《IPRAN PTN技術(shù)及應(yīng)用》課件第6章 IPRAN PTN同步技術(shù)

第6章IPRAN/PTN同步技術(shù)

同步的分類基本概念

同步網(wǎng)

通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求

同步技術(shù)的實現(xiàn)典型應(yīng)用第6章IPRAN/PTN同步技術(shù)

同步的分類

基本概念

同步網(wǎng)

通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求

同步技術(shù)的實現(xiàn)典型應(yīng)用第6章IPRAN/PTN同步技術(shù)同步的分類同步是指通信系統(tǒng)的收、發(fā)雙方在時間上步調(diào)的一致。同步是進行信息傳輸?shù)谋匾颓疤?。同步性能的好壞直接影響著通信系統(tǒng)的性能。同步系統(tǒng)應(yīng)具有比信息傳輸系統(tǒng)更高的可靠性和更好的質(zhì)量指標，如同步誤差小、相位抖動小以及同步建立時間短，保持時間長等。同步的分類按照定時信號的不同，同步分為載波同步、位同步（碼元同步）、群同步（幀同步）和網(wǎng)同步等四種。下面分別予以介紹。1.載波同步（載波跟蹤、載波提?。┹d波同步是指在相干解調(diào)中，在接收端恢復(fù)出與發(fā)送端的載波在頻率上同頻的相干載波的過程。載波同步是實現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。載波同步的方法包括直接法（自同步法）、插入導(dǎo)頻法（外同步法）、平方變換法、平方環(huán)法和同相正交環(huán)法等。6.1.1按照定時信號同步的分類1.載波同步（載波跟蹤、載波提?。┎迦雽?dǎo)頻法的適用場景：對于已調(diào)信號本身不含載波或接收端很難從已調(diào)信號的頻譜中分離出載波這種情況，可在適當?shù)念l率位置上，插入一個低功率的線譜（此線譜對應(yīng)的時域正弦波稱為導(dǎo)頻信號），接收端就用窄帶濾波器將它取出來，經(jīng)過適當處理，得到相干載波。6.1.1按照定時信號同步的分類2.位同步（碼元同步）位同步是指在接收端的基帶信號中提取碼元定時的過程。位同步脈沖與接收碼元的重復(fù)頻率和相位一致。接收端“碼元定時脈沖序列”的重復(fù)頻率和相位（位置）要與接收碼元一致，以保證：①接收端的定時脈沖重復(fù)頻率和發(fā)送端的碼元速率相同；②取樣判決時刻對準最佳取樣判決位置。這個碼元定時脈沖序列稱為“碼元同步脈沖”或“位同步脈沖”。6.1.1按照定時信號同步的分類3.幀同步（群同步）在數(shù)字時分多路通信系統(tǒng)中，各路信碼都安排在指定的時隙內(nèi)傳送，形成一定的幀結(jié)構(gòu)。在接收端為了正確地分離各路信號，首先要識別出每幀的起始時刻，從而找出各路時隙的位置。也就是說，接收端必須產(chǎn)生與字、句和幀起止時間相一致的定時信號。將獲得這些定時序列的過程稱為幀（字、句、群）同步。

實現(xiàn)群同步，通常采用的方法包括起止式同步法和插入特殊同步碼組的同步法。而插入特殊同步碼組的方法有兩種：一種為連貫式插入法，另一種為間隔式插入法。6.1.1按照定時信號同步的分類3.幀同步（群同步）起止式同步法電傳機中廣泛使用這一方法。它用5個碼元代表一個字母（或符號等），在每個字母開始時，先發(fā)送一個碼元寬度的負值脈沖，再傳輸5個單元編碼信息，接著再發(fā)送一個寬度為1.5個碼元的正值脈沖。開頭的負值脈沖稱為“起脈沖”，它起著同步的作用，末尾的正值脈沖稱為“止脈沖”，它使下一個字母開始之前產(chǎn)生一個間歇。那么接收端就是根據(jù)1.5個碼元寬度的正電平第一次轉(zhuǎn)換到負電平這一特殊規(guī)律，確定一個字的起始位置，因而就實現(xiàn)了群同步。集中插入同步法集中插入同步法，又稱連貫插入法。它是指在每一信息群的開頭集中插入作為群同步碼組的特殊碼組。這個特殊碼組應(yīng)該滿足下述要求：1、該碼組應(yīng)在信息碼中很少出現(xiàn)，即使偶爾出現(xiàn)，也不可能依照群的規(guī)律周期出現(xiàn)。接收端按群的周期連續(xù)數(shù)次檢測該特殊碼組，這樣便獲得群同步信息。2、具有尖銳單峰特性的自相關(guān)函數(shù)；3、碼長適當，以保證傳輸效率。4、目前常用的群同步碼組是巴克碼。6.1.1按照定時信號同步的分類3.幀同步（群同步）分散插入同步法（間歇式插入法）間歇式插入法又稱為分散插入法，它是將群同步碼以分散的形式插入信息碼流中。這種方式比較多地用在多路數(shù)字電路系統(tǒng)中。間歇式插入方法中，群同步碼均勻地分散插入在一幀之內(nèi)。幀同步碼可以是1、0交替碼型。例如24路PCM系統(tǒng)中，一個抽樣值用8位碼表示，此時24路電話都抽樣一次共有24個抽樣值，192個信息碼元。192個信息碼元作為一幀，在這一幀插入一個群同步碼元，這樣一幀共有193碼元。接收端檢出群同步信息后，再得出分路的定時脈沖。間歇式插入法的缺點是當失步時，同步恢復(fù)時間較長，因為如果發(fā)生了群失步，則需要逐個碼位進行比較檢驗，直到重新收到群同步的位置，才能恢復(fù)群同步。這種同步方法的另一缺點是設(shè)備較復(fù)雜，因為它不像連貫式插入法那樣，群同步信號集中插入在一起，而是要將群同步在每一子幀里插入一位碼，這樣群同步碼編碼后還需要加以存儲。6.1.1按照定時信號同步的分類4.網(wǎng)同步通信網(wǎng)也有模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)之分。在一個數(shù)字通信網(wǎng)中，往往需要把各個方向傳來的信碼，按它們的不同目的進行分路、合路和交換，為了有效地完成這些功能，必須實現(xiàn)網(wǎng)同步。實現(xiàn)網(wǎng)同步的方式包括全網(wǎng)同步系統(tǒng)方式和準同步系統(tǒng)方式。1）全網(wǎng)同步系統(tǒng)全網(wǎng)同步系統(tǒng)的同步方法包括：主從同步法等級主從同步法6.1.1按照定時信號同步的分類4.網(wǎng)同步1）全網(wǎng)同步系統(tǒng)主從同步法主從同步法是指將網(wǎng)絡(luò)中一個被設(shè)計為主鐘的時鐘作為參考頻率基準，并向其它時鐘分配該參考信號，網(wǎng)絡(luò)中其它時鐘作為從鐘，受主鐘控制。網(wǎng)絡(luò)中的時鐘是分級的，可以分為主從兩級，也可以分為多級。在主從同步網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中所有的時鐘都跟蹤到同一個或一組基準源上。正常情況下，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的時鐘沒有頻率偏差。6.1.1按照定時信號同步的分類4.網(wǎng)同步1）全網(wǎng)同步系統(tǒng)主從同步法6.1.1按照定時信號同步的分類4.網(wǎng)同步1）全網(wǎng)同步系統(tǒng)等級主從同步法等級主從同步方式與前述不同的是全網(wǎng)所有的交換站都按等級分類，其時鐘都按照其所處的地位水平分配一個等級。在主時鐘發(fā)生故障的情況下，主動選擇具有最高等級的時鐘作為新的主時鐘。也就是說主時鐘或傳輸信道發(fā)生故障時，則由副時鐘源替代，通過圖中箭頭所示通路供給時鐘。這種方式提高了同步系統(tǒng)的可靠性，但同時也增加了系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜性。6.1.1按照定時信號同步的分類4.網(wǎng)同步1）全網(wǎng)同步系統(tǒng)等級主從同步法6.1.1按照定時信號同步的分類4.網(wǎng)同步2）準同步系統(tǒng)準同步方式也稱為獨立時鐘方式，這種時鐘同步方式中各交換節(jié)點的時鐘彼此是獨立的，但它們的頻率精度要求保持在極窄的頻率容差之內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)接近于同步工作狀態(tài)，通常稱為準同步工作方式。準同步工作方式的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，各節(jié)點時鐘彼此獨立工作，節(jié)點之間不需要有控制信號來校準時鐘的精度。網(wǎng)絡(luò)的增設(shè)和改動都很靈活，因此得到了廣泛的應(yīng)用。它特別適合于國際交換節(jié)點之間同步使用。6.1.1按照定時信號同步的分類4.網(wǎng)同步2）準同步系統(tǒng)準同步方式有如下缺點：（1）節(jié)點時鐘是互相獨立的，不管時鐘的精度有多高，節(jié)點之間的數(shù)字鏈路在節(jié)點入口處總是要產(chǎn)生周期性的滑動，這樣對通信業(yè)務(wù)的質(zhì)量有損傷。（2）為了減小對通信業(yè)務(wù)的損傷，時鐘必須有很高的精度，通常要求采用原子鐘，需要較大的投資，可靠性也差。6.1.1按照定時信號同步的分類6.1.1按照定時信號同步的分類6.1.2按照傳輸同步信息方式按照傳輸同步信息方式的不同，可分為外同步法和自同步法。1.外同步法由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息，接收端把這個專門的同步信息檢測出來作為同步信號的方法，稱為外同步法。2.自同步法發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號中提取同步信息的方法，稱為自同步法。同步的分類6.1.3按照同步的程度按照同步的精確程度的不同，同步包含時間同步（PhaseSynchronization）和頻率同步（FrequencySynchronization）。1.頻率同步頻率同步，就是所謂時鐘同步。是指信號之間的頻率或相位上保持某種嚴格的特定關(guān)系，其相對應(yīng)的有效瞬間以同一平均速率出現(xiàn)，以維持通信網(wǎng)絡(luò)中所有的設(shè)備以相同的速率運行。數(shù)字通信網(wǎng)中傳遞的是對信息進行編碼后得到的PCM（PulseCodeModulation，脈沖編碼調(diào)制）離散脈沖。若兩個數(shù)字交換設(shè)備之間的時鐘頻率不一致，或者由于數(shù)字比特流在傳輸中因干擾損傷，而疊加了相位漂移和抖動，就會在數(shù)字交換系統(tǒng)的緩沖存儲器中產(chǎn)生碼元的丟失或重復(fù)，導(dǎo)致在傳輸?shù)谋忍亓髦谐霈F(xiàn)滑動損傷。同步的分類6.1.3按照同步的程度2.相位同步（時間同步）相位同步是指信號之間的頻率不僅相同，相位也要保持相同，因此時間同步一般都包括頻率同步。

