精品课件-现代通信网概论(杨武军)-第4章
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晶体钟长期稳定性和短期稳定性比原子钟差，但晶体钟 体积小、重量轻、耗电少，并且价格比较便宜，平均故障间隔时 间长。因此，晶体钟在通信网中应用非常广泛。
第4章 同步网 4.2.2 定时分配
定时分配就是将基准定时信号逐级传递到同步通信网中 的各种设备。定时分配包括局内定时分配和局间定时分配。
1．局内定时分配
子复帧 帧编号
第 1~8 bit
1
2
3
4
5
6
7
8
0
C1 0
0
1
1
0
1
1
1
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A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
2
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复
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A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
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0
1
A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
另外，若局内有几个相同的设备(例如交换机)，并且有 业务关系，那么，可以将一个交换机的外时钟输入口连到BITS上， 其他交换机从相连的业务线中提取同步网定时。
这样连接的优点是：节省了同步网资源，降低了由于外 连线带来的故障，方便了维护。
第4章 同步网
2．局间定时分配
局间定时分配是指在同步网节点间的定时传递。
在STM-N接口中，复用段开销S1字节的第5、6、7、8 bit 定义了不同的时钟质量等级，见表4.1。在2048 kb/s接口，采用 奇帧TS0的第5～8 bit承载SSM信息。2048 kb/s接口的复帧结构见 表4.2，其SSM信息的定义同表4.1。
第4章 同步网
表4.1 STM-N接口的SSM编码
第4章 同步网
数字网中的同步技术有以下几种： (1) 接收同步：在点与点之间进行数字传输时，收端为 了正确地再生所传递的信号，必须产生一个时间上与发端信号同 步的、位于最佳取样判决位置的脉冲序列。因此，必须从接收信 码中提取时钟信息，使其与接收信码在相位上同步。这种为了满 足点对点通信的需要所提出的相位同步要求广泛用于数字传输之 中。
根据同步网结构，局间定时传递采用树状结构，通过定 时链路在同步网节点间，将来自基准钟的定时信号逐级向下传递。 上游时钟通过定时链路将定时信号传递给下游时钟。下游时钟提 取定时，滤除传输损伤，重新产生高质量信号提供给局内设备， 并再通过定时链路传递给它的下游时钟。
目前采用的定时链路主要有两种：PDH定时链路和SDH定 时链路。
第4章 同步网
复用包括同步复用、准同步复用和非同步复用三种技术。 同步复用将各支路信息依次插入群路时隙中，实现简单，传输效 率高，已广泛应用于数字话路复用设备和SDH设备中。准同步复用 采用码速调整技术，首先将支路速率进行调整。因此能将在一定 频率容差范围内的各个支路信号复用成一个高速数字流，而不再 像同步复用那样要求各支路信号之间的频率和相位严格同步，传 输效率也较高，广泛应用于PDH数字群复用中。非同步复用采用多 个二进制数码传送一个二进制数字信息的方法(如高速取样法、跳 变沿编码法等)，因此各复用支路信号之间的频率和相位都不必同 步。但信道的传输效率较低，一般只用在低速数据信号复用中。
(3) ITU-T 标准规定，基准定时链路上SDH网元时钟个 数不能超过60个。这样定时传递距离就会受到限制。
第4章 同步网
4.3 网 同 步 技 术
网同步技术可分为两大类：准同步和同步。同步又有主 从同步和互同步之分，它们又可分成各种不同的实施方法。同步 的概念可用图4.3来加以说明。图中的圆圈代表网中的各交换节点， 线条和箭头代表网中控制的来源和方向。交换节点中的同步控制 信号来自线条中的时钟信号和节点本地时钟信号之间的相位差值， 或者直接来自线条中的控制信号。
第4章 同步网
