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(dòng)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(shí)分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國(guó)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(gè)信號(hào)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(yùn)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(shí)鐘同步：相關(guān)設(shè)備需要相同速率的時(shí)標(biāo)識(shí)別和處理信號(hào)n

2、幀同步：時(shí)分復(fù)用和時(shí)隙交換時(shí)，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(shí)鐘信號(hào)必須與發(fā)端碼流頻率和相位同步復(fù)用同步：多個(gè)支路信號(hào)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(shí)隙中，要求各支路信號(hào)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(hào)逐級(jí)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(shí)，所有輸入數(shù)字碼流的幀定位信號(hào)必須同步6同步網(wǎng)數(shù)字通信網(wǎng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)n向網(wǎng)內(nèi)設(shè)備提供精確的同步時(shí)鐘信號(hào)，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(diǎn)時(shí)鐘設(shè)備、定時(shí)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(shí)分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國(guó)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(diǎn)時(shí)鐘設(shè)備獨(dú)立型定時(shí)供給設(shè)備n銫原子鐘：長(zhǎng)期穩(wěn)定性非常好，但體積大、耗能高、價(jià)格貴、維護(hù)費(fèi)用高n銣原子鐘：短期穩(wěn)定性好，體積小、重量輕、耗電少、價(jià)格低n晶體鐘：長(zhǎng)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(fèi)用低，平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)n大樓綜合定時(shí)系統(tǒng)(BITS) n全球定位系統(tǒng)(如GPS)組成的定時(shí)系統(tǒng)混合型定時(shí)供給設(shè)備：通信設(shè)備中的時(shí)鐘單元9定時(shí)分配定時(shí)分配：將基準(zhǔn)定時(shí)信號(hào)逐級(jí)傳遞到同步通信網(wǎng)中的各種設(shè)備局內(nèi)定時(shí)分配n在同步網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上直接將定時(shí)

4、信號(hào)送給各個(gè)通信設(shè)備，如在通信樓內(nèi)直接將通信樓綜合定時(shí)供給系統(tǒng)(BITS)的輸出信號(hào)連接到各個(gè)通信設(shè)備局間定時(shí)分配n在同步網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的定時(shí)傳遞10局內(nèi)定時(shí)分配(1)11局內(nèi)定時(shí)分配(2)當(dāng)局內(nèi)的設(shè)備較多時(shí)，對(duì)同一類設(shè)備或組成系統(tǒng)的設(shè)備，可可以通過(guò)業(yè)務(wù)線串接，也可以通以通過(guò)業(yè)務(wù)線串接，也可以通過(guò)外同步接口連接過(guò)外同步接口連接12局間定時(shí)分配定時(shí)傳遞采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)n在同步網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間，通過(guò)定時(shí)鏈路將來(lái)自基準(zhǔn)鐘的定時(shí)信號(hào)逐級(jí)向下傳遞定時(shí)鏈路有兩種nPDH定時(shí)鏈路nSDH定時(shí)鏈路13PDH定時(shí)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(shí)信號(hào)傳輸設(shè)備本身并不受該2Mb/s時(shí)鐘同步主要特點(diǎn)n對(duì)同步網(wǎng)定

5、時(shí)損傷小，適合長(zhǎng)距離傳遞定時(shí)n傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)多為樹(shù)型，定時(shí)鏈路的規(guī)劃設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單n定時(shí)鏈路發(fā)生故障時(shí)，便于定時(shí)恢復(fù)14SDH定時(shí)鏈路采用STM-N信號(hào)傳遞定時(shí)n在定時(shí)鏈路始端的SDH網(wǎng)元通過(guò)外時(shí)鐘信號(hào)輸入口接收同步網(wǎng)定時(shí)，并將定時(shí)信號(hào)承載到STM-N上nSDH網(wǎng)元時(shí)鐘接收線路信號(hào)定時(shí)，并為發(fā)送的線路信號(hào)提供定時(shí)網(wǎng)元時(shí)鐘將串入到定時(shí)鏈路中，使得SDH網(wǎng)元時(shí)鐘和傳輸鏈路成為同步網(wǎng)的組成部分15SDH定時(shí)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(shí)鏈路的規(guī)劃設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，也給定時(shí)鏈路的恢復(fù)帶來(lái)困難SDH網(wǎng)多采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，當(dāng)上游定時(shí)鏈路故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高級(jí)時(shí)鐘受低級(jí)時(shí)鐘同步的現(xiàn)象當(dāng)同步網(wǎng)定

