SDH微波傳輸中的同步時鐘設計

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

如果SDH微波電路時鐘的性能或質量下降，電路上出現(xiàn)了時鐘劣化，將引起各個網(wǎng)元不同步，使傳輸業(yè)務出現(xiàn)頻繁指針調整，影響信號的數(shù)據(jù)傳輸。在實時廣播電視節(jié)目傳輸中，若同步時鐘性能出現(xiàn)劣化，最終會導致傳輸干線或支線出現(xiàn)大的誤碼或中斷。

1　SDH微波設備及其定時方法

SDH微波傳輸系統(tǒng)主要由SDH 復用設備、SDH微波傳輸設備和網(wǎng)管系統(tǒng)組成。

SDH微波設備的定時有3種方法：

(1) 外接同步定時信號———此時設備的同步信號由外部定時源提供，常用的有2 048 kHz和2 048 kbit/ s。

(2) 從接收信號中提取定時信號———設備從接收到的微波側或線路側的STM - N信號中提取時鐘，作為同步信號。

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

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)受一個或多個基準時鐘的控制。在多個基準時鐘情況下，所有基準時鐘之間應是同步運行，即在正常運行條件下具有相同的長期準確度。

(2)全準同步———指網(wǎng)絡中各時鐘獨立運行，互不控制，這時，要求各時鐘具有高準確度和穩(wěn)定度，以保證時鐘相對頻率偏差引起的滑動能達到指標的要求。

(3)混合同步———指將數(shù)字網(wǎng)絡分為若干子網(wǎng)，各子網(wǎng)內數(shù)字設備的時鐘受屬于該子網(wǎng)的基準時鐘控制，在各子網(wǎng)內部為全同步，而各子網(wǎng)基準時鐘之間則按照同步方式運行。

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———指微波電路中設一時鐘主站，該站配有高精度的時鐘，電路內各站的網(wǎng)元均受控于該主站(即跟蹤主站時鐘， 以主站時鐘為定時基準) ， 并且逐級下控， 直到電路中末端網(wǎng)元———終端站。

(2)相互同步方式———在微波電路中不設主時鐘，由電路中各站點的時鐘相互控制，最后都調整到一個穩(wěn)定的、統(tǒng)一的系統(tǒng)頻率上，從而實現(xiàn)全電路同步工作。

3　網(wǎng)元同步的相關參數(shù)

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

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

S1字節(jié)位于SDH 幀結構中的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幀結構中的定義

SDH微波傳輸中的同步時鐘

需要注意的是在進行時鐘配置時，為了實現(xiàn)時鐘保護倒換，必須啟動S1字節(jié)。

4　同步方案設計的一般原則

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

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

(3)在一條微波電路中盡量配置1個以上的外定時基準?？稍陔娐返钠鹗己徒K端各設立1 個時鐘基準，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)信號中提取定時信息。

5　常見的SDH微波電路時鐘配置

(1)僅一個外定時源的方案設計。

圖1是典型SDH微波電路單B ITS配置組網(wǎng)。站1外接1個B ITS，假設為G. 811時鐘，其余各站點需要通過電路定時跟蹤此基準定時源。

SDH微波傳輸中的同步時鐘

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故障等異常現(xiàn)象時，所有從電路上提取定時的站點，會同時回送同步定時不可用( S1 = 1111)信息。每個站點都從所有配置時鐘源提取定時信息，并獲取同步質量信息，優(yōu)先跟蹤質量較高的同步源，相同質量的同步源則跟蹤優(yōu)先級別較高的同步源，此時全電路跟蹤各自的時鐘源。全電路進入時鐘跟蹤穩(wěn)態(tài)如圖1所示。

當兩個站點間傳輸中斷時，譬如發(fā)生在站2和站3之間，正常時鐘跟蹤鏈從傳輸中斷處的下游網(wǎng)元(站3)的跟蹤狀態(tài)會發(fā)生變化，進入保持模式，同時向下游網(wǎng)元(站4)插入S1字節(jié)1111，下游網(wǎng)元站因此也進入保持模式，如圖2，這時站3以下的站點全部進入保持模式，電路部分進入時鐘跟蹤異態(tài)，直到站2 和站3之間傳輸恢復才恢復全電路的時鐘跟蹤穩(wěn)態(tài)。

(2)兩個外定時源的方案設計圖3是SDH微波點數(shù)雙B ITS配置組網(wǎng)。站1和站6各外接1個B ITS，假設為G. 811時鐘。電路正常情況下，即沒有電路中斷和站點故障等異常現(xiàn)象時，站1、站2和站3都主動跟蹤B ITS1時鐘源，B ITS2作為備用時鐘源，站4、站5和站6都主動跟蹤B ITS2， B ITS1為備用時鐘源。這種配置可以有效解決時基信息多次轉接造成質量下降的問題。

SDH微波傳輸中的同步時鐘

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鐘

圖3　SDH微波電路雙B ITS正常工作圖

當兩個站點傳輸中斷時，如圖4所示，例如發(fā)生在站4和站5之間，這時，站5、站6主用的外部時鐘源不變，但失去了備用的外部時鐘源。站4 由原來跟蹤B ITS2轉換成跟蹤B ITS1 的時鐘， 同時向站3 發(fā)送S1111，因此，站1、站2和站3失去了備用的外部時鐘源。直到電路傳輸恢復時鐘源跟蹤關系才能恢復。廣州市廣播電視數(shù)字微波電路的時鐘配置就是采用這種方式。

SDH微波傳輸中的同步時鐘

圖4　SDH微波電路雙B ITS異常工作圖

6　主要的時鐘性能指標

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

SDH微波傳輸中的同步時鐘

， 式中f0 為頻率標稱值; fx 為頻率實測值。

在各種應用運行條件下，對于大于7天的連續(xù)觀察時間，基準時鐘的頻率準確度應優(yōu)于±1 ×10- 11 ns。

(2) 頻率穩(wěn)定度:指在一個相當長的時間內由于時鐘內在的因素或環(huán)境影響而導致的頻率波動。在數(shù)字同步網(wǎng)中，頻率穩(wěn)定度是△f / fx ，如果用最大時間間隔誤差M TIE來表征，其表達式為M TIE / s ( s表示實際測試的時間) 。我們習慣用的頻率穩(wěn)定度為負的多少次方與現(xiàn)在的M TIE為μs多少是一致的。

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

(4) 最大時間間隔誤差(M TIE) :指在一個測量周期內，一個給定的窗口內最大相位變化稱為最大時間間隔誤差，是用來約束網(wǎng)絡接口中相位變化的峰—峰值和頻率抵消的一項技術指標。

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

7　常見問題的處理方法

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

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

(3)如果一個網(wǎng)元對應的兩側網(wǎng)元的傳輸同時有誤碼、RLOS、RLOF告警，可以更換該網(wǎng)元的時鐘板。

(4)如果配有主備時鐘板，可以將主備時鐘板進行調換。