图5.5 正码速调整单元的电原理图图5.6 正码速调整过程的时间波形图 码速调范单元是由缓冲存贮器和调整控制电路组成。输入支路时钟(fL)把输入支路码(SL)逐位写入缓冲存贮器。同步复接时钟(fm)随后逐位把缓冲存贮器的比特码读出并送往同步复接单元。预先给缓冲存贮器规定一个写读时差门限，如果写读时差等于或小于这个时差门限时，时差比较器就输出负极性的调整控制脉冲（P）。它把控制触发器（T）置成Q端输出高电位（K）。 K电位同时打开与非门YB1和YB2，控制信号SV通过 YB1把同步复接时钟(fm)对应SV位置的一个拍节时钟扣除，一即复接帧中对应SV位置不传信息比特码。这就实现了一次正调整。同时控制信号SZ通过YBl起作用，在输出支路（Sm）对应SZ的三个位时隙中插入111，以便通知分接器：在这一帧中进行了一次正调整。在上述全部操作过程完成之后，借助脉冲后沿把控制触发器复原。反之，如果写读时差未降到控制门限，不会出现P脉冲，这时与非门YB1和 YB2都是关闭的，(fm)对应SV的节拍不会被扣除，即在这帧SV位时隙上煦常传送支路信息码；SZ脉冲通过YB3在Sm中对应SZ的三个位时隙插入000，从而通知分接器：在这一帧中未进行调整。（2）正/负码速调整方法 原理与正码速调整方法原理相同，只是同步复接时钟取值不同。在正/负码速调整中同步复接时钟取值等于支路时钟的标称值，考虑到同步复接时钟取值和支路时钟的标称值都在各自的容差域内变动，所以它们的瞬时值之间可能会出现三种情况。 第一种情况是读出速率大于写入速率，因此必须把停止若干拍节才能保持正常传输，这就是前面提到的正码速调整； 第二种情况是读出与写入速率相等。显然这时无需调整就可以保持正常传输，则称为不调整状态或同步工作状态； 第三种情况是读出速率小于写入速率，因此必须提供额外的通道把多余部分传出去才能保持正常传输，这种状态称为负调整状态。 存在三种调整状态，就必须有三种对应的调整指令，以便把发端的控制操作传送给收端，即有正调整、不调整和负调整。收端则根据指令进行恢复操作。但是，在发端进行三种控制，传送三种指令，收端需采取三种对策。 帧的具体安排如图5.7。图5.7 正/负码速调整帧结构（3）正零负码速调整 正零负码速调整包括三种调整工作状态，即正调整状态、不调整状态和负调整状态。提出正零负码速调整的主要目的，是统一同步/准同步复接制式、大幅度地降低塞入抖动和使得复接器全数字化。实验证明，正零负调整技术很好地解决了上述三个问题。采用这种调整技术能容易地实现同步/准同步兼容，即使是工作在准同步复接状态，当无调整时就不产生塞入科动；塞入抖动可以做得足够小，直到设计者满意的程度；全部设备都用数字组件，只是设备量较之正调整及正负调整要增加2040，另外与前面的调整方式相比，调整效率更高，原因是正或正/负调整的多数时候调整比特是空闲的，利用率很低，特别是时钟之间相对误差小，稳定性高的时候。（4）高速采样法根据准同步复接的规定，这时参与复接的各支路输入信码时钟与复接码流时钟不同步，但两者在一定容差范围内标称相等。在进行复接时，首先用各支路的输入信码对复接码流中位时隙脉冲采样，然后输出对应于各支路输入信码的全部采样脉冲。在收端根据相应的采样脉冲恢复出各支路原始输入信码。为了提高复接的准确度，要求在收端引入的冯元宽度误差