第4章+同步网

1、支撑网支撑网第四章第四章 同步网同步网 习题习题第第4 4章章 同步网同步网一、同步的概念一、同步的概念 同步是指信号之间在频率或相位上保持某种严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。一个平均速率出现。 数字通信网：载波同步、位同步、帧同步、网同步数字通信网：载波同步、位同步、帧同步、网同步 第第4 4章章 同步网同步网载波同步：收发终端机的载波频率应该相等或基本载波同步：收发终端机的载波频率应该相等或基本相等，并保持稳定。相等，并保持稳定。 位同步：又称码元同步或时钟同步，使接收端的定

2、位同步：又称码元同步或时钟同步，使接收端的定时脉冲重复频率和发送端的码元速率相同，并且抽时脉冲重复频率和发送端的码元速率相同，并且抽样判决时刻对准最佳判决位置。样判决时刻对准最佳判决位置。帧同步：又称群同步，要求在接收端产生与帧同步：又称群同步，要求在接收端产生与“字字”、“句句”起止时刻相一致的定时脉冲序列。起止时刻相一致的定时脉冲序列。 网同步：保证在整个通信网内有一个统一的时间节网同步：保证在整个通信网内有一个统一的时间节拍标准。拍标准。 第第4 4章章 同步网同步网数字网中的同步技术：数字网中的同步技术： 接收同步：接收端从接收信码中提取时钟信息，使接收同步：接收端从接收信码中提取时钟

3、信息，使其与接收信码在相位上同步。其与接收信码在相位上同步。复用同步：使复用的各支路信号在群路信道上同步复用同步：使复用的各支路信号在群路信道上同步运行，以便在群路信道上正确地进行合路。运行，以便在群路信道上正确地进行合路。 交换同步：即网同步。交换同步：即网同步。 第第4 4章章 同步网同步网二、数字同步网的同步方式二、数字同步网的同步方式P82-P82- 数字同步网的同步方式主要有两大类：准同步数字同步网的同步方式主要有两大类：准同步方式和同步方式。同步方式又分为主从同步、互同方式和同步方式。同步方式又分为主从同步、互同步及外基准同步。步及外基准同步。 1.1. 准同步方式：特点是网内的节

4、点时钟独立运行，互准同步方式：特点是网内的节点时钟独立运行，互不控制，网内所有节点时钟均采用高精度时钟。优不控制，网内所有节点时钟均采用高精度时钟。优点是网络简单、灵活，缺点是时钟的性能要求很高，点是网络简单、灵活，缺点是时钟的性能要求很高，费用昂贵，存在周期性的滑动。费用昂贵，存在周期性的滑动。 第第4 4章章 同步网同步网2 2、主从同步方式：网络中的时钟分为多级，各级时钟、主从同步方式：网络中的时钟分为多级，各级时钟具有不同的准确度和稳定度。在网络中处于最高级具有不同的准确度和稳定度。在网络中处于最高级的时钟作为基准时钟，即主钟，以主钟的频率控制的时钟作为基准时钟，即主钟，以主钟的频率控

5、制从钟的信号频率。从钟的信号频率。 第第4 4章章 同步网同步网 主从同步方式的优点：（主从同步方式的优点：（1 1）各同步节点和设备）各同步节点和设备的时钟具有与主基准相同精度的时标，在正常情况的时钟具有与主基准相同精度的时标，在正常情况下不会产生滑动。（下不会产生滑动。（2 2）除主基准时钟外，其余的从）除主基准时钟外，其余的从钟性能要求较低，所以建网费用低。（钟性能要求较低，所以建网费用低。（3 3）没有准同）没有准同步方式由于失步所造成的周期性的滑动。步方式由于失步所造成的周期性的滑动。 主从同步方式的缺点：（主从同步方式的缺点：（1 1）任何故障或骚动都）任何故障或骚动都将影响同步信

6、号的传送，而且骚动会沿着传输途径将影响同步信号的传送，而且骚动会沿着传输途径逐段累积。（逐段累积。（2 2）当等级主从同步方式用于较复杂的）当等级主从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。数字网络时，必须避免造成定时环路。第第4 4章章 同步网同步网3 3、互同步方式：网内各节点都有自己的时钟，但它们、互同步方式：网内各节点都有自己的时钟，但它们相互影响，相互控制，最后使全网的时钟频率调整相互影响，相互控制，最后使全网的时钟频率调整到一个统一的频率上。到一个统一的频率上。 优点：网内任一站点出了故障，只影响本站，其他各站仍可照常工优点：网内任一站点出了故障，只影响本站，其他各站

