程控交換網(wǎng)某模塊局時鐘異常情況分析

劉佳楠，潘立福

（中國洛陽電子裝備試驗中心，河南洛陽 471003）

0 引言

數(shù)字程控交換機的時鐘同步是實現(xiàn)通信網(wǎng)同步的關(guān)鍵，在日常的使用維護中有時會出現(xiàn)局時鐘提取不規(guī)范：如下級鐘提取上級鐘、循環(huán)提取，連線錯誤等現(xiàn)象，如果時鐘不穩(wěn)定，會造成用戶模塊間瞬斷、共路或PRA等信令瞬斷等現(xiàn)象，引起信令鏈路告警，通話雜音大等通信故障。因此，當程控交換機出現(xiàn)時鐘異常時，需引起重視并及時處理。

1 時鐘異常情況的原因分析

1.1 告警現(xiàn)象

程控交換網(wǎng)某模塊局近期頻繁出現(xiàn)“（4370）SYCK時鐘由跟蹤轉(zhuǎn)為快捕”的通知碼（圖1），出現(xiàn)的間隔時間約為2 h，每次出現(xiàn)大約2～8條。雖然不算是重要告警信息，但是作為通知碼如此反復出現(xiàn)，判斷該模塊局時鐘系統(tǒng)出現(xiàn)異常，需要處理才能恢復。同時，該通知碼導致告警箱頻繁發(fā)出聲音告警，也影響網(wǎng)管員對程控交換網(wǎng)其他告警的判斷。通過通知信息可以看到：發(fā)出通知的板卡物理位置是模塊6的1架6框17，18槽，即模塊6的主備TNET板，這兩塊TNET板與程控交換網(wǎng)的時鐘系統(tǒng)有何關(guān)系，由于模塊6使用的是中興ZXJ10B型程控交換機，所以首先需要弄清楚中興ZXJ10B型程控交換機的時鐘同步系統(tǒng)的工作機理。

圖1 告警通知

1.2 時鐘同步系統(tǒng)工作異常原因分析

ZXJ10B型程控交換機的時鐘同步系統(tǒng)由時鐘基準板CKI、同步振蕩時鐘板SYCK構(gòu)成，為整個系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時鐘，又同時能對高一級的外時鐘同步跟蹤。在物理上時鐘同步單元與數(shù)字交換網(wǎng)單元共用一個機框，BNET板為其提供支撐及板間聯(lián)接。單模塊獨立成局時，本局時鐘由SYCK同步時鐘單元根據(jù)由DTI或BITS提取的外同步時鐘信號或原子頻標進行跟蹤同步，實現(xiàn)與上級局或中心模塊時鐘的同步。

多模塊局時，本局同步時鐘基準信號由SNM模塊提供，各外圍模塊（PSM，RSM）由與SNM模塊對接的DTI或FBI從傳輸線路上提取此基準時鐘信號（E8k），此基準時鐘被送至本外圍模塊的時鐘同步單元進行跟蹤同步，從而達到外圍模塊與SNM模塊時鐘的同步。當多模塊局作為從時鐘時要與外系統(tǒng)同步，則可以根據(jù)DTI或BITS所提取的外同步信號或原子頻標，實現(xiàn)與外時鐘同步。這里的外基準同步信號可能是：原子頻標，BITS接口等。本系統(tǒng)最高時鐘等級為二級A類標準，其基本格式如圖2所示。

圖2 時鐘同步示意

由于反復出現(xiàn)時鐘變換通知碼的模塊6本身是個模塊局，同時又與其他模塊組成多模塊局，成為中心局模塊2的外圍模塊。因此模塊6的基準時鐘信號（E8k）是自身的同步時鐘單元由與模塊2對接的DTI從傳輸線路上提取的。分析模塊2的基準時鐘信號從何而來，從上文可知，2號模塊的時鐘同步系統(tǒng)由時鐘基準板CKI、同步振蕩時鐘板SYCK構(gòu)成。下面針對CKI板和SYCK板討論一下時鐘同步系統(tǒng)工作原理，并對其出現(xiàn)異常的原因進行分析。

