19oo年12月 山 西 通 信 科 技
竿 专第 4斯 sIIANⅪ COMMUNICATrONS s(肛 N^DTE( ’( Y
Ⅷ ．20 No 4
1999
，i1 c
fD— I1，，
数字同步网浅析
李 玲
(山西省移动运 原分公司)
摘 要：本文叙述了数字同步网的概念及其重要性，并介绍了同步方法和同步网的纽
网方式以及时钟等级划分，对定时信息的传送方式及应用做了有益的探讨。
关键字： !里 查查 基准堕生 锁相环
1．什么是数字同步网
数字同步网是数字通信网的一个不可缺少的
重要组成部分。它是支撑电话网、数据网等实体网
运行的一个相对独立的基础网络。数字同步网的基
本作用是建立全网最高基准时钟，并可靠地传递基
准定时信号到全网，向需要参考基准定时信号的网
络、系统和设备提供参考基准频率，以保证网络中
的所有系统和设备工作在同一“步调”之下。
2．同步要求的由来
通常人们比较重视数字传输和交换本身，但
经验证明：在数字传输和交换的运行中，同步是一
个大问题，这是保证网络通信质量的关键。
关于同步要求的由来，我们可以从图 1中看
通信网
出。
我们知道，60年代初开始使用 PCM技术，首
先是应用在市话中继线上，称为数字载波，两端是
模拟交换机(如图 1所示)。发送端时钟自由运行．
接收端从接收数字信号中恢复定时信号，产生本
地时钟，用本地时钟读出缓存器中的数据，这样便
完成正常的信息传送。这种本地时钟和发端刚钟
点对点的同步方式称为点同步。从图 1中还可看
出，接收端由锁相环提取定时，可以跟踪发端相位
缓慢变化，所以从理论上说，允许两个传输方向在
不同的时钟频率 F0和 F1下工作。
到了70年代中期，电信网上开始使用数字程
控交换机，进入交换机的数字信号 2Mb／B来源于
不同的方向，交换机之间互联，如图 2所示。
数字信号在传输过程中总会引入抖动和漂移
损伤，导致交换机接收到的数字信号和本地时钟
亟 叵 叵 兰
F1
压
30路音
频通路
图 1
一旃 。 一
甲
甲 轻
维普资讯
Vol. 20 No , 4
flec ，酬
山间僧俗科技
SHAN刀α列邮矶JNICA'l1f)NS SCIENCf' I\ND TECH"T(1[ rvoy
1如画0 年 12 月
带lf\带唱革 4 嘲
吵
数字问步阅说忻
γ719厅、叫P
且川守公分原-太
冷}响叫
-公
李-M动秽峪且叫山~i. 1也 t 叫4ν
事~:本义缸述了数字闷!!'阀的概念及其重要性，并介绍了阅价方法和问!!'阀的组
闷方式以及时钟等级划分，对定时信息的传道方式反应用做了有益的探讨。
关槌宇:数字阔步闷阔步方式 基准时钟锁相坏 afl'S 气彪、J告ð.il
叩……- , ...,;.-..:- 过1:飞也 l"'~
(0'"
摘
胁。
我们知道， ω年代初开始债用 PCM 技术，首
先是应用在市话巾继线上，称为数字载泼，两端是
模拟交换机(JmOO 1 所示)。发送端时钟自由 i运行，
接收端从虫在收数字信号中恢复定时信号，产生牢
地时钟，用本地时钟读出缓存辑中的数据.这样便
完成正常的信息传送。这种本地时钟和发端时钟
点对点的问步方式称为点同步。从图 1 中还可看
胁，接收端由锁相环提取定时，可以跟踪发端相tiL
缓慢变化，所以从现论上说，允许两个传输方向在
不同的时钟频惠阳和F1下工作 o
到了 70 年代中期，电信网上开始使用数字很
控交换机，进入交换机的数字信号 2Mb/画来源于
不同的方向，交换机之间互联，如图 2所浅。
数字您想在传输过程中总会引人抖油和漂移
损伤，导致交换机搜收到的数字信号非日本地时钟
1.什么是做字同步网
数字网步例是数字通信阔的…个司'ilJ缺少的
堂皇要组成部分。它是支撑电话阀、数据问等实体问
运行的…个相对独立的基础问络。数字问步闷的基