時間同步的同步操作就是按照接收到的時間來調(diào)控設(shè)備內(nèi)部的時鐘和時刻。時間同步的調(diào)控原理與頻率同步對時鐘的調(diào)控原理相似，它既調(diào)控時鐘的頻率又調(diào)控時鐘的相位，同時將時鐘的相位以數(shù)值表示，即時刻。

同步的分類6.1.3按照同步的程度2.相位同步（時間同步）

與頻率同步不同的是，時間同步接受非連續(xù)的時間信息，非連續(xù)調(diào)控設(shè)備時鐘，而設(shè)備時鐘鎖相環(huán)的調(diào)節(jié)控制是周期性的，時間同步中的時鐘可以是虛擬的而非真實的時鐘。

時間同步有兩個主要的功能：授時和守時。用通俗的語音描述，授時就是“對表”。通過不定期的對表動作，將本地時刻與標準時刻相位同步；守時就是前面提到的頻率同步，保證在對表的間隙里，本地時刻與標準時刻偏差不要太大。

？同步的分類6.1.3按照同步的程度2.相位同步（時間同步）

同步的分類

基本概念

同步網(wǎng)

通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求

同步技術(shù)的實現(xiàn)典型應(yīng)用第6章IPRAN/PTN同步技術(shù)基本概念6.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語1.原子頻率標準原子頻率標準簡稱原子鐘，是根據(jù)原子物理學(xué)和量子力學(xué)的原理制造的高準確度、穩(wěn)定度的振蕩器。在通信網(wǎng)中，原子鐘一般作為第一級基準時鐘，是同步網(wǎng)中向數(shù)字設(shè)備提供標準信號的最高標準源。一般原子鐘有銫鐘和銣鐘。公司一般是用銣鐘作為測試時鐘時的標準參考源。1971年10月，國際時間局定義了國際原子時（TAI），以世界上大約100臺銫原子鐘進行對比，再由國際時間局進行數(shù)據(jù)處理，求出統(tǒng)一的原子時。我國位于陜西天文臺的國家授時中心代表我國參加國際原子時合作?；靖拍?.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語1.原子頻率標準以天體運動的周期現(xiàn)象為標準源的時標統(tǒng)稱為天文時。1820年法國科學(xué)院正式提出：一個平太陽日的1/86400為一個平太陽秒，稱為世界時秒長。零類世界時（UT0）：國際上將英國格林威治所在的子午線的平均太陽時，定義為零類世界時。第一類世界時（UT1）：由于地球自轉(zhuǎn)軸的擺動，使得UT0存在一定的差異。對地球自轉(zhuǎn)軸微小移動效應(yīng)進行修正后，得到第一類世界時?；靖拍?.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語2.時鐘目前實際使用的時鐘類型主要分為以下幾類：銫原子鐘：利用銫原子的能量躍遷現(xiàn)象構(gòu)成的諧振器來穩(wěn)定石英晶體振蕩器的頻率。銣原子鐘：工作原理與銫原子鐘基本相似，都是利用能級躍遷的諧波頻率作為基準。石英晶體振蕩器：應(yīng)用范圍十分廣泛，廉價頻率源，可靠性高，壽命長，價格低，頻率穩(wěn)定度范圍很寬。GPS：GPS（全球定位系統(tǒng)）是NavigationSatelliteTimingandRange/GlobalPositioningSystem的縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱，是美國軍方開發(fā)研制的一套衛(wèi)星系統(tǒng)，可以向全球范圍內(nèi)提供定時和定位功能。它由24顆衛(wèi)星組成。全球各地通過GPS接收機接收衛(wèi)星發(fā)出的信號，調(diào)整本地時鐘的準確度，使其跟蹤UTC?；靖拍?.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語3.授時就同步網(wǎng)而言，我國的頻率同步網(wǎng)采用的是多基準混合同步方式，即全網(wǎng)部署多個1級基準時鐘設(shè)備，并且需配置高性能的衛(wèi)星授時接收機，以保證全網(wǎng)的定時性能。我國的時間同步網(wǎng)則采用分布式組網(wǎng)方式，即在每個時間同步設(shè)備上均需配置高性能的衛(wèi)星授時接收機，以保證全網(wǎng)的時間精度。我國的北斗授時系統(tǒng)性能可以滿足通信網(wǎng)絡(luò)的需求，基于北斗/GPS雙模的授時設(shè)備最早在2003年進入通信領(lǐng)域，在2008年之前主要提供頻率同步服務(wù)，此后可同時提供時間同步和頻率同步服務(wù)。2008年以后生產(chǎn)的北斗設(shè)備其性能普遍達到了GPS衛(wèi)星接收機設(shè)備的水平，完全可以滿足通信網(wǎng)中各種通信設(shè)備對頻率同步和時間同步的需求。

