数字同步原理课件.ppt
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1、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目目 录录n 数字同步网基础知识数字同步网基础知识n 同步信号的传输同步信号的传输n 同步信号不良对业务网的影响同步信号不良对业务网的影响n 业务网同步规划及组织原则业务网同步规划及组织原则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数字同步网基础知识数字同步网基础知识 本节包括如下内容n 数字同步网简介n 同步网时钟源介绍n 时钟的工作方式及时钟的主要功能n 几个重要参数n 数字同步网结构n 广东电信同步网概况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数字同步网简介数字同步网简介 数字同步网与电信管理网、信令网
2、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。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钟源介绍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。n 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35年,届时需要更换。主要用于全国基准中心。n 铷钟 性能不及铯钟,但具有体
3、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。n 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。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n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
4、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。n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。n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。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钟的工作方式时钟的工作方式LPFDDSRef振荡器自由振荡(自由振荡(Free - RunFree - Run)时钟设备的本地振荡器自由运行,
5、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(快捕(Fast LockingFast 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(跟踪(LockedLocked)锁相环锁定外部参考源的稳定状态。保持(保持(HoldoverHoldover)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时钟的主要功能时钟的主要功能跟踪外基准源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。过滤外基准源过滤外基准源输
6、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。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几个重要参数几个重要参数频率准确度(频率准确度(Frequency accuracyFrequency 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,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(相位稳定度(Phase stabilityPhase stabili
7、ty) 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。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抖动(抖动(JitterJitter) 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
8、(漂动(WanderWander) 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。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)测试基准测试基准f f0 0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:
9、5ns第4.0秒观测被测信号:15ns时间间隔误差时间间隔误差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TIETIE测试图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实测图示例(s)1234-15-10-515105T(ns)0时间间隔误差时间间隔误差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指在一段测量时间内,所有观测时间为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.
10、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最大时间间隔误差MTIE( Max Time Interval Error)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TDEV可以理解为在观察时间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。niininixxxnTDEV1222)2(61T(ns)(s)T(ns)(s)时间方差时间方差TDEV( Time Deviation )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
11、院同步网络结构概述同步网络结构概述准同步等级主从同步混合同步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: 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。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等级主从同步: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
12、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。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混合同步: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,
13、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。 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广东电信数字同步网概况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
14、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。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 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。骨干数字同步网骨干数字同步网广州天河广州天河PRC中国电信股份有限公司广州研
15、究院 广东省电信有限公司研究院网络示意图网络示意图南京南环南环西南环西南环广海广海合肥杭州南昌福州贵阳重庆成都长沙海口广州广州天河天河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广东电信数字同步网网络拓扑图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 广东电信时钟同步网骨干层现状广东电信时钟同步网骨干层现状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设备使用情况设备使用情况 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、DCD52
16、1、HP 55400、HW V2及HW V3。 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HW V3为主。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端口使用情况端口使用情况 省骨干节点同步设备的端口使用率普遍较高,特点如下:p 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)。p 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。p
17、 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:针对骨干节点端口使用率高的问题,建议:p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HW V3 设备 具备此功能)。p优化网络结构,解决端口资源结构性短缺问题。p 通过扩容或新建设备,增加端口数量。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目目 录录n 数字同步网基础知识n 同步信号的传输同步信号的传输n 同步信号不良对业务网的影响n 业务网同步规划及组织原则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同步信号的传输同步信号的传输本节包括如下内容n 同步信号传输的四种方式n
18、广东电信同步链路调整情况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 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:n PDH2Mbit/s专线传送定时信号 n PDH2Mbit/s业务码流传送定时信号 n STM-N线路传送定时 n 波分监控信道传送时钟信号同步基准信号传输方式同步基准信号传输方式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PDH 2Mbit/sPDH 2Mbit/s专线传送定时信号专线传送定时信号 BIT
19、S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。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PDH 2Mbit/sPDH 2Mbit/s业务码流传送定时信号业务码流传送定时信号中国电信股份有限公司广州研究院 广东省电信有限
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