数字同步原理

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最大时间间隔误差MTIE（ Max Time Interval Error）
指在一段测量时间内，所有观测时间为τ 的时间间隔误差的最大值。MTIE是一个统计值， 它反映了在该段测量时间中，每τ 秒内信号的TIE的最大值，即最大相位变化。MTIE是 衡量时钟信号稳定度的指标。
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时钟的工作方式
Ref LPF
自由振荡（Free - Run）
振荡器
DDS
时钟设备的本地振荡器自由运行，不受外部参考源控制，输出信号的准确度和稳定度取
决于振荡器本身。
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数字同步网节点时钟等级分为三级：一级基准时钟、二级从钟、三级从钟
一级基准时钟 包括全国基准时钟PRC和区域基准时钟LPR两种类型。全国基准时钟PRC可由“铯原子钟 组或铯原子钟＋GPS”组成，区域基准时钟LPR可由”铷原子钟＋GPS“组成，而且，LPR应 能接受PRC的同步，一级基准时钟分别放置在省、自治区中心及直辖市。 二级从钟 二级从钟可由“”铷原子钟＋GPS“组成或”晶体钟＋GPS“组成，而且应能接受LPR的同步， 二级从钟一般设置在省、自治区中心和直辖市的各长途通信楼，地、市级长途通信楼和汇 接长途话务量大且具有多种业务要求的重要汇接局。 三级从钟 三级从钟一般选用单纯高精度晶体钟，并且能同步于二级从钟，三级从钟一般设置在本地 网内的汇接局和端局。
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数字同步网简介
数字同步网与电信管理网、信令网一起并称为电信三大支撑网， 它的服务对象是各种业务网。同步网的基本功能是准确地将同步信 息从基准时钟向同步网的各下级或同级节点传递，从而建立并保持 同步。数字同步网是现代通信网的一个必不可少的重要组成部分， 它能满足电信网传递业务信息所需的传输和交换性能要求，它是保 证网络定时性能的关键。
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网络示意图
合肥
成都
重庆
西南环 广州 天河 南环
南京 杭州 福州 南昌
广海
贵阳 长沙
海口
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用户至上 用心服务 Customer First Service Foremost 等级主从同步：
以主基准时钟的频率控制从钟的信号频率，同步定时信息从一个时钟按规定 的顺序传至另一个时钟。同步定时信息可以从包含传送业务的数字信号的时标 中提取，也可以用指定链路专门传送由主基准时钟送出的定时基准信号，用于 同步从钟，定时信号还可以经过同步节点将收到的基准信号经处理后向外转发。 优点：各同步节点和设备直接或间接同步于基准时钟，正常情况不会产生滑 动，除对主基准时钟要求较高外，其余从钟性能要求较低。 缺点：在传送链路中，如有任何故障或扰动，都将影响同步信号的传递，在较 复杂的网络环境中容易形成环路。
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混合同步：
混合同步将准同步与来自百度文库从同步方式相结合加以应用，区内是主从同步方 式，各地区间是准同步方式。
由于同步卫星信号的接收技术成熟、维护方便、系统成本的降低，使得 以采用同步卫星接收系统的LPR（地区主基准时钟）来构建混合同步网成 为可能和实用的组网方案。
漂动（Wander） 漂动指时钟信号的各个有效瞬间相对于理想信号的时间位置快速的往复 变化，其变化的频率小于10Hz称为漂动。
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时间间隔误差 指在特定的时间周期内，给定的时钟信号与理想信号的相对时延变化，是衡量信号 相位稳定度的原始数据，又称原始相位数据（Raw Phase） 测试基准f0
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时间间隔误差
T(ns)
15
10
描述在某个观测时间段内，被测信号 相对于测试基准信号的相位偏差的大小， 是推算MTIE、TDEV的原始数据
5 0 -5
-10 -15 1 2 3 4
(s)
TIE测试图
实测图示例
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时钟源介绍
常见的同步网时钟源有原子钟（如铯钟、铷钟）、晶体钟等两类。
铯钟
长期频率稳定度性能比较好，没有老化现象，但耗能高，结构复杂，制 造工艺和技术都十分先进，铯束管的寿命为3～5年，届时需要更换。主 要用于全国基准中心。
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数字同步网基础知识
本节包括如下内容
数字同步网简介 同步网时钟源介绍 时钟的工作方式及时钟的主要功能 几个重要参数 数字同步网结构 广东电信同步网概况
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几个重要参数
频率准确度（Frequency accuracy） 频率准确度是指信号的实际频率值与理想的标称频率的偏离程度。一般用相对频
