SDH/SONET网络同步分层结构的时钟符合性测试
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:642
    
    
     本文介绍了网络同步基础知识和相应的时钟标准,还论述了时钟卡 dpll和线路卡 dpll-apll 组合模块成功遵循新电信产品所要求的时钟标准的重要性,并论述了最通用的符合性测试以及检验特定测试是否成功的方法。
     为了防止数据传输丢失,需要对一条电信网络上的所有时钟进行同步,以确保发送和接收节点以同样的速率对数据进行采样。网络同步以时钟分层结构为基础(图1),顶层时钟精度最高。 分层结构的顶层是主参考时钟(prc)或主参考源(prs),时钟精度为 10-11。相对于理想时钟,该精度时钟每1011 个脉冲会多一个或少一个脉冲。prc/prs 可通过一个铯(原子)时钟或铯时钟控制的无线电信号来产生,如全球定位系统(gps)、全球轨道导航卫星系统(glonass)和远程导航系统版本c(loran-c)。 分层结构中的下一层为同步供给单元(ssu)或楼宇综合定时供给(bits)。ssu/bits 具有保持性能,当它失去与prc/prs 的同步后,可以产生一个短时间内精度高于其固有自由振荡精度的时钟。ssu/bits 通常采用由铷时钟驱动的数字锁相环(dpll)来实现。 第三层是sdh设备时钟(sec)或 sonet最小时钟(smc)。sec/smc 也具有保持性能,但其保持和自由振荡精度性能低于对ssu/bits的要求。sec/smc通常采用由恒温晶体振荡器(ocxo)或温度控制晶体振荡器(tcxo)驱动的dpll来实现。分层结构中的第二层及以下各层,只要其到 prc/prs 的路径不中断,就可以拥有与prc/prs相同的时钟精度。 出于可靠性原因,希望所有全球性电信网络全部同步到一个单一的prc/prs是不现实的。实际网络采用一种包含许多独立运行的prc/prs的平行时钟分布结构。每个电信提供商一般都有自己的 prc/prs,这意味着全球性电信网络是由一些同步孤岛通过一些准同步链路链接而成的。 prc/prs和ssu/bits通常实现为只具有时钟功能(无数据传输)的独立产品,而sec/smc一般都作为网络产品的一部分被实现,如插分多路复用器等。 时钟标准 任何具有pdh或sdh/sonet接口的电信产品都必须符合相应的时钟标准。标准不是一种要克服的障碍,而是可以提高网络可靠性和不同厂商之间互操作性的一系列规范。 有两个主要标准实体,负责制定网络时钟要求。它们就是面向北美地区的telcordia和面向世界其他地区的itu。telcordia 要求通过gr-xxx-core 规范来规定,而itu则通过itu-t g.xxx 系列文档覆盖网络时钟部分。图1说明了与时钟分层结构的不同层次相应的itu和 telcordia标准。 通信系统中的损伤 抖动和漂移被定义为数字信号在时间上偏离其理想位置的短期变动和长期变动。 本质上,抖动和漂移是通常用来描述数字信号相位噪声的术语。完全定义相位噪声的两个参数是幅度和频率。频率低于10hz的相位噪声称为漂移,而频率等于或高于10hz的相位噪声称为抖动。 如果对于一个具有相位噪声的时钟,使用以相同频率但没有相位噪声的时钟触发的示波器来对其进行观察,我们将会看到,时钟的上升沿和下降沿模糊不清(时间上定义不清晰)。如果时钟具有低频相位噪声(漂移),我们会看到上升沿和下降沿实际上正在以等于漂移频率的速率前后移动。这种移动的范围定义为抖动/漂移的幅度。网络通信中的抖动幅度以单位时间间隔(ui)来表示,其中ui等于时钟周期。电信网络中的相位噪声图在时域中通常表现为任意形状。因此,其频谱不是离散的,尽管它可能会含有一些离散分量。 在一个电信网络中,存在着大量的抖动和漂移源: * sdh/sonet 网络中的指针调整,它允许虚容器 (vc)/虚支路(vt)在一个 stm-n/oc-n 帧之内前后移动。指针调整用于补偿 vc/vt和stm-n/oc-n 的时钟之间的相位变化。指针调整按一个字节的步幅进行,因而会产生较大幅度的相位噪声。* 位调整(bit justification),用于当 pdh 信号映射到 vc/vt 时对pdh和stm-n/oc-n信号之间的分数频率差异进行补偿。因位调整引起的相位噪声的频率与pdh和stm-n/oc-n信号之间的分数频率差异成正比。* pdh网络中的位填充(bit stuffing),用于对低层信号进行异步多路复接,形成一路高层 pdh 信号。例如,位填充被用于将四路异步e1信号复接成一路e2信号。 * 传输介质(光纤、铜)传播延迟变化,由温度变化引起,也称为日漂移(diurnal wander)。由于环境温度变化很慢,这种类型的漂移一般频率很低。* 同步元件(dpll)中的固有漂移。网络通信中使用的 dpll 通常具有很窄的环路带宽,以便更有效地从输入参考信号中滤除抖动和漂移。虽然窄环带宽对于从参考信号中滤除相位噪声十分有效,但它无法滤除用作 dpll 主时钟的晶体振荡器产生的本地相位噪声。dpll 对于从其主晶体振荡器产生的相位噪声来说就像一个高通滤波器。例如,如果环路带宽为0.1hz,则高于0.1hz的晶体振荡器相位噪声将会无衰减地通过。
    
    
