SDH微波傳輸中的同步時(shí)鐘設(shè)計(jì)

SDH微波傳輸電路是同步數(shù)字傳輸電路，電路中每個(gè)SDH傳輸設(shè)備都成為網(wǎng)元，電路中所有站點(diǎn)的網(wǎng)元時(shí)鐘頻率和相位都必須控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi)，以保證電路中各個(gè)中繼、交換節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)正確有效的中繼和交換。

如果SDH微波電路時(shí)鐘的性能或質(zhì)量下降，電路上出現(xiàn)了時(shí)鐘劣化，將引起各個(gè)網(wǎng)元不同步，使傳輸業(yè)務(wù)出現(xiàn)頻繁指針調(diào)整，影響信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)時(shí)廣播電視節(jié)目傳輸中，若同步時(shí)鐘性能出現(xiàn)劣化，最終會(huì)導(dǎo)致傳輸干線或支線出現(xiàn)大的誤碼或中斷。

1　SDH微波設(shè)備及其定時(shí)方法

SDH微波傳輸系統(tǒng)主要由SDH 復(fù)用設(shè)備、SDH微波傳輸設(shè)備和網(wǎng)管系統(tǒng)組成。

SDH微波設(shè)備的定時(shí)有3種方法：

(1) 外接同步定時(shí)信號(hào)———此時(shí)設(shè)備的同步信號(hào)由外部定時(shí)源提供，常用的有2 048 kHz和2 048 kbit/ s。

(2) 從接收信號(hào)中提取定時(shí)信號(hào)———設(shè)備從接收到的微波側(cè)或線路側(cè)的STM - N信號(hào)中提取時(shí)鐘，作為同步信號(hào)。

(3) 內(nèi)部同步時(shí)鐘源———目前所有的SDH微波設(shè)備都具有內(nèi)部定時(shí)元，以便在外部時(shí)鐘源丟失的情況下可以使用內(nèi)部自身的同步源。

2　網(wǎng)元同步的方式及方法介紹

按照ITU - T建議G. 801，網(wǎng)元同步方式有3種:

(1)全同步———指全網(wǎng)受一個(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘的控制。在多個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘情況下，所有基準(zhǔn)時(shí)鐘之間應(yīng)是同步運(yùn)行，即在正常運(yùn)行條件下具有相同的長(zhǎng)期準(zhǔn)確度。

(2)全準(zhǔn)同步———指網(wǎng)絡(luò)中各時(shí)鐘獨(dú)立運(yùn)行，互不控制，這時(shí)，要求各時(shí)鐘具有高準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度，以保證時(shí)鐘相對(duì)頻率偏差引起的滑動(dòng)能達(dá)到指標(biāo)的要求。

(3)混合同步———指將數(shù)字網(wǎng)絡(luò)分為若干子網(wǎng)，各子網(wǎng)內(nèi)數(shù)字設(shè)備的時(shí)鐘受屬于該子網(wǎng)的基準(zhǔn)時(shí)鐘控制，在各子網(wǎng)內(nèi)部為全同步，而各子網(wǎng)基準(zhǔn)時(shí)鐘之間則按照同步方式運(yùn)行。

根據(jù)不同的同步方式要求有兩種同步方法:

(1)主從同步方式———指微波電路中設(shè)一時(shí)鐘主站，該站配有高精度的時(shí)鐘，電路內(nèi)各站的網(wǎng)元均受控于該主站(即跟蹤主站時(shí)鐘， 以主站時(shí)鐘為定時(shí)基準(zhǔn)) ， 并且逐級(jí)下控， 直到電路中末端網(wǎng)元———終端站。

(2)相互同步方式———在微波電路中不設(shè)主時(shí)鐘，由電路中各站點(diǎn)的時(shí)鐘相互控制，最后都調(diào)整到一個(gè)穩(wěn)定的、統(tǒng)一的系統(tǒng)頻率上，從而實(shí)現(xiàn)全電路同步工作。

3　網(wǎng)元同步的相關(guān)參數(shù)

在SDH微波電路中，由于設(shè)備故障或者電路傳輸衰落等原因，電路中的定時(shí)基準(zhǔn)性能也隨時(shí)可能變化，網(wǎng)元必須能判斷出當(dāng)前時(shí)鐘源是否有效，或搜尋其他有效時(shí)鐘源，最后依據(jù)跟蹤時(shí)鐘源級(jí)別的設(shè)置決定跟蹤質(zhì)量較高的時(shí)鐘源，還要判斷出全電路時(shí)鐘是否出現(xiàn)定時(shí)環(huán)路，予以解除。這一切的實(shí)現(xiàn)都需要首先了解以下的概念: SSM、S1字節(jié)。