PDH传递同步网定时的特点如下： (1) PDH系统对同步网定时损伤小，适合长距离传递定时。 (2) PDH传输网结构多为树型，定时链路的规划设计简单。 (3) 当定时链路发生故障时，便于定时恢复。
第4章 同步网
2) SDH定时链路
SDH定时链路是指利用SDH传输链路传送同步网定时。
局内定时分配是指在同步网节点上直接将定时信号送给 各个通信设备。即在通信楼内直接将同步网设备(BITS)的输出信 号连接到通信设备上。此时，BITS跟踪上游时钟信号，并滤除由 于传输所带来的各种损伤，例如抖动和漂移，能重新产生高质量 的定时信号，用此信号同步局内通信设备。
局内定时分配一般采用星型结构，如图4.1所示。从BITS 到被同步设备之间的连线采用2 Mb/s或2 MHz的专线。
S1(第 5～8 bit) 0000 0010 0100 1000 1011 1111 其他
SDH 同步质量等级描述 同步质量不知道(现有同步网)
1 级时钟信号 2 级时钟信号 3 级时钟信号 SDH 设备时钟信号(G.831) 不应用作同步
预留
第4章 同步网
表4.2 2048 kb/s接口CRC-4复帧结构
第4章 同步网
(3) 交换同步：在一个由模拟传输和数字交换构成的混 合网中，网内不存在交换同步问题。只有在数字传输和数字交换 构成的综合数字网内，为了使到达网内各交换节点的全部数字流 都能实现有效的交换，必须使到达交换节点的所有数字流的帧定 位信号同步，这种数字交换中需要的同步称为交换同步。由于交 换同步涉及到网中到达各交换节点的全部数字流，因此又称为网 同步。本书重点讨论的就是网同步的基本概念及网同步技术。
第4章 同步网
数字通信的特点是将时间上连续的信号通过抽样、量化及 编码变成时间上离散的信号，再将各路信号的传送时间安排在不 同时间间隙内。为了分清首尾和划分段落，还要在规定数目的时 隙间加入识别码组，即帧同步码，形成按一定时间规律排列的比 特流，如PCM信息码。在通信网内PCM信息码的生成、复用、传送、 交换及译码等处理过程中，各有关设备都需要相同速率的时标 (Time Scale)去识别和处理信号，如果时标不能对准信号的最佳 判决瞬间，则有可能出现误码，也就是数字设备要协调，且准确 无误地运行就需要各时标具有相同的速率，即时钟同步。此外数 字网的同步还包括帧同步。这是因为在数字通信中，对比特流的 处理是以帧来划分段落的，在实现多路时分复用或进入数字交换 机进行时隙交换时，都需要经过帧调整器，使比特流的帧达到同 步，也就是帧同步。
这种星型结构的优点是：同步结构简单、直观、便于维 护。缺点是外连线较多，发生故障的概率增大。同时，由于每个 设备都直接连到同步设备上，这样就占用了较多的同步网资源。 因此在实际网络中，对这种星型结构进行了一些改进。当局内的 设备较多时，对同一类设备或组成系统的设备，可以通过业务线 串接，也可以通过外同步接口连接，如图4.2所示。
第4章 同步网
1) PDH定时链路
传统的同步网建立在PDH环境下，采用PDH的2 Mb/s通道 传递同步网定时信号，定时链路包括2 Mb/s专线和2 Mb/s业务线。
传输系统对2 Mb/s信号进行正码速调整，比特复接至高 次群(8 Mb/s、34 Mb/s、140 Mb/s等)，通过PDH线路系统传递下 去。传输设备不受该2 Mb/s时钟同步。因此，传输系统所引入的 抖动和漂移损伤较小，PDH传输设备的2 Mb/s通道适合传送同步网 定时。同时，由于在同步网节点间无传输系统时钟介入，当定时 链路发生故障时，下游时钟可以迅速发现故障，进入保持工作状 态或倒换到备用参考定时信号，即可以很快地进行定时恢复。
8
C1 0
0
1
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A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
帧
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E
1
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E
1
A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
第4章 同步网
第4章 同步网