基本概念6.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語3.授時天文測時所依賴的是地球自轉(zhuǎn)，而地球自轉(zhuǎn)的不均勻性使得天文方法所得到的時間（世界時）精度只能達到10-9，無法滿足現(xiàn)代的社會經(jīng)濟各方面的需求。一種更為精確和穩(wěn)定的時間標準應(yīng)運而生，這就是“原子鐘”。世界各國都采用原子鐘來產(chǎn)生和保持標準時間，這就是“時間基準”。然后，通過各種手段和媒介將時間信號送達用戶，這些手段包括：短波、長波、電話網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等。這一整個工序，就稱為“授時系統(tǒng)”。授時需要用到授時協(xié)議，最常見的授時協(xié)議包括NTP協(xié)議和PTP協(xié)議?；靖拍?.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語1）NTP協(xié)議NTP協(xié)議（NetworkTimeProtocol，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）是由RFC1305定義的時間同步協(xié)議，用來在分布式時間服務(wù)器和客戶端之間進行時間同步。NTP基于UDP報文進行傳輸，使用的UDP端口號為123。它的目的是在國際互聯(lián)網(wǎng)上傳遞統(tǒng)一、標準的時間，通過對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有具有時鐘的設(shè)備進行時鐘同步，使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有設(shè)備的時鐘保持一致，從而使設(shè)備能夠提供基于統(tǒng)一時間的多種應(yīng)用。具體的實現(xiàn)方案是在網(wǎng)絡(luò)上指定若干時鐘源網(wǎng)站，為用戶提供授時服務(wù)，并且這些網(wǎng)站間應(yīng)該能夠相互比對，提高準確度。以通信信道為媒介同步授時，如計算機網(wǎng)絡(luò)、電話網(wǎng)絡(luò)。這種授時方式需要占用信道時間，對信道的可靠性要求高，而且由于時間信號通過信道傳送到不同終端的延時不同，只能滿足中等精度時間用戶的要求?；靖拍?.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語1）NTP協(xié)議NTP最典型的授時方式是客戶機/服務(wù)器方式?？蛻魴C首先向服務(wù)器發(fā)送一個NTP包，其中包含了該包離開客戶機的時間戳T1，當服務(wù)器接收到該包時，依次填入包到達的時間戳T2、包離開的時間戳T3，然后立即把包返回給客戶機?？蛻魴C在接收到響應(yīng)包時，記錄包返回的時間戳T4?；靖拍?.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語1）NTP協(xié)議客戶機用上述4個時間參數(shù)就能夠計算出2個關(guān)鍵參數(shù)：NTP包的往返延遲d和客戶機與服務(wù)器之間的時鐘偏差t?？蛻魴C使用時鐘偏差來調(diào)整本地時鐘，以使其時間與服務(wù)器時間一致。

基本概念6.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語2）PTP協(xié)議PTP（PrecisionTimeProtocol，高精度時間同步協(xié)議）是一種對標準以太網(wǎng)終端設(shè)備進行時間和頻率同步的協(xié)議，也稱為IEEE1588，簡稱為1588。1588分為1588v1和1588v2兩個版本，1588v1只能達到亞毫秒級的時間同步精度，而1588v2可以達到亞微秒級同步精度。1588v2被定義為時間同步的協(xié)議，最初只是用于設(shè)備之間的高精度時間同步，隨著技術(shù)的發(fā)展，1588v2也具備頻率同步的功能?；靖拍?.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語2）PTP協(xié)議理論上，任何PTP時鐘都能實現(xiàn)主時鐘和從時鐘的功能，但一個PTP通信子網(wǎng)內(nèi)只能有一個主時鐘。整個系統(tǒng)中的最優(yōu)時鐘為GMC（GrandmasterClock，最高級時鐘），有著最好的穩(wěn)定性、精確性、確定性等。根據(jù)各節(jié)點上時鐘的精度和級別以及UTC（通用協(xié)調(diào)時間）的可追溯性等特性，由BMC算法（BestMasterClock，最佳時鐘算法）來自動選擇各子網(wǎng)內(nèi)的主時鐘；在只有一個子網(wǎng)的系統(tǒng)中，主時鐘就是最高級時鐘GMC。每個系統(tǒng)只有一個GMC，且每個子網(wǎng)內(nèi)只有一個主時鐘，從時鐘與主時鐘保持同步。關(guān)于PTP協(xié)議的更多細節(jié)，會在6.5.2小節(jié)中予以詳細介紹?；靖拍?.2.1時鐘設(shè)備相關(guān)術(shù)語4.主時鐘和從時鐘主時鐘（MasterClock）---是一個信號發(fā)生器，它可以產(chǎn)生一個準確的頻率信號去控制其它信號發(fā)生器。從時鐘（SlaveClock）---是一個信號發(fā)生器，它的輸出信號相位鎖定到一個高質(zhì)量的輸入信號相位上。PRC（PrimaryReferenceClock，基準參考時鐘）---也稱為基準鐘，是一個參考頻率基準，可以提供符合建議G.811規(guī)范的頻率參考信號。一般由銫鐘組成。LPRC（LocalPrimaryReferenceClock，區(qū)域基準時鐘）---是一個參考頻率基準，可以提供符合建議G.811規(guī)范的頻率參考信號。一般由銣鐘加GPS組成，在失去GPS后降質(zhì)為G.812時鐘?；靖拍?.2.2時鐘的工作模式時鐘工作模式可以分為下述幾種：跟蹤模式、保持模式和自由振蕩模式。跟蹤模式（LOCK）跟蹤模式也稱為鎖定模式，是指本地時鐘同步于輸入的基準時鐘信號。是一個從鐘的運行狀態(tài)，此時時鐘的輸出信號受外參考信號的控制，這樣時鐘的輸出信號的長期平均率與輸入?yún)⒖夹盘栆恢?，并且輸出信號和輸入信號間的定時錯誤是相關(guān)聯(lián)的。2.保持模式（HOLD）當所有定時基準源都丟失后，從時鐘可以進入保持模式，保持上個跟蹤源的頻率24小時或者永久。保持模式是一個從鐘的運行狀態(tài)，此時時鐘丟失外參考信號，使用鎖定狀態(tài)下存儲的數(shù)據(jù)來控制時鐘的輸出信號。自由振蕩模式是一個從鐘的運行狀態(tài)，此時時鐘的輸出信號取決于內(nèi)部的振蕩源，并且不受外部參考信號的直接控制和間接影響?；靖拍?.2.2時鐘的工作模式時鐘工作模式可以分為下述幾種：跟蹤模式、保持模式和自由振蕩模式。3.自由振蕩模式（FREE）當所跟蹤的時鐘基準源丟失時間超過24小時或跟蹤模式下儲存的控制數(shù)據(jù)已被取空，則時鐘模塊由保持工作模式進入到自由振蕩工作模式，跟蹤本網(wǎng)元內(nèi)部時鐘源?；靖拍?.2.3同步相關(guān)的技術(shù)指標用于衡量同步系統(tǒng)同步性能的技術(shù)指標，包括頻率準確度、頻率穩(wěn)定度、相對頻率偏差、單位時間間隔、時間間隔誤差、最大時間間隔誤差、頻率漂移、抖動、滑碼、相位瞬變等，下面分別予以介紹。1.頻率準確度指在一定時間內(nèi)，實際信號相對于定義值的最大頻率偏差。頻率準確度是指信號的實際頻率值與理想的標稱頻率的偏離程度。一般用相對頻率偏差來表示，例如若標稱頻率為?0，實際頻率為f，則頻率準確度為（f-?0）/?0，單位一般用ppm或者ppb來表示。頻率準確度描述時鐘晶振輸出的實際頻率值與其標稱頻率定義值的符合程度。設(shè)時鐘晶振實際平均頻率值為?x，其標稱頻率定義值為?0，則該時鐘晶振的頻率準確度表示為：基本概念6.2.3同步相關(guān)的技術(shù)指標2.頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度表征的是時鐘頻率由于內(nèi)部各種因素和外部環(huán)境因素影響下隨機起伏的程度，用阿侖方差的平方根來表征。頻率穩(wěn)定度可以用來衡量在給定的時間間隔內(nèi)，由于時間的內(nèi)在因素或環(huán)境的影響而導(dǎo)致的頻率變化。在時鐘測試時，一般指時鐘保持狀態(tài)下的穩(wěn)定度。

