数字同步原理

数字同步原理第1页，共57页，2023年，2月20日，星期六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第2页，共57页，2023年，2月20日，星期六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第3页，共57页，2023年，2月20日，星期六数字同步网简介

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。第4页，共57页，2023年，2月20日，星期六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。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。Internet第5页，共57页，2023年，2月20日，星期六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。第6页，共57页，2023年，2月20日，星期六时钟的工作方式LPFDDSRef振荡器自由振荡（Free-Run）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。快捕（FastLocking）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。第7页，共57页，2023年，2月20日，星期六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。第8页，共57页，2023年，2月20日，星期六

几个重要参数

频率准确度（Frequencyaccuracy）

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，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（Phasestability）

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。第9页，共57页，2023年，2月20日，星期六抖动（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。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。第10页，共57页，2023年，2月20日，星期六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（RawPhase）测试基准f0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时间间隔误差第11页，共57页，2023年，2月20日，星期六TIE测试图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的原始数据实测图示例(s)1234-15-10-515105T(ns)0时间间隔误差第12页，共57页，2023年，2月20日，星期六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。MTIE测试图0.511.522.533.54510302520(s)T(ns)015(s)1234-15-10-515105T(ns)0TIE测试图最大时间间隔误差MTIE（MaxTimeIntervalError）第13页，共57页，2023年，2月20日，星期六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。T(ns)τ(s)T(ns)τ(s)时间方差TDEV（TimeDeviation

）第14页，共57页，2023年，2月20日，星期六

同步网络结构概述第15页，共57页，2023年，2月20日，星期六

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。第16页，共57页，2023年，2月20日，星期六等级主从同步：

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。第17页，共57页，2023年，2月20日，星期六混合同步：

混合同步将准同步与主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。

第18页，共57页，2023年，2月20日，星期六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。第19页，共57页，2023年，2月20日，星期六

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。骨干数字同步网－广州天河PRC第20页，共57页，2023年，2月20日，星期六网络示意图南京南环西南环广海合肥杭州南昌福州贵阳重庆成都长沙海口广州天河第21页，共57页，2023年，2月20日，星期六广东电信数字同步网网络拓扑图省中心节点分公司中心节点分公司目标节点

一级钟三级钟二级钟第22页，共57页，2023年，2月20日，星期六

广东电信时钟同步网骨干层现状第23页，共57页，2023年，2月20日，星期六设备使用情况

广东电信共在232个节点配置了256套同步设备,设备类型有:TSG3800、DCD519、DCD521、HP55400、HWV2及HWV3。早期的DCD设备投入运行时间较长、维修费用高、返修周期长、备品备件无法保证，现逐步将DCD设备退网或进行改造。新建设备以HWV3为主。第24页，共57页，2023年，2月20日，星期六端口使用情况

省骨干节点同步设备的端口使用率普遍较高，特点如下：端口使用率超过70％的节点有：广州、深圳、珠海、汕头、佛山、韶关、江门、惠州、梅州、东莞、揭阳、中山，其他骨干节点的端口使用率也已超过50％（2005年10月的统计结果）。各节点的端口资源使用情况严重不均，本地网第一骨干节点的使用率很高，辅助骨干节点的使用率相对较低。

2Mbit/s端口的使用率普遍比2MHz高。

针对骨干节点端口使用率高的问题，建议：新建设备应具备输出端口的信号类型可灵活设置的功能（如HWV3设备具备此功能）。优化网络结构，解决端口资源结构性短缺问题。通过扩容或新建设备，增加端口数量。第25页，共57页，2023年，2月20日，星期六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第26页，共57页，2023年，2月20日，星期六同步信号的传输本节包括如下内容同步信号传输的四种方式广东电信同步链路调整情况第27页，共57页，2023年，2月20日，星期六

常用同步定时基准信号有2Mbit/s和2MHz两种模式，考虑定时基准信号的传输问题，同步网设备一般均采用2Mbit/s信号作为同步网设备的定时输入信号。传送定时输入参考信号链路可以有四种选择：PDH2Mbit/s专线传送定时信号PDH2Mbit/s业务码流传送定时信号STM-N线路传送定时波分监控信道传送时钟信号同步基准信号传输方式第28页，共57页，2023年，2月20日，星期六PDH2Mbit/s专线传送定时信号BITS定时信号送到PDH传输系统，通过不带业务的PDH2Mbit/s专线传递给下游时钟，下游时钟采用终结方式提取时钟信号，这种方式不仅可以避免交换机带来的使同步信号质量降质的不定因素，还可以有效传送SSM信息，具有稳定度和精度高、结构简单等优点。但随着SDH网络的迅速发展，PDH已退至网络边缘，传输网络几乎成为全SDH网络，在这种情况下，大量通过SDH传输系统连接的末端设备的同步问题逐渐成为网络同步规划的一个难点。第29页，共57页，2023年，2月20日，星期六PDH2Mbit/s业务码流传送定时信号第30页，共57页，2023年，2月20日，星期六

