基于SDH传输体制的时统信号传输特性研究

摘要：航天测量船时间统一系统时间信号经SDH通道传输后出现抖动和突变现象。以时间统一系统SP通道传输的时间信号为基准，对SDH通道的传输时延进行了精确测量，得到了时延分布、抖动和突变情况，结合SDH通道传输业务的机理、过程和时延特性分析了产生时延抖动和突变的原因，为改进SDH通道传输性能提供依据。

关键词：时间统一系统; SDH; 抖动; 突变

中图分类号：TN911.234文献标识码：A文章编号：1004373X(2011)23007304

Research on Transmission Character of Timeuniform System Signal

Based on SDH Transmission Scheme

KONG Jinping, LU Jiahai

(China Satellite Maritime Tracking and Control Department, Jiangyin 214431,China)

Abstract： The timeuniform system signal was oscillated and break by SDH channel on the TT&C ship. Taking the standard of time signal transmitted from SP channel, the signal from SDH channel was measured, and the distribution of time delay can be found. The reasons of producing oscillations and break in time delay with the mechanism of SDH transmission scheme are analyzed, the basis for improving the performance of SDH channel is provided.

Keywords： timeuniform system; SDH; oscillations; break

收稿日期：201106060引言

时间统一系统(以下简称时统)是航天测量船通信系统的重要组成部分，负责向船上测控系统提供高精度的时间信号。目前，传输高精度时间信号一般有三种方式：使用同轴线缆直接传输，这种方法只适合短距离传输；利用STMN光模块进行传输，这种方法现在已经比较成熟，传输稳定，时延和抖动较小，适合长距离传输，但需要专门铺设光纤，成本较高；利用SDH同步传输网络进行传输，这种方法也逐步趋于成熟，但传输时延存在一定的不确定性，抖动较大。

SDH通道传输时间信号，可以利用现有的SDH网络，成本较低。目前，国内外不少研究机构都进行了大量的研究和实际测试［12］，传输性能得到了很大的提高，并且已经在电力、航天测量等行业得到了应用。新测量船时统利用基于SDH体制的综合信息传输平台(以下简称传输平台)传输时统信号，但传输信号不稳定，有失步现象，无法满足用户终端设备的要求。本文通过对时统SDH通道传输时延的测试，分析SDH通道时延抖动和突变的原因，为改进SDH通道传输性能提供依据。

1主从节点间信号传输模式

新测量船时统设备由一个主节点和四个从节点组成，主节点形成时间基准信号传递给从节点，从节点根据基准信号形成B(DC)时间码分配给附近的用户设备。为确保主从节点间信号传输的可靠性，分别通过SP和SDH两个通道传输，形成热备份。SP通道是利用STMN光模块进行传输；SDH通道是利用基于SDH体制的综合信息传输平台E1接口(2.048 Mb/s)进行传输。

1.1SP通道

如图1所示，主节点的秒信号、时间信息与10 MHz频率信号输入基带调制器产生周期为10 Mb/s的高速时间码，通过STMN光模块发送到中继端，中继端除完成中继功能外，还通过基带解调器还原输出秒信号、时间信息与10 MHz频率信号，从节点根据接收到的秒信号和时间信息生成B(DC)码传送到用户终端处。实测这种方法的设备时延变化和抖动小于1 ns，频率信号稳定度损失小于1×10－11/s。

1.2SDH通道

如图2所示，主节点送出的秒信号和时间信息经过G.703/HDB3变换和时间、相位编码后变成速率为2.048 Mb/s,符合SDH要求的电信号，以透明传输方式通过SDH设备传输到对端，再经过G.703/HDB3反变换和时间、相位解码得到秒信号和时间信息，经时间延迟修正后传输到从节点设备。由于SDH通道时钟不同源和映射、复用处理过程比较复杂等原因，传输延迟存在一定的不确定性，延迟变化和抖动较大。

图1通过SP通道传输时间信号图2通过SDH传输通道传输时间信息2SDH通道时延特性分析

新测量船利用传输平台E1/V35板提供的E1通道作为时统SDH通道。如图3所示，时统信号在传输平台内部的传递过程如下：成帧，业务接口，低阶交叉，高阶交叉，高阶通道，光接口，多级业务中继，到达对端后再进行一系列反过程，最终解帧还原信号结束传递过程。信号的传递经过多次复接交叉和指针调整，处理过程复杂，不利于控制信号传递的时延。

