通信网络中同步问题的测试和分析模型建设

　人们在语音通话中可能会遇到到杂音、断续、掉话，数据传输中可能会发现丢包等情况，造成这种现象的原因固然是多种多样，而同步问题则是其中主要原因之一，而且该类问题在实际故障处理当中很容易被忽视，处理起来也有一定的难度。但是只要掌握相关的测试技巧，运用必要的工具还是能够对此类问题进行定位和处理的。
　　分析问题之前先了解一下与同步相关的一些概念，同步是指两个或多个信号之间的频率或相位上保持某种严格的特定关系。如果两个信号间频率不相等可以称它们之间存在频偏；如果两信号间频率长期来看是相同的，只是相位有时会有差别，如果假定其中一个信号为标准信号的话，那么另一个信号相对于标准信号存在抖动或漂移（抖动和漂移以相位变化频率区分，界线是10Hz）。在通信网络中，同步问题应该是由于频偏、漂移、抖动等直接原因引起的传输设备指针调整、基站时钟失锁、交换电路的滑帧、数据丢包等现象。同步问题的起因是比较复杂的，这里探讨利用相关的测试和分析方法对同步问题产生源进行判断。
　　根据目前各运营商典型的移动通信网络结构，建立一个电路模型，以下的分析都针对它展开。
　　如图1所示：这是一条基站电路，两边的终端设备分别是BSC和BTS。中间传输经过了155M的接入环和2.5G的汇聚环，传输系统之间以及传输系统与终端设备之间通过DDF采用2M电缆连接。
　　如果交换申告滑帧或OMCR申告时钟频繁失锁，用2M传输分析仪表在线测量，若显示没有异常告警，则应该怀疑同步问题，开始着手分析。对于由SDH传输系统自身不同步造成的常见业务故障，由于存在告警、指针调整、性能事件等辅助信息，通过传输网管应该能够定位故障点。但对于由业务侧引起的同步问题以及某些更为复杂的同步问题单靠网管是不够的，还要依靠测试手段。在同步问题的分析中涉及到很多指标，频率准确度一般用？驻f/f（相对频率偏差）来表示，而TIE（时间间隔误差）由于能够估算出相对频率偏差，因此显得尤为重要。下面来介绍一下维护中比较行之有效的三种测试方法：
　　方法一：BITS设备测同步法
　　该方法简便易懂，但有较大局限性。将被测信号直接接入BITS（大楼综合定时系统）测试端口，网管作适当配置后，即可得到以BITS时钟信号作为基准参考的TIE测试曲线，可通过直接分析该曲线或查看MTIE（最大时间间隔误差）和TDEV（时间偏差）指标来评判该电路的同步质量，测试示意图如图2所示。
　　但三项指标之间也有所侧重：TIE数据（也称原始相位数据）由于对同步情况进行了实时的记录，故障发生的时间和波形非常直观，所以在故障定位中被经常采用。TDEV主要体现网络噪声的统计情况，不能反映频偏故障。MTIE能在一定程度上反映频偏故障，但直观性和实时性远不如TIE。因此，MTIE和TDEV由于缺乏实时性主要用于网络质量情况的统计。利用TIE分析抖动和漂移是很直观的，但怎样得出相对频率偏差呢？只要测试时间足够长，TIE曲线可以滤除绝大部分的抖动和漂移成分近似成一条直线，依据下面公式根据TIE是能够估算出相对频率偏差的：
　　？驻？准（t）=？驻f/f·t+E（t）
　　当t较大时，？驻f/f·t>>E（t），得：？驻？准（t）=？驻f/f·t+E（t）？艿？驻f/f·t
　　所以得到？驻f/f？艿？驻？准（t）/t，而 ？驻？准（t）/t正好是TIE曲线的斜率，如下图所示：
　　从图3中数据可以得出TIE斜率 ？驻？准（t）/t？艿？驻f/f？艿6.4×10-8
　　图3 BITS设备测得的TIE曲线
　　BITS（GPS+铷钟）的时钟精度应该是非常高的，方法也很简单，但缺点是BITS设备一般都安装在规模较大的通信机房，即电路模型中A设备所在机房，因此使用起来存在一定的局限性。
