第三章 同步網(wǎng)_2012

1、現(xiàn)代通信網(wǎng)華中科技大學(xué) 電子與信息工程互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工程研究中心2022年5月5日第三章：同步網(wǎng)2回顧：通信網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)支撐網(wǎng)電話網(wǎng)ATM 網(wǎng)InternetFR 網(wǎng)移動網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)光傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)SDH/SONET信令網(wǎng)管理網(wǎng)同步網(wǎng)3內(nèi)容：1. 數(shù)字通信網(wǎng)與同步2. 網(wǎng)同步設(shè)備與定時分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國的同步網(wǎng)5. 同步相關(guān)技術(shù)指標(biāo)4通信網(wǎng)與同步同步n多個信號的頻率或相位保持某種嚴(yán)格的特定關(guān)系n通信網(wǎng)正常運行的基礎(chǔ)模擬通信系統(tǒng)的同步n載波傳輸系統(tǒng)收發(fā)終端機(jī)的載波頻率需要同步，即收發(fā)終端機(jī)的載波頻率應(yīng)該相等或基本相等數(shù)字通信系統(tǒng)的同步n時鐘同步：相關(guān)設(shè)備需要相同速率的時標(biāo)識別和處理信號n

2、幀同步：時分復(fù)用和時隙交換時，需要以幀為單位進(jìn)行同步5數(shù)字通信網(wǎng)的同步需求接收同步n收端判決再生所用時鐘信號必須與發(fā)端碼流頻率和相位同步復(fù)用同步：多個支路信號必須同步，才能正確地復(fù)用n同步復(fù)用：各支路信息依次插入群路時隙中，要求各支路信號頻率和相位嚴(yán)格同步n準(zhǔn)同步復(fù)用：基于碼速調(diào)整，可將頻率容差在一定范圍內(nèi)的支路信號逐級復(fù)用至高速碼流n非同步復(fù)用：多位二進(jìn)制碼傳送一位碼元交換同步(網(wǎng)同步)n數(shù)字交換時，所有輸入數(shù)字碼流的幀定位信號必須同步6同步網(wǎng)數(shù)字通信網(wǎng)正常運行的基礎(chǔ)n向網(wǎng)內(nèi)設(shè)備提供精確的同步時鐘信號，有效地保證接收、復(fù)用、交換(網(wǎng))同步相關(guān)要素n組成：節(jié)點時鐘設(shè)備、定時分配鏈路n網(wǎng)同步技術(shù)

3、n同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)7內(nèi)容：1. 數(shù)字通信網(wǎng)與同步2. 網(wǎng)同步設(shè)備與定時分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國的同步網(wǎng)5. 同步相關(guān)技術(shù)指標(biāo)8同步網(wǎng)中的節(jié)點時鐘設(shè)備獨立型定時供給設(shè)備n銫原子鐘：長期穩(wěn)定性非常好，但體積大、耗能高、價格貴、維護(hù)費用高n銣原子鐘：短期穩(wěn)定性好，體積小、重量輕、耗電少、價格低n晶體鐘：長期和短期穩(wěn)定性均比原子鐘差，但體積小、重量輕、耗電少，費用低，平均故障間隔時間長n大樓綜合定時系統(tǒng)(BITS) n全球定位系統(tǒng)(如GPS)組成的定時系統(tǒng)混合型定時供給設(shè)備：通信設(shè)備中的時鐘單元9定時分配定時分配：將基準(zhǔn)定時信號逐級傳遞到同步通信網(wǎng)中的各種設(shè)備局內(nèi)定時分配n在同步網(wǎng)節(jié)點上直接將定時

4、信號送給各個通信設(shè)備，如在通信樓內(nèi)直接將通信樓綜合定時供給系統(tǒng)(BITS)的輸出信號連接到各個通信設(shè)備局間定時分配n在同步網(wǎng)節(jié)點間的定時傳遞10局內(nèi)定時分配(1)11局內(nèi)定時分配(2)當(dāng)局內(nèi)的設(shè)備較多時，對同一類設(shè)備或組成系統(tǒng)的設(shè)備，可可以通過業(yè)務(wù)線串接，也可以通以通過業(yè)務(wù)線串接，也可以通過外同步接口連接過外同步接口連接12局間定時分配定時傳遞采用樹狀結(jié)構(gòu)n在同步網(wǎng)節(jié)點間，通過定時鏈路將來自基準(zhǔn)鐘的定時信號逐級向下傳遞定時鏈路有兩種nPDH定時鏈路nSDH定時鏈路13PDH定時鏈路采用PDH的2Mb/s專線或業(yè)務(wù)通道，傳遞同步網(wǎng)定時信號傳輸設(shè)備本身并不受該2Mb/s時鐘同步主要特點n對同步網(wǎng)定