图3时统信号在传输平台内部处理过程SDH业务通道的全程时延T为：T=T1+T2+T3+T4+T5+M×(T3+T4+

2×T5)+T6+T1+T2+T3+T4+T5式中：T1为低阶处理，信号在成帧、业务接口、低阶交叉处理过程中所需要的时间；T2为低阶指针调整，信号在低阶指针调整过程中所需要的时间(由于对码率的处理问题，T1和T2时延有比较大的抖动性，对时间传递影响比较大)；T3为高阶处理(交叉)，信号在高阶汇集处理过程中所需要的时间，该时延一般是固定数值；T4为高阶指针调整，信号在高阶指针调整过程中所需要的时间，时延会有阶跃突变，对时间传递有影响，但由于数据码率比较高，时延变化绝对值不大；T5为光接口(物理)，光电/电光转换和编解码需要的时间，该时延一般是固定数值；T6为光缆时延，光信号沿光缆介质传输的时间，取决于光缆线路长度，随气候和环境有一定的变化；M为中继站数，M×(T3+T4+2×T5)为业务数据中继需要的时间。

对上述时延组成的分析可知SDH通道的时延组成比较复杂，主要可分为三部分：通道终端产生的时延；中继站产生的时延；光信号在光纤中传输的时延。每个部分时延的特点、时延的总量以及时延对通道传递时间信号的影响都有所不同。

(1) 通道终端产生的时延

这部分时延主要由SDH的低阶信号处理环节产生，由于低阶信号处理环节在SDH通信体制中属于业务信号接口范畴，为了提高通信系统对各种业务信号的适应能力，保证业务信号的顺利接入，低阶信号处理安排了信号速差调整(C12)和指针调整(TU12)等环节，这些环节很容易造成时延的抖动［3］。例如，各种速差调整技术都会引入一定的时延周期抖动，尤其在业务信号速率不稳定的情况下，时延抖动的周期规律也会发生改变，引起复杂的难于预测的时延抖动过程；再如，低阶指针调整机制在发生指针调整事件的情况下往往会造成比较大的时延突变［4］，突变对时间信号传递的精度影响很大，而突变原因往往是业务信号的不稳定造成的。

(2) 中继站产生的时延

业务通道信号的中继处理过程基本上是针对SDH系统的高阶部分，SDH通信体制在高阶部分同样设置了指针调整机制(AU4)以适应线路部分和高阶业务部分的适度隔离，这些措施提高了SDH通信体制的适应能力，但如果处理不当也会造成通道时延的抖动。高阶部分时延抖动相对低阶部分的抖动要小的多，但会有阶跃突变［5］。

(3) 光信号在光纤中传输产生的时延

一般情况下光纤中时延在整个通道时延中占的比重比较大，而且时延取决于光纤路由的总长度，可以通过发射光在光纤介质中的传递速度直接计算。光纤中时延会受到光缆运行环境的影响而发生一些变化，例如，环境温度的影响会造成一年四季和一日昼夜的时延变化［6］，这些时延变化的影响随着光缆的长度而累计增加。由于新测量船光纤长度较短(小于200 m)，且环境变化很小，因此这一部分的时延可以看作是数值很小的固定值，这里暂不作考虑。

3SDH通道时延测试方法

时延测试方法如图4所示，以铷原子频标作为频率源，SP通道传输的时间信号为基准，在从节点1和从节点2处分别进行相位差测量。测量单元使用晶振提供的40 MHz作为参考频率，时间间隔计数器的计数脉冲为40 MPPS，测量精度为25 ns，测量范围大于1 s。测试时，相位测量单元每秒测试并记录一次相位差值，并传输到时统工控机。使用SP通道传输信号作为基准信号的优点如下：SP通道信号传输稳定，时延变化和抖动很小(小于1 ns)；使用同一铷原子频标作为频率源，提高了测量精度。

图4时延测试原理图在传输平台正常工作的情况下进行测试，具体测试条件如表1所示。

表1测试环境

条件指标铷原子频标频率10 MHz频率准确度≤±5×10-11频率稳定度≤3×10-11/s时统预热时间铷原子频标168 h时码产生器24 h测试参考频率频率40 MHz测试环境温度20～25 ℃湿度50％～70％测试时间24 h4结果分析