時鐘基準板CKI主要用于ZXJ10交換機接BITS的情況，將外面提供的2 Mbit/s，2 MHz/s，5 MHz/s信號進行整形，變換為8 kHz/s信號送給SYCK板作為鎖相基準，將判斷的結(jié)果上報，它本身并沒有直接監(jiān)控板通信，而是通過SYCK板來實現(xiàn)。根據(jù)同步網(wǎng)的要求，為接收外同步信號，CKI板具有連接2.048 Mbit/s（跨接或通過）、2.048 MHz的接口，根據(jù)需要能配置5MHz的接口。CKI板為SYCK板提供以上3種接口，并能夠接收從DTI或FBI平衡傳送過來的8 kHz時鐘基準信號，將各路時鐘基準有無的狀態(tài)傳送到SYCK板，同時，還可以循環(huán)監(jiān)視以上各個時鐘輸入基準是否降質(zhì)，當Δf/f＞2×10-8時，判別為時鐘基準降質(zhì)。CKI板和SYCK板通過FIFO通信，由SYCK板將CKI板的基準情況上報給監(jiān)控板，同時將監(jiān)控板的基準選擇信息送給CKI板。

同步振蕩時鐘板SYCK在CKI板存在的情況下負責同步于上級局時鐘或者是BITS設(shè)備，同時為本模塊各個單元提供時鐘。SYCK板也可以在沒有BITS等時鐘基準的情況下，不使用時鐘基準板CKI，接收四路來自數(shù)字中繼板DTI和光接口板FBI平衡傳送過來的8 kHz時鐘基準信號。SYCK同步于接收進來的時鐘，并通過時鐘處理電路為本模塊的各個單元提供所需要的時鐘。SYCK采用“松耦合方式”的相位鎖定電路，具有快捕、跟蹤、保持和自由運行等4種工作方式。SYCK板能輸出8 MHz、8 MHz的幀頭信號20路，以及16 MHz、16 MHz的幀頭信號10路，為提高時鐘的輸出可靠性及提高抗干擾能力，采用了差分平衡輸出。為保證同步系統(tǒng)的可靠性，SYCK板采用2套并行熱備份工作的方式，以便隨時切換。具備主備用指示、工作方式指示、基準選擇指示、手動選擇基準指示功能。整個同步系統(tǒng)與監(jiān)控板的通信采用RS485接口。兩塊SYCK板之間的相位不連續(xù)性小于1/8UI碼元，最大時間間隔誤差不超過1 μs。

發(fā)現(xiàn)模塊6的時鐘是中心局模塊2提供的，而當模塊6反復出現(xiàn)“SYCK時鐘由跟蹤轉(zhuǎn)為快捕”的通知碼時，模塊2并沒有SYCK板和CKI板出現(xiàn)告警，也沒有相應的通知碼出現(xiàn)。由此可以排除模塊2中SYCK板和CKI板的問題，問題應該存在于模塊6自身的時鐘同步系統(tǒng)。由于反復出現(xiàn)時鐘變換通知碼的模塊6用的是ZXJ10B-4k緊湊型數(shù)字程控交換機，并沒有配備CKI板和SYCK板，其時鐘同步單元集成在其交換時鐘網(wǎng)板TNET板上，由TNET板來完成CKI板和SYCK板的功能。

模塊6是一個單T結(jié)構(gòu)時分無阻塞交換網(wǎng)絡(luò)，容量為4k×4k時隙，PCM總線速度為8 Mbit/s，采用雙入單出熱主備用工作方式。其配備的TNET板由同步時鐘、交換網(wǎng)絡(luò)、通信控制三大部分構(gòu)成，也就是說TNET板集成了CKI、SYCK、DSN、DSNI等各部分功能，在后臺告警中同時具有網(wǎng)板狀態(tài)和時鐘控制兩個控制子界面，使用了兩個控制器MPC850和89C52來分別控制交換網(wǎng)部分和同步時鐘部分。TNET板原理如圖3所示。在4k緊湊模塊中，TNET板的同步時鐘部分具有時鐘基準接收電路，可以接收4路來自數(shù)字中繼板DTI和光接口板FBI平衡傳送過來的8 kHz時鐘基準信號。系統(tǒng)控制基準選擇電路，選擇一個時鐘基準作為鎖相的基準。CPU根據(jù)相位比較器產(chǎn)生相位數(shù)據(jù)，通過一個16 Bit的D/A控制晶振的輸出，完成相位的鎖定功能。分頻器、相位比較器與基準選擇電路都集成在EPLD內(nèi)。同時，還可以循環(huán)監(jiān)視以上各個時鐘輸入基準是否降質(zhì)，當發(fā)生時鐘基準降質(zhì)時，TNET板通過FIFO通信將基準情況上報給監(jiān)控板，同時返回監(jiān)控板的基準選擇信息。