6、時(shí)鏈路規(guī)劃不合理，或定時(shí)參考信號(hào)的來(lái)源及時(shí)鐘信號(hào)等級(jí)不明時(shí)，會(huì)在同步網(wǎng)內(nèi)形成定時(shí)環(huán)ITU-T 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，基準(zhǔn)定時(shí)鏈路上SDH網(wǎng)元時(shí)鐘個(gè)數(shù)不能超過(guò)60個(gè)，因此定時(shí)傳遞距離就會(huì)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(shí)分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國(guó)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(diǎn)時(shí)鐘控制單向與雙向控制n單向：對(duì)同步的控制僅在傳輸鏈路的一個(gè)方向上進(jìn)行，即僅對(duì)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(gè)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(diǎn)時(shí)鐘的同步控制信號(hào)來(lái)自輸入時(shí)鐘信號(hào)和本地時(shí)鐘信號(hào)的差值n雙端：本端輸入時(shí)鐘信號(hào)和本地時(shí)鐘的相位差值

7、、發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)對(duì)端所得到的相位差值共同作為節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的同步控制信號(hào)18網(wǎng)同步與節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘控制(續(xù))(a) 準(zhǔn)同步 (b) 主從(單端，單向) (c) 時(shí)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(diǎn)的時(shí)鐘彼此獨(dú)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(diǎn)n網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，增設(shè)和改動(dòng)靈活適合場(chǎng)合n國(guó)際交換節(jié)點(diǎn)之間n軍用戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)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(shí)主要缺點(diǎn)n固有的周期性滑動(dòng)n需要高精度原子鐘，管理維護(hù)費(fèi)

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

9、作n對(duì)于節(jié)點(diǎn)時(shí)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(diǎn)n系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率取決于起始條件、時(shí)延、增益和加權(quán)系數(shù)等，容易受到擾動(dòng)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(gè)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(shí)間基準(zhǔn)同步外時(shí)間基準(zhǔn)同步n所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)間基準(zhǔn)依賴于該節(jié)點(diǎn)接收到的外來(lái)基準(zhǔn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步主要特點(diǎn)n外來(lái)基準(zhǔn)信號(hào)頻率精度很高n傳輸路徑與網(wǎng)絡(luò)信息通路無(wú)關(guān)n只有在外時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的覆蓋區(qū)才能采用外時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)通常來(lái)自于GPS (Global Positioning System)nGPS衛(wèi)星時(shí)鐘(銣原子鐘)受控于地面的GPS主時(shí)鐘n地面的GPS主時(shí)鐘由銫原子鐘與協(xié)調(diào)世

10、界時(shí)(UTC，Universal Time Coordinated)比對(duì)后產(chǎn)生24通信樓綜合定時(shí)供給系統(tǒng)(BITS)定時(shí)信號(hào)輸出定時(shí)信號(hào)輸出單元時(shí)鐘 A基準(zhǔn)信號(hào)輸入控制 A同步基準(zhǔn)信號(hào)輸入A側(cè)同步時(shí)鐘信號(hào)插入單元B側(cè)被監(jiān)測(cè)的信號(hào)入口同步信號(hào)監(jiān)測(cè)單元時(shí)間信號(hào)日歷時(shí)鐘至其他單元基準(zhǔn)信號(hào)輸入控制 B同步基準(zhǔn)信號(hào)輸入相位控制時(shí)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)：?jiǎn)我换鶞?zhǔn)時(shí)鐘一級(jí)時(shí)鐘二級(jí)時(shí)鐘二級(jí)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘26全同步網(wǎng)：多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘二級(jí)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘二級(jí)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘二級(jí)時(shí)鐘基準(zhǔn)時(shí)鐘 1基準(zhǔn)時(shí)鐘 3基準(zhǔn)時(shí)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(jí)時(shí)鐘二級(jí)時(shí)鐘基準(zhǔn)時(shí)鐘三級(jí)時(shí)鐘二級(jí)時(shí)鐘基準(zhǔn)時(shí)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(shí)分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國(guó)的同步網(wǎng)5. 同步相關(guān)技術(shù)指標(biāo)30我國(guó)的同步網(wǎng)分布式的、多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘控制的全同步網(wǎng)，分為四級(jí)n第一級(jí)：一級(jí)基準(zhǔn)時(shí)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(jí)：地區(qū)級(jí)基準(zhǔn)時(shí)鐘(LPR，Local Primary Reference)，有保持功能的高穩(wěn)時(shí)鐘(受控銣鐘和高穩(wěn)定度晶體鐘) wA類：六個(gè)大區(qū)中心及五個(gè)邊遠(yuǎn)省會(huì)中心，同時(shí)增配