TM
TM
ADM DXC
其他设备
ATM 交 换 机
BITS
交换机 1
GSM 设 备 智 能 网 设 备
No.7 信 令 设 备 DDN 网 设 备
交换机 2
交换机 3
图4.2 改进的局内定时分配
第4章 同步网
例如，局中有些SDH设备, 包括DXC、ADM、TM，组成局 内传输系统，可以将BITS的定时信号直接连到DXC设备的外时钟 输入口，DXC将同步网定时承载到业务线上，传递给ADM、TM等设 备，这些设备从业务信号中提取定时。背靠背的TM之间，可以通 过外时钟输入口和外时钟输出口相连来传递定时，也可以提供业 务线传递定时。
与PDH定时链路不同，由于SDH采用指针调整技术，2 Mb/s 支路信号不适于传递同步网定时，一般采用STM-N信号传递定时。 在定时链路始端的SDH 网元通过外时钟信号输入口接收同步网定时， 并将定时信号承载到STM-N上。在SDH系统内，STM-N信号是同步传 输的，SDH网元时钟接收线路信号定时，并为发送的线路信号提供 定时。特殊情况下经过再定时处理的2 Mb/s信号可以在局部范围内 传递定时，大规模使用前，必须解决时延问题。
另外，由于SDH网复杂的网络结构和灵活的网络保护功能， 使定时链路的规划设计变得复杂，同时给定时链路的恢复带来一 些困难。因此采用SDH网传送同步定时信号要注意：
(1) SDH网多采用环形结构，当上游定时链路故障时， 会出现高级时钟受低级时钟同步的现象。
(2) 当同步网定时链路规划不合理，或定时参考信号的 来源及时钟信号等级不明时，会在同步网内形成定时环。
第4章 同步网
(2) 复用同步：在数字信道上，为了提高信道利用率， 通常采用时分多路复用的方式，将多个支路数字信号合路后在群 路上传输，这称为数字复用。进行合路的这些支路信号，来自不 同的地点，可能具有不同的相位，通常还可能具有不同的速率。 为了使这些支路信号在群路信道上正确地进行合路，要求它们在 群路信道上能同步运行。这种复用同步是线路上传输所必需的。
第4章 同步网
4.2 网同步设备和定时分配链路
4.2.1 节点时钟设备
节点时钟设备主要包括独立型定时供给设备和混合型定时 供给设备。独立型节点时钟设备是数字同步网的专用设备，主要 包括：铯原子钟、铷原子钟、晶体钟、大楼综合定时系统(BITS) 以及由全球定位系统(GPS和GLONASS)组成的定时系统。混合型定 时供给设备是指通信设备中的时钟单元，它的性能满足同步网设 备指标要求，可以承担定时分配任务， 如交换机时钟，数字交叉 连接设备(DXC)等。
铯钟的长期稳定性非常好，没有老化现象，可以作为自 主运行的基准源。但是铯钟体积大、耗能高、价格贵, 并且铯素 管的寿命为5～8年，维护费用大，一般在网络中只配置l～2组铯 钟做基准钟。
第4章 同步网
铷钟与铯钟相比，长期稳定性差，但是短期稳定性好， 并且体积小、重量轻、耗电少、价格低。利用GPS校正铷钟的长期 稳定性，也可以达到一级时钟的标准，因此配置了GPS的铷钟系统 常用作一级基准源。
采用SDH系统传递同步网定时信号时，SDH网元时钟将串入 到定时链路中，这样SDH网元时钟和传输链路成为同步网的组成部 分。
第4章 同步网
在SDH定时链路上， 除了包括定时信号的传递， 还包括 同步状态信息(SSM：Synchronization Status Message)的传递。 SSM用于传递定时信号的质量等级。同步网中的节点时钟通过对 SSM的解读获得上游时钟等级信息后，可对本节点时钟进行相应操 作(例如跟踪倒换或转入保持状态)。
第4章 同步网 第4章 同步网
4.1 概述 4.2 网同步设备和定时分配链路 4.3 网同步技术 4.4 同步网的主要技术指标 4.5 我国的同步网 思考题
第4章 同步网
4.1 概 述
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一个平均速率出现。
在模拟通信网中，载波传输系统两端机间的载波频率需 要同步，即收发终端机的载波频率应该相等或基本相等，并保持 稳定，以保证接收端正确的复原信号。
第4章 同步网
DXC
ADM
TM
其他设备
ATM 交 换 机
BITS
No.7 信 令 设
交 换 机 GSM 设 备
智 能 网 设 备 DDN 网 设 备
图4.1 局内定时设备
第4章 同步网