　　方法二：SDH分析仪测同步法
　　这是使用最广泛的测试方法，它要求SDH分析仪具备抖动测试模块，而且测试现场要有同步参考源，图4是测试方法简图：
　　图中的被测信号可以是DDF1、DDF2、DDF3点的任意方向。而参考源应该是质量较好的时钟信号，一般的SDH分析仪会选取2Mbit或2Mhz作为抖动模块的时钟参考，所以可选择：BITS输出、便携式时钟源（比如铷钟）、SDH站时钟输出、经过再定时处理的SDH支路2Mbit输出。
　　图4 SDH分析仪测同步
　　下面以图4为例来作一下故障分析：
　　假设上面的电路存在基站时钟失锁现象（BTS出现Phase Lock Lost告警），在排除了常见故障后工作人员开始怀疑同步问题。首先在DDF1参考点测试得到BSC发给BTS方向信号的同步质量信息（TIE）如图5所示，由于设备位于交换局站，可采用BITS输出时钟信号作为测试参考源。而在DDF2处和DDF1处测得的曲线类似，分析曲线可知在交换侧存在着20多分钟为周期的飘动，但飘动的幅度不大，在4000ns左右，这样短期的相对频率偏差约为1×10-9，长期的质量会更好一些，因此可以肯定同步问题没有发生在A、B、C、D组成的汇聚层环形传输系统。
　　图5 DDF1测出的BSC方向TIE曲线
　　继续沿着BSC至BTS方向进行逐段测试，在DDF3处测得同步质量信息（TIE）如图6所示，由于DDF3位于基站机房内，一般不会有BITS，可采用便携式铷钟仪表的输出作为测试参考源。由测试曲线可知，存在周期性的488ns的相位跳动，是典型的TU12指针调整造成的后果，因此可以得出结论：问题发生在E、F、G、H组成的接入层环形传输系统，具体原因可能是传输设备线路板或时钟板有问题，也可能是环网定时设置有问题，通过查找设备状态即可解决问题。
　　图6 DDF3测出的BSC方向TIE曲线
　　方法三：2M传输分析仪测同步法
　　如果条件比较有限，比如没有BITS、铷钟、带抖动的SDH分析仪等设备，怎样处理同步问题呢？其实仅一块2M PDH分析仪也能大致的定位故障点，采取的同样是比较的方法，将2M分析仪时钟源由平时使用的内钟改为2M参考源输入，在测量被测信号的同时，选择一路正常的业务信号接在仪表的2M参考时钟端口上，如图7所示。在没有大的频率偏差的情况下，仪表将显示正负几个赫兹的偏差跳变，滑码指标不会积累；但如果有较大的频率偏差，则滑码指标将出现正或负的积累，证明被测信号存在同步质量问题。
　　图7 2M PDH分析仪测同步示意图
　　以上介绍了三种同步故障的判断方法，它们在不同的机房条件下发挥着各自的作用，对判断故障都是有帮助的。虽然测试的手段各不相同，但是分析的思路都是一样的，即：采用信号同步质量对比的方法，取可靠的信号作为参考源，被测信号与其比较，通过TIE或滑码来判断被测信号同步质量的优劣；分析的顺序是自上而下的，逐点排除。值得一提的是该测试和分析方法对传送网和业务节点设备同步问题的处理都是有效的。
　　总之，随着各运营商通信网络规模越来越大，组网也变得日益复杂，同步网规划不合理、设备同步设置不当、各种硬件性能劣化等情况都可能造成同步问题的出现，由于同步问题的出现是潜移默化的，测试也需要较长的时间，因此给故障判断带来一定的困难。但只要掌握测试的基本方法，少走弯路，还是能够解决同步问题的。
　　参考文献
　　[1]YD/T 118-1999.同步网节点从钟性能测试方法[S].
　　[2]YD/T 1017-1999.同步数字体系网络节点接口[S].
　　[3]韦乐平.光同步数字传输网[M].人民邮电出版社，1995.