12、GPS定時(shí)接收設(shè)備wB類：其余30個(gè)省、市、自治區(qū)的長(zhǎng)途通信大樓內(nèi)的BITS31我國(guó)的同步網(wǎng)n第三級(jí)時(shí)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(shí)鐘n第四級(jí)時(shí)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(shí)鐘32全國(guó)數(shù)字同步骨干網(wǎng)PRC(節(jié)點(diǎn))PRC(一級(jí)基準(zhǔn)時(shí)鐘)LPR(地區(qū)基準(zhǔn)時(shí)鐘A類)大區(qū)中心節(jié)點(diǎn)邊遠(yuǎn)省中心節(jié)點(diǎn)省中心 BITS(B 類)(大樓綜合定時(shí)供給系統(tǒng))PRC(節(jié)點(diǎn))33同步區(qū) 主用基準(zhǔn)傳輸鏈路； 有二級(jí)A類時(shí)鐘的長(zhǎng)途交換中心；基 準(zhǔn) 時(shí) 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(jí) B

13、類時(shí)鐘的長(zhǎng)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(shí)分配鏈路3. 網(wǎng)同步技術(shù)4. 我國(guó)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(dòng)、漂移、滑動(dòng)、延時(shí)、幀失步網(wǎng)同步相關(guān)傳輸損傷n滑動(dòng)、抖動(dòng)、漂移、延時(shí)36滑動(dòng)示例：時(shí)分交換時(shí)的輸入緩沖f a緩沖器f b緩沖器時(shí)分交換f cf c同步時(shí)鐘37滑碼緩沖器容量為1bit讀出 f c寫(xiě)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(xiě)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(dòng)的影響語(yǔ)音通信n影響較小信令傳輸n隨路信令：復(fù)幀失步會(huì)引起信令短時(shí)間中斷n公共信道信令w引起信令信息錯(cuò)誤，但No.7信令的自動(dòng)請(qǐng)求重傳(ARQ)可以應(yīng)對(duì)數(shù)字通信n需要上層協(xié)議識(shí)別錯(cuò)誤并重傳40滑碼速率滑碼速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)滑動(dòng)的次數(shù)n表征滑動(dòng)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(xiě)時(shí)差大于NT0或小于0時(shí)就產(chǎn)生滑碼設(shè)

15、f為基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率，Df為時(shí)鐘頻率與基準(zhǔn)頻率的偏差，顯然Df/f為節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘頻率的相對(duì)誤差，2Df/f為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大頻率相對(duì)誤差，則兩次滑碼的時(shí)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(gè)時(shí)鐘的相對(duì)頻差為110-11，滑碼一次增加或丟失的碼元數(shù)為256bit，對(duì)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(dòng)示例 發(fā)送脈沖 接收脈沖 抖動(dòng)函數(shù)t1t2t3t4t5t1t2t3t4t5j(t)t43抖動(dòng)和漂移抖動(dòng)：數(shù)字信號(hào)的有效瞬間在時(shí)間上偏離其理想位置的短期變化n變化頻率超過(guò)10Hzn在節(jié)點(diǎn)設(shè)備中容易過(guò)濾漂移：數(shù)字信號(hào)的有效瞬間在時(shí)間上偏離其理想