5、時損傷小，適合長距離傳遞定時n傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)多為樹型，定時鏈路的規(guī)劃設(shè)計簡單n定時鏈路發(fā)生故障時，便于定時恢復(fù)14SDH定時鏈路采用STM-N信號傳遞定時n在定時鏈路始端的SDH網(wǎng)元通過外時鐘信號輸入口接收同步網(wǎng)定時，并將定時信號承載到STM-N上nSDH網(wǎng)元時鐘接收線路信號定時，并為發(fā)送的線路信號提供定時網(wǎng)元時鐘將串入到定時鏈路中，使得SDH網(wǎng)元時鐘和傳輸鏈路成為同步網(wǎng)的組成部分15SDH定時鏈路(續(xù))由于SDH傳輸網(wǎng)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和靈活的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)功能，定時鏈路的規(guī)劃設(shè)計較為復(fù)雜，也給定時鏈路的恢復(fù)帶來困難SDH網(wǎng)多采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，當(dāng)上游定時鏈路故障時，會出現(xiàn)高級時鐘受低級時鐘同步的現(xiàn)象當(dāng)同步網(wǎng)定

6、時鏈路規(guī)劃不合理，或定時參考信號的來源及時鐘信號等級不明時，會在同步網(wǎng)內(nèi)形成定時環(huán)ITU-T 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，基準(zhǔn)定時鏈路上SDH網(wǎng)元時鐘個數(shù)不能超過60個，因此定時傳遞距離就會受到限制16內(nèi)容：1. 數(shù)字通信網(wǎng)與同步2. 網(wǎng)同步設(shè)備與定時分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國的同步網(wǎng)5. 同步相關(guān)技術(shù)指標(biāo)17網(wǎng)同步與節(jié)點時鐘控制單向與雙向控制n單向：對同步的控制僅在傳輸鏈路的一個方向上進(jìn)行，即僅對鏈路的一側(cè)有效n雙向：網(wǎng)同步的控制在傳輸鏈路的兩個方向上都使用，即鏈路兩側(cè)都受到控制單端與雙端控制n單端：節(jié)點時鐘的同步控制信號來自輸入時鐘信號和本地時鐘信號的差值n雙端：本端輸入時鐘信號和本地時鐘的相位差值

7、、發(fā)送時鐘信號對端所得到的相位差值共同作為節(jié)點時鐘的同步控制信號18網(wǎng)同步與節(jié)點時鐘控制(續(xù))(a) 準(zhǔn)同步 (b) 主從(單端，單向) (c) 時間基準(zhǔn)(雙端，單向) (d) 外部基準(zhǔn)(單向) (e) 單端控制(雙向) (f) 雙端控制準(zhǔn)同步工作(a)(b)(c)(d)(e)(f)強(qiáng)制同步互同步同步工作19準(zhǔn)同步準(zhǔn)同步方式n各交換節(jié)點的時鐘彼此獨立，但要求頻率精度保持在極窄的頻率容差之中，網(wǎng)絡(luò)接近于同步工作狀態(tài)主要優(yōu)點n網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，增設(shè)和改動靈活適合場合n國際交換節(jié)點之間n軍用戰(zhàn)術(shù)移動通信網(wǎng)n民用數(shù)字通信網(wǎng)所選用的網(wǎng)同步技術(shù)出現(xiàn)故障時主要缺點n固有的周期性滑動n需要高精度原子鐘，管理維護(hù)費