頻率穩(wěn)定度表征信號頻率隨機起伏的程度。頻率不穩(wěn)定的機理有很多種，隨著測試取樣時間不同，測試結(jié)果也不同。因此，把穩(wěn)定度分為長期頻率穩(wěn)定度（長穩(wěn)）和短期頻率穩(wěn)定度（短穩(wěn)），二者并沒有嚴格的界限，一般取樣時間在1000秒以下稱為短穩(wěn)。衡量頻率穩(wěn)定度有兩種方法，分別是時域和頻域的表征。頻域一般用頻譜儀來進行測試，而時域則主要用時間間隔分析儀進行測試?；靖拍?.2.3同步相關(guān)的技術(shù)指標3.相對頻率偏差信號頻率與標稱頻率之差稱為頻率偏差，實際常用相對偏差來表達，即信號頻率與標稱頻率之差與標稱頻率之比。4.單位時間間隔（UI）單位時間間隔是每個脈沖單元（bit）所占用的時間，其值為接口比特率的倒數(shù)，如對于2048Kb/s的E1信號而言，1UI＝488ns。5.時間間隔誤差時間間隔誤差（TIE）是指在一段規(guī)定時間內(nèi)，測量到的定時信號的各個有效瞬間相對其理想位置的累積偏離，也就是相對時延變化?；靖拍?.2.3同步相關(guān)的技術(shù)指標6.最大時間間隔誤差在一個測量周期內(nèi)，一個給定的時間窗口內(nèi)的最大相位變化。TIE是相對于理想信號的，但是實際測試中不存在理想的基準信號，因此測試總是相對于某個指定的基準信號的，此時的TIE稱為MTIE。MTIE是一個統(tǒng)計值，它反映了在該段測量時間T中，每τ秒內(nèi)信號的TIE的最大值，即最大相位變化。MTIE是衡量時鐘信號穩(wěn)定度的指標。7.頻率漂移頻率準確度在單位時間內(nèi)的變化量稱為頻率漂移?；靖拍?.2.3同步相關(guān)的技術(shù)指標8.抖動Jitter抖動是數(shù)字信號傳輸過程中的一種瞬時不穩(wěn)定現(xiàn)象，抖動定義為數(shù)字信號各個有效瞬時相對其理想位置的短期變化（變化的頻率大于10Hz）。對于高速大容量光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)而言，隨著傳輸速率的提高，脈沖的寬度和間隔越窄，抖動的影響就越顯著。因為抖動使接收端脈沖移位，從而可能把有脈沖判為無脈沖，或反之，把無脈沖判為有脈沖，從而導(dǎo)致誤碼。9.漂移Wander數(shù)字信號各個有效瞬時相對其理想位置的短期變化（變化的頻率小于10HZ）。因此漂移可以簡單地理解為信號傳輸延時的慢變化?；靖拍?.2.3同步相關(guān)的技術(shù)指標10.滑動Slip滑動也稱滑碼，由于數(shù)字設(shè)備輸入/輸出信號的頻率或相位變化而導(dǎo)致在緩沖存儲器產(chǎn)生數(shù)字信號的重讀或漏讀。11.相位瞬變由于在定時基準之間或者設(shè)備主備硬件之間的倒換而引起的輸出口信號相位的瞬間變化。

同步的分類基本概念

同步網(wǎng)

通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求

同步技術(shù)的實現(xiàn)典型應(yīng)用第6章IPRAN/PTN同步技術(shù)同步網(wǎng)為實現(xiàn)信號同步，需使數(shù)字網(wǎng)中的每個設(shè)備的時鐘都具有相同的頻率，解決的方法是建立同步網(wǎng)。數(shù)字同步網(wǎng)（簡稱同步網(wǎng)）是個網(wǎng)絡(luò)體系，是由節(jié)點時鐘設(shè)備和定時鏈路組成的一個實體網(wǎng)，它還配置了自己的監(jiān)控網(wǎng)。同步網(wǎng)負責(zé)為各種業(yè)務(wù)網(wǎng)提供定時，以實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)網(wǎng)的同步。同步網(wǎng)與電信管理網(wǎng)、信令網(wǎng)一起并列為電信網(wǎng)的三大支撐網(wǎng)，是通信網(wǎng)正常運行的基礎(chǔ)，也是保障各種業(yè)務(wù)網(wǎng)運行質(zhì)量的重要手段。因此，同步網(wǎng)在電信網(wǎng)中具有舉足輕重的地位。同步網(wǎng)為交換網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、ISDN網(wǎng)、GSM網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)提供一個統(tǒng)一的時鐘平臺，減少滑動對各種業(yè)務(wù)的影響。保證各個網(wǎng)絡(luò)以至整個電信網(wǎng)運行的安全。同步網(wǎng)6.3.1同步網(wǎng)的發(fā)展過程同步網(wǎng)經(jīng)歷了從混合型同步網(wǎng)向獨立型同步網(wǎng)的發(fā)展歷程。1.混合型同步網(wǎng)：使用交換機時鐘作為同步網(wǎng)節(jié)點時鐘（F150，C&C08等交換機的時鐘框）。2.獨立型同步網(wǎng)：使用獨立的時鐘設(shè)備作為同步網(wǎng)節(jié)點時鐘，如BITS（BuildingIntegratedTimingSupply，大樓綜合定時供給系統(tǒng)）。同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類同步網(wǎng)分為全同步網(wǎng)、全準同步網(wǎng)、混合同步網(wǎng)三類，在一個同步網(wǎng)內(nèi)節(jié)點時鐘之間可以采用主從同步和互同步兩種方式?，F(xiàn)階段，數(shù)字同步網(wǎng)采用混合同步方式，它是一個由多個基準時鐘控制的網(wǎng)絡(luò)，各基準時鐘之間以準同步方式運行。同步網(wǎng)由各節(jié)點時鐘和傳遞同步定時信號的同步鏈路構(gòu)成。同步網(wǎng)的功能是準確地將同步定時信號從基準時鐘傳送給同步網(wǎng)的各節(jié)點，從而調(diào)整網(wǎng)中的各時鐘以建立并保持信號同步，滿足通信網(wǎng)傳遞各種通信業(yè)務(wù)信息所需的傳輸性的需要，因此基準時鐘在同步網(wǎng)中至關(guān)重要。在各大區(qū)中心和重要匯接中心，配置本地基準時鐘（LPRC），具有同時接收GPS和GLONASS衛(wèi)星的同步時鐘設(shè)備，同時通過承載線路信號接收來自鄰近的基準定時信號。同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類每個基準時鐘控制的同步網(wǎng)內(nèi)的同步方法采用等級主從同步，同步網(wǎng)內(nèi)各同步節(jié)點之間是主從關(guān)系，每個同步網(wǎng)的節(jié)點都賦予一個等級地位，只容許某一等級的節(jié)點向較低等級或同等級的節(jié)點傳送定時基準信號，以達到同步。一級節(jié)點采用1級基準時鐘，二級節(jié)點采用2級基準時鐘，三級節(jié)點采用3級基準時鐘。在混合同步下，將同步網(wǎng)劃分為若干個同步區(qū)，每個同步區(qū)為一個子網(wǎng)，在子網(wǎng)內(nèi)采用全同步方式，在子網(wǎng)間采用準同步方式。