本端局BITS的2Mbit/s时钟信号首先去同步同一大楼内的某业务网元，业务网元同步后，其发送的2Mbit/s业务信号就携带了本端局BITS定时信息，经PDH传输到对端局后通过高阻将该2Mbit/s业务信号引入对端局的BITS输入口，从而达到同步的目的。这种定时传送方式的优点是：高效利用传输电路资源，同时传送业务信号和同步定时信号。在传输电路比较紧张的情况下，这种方式是可取的。这种定时传送方式的缺点是：（1）因为时钟信号要经过业务网元，业务网元中一些影响同步质量的不定因素不可避免地会带入数字同步网，造成同步网同步质量的下降，或者说不能保证同步信号的质量。（2）因为时钟信号要经过业务网元，而目前绝大部分的业务网元还没有处理SSM字节的功能，这样就无法实现数字同步网的SSM功能。第31页，共57页，2023年，2月20日，星期六

STM-N线路传送定时

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来自BITS的定时信号承载到SDH的线路信号STM-N上，通过SDH系统传递下去。采用这种方式时需要考虑两个方面的问题：避免SDH系统传递时钟形成环路；SDH传送定时信号，传递距离受到限制，抖动和漂移是同步网定时性能的一项重要指标，根据ITU-TG.803规定，基准定时链路上SDH网元时钟个数不能超过60个。

SDH终端设备的外同步输入/输出信号应尽可能采用支持SSM功能的2Mbit/s信号，且2Mbit/s和2MHz可软件设置。这样可实现SDH的STM-N线路传送定时，并实现同步质量的自动管理控制。第33页，共57页，2023年，2月20日，星期六举例：

以NEC2500A为例来说明具体的设置方法

设备外时钟输出口如下：

第34页，共57页，2023年，2月20日，星期六接收时钟设置：接收时钟的质量等级主用时钟为G.811PRC,S1字节为02;备用时钟为G.812TRANSIT,S1字节为04,抑制输出门限为G.812TRANSIT,S1字节为04,即倒换到备用时,外时钟不输出。优先级设置:一般主节点从BITS外接输入为1,备用从线路取优先级设置2,内部保持设为3；从节点从主线路取时钟优先级设置为1,备用BITS外接输入2,内部保持设为3；中间节点从主线路取时钟优先级设置为1,从备用线路取时钟优先级设置为2,内部保持设为3。第35页，共57页，2023年，2月20日，星期六

外时钟输出的设置用菜单Provisioning→TimingSource→OtherAttributes进入如下窗口:第36页，共57页，2023年，2月20日，星期六

外时钟输入信号（EXTCLKINTFTYPE75欧/120欧、2MHz/2Mb）应设置与时钟盘一致，输出时钟来源必须选择为“LINE”方式，保证不经过本站的晶振输出；抑制输出门限(SQUELCHINGTHRESHOLD)设为G.812LOCAL，当接收的时钟质量等于或低于该值时（G.812LOCAL），站时钟输出禁止。第37页，共57页，2023年，2月20日，星期六

采用波分监控信道传送时钟信号

目前部分厂家的波分设备（如华为、烽火）已具备通过波分监控信道传递时钟信号的能力。以HW1.6T波分系统为例：系统可以双向传送三路2MPDH时钟，并可在任何站点选择上下或者穿通，为时钟网络传送提供了一种新的解决方案，该方案还可根据时钟的优先级别，实现时钟单板的1+1保护，对时钟信号可采用双发或双发选收的方式进行保护。第38页，共57页，2023年，2月20日，星期六广东电信同步链路调整

广东电信于2001年开始对同步传输链路进行调整，并在2006年重新进行了梳理和进一步规范，同步信号的传送主要采用以下三种方式：在具备SDH资源的节点，同步信号采用由SDH来传送，尽量采用设备比较稳定的SDH设备来传送。在不具备SDH资源的节点，保留部分小型光端机用于时钟信号的传送，在条件具备时改由SDH系统来传送。部分节点可采用由波分监控信道来传送。第39页，共57页，2023年，2月20日，星期六方式一：采用SDH系统传送时钟信号说明：广州天河的BITS时钟输出通过粤西大环SDH、广肇江广SDH传送至肇庆建设，作为BITS的地面保护路由。粤西大环SDH广肇江广SDH广州天河BITS1234肇庆建设BITS第40页，共57页，2023年，2月20日，星期六方式二：采用PDH小型光端机传送时钟信号肇庆建设BITS肇庆睦岗BITS光端机光端机说明：肇庆睦岗是旧的长途机房，缺乏SDH资源，将肇庆建设BITS的输出信号通过小型光端机传送至肇庆睦岗作为其输入信号。第41页，共57页，2023年，2月20日，星期六方式三：采用波分监控信道传送时钟信号

珠三角平台

(HW1.6T)

