程控交换网某模块局时钟异常情况分析

刘佳楠，潘立福

（中国洛阳电子装备试验中心，河南洛阳 471003）

0 引言

数字程控交换机的时钟同步是实现通信网同步的关键，在日常的使用维护中有时会出现局时钟提取不规范：如下级钟提取上级钟、循环提取，连线错误等现象，如果时钟不稳定，会造成用户模块间瞬断、共路或PRA等信令瞬断等现象，引起信令链路告警，通话杂音大等通信故障。因此，当程控交换机出现时钟异常时，需引起重视并及时处理。

1 时钟异常情况的原因分析

1.1 告警现象

程控交换网某模块局近期频繁出现“（4370）SYCK时钟由跟踪转为快捕”的通知码（图1），出现的间隔时间约为2 h，每次出现大约2～8条。虽然不算是重要告警信息，但是作为通知码如此反复出现，判断该模块局时钟系统出现异常，需要处理才能恢复。同时，该通知码导致告警箱频繁发出声音告警，也影响网管员对程控交换网其他告警的判断。通过通知信息可以看到：发出通知的板卡物理位置是模块6的1架6框17，18槽，即模块6的主备TNET板，这两块TNET板与程控交换网的时钟系统有何关系，由于模块6使用的是中兴ZXJ10B型程控交换机，所以首先需要弄清楚中兴ZXJ10B型程控交换机的时钟同步系统的工作机理。

图1 告警通知

1.2 时钟同步系统工作异常原因分析

ZXJ10B型程控交换机的时钟同步系统由时钟基准板CKI、同步振荡时钟板SYCK构成，为整个系统提供统一的时钟，又同时能对高一级的外时钟同步跟踪。在物理上时钟同步单元与数字交换网单元共用一个机框，BNET板为其提供支撑及板间联接。单模块独立成局时，本局时钟由SYCK同步时钟单元根据由DTI或BITS提取的外同步时钟信号或原子频标进行跟踪同步，实现与上级局或中心模块时钟的同步。

多模块局时，本局同步时钟基准信号由SNM模块提供，各外围模块（PSM，RSM）由与SNM模块对接的DTI或FBI从传输线路上提取此基准时钟信号（E8k），此基准时钟被送至本外围模块的时钟同步单元进行跟踪同步，从而达到外围模块与SNM模块时钟的同步。当多模块局作为从时钟时要与外系统同步，则可以根据DTI或BITS所提取的外同步信号或原子频标，实现与外时钟同步。这里的外基准同步信号可能是：原子频标，BITS接口等。本系统最高时钟等级为二级A类标准，其基本格式如图2所示。

图2 时钟同步示意

由于反复出现时钟变换通知码的模块6本身是个模块局，同时又与其他模块组成多模块局，成为中心局模块2的外围模块。因此模块6的基准时钟信号（E8k）是自身的同步时钟单元由与模块2对接的DTI从传输线路上提取的。分析模块2的基准时钟信号从何而来，从上文可知，2号模块的时钟同步系统由时钟基准板CKI、同步振荡时钟板SYCK构成。下面针对CKI板和SYCK板讨论一下时钟同步系统工作原理，并对其出现异常的原因进行分析。

时钟基准板CKI主要用于ZXJ10交换机接BITS的情况，将外面提供的2 Mbit/s，2 MHz/s，5 MHz/s信号进行整形，变换为8 kHz/s信号送给SYCK板作为锁相基准，将判断的结果上报，它本身并没有直接监控板通信，而是通过SYCK板来实现。根据同步网的要求，为接收外同步信号，CKI板具有连接2.048 Mbit/s（跨接或通过）、2.048 MHz的接口，根据需要能配置5MHz的接口。CKI板为SYCK板提供以上3种接口，并能够接收从DTI或FBI平衡传送过来的8 kHz时钟基准信号，将各路时钟基准有无的状态传送到SYCK板，同时，还可以循环监视以上各个时钟输入基准是否降质，当Δf/f＞2×10-8时，判别为时钟基准降质。CKI板和SYCK板通过FIFO通信，由SYCK板将CKI板的基准情况上报给监控板，同时将监控板的基准选择信息送给CKI板。