在每個子網(wǎng)中，采用主從同步方式。同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類同步網(wǎng)時鐘等級圖。同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類解決數(shù)字網(wǎng)同步有兩種方式，偽同步和主從同步。我國采用的是等級主從同步方式，主時鐘在北京，從時鐘在武漢。采用主從同步時，上一級網(wǎng)元的定時信號通過一定的路由（同步鏈路或附近的線路信號

）從線路傳輸?shù)较乱患壘W(wǎng)元。該級網(wǎng)元提取此時鐘信號，通過本身的鎖相振蕩器跟蹤鎖定此時鐘，并產(chǎn)生以此時鐘為基準的本網(wǎng)元所用的本地時鐘信號，同時通過同步鏈路或通過傳輸鏈路（即將時鐘信息附在線路信號中傳輸）向下級網(wǎng)元傳輸，供其跟蹤、鎖定。若本站收不到從上一級網(wǎng)元傳來的基準時鐘，那么本網(wǎng)元通過本身的內(nèi)置鎖相振蕩器提供本網(wǎng)元所使用的本地時鐘，并向下一級網(wǎng)元傳送時鐘信號。同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類我國的同步網(wǎng)時鐘及等級相關(guān)規(guī)則如下：1.一級基準時鐘一級基準時鐘分為兩種：全網(wǎng)基準鐘（PRC）：由自主運行的銫原子鐘組或銫原子鐘與衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS和/或GLONASS及其他定位系統(tǒng)）組成。PRC是全網(wǎng)同步基準的根本保障，PRC的設(shè)置應(yīng)符合以下原則：PRC的設(shè)置數(shù)量及分布應(yīng)滿足省際傳送層的同步穩(wěn)定和安全可靠性要求，PRC的設(shè)置數(shù)量及分布應(yīng)有利于對全程全網(wǎng)漂動指標的控制；PRC應(yīng)設(shè)置在省際傳送層樞紐節(jié)點所在的通信摟內(nèi)。同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類1.一級基準時鐘B.區(qū)域基準鐘（LPR），由衛(wèi)星定時系統(tǒng)和銣原子鐘組成。它既能接收衛(wèi)星定位系統(tǒng)的同步，也能同步于PRC，LPR是各省的同步基準源。LPR的設(shè)置應(yīng)符合以下原則：LPR的設(shè)置數(shù)量及分布應(yīng)滿足省內(nèi)承載網(wǎng)層的同步穩(wěn)定和安全可靠性要求，即：宜使省內(nèi)SDH承載網(wǎng)層源自兩個不同LPR的同步基準源；原則上每個省設(shè)置兩個LPR（如該省已設(shè)有1個PRC，則需設(shè)1個LPR），地點選擇在省際傳送層與省內(nèi)傳送層交匯節(jié)點所在的通信摟內(nèi)。同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類2.二級節(jié)點時鐘（SSU-T）二級節(jié)點時鐘是各地市接收LPR同步基準源的同步節(jié)點。二級節(jié)點時鐘的設(shè)置應(yīng)符合以下原則：二級節(jié)點時鐘的設(shè)置數(shù)量及分布應(yīng)滿足本地傳送層的同步穩(wěn)定和安全可靠性要求，即：宜使本地承載網(wǎng)層源自兩個不同SSU-T的同步基準源。二級節(jié)點時鐘設(shè)置地點選擇在省內(nèi)傳送層與本地傳送層交匯節(jié)點所在的通信摟內(nèi)。未設(shè)有PRC和LPR的省中心一級交換中心、地市二級交換中心、以及本地網(wǎng)的匯接局所在通信樓內(nèi)也可設(shè)置二級節(jié)點時鐘。

同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類3.三級節(jié)點時鐘（SSU-L）三級節(jié)點時鐘由高穩(wěn)晶體鐘組成。三級節(jié)點時鐘宜設(shè)置在本地網(wǎng)端局以及傳送層匯聚節(jié)點處所在通信樓。三級節(jié)點時鐘的設(shè)置應(yīng)根據(jù)通信樓內(nèi)業(yè)務(wù)節(jié)點發(fā)展、局房條件、本地定時平臺上的傳輸系統(tǒng)可提供的同步輸出端口等因素綜合考慮，要切實注意經(jīng)濟實用性和技術(shù)的合理性。

同步網(wǎng)6.3.2同步網(wǎng)的分類同步網(wǎng)的分級和時鐘設(shè)置同步網(wǎng)分級時鐘等級設(shè)置位置第一級1級基準時鐘設(shè)置在省級與省內(nèi)傳送層交匯點處第二級2級節(jié)點時鐘設(shè)置在省內(nèi)與本地傳送層交匯點處，以及一級、二級交換中心和部分匯接局處第三極3級節(jié)點時鐘設(shè)置在本地網(wǎng)端局處，或本地傳送層匯聚節(jié)點處同步網(wǎng)6.3.3同步網(wǎng)性能指標1.滑動1）滑碼的概念若本地接收的時鐘頻率低于輸入時鐘的頻率，其結(jié)果是產(chǎn)生碼元丟失；相反若本地時鐘頻率高于輸入時鐘頻率時，就會產(chǎn)生碼元重復(fù)。這些都會使傳輸發(fā)生畸變。若畸變較大使整個一幀或更多的信號丟失或重復(fù)，這種畸變就叫做“滑碼”。要避免滑碼必須強制使兩個（或數(shù)個）交換系統(tǒng)使用相同的基準頻率。2）滑動的影響滑碼對語音的影響較小，對于電話而言可以允許每分鐘滑碼5次。對于PCM系統(tǒng)中的隨路信令而言，滑碼將造成復(fù)幀失步。對于64Kb/s及中速的數(shù)據(jù)，滑碼造成丟失或增加的數(shù)據(jù)可以為檢錯程序所發(fā)現(xiàn)，并要求前一級將此數(shù)據(jù)重發(fā)。同步網(wǎng)6.3.3同步網(wǎng)性能指標2.抖動和漂移同步網(wǎng)定時性能的一項重要指標為抖動和漂移。數(shù)字信號的抖動定義為數(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。數(shù)字信號的漂移定義為數(shù)字信號的有效瞬間在時間上偏離其理想位置的長期變化。通常把往復(fù)變化頻率超過10Hz的稱為抖動，而將小于10Hz的相位變化稱為漂移。在實際系統(tǒng)中，數(shù)字信號的抖動和漂移受外界環(huán)境和傳輸?shù)挠绊懀彩軙r鐘自身老化和噪聲的影響，一般節(jié)點設(shè)備中對抖動具有良好的過濾功能，但是漂移是非常難以濾除的。漂移產(chǎn)生源主要包括時鐘、傳輸媒質(zhì)及再生器等，隨著傳遞距離的增加，漂移將不斷累積。同步網(wǎng)6.3.3同步網(wǎng)性能指標典型的傳輸通道中漂移和抖動的產(chǎn)生同步網(wǎng)6.3.3同步網(wǎng)性能指標3.相關(guān)指標1）滑動指標根據(jù)ITU-T建議G.822對于受控滑動指標分配的要求，1級節(jié)點時鐘滑動指標70天1次，2級、3級時鐘在保持狀態(tài)下（±1℃）的滑動入網(wǎng)指標見表6-2所示。2）漂動指標