在通信楼内需要同步的设备主要包括：程控交换机、异 步传送模式交换机(ATM)、No.7信令转接点设备、数字交叉连接 设备(DXC)、SDH网的终端复用设备(TM)、分插复用设备(ADM)、 DDN网设备和智能网设备等。
第4章 同步网 4.2.2 定时分配
定时分配就是将基准定时信号逐级传递到同步通信网中 的各种设备。定时分配包括局内定时分配和局间定时分配。
1．局内定时分配
子复帧 帧编号
第 1~8 bit
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另外，若局内有几个相同的设备(例如交换机)，并且有 业务关系，那么，可以将一个交换机的外时钟输入口连到BITS上， 其他交换机从相连的业务线中提取同步网定时。
这样连接的优点是：节省了同步网资源，降低了由于外 连线带来的故障，方便了维护。
第4章 同步网
2．局间定时分配
局间定时分配是指在同步网节点间的定时传递。
在STM-N接口中，复用段开销S1字节的第5、6、7、8 bit 定义了不同的时钟质量等级，见表4.1。在2048 kb/s接口，采用 奇帧TS0的第5～8 bit承载SSM信息。2048 kb/s接口的复帧结构见 表4.2，其SSM信息的定义同表4.1。
第4章 同步网
表4.1 STM-N接口的SSM编码
第4章 同步网
数字网中的同步技术有以下几种： (1) 接收同步：在点与点之间进行数字传输时，收端为 了正确地再生所传递的信号，必须产生一个时间上与发端信号同 步的、位于最佳取样判决位置的脉冲序列。因此，必须从接收信 码中提取时钟信息，使其与接收信码在相位上同步。这种为了满 足点对点通信的需要所提出的相位同步要求广泛用于数字传输之 中。
根据同步网结构，局间定时传递采用树状结构，通过定 时链路在同步网节点间，将来自基准钟的定时信号逐级向下传递。 上游时钟通过定时链路将定时信号传递给下游时钟。下游时钟提 取定时，滤除传输损伤，重新产生高质量信号提供给局内设备， 并再通过定时链路传递给它的下游时钟。
目前采用的定时链路主要有两种：PDH定时链路和SDH定 时链路。
第4章 同步网
复用包括同步复用、准同步复用和非同步复用三种技术。 同步复用将各支路信息依次插入群路时隙中，实现简单，传输效 率高，已广泛应用于数字话路复用设备和SDH设备中。准同步复用 采用码速调整技术，首先将支路速率进行调整。因此能将在一定 频率容差范围内的各个支路信号复用成一个高速数字流，而不再 像同步复用那样要求各支路信号之间的频率和相位严格同步，传 输效率也较高，广泛应用于PDH数字群复用中。非同步复用采用多 个二进制数码传送一个二进制数字信息的方法(如高速取样法、跳 变沿编码法等)，因此各复用支路信号之间的频率和相位都不必同 步。但信道的传输效率较低，一般只用在低速数据信号复用中。
(3) ITU-T 标准规定，基准定时链路上SDH网元时钟个 数不能超过60个。这样定时传递距离就会受到限制。
第4章 同步网
4.3 网 同 步 技 术
网同步技术可分为两大类：准同步和同步。同步又有主 从同步和互同步之分，它们又可分成各种不同的实施方法。同步 的概念可用图4.3来加以说明。图中的圆圈代表网中的各交换节点， 线条和箭头代表网中控制的来源和方向。交换节点中的同步控制 信号来自线条中的时钟信号和节点本地时钟信号之间的相位差值， 或者直接来自线条中的控制信号。
第4章 同步网
PDH传递同步网定时的特点如下： (1) PDH系统对同步网定时损伤小，适合长距离传递定时。 (2) PDH传输网结构多为树型，定时链路的规划设计简单。 (3) 当定时链路发生故障时，便于定时恢复。
第4章 同步网
2) SDH定时链路
SDH定时链路是指利用SDH传输链路传送同步网定时。
局内定时分配是指在同步网节点上直接将定时信号送给 各个通信设备。即在通信楼内直接将同步网设备(BITS)的输出信 号连接到通信设备上。此时，BITS跟踪上游时钟信号，并滤除由 于传输所带来的各种损伤，例如抖动和漂移，能重新产生高质量 的定时信号，用此信号同步局内通信设备。
局内定时分配一般采用星型结构，如图4.1所示。从BITS 到被同步设备之间的连线采用2 Mb/s或2 MHz的专线。
S1(第 5～8 bit) 0000 0010 0100 1000 1011 1111 其他
SDH 同步质量等级描述 同步质量不知道(现有同步网)
