同步网和时间同步网

第7章数字同步网和时间同步网7.1数字同步网 7.2时间同步网 7.3下一代网络中同步技术的发展

7.1

数字同步网

7.1.1数字同步的基本概念同步是指通信双方的定时信号符合一定的时间关系，它又可以分为位同步、帧同步和网同步：位同步是指通信双方的位定时脉冲信号频率相等且符合一定的相位关系。帧同步是指通信双方的帧定时信号的频率相同且保持一定的相位关系。帧同步的作用是在同步复用的情况下，能够正确地区分每一帧的起始位置从而确定各路信号的相应位置并正确地把它们区分开来。帧同步是通过在信码中插入帧同步码来实现的。网同步是指网络中各个节点的时钟信号的频率相等。

7.1.2网同步的方法网同步的方法可以分为准同步和同步两大类，同步法又可分为主从同步、等级主从同步、外基准同步和互同步，互同步可包括单端控制法和双端控制法，网同步的方法如图 7.1所示，图中的圈表示交换节点，带箭头的实线表示时钟信号或控制信号的传输途经。

图7.1网同步的方法

7.1.2网同步的方法

1.准同步准同步网各节点的时钟信号是互相独立的，在网中的各节点之间没有时钟信号的传输路线，也没有控制信号的传输路线。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铯钟，它的频率精度为1×10 11。由于各节点的时钟是互相独立的，因而滑码是不可避免的。

7.1.2网同步的方法

2.主从同步在一个交换局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的各从节点，各从节点利用锁相环把本地时钟频率锁定在基准时钟频率上，从而实现网内各节点之间的时钟信号同步。主从同步网中时钟的传输可以呈现星型结构或树型结构。等级主从同步是为改善可靠性而采用的一种主从同步方式。在这种方式中，交换局的时钟精度都有一个等级，当基准时钟失效时就采用次一等级的时钟作为主钟，送至交换局的时钟信息都带有等级识别信息，这是以复杂性换取可靠性的一种同步的方法。

7.1.2网同步的方法

从节点时钟系统的基本结构是一个带有变频振荡器的锁相环，如图7.2所示。从较高一级或者主节点来的定时信号输入到相位比较器，锁相环的变频振荡器根据比较器的输出产生新的时钟信号。

图7.2主从同步锁相环

7.1.2网同步的方法

从节点的时钟系统有4个作用：①产生时钟信号供给本节点的数字设备；②当输入的时钟信号失效时能继续输出稳定的时钟信号；③减少从高一级节点送来的时钟信号中所含的高频噪声分量；④避免由于时钟输出

线路的改换而引起的相位跳跃。

7.1.2网同步的方法

主从同步方式是同步网中采用的主要方式，其主要优点可以归纳如下：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。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，因此，从节点的压控振荡器 (VCXO)只要求较低的精度。③从节点的控制过程较为简单，适用于树型或星型网络，这和当前电信网的结构是一致的。主从同步方式的缺点主要如下：①一旦与主节点的基准时钟或定时信号传输链路发生故障，将会导致全系统或局部系统丧失同步能力，必须采用设置多重备份设备。②系统采用单端控制，定时信号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质量。

7.1.2网同步的方法

在主从同步网中采用的锁相环有紧耦合和松耦合两种：紧耦合锁相环指普通的锁相环，当锁相环正常工作时，它的输出时钟信号频率紧紧跟随基准时钟信号频率，而当基准时钟信号不复存在时，锁相环的输出信号与原基准信号不再存在依赖关系，因而偏离了基准频率。这种输出信号频率紧紧地与基准信号频率耦合在一起的锁相环称为紧耦合锁相环。

7.1.2网同步的方法

松耦合锁相环指采用微处理器控制的具有频率记忆功能的锁相环。在这种锁相环中，依靠微处理器根据统计平均规律建立虚拟基准源，虚拟基准源具有存储输入基准信号频率信息的功能，因此，一旦基准时钟信号丢失，锁相环能按照存储的基准时钟信息继续工作相当长的时间。

7.1.2网同步的方法

图7.3所示为采用松耦合振荡器的锁相环，图中示出了它的方框结构，输入为5MHz正弦波。电平为+2dB电压电平，经过整形器后输出的5MHz方波与输出送来的5MHz方波在鉴相器输入进行比相、输出直流鉴相电压V,加于运算放大电路。

图7.3采用松耦合振荡器的锁相环

7.1.2网同步的方法

运放电路：由运算放大器及其他RC组件组成，它对Vd小的变化放大，并加以时延校正，输出放大后的电压VA,加于记忆转换电路输入。记忆转换电路：在正常工作时，输出的控制电压Vc与输入的电压VA大小基本上相同；出现故障时记忆住的是故障前的情况。高稳晶振：其输出频率直接受控于输入的控制电压Vc,当控制电压由较低到较高变化时，输出频率变化应大于外来同步频率最大偏差及自身老化引起的频率变化。放大输出：由门电路组成，它将高稳晶振输出比较小的信号放大整形，再送到鉴相器及滤波器。滤波器：由两节低滤波

器组成，输出+2dB电压电平的 5MHz正弦波。故障检测器：对输入信号进行整流，对鉴相器情况进行监视，当输入信号消失后，对运放及记忆转换电路进行封锁，完成记忆功能，另外也能发出各种告警信号。

7.1.2网同步的方法

3.互同步在互同步网中，交换节点无主节点和从节点之分，时钟传输路线呈网状结构。各节点的时钟信号由一多输入端的锁相环产生，一个节点的锁相环的输入信号是除了本节点以外的其他节点的时钟信号，经相位比较后取它们的加权平均值来控制压控振荡器。互同步的工作原理如图7.4所示。

图7.4互同步的工作原理

7.1.2网同步的方法

互同步网是一个复杂的多路反馈系统。可实现网内各节点的时钟同步。互同步的控制方式可以分为单端控制和双端控制两种，但两者都属于双向控制。单端控制中传输的是两个局的时钟频率，而双端控制除了传输两个局的时钟频率之外，还传送了两个节点的时钟频率fa和fb经相位比较器比较后的输出信号，这可以防止同步系统的系统频率随节点之间的传输时延的变化而变化，使得系统的频率更稳定。

7.1.2网同步的方法

4.同步方法的比较准同步方法适用于各种规模和结构的网络，这种方法容易实施，而且没有稳定性问题，又使得各个国家之间处于平等地位。主要缺点是为了满足正常滑码指标必须使用成本高的高稳定时钟。主从法实施容易，没有网络的稳定性问题。但是由于它依赖于单个主时钟，所以其可靠性低，因此，从局中的时钟应有相当高的稳定度，使得全部系统在主时钟故障期间维持工作。等级主从法的可靠性有所改善，对链路故障不敏感，而且适用于任何网络结构，但必须给每个时钟信号分配一个等级识别信息。互同步中的单端控制适用于网状网，定时可靠性有很大改善，时钟稳定度原则上低于主从法所要求的时钟稳定度。其缺点是系统频率变化频繁，而系统频率又与传输时延的改变有关。双端控制由于系统频率和时延变化无关，故同步系统得到进一步改善，但是系统变得更为复杂。

7.1.3同步网的时钟等级和时钟源v

1.主从同步网时钟的等级同步网中采用的同步方式主要是主从同步方式，在主从同步网中节点的时钟要分级，其原因是减少同步网中节点时钟的复杂性和成本，少数高级别的节点采用高精度的时钟，而级别低的时钟节点采用低精度，结构较简单的时钟。