本作用是建立全间最尚辈辈准时钟.并可靠地传递辈辈
准~时信号到全闷，向需要参考辈革准定时信号的问
络、系统和设备提供参考基准频率，以保证网播中
的所有系统和设备工作夜间步调"之下。
2. 同步要求的由来
通常人们比校重视数字传输和交换本身，但
经验证明:在数字传输和交换的运行巾，问步是一
个大问题，这是保证网络通信质量的关键。
关于阔步望要求的幽来，我们可以从图 1 中辛苦
民M J:iIlìál:芷亟显~~
于
德收:lt送|问到J:用设备
下…
30 路膏
频浦路
国 I
第 4期 李玲：数字同步阿拽析
数
⑤
⑤
图 2
之间有不确定的相位差，为了克服这种相位差的
影响，在数字程控交换机的输入部分使用了滑动
缓存器 需要指出的是，和数字传输点同步不同，
精动缓存器正常工作环境是 2048kh／s数据信号和
系统时钟同步，允许有一定的漂移 (即相差)，但过
量的漂移会引起缓存器产生溢出 (漏读)和不溢
(重读)，结果是导致滑动损伤 (即误码)。因此，要
求所有的数字流工作在统一的时钟频率 FO之下，
这就是网同步。网同步的目标是使网中所有交换
节点的时钟频率和相位都控制在规定的容差范围
内，以便使网内各交换节点的所有数字流实现正
确有效的交换。
3．数字同步网的组网方式
3．1同步方法
r兀j c．810建议提出了两种数字网的同步方
法：主从同步法和互控同步法。主从同步法是将一
个时钟作为主时钟，网中其他的时钟 (从时钟)同
步于主时钟 在锁相环中，用主、从时钟间瞬时相
位差的信息来调整控制从时钟频率的电压，使主
钟和从钟之间的相位差保持不变或极近于零。互
控同步法是数字阿高度互连实现同步。每个交换
局的时钟锁定在所有输入时钟速
率的平均值上，如果网内的每个交 一级
换局都用这种方法工作，它们就趋
于以同样的时钟速率工作。因此通 一
过许多时钟互连的办法就可以得 ：
到一个公共的系统频率。
3．2组网方式 四级
目前我国数字阿的网同步方
式采用分级主从同步。这种方法的主要优点是网络
稳定性较好，组网灵活，适于树形结构和星形结构，
对从节点时钟的频率精度要求较低，控制简单，网
络的滑动性能也较好。但基准主时钟膻采用多重备
份以提高可靠性，同步分配链路也尽可能有备用。
采用分级的主从同步方式不仅与交换分级网相匹
配，也有利于改进全网的可靠性。主从同步网在各
国公用电信网中获得了广泛的应用。
全网设置一个基准时钟 ，作为最高等级，其他
时钟都与基准时钟锁相。同步是通过定时信号从一
个时钟传送到下一个时钟来实现的 网络中每个时
钟都赋予一定等级，只允许某一等级的时钟向较低
等级、或同一等级时钟传送同步信息。
时钟等级是按时钟在网上所处地位和特性来
划分的，分为4个等级，如图3所示。
时钟类型是按时钟实现技术的分类，分为原子
频率标准(包括铯钟、铷钟和氢钟等)和晶体时钟两
大类。我国数字同步网的等级以及各级所配的时钟
如下所述 ：
第一级基准时钟 (eric)，由铯原子钟组成，它是
数字网中最高质量的时钟，长期频偏优于 1×1o ‘。
北京安装三组铯钟，武汉安装二组超高精度铯钟及
二个 GPS(全球定位系统)，这些都是超高精度一级
基准钟(PRC)。
第二级从时钟，是有保持功能的高稳时钟，采
用受控铷钟或高稳晶体时钟 目前各省中心已配备
二级标准时钟(LPR)和GPS。
第三级从时钟，是有保持功能的高稳晶体时
钟，设置在汇接局和端局。
第四级从时钟，是一般晶体时钟，设置在远端
模块、数字终端设备和数字用户交换设备处。
3．3大楼综合定时系统 BITS
主时钟(基准时钟
图 3
维普资讯
锅 4 期 事玲:数字同 !p网 ilt 析 .
l l
. a
(③
罔 2
之间有不确定的中日位皇室，为了克服这种相位壁的
影响，在数字程控交换机的输札部分使用了消功
缓存器c 曾n喜指出的是咱和数字传输点问步不问.