1 级时钟信号 2 级时钟信号 3 级时钟信号 SDH 设备时钟信号(G.831) 不应用作同步
预留
第4章 同步网
表4.2 2048 kb/s接口CRC-4复帧结构
第4章 同步网
(3) 交换同步：在一个由模拟传输和数字交换构成的混 合网中，网内不存在交换同步问题。只有在数字传输和数字交换 构成的综合数字网内，为了使到达网内各交换节点的全部数字流 都能实现有效的交换，必须使到达交换节点的所有数字流的帧定 位信号同步，这种数字交换中需要的同步称为交换同步。由于交 换同步涉及到网中到达各交换节点的全部数字流，因此又称为网 同步。本书重点讨论的就是网同步的基本概念及网同步技术。
第4章 同步网
数字通信的特点是将时间上连续的信号通过抽样、量化及 编码变成时间上离散的信号，再将各路信号的传送时间安排在不 同时间间隙内。为了分清首尾和划分段落，还要在规定数目的时 隙间加入识别码组，即帧同步码，形成按一定时间规律排列的比 特流，如PCM信息码。在通信网内PCM信息码的生成、复用、传送、 交换及译码等处理过程中，各有关设备都需要相同速率的时标 (Time Scale)去识别和处理信号，如果时标不能对准信号的最佳 判决瞬间，则有可能出现误码，也就是数字设备要协调，且准确 无误地运行就需要各时标具有相同的速率，即时钟同步。此外数 字网的同步还包括帧同步。这是因为在数字通信中，对比特流的 处理是以帧来划分段落的，在实现多路时分复用或进入数字交换 机进行时隙交换时，都需要经过帧调整器，使比特流的帧达到同 步，也就是帧同步。
这种星型结构的优点是：同步结构简单、直观、便于维 护。缺点是外连线较多，发生故障的概率增大。同时，由于每个 设备都直接连到同步设备上，这样就占用了较多的同步网资源。 因此在实际网络中，对这种星型结构进行了一些改进。当局内的 设备较多时，对同一类设备或组成系统的设备，可以通过业务线 串接，也可以通过外同步接口连接，如图4.2所示。
第4章 同步网
1) PDH定时链路
传统的同步网建立在PDH环境下，采用PDH的2 Mb/s通道 传递同步网定时信号，定时链路包括2 Mb/s专线和2 Mb/s业务线。
传输系统对2 Mb/s信号进行正码速调整，比特复接至高 次群(8 Mb/s、34 Mb/s、140 Mb/s等)，通过PDH线路系统传递下 去。传输设备不受该2 Mb/s时钟同步。因此，传输系统所引入的 抖动和漂移损伤较小，PDH传输设备的2 Mb/s通道适合传送同步网 定时。同时，由于在同步网节点间无传输系统时钟介入，当定时 链路发生故障时，下游时钟可以迅速发现故障，进入保持工作状 态或倒换到备用参考定时信号，即可以很快地进行定时恢复。
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C1 0
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A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
帧
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C2 0
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A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
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A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
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0
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E
1
A Sa4 Sa5 Sa6 Sa7 Sa8
第4章 同步网
第4章 同步网
TM
TM
ADM DXC
其他设备
ATM 交 换 机
BITS
交换机 1
GSM 设 备 智 能 网 设 备
No.7 信 令 设 备 DDN 网 设 备
交换机 2
交换机 3
图4.2 改进的局内定时分配
第4章 同步网