同步振荡时钟板SYCK在CKI板存在的情况下负责同步于上级局时钟或者是BITS设备，同时为本模块各个单元提供时钟。SYCK板也可以在没有BITS等时钟基准的情况下，不使用时钟基准板CKI，接收四路来自数字中继板DTI和光接口板FBI平衡传送过来的8 kHz时钟基准信号。SYCK同步于接收进来的时钟，并通过时钟处理电路为本模块的各个单元提供所需要的时钟。SYCK采用“松耦合方式”的相位锁定电路，具有快捕、跟踪、保持和自由运行等4种工作方式。SYCK板能输出8 MHz、8 MHz的帧头信号20路，以及16 MHz、16 MHz的帧头信号10路，为提高时钟的输出可靠性及提高抗干扰能力，采用了差分平衡输出。为保证同步系统的可靠性，SYCK板采用2套并行热备份工作的方式，以便随时切换。具备主备用指示、工作方式指示、基准选择指示、手动选择基准指示功能。整个同步系统与监控板的通信采用RS485接口。两块SYCK板之间的相位不连续性小于1/8UI码元，最大时间间隔误差不超过1 μs。

发现模块6的时钟是中心局模块2提供的，而当模块6反复出现“SYCK时钟由跟踪转为快捕”的通知码时，模块2并没有SYCK板和CKI板出现告警，也没有相应的通知码出现。由此可以排除模块2中SYCK板和CKI板的问题，问题应该存在于模块6自身的时钟同步系统。由于反复出现时钟变换通知码的模块6用的是ZXJ10B-4k紧凑型数字程控交换机，并没有配备CKI板和SYCK板，其时钟同步单元集成在其交换时钟网板TNET板上，由TNET板来完成CKI板和SYCK板的功能。

模块6是一个单T结构时分无阻塞交换网络，容量为4k×4k时隙，PCM总线速度为8 Mbit/s，采用双入单出热主备用工作方式。其配备的TNET板由同步时钟、交换网络、通信控制三大部分构成，也就是说TNET板集成了CKI、SYCK、DSN、DSNI等各部分功能，在后台告警中同时具有网板状态和时钟控制两个控制子界面，使用了两个控制器MPC850和89C52来分别控制交换网部分和同步时钟部分。TNET板原理如图3所示。在4k紧凑模块中，TNET板的同步时钟部分具有时钟基准接收电路，可以接收4路来自数字中继板DTI和光接口板FBI平衡传送过来的8 kHz时钟基准信号。系统控制基准选择电路，选择一个时钟基准作为锁相的基准。CPU根据相位比较器产生相位数据，通过一个16 Bit的D/A控制晶振的输出，完成相位的锁定功能。分频器、相位比较器与基准选择电路都集成在EPLD内。同时，还可以循环监视以上各个时钟输入基准是否降质，当发生时钟基准降质时，TNET板通过FIFO通信将基准情况上报给监控板，同时返回监控板的基准选择信息。

图3 TNET板原理

由于模块6仅有一块DTI板，且前两个PCM开通的业务是设置为与模块2之间的“模块间连接”，后两个暂不使用。因此，模块6的基准时钟信号（E8K）是通过与其对接的模块2的DTI板从传输线路上提取的，板上共4个PCM，分别对应4个时钟基准信号（SYCK0，1，2，3），此基准时钟被送至所在模块局的时钟同步单元进行跟踪同步。在后台维护终端上可以看到SYCK0和SYCK1存在，而SYCK2和SYCK3并不存在。SYCK根据锁定上级时钟基准的情况自动调节板内系数值，因其采用松耦合技术，时钟基准在正常范围变化时，SYCK不会紧跟变，仅做微调，调整系数值很小且基本不变。只有当很偶尔的原因如上级局调中继等使基准严重变坏，或杂波干扰使时钟大幅度变化时，板内调整系数才会做较大调节，变为较大值。此后即使时钟基准稳定下来，系数趋于正常时的较小值也需要较长时间，少则几天，多时可能有几个月。因此，当SYCK板正常工作时，锁定的上级时钟基准稳定，SYCK时钟调节系数较小，处于跟踪状态且相位当前值稳定，变化仅为±1。当因某种原因导致SYCK的时钟源严重变坏，如8 kHz变为4 kHz或杂波干扰，SYCK会变为快捕，时钟调节系数变大，之后上级时钟稳定后，因SYCK的时钟调节系数依然很大，无法短时内调小，板子仍然长时保持快捕，很难进入跟踪。使用2M误码测试仪对模块6至中心局模块2的传输线路进行了2M误码检测，误码率为零。由此可以判断，模块6的TNET板在锁定上级局DTI送过来的基准时钟信号时出现问题，导致其无法实现对上级局时钟的跟踪而处于快捕状态，从而引起本模块局时钟同步系统异常。检查硬件，因为问题出现在外围模块，此时网板与传输中继板在同一网层，时钟系统不需要通过相应的时钟连线连接，因此不存在时钟线缆问题。再检查该模块局的DTI板后面的8个跳针，也未发现问题。将备用TNET板重启后，对主备TNET板进行倒换，一段时间后，通知码依然出现，说明主备两块TNET板在时钟跟踪上都出现了问题，此时可以判定是上级时钟源输入基准的抖动或降质造成的。为此，在模块6的TNET板上单击右键，查看TNET板的“时钟选择”功能，选择SYCK时钟基准，且多次点击“状态”按钮，SYCK时钟基准为0，其上报的“当前相位值”偏差多次超过±5，如图4所示，两者相位值相差1640-1628=12。由于中心局模块2时钟同步系统未出现任何告警，因此不存在上级时钟源输入基准异常，可知是由于输入基准降质造成。

