第四章 通信网的支撑网

图4.15 缓冲器容量1bit时的滑码示意图
15 现代通信网技术
这种数码的丢失或增加则称
为滑码，滑码是一种数字网的同 步损伤，影响通信质量，当滑码
速率过大时，会使通信中断。
为了减小滑动的次数和防止 帧失步，一般缓存存贮器的容量
取为一帧或大于一帧，这时产生
一次滑码丢失或增加一帧码字， 这种滑码一次丢失或增加一个整
准同步方式是网络中各节点的时钟信号是相互独立的，且互不控制。各节 点依靠采用高精度的时钟彼此工作接近于同步状态。准同步网中常用的时钟
为稳定度很高的原子钟(如铯钟、铷钟)，它的频率精度在1× 10 11 。由于网
中各节点的时钟是相互独立的，因而，滑码是不可避免的，但由于采用高精 度的时钟，使得滑码的频率保持在可以接受的范围内，比如采用铯钟，当码 流为基群速率时，滑码率为每72天滑动一次。同时，为了提高可靠性，一般 设置3台原子钟，使其处于自动切换状态，如下图所示。 准同步方式中为保证滑码的速率要求，要采用高精度的时钟源，而高精度 的时钟源代价高（比如原子钟不仅价格昂贵，而且寿命较短），因此，一般
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（2）码元同步：又称时钟同步或时钟恢复。 对于二进制信号，又称位同步。 • 目的：得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决定积分和判 决时刻。 • 方法：从接收信号中获取同步信息，由其产生一时钟脉冲序列， 使后者和接收码元起止时刻保持正确关系。或插入辅助同步信 息。 • 码元同步方法分类： • 外同步法：它是一种利用辅助信息同步的方法，需要在信 号中另外加入包含码元定时信息的导频或数据序列。 • 自同步法，它不需要辅助同步信息，直接从信息码元中提 取出码元定时信息。显然，这种方法要求在信息码元序列 中含有码元定时信息。
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• 在保持态，同步电路仍然要不断考察同步码是否正确，但是为 了防止考察时因噪声偶然发生一次错误而导致错认为失去同步， 一般可以规定在连续n个周期内发生m次(m < n)考察错误才认 为是失去同步。这种措施称为同步保护。在下图中画出了上述
方法的流程图。
Hale Waihona Puke 11开始 初始化 状态转换 将同步状态设为捕捉态 将各记数器置0 保持态 Y
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4.2.1 滑码及滑码率的计算 1、滑码的产生 在数字网中，为了准确地进行时隙交换、复接和接收，从各个 节点来的数字信号流的一帧中的首位和末位应在同一时间内开始和 结束，即各个节点的信号之间必须帧定位。由于各个局之间的频率 存在偏差，加上传输介质延时的影响，要做到这一点是很难的。为 解决这个问题，一般在接收信号入口设置缓冲器，通过对脉冲同时 读出，来吸收来自不同节点信号的相位差别。如图4.14所示。
26 现代通信网技术
3、 时钟的技术指标
（1）抖动 抖动是指数字信号相对于理想位置的 瞬时偏离。瞬时的含义是指相位振荡的 频率大于或等于10Hz。
同步状态
捕捉态
是同步码？ 移一位 N N 记数器B加1
记数器C加1
置0
记数器C记到n？
是同步码？
Y 记数器B记到m？ Y 记数器A记到n？ Y N
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置0
记数器A加1
网同步
• 网同步目的：使全网各站能够互连互通，正确地接收信息码元。 • 网同步方法分类： • 单向通信系统：一般由接收设备调整自已的时钟，使之和 发送设备的时钟同步。 • 双向通信系统： • 同步网：全网各站具有统一时间标准 • 异步网或准同步网：容许各站的时钟有误差，但是通 过调整码元速率的办法使全网能够协调工作
才能沟通正确的随路信令通路。
(3) 对于数据传输，在故障发生时可用纠错码检出受到影响的数据块，一经 检出就重新发送这些数据块最终表现为产生了一定的时延。
在数字数据链路上，由于滑动发生时数据必须重发故降低了数据传送的质
量，由于滑动会造成严重的通信质量降低，对加密数据而言，因每次滑动都要 求加密密码重新传送，这就严重影响了信息的传送并降低了加密的可靠性。
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现代通信网技术
数字通信系统中的同步种类：载波同步、码元同步、群同 步和网同步。 （1）载波同步：又称载波恢复。 • 目的：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频、同相 的本地振荡，用于相干解调。 • 方法：
接收信号中有载频分量时：需要调整其相位。
接收信号中无载频分量时：需从信号中提取载波，或插入辅 助同步信息。
帧的码元常称为滑帧，由于滑码
一次丢失或增加的码元数是确定 的，也常称其为受控滑码。 图4.16增加或丢失1帧的滑帧示意图
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3．、滑码速率对通信系统的影响
(1) 对PCM编码的语音信号，即对电话业务的影响，由于对语音信号的PCM编
码冗余度较高，因此，对滑动的敏感度很低。 (2) 对于随路信令，滑动将导致5ms的短时中断，在重新实现复帧定位之后，
第4章 通信网的支撑网
§ 4.2 数字同步网