7、仍可照常工作；设备较便宜，能较好地适用于分布式网路。作；设备较便宜，能较好地适用于分布式网路。 缺点：控制线过多，站内设备复杂。缺点：控制线过多，站内设备复杂。 第第4 4章章 同步网同步网4 4、外基准同步方式：网络中所有节点的时钟基准都依、外基准同步方式：网络中所有节点的时钟基准都依靠该节点所接收到的外来基准时钟信号，用锁相环靠该节点所接收到的外来基准时钟信号，用锁相环路将本地节点时钟信号锁定到外来基准时钟信号上，路将本地节点时钟信号锁定到外来基准时钟信号上，从而达到全网的定时同步。从而达到全网的定时同步。 GPS GPS系统结构：系统结构： 第第4 4章章 同步网同步网三、数字同步网的结

8、构三、数字同步网的结构1 1、全同步网、全同步网 在全同步方式下，同步网接受一个或几个基准在全同步方式下，同步网接受一个或几个基准钟控制。当同步网内只有一个基准时钟时，同步网钟控制。当同步网内只有一个基准时钟时，同步网内的其他时钟都同步到该基准钟上。内的其他时钟都同步到该基准钟上。单基准时钟结构单基准时钟结构 在全同步网中，基准时钟为符合在全同步网中，基准时钟为符合G.811G.811规定的性规定的性能的时钟，也称为一级时钟。能的时钟，也称为一级时钟。 第第4 4章章 同步网同步网多基准时钟结构多基准时钟结构 二级时钟三级时钟三级时钟二级时钟三级时钟三级时钟二级时钟基准时钟1基准时钟3基准时钟

9、2第第4 4章章 同步网同步网多个基准时钟的同步方法多个基准时钟的同步方法在所有的基准时钟上装配在所有的基准时钟上装配GPSGPS接收机，使所有基准时接收机，使所有基准时钟通过钟通过GPSGPS系统跟踪系统跟踪UTCUTC（统一时间时间（统一时间时间/ /协调），保协调），保持与持与UTCUTC一致的长期频率准确度一致的长期频率准确度, , 从而达到全网同步从而达到全网同步运行的目的。运行的目的。 (1)(1)基准时钟间采用类似互同步的方法，每个基准时钟基准时钟间采用类似互同步的方法，每个基准时钟都与其他基准时钟相连，并进行对比计算，以获得都与其他基准时钟相连，并进行对比计算，以获得一个更为准

10、确的综合频率基准。然后去调整每个基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。准时钟，使网络同步运行。 第第4 4章章 同步网同步网2 2、全准同步网、全准同步网 在全准同步方式下，网内的所有时钟采用分布在全准同步方式下，网内的所有时钟采用分布式结构，都独立运行，不接受其他时钟的控制。式结构，都独立运行，不接受其他时钟的控制。 网络内时钟没有高级和低级之分，同步网以各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。负责本区内设备的同步。第第4 4章章 同步网同步网被 同

11、 步 设 备BITSBITSBITSBITS准同步准 同 步Building Integrated Timing System-大楼综合定时系统 第第4 4章章 同步网同步网3 3、混合同步网、混合同步网 在混合同步方式下，将同步网划分为若干个同在混合同步方式下，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。步方式，在子网间采用准同步方式。 准同步三级时钟二级时钟基准时钟三级时钟二级时钟基准时钟第第4 4章章 同步网同步网四、定时分配四、定时分配1 1、局内定时分配、局内定时分配 指在同步网节点上直

12、接将定时信号送给各种通指在同步网节点上直接将定时信号送给各种通信设备。一般采用星型结构。信设备。一般采用星型结构。 DXCATM 交换机交换机GSM 设备ADMTM智能网设备DDN 网设备No.7 信令设备其他设备BITS第第4 4章章 同步网同步网 当局内设备较多时，对同一类设备或组成系统当局内设备较多时，对同一类设备或组成系统的设备，可以进行同步串联。的设备，可以进行同步串联。 交换机 3交换机 2交换机 1GSM 设备智能网设备BITSATM 交换机DDN 网设备No.7 信令设备其他设备TMTMADMDXC第第4 4章章 同步网同步网2 2、局间定时分配、局间定时分配 指在同步网节点间

13、的定时传递，一般采用树状指在同步网节点间的定时传递，一般采用树状结构。结构。 目前采用的定时链路主要有两种：目前采用的定时链路主要有两种：PDHPDH定时链路定时链路 传统的同步网建立在传统的同步网建立在PDHPDH环境下，采用环境下，采用PDHPDH的的2 2 Mb/sMb/s通道传递同步网定时信号，包括通道传递同步网定时信号，包括2 Mb/s2 Mb/s专线和专线和2 2 Mb/sMb/s业务线。业务线。 PDHPDH传递同步网定时的特点：传递同步网定时的特点：对同步网定时损伤小，适合长距离传递定时。对同步网定时损伤小，适合长距离传递定时。PDHPDH传输网结构多为树型，定时链路的规划设计

