现代通信网中的同步技术

现代通信网中的同步技术
同步是指信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系，也就是它们相对应的有效瞬间以同一个平均速率出现。

在模拟通信网中，载波传输系统两端机间的载波频率需要同步，即收发终端机的载波频率应该相等或基本相等，并保持稳定，以保证接收端正确的复原信号。

数字通信的特点是将时间上连续的信号通过抽样、量化及编码变成时间上离散的信号，再将各路信号的传送时间安排在不同时间间隙内。

为了分清首尾和划分段落，还要在规定数目的时隙间加入识别码组，即帧同步码，形成按一定时间规律排列的比特流，如PCM信息码。

在通信网内PCM信息码的生成、复用、传送、交换及译码等处理过程中，各有关设备都需要相同速率的时标(Time Scale)去识别和处理信号，如果时标不能对准信号的最佳判决瞬间，则有可能出现误码，也就是数字设备要协调，且准确无误地运行就需要各时标具有相同的速率，即时钟同步。

此外数字网的同步还包括帧同步。

这是因为在数字通信中，对比特流的处理是以帧来划分段落的，在实现多路时分复用或进入数字交换机进行时隙交换时，都需要经过帧调整器，使比特流的帧达到同步，也就是帧同步。

数字网中的同步技术有以下几种：
(1) 接收同步：在点与点之间进行数字传输时，收端为了正确地再生所传递的信号，必须产生一个时间上与发端信号同步的、位于最佳取样判决位置的脉冲序列。

因此，必须从接收信码中提取时钟信息，使其与接收信码在相位上同步。

这种为了满足点对点通信的需要所提出的相位同步要求广泛用于数字传输之中。

(2) 复用同步：在数字信道上，为了提高信道利用率，通常采用时分多路复用的方式，将多个支路数字信号合路后在群路上传输，这称为数字复用。

进行合路的这些支路信号，来自不同的地点，可能具有不同的相位，通常还可能具有不同的速率。

为了使这些支路信号在群路信道上正确地进行合路，要求它们在群路信道上能同步运行。

这种复用同步是线路上传输所必需的。

复用包括同步复用、准同步复用和非同步复用三种技术。

同步复用将各支路信息依次插入群路时隙中，实现简单，传输效率高，已广泛应用于数字话路复用设备和SDH设备中。

准同步复用采用码速调整技术，首先将支路速率进行调整。

因此能将在一定频率容差范围内的各个支路信号复用成一个高速数字流，而不再像同步复用那样要求各支路信号之间的频率和相位严格同步，传输效率也较高，广泛应用于PDH数字群复用中。

非同步复用采用多个二进制数码传送一个二进制数字信息的方法(如高速取样法、跳变沿编码法等)，因此各复用支路信号之间的频率和相位都不必同步。

但信道的传输效率较低，一般只用在低速数据信号复用中。

(3) 交换同步：在一个由模拟传输和数字交换构成的混合网中，网内不存在交换同步问题。

只有在数字传输和数字交换构成的综合数字网内，为了使到达网内各交换节点的全部数字流都能实现有效的交换，必须使到达交换节点的所有数字流的帧定位信号同步，这种数字交换中需要的同步称为交换同步。

由于交换同步涉及到网中到达各交换节点的全部数字流，因此又称为网同步。

本书重点讨论的就是网同步的基本概念及网同步技术。

不同的同步技术对节点时钟的控制将采用不同的方法。

(1) 单向控制：对同步的控制仅在传输链路的一个方向上进行，或者说仅对链路的一侧有效。

强制同步都是单向控制的。

主从同步是网中指定一个主时钟节点，所有其他从时钟节点都受主时钟节点的控制；时间基准分配是从节点都接受时间基准的同步控制；外部基准是利用通信网外的基准时钟来控制网中所有的节点。