4.2 .1 同步的基本概念
在数字通信网中，数字信号的接收、复用和交换过程中都要实现同步，同步
是保证通信质量的必要技术措施，是指通信双方的定时信号频率相等且相位保
持某种特定关系。 任何数字通信系统都是以某种数据格式来传输数据的，比如在 PCM通信系统中，是以帧的形式传输数据，它又可以分为位同步(比特同步)、帧 同步和网同步三种情况。
• 分散插入 信息码组 同步码元 信息码组 同步码元 信息码组 同步码元 同步码元
同步码组
适用于连续传输信息之处，例如数字电话系统中。
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• 分散插入法原理：通常，分散插入法的群同步码都很短。例如， 在数字电话系统中常采用“10”交替码，即在同步码元位置上轮流 发送二进制数字“1”和“0”。 这种有规律的周期性地出现的“10”交替码，在信息码元序列中极 少可能出现。因此在接收端有可能将同步码的位置检测出来。 在接收端，为了找到群同步码的位置，需要按照其出现周期
搜索若干个周期。若在规定数目的搜索周期内，在同步码的位置
上，都满足“1”和“0”交替出现的规律，则认为该位置就是群同 步码元的位置。至于具体的搜索方法，由于计算技术的发展，目
前多采用软件的方法，不再采用硬件逻辑电路实现。
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• 同步电路的状态： 1）捕捉态：在捕捉态时，确认搜索到群同步码的条件必须规定得很 高，以防发生假同步。 2）保持态：一旦确认达到同步状态后，系统转入保持态。在保持态 下，仍须不断监视同步码的位置是否正确。但是，这时为了防止因为噪 声引起的个别错误导致认为失去同步，应该降低判断同步的条件，以使 系统稳定工作。
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外同步法 • 常用的外同步法：在发送信号中插入频率为码元速率（1/T）或码 元速率的倍数的同步信号。在接收端利用一个窄带滤波器，将其分 离出来，并形成码元定时脉冲。 优缺点：优点是设备较简单；缺点是需要占用一定的频带宽带和 发送功率。 • 插入码元同步信号的方法 • 时域： • 连续插入 • 增加“同步头” • 频域： • 在信息码元频谱之外占用一段频谱用于传输同步信息 • 利用信息码元频谱中的“空隙”处，插入同步信息 • 外同步法目前采用不多。
次丢失的码元数，取决于时钟频率之间的差别及缓冲器存贮容量的大小。
首先以缓冲器的容量为1bit为例 来讨论滑码的产生。
当 f a＞ f c 时，将会造成存贮器溢出
所产生一次漏读现象，这时将丢失 一个码元，如图4.15（a）所示。
当 f b＜ f c 时，将会造成存贮器重读
而产生一次重读现象，这时将增加 一个码元，如图4.15(b)所示。
缓冲器 fa 缓冲器 fb fc 同步时冲 十 分 交 换 fc
图4.14 数字网节点输入设置缓冲器的示意图
14 现代通信网技术
图中， f b分别为缓冲器的写入时钟频率，是从PCM码流中提取的脉冲信 fa ，
号，而 f c 则为读出时钟频率，是本地时钟源信号。当 f c 和 f a f b之间的误差 积累到一定程度时，在数字信号流中产生滑码。而产生滑码的快慢及滑动一
在国际通信网和大国的国内一级通信网中使用。
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现代通信网技术
图4.20 三套铯钟及其相应的配套装置
20 高级计算机网络
2. 主从同步方式
主从同步是在目前通信网中得到广泛应用的一种同步方式。这种方式是在 一个交换节点设立一高精度的基准时钟，通过传输链路把此基准时钟信号送到
网中各个从节点，各个从节点利用锁相环技术把本地时钟频率锁定在基准时钟
1. 基准时钟源
在数字同步网中，高稳定的基准时钟源是全网最高级的时钟源，其指标 要求是长期频率偏离低于1× 10-11 。符合这一要求的基准时钟源目前主要有： 铯源子钟和美国卫星全球定位系统(GPS)。 我国目前采用分布式多基准时钟源方式，在北京设立一个基准时钟源，向 中原地区提供时钟源，在武汉设有一个基准时钟源，向中南地区提供基准时 钟源，在上海设立一个基准时钟源，向华南地区提供时钟源，在兰州设立一 个基准时钟源，向西北地区提供时钟源。
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输入
相位 比 较器
输出
滤波 器
压控振荡器 （VCXO）
图4.18 主从同步锁相环示意图
• 主从同步的主要优点可归纳如下：
• （1）在主从同步的区域内形成一个全同步网，从而避免了准同步网中固有的 周期性滑动和波动。
• （2）在主从同步网中绝大多数的节点是从节点，从节点的时钟处于跟踪基准 时钟状态，因而对从节点的压控振荡器（VCXO）只要求有较低的精度，并且级 别越低，要求就越低。
• （3）从节点的控制过程较为简单，适用于树形或星形网络，这与当前的通信 网络的结构是一致的。
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现代通信网技术
• 当然从同步也有其缺点，主要有：
• （1）一但与主节点的基准时钟或定时信号之间的传输链路发生故障，将会导 致系统或局部系统丧失同步能力，因此，必须设置多重备份设备。
• （2）当系统采用单端控制时，定时信号在传输链路上的扰动将会导致定时基 准信号的扰动，这会在一定程度上影响时钟同步的稳定性。