極長定時基準參考鏈路的絕對漂動應(yīng)小于4μs。其中，基準時鐘的絕對漂動應(yīng)小于0.3μs，定時基準傳輸鏈路總漂動應(yīng)小于3.7μs。

一天內(nèi)的滑動一周內(nèi)的滑動2級節(jié)點時鐘小于1次1次3級節(jié)點時鐘1次小于13次同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備1.節(jié)點時鐘設(shè)備節(jié)點時鐘設(shè)備主要包括獨立型定時供給設(shè)備和混合型定時供給設(shè)備。獨立型節(jié)點時鐘設(shè)備是數(shù)字同步網(wǎng)的專用設(shè)備，主要包括：銫原子鐘、銣原子鐘、晶體鐘、大樓綜合定時系統(tǒng)（BITS）以及由全球定位系統(tǒng)（GPS和GLONASS）組成的定時系統(tǒng)。混合型定時供給設(shè)備是指通信設(shè)備中的時鐘單元，它的性能滿足同步網(wǎng)設(shè)備指標要求，可以承擔(dān)定時分配任務(wù)，如交換機時鐘，數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）等。同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備1.節(jié)點時鐘設(shè)備銫鐘的長期穩(wěn)定性非常好，沒有老化現(xiàn)象，可以作為自主運行的基準源。但是銫鐘體積大、耗能高、價格貴，并且銫素管的壽命為5～8年，維護費用大，一般在網(wǎng)絡(luò)中只配置1～2組銫鐘做基準鐘。銣鐘與銫鐘相比，長期穩(wěn)定性差，但是短期穩(wěn)定性好，并且體積小、重量輕、耗電少、價格低。利用GPS校正銣鐘的長期穩(wěn)定性，也可以達到一級時鐘的標準，因此配置了GPS的銣鐘系統(tǒng)常用作一級基準源。晶體鐘長期穩(wěn)定性和短期穩(wěn)定性比原子鐘差，但晶體鐘體積小、重量輕、耗電少，并且價格比較便宜，平均故障間隔時間長。因此，晶體鐘在通信網(wǎng)中應(yīng)用非常廣泛。同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備2.GPS系統(tǒng)1）GPS系統(tǒng)概述GPS（全球定位系統(tǒng)）是美國國防部組織建立并控制的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它可以提供三維定位（經(jīng)度、緯度和高度）、時間同步和頻率同步，是一套覆蓋全球的全方位導(dǎo)航系統(tǒng)。早期的GPS系統(tǒng)主要用于導(dǎo)航定位，主要為美國軍方服務(wù)。20世紀90年代初，由于GPS接收機價格低廉，不向用戶收取使用費，并且能夠提供高性能的頻率同步和時間同步，因此，GPS開始在通信領(lǐng)域使用，并且隨著近幾年通信的迅猛發(fā)展，GPS的應(yīng)用也越來越廣泛。同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備2.GPS系統(tǒng)2）GPS系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)可以分為三部分：GPS衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和用戶設(shè)備同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備2.GPS系統(tǒng)2）GPS系統(tǒng)組成（1）GPS衛(wèi)星系統(tǒng)GPS衛(wèi)星系統(tǒng)包括24顆衛(wèi)星，分布在6個軌道上，其中3顆衛(wèi)星作備用。每個軌道上平均有3~4顆衛(wèi)星。每個軌道面相對于赤道的傾角為55°，軌道平均高度為20200km，衛(wèi)星運行周期為11小時58分。這樣，全球在任何時間、任何地點至少可以看到4顆衛(wèi)星，最多可以看到8顆。每顆衛(wèi)星上都載有銣鐘，稱為衛(wèi)星鐘，接受地面主鐘的控制。同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備2.GPS系統(tǒng)2）GPS系統(tǒng)組成（2）地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)包括1個MCS（MasterControlStation，主控站）、5個MS（MonitorStation，監(jiān)測站）和3個GA（GroundAntennas，地面站）。監(jiān)測站分布在不同地域，能夠同時檢測多達11顆衛(wèi)星。監(jiān)測站對收集來的數(shù)據(jù)并不做過多的處理，而將原始的測試數(shù)據(jù)和相關(guān)信息送給主控站處理。主控站根據(jù)收集來的數(shù)據(jù)估算出每個衛(wèi)星的位置和時間參數(shù)，并且與地面基準相比對，然后形成對衛(wèi)星的指令。這些新的數(shù)據(jù)和指令被送往衛(wèi)星地面站，通過衛(wèi)星地面站發(fā)送出去，衛(wèi)星按這些新的數(shù)據(jù)和指令進行工作，并把有關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。在主控站中用于比對的同步基準由美國海軍天文臺控制，它是原子鐘與協(xié)調(diào)世界時（UTC）比對后的信號。這樣就使衛(wèi)星鐘與GPS主時鐘之間保持精確同步。同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備2.GPS系統(tǒng)2）GPS系統(tǒng)組成（3）用戶設(shè)備用戶設(shè)備指GPS接收機，包括天線、饋線和中央處理單元。其中中央處理單元由高穩(wěn)晶振和鎖相環(huán)組成，它對接收信號進行處理，經(jīng)過一套嚴密的誤差校正，使輸出的信號達到很高的長期穩(wěn)定性。定時精度能夠達到300ns以內(nèi)。在通信網(wǎng)中，常將GPS與銣鐘配合使用，利用GPS的長穩(wěn)特性，結(jié)合銣鐘的短穩(wěn)特性，得到準確度和穩(wěn)定度都很高的同步信號。該信號可以作為基準源使用。同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備3.北斗衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)（WainSatellitePositioningSystem）。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是我國自主研制的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，由專門的接收器接收衛(wèi)星發(fā)射的信號，可以獲得位置、時間和其他相關(guān)信息。同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備4.節(jié)點時鐘設(shè)置原則

1）同步網(wǎng)最后一級時鐘到基準鐘之間的定時鏈路盡可能短，要求基準時鐘盡可能位于網(wǎng)絡(luò)的地域中心。

2）通信網(wǎng)內(nèi)需要同步的網(wǎng)元都能跟蹤到基準鐘上，要求基準鐘盡可能位于通信樞鈕處，這樣既便于基準信號的分配和傳遞，又便于維護管理。同步網(wǎng)6.3.4網(wǎng)同步設(shè)備4.節(jié)點時鐘設(shè)置原則

同步供給單元（SSU）的設(shè)置原則如下：

1）SSU不僅要為局內(nèi)設(shè)備提供定時，而且要將來自基準鐘的信號向下傳遞，因此，每個地區(qū)局的調(diào)度所內(nèi)均應(yīng)設(shè)SSU，并為二級節(jié)點時鐘。

2）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，可在縣局站設(shè)置SSU，并為三級節(jié)點時鐘。

