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标题: SDH微波传输中的同步时钟设计 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-11 22:02
标题: SDH微波传输中的同步时钟设计
SDH微波传输电路是同步数字传输电路，电路中每个SDH传输设备都成为网元，电路中所有站点的网元时钟频率和相位都必须控制在预先确定的容差范围内，以保证电路中各个中继、交换节点的全部数据信息实现正确有效的中继和交换。
如果SDH微波电路时钟的性能或质量下降，电路上出现了时钟劣化，将引起各个网元不同步，使传输业务出现频繁指针调整，影响信号的数据传输。在实时广播电视节目传输中，若同步时钟性能出现劣化，最终会导致传输干线或支线出现大的误码或中断。
1　SDH微波设备及其定时方法
SDH微波传输系统主要由SDH 复用设备、SDH微波传输设备和网管系统组成。
SDH微波设备的定时有3种方法：
(1) 外接同步定时信号———此时设备的同步信号由外部定时源提供，常用的有2 048 kHz和2 048 kbit/ s。
(2) 从接收信号中提取定时信号———设备从接收到的微波侧或线路侧的STM - N信号中提取时钟，作为同步信号。
(3) 内部同步时钟源———目前所有的SDH微波设备都具有内部定时元，以便在外部时钟源丢失的情况下可以使用内部自身的同步源。
2　网元同步的方式及方法介绍
按照ITU - T建议G. 801，网元同步方式有3种:
(1)全同步———指全网受一个或多个基准时钟的控制。在多个基准时钟情况下，所有基准时钟之间应是同步运行，即在正常运行条件下具有相同的长期准确度。
(2)全准同步———指网络中各时钟独立运行，互不控制，这时，要求各时钟具有高准确度和稳定度，以保证时钟相对频率偏差引起的滑动能达到指标的要求。
(3)混合同步———指将数字网络分为若干子网，各子网内数字设备的时钟受属于该子网的基准时钟控制，在各子网内部为全同步，而各子网基准时钟之间则按照同步方式运行。
根据不同的同步方式要求有两种同步方法:
(1)主从同步方式———指微波电路中设一时钟主站，该站配有高精度的时钟，电路内各站的网元均受控于该主站(即跟踪主站时钟，以主站时钟为定时基准) ，并且逐级下控，直到电路中末端网元———终端站。
(2)相互同步方式———在微波电路中不设主时钟，由电路中各站点的时钟相互控制，最后都调整到一个稳定的、统一的系统频率上，从而实现全电路同步工作。
3　网元同步的相关参数
在SDH微波电路中，由于设备故障或者电路传输衰落等原因，电路中的定时基准性能也随时可能变化，网元必须能判断出当前时钟源是否有效，或搜寻其他有效时钟源，最后依据跟踪时钟源级别的设置决定跟踪质量较高的时钟源，还要判断出全电路时钟是否出现定时环路，予以解除。这一切的实现都需要首先了解以下的概念: SSM、S1字节。
SSM也称为同步质量信息，用于在同步定时传递链路中直接反映同步定时信号的等级。根据这些信号可以判断所收到同步定时信号的质量等级，以控制本站点的运行状态，比如继续跟踪该信号、或倒换输入基准信号、或转入保持状态等。
S1字节位于SDH 帧结构中的MSOH 中的第9行、第1列。在ITUT - TG. 703建议中规定了STM - N接口的SSM编码方式，用复用段开销字节S1的b5～b8 bite表示。S1字节定义如表1所示。

表1　S1字节在SDH帧结构中的定义
SDH微波传输中的同步时钟
需要注意的是在进行时钟配置时，为了实现时钟保护倒换，必须启动S1字节。
4　同步方案设计的一般原则
(1)尽量减少定时基准传输的长度。在链状微波电路中，最好将电路站点从中间划成两个部分，每个部分分别设立一个时钟基准，每个部分分别跟踪各自的时钟基准，这样可以减少定时基准的传输长度，使原有的传输长度减半，减少了时钟劣化的可能性。
(2)将网元的受控时钟设置成从高等级时钟获取定时。时钟等级越高，传输的稳定性就越好。
(3)在一条微波电路中尽量配置1个以上的外定时基准。可在电路的起始和终端各设立1 个时钟基准，相互作为备份。
(4)在形成环路的微波电路中，充分利用S1 字节，防止出现定时环路。
(5)在中继传输的微波电路中，后一站的网元要从前一站传输的STM - N (群路信号)信号中提取定时信息。
5　常见的SDH微波电路时钟配置
(1)仅一个外定时源的方案设计。
图1是典型SDH微波电路单B ITS配置组网。站1外接1个B ITS，假设为G. 811时钟，其余各站点需要通过电路定时跟踪此基准定时源。
SDH微波传输中的同步时钟