图4 TNET板两次时钟相位值

2 解决对策

通过上述分析，找到了模块6反复出现“SYCK时钟由跟踪转为快捕”通知码的原因是时钟源输入基准降质，要想修复该模块局的时钟同步单元，杜绝该通知再次出现，需要调整其SYCK的时钟基准，使其继续保持跟踪态。因为SYCK采取的是理论平滑的方法使调整系数缓慢恢复到跟踪态时的值，所以必须用人工方法使SYCK快速进入跟踪态。利用SYCK从跟踪转为快捕时会清一次系数这一特点可实现。下面使用2种方法来处理SYCK的时钟状态，以下操作在主备TNET板上都需要进行。

（1）利用后台告警强行置SYCK为跟踪，约10～20 min后，置SYCK板为自选运行状态，SYCK会选择快捕，此时清了板上时钟调节系数，并生成新系数，为一较小值，之后SYCK应该很快进入跟踪态。

（2）先让时钟处在“自由运行状态”，过一段时间后再让其处在“SYCK板自选运行状态”，这样就应该可以变为跟踪状态。该方法尤其适用于时钟基准较稳的情况。

2种方法本质是一样的，都是利用状态切换时“清一次系数”，异曲同工。在实际操作后，SYCK的状态调整到跟踪态，但在经过一段时间的等待后，告警平台上再次出现“SYCK时钟由跟踪转为快捕”的通知码，虽不似之前那么频繁，但并没有完全消失。判断是TNET板的晶振有问题，有可能是老化，从而导致时钟基准降质。

针对晶振本身的老化问题，经咨询中兴的专家后得知，晶振提供了频率调整旋钮，这样当石英晶体老化引起中心频率偏移一定范围后，可以通过手动调节旋钮调节晶振的中心频率。具体操作方法如下：戴防静电手环取出TNET板，将微调旋钮向一个方向调1/8周，然后量跟踪后的压控电压，看跟踪后的电压是否向0 V靠近了，如果靠近了说明调整的方向是对的，告警应该就消除了，如果跟踪后的压控电压更加偏离0 V，或者跟踪不上了，说明方向调反，将旋钮朝反方向调1/4周，再看跟踪后的压控电压是否向0 V靠近了，如果靠近了告警就应该消除了。

在进行上述操作后，系统“SYCK时钟由跟踪转为快捕”的通知码没有再出现。其实随着时间的推移，由于晶振的固有特性，晶振工作到一定的年限出现老化也是正常的，并不能作为一个故障来看待。若经过手动调节后，系统“SYCK时钟由跟踪转为快捕”的通知码仍没有完全消失的话，说明晶振老化比较严重，需要更换。

3 结束语

经过这次处理程控交换网外围模块时钟不同步的问题，深入了解了ZXJ10B程控交换机时钟同步单元的工作原理，学习了时钟系统的维护，为处理该类故障积累了经验。由于时钟同步系统对数据产品的影响很大，相当于人的神经系统，因此，当程控交换机时钟系统出现异常现象的时候，应引起足够地重视。在对程控交换机进行日常维护时要注意检查后台告警中是否存在关于系统时钟的告警通知；检查交换机时钟同步状态，保证系统的安全稳定；确保SYCK在跟踪状态，而且相位变化很小。此外，由于ZXJ10B型程控交换机的时钟同步系统功能强大，后续还可以在研究“如何在通信网中利用该设备为其他通信设备提供时钟基准”上投入更多精力。