例如，局中有些SDH设备, 包括DXC、ADM、TM，组成局 内传输系统，可以将BITS的定时信号直接连到DXC设备的外时钟 输入口，DXC将同步网定时承载到业务线上，传递给ADM、TM等设 备，这些设备从业务信号中提取定时。背靠背的TM之间，可以通 过外时钟输入口和外时钟输出口相连来传递定时，也可以提供业 务线传递定时。
与PDH定时链路不同，由于SDH采用指针调整技术，2 Mb/s 支路信号不适于传递同步网定时，一般采用STM-N信号传递定时。 在定时链路始端的SDH 网元通过外时钟信号输入口接收同步网定时， 并将定时信号承载到STM-N上。在SDH系统内，STM-N信号是同步传 输的，SDH网元时钟接收线路信号定时，并为发送的线路信号提供 定时。特殊情况下经过再定时处理的2 Mb/s信号可以在局部范围内 传递定时，大规模使用前，必须解决时延问题。
另外，由于SDH网复杂的网络结构和灵活的网络保护功能， 使定时链路的规划设计变得复杂，同时给定时链路的恢复带来一 些困难。因此采用SDH网传送同步定时信号要注意：
(1) SDH网多采用环形结构，当上游定时链路故障时， 会出现高级时钟受低级时钟同步的现象。
(2) 当同步网定时链路规划不合理，或定时参考信号的 来源及时钟信号等级不明时，会在同步网内形成定时环。
第4章 同步网
(2) 复用同步：在数字信道上，为了提高信道利用率， 通常采用时分多路复用的方式，将多个支路数字信号合路后在群 路上传输，这称为数字复用。进行合路的这些支路信号，来自不 同的地点，可能具有不同的相位，通常还可能具有不同的速率。 为了使这些支路信号在群路信道上正确地进行合路，要求它们在 群路信道上能同步运行。这种复用同步是线路上传输所必需的。
第4章 同步网
4.2 网同步设备和定时分配链路
4.2.1 节点时钟设备
节点时钟设备主要包括独立型定时供给设备和混合型定时 供给设备。独立型节点时钟设备是数字同步网的专用设备，主要 包括：铯原子钟、铷原子钟、晶体钟、大楼综合定时系统(BITS) 以及由全球定位系统(GPS和GLONASS)组成的定时系统。混合型定 时供给设备是指通信设备中的时钟单元，它的性能满足同步网设 备指标要求，可以承担定时分配任务， 如交换机时钟，数字交叉 连接设备(DXC)等。
铯钟的长期稳定性非常好，没有老化现象，可以作为自 主运行的基准源。但是铯钟体积大、耗能高、价格贵, 并且铯素 管的寿命为5～8年，维护费用大，一般在网络中只配置l～2组铯 钟做基准钟。
第4章 同步网
铷钟与铯钟相比，长期稳定性差，但是短期稳定性好， 并且体积小、重量轻、耗电少、价格低。利用GPS校正铷钟的长期 稳定性，也可以达到一级时钟的标准，因此配置了GPS的铷钟系统 常用作一级基准源。
采用SDH系统传递同步网定时信号时，SDH网元时钟将串入 到定时链路中，这样SDH网元时钟和传输链路成为同步网的组成部 分。
第4章 同步网
在SDH定时链路上， 除了包括定时信号的传递， 还包括 同步状态信息(SSM：Synchronization Status Message)的传递。 SSM用于传递定时信号的质量等级。同步网中的节点时钟通过对 SSM的解读获得上游时钟等级信息后，可对本节点时钟进行相应操 作(例如跟踪倒换或转入保持状态)。
第4章 同步网 第4章 同步网
4.1 概述 4.2 网同步设备和定时分配链路 4.3 网同步技术 4.4 同步网的主要技术指标 4.5 我国的同步网 思考题
第4章 同步网
4.1 概 述
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一个平均速率出现。
在模拟通信网中，载波传输系统两端机间的载波频率需 要同步，即收发终端机的载波频率应该相等或基本相等，并保持 稳定，以保证接收端正确的复原信号。
第4章 同步网
DXC
ADM
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其他设备
ATM 交 换 机
BITS
No.7 信 令 设
交 换 机 GSM 设 备
智 能 网 设 备 DDN 网 设 备
图4.1 局内定时设备
第4章 同步网
在通信楼内需要同步的设备主要包括：程控交换机、异 步传送模式交换机(ATM)、No.7信令转接点设备、数字交叉连接 设备(DXC)、SDH网的终端复用设备(TM)、分插复用设备(ADM)、 DDN网设备和智能网设备等。