SSM也稱為同步質(zhì)量信息，用于在同步定時(shí)傳遞鏈路中直接反映同步定時(shí)信號(hào)的等級(jí)。根據(jù)這些信號(hào)可以判斷所收到同步定時(shí)信號(hào)的質(zhì)量等級(jí)，以控制本站點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，比如繼續(xù)跟蹤該信號(hào)、或倒換輸入基準(zhǔn)信號(hào)、或轉(zhuǎn)入保持狀態(tài)等。

S1字節(jié)位于SDH 幀結(jié)構(gòu)中的MSOH 中的第9行、第1列。在ITUT - TG. 703建議中規(guī)定了STM - N接口的SSM編碼方式，用復(fù)用段開銷字節(jié)S1的b5～b8 bite表示。S1字節(jié)定義如表1所示。

表1　S1字節(jié)在SDH幀結(jié)構(gòu)中的定義

SDH微波傳輸中的同步時(shí)鐘

需要注意的是在進(jìn)行時(shí)鐘配置時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘保護(hù)倒換，必須啟動(dòng)S1字節(jié)。

4　同步方案設(shè)計(jì)的一般原則

(1)盡量減少定時(shí)基準(zhǔn)傳輸?shù)拈L(zhǎng)度。在鏈狀微波電路中，最好將電路站點(diǎn)從中間劃成兩個(gè)部分，每個(gè)部分分別設(shè)立一個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)，每個(gè)部分分別跟蹤各自的時(shí)鐘基準(zhǔn)，這樣可以減少定時(shí)基準(zhǔn)的傳輸長(zhǎng)度，使原有的傳輸長(zhǎng)度減半，減少了時(shí)鐘劣化的可能性。

(2)將網(wǎng)元的受控時(shí)鐘設(shè)置成從高等級(jí)時(shí)鐘獲取定時(shí)。時(shí)鐘等級(jí)越高，傳輸?shù)姆€(wěn)定性就越好。

(3)在一條微波電路中盡量配置1個(gè)以上的外定時(shí)基準(zhǔn)。可在電路的起始和終端各設(shè)立1 個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)，相互作為備份。

(4)在形成環(huán)路的微波電路中，充分利用S1 字節(jié)，防止出現(xiàn)定時(shí)環(huán)路。

(5)在中繼傳輸?shù)奈⒉娐分?，后一站的網(wǎng)元要從前一站傳輸?shù)腟TM - N (群路信號(hào))信號(hào)中提取定時(shí)信息。

5　常見的SDH微波電路時(shí)鐘配置

(1)僅一個(gè)外定時(shí)源的方案設(shè)計(jì)。

圖1是典型SDH微波電路單B ITS配置組網(wǎng)。站1外接1個(gè)B ITS，假設(shè)為G. 811時(shí)鐘，其余各站點(diǎn)需要通過電路定時(shí)跟蹤此基準(zhǔn)定時(shí)源。

SDH微波傳輸中的同步時(shí)鐘

圖1　SDH微波電路單B ITS正常工作圖

電路正常情況下，即沒有電路中斷和站點(diǎn)故障等異?，F(xiàn)象時(shí)，所有從電路上提取定時(shí)的站點(diǎn)，會(huì)同時(shí)回送同步定時(shí)不可用( S1 = 1111)信息。每個(gè)站點(diǎn)都從所有配置時(shí)鐘源提取定時(shí)信息，并獲取同步質(zhì)量信息，優(yōu)先跟蹤質(zhì)量較高的同步源，相同質(zhì)量的同步源則跟蹤優(yōu)先級(jí)別較高的同步源，此時(shí)全電路跟蹤各自的時(shí)鐘源。全電路進(jìn)入時(shí)鐘跟蹤穩(wěn)態(tài)如圖1所示。

當(dāng)兩個(gè)站點(diǎn)間傳輸中斷時(shí)，譬如發(fā)生在站2和站3之間，正常時(shí)鐘跟蹤鏈從傳輸中斷處的下游網(wǎng)元(站3)的跟蹤狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)入保持模式，同時(shí)向下游網(wǎng)元(站4)插入S1字節(jié)1111，下游網(wǎng)元站因此也進(jìn)入保持模式，如圖2，這時(shí)站3以下的站點(diǎn)全部進(jìn)入保持模式，電路部分進(jìn)入時(shí)鐘跟蹤異態(tài)，直到站2 和站3之間傳輸恢復(fù)才恢復(fù)全電路的時(shí)鐘跟蹤穩(wěn)態(tài)。