     本文介绍了网络同步基础知识和相应的时钟标准,还论述了时钟卡 dpll和线路卡 dpll-apll 组合模块成功遵循新电信产品所要求的时钟标准的重要性,并论述了最通用的符合性测试以及检验特定测试是否成功的方法。
     为了防止数据传输丢失,需要对一条电信网络上的所有时钟进行同步,以确保发送和接收节点以同样的速率对数据进行采样。网络同步以时钟分层结构为基础(图1),顶层时钟精度最高。 分层结构的顶层是主参考时钟(prc)或主参考源(prs),时钟精度为 10-11。相对于理想时钟,该精度时钟每1011 个脉冲会多一个或少一个脉冲。prc/prs 可通过一个铯(原子)时钟或铯时钟控制的无线电信号来产生,如全球定位系统(gps)、全球轨道导航卫星系统(glonass)和远程导航系统版本c(loran-c)。 分层结构中的下一层为同步供给单元(ssu)或楼宇综合定时供给(bits)。ssu/bits 具有保持性能,当它失去与prc/prs 的同步后,可以产生一个短时间内精度高于其固有自由振荡精度的时钟。ssu/bits 通常采用由铷时钟驱动的数字锁相环(dpll)来实现。 第三层是sdh设备时钟(sec)或 sonet最小时钟(smc)。sec/smc 也具有保持性能,但其保持和自由振荡精度性能低于对ssu/bits的要求。sec/smc通常采用由恒温晶体振荡器(ocxo)或温度控制晶体振荡器(tcxo)驱动的dpll来实现。分层结构中的第二层及以下各层,只要其到 prc/prs 的路径不中断,就可以拥有与prc/prs相同的时钟精度。 出于可靠性原因,希望所有全球性电信网络全部同步到一个单一的prc/prs是不现实的。实际网络采用一种包含许多独立运行的prc/prs的平行时钟分布结构。每个电信提供商一般都有自己的 prc/prs,这意味着全球性电信网络是由一些同步孤岛通过一些准同步链路链接而成的。 prc/prs和ssu/bits通常实现为只具有时钟功能(无数据传输)的独立产品,而sec/smc一般都作为网络产品的一部分被实现,如插分多路复用器等。 时钟标准 任何具有pdh或sdh/sonet接口的电信产品都必须符合相应的时钟标准。标准不是一种要克服的障碍,而是可以提高网络可靠性和不同厂商之间互操作性的一系列规范。 有两个主要标准实体,负责制定网络时钟要求。它们就是面向北美地区的telcordia和面向世界其他地区的itu。telcordia 要求通过gr-xxx-core 规范来规定,而itu则通过itu-t g.xxx 系列文档覆盖网络时钟部分。图1说明了与时钟分层结构的不同层次相应的itu和 telcordia标准。 通信系统中的损伤 抖动和漂移被定义为数字信号在时间上偏离其理想位置的短期变动和长期变动。 本质上,抖动和漂移是通常用来描述数字信号相位噪声的术语。完全定义相位噪声的两个参数是幅度和频率。频率低于10hz的相位噪声称为漂移,而频率等于或高于10hz的相位噪声称为抖动。 如果对于一个具有相位噪声的时钟,使用以相同频率但没有相位噪声的时钟触发的示波器来对其进行观察,我们将会看到,时钟的上升沿和下降沿模糊不清(时间上定义不清晰)。如果时钟具有低频相位噪声(漂移),我们会看到上升沿和下降沿实际上正在以等于漂移频率的速率前后移动。这种移动的范围定义为抖动/漂移的幅度。网络通信中的抖动幅度以单位时间间隔(ui)来表示,其中ui等于时钟周期。电信网络中的相位噪声图在时域中通常表现为任意形状。因此,其频谱不是离散的,尽管它可能会含有一些离散分量。 在一个电信网络中,存在着大量的抖动和漂移源: * sdh/sonet 网络中的指针调整,它允许虚容器 (vc)/虚支路(vt)在一个 stm-n/oc-n 帧之内前后移动。指针调整用于补偿 vc/vt和stm-n/oc-n 的时钟之间的相位变化。指针调整按一个字节的步幅进行,因而会产生较大幅度的相位噪声。* 位调整(bit justification),用于当 pdh 信号映射到 vc/vt 时对pdh和stm-n/oc-n信号之间的分数频率差异进行补偿。因位调整引起的相位噪声的频率与pdh和stm-n/oc-n信号之间的分数频率差异成正比。* pdh网络中的位填充(bit stuffing),用于对低层信号进行异步多路复接,形成一路高层 pdh 信号。例如,位填充被用于将四路异步e1信号复接成一路e2信号。 * 传输介质(光纤、铜)传播延迟变化,由温度变化引起,也称为日漂移(diurnal wander)。由于环境温度变化很慢,这种类型的漂移一般频率很低。* 同步元件(dpll)中的固有漂移。网络通信中使用的 dpll 通常具有很窄的环路带宽,以便更有效地从输入参考信号中滤除抖动和漂移。虽然窄环带宽对于从参考信号中滤除相位噪声十分有效,但它无法滤除用作 dpll 主时钟的晶体振荡器产生的本地相位噪声。dpll 对于从其主晶体振荡器产生的相位噪声来说就像一个高通滤波器。例如,如果环路带宽为0.1hz,则高于0.1hz的晶体振荡器相位噪声将会无衰减地通过。
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