图1　SDH微波电路单B ITS正常工作图
电路正常情况下，即没有电路中断和站点故障等异常现象时，所有从电路上提取定时的站点，会同时回送同步定时不可用( S1 = 1111)信息。每个站点都从所有配置时钟源提取定时信息，并获取同步质量信息，优先跟踪质量较高的同步源，相同质量的同步源则跟踪优先级别较高的同步源，此时全电路跟踪各自的时钟源。全电路进入时钟跟踪稳态如图1所示。
当两个站点间传输中断时，譬如发生在站2和站3之间，正常时钟跟踪链从传输中断处的下游网元(站3)的跟踪状态会发生变化，进入保持模式，同时向下游网元(站4)插入S1字节1111，下游网元站因此也进入保持模式，如图2，这时站3以下的站点全部进入保持模式，电路部分进入时钟跟踪异态，直到站2 和站3之间传输恢复才恢复全电路的时钟跟踪稳态。
(2)两个外定时源的方案设计图3是SDH微波点数双B ITS配置组网。站1和站6各外接1个B ITS，假设为G. 811时钟。电路正常情况下，即没有电路中断和站点故障等异常现象时，站1、站2和站3都主动跟踪B ITS1时钟源，B ITS2作为备用时钟源，站4、站5和站6都主动跟踪B ITS2， B ITS1为备用时钟源。这种配置可以有效解决时基信息多次转接造成质量下降的问题。
SDH微波传输中的同步时钟

图2　SDH微波电路单B ITS异常工作图
SDH微波传输中的同步时钟

图3　SDH微波电路双B ITS正常工作图
当两个站点传输中断时，如图4所示，例如发生在站4和站5之间，这时，站5、站6主用的外部时钟源不变，但失去了备用的外部时钟源。站4 由原来跟踪B ITS2转换成跟踪B ITS1 的时钟，同时向站3 发送S1111，因此，站1、站2和站3失去了备用的外部时钟源。直到电路传输恢复时钟源跟踪关系才能恢复。广州市广播电视数字微波电路的时钟配置就是采用这种方式。
SDH微波传输中的同步时钟

图4　SDH微波电路双B ITS异常工作图
6　主要的时钟性能指标
主要的时钟性能指标(1) 频率准确度: 表征的是实际频率值与理想的或定义的频率值的偏离度或符合程度，一般用相对频率偏差表示:
SDH微波传输中的同步时钟
，式中f0 为频率标称值; fx 为频率实测值。
在各种应用运行条件下，对于大于7天的连续观察时间，基准时钟的频率准确度应优于±1 ×10- 11 ns。
(2) 频率稳定度:指在一个相当长的时间内由于时钟内在的因素或环境影响而导致的频率波动。在数字同步网中，频率稳定度是△f / fx ，如果用最大时间间隔误差M TIE来表征，其表达式为M TIE / s ( s表示实际测试的时间) 。我们习惯用的频率稳定度为负的多少次方与现在的M TIE为μs多少是一致的。
(3) 时间间隔误差( TIE) :指在特定的时间周期内，给定的时间信号与理想信号的相对延时，其单位通常用ns、μs或时间间隔U I表示。
(4) 最大时间间隔误差(M TIE) :指在一个测量周期内，一个给定的窗口内最大相位变化称为最大时间间隔误差，是用来约束网络接口中相位变化的峰—峰值和频率抵消的一项技术指标。
(5) 时间偏差( TDEV ) :是使用网络接口上相位的特定组成范围的指标。TDEV 和M TIE是表征时钟相位变化特性的两种方法，在同样的观察时间内，两者的M TIE是相同的，但TDEV 值就可能有很大差别， TDEV正是反映时钟信号的这一特性。
7　常见问题的处理方法
(1)对有时钟同步劣化告警的网元，或者曾经出现过时钟同步劣化的网元，可以考虑先更换该网元的时钟板，如果问题没有解决，可以更换上游站网元的时钟。
(2)如果连续多个时钟跟踪方向相同的网元同时出现时钟同步劣化告警，可先排除最前面网元的时钟同步劣化。
(3)如果一个网元对应的两侧网元的传输同时有误码、RLOS、RLOF告警，可以更换该网元的时钟板。
(4)如果配有主备时钟板，可以将主备时钟板进行调换。

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