14、简单。传输网结构多为树型，定时链路的规划设计简单。当定时链路发生故障时，便于定时恢复。当定时链路发生故障时，便于定时恢复。第第4 4章章 同步网同步网2Mb/s2Mb/s专线定时链路专线定时链路2Mb/s2Mb/s业务定时链路业务定时链路 第第4 4章章 同步网同步网SDHSDH定时链路定时链路 指利用指利用SDHSDH传输链路传送同步网定时。采用传输链路传送同步网定时。采用STM-STM-N N信号传递定时，信号传递定时，SDHSDH中普通的中普通的2Mb/s2Mb/s信号不能用于传信号不能用于传送同步网定时（送同步网定时（SDHSDH指针调整技术）。指针调整技术）。SDHSDH传递同步网定

15、时的方法传递同步网定时的方法 一般采用一般采用STM-NSTM-N线路信号传递定时。在定时链路始端线路信号传递定时。在定时链路始端的的SDHSDH网元通过外时钟信号输入口接受同步网定时，网元通过外时钟信号输入口接受同步网定时，并将定时信号承载到并将定时信号承载到STM-NSTM-N上。上。 在在SDHSDH定时链路上，不仅包括定时信号的传递，定时链路上，不仅包括定时信号的传递，还包括同步状态信息（还包括同步状态信息（SSMSSM）的传递。）的传递。第第4 4章章 同步网同步网SDHSDH网传送同步网定时的特点网传送同步网定时的特点低级时钟同步高级时钟：定时链路故障时，会出现低级时钟同步高级时钟

16、：定时链路故障时，会出现低级时钟同步高级时钟的现象。低级时钟同步高级时钟的现象。 会产生定时环路：当主用定时参考失效，会产生定时环路：当主用定时参考失效，SDHSDH网元时网元时钟自动倒换时，或者当同步网定时链路规划不合理钟自动倒换时，或者当同步网定时链路规划不合理时，会在同步网内形成定时环。时，会在同步网内形成定时环。定时传递距离受限：定时传递距离受限：SDHSDH定时链路上的定时链路上的SDHSDH时钟存在时钟存在漂移漂移？，随着传递距离的增加，漂移将不断累计。，随着传递距离的增加，漂移将不断累计。ITU-T G.803ITU-T G.803规定，基准定时链路上规定，基准定时链路上SDHS

17、DH网元时钟个网元时钟个数不能超过数不能超过6060个。个。 第第4 4章章 同步网同步网五、数字同步网节点时钟五、数字同步网节点时钟 同步网节点是同步网上设置各级时钟的地方，同步网节点是同步网上设置各级时钟的地方，一般是在各个通信中心或通信楼内。一个物理地点一般是在各个通信中心或通信楼内。一个物理地点为一个同步网节点，在一个同步网节点上可以有多为一个同步网节点，在一个同步网节点上可以有多套同步网设备。套同步网设备。 数字同步网节点时钟设备包括两种：数字同步网节点时钟设备包括两种：独立型定时供给单元：数字同步网专用设备。独立型定时供给单元：数字同步网专用设备。混合型定时供给单元：指通信设备中的

18、时钟单元，混合型定时供给单元：指通信设备中的时钟单元，其性能可以满足同步网设备的指标要求（即其性能可以满足同步网设备的指标要求（即ITU-TITU-T G.812G.812中规定的指标），可以承担定时分配的任务。中规定的指标），可以承担定时分配的任务。第第4 4章章 同步网同步网 在全同步网内和混合同步网的子网内，节点时钟在全同步网内和混合同步网的子网内，节点时钟采用主从同步方法。采用主从同步方法。同步网节点分为三级：同步网节点分为三级： 一级同步网节点一级同步网节点设置一级时钟（即基准时钟）设置一级时钟（即基准时钟） 基准时钟有两类：由铯原子钟组成的基准时钟有两类：由铯原子钟组成的PRCPR

19、C（主参考（主参考时钟）和由时钟）和由GPSGPS配铷钟（或精选优质晶体振荡器时钟）配铷钟（或精选优质晶体振荡器时钟）组成的组成的PRS(PRS(基准源基准源) )。PRCPRC一般由三个铯钟构成。在我国一般由三个铯钟构成。在我国PRSPRS又称为又称为LPRLPR（Local PLocal Primary Referencerimary Reference，区域基准）。，区域基准）。 基准时钟一般设置在国家的首府或地域中心。区基准时钟一般设置在国家的首府或地域中心。区域基准一般设置在各省、自治区、直辖市的通信中心域基准一般设置在各省、自治区、直辖市的通信中心局内。局内。5071A 超高精度铯