广州天河BITS中山悦来南BITS说明：HW1.6T系统在配置TC2板卡的情况下，可以双向传送三路2M时钟信号，并可在任何站点选择上下或者穿通。第42页，共57页，2023年，2月20日，星期六整治前同步时钟拓扑图整治后同步时钟拓扑图第43页，共57页，2023年，2月20日，星期六同步链路调整项目取得的成效解决了PDH设备退网带来的定时链路传送问题，优化全省数字同步网的同步路由，保证网络结构的最优化，提高了数字同步网络的合理性；解决了TSBITS设备老化、厂家停产导致的维护问题，提高了同步时钟的可靠性；核查、整理并建立了完整的BITS设备输出业务端口使用资料；标志着同步整治工作从数字同步网优化向业务网时钟应用优化转移。第44页，共57页，2023年，2月20日，星期六维护注意事项做好同步设备的输入路由的标签工作（包括信号来源、设备类型、信号类别等信息）；对传递时钟信息的SDH系统在维护中应予以重点关注，在两个数字同步节点时钟之间的SDH设备时钟不多于20个的定时参考链中，任何网元的AU指针调整事件数应不大于5次/天，如超过该值应及时处理；在SDH系统资源具备的情况下，应对同步设备提供备用路由；路由调整时，应在标签、同步网管等作相应更改；在SDH设备钟卡发生倒换或BITS时钟发生倒换时，应做好详细记录。第45页，共57页，2023年，2月20日，星期六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第46页，共57页，2023年，2月20日，星期六同步信号不良对业务网的影响

本节内容包括同步信号不良对业务网影响的表现形式同步不良影响业务的内在原因第47页，共57页，2023年，2月20日，星期六同步不良将会引起网络中数字信号的频偏、抖动及漂动，对网络及业务带来影响。传输网络：指针调整、误码数据网络：丢包、帧失步交换网络：滑码、掉线率高

面向网络

面向业务固定话音业务：偶有喀喀声，严重时串音、接续延迟移动话音业务：越区/双频切换掉话、单通、接续延迟传真业务：图片或文字的清晰度下降图像业务：马赛克现象，伴音尖啸或静音同步不良对业务网影响的表现形式在维护方面，缺乏便利有效的判定手段，使同步网故障具有很大的隐蔽性Internet第48页，共57页，2023年，2月20日，星期六若fw>fr，则写入速度较快，接收器将会丢失一些信息。（漏读滑动）若fr

>fw

，则写入速度较慢，接收器会重复读取部分信息。（重读滑动）。读出数据比特缓存器时钟提取设备时钟写入数据比特fwfr同步的作用就是要保证写入的时钟速率与接收的速率在一个误差范围内，以保证数据的正确传送和处理。同步不良影响业务的内在原因第49页，共57页，2023年，2月20日，星期六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第50页，共57页，2023年，2月20日，星期六业务网同步规划及组织原则

电信业务网的同步规划及组织就是将频率定时基准通过有效的组织，分配到业务网的所有网元。当业务网元所在局点都配置了BITS节点时，业务网的同步规划和组织相对比较容易，主要是针对业务网元备用定时基准进行规划。若业务网元所在局点没有配置BITS节点时，在进行同步规划和组织时要复杂一些，需要在业务网内部进行主用和备用定时基准的组织。第51页，共57页，2023年，2月20日，星期六业务网同步规划和组织时需要注意以下几个方面：各业务网元应避免出现定时环，尤其要注意主备用定时基准链路倒换时也不应构成定时环。定时环是指业务网元的时钟直接或经过网络间接跟踪自身输出的定时基准的现象。它的直接后果是处于定时环的网元时钟工作在正反馈状态，容易造成时钟精度被不断拉偏，导致业务网元时钟失锁或吊死，最终会严重影响业务网的通信质量。避免定时环最有效的方式就是业务网元设备直接同步到BITS节点，通过同步网来保证各业务网元在主用定时基准正常工作时不会出现定时环。另外对于无法直接同步到BITS节点的网元以及采用备用定时基准工作的网元，按照网元所在局点的重要性给网元时钟设置相应的等级，以高等级的时钟为主钟，低等级的时钟为从钟，通过主从方式实现业务网的同步，也可以避免定时环。

第52页，共57页，2023年，2月20日，星期六定时基准在分配过程中经过的业务网元应尽可能少。

在业务网内部通过业务码流进行主从同步时，存在定时基准的分配，且定时分配的过程可以看成是一个串行系统，每个网元时钟运行质量的好坏都会对定时基准的质量产生影响，如果定时基准在分配过程中经过网元数越多，它串接的时钟就越多，每一网元的定时劣化均会累积，定时基准的可靠性便会随之而降低，因此在进行同步规划时应尽可能减少定时基准在分配过程中经过的业务网元数量。第53页，共57页，2023年，2月20日，星期六业务网元应从不同路由获得主用和备用定时基准，并且备用定时基准应处于随时可以替代主用的工作状态。

为了确保定时基准的可靠性，在设置业务网元的定时基准时应配置多路基准，且是通过不同的传送路由传送，避免因某一定时链路