8、用較高20主從同步主節(jié)點中間節(jié)點中間節(jié)點從節(jié)點從節(jié)點從節(jié)點21主從同步(續(xù))所有節(jié)點都以主節(jié)點時鐘作為基準(zhǔn)，將本地振蕩器相位鎖定到所接收的定時基準(zhǔn)上，使節(jié)點時鐘從屬于主節(jié)點時鐘主要優(yōu)點n避免了準(zhǔn)同步網(wǎng)中固有的周期性滑動n本地振蕩器只要求較低的頻率精度n控制簡單，適用于星型或樹型網(wǎng)主要缺點n傳輸鏈路中的擾動導(dǎo)致定時基準(zhǔn)的擾動，且逐段累積n從節(jié)點定時基準(zhǔn)完全依賴于主節(jié)點基準(zhǔn)時鐘和傳輸鏈路22相互同步相互同步n無主節(jié)點和時鐘基準(zhǔn)，每個節(jié)點本地時鐘通過鎖相環(huán)路受接收到的所有外來數(shù)字鏈路定時信號的共同加權(quán)控制，達(dá)到一個穩(wěn)定的系統(tǒng)頻率，實現(xiàn)全網(wǎng)同步主要優(yōu)點n某些傳輸鏈路或節(jié)點時鐘發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)仍能同步工

9、作n對于節(jié)點時鐘頻率穩(wěn)定度要求不高n適用于分布式網(wǎng)路主要缺點n系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率取決于起始條件、時延、增益和加權(quán)系數(shù)等，容易受到擾動n系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率不確定，很難與其他同步系統(tǒng)兼容n整個同步網(wǎng)為閉路反饋系統(tǒng)，相關(guān)參數(shù)變化容易影響系統(tǒng)性能23外時間基準(zhǔn)同步外時間基準(zhǔn)同步n所有節(jié)點的時間基準(zhǔn)依賴于該節(jié)點接收到的外來基準(zhǔn)信號，實現(xiàn)全網(wǎng)同步主要特點n外來基準(zhǔn)信號頻率精度很高n傳輸路徑與網(wǎng)絡(luò)信息通路無關(guān)n只有在外時間基準(zhǔn)信號的覆蓋區(qū)才能采用外時間基準(zhǔn)信號通常來自于GPS (Global Positioning System)nGPS衛(wèi)星時鐘(銣原子鐘)受控于地面的GPS主時鐘n地面的GPS主時鐘由銫原子鐘與協(xié)調(diào)世

10、界時(UTC，Universal Time Coordinated)比對后產(chǎn)生24通信樓綜合定時供給系統(tǒng)(BITS)定時信號輸出定時信號輸出單元時鐘 A基準(zhǔn)信號輸入控制 A同步基準(zhǔn)信號輸入A側(cè)同步時鐘信號插入單元B側(cè)被監(jiān)測的信號入口同步信號監(jiān)測單元時間信號日歷時鐘至其他單元基準(zhǔn)信號輸入控制 B同步基準(zhǔn)信號輸入相位控制時鐘 B維護(hù)控制接口至各單元控制及告警維護(hù)命令及控制總線告警狀態(tài)25全同步網(wǎng)：單一基準(zhǔn)時鐘一級時鐘二級時鐘二級時鐘三級時鐘三級時鐘三級時鐘三級時鐘26全同步網(wǎng)：多個基準(zhǔn)時鐘二級時鐘三級時鐘三級時鐘二級時鐘三級時鐘三級時鐘二級時鐘基準(zhǔn)時鐘 1基準(zhǔn)時鐘 3基準(zhǔn)時鐘 227全準(zhǔn)同步網(wǎng) 被

11、同步設(shè)備BITSBITSBITSBITS28混合同步網(wǎng)準(zhǔn)同步三級時鐘二級時鐘基準(zhǔn)時鐘三級時鐘二級時鐘基準(zhǔn)時鐘29內(nèi)容：1. 數(shù)字通信網(wǎng)與同步2. 網(wǎng)同步設(shè)備與定時分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國的同步網(wǎng)5. 同步相關(guān)技術(shù)指標(biāo)30我國的同步網(wǎng)分布式的、多個基準(zhǔn)時鐘控制的全同步網(wǎng)，分為四級n第一級：一級基準(zhǔn)時鐘(PRC，Primary Reference Clock) ，由銫(原子)鐘或GPS配銣鐘組成(北京和武漢)n第二級：地區(qū)級基準(zhǔn)時鐘(LPR，Local Primary Reference)，有保持功能的高穩(wěn)時鐘(受控銣鐘和高穩(wěn)定度晶體鐘) wA類：六個大區(qū)中心及五個邊遠(yuǎn)省會中心，同時增配