率偏差来表示，例如若标称频率为f0，实际频率为f，则频率准确度为（f-f0）/f0，
1000秒以下称为短稳。
衡量相位稳定度有两种方法，分别是时域和频域的表征。频域一般用频谱仪来进 行测试，而时域则主要用时间间隔分析仪进行测试。
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抖动（Jitter） 抖动指时钟信号的各个有效瞬间相对于理想信号的时间位置快速的往复 变化，其变化的频率超过10Hz称为抖动。抖动的大小用ns、ps或者UI来 表示。
第0.0秒观测被测信号：5ns 第0.5秒观测被测信号：-5ns 第1.0秒观测被测信号：-10ns 第1.5秒观测被测信号：10ns 第2.0秒观测被测信号：5ns 第2.5秒观测被测信号：-15ns 第3.0秒观测被测信号：0ns 第3.5秒观测被测信号：5ns 第4.0秒观测被测信号：15ns 中国电信股份有限公司广州研究院 广东省电信有限公司研究院
时间方差TDEV（ Time Deviation ）
TDEV可以理解为在观察时间τ 内相位变化的统计平均值，因此TDEV可以用来表征随机的相位 和时间稳定度，反映了信号噪声能量的大小。
1 n TDEV ( ( xi 2 n 2 xi n xi ) 2 ) 6n 2 i 1
T(ns) T(ns)
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目 录
数字同步网基础知识
同步信号的传输 同步信号不良对业务网的影响 业务网同步规划及组织原则
广东电信数字同步网网络拓扑图
τ(s)
τ(s)
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同步网络结构概述
准同步
等级主从同步
混合同步
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单位一般用ppm来表示。一般频率准确度是指长期频率偏离。 相位稳定度（Phase stability）
相位稳定度表征信号频率及相位随机起伏的程度。导致相位不稳定的机理有很多
种，随着测试取样时间不同，测试结果也不同。一般稳定度分为长期相位稳定度 （长稳）和短期相位稳定度（短稳），二者并没有严格的界限，一般取样时间在
铷钟
性能不及铯钟，但具有体积小、重量较轻、预热时间短、短期频率稳定 度高，价格便宜等优点。在同步网中普遍作为地区级参考频率标准。
晶体钟
体积小、重量轻、耗电少，价格比较便宜，短期稳定性较好，但长期稳 定度和老化率比原子钟差。一般在同步网中作为从钟被大量使用。
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T(ns)
15 10
TIE测试图
MTIE测试图
T(ns)
30 25
5
0 -5 -10 -15 1 2 3 4
20
(s)
15 10 5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
(s)
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广东电信数字同步网概况
广东电信数字同步网自1994年开始建设，到目前为止已在全省232个通信
局站建立了以通信楼定时供给系统（BITS）为节点的数字同步网；按本地网划 分为21个同步区，在每个同步区内设立了区域基准时钟（LPR），作为各个同 步区内的定时基准。各同步区的LPR配置全球定位系统（GPS）接收机，通过 GPS系统跟踪世界协调时（UTC），使之与UTC保持一致的长期频率准确度， 从而达到全网同步运行的目的。 广东电信数字同步网包括骨干数字同步网、本地数字同步网两个层面。骨 干数字同步网由广州天河PRC和21个本地LPR组成。
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骨干数字同步网－广州天河PRC 随着中国电信全国同步网PRC布局的调整和增加，除北京PRC外，将南方PRC数
量增加到4个：广州、武汉、上海、兰州。
广州天河BITS节点2003年自加装了双铯钟比对系统后，现已成为全国的基准 参考时钟（PRC），为全国中南区域的省份提供定时基准。将定时信号通过南环传 送至合肥、南京、杭州、福州、南昌，通过西南环传送至成都、重庆、贵阳、长沙 ，通过广海系统传送至海口。
快捕（Fast Locking）
锁相环得到外部参考源后，从自由振荡到进入跟踪的一段暂态过程。
跟踪（Locked）
锁相环锁定外部参考源的稳定状态。
保持（Holdover）
锁相环丢失外部基准源后，利用原先跟踪的数据，维持一段时间的 输出，性能优于自由
振荡状态。 中国电信股份有限公司广州研究院 广东省电信有限公司研究院
准同步方式：
准同步方式又称独立时钟方式，其特点是网内的时钟独立运行，互不控制， 网内所有交换节点都使用高精度时钟。虽然时钟频率不能绝对相等，但频差很 小，产生的滑动可以满足指标要求。
优点：网络简单、灵活。 缺点：对时钟的性能要求高，费用贵，同时还存在周期性的滑动。
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时钟的主要功能
跟踪外基准源
给定一个理想外基准源，时钟设备应尽可能理想地还原外基准源，尽 可能少地产生噪声。
过滤外基准源
输入的外基准源存在相位漂动、抖动，时钟设备应具备滤除漂动、抖 动的能力。
保持
当丢失所有参考源时，时钟设备应具备维持优良输出的能力。