圖3 TNET板原理

由于模塊6僅有一塊DTI板，且前兩個PCM開通的業(yè)務(wù)是設(shè)置為與模塊2之間的“模塊間連接”，后兩個暫不使用。因此，模塊6的基準時鐘信號（E8K）是通過與其對接的模塊2的DTI板從傳輸線路上提取的，板上共4個PCM，分別對應4個時鐘基準信號（SYCK0，1，2，3），此基準時鐘被送至所在模塊局的時鐘同步單元進行跟蹤同步。在后臺維護終端上可以看到SYCK0和SYCK1存在，而SYCK2和SYCK3并不存在。SYCK根據(jù)鎖定上級時鐘基準的情況自動調(diào)節(jié)板內(nèi)系數(shù)值，因其采用松耦合技術(shù)，時鐘基準在正常范圍變化時，SYCK不會緊跟變，僅做微調(diào)，調(diào)整系數(shù)值很小且基本不變。只有當很偶爾的原因如上級局調(diào)中繼等使基準嚴重變壞，或雜波干擾使時鐘大幅度變化時，板內(nèi)調(diào)整系數(shù)才會做較大調(diào)節(jié)，變?yōu)檩^大值。此后即使時鐘基準穩(wěn)定下來，系數(shù)趨于正常時的較小值也需要較長時間，少則幾天，多時可能有幾個月。因此，當SYCK板正常工作時，鎖定的上級時鐘基準穩(wěn)定，SYCK時鐘調(diào)節(jié)系數(shù)較小，處于跟蹤狀態(tài)且相位當前值穩(wěn)定，變化僅為±1。當因某種原因?qū)е耂YCK的時鐘源嚴重變壞，如8 kHz變?yōu)? kHz或雜波干擾，SYCK會變?yōu)榭觳叮瑫r鐘調(diào)節(jié)系數(shù)變大，之后上級時鐘穩(wěn)定后，因SYCK的時鐘調(diào)節(jié)系數(shù)依然很大，無法短時內(nèi)調(diào)小，板子仍然長時保持快捕，很難進入跟蹤。使用2M誤碼測試儀對模塊6至中心局模塊2的傳輸線路進行了2M誤碼檢測，誤碼率為零。由此可以判斷，模塊6的TNET板在鎖定上級局DTI送過來的基準時鐘信號時出現(xiàn)問題，導致其無法實現(xiàn)對上級局時鐘的跟蹤而處于快捕狀態(tài)，從而引起本模塊局時鐘同步系統(tǒng)異常。檢查硬件，因為問題出現(xiàn)在外圍模塊，此時網(wǎng)板與傳輸中繼板在同一網(wǎng)層，時鐘系統(tǒng)不需要通過相應的時鐘連線連接，因此不存在時鐘線纜問題。再檢查該模塊局的DTI板后面的8個跳針，也未發(fā)現(xiàn)問題。將備用TNET板重啟后，對主備TNET板進行倒換，一段時間后，通知碼依然出現(xiàn)，說明主備兩塊TNET板在時鐘跟蹤上都出現(xiàn)了問題，此時可以判定是上級時鐘源輸入基準的抖動或降質(zhì)造成的。為此，在模塊6的TNET板上單擊右鍵，查看TNET板的“時鐘選擇”功能，選擇SYCK時鐘基準，且多次點擊“狀態(tài)”按鈕，SYCK時鐘基準為0，其上報的“當前相位值”偏差多次超過±5，如圖4所示，兩者相位值相差1640-1628=12。由于中心局模塊2時鐘同步系統(tǒng)未出現(xiàn)任何告警，因此不存在上級時鐘源輸入基準異常，可知是由于輸入基準降質(zhì)造成。