(2) 双向控制：网同步的控制在传输链路的两个方向上都使用，也就是链路两侧都
受到控制。

互同步方法中节点之间的控制是双向的。

(3) 单端控制：节点时钟的同步控制信号来自输入时钟信号和本地时钟信号的差值，也就是来自节点的本端。

主从同步必然是单端的。

(4) 双端控制：节点时钟的同步控制信号除来自本端输入时钟信号和本地时钟的相位差值外，还将发送时钟信号对端所得到的相位差值通过线路传送到本端作为控制信号。

因为控制信号利用了两端的相位差值，所以称为双端控制。

双端技术可以抵消传输链路时延变化的影响，提高网络的同步质量，时间基准分配和双端互同步方式都采用了双端控制。

准同步方式中各交换节点的时钟彼此是独立的，但它们的频率精度要求保持在极窄的频率容差之中，网络接近于同步工作状态，通常称为准同步工作方式。

准同步工作方式的优点是网络结构简单，各节点时钟彼此独立工作，节点之间不需要有控制信号来校准时钟的精度。

网络的增设和改动都很灵活，因此得到了广泛的应用。

它特别适合于国际交换节点之间同步使用。

各国军用战术移动通信网，为提高网同步的抗毁能力，也采用准同步方式工作。

各国民用数字通信网，为提高网同步的可靠性，通常要求在所选用的网同步技术出现故障时利用准同步工作方式来过渡。

准同步方式有如下缺点：
(1) 节点时钟是互相独立的，不管时钟的精度有多高，节点之间的数字链路在节点入口处总是要产生周期性的滑动，这样对通信业务的质量有损伤。

(2) 为了减小对通信业务的损伤，时钟必须有很高的精度, 通常要求采用原子钟，需要较大的投资，可靠性也差。

为保证时钟的可靠性，节点时钟通常采用三台原子钟自动切换方式，这样将使时钟的管理维护费用增大。

采用准同步方式的网络，为了保证端到端的滑动速率符合要求, 采用定期复位各节点输入口缓冲存储器的方法来实现同步。

主从同步(Master Slave Synchronized)方式指数字网中所有节点都以一个规定的主节点时钟作为基准，主节点之外的所有节点或者是从直达的数字链路上接收主节点送来的定时基准，或者是从经过中间节点转发后的数字链路上接收主节点送来的定时基准，然后把节点的本地振荡器相位锁定到所接收的定时基准上，使节点时钟从属于主节点时钟。

主从同步方式的定时基准由树型结构传输链路的数字信息来传送。

主从同步方式的优点主要有：
(1) 避免了准同步网中固有的周期性滑动。

(2) 锁相环的压控振荡器只要求较低的频率精度，较准同步方式，大大降低了费用。

(3) 控制简单，特别适用于星型或树型网。

相互同步(Mutually Synchronized)技术是指数字网中没有特定的主节点和时钟基准，网中每一个节点的本地时钟通过锁相环路受所有接收到的外来数字链路定时信号的共同加权控制。

因此节点的锁相环路是一个具有多个输入信号的环路，而相互同步网构成将多输入锁相环相互连接的一个复杂的多路反馈系统。

在相互同步网中各节点时钟的相互作用下，如果网络参数选择得合适，网中所有节点时钟最后将达到一个稳定的系统频率，从而实现了全网的同步工作。

相互同步方式必然是一个双向控制系统，它可以是单端或双端控制的。

单端控制技术无法消除传输链路时延变化的影响，只适用于局部地区的小网；双端控制技术消除了传输链路时延变化的影响，可以用在相当大的区域网中。

互同步系统主要有如下优点：
(1) 当某些传输链路或节点时钟发生故障时，网络仍然处于同步工作状态, 不需要重组网络，简化了管理工作。

(2) 可以降低节点时钟频率稳定度的要求，设备较便宜。

(3) 较好地适用于分布式网路。

外时间基准同步方式是指数字通信网中所有节点的时间基准依赖于该节点所能接收到的外来基准信号。

通过将本地时钟信号锁定到外来时间基准信号的相位上，来达到全网定时信号的同步。

这种时间基准信号的频率精度很高(大都采用铯钟)，传输路径与数字信息通路无关。

但是这种信号只有在外时间基准信号的覆盖区才能采用，非覆盖区就无法采用。

同时，外时间基准信号还得采用专门的接收设备。