Лекция 3. Показатели дрожания и дрейфа фазы цифровых систем связи

Литература: 1) Бакланов И.Г. Методы измерений в системах связи. –М.: Эко трендз, 1999. –196с. 2) Битнер В.И., Попов Г.Н. Нормирование качества телекоммуникационных услуг. –М.: Горячая линия–Телеком, 2004. –312с.

Необходимость оценки показателей быстрых дрожания (джиттер) и дрейфа фазы (вандер) цифровых систем связи связана с требованием соблюдения синхронизма работы передающей и приемной частей аппаратуры связи, которое начинает нарушаться (в силу различных причин) при интеграции цифровых систем передачи в единую сеть передачи сигналов данных и сигнализации (ОКС №7). Модель, описывающая механизм нарушения синхронизации, включает т.н. "эластичный буфер" – участок сети передачи данных, обладающий изменяющейся областью памяти (временем задержки). Разность тактовых частот передающей и приемной сторон, приводящая к накоплению фазовой ошибки в один тактовый интервал, что приводит либо к потере, либо к появлению лишних бит данных, нарушающих цикловую синхронизацию (правильность передачи блока данных). Это явление называют неуправляемым проскальзыванием. Для устранения этого явления на стыках канала часто устанавливают аппаратуру выравнивания скоростей передачи (интервалов передачи), работающих в режиме управляемых проскальзываний.

Рекомендацией МСЭ–Т G.803 определены четыре основных режима работы сетей синхронизации: синхронный, псевдосинхронный, плезиохронный и асинхронный.

Синхронный режим является нормальным режимом работы цифровой сети (в районе общей синхронизации), при котором проскальзывания в цифровой сети носят только случайный характер.

Псевдосинхронный режим имеет место, если в составе сети независимо работают два или более генераторов с точностью установки частот не хуже 1×10^–11 (в соответствии с рекомендацией G.802). Этот режим возникает при соединении независимых синхронных сетей. Такое требование обеспечивает при применении цикловых или октетных выравнивателей (для цифрового канала) не более одного управляемого проскальзывания за 70 суток из–за расхождения частот работы генераторов.

Плезиохронный режим – это режим полной потери принудительной синхронизации. При потере синхронизации генератор переходит в режим удержания частоты сети принудительной синхронизации (holdover mode). По мере дальнейшего ухода частоты генератор переходит в т.н. свободный режим (free-run mode), поэтому для ограничения числа проскальзываний жестко ограничивается время работы в плезиохронном режиме. Требования к точности запоминания и допустимому дрейфу частот генераторов (рекомендации G.812) транзитных и локальных станций приведены в таблице:

тип станции	точность запоминания	суточный дрейф
Транзитная	5×10–10	1×10–9
Локальная (местная)	1×10–8	2×10–8

Такие требования обеспечивают не более одного проскальзывания за 17 часов.

Асинхронный режимхарактеризуется большим расхождением частот генераторов, при котором, однако, еще не нарушается трафик. Несмотря на то, что МСЭ–Т еще не установил норм допустимого отклонения частот генераторов, известно, что для передачи общего сигнала индикации аварийного состояния сети относительное расхождение частот генераторов не должно превышать 2×10^–5, что обеспечивает не более одного проскальзывания за 7 секунд.

Для оценки стабильности используемых генераторов используют: 1) относительное отклонение частоты генератора от номинальной (ppm означает "частей на миллион" – множитель 1×10^–6), 2) стабильность – относительное изменение частоты за фиксированный интервал времени (до 1000 с – кратковременная, больше 10000 с – долговременная, за сутки, за год), 3) коэффициент вариации Аллана (AVAR) . Нестабильная работа генератора характеризуется наличием переменного (медленного) сдвига частот и переменной вариации, характеризуемые вандером.

В системах синхронизации также отдельно выделяют параметры синхросигналов: 1) фазовый сдвиг относительно эталонного сигнала, называемый ошибкой временного интервала (TIE), 2) максимальный фазовый сдвиг (MTIE=TIE^макс–TIE^мин) за время наблюдения, 3) временная вариация (TVAR), равная среднеквадратичному отклонению TIE, 4) девиация частоты изменения временного интервала (TDEV= ).

Кроме медленных изменений (частотой менее 10 Гц) дрейфа фазы (вандер) в цифровых системах рассматривают и быстрые изменений фазы сигналов (джиттер), вызываемые различными причинами. К причинам возникновения джиттера относят: 1) особенности передаваемых последовательностей (регулярный джиттер) – вызываемые различием реакций основных узлов сети (скремлерах, кодерах, мультиплексорах, регенераторах и т.п.) на лог. "0" и "1", 2) внешнее электромагнитное воздействие и интерференция с внешними сигналами (нерегулярный джиттер) – шум, помехи, отражения, перекрестные помехи, сетевые наводки, 3) ошибки работы выравнивателей проскальзываний (джиттер стаффинга) – вызванный эластичным выравниванием скоростей передачи и приема данных. Также по особенностям работы различных блоков цифровой сети и изменениям характеристик самого джиттера выделяют максимальный джиттер – максимальное значение джиттера, джиттер ожидания – обусловленный некратностью скоростей приема и передачи, джиттер по смещению указателей – вызванный алгоритмом смещения указателей и джиттер загрузки – обусловленный процессами выравнивания (стаффинга) при загрузке плезиохронного сигнала в псевдосинхронную систему, и аналогичный ему джиттер выгрузки (псевдосинхронного сигнала в плезиохронную систему). Измерение фазового джиттера возможно с помощью цифрового высокочастотного осциллографа в режиме накопления, а также с помощью специальных измерителей. Пример структурной схемы такого прибора (для измерения как джиттера, так и вандера) приведена на рис. ниже.

В положении переключателя 1 (с внешним источником синхросигнала), с помощью фазового детектора и ФНЧ с частотой среза 10 Гц измеряется вандер, а в положении 2 (с использованием внутреннего, синхронизируемого на основе ФАПЧ, генератора) измеряется джиттер. При этом параметры управляемого полосового фильтра задаются согласно скорости передаваемых данных и режиму цифровой сети (рекомендации G.823, G.783, G.825).