(2)兩個(gè)外定時(shí)源的方案設(shè)計(jì)圖3是SDH微波點(diǎn)數(shù)雙B ITS配置組網(wǎng)。站1和站6各外接1個(gè)B ITS，假設(shè)為G. 811時(shí)鐘。電路正常情況下，即沒有電路中斷和站點(diǎn)故障等異?，F(xiàn)象時(shí)，站1、站2和站3都主動(dòng)跟蹤B ITS1時(shí)鐘源，B ITS2作為備用時(shí)鐘源，站4、站5和站6都主動(dòng)跟蹤B ITS2， B ITS1為備用時(shí)鐘源。這種配置可以有效解決時(shí)基信息多次轉(zhuǎn)接造成質(zhì)量下降的問題。

SDH微波傳輸中的同步時(shí)鐘

圖2　SDH微波電路單B ITS異常工作圖

SDH微波傳輸中的同步時(shí)鐘

圖3　SDH微波電路雙B ITS正常工作圖

當(dāng)兩個(gè)站點(diǎn)傳輸中斷時(shí)，如圖4所示，例如發(fā)生在站4和站5之間，這時(shí)，站5、站6主用的外部時(shí)鐘源不變，但失去了備用的外部時(shí)鐘源。站4 由原來跟蹤B ITS2轉(zhuǎn)換成跟蹤B ITS1 的時(shí)鐘， 同時(shí)向站3 發(fā)送S1111，因此，站1、站2和站3失去了備用的外部時(shí)鐘源。直到電路傳輸恢復(fù)時(shí)鐘源跟蹤關(guān)系才能恢復(fù)。廣州市廣播電視數(shù)字微波電路的時(shí)鐘配置就是采用這種方式。

SDH微波傳輸中的同步時(shí)鐘

圖4　SDH微波電路雙B ITS異常工作圖

6　主要的時(shí)鐘性能指標(biāo)

主要的時(shí)鐘性能指標(biāo)(1) 頻率準(zhǔn)確度: 表征的是實(shí)際頻率值與理想的或定義的頻率值的偏離度或符合程度，一般用相對(duì)頻率偏差表示:

SDH微波傳輸中的同步時(shí)鐘

， 式中f0 為頻率標(biāo)稱值; fx 為頻率實(shí)測(cè)值。

在各種應(yīng)用運(yùn)行條件下，對(duì)于大于7天的連續(xù)觀察時(shí)間，基準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率準(zhǔn)確度應(yīng)優(yōu)于±1 ×10- 11 ns。

(2) 頻率穩(wěn)定度:指在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)由于時(shí)鐘內(nèi)在的因素或環(huán)境影響而導(dǎo)致的頻率波動(dòng)。在數(shù)字同步網(wǎng)中，頻率穩(wěn)定度是△f / fx ，如果用最大時(shí)間間隔誤差M TIE來表征，其表達(dá)式為M TIE / s ( s表示實(shí)際測(cè)試的時(shí)間) 。我們習(xí)慣用的頻率穩(wěn)定度為負(fù)的多少次方與現(xiàn)在的M TIE為μs多少是一致的。

(3) 時(shí)間間隔誤差( TIE) :指在特定的時(shí)間周期內(nèi)，給定的時(shí)間信號(hào)與理想信號(hào)的相對(duì)延時(shí)，其單位通常用ns、μs或時(shí)間間隔U I表示。

(4) 最大時(shí)間間隔誤差(M TIE) :指在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)，一個(gè)給定的窗口內(nèi)最大相位變化稱為最大時(shí)間間隔誤差，是用來約束網(wǎng)絡(luò)接口中相位變化的峰—峰值和頻率抵消的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

(5) 時(shí)間偏差( TDEV ) :是使用網(wǎng)絡(luò)接口上相位的特定組成范圍的指標(biāo)。TDEV 和M TIE是表征時(shí)鐘相位變化特性的兩種方法，在同樣的觀察時(shí)間內(nèi)，兩者的M TIE是相同的，但TDEV 值就可能有很大差別， TDEV正是反映時(shí)鐘信號(hào)的這一特性。

7　常見問題的處理方法

(1)對(duì)有時(shí)鐘同步劣化告警的網(wǎng)元，或者曾經(jīng)出現(xiàn)過時(shí)鐘同步劣化的網(wǎng)元，可以考慮先更換該網(wǎng)元的時(shí)鐘板，如果問題沒有解決，可以更換上游站網(wǎng)元的時(shí)鐘。

(2)如果連續(xù)多個(gè)時(shí)鐘跟蹤方向相同的網(wǎng)元同時(shí)出現(xiàn)時(shí)鐘同步劣化告警，可先排除最前面網(wǎng)元的時(shí)鐘同步劣化。

(3)如果一個(gè)網(wǎng)元對(duì)應(yīng)的兩側(cè)網(wǎng)元的傳輸同時(shí)有誤碼、RLOS、RLOF告警，可以更換該網(wǎng)元的時(shí)鐘板。

(4)如果配有主備時(shí)鐘板，可以將主備時(shí)鐘板進(jìn)行調(diào)換。