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SDH(同步數(shù)字系列)是光同步數(shù)字傳輸技術(shù)，它以獨(dú)特的幀結(jié)構(gòu)把數(shù)字流包封成STM(同步傳輸模式)信號(hào)進(jìn)行傳輸，根據(jù)不同的需求，傳輸速率有不同的等級(jí)(STM-N，N=1／4／16／64，分別為155 Mbit／s、622 Mbit／s、2.5 Gbit／s和2.5 Gbit／s)。許多不同格式的業(yè)務(wù)都可以通過(guò)包封成STM的幀結(jié)構(gòu)在SDH網(wǎng)絡(luò)中傳輸，比如PDH、IP和ATM等，現(xiàn)階段在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域SDH技術(shù)被廣泛地應(yīng)用。 SDH網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字網(wǎng)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是數(shù)字流，這種特性要求網(wǎng)絡(luò)必須是同步的，即網(wǎng)絡(luò)中的所有交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和相位都被控制在預(yù)先確定的容差范圍內(nèi)，以便使網(wǎng)內(nèi)各交換節(jié)點(diǎn)的全部數(shù)字流實(shí)現(xiàn)正確有效的交換，否則會(huì)在數(shù)字交換機(jī)的緩存器中產(chǎn)生信息比特的溢出和取空，導(dǎo)致數(shù)字流的滑動(dòng)損傷，造成數(shù)據(jù)出錯(cuò)。 在同步技術(shù)中，鎖相環(huán)的應(yīng)用十分廣泛，尤其是在數(shù)字通信領(lǐng)域，鎖相環(huán)更是發(fā)揮了極大的作用。本文從分析鎖相環(huán)的特性開(kāi)始，詳細(xì)介紹了鎖相環(huán)在SDH同步網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。 1 鎖相環(huán)的特性 1.1 鎖相環(huán)的基本構(gòu)成 鎖相環(huán)是一個(gè)相位的負(fù)反饋控制系統(tǒng)，它通常由PD(鑒相器)、LF(環(huán)路濾波器)和VCO(壓控振蕩器)3個(gè)基本部件組成。PD是一個(gè)相位比較器，比較2個(gè)輸入信號(hào)的相位，產(chǎn)生誤差相位，并轉(zhuǎn)換為誤差電壓Vd(f)；LF是一個(gè)低通濾波器，用來(lái)濾除Vd(t)中的高頻成分，起濾波平滑作用，以保證環(huán)路穩(wěn)定和改善環(huán)路跟蹤性能，最終輸出控制電壓Vc(t)；VCO是一個(gè)電壓／頻率變換裝置，產(chǎn)生本地振蕩頻率，其振蕩頻率受Vc(t)控制，產(chǎn)生頻率偏移，從而跟蹤輸入信號(hào)的頻率。 整個(gè)鎖相環(huán)路根據(jù)輸入信號(hào)與本地振蕩信號(hào)之間的相位誤差對(duì)本地振蕩信號(hào)的相位進(jìn)行連續(xù)不斷的反饋調(diào)節(jié)，從而達(dá)到使本地振蕩信號(hào)相位跟蹤輸入信號(hào)相位的目的。 1.2 鎖相環(huán)的數(shù)學(xué)模型 以正弦信號(hào)為例分析鎖相環(huán)的工作原理。設(shè)輸入信號(hào)為： 式中：ωi為輸入信號(hào)的角頻率，若參考信號(hào)是未調(diào)制波時(shí)，則θi(t)=θ，為常數(shù)。 設(shè)VCO輸出信號(hào)為： 式中：ωo為VCO固有角頻率。 則兩信號(hào)之間的瞬時(shí)相差為： 對(duì)式(3)兩邊求導(dǎo)，可得瞬時(shí)頻差為： 當(dāng)環(huán)路鎖定后兩信號(hào)之間的相位差表現(xiàn)為穩(wěn)態(tài)值，即 此時(shí)，輸出信號(hào)的頻率已偏離了原來(lái)的固有振蕩頻率ωo，其偏移量為： 因此，輸出信號(hào)的工作頻率已變?yōu)椋?nbsp; 由式(7)可以看出，此時(shí)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)頻率相同，表明環(huán)路已經(jīng)鎖定。 綜上，鎖相環(huán)具有良好的跟蹤特性，如果環(huán)路參數(shù)選擇合適；輸出頻率能夠很容易跟蹤輸入頻率，從而環(huán)路達(dá)到鎖定。 2 SDH網(wǎng)絡(luò)的同步方式 SDH網(wǎng)絡(luò)普遍采用分級(jí)主從同步方式，時(shí)鐘的級(jí)別被ITU-T劃分為以下4類(lèi)： a) 基準(zhǔn)主時(shí)鐘：G．811規(guī)范為PRC，Primary Ref-erence Source； b) 轉(zhuǎn)結(jié)局從時(shí)鐘：G．812規(guī)范為SSU-A，Primary-Synchronization Supply Unit； c) 端局從時(shí)鐘：C．812規(guī)范為SSU-B，Second Lev-el-SSU； d) SDH設(shè)備時(shí)鐘：c．813規(guī)范為SEC，SDH EquIPMent Clock。 時(shí)鐘結(jié)構(gòu)通常采用樹(shù)型，每一級(jí)時(shí)鐘都與其上一級(jí)時(shí)鐘同步；其中PRC(主基準(zhǔn)時(shí)鐘)處于樹(shù)型結(jié)構(gòu)的最頂端，是網(wǎng)絡(luò)中最高一級(jí)的時(shí)鐘，具有極高的精度和穩(wěn)定度。同步網(wǎng)將PRC信號(hào)送到網(wǎng)內(nèi)各級(jí)交換節(jié)點(diǎn)，然后通過(guò)鎖相環(huán)使本地時(shí)鐘鎖定到收到的PRC上，從而網(wǎng)內(nèi)各交換節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘都與PRC同步。同時(shí)，為了保持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，都會(huì)對(duì)PRC采用多重備份，以防止PRC出問(wèn)題而導(dǎo)致全網(wǎng)故障。 SDH網(wǎng)絡(luò)又把全網(wǎng)劃分為幾個(gè)同步區(qū)，每個(gè)同步區(qū)有其LPR(區(qū)域基準(zhǔn)時(shí)鐘)，符合G．