滑动缀存器iE常工作环境畏 2048!<h/. 数据信号和
系统时钟阔步.允许有一定的漂移(即相亲人{段过
景的漂移会引起缀存器产生滋 llii 漏i在)韧不滋
(意读) ，生育果{i!c导致滑动损伤(即误E哥儿网此，要
求所有的数字流工作tE统一的时钟频寄电 FOZ下，
这就是网网步。网阿步的创标是使网中所 ff交换
节点的时钟频荡和非自佼者币控制在规定的密鼓范厢
内.以便使网内各交换节点的所街数字流实现正
确有她的交换 u
3. 量史学同步网的组网方式
3. 1 问步方法
町'U-T G. 8\0建议提出了两种数字间的同步方
法:主从同步法和瓦按同步法。j:从同步fH走将一叫
个时钟作为j:时钟.网中其他的时钟(从时钟}阿
兰扣子烹时钟 r 在锁丰自环中.用 j二、从时钟问瞬时制
tìI毅的{盲忠来调事要技制从时钟湖事的电段，使
钟制从钟之间的相{îL堂皇保饰不:1:i!l极近于怨"
舍去同步 l;td是数字网商111豆迷实现阿步。每个交换
网的时告中锁定在所有输人时击中速
擎的平均值上，如果网内的每个党 一级
换随者11m这种方法工作，它们就毯
子以问样的时钟』盖率工作c 倒此通 …缀
过1午多时钟左迷的办法就可以得
到一个公共的系统频率G
期网方式
目前我网数字阿的网 l可步方
式采用分级发从阔步一豆豆种方法的才二要优点放网络
稳定jí较电子噜观网灵的， i毒于树形结构和原理古构.
对从节点时钟的频导在精ll lJ JÍ<较低.校制简略副网
吉普的t陪动jí自位也较好。 f阴盛Ii主时钟 NL采用多数在于
份以提高."1惑性副阔步分配f连路也尽叮能科备用。
采用分级的主从附 !þ方式不 íZ lé5::;"l:换分级网相 E卫
自己咱也平牙利于改进全闷的可靠性" :j二从问 !þ闷在各
自1 公用电信问中1:H导了广泛的应用口
全附设置一个篡准时钟.作为最高司等缀，其他
时钟都与慕准时钟锁中目。问步是通过íl时信号从
个时钟传送到节 d个时钟来实现的巧网络中每个时
钟都眠于一定等级噜只允许某一等级的时钟向较低
等级、~同一等级时钟传送同步信息。
时钟等级畏校时钟tE网上所处地 f:tr和特做来
划分的咱分为 4 个等级.如图 3 所示
时钟多位骂自段愤时钟实现技术的分寞，分;甘原子
频哥姐标般 (tg报销钟、饨i钟平日;氨仰等)和11古体B4"种问
火爽。在u国数学问 !p 闷的等级以及各级所院的时钟
如下所述:
第…一级基准时钟 \P且C) ， 由 f自陈子钟组成咱 1二是
数字网中最高质童的时钟，长期锁偏优于 1 x 10 …飞
北京安装三级铠钟，武议安装-~组迦高精度锦钟及
~个 GPS( 余球定位系统)咱这些都是锁商精度 缀
荔憔钟 IPRC) 。
第二级从时钟，li!有保持功能的高德时钟.采
用受按锄钟就高稳品体a1'钟 c 阴雨H于宙中心巴西~il牙
二级标哥们才钟 (LPR) 和 GPS"
古自三级从时钟.经商保揭功能的 i商草草晶体时
钟.役辈辈在罚二嫂阅和端网~
第四级从时钟. {这…~串~dlr 体时抑咱 t盘霞在古国端
模块、数字终端没备制数字用户交换设备也
大楼综合定时系统 BITS
主时钟(基准时钟)
飞飞
------ 飞~飞飞飞、。俨瓦时钟 v从时钟
三级 O'从时钟 O从时钟 。'从时钟 。从时钟
四级 d 从时钟 b 队时钟 b队时钟。从时钟 b 从时钟 。从时钟
翩 3
山 西 通 信 科 技 1999拒
根据我国的情况，在同步网的二级、三级节点应
设立局内综合定时供给设备，即BITS，就是在通信
大楼内设一个主钟，它受控于来自其他局的同步基
准，由它为局内各种设备提供定时信号。见图4。
图 4
BITS的输 出信号有两种类 型 ：2Mb／s和
2MHz。我国有关规范中建议优先采用 2Mb／s接
口。2Mb／s接口的主要好处是：传输距离较远，信号
结构符合G．704建议，可进行CRC-4编码，这样可
以利用不含帧定位字基本帧TS0的比特 5．8中的 1
个比特，在CRC-4复帧中组成 4位代码来标志同步
状态信息 (SSM)，这4位代码的含义和 S1字节完
全一样
4．定时信息的传送
众所周知，PDH传输系统可用来传送定时信
号。有两种方式 ：
4．1专线方式
在上下级 BITS之间用 PDH 2Mb／s专线电路
传送定时基准信号。一般建议用这种方式。目前太
原接收北京、西安方向来的定时信号，主、备用链
路采用的都是这种方式；全省内传送定时信号的
主用链路也是这种方式。
4．2带业务方式
在上级的交换机已同步于该楼内的 BITS时．
利用上下级交换机之问的2Mb／s中继电路传送。