20、钟 第第4 4章章 同步网同步网二级同步网节点二级同步网节点设置二级时钟设置二级时钟 二级时钟有两类：由铷钟构成的二级钟和由晶二级时钟有两类：由铷钟构成的二级钟和由晶体振荡器组成体振荡器组成 一般设置在各省、自治区、直辖市的长途通信一般设置在各省、自治区、直辖市的长途通信楼内，或者，在地、市级长途通信楼以及一些重要楼内，或者，在地、市级长途通信楼以及一些重要的汇接局内。的汇接局内。三级同步网节点三级同步网节点设置三级时钟设置三级时钟 一般由晶体振荡器组成，满足三级时钟的性能一般由晶体振荡器组成，满足三级时钟的性能指标。指标。 三级时钟一般设置在本地网内的汇接局或端局。三级时钟一般设置在本地网内

21、的汇接局或端局。第第4 4章章 同步网同步网六、同步网的主要技术指标六、同步网的主要技术指标滑动滑动 在同步传输或准同步传输的数字码流中，由于在同步传输或准同步传输的数字码流中，由于缓冲存储器的读和写的速率滑动不一致造成一组比缓冲存储器的读和写的速率滑动不一致造成一组比特丢失或重复插入的现象，称为滑动。特丢失或重复插入的现象，称为滑动。 (1)(1)滑动产生的原因滑动产生的原因滑滑码码滑帧滑帧A1帧BCDEGHABCDEFGH1帧帧F丢失(a)A1帧BCDEABCEF1帧帧D重复(b)D第第4 4章章 同步网同步网(2)(2)滑动的影响滑动的影响 滑动对不同的业务有不同的影响。滑动对不同的业务

22、有不同的影响。 滑动对话音通信的影响不大，一个滑动产生一个滑动对话音通信的影响不大，一个滑动产生一个咯啦声。咯啦声。 滑动降低了数据传输的效率。对有些编码数据，滑动降低了数据传输的效率。对有些编码数据，滑动的影响较大，它会导致整个编码的重传。滑动的影响较大，它会导致整个编码的重传。 对一些数据图像业务，滑动将导致画面冻结。对一些数据图像业务，滑动将导致画面冻结。 对通过调制解调器连接的模拟电路传送的数据业对通过调制解调器连接的模拟电路传送的数据业务，滑动的影响非常大。务，滑动的影响非常大。 第第4 4章章 同步网同步网(3)(3)滑码率的计算滑码率的计算 滑码率是单位时间内滑动的次数。滑码速率

23、可滑码率是单位时间内滑动的次数。滑码速率可以表示为：以表示为： f f表示基准时钟频率，表示基准时钟频率，ff表示时钟频率与基准频表示时钟频率与基准频率之间的偏差，则率之间的偏差，则f/ff/f是节点时钟频率的相对误差，是节点时钟频率的相对误差，2f/f2f/f是两个节点之间的最大频率相对误差。是两个节点之间的最大频率相对误差。FsFs等于等于f/Nf/N，叫做帧频，叫做帧频，N N为滑码一次增加或丢失的码元数。为滑码一次增加或丢失的码元数。 Nf|f /f|2Rs Fs|f /f|2 例子：假设两个时钟的相对频差为例子：假设两个时钟的相对频差为1 11010-11-11，滑码一次增加或，滑码

24、一次增加或丢失的码元数为丢失的码元数为256 bit256 bit，对，对2048 kb/s2048 kb/s的基群码流，最大的基群码流，最大可能的滑码速率为可能的滑码速率为Rs=2 f/fFs=1/6 250 000 s=1/72.34天帧频=8000，周期为125s2*1*10-11*8000 256第第4 4章章 同步网同步网抖动和漂移抖动和漂移 除滑动外，网络节点时钟信号的相位还会因为除滑动外，网络节点时钟信号的相位还会因为温度、振荡器相位噪声等因素发生抖动与漂移。温度、振荡器相位噪声等因素发生抖动与漂移。抖动：指信号的有效瞬间（例如最佳抽样瞬间）相抖动：指信号的有效瞬间（例如最佳抽样