12、GPS定時接收設(shè)備wB類：其余30個省、市、自治區(qū)的長途通信大樓內(nèi)的BITS31我國的同步網(wǎng)n第三級時鐘：各省內(nèi)的匯接局和端局，有保持功能的高穩(wěn)定度晶體時鐘n第四級時鐘：設(shè)置在遠(yuǎn)端模塊、數(shù)字終端設(shè)備和數(shù)字用戶交換設(shè)備當(dāng)中，一般晶體時鐘32全國數(shù)字同步骨干網(wǎng)PRC(節(jié)點)PRC(一級基準(zhǔn)時鐘)LPR(地區(qū)基準(zhǔn)時鐘A類)大區(qū)中心節(jié)點邊遠(yuǎn)省中心節(jié)點省中心 BITS(B 類)(大樓綜合定時供給系統(tǒng))PRC(節(jié)點)33同步區(qū) 主用基準(zhǔn)傳輸鏈路； 有二級A類時鐘的長途交換中心；基 準(zhǔn) 時 鐘同步區(qū) B同步區(qū) C同步區(qū) A同步區(qū) B同步區(qū) A基準(zhǔn)主用備用(a)(b)備用基準(zhǔn)傳輸鏈路；BITS； 有二級 B

13、類時鐘的長途交換中心34內(nèi)容：1. 數(shù)字通信網(wǎng)與同步2. 網(wǎng)同步設(shè)備與定時分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國的同步網(wǎng)5. 同步相關(guān)技術(shù)指標(biāo)35同步技術(shù)指標(biāo)數(shù)字通信網(wǎng)中的傳輸損傷n誤碼、抖動、漂移、滑動、延時、幀失步網(wǎng)同步相關(guān)傳輸損傷n滑動、抖動、漂移、延時36滑動示例：時分交換時的輸入緩沖f a緩沖器f b緩沖器時分交換f cf c同步時鐘37滑碼緩沖器容量為1bit讀出 f c寫入 f a1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 9f af c(a)讀出 f c寫入 f b1234567891 2 3 4 5 6 7 7 8f bf c(b)9滑碼所引起的幀失步

14、期間，全部碼元丟失n解決方法：擴(kuò)大緩沖器容量38滑幀緩沖器容量為1幀A1 幀BCDEGHABCD EFGH1 幀幀 F 丟失(a)A1 幀BCDEABCEF1 幀幀 D 重復(fù)(b)D可將滑碼所引起的碼元損失控制為1幀n減少了滑碼的次數(shù)n防止幀失步39滑動的影響語音通信n影響較小信令傳輸n隨路信令：復(fù)幀失步會引起信令短時間中斷n公共信道信令w引起信令信息錯誤，但No.7信令的自動請求重傳(ARQ)可以應(yīng)對數(shù)字通信n需要上層協(xié)議識別錯誤并重傳40滑碼速率滑碼速率：單位時間內(nèi)滑動的次數(shù)n表征滑動引起的傳輸損傷設(shè)N為滑碼一次增加或丟失的碼元數(shù)，T0為碼元周期，則讀寫時差大于NT0或小于0時就產(chǎn)生滑碼設(shè)

15、f為基準(zhǔn)時鐘頻率，Df為時鐘頻率與基準(zhǔn)頻率的偏差，顯然Df/f為節(jié)點時鐘頻率的相對誤差，2Df/f為兩個節(jié)點的最大頻率相對誤差，則兩次滑碼的時間間隔|/|20ffNTTsDfffN |/|2D41滑碼速率(續(xù))滑碼速率為(其中Fs為幀頻)NfffRs |/|2DFsff |/|2D示例：假設(shè)兩個時鐘的相對頻差為110-11，滑碼一次增加或丟失的碼元數(shù)為256bit，對2.048Mb/s的基群碼流，最大可能的滑碼速率為Rs=2 Df/fFs=1/6250000s = 1/72.34天42抖動示例 發(fā)送脈沖 接收脈沖 抖動函數(shù)t1t2t3t4t5t1t2t3t4t5j(t)t43抖動和漂移抖動：數(shù)字信號的有效瞬間在時間上偏離其理想位置的短期變化n變化頻率超過10Hzn在節(jié)點設(shè)備中容易過濾漂移：數(shù)字信號的有效瞬間在時間上偏離其理想