3）在省公司和地區(qū)局大型網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)點上，可以根據(jù)需要設(shè)置SSU，并采用二級節(jié)點時鐘。

4）每個SSU應(yīng)至少接收兩路參考信號，同時有條件的可采用GPS作參考信號作為地面鏈路的備份。

同步的分類基本概念

同步網(wǎng)

通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求

同步技術(shù)的實現(xiàn)典型應(yīng)用第6章IPRAN/PTN同步技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求不同類型的通信網(wǎng)絡(luò)對時鐘同步的要求有所不同，下面分別予以介紹。1.傳統(tǒng)固網(wǎng)TDM業(yè)務(wù)對時鐘同步的需求傳統(tǒng)固網(wǎng)的TDM的業(yè)務(wù)主要是語音業(yè)務(wù)，要求業(yè)務(wù)收發(fā)兩端同步；如果承載網(wǎng)絡(luò)兩端的時鐘不一致，長期積累后會造成滑碼；ITU-T在G.823中定義了對固網(wǎng)TDM業(yè)務(wù)的需求和測試標準，稱為TRAFFIC接口標準。通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求2.無線IPRAN對同步的需求目前時間同步的主要應(yīng)用為通話計費、網(wǎng)間結(jié)算和網(wǎng)管告警。通訊網(wǎng)絡(luò)對時鐘頻率最苛刻的需求體現(xiàn)在無線應(yīng)用上，不同基站之間的頻率必須同步在一定精度之內(nèi)，否則基站切換時會出現(xiàn)掉線。與固網(wǎng)TDM應(yīng)用不同的是，這里的時鐘是指無線的射頻時鐘。在這個應(yīng)用場景下，對時鐘頻率的需求更高。

目前的無線技術(shù)存在多種制式，不同制式下對時鐘的承載有不同的需求通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求2.無線IPRAN對同步的需求不同制式下對時鐘的承載的不同需求無線技術(shù)時鐘頻率精度要求時間同步要求GSM0.05ppmNAWCDMA0.05ppmNACDMA20000.05ppm3usTD-SCDMA0.05ppm1.5usWiMax0.05ppm1usLTE0.05ppm傾向于采用時間同步通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求2.無線IPRAN對同步的需求同步網(wǎng)時鐘及等級應(yīng)用場景分類時鐘同步方式特點系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邊緣時鐘BITS/PPS+TOD/GPS與網(wǎng)絡(luò)負載、延遲、抖動無關(guān)；主要是外接時鐘輸入。此處的PPS為秒脈沖。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)時鐘同步以太網(wǎng)基于PHY的時鐘恢復(fù)；與網(wǎng)絡(luò)負載、延遲、抖動無關(guān)；不能實現(xiàn)時間同步。且網(wǎng)元之間可通過發(fā)送的同步以太網(wǎng)報文中的SSM字段來判定優(yōu)先級。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)時鐘STM-N和SDH網(wǎng)絡(luò)側(cè)對接的時候或者底層為STM-N接口時，會使用到該時鐘方式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)時鐘1588V2常見1588V2主要用于時間同步，但是其也有頻率同步的功能，主要是通過快速報文收斂頻率精準度的。業(yè)務(wù)側(cè)時鐘支路再定時/系統(tǒng)時鐘用自身的系統(tǒng)晶振時鐘來作為客戶業(yè)務(wù)的輸出時鐘；需要保證自身的系統(tǒng)時鐘和客戶時鐘同源才可采用該方式業(yè)務(wù)側(cè)時鐘自適應(yīng)時鐘/ACR不需要發(fā)送端和接收端具有公共的參考時鐘；性價比高和布局簡單，單向，無需協(xié)議支持；不能實現(xiàn)精確的時間同步；每個廠家實現(xiàn)方式不一定相同，取決于各自芯片技術(shù)業(yè)務(wù)側(cè)時鐘差分時鐘不受網(wǎng)絡(luò)延時、網(wǎng)絡(luò)延時變化和包丟失的影響；兩端需用高精度的時鐘參考源

-----網(wǎng)絡(luò)中常用的方法是通過兩端網(wǎng)元系統(tǒng)時鐘頻率同步來替代高精度的時鐘源輸入通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求3.專用時鐘同步網(wǎng)（BITS）的需求

在傳統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，除了業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)外，一般還會存在一個獨立的時鐘發(fā)布網(wǎng)絡(luò)，采用PDH/SDH來分發(fā)時鐘。ITU-T規(guī)定，在這個應(yīng)用場景下，需要滿足G.823中的TIMING接口指標。

同步的分類基本概念

同步網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)對同步的需求

同步技術(shù)的實現(xiàn)典型應(yīng)用第6章IPRAN/PTN同步技術(shù)同步技術(shù)的實現(xiàn)1.基本介紹電路仿真（CircuitEmulation）技術(shù)起源于ATM網(wǎng)絡(luò)，采用虛電路等方式，將電路業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)封裝進ATM信元在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳輸。后來這種電路仿真的設(shè)計思想被移植到城域以太網(wǎng)上面。在以太網(wǎng)上提供TDM等電路交換業(yè)務(wù)的仿真?zhèn)魉汀ｋ娐贩抡媸请娐方粨Q業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上透明傳輸所采納的機制。它用特殊的電路仿真頭來封裝TDM業(yè)務(wù)，并通過一定的機制來實現(xiàn)時鐘在包交換網(wǎng)上的傳輸。實現(xiàn)這種封裝功能的物理層器件一般稱為成幀器或映射器，它能直接和原有的TDM網(wǎng)絡(luò)連接。6.5.1電路仿真包恢復(fù)時鐘技術(shù)

同步技術(shù)的實現(xiàn)1.基本介紹6.5.1電路仿真包恢復(fù)時鐘技術(shù)

同步技術(shù)的實現(xiàn)2.相關(guān)標準目前業(yè)界對電路仿真的研究非?；钴S，各個標準組織都進行了專題研究?？偟膩砜?，雖然然電路仿真的標準很多，但是基本上是在仿真報文的幀結(jié)構(gòu)上做文章，沒有什么本質(zhì)的區(qū)別。表6-6列出了電路仿真技術(shù)的一些相關(guān)標準。電路仿真包恢復(fù)時鐘技術(shù)就是當以太網(wǎng)應(yīng)用電路仿真方式解決TDM業(yè)務(wù)承載的時候，采用自適應(yīng)算法從數(shù)據(jù)包中恢復(fù)時鐘同步信息。6.5.1電路仿真包恢復(fù)時鐘技術(shù)

同步技術(shù)的實現(xiàn)3.自適應(yīng)時鐘恢復(fù)算法原理電路仿真技術(shù)一般采用自適應(yīng)算法來實現(xiàn)時鐘（頻率）同步。下面簡單介紹一下這種算法的基本原理。6.5.1電路仿真包恢復(fù)時鐘技術(shù)

同步技術(shù)的實現(xiàn)3.自適應(yīng)時鐘恢復(fù)算法原理算法的核心思路是，左側(cè)的IWF設(shè)備用根據(jù)自己的源時鐘向目的IWF設(shè)備發(fā)送報文。目的IWF設(shè)備使用一個隊列先緩存這些報文，然后用自己的本地時鐘發(fā)送出去。假如源時鐘和目的地的本地時鐘不一致，哪怕只是非常微小的差異，都會造成目的地設(shè)備中緩存隊列的深度變化。這樣，我們就可以根據(jù)這個隊列的深度來判斷本地時鐘與源時鐘是否保持一致。如果發(fā)現(xiàn)隊列深度持續(xù)增加，表明本地時鐘比源時鐘慢，需要調(diào)高本地時鐘；如果發(fā)現(xiàn)隊列深度持續(xù)減少，表明本地時鐘比源時鐘快，需要降低本地時鐘。6.5.1電路仿真包恢復(fù)時鐘技術(shù)