25、瞬间）相对于其理想位置的短期变化，其变化频率大于或等对于其理想位置的短期变化，其变化频率大于或等于于10Hz10Hz。 产生抖动的主要原因是设备的内部噪声引起的过零产生抖动的主要原因是设备的内部噪声引起的过零点随机变化，例如振荡器输出信号的相位噪声，数点随机变化，例如振荡器输出信号的相位噪声，数字逻辑电路开关时刻的不确定性等字逻辑电路开关时刻的不确定性等。 第第4 4章章 同步网同步网第第4 4章章 同步网同步网漂移：指信号的有效瞬间（例如零电平交叉点）相漂移：指信号的有效瞬间（例如零电平交叉点）相对于其理想位置的长期变化，长期意味着相位变化对于其理想位置的长期变化，长期意味着相位变化的频率很

26、慢，其变化频率小于的频率很慢，其变化频率小于10Hz10Hz。产生漂移的主要原因是网络中的时延变化，例如温产生漂移的主要原因是网络中的时延变化，例如温差引起的日漂动，时钟产生的相位噪声等。差引起的日漂动，时钟产生的相位噪声等。第第4 4章章 同步网同步网时间间隔误差时间间隔误差 时间间隔误差是在特定的时间周期内，给定的时间间隔误差是在特定的时间周期内，给定的定时信号与理想定时信号的相对时延变化，通常用定时信号与理想定时信号的相对时延变化，通常用nsns、ss或单位时间间隔或单位时间间隔UIUI来表示。来表示。 第第4 4章章 同步网同步网 时间间隔误差用频率误差和抖动时间间隔误差用频率误差和抖

27、动( (或漂移或漂移) )成分成分的两项内容之和来描述：的两项内容之和来描述： TIE(s)= (f/f ) TIE(s)= (f/f )s + s + 其中，其中，f/f f/f 为相对频偏，为相对频偏，为时间抖动和漂为时间抖动和漂移移, s, s为观察时间。为观察时间。第第4 4章章 同步网同步网七、我国的同步网七、我国的同步网 我国目前数字同步网采用四级主从同步网络结我国目前数字同步网采用四级主从同步网络结构，同步时钟的等级也相应分为四级。第一级和第构，同步时钟的等级也相应分为四级。第一级和第二级构成了我国全国数字同步骨干网，其组网采用二级构成了我国全国数字同步骨干网，其组网采用多基准的

28、全同步网方案。多基准的全同步网方案。 第第4 4章章 同步网同步网PRC(节点)PRC(一级基准时钟)LPR(地区基准时钟A类)大区中心节点边远省中心节点省中心 BITS(B类)(大楼综合定时供给系统)PRC(节点)全国数字同步骨干网络组织示意图第第4 4章章 同步网同步网 第一级为基准时钟，由铯第一级为基准时钟，由铯( (原子原子) )钟或钟或GPSGPS配配铷钟组成。是数字网中最高等级的时钟，是其铷钟组成。是数字网中最高等级的时钟，是其他所有时钟的惟一基准。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长话

29、大楼安装两组超高精度铯钟及两个GPSGPS，是，是超 高 精 度 一 级 基 准 时 钟超 高 精 度 一 级 基 准 时 钟 ( P R C( P R C ： P r i m a r y P r i m a r y Reference Clock)Reference Clock)。第第4 4章章 同步网同步网 第二级为有保持功能的高稳时钟第二级为有保持功能的高稳时钟( (受控铷钟和高受控铷钟和高稳定度晶体钟稳定度晶体钟) )，分为，分为A A类和类和B B类。类。 上海、南京、西安、沈阳、广州、成都等六个大上海、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

30、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五个边远省会中心配置地区级基准时钟(LPR(LPR：Local Local Primary ReferencePrimary Reference，二级标准时钟，二级标准时钟) )，此外还增配，此外还增配GPSGPS定时接收设备，它们均属于定时接收设备，它们均属于A A类时钟。类时钟。 全国全国3030个省、市、自治区中心的长途通信大楼个省、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，以铷内安装的大楼综合定时供给系统，以铷( (原子原子) )钟或钟或高稳定度晶体钟作为二级高稳定度晶体钟作为二级B B类标准时钟。类标准时钟。第第4 4章章 同步网同步网同步区示意图 主用基准传输链路； 有二级A类时钟的长途交换中心；基 准 时 钟同步区 B同步区 C同步区 A同步区 B同步区 A基准主用备用(a)(b)备用基准传输链路；BITS； 有二级 B 类时钟的长途交换中心第第4 4章章 同步网同步网 第三级是具有保持功能的高稳定晶体时钟，第三级是具有保持功能的高稳定晶体时钟，设置于本地网的汇接局和端局，通过同步链路设置于本地网的汇接局和端局，通过同步链路受二级时