另外，许多人都有这样一种印象：SDH系统不
能传送定时信号。应该说，这种说法是不确切的．
原因如下 ：
(1)PDH采用比特填充技术，实现正码速调
整，虽然支路调整过程中会引入所谓塞人抖动损
伤，但比SDH支路损伤要小得多，因此 PDH系统
的所有 2Mb／s通道都可以独立传送用于网同步的
定时信息。而 SDH支路因Tu指针调整引起的抖动
会影响时钟性能．导致精度下降，不能用于网同
步，但是可以用于点同步。而且加入再定时设备
后，支骼就可以传网同步信号。
(2)STM-N线路码可以传送同步信息。上级
SDH端机的 G．813时钟同步于BITS后，接收端从
SDH设备中提取 2Mb／s或 2MHz定时信息送给下
级 BITS，进一步用图5说明。
图 5 ’
SETPI：同步设备定时物理接口
SETS：同步设备定时系统
T1：同步源来自STM-N输入信号的参考点
T2：同步源来自PDH支路输入信号的参考点
T3：同步源来自外部时钟基准信号的参考点
此外，同步于 BITS的交换机，其输出的2Mb／s
数字信号精度非常好，可以用它来同步其它设备，
如 SDH网元。这样可以节省 BITS输出端 口，并省
去许多布线。如图 6所示。口
图 6
参考文献：
1．韦乐平，《光同步数字青输网》，人民邮电出版社
1996车
2．余其炯，《现代电信网》，-A-IL邮电出版社，1997年
3．《光同步侍精网技术俸{II》，邮电部，37~O15-94
一
时
一 一二堕 ～
一
=窟一 他一 T广L瑚一
维普资讯
12 • 山丽调情科技 1999 年
根据我国的情况.夜同步网的二级、二三级节点w.
设立局内综合定时供纷设备，即 BITS. 就是被通信
大楼内设一个::t钟，它受授于来自其他用的同步基
峰在.由它为周内各种设备提供jË时f雷号。见图 4，
~ 2刷刷内
……………1BITS
|版时供给机锦|
团 4
日IT写的输出信号有两种类裂2Mb; s 和
2MHz，我国有关规范中建议优先采用加b; .接
口，2Mb;.接口的吏要好处是:传输距离较远.信号
然构符合 建议，可波行 编码，这样可
以利用不含帧jË位守寡本帧 TSO 的比特 5-8 中的 1
个比粉，在 复帧中组成 4位代码来标志同步
状态俄息 (SSM) ，这 4位代码的含义和 51 字节完
全一样。
4. 定时倍息的传送
众所周知， PDH 传输系统可用来传送定时信
号。有两种方式:
专线方式
夜 t下级 BITS 之间用 PDH 2Mb; s 专线咆胳
传送定时葱攒信号。…般建议用这种方式G 目前大
原接收北京、 H到安方向来的jË时俯占去.主、备用链
路采用的者~:l盖这种方式;全省内传送jË时f吉号的
主用链路也是这种方式c
平营业务方式
在上级的交换机巳同步子该楼内的 BITS 时.
利用上下级交换机之间的 2Mb;.中继电路传送。
另外，许多人都有这样一种印象: SDH 系统不
能传送定时信号。成该说，这种说法是不确切的.
隙凶如下:
(!) PDH 采用比特填充技术，实现.ïE码速调
嚼，黑然支胳词费事过程中会引人所谓寨人抖动损
伤.假比 SDH 文路损伤要小f辱委~，因此 PDH 系统
的所有2Mb;. 通道都可以独立传送用于网同步的
jË时信息。而 5DH 文路网 TU 指钊调攒引起的抖动
会影响时钟性能.导致精度下降，不能用于阿同
步.但是可以用于点阔步。而且加入再定时设备
后，)起锵就可以传网网步f声嗲 ω
(2) STM-N 线路码町以传送网步信息 c 上级
5DH 端机的 时钟问步 BITS 后，接收端从
SDH 设备中提取 2Mb; .或 2MHz jË时信息送给下
级 BIT毡，进一步则因 5 说明 o
2M险$l'时
日DH 阿元(下级)
阁 5
日，ETPI: f词步设备jË时物理接口
5ET曰:网步设备jË时系统
T1 :f阔步说米自 SN刹输入信』苦的参考点
T2:f均主如说米自 PDH 文路输入信号的参考点
T3: 问步植里来自外部时钟基准信号的参考点
此外，问 tþ于 BITS 的交换机，其输出的2Mb;.
数字信号精度非常好，可以用't来同步其官设备，
如 SDH 网元。这样可以节省 BITS 输出端口，并省
去许多布线。如因 6所示。口
\ BITS;::::\\
41当盖F
国 6
，考烹唰:
L 串帚平，(.l\:.闷步战中 ff输网)，人民句:电出版社咽
1现问6 年
2，命再炯，(现代电惊肉).人民句:电出版社 .\997 年
3.(北网:t+t输网技4体制)，邮电巾.TlO l5-94