811標(biāo)準(zhǔn)；LPR可接收全網(wǎng)的PRC，從而達(dá)到同步，每個(gè)LPR盡管有差異，但差異極小，所以區(qū)域之間接近同步，稱為偽同步方式。在區(qū)域內(nèi)部就是各個(gè)轉(zhuǎn)結(jié)局了，局內(nèi)有BITS(大樓綜合定時(shí)系統(tǒng))，它既呵產(chǎn)生符合G．812標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘，又可接收外部更高級(jí)別的時(shí)鐘，從而跟蹤至全網(wǎng)PRC，同時(shí)也可以利用SDH的STM-N信號(hào)傳送時(shí)鐘信號(hào)；再往下一級(jí)，其局內(nèi)的SDH設(shè)備網(wǎng)元直接從BITS獲取定時(shí)，從而網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)網(wǎng)元最終都達(dá)到同步。 3 SDH設(shè)備的時(shí)鐘功能結(jié)構(gòu) 其中：T1為STM-N輸入接口；T2為PDH輸入接口；T3為外定時(shí)輸入接口。設(shè)備町從T1、T2和T3獲得外部定時(shí)信號(hào)的輸入。各個(gè)選擇器具有對(duì)輸人的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行選擇最優(yōu)的功能，根據(jù)預(yù)制條件選擇出最優(yōu)的時(shí)鐘信號(hào)；同時(shí)設(shè)備內(nèi)置SETC(同步設(shè)備定時(shí)發(fā)生器)，即SEC(SDH設(shè)備時(shí)鐘)，可以自己產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，它是一個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)，可對(duì)選擇器B輸出的高級(jí)別時(shí)鐘進(jìn)行同步，從而輸出穩(wěn)定的時(shí)鐘T0，T0為滿足G．812要求，為SDH設(shè)備內(nèi)各部分提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)同步；同時(shí)，設(shè)備還具有向其他SDH設(shè)備提供定時(shí)信號(hào)功能，這部分功能由選擇器C來(lái)實(shí)現(xiàn)，選擇器C從T0和選擇器A中選擇最優(yōu)時(shí)鐘，經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)處理，最后輸出滿足G．813要求的定時(shí)信號(hào)T4。 4 鎖相環(huán)在SDH設(shè)備中的應(yīng)用 由上述分析可知，設(shè)備中有兩處用到了鎖相環(huán)，一處是系統(tǒng)同步時(shí)鐘鎖相環(huán)，另一處是導(dǎo)出時(shí)鐘鎖相環(huán)。 上半部分的鎖相環(huán)為SETG，足一個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)，其中數(shù)字LF由CPU軟件實(shí)現(xiàn)，PD由FPGA實(shí)現(xiàn)；PD對(duì)由選擇器B選擇出來(lái)的定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)和VCO分頻產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字鑒相，經(jīng)過(guò)CPU濾波處理和D／A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個(gè)控制電壓，從而對(duì)VCO進(jìn)行頻率控制，由此構(gòu)成一個(gè)反饋回路，當(dāng)定時(shí)基準(zhǔn)的頻率以及抖動(dòng)漂移性能在一定范圍之內(nèi)時(shí)，最終本地VCO能同步到定時(shí)基準(zhǔn)。框圖的下半部分為輸出時(shí)鐘的鎖相環(huán)，是一個(gè)模擬鎖相環(huán)，不涉及軟件的控制，其原理和數(shù)字鎖相環(huán)相同，最終也輸出鎖定于輸入的穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，為其他SDH設(shè)備的時(shí)鐘輸入。 5 鎖相環(huán)特性分析 這種應(yīng)用的最大特點(diǎn)在于鎖相環(huán)SETG由CPU軟件控制。與模擬環(huán)相比，數(shù)字環(huán)具有參數(shù)調(diào)節(jié)方便，快速鎖定，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。更重要的是，此方案使得SDH設(shè)備網(wǎng)元工作的范圍更寬更靈活，當(dāng)同步網(wǎng)中的基準(zhǔn)時(shí)鐘工作正常時(shí)，SETG通過(guò)鎖相環(huán)同步于基準(zhǔn)時(shí)鐘，使設(shè)備處于網(wǎng)同步狀態(tài)；當(dāng)設(shè)備中的基準(zhǔn)時(shí)鐘失效，或者時(shí)鐘傳送鏈路失效時(shí)，SETG通過(guò)軟件保存失效之前的頻率信息作為其輸入基準(zhǔn)而工作，仍然在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持網(wǎng)絡(luò)同步，以換回解決故障的時(shí)間，此時(shí)通過(guò)T4鎖相環(huán)仍然向下一級(jí)網(wǎng)元提供時(shí)鐘信號(hào)。即使是最糟糕的情況下，輸入基準(zhǔn)時(shí)鐘也丟失了，但是鎖相環(huán)還有自己的VCO可以工作在自由振蕩模式，但是這種模式已經(jīng)很不穩(wěn)定了。 6 結(jié)束語(yǔ) 在實(shí)際應(yīng)用中，這種同步應(yīng)用方案是很具有參考價(jià)值的，它不僅可以用于SDH網(wǎng)絡(luò)的同步，對(duì)于其他數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)其網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，也可以移植過(guò)去使用。 |