时统从节点1和从节点2的SDH通道的时延分布情况如图5所示，图中横坐标为时延值，纵坐标为对应时延值的数据个数。从节点1时延修正值为310 000 ns，从节点2为241 000 ns，每秒记录一次时延数据，共记录86 400个时延数据(24 h)。两个从节点的时延值基本都分布在时延修正值±1 000 ns内，抖动的范围较小，但存在突变现象(时延突变数据较少，图中没有显示)。

4.1时延抖动

从节点1和从节点2在300 s内的时延抖动情况如图6所示。从图中可以看出两个节点的抖动幅度相差无几，抖动范围都在±1 000 ns内。由SDH时延特性可知，时延抖动主要是由低阶和高阶指针调整引起的，从节点1相比于从节点2虽然传输的距离远，且中间还经过一个平台节点中继，但是时延抖动并没有发生明显变化，说明新测量船平台的高阶指针调整没有加剧传输时延的抖动。

图5SDH通道时延分布图图6SDH通道时延抖动4.2时延突变

从节点1和从节点2信号时延的突变情况如图7所示(图中只给出了部分时段的时延值)，在24 h内从节点1共有700个突变数据，占总数的0.81％，最大时延值为356 725 ns，与时延修正值相差46 725 ns，最小时延值为296 525 ns，与时延修正值相差13 475 ns;从节点2共有137个突变数据，占总数的0.16％，最大的时延值为287 375 ns，与时延修正值相差46 375 ns，最小时延值为224 000 ns，与时延修正值相差17 000 ns。时延突变的出现没有规律性，并且不受传输平台其他业务(测试时平台设备其他业务包括：电话、视频、网络、监控信息等都正常使用)的影响，在业务繁忙的白天和相对较少的夜里时延突变出现的频率没有明显变化。时统设定相位差超过10 000 ns时，就认为传输的信号失步了，因此，时延突变会引起时统主从节点信号失步。

图7SDH通道时延突变从统计数字上看从节点1的突变数据明显多于从节点2，时延突变出现的次数较多。这说明经过一个平台节点中继后，加重了传输信号的不稳定性，两个从节点最大突变值与时延修正值之间的差几乎相同。因此，信号在经过平台节点中继时，高阶指针调整产生了时延的突变，对时延抖动影响不大。

5结语

SDH通道是新测量船时统主从节点间信号传输的重要通道，但传输时延的抖动和突变降低了时统信号的稳定性和准确度。时间信号在传输平台内部的传输过程十分复杂，无法直接测量处理过程中的时延变化和抖动情况，目前国内只有对整个传输线路的时延数据测量，且精度不高。本文以时统SP通道传输的时间信号为基准，精确测量了两个从节点SDH通道的时间信号，通过分析比较测量数据得到了如下结论：

(1) SDH通道时延抖动范围较小，范围在时延修正值±1 000 ns内；

(2) 经过平台节点中继后传输时延抖动范围没有明显变化，没有引起抖动的加剧；

(3) 时统SDH通道出现失步现象主要是由时延突变引起的。

参考文献

［1］SERIZAWA Y, KITAMURA K, MYOUJIN M, et al. SDHbased time synchronous system for power system communications \[J\]. IEEE Transactions on Power Delivery, 1998,13(1): 5965.

［2］张大元，谢毅，孟艾立,等.利用光纤数字同步传送网2.048 Mb/s支路传送高精度标准时间信号［J］.现代电信科技，2006(12)：1720.

［3］韦乐平.光同步数字传送网［M］.北京：人民邮电出版社,1993.

［4］周晓民.SDH网络的指针调整机制及故障分析［J］.有线电视技术，2004(11):1419.

［5］詹颖.电网时间统一系统中SDH业务通道传递时间技术的研究［J］.华东电力，2009(6)：967972.

［6］邵钟浩，毛锁方.光纤传输时延温度特性的测量［J］.南京邮电学院学报，1996,16(3):8285.

作者简介： 孔金平男,1981年出生,江苏江阴人,研究生,工程师。主要研究方向为时间与频率，信号测量与处理。

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