圖4 TNET板兩次時鐘相位值

2 解決對策

通過上述分析，找到了模塊6反復出現(xiàn)“SYCK時鐘由跟蹤轉(zhuǎn)為快捕”通知碼的原因是時鐘源輸入基準降質(zhì)，要想修復該模塊局的時鐘同步單元，杜絕該通知再次出現(xiàn)，需要調(diào)整其SYCK的時鐘基準，使其繼續(xù)保持跟蹤態(tài)。因為SYCK采取的是理論平滑的方法使調(diào)整系數(shù)緩慢恢復到跟蹤態(tài)時的值，所以必須用人工方法使SYCK快速進入跟蹤態(tài)。利用SYCK從跟蹤轉(zhuǎn)為快捕時會清一次系數(shù)這一特點可實現(xiàn)。下面使用2種方法來處理SYCK的時鐘狀態(tài)，以下操作在主備TNET板上都需要進行。

（1）利用后臺告警強行置SYCK為跟蹤，約10～20 min后，置SYCK板為自選運行狀態(tài)，SYCK會選擇快捕，此時清了板上時鐘調(diào)節(jié)系數(shù)，并生成新系數(shù)，為一較小值，之后SYCK應該很快進入跟蹤態(tài)。

（2）先讓時鐘處在“自由運行狀態(tài)”，過一段時間后再讓其處在“SYCK板自選運行狀態(tài)”，這樣就應該可以變?yōu)楦櫊顟B(tài)。該方法尤其適用于時鐘基準較穩(wěn)的情況。

2種方法本質(zhì)是一樣的，都是利用狀態(tài)切換時“清一次系數(shù)”，異曲同工。在實際操作后，SYCK的狀態(tài)調(diào)整到跟蹤態(tài)，但在經(jīng)過一段時間的等待后，告警平臺上再次出現(xiàn)“SYCK時鐘由跟蹤轉(zhuǎn)為快捕”的通知碼，雖不似之前那么頻繁，但并沒有完全消失。判斷是TNET板的晶振有問題，有可能是老化，從而導致時鐘基準降質(zhì)。

針對晶振本身的老化問題，經(jīng)咨詢中興的專家后得知，晶振提供了頻率調(diào)整旋鈕，這樣當石英晶體老化引起中心頻率偏移一定范圍后，可以通過手動調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)晶振的中心頻率。具體操作方法如下：戴防靜電手環(huán)取出TNET板，將微調(diào)旋鈕向一個方向調(diào)1/8周，然后量跟蹤后的壓控電壓，看跟蹤后的電壓是否向0 V靠近了，如果靠近了說明調(diào)整的方向是對的，告警應該就消除了，如果跟蹤后的壓控電壓更加偏離0 V，或者跟蹤不上了，說明方向調(diào)反，將旋鈕朝反方向調(diào)1/4周，再看跟蹤后的壓控電壓是否向0 V靠近了，如果靠近了告警就應該消除了。

在進行上述操作后，系統(tǒng)“SYCK時鐘由跟蹤轉(zhuǎn)為快捕”的通知碼沒有再出現(xiàn)。其實隨著時間的推移，由于晶振的固有特性，晶振工作到一定的年限出現(xiàn)老化也是正常的，并不能作為一個故障來看待。若經(jīng)過手動調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)“SYCK時鐘由跟蹤轉(zhuǎn)為快捕”的通知碼仍沒有完全消失的話，說明晶振老化比較嚴重，需要更換。

3 結(jié)束語

經(jīng)過這次處理程控交換網(wǎng)外圍模塊時鐘不同步的問題，深入了解了ZXJ10B程控交換機時鐘同步單元的工作原理，學習了時鐘系統(tǒng)的維護，為處理該類故障積累了經(jīng)驗。由于時鐘同步系統(tǒng)對數(shù)據(jù)產(chǎn)品的影響很大，相當于人的神經(jīng)系統(tǒng)，因此，當程控交換機時鐘系統(tǒng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象的時候，應引起足夠地重視。在對程控交換機進行日常維護時要注意檢查后臺告警中是否存在關(guān)于系統(tǒng)時鐘的告警通知；檢查交換機時鐘同步狀態(tài)，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定；確保SYCK在跟蹤狀態(tài)，而且相位變化很小。此外，由于ZXJ10B型程控交換機的時鐘同步系統(tǒng)功能強大，后續(xù)還可以在研究“如何在通信網(wǎng)中利用該設(shè)備為其他通信設(shè)備提供時鐘基準”上投入更多精力。