同步技術(shù)的實現(xiàn)3.自適應(yīng)時鐘恢復(fù)算法原理6.5.1電路仿真包恢復(fù)時鐘技術(shù)

同步技術(shù)的實現(xiàn)在無線的一些應(yīng)用場景下，業(yè)務(wù)已經(jīng)IP化，不再需要TDM接口，但是仍然需要時鐘，此時需要一種TOP（TimingOverPacket，分組時鐘）的技術(shù)來實現(xiàn)。源時鐘定期的發(fā)送時間報文到從時鐘，后者計算出本地時間和遠端時間的差異，就是“對表”。如果兩個鐘表的頻率是一樣的，這個時差應(yīng)該保持不變。但是如果這個差異慢慢變大或者慢慢變小，說明兩邊的頻率有差異，需要調(diào)整。6.5.2TOP技術(shù)同步技術(shù)的實現(xiàn)TOP是一種頻率同步技術(shù)，就是將時鐘頻率先承載在專門的TOP報文中，需要的時候?qū)⑵鋸膱笪闹蟹蛛x出來，從而實現(xiàn)時鐘頻率在PSN上的透傳。只需要在TOPServer和TOPClient節(jié)點支持TOP報文的處理即可，TOP報文在經(jīng)過中間節(jié)點時，和其他業(yè)務(wù)報文一樣轉(zhuǎn)發(fā)即可。我們把實現(xiàn)時鐘頻率到報文轉(zhuǎn)換功能的設(shè)備稱為TOPServer，把實現(xiàn)報文轉(zhuǎn)換為時鐘頻率的設(shè)備叫做TOPClient。6.5.2TOP技術(shù)同步技術(shù)的實現(xiàn)TOP技術(shù)-差分模式/DifferentialMode差分模式是G.8261提出的一個典型方式，兩端的設(shè)備TOPServer和TOPClient共用頻率同步時鐘，TOP報文穿透的PSN網(wǎng)絡(luò)同步異步都可以。在TOPServer端，業(yè)務(wù)時鐘（Serviceclock）頻率和共用時鐘（Commonclock）頻率的差△f被編碼并且承載在TOP報文中，到TOPClient端，再用這個共用時鐘在包網(wǎng)絡(luò)的遠端（接收端）節(jié)點恢復(fù)出業(yè)務(wù)時鐘。6.5.2TOP技術(shù)同步技術(shù)的實現(xiàn)2.TOP技術(shù)-自適應(yīng)模式/AdaptiveMode6.5.2TOP技術(shù)自適應(yīng)模式因為TOPServer和TOPClient所在的網(wǎng)元設(shè)備時鐘不存在同步關(guān)系，所以無法通過差分模式的機制進行時鐘頻率的恢復(fù)。同步技術(shù)的實現(xiàn)IEEE1588v2的全稱是：網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準（IEEEStandardforaPrecisionClockSynchronizationProtocolforNetworkedMeasurementandControlSystems）。IEEE1588v2協(xié)議設(shè)計用于精確同步分布式網(wǎng)絡(luò)通訊中各個結(jié)點的實時時鐘。其基本構(gòu)思為通過硬件和軟件將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（客戶機）的內(nèi)時鐘與主控機的主時鐘實現(xiàn)同步。IEEE1588v2的基本功能是使分布式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的最精確時鐘與其他時鐘保持同步，它定義了一種精確時間協(xié)議PTP，用于對標準以太網(wǎng)或其他采用多播技術(shù)的分布式總線系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器以及其他終端設(shè)備中的時鐘進行亞微秒級同步。6.5.31588V2同步技術(shù)的實現(xiàn)IEEE1588v2時間同步的核心思想是采用主從時鐘方式，對時間信息進行編碼，利用網(wǎng)絡(luò)的對稱性和延時測量技術(shù)，通過報文的雙向交互，實現(xiàn)主從時間的同步。因1588v2是一種PTP協(xié)議，而PTP協(xié)議主要用于實現(xiàn)時間的同步，這里的同步要求頻率和相位的同步。PTP協(xié)議的目的是用來同步時間，其功能包括兩個方面：一是通過BMC算法，對端口狀態(tài)進行選擇，確定全網(wǎng)的組網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)；二是通過PTP報文的收發(fā)處理，進行時間偏差校驗等的計算，完成全網(wǎng)的時間同步，并保證校驗誤差。在系統(tǒng)的同步過程中，主時鐘周期性的發(fā)布PTP時間同步協(xié)議及時間信息，從時鐘端口接收主時鐘端口發(fā)來的時間戳信息，系統(tǒng)據(jù)此計算出主從線路時間延遲即主從時間差，并利用該時間差調(diào)整本地時間，使從設(shè)備保持與主設(shè)備時間一致的頻率與相位。6.5.31588V2同步技術(shù)的實現(xiàn)工作原理從通信關(guān)系上可把時鐘分為主時鐘和從時鐘，理論上任何時鐘都能實現(xiàn)主時鐘和從時鐘的功能，但是一個PTP通信子網(wǎng)內(nèi)只能有一個主時鐘。在只有一個子網(wǎng)的系統(tǒng)中，主時鐘就是最高級時鐘GMC。6.5.31588V2同步技術(shù)的實現(xiàn)工作原理1588v2時鐘組網(wǎng)圖6.5.31588V2同步技術(shù)的實現(xiàn)工作原理1588v2時鐘傳送過程：IEEE1588v2的關(guān)鍵在于延時測量。6.5.31588V2PTP協(xié)議定義了4種多點傳送的報文類型和管理報文，包括同步報文（Sync），跟隨報文（Follow_up），延遲請求報文（Delay_Req），延遲應(yīng)答報文（Delay_Resp）。PTP協(xié)議基于同步數(shù)據(jù)包被傳播和接收時的最精確的匹配時間，每個從時鐘通過與主時鐘交換同步報文而與主時鐘達到同步。這個同步過程分為漂移測量階段和偏移測量與延遲測量階段。同步技術(shù)的實現(xiàn)工作原理1588v2時鐘傳送過程6.5.31588V2同步技術(shù)的實現(xiàn)6.5.31588V21.漂移測量和偏移測量第一階段修正主時鐘與從時鐘之間的時間偏差，稱為漂移測量。如圖6-24所示，在修正漂移量的過程中，主時鐘按照定義的間隔時間（缺省是2s）周期性地向相應(yīng)的從時鐘發(fā)出惟一的同步報文。這個同步報文包括該報文離開主時鐘的時間估計值。主時鐘測量傳遞的準確時間T1，從時鐘測量接收的準確時間T2。之后主時鐘發(fā)出第二條報文——跟隨報文（Follow_upMessage），此報文與同步報文相關(guān)聯(lián)，且包含同步報文放到PTP通信路徑上的更為精確的估計值。這樣，對傳遞和接收的測量與標準時間戳的傳播可以分離開來。從時鐘根據(jù)同步報文和跟隨報文中的信息來計算偏移量，然后按照這個偏移量來修正從時鐘的時間，如果在傳輸路徑中沒有延遲，那么兩個時鐘就會同步。同步技術(shù)的實現(xiàn)6.5.31588V22.延遲測量主時鐘發(fā)送Sync報文，并記錄實際發(fā)送的T