数字同步网节点分为三级:一级同步网节点设置一级时钟(即基准时钟PRC和PRS);二级同步网节点设置二级时钟(铷钟或晶体钟);三级同步网节点设置三级时钟(晶体钟)。ITU-T G.81x系列对各级时钟设备(装置)的定时性能特性指标给出了其严格的规定。
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一、基础概念
在介绍各级时钟设备的性能特性指标之前,必须要了解有效表征频率和时间稳定性的五个参数和影响定时信号质量的五种噪声。
1、五个参数是:阿伦方差(ADEV)、修正阿伦方差(MDEV)、时间方差(TDEV)、时间间隔误差的均方根值(TIErms)和最大时间间隔误差(MTIE)。在同步接口处选择了两种参数来表征瞬变和低频噪声,它们分别是MTIE和TDEV,其MTIE和TDEV的详细定义由ITU-T建议G.810给出。
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2、五种噪声是:相位调制白噪声(WPM)、闪烁相位噪声(FPM)、频率调制白噪声(WFM)、闪烁频率调制白噪声(FFM)和随机游动频率调制噪声(RWFM)。不同噪声类型的各参数特性详见下表1-2-1。由于基准时钟在同步网中担任主钟,处于自主运行状态,因此其指标要求只包括反映本身性能的几个参数(频率准确度、噪声产生和相位不连续性),而其它多项指标是时钟作为从钟在网络中应用时所必须满足的。相关的时钟指标名称的含义解释详见下表1-2-2。在相关时钟指标中要经常用到一个概念,即单位间隔UI(Unit Interval),UI等于相应接口速率的倒数,1个UI与各速率的对应关系详见下表1-2-3。
表1-2-1:不同噪声类型的各参数特性
表1-2-2:相关的时钟指标名称的含义解释
表1-2-3:UI与各接口速率的对应值
二、一级基准时钟设备的性能要求
一级时钟一般由两种类型,即由铯原子钟组成的基准时钟PRC和由GPS配铷钟(或精选优质晶体振荡器时钟)组成的基准时钟源PRS。在我国也把PRS称为区域基准LRP(Local Primary Reference),以区别于由铯钟组成的全国基准。
1、设备的性能要求
基准时钟的性能指标由ITU-T G.811《基本参考时钟的定时特性》规定,详见下表2-1-1。铯素管产生的谐振频率为9192631770Hz,此为铯原子钟产生的原始频率。铷原子发生跃阶的谐振频率为6.834GHz。
表2-1-1:ITU-T G.811规定的一级基准时钟性能指标
我国通信行业标准YD/T 1479-2006《一级基准时钟设备技术要求及测试方法》规定了我国数字同步网一级节点中使用的PRC和LPR的设备性能要求。性能指标共有4项,其中频率准确度、相位不连续性和可靠性要求详见详见表2-1-2;噪声的产生见下述;另外该标准还给出了一级基准时钟设备的环境要求(包括电源要求、温度/湿度要求),详见下表2-1-3。
表2-1-2:我国一级基准时钟设备频率准确度、相位不连续性和可靠性要求
表2-1-3:一级基准时钟设备的环境要求
2、噪声产生:
一级基准时钟的噪声产生表示在其输出接口产生的相位噪声量。噪声产生又分为漂移产生和抖动产生两类。采用最大时间间隔误差MTIE和时间方差TDEV参数描述噪声产生性能是适用的。以最大抽样时间τ0 = 1/30s,通过一个等效的10Hz单极点低通滤波器来测量MTIE和TDEV。TDEV的最小测量时间T应是积分时间τ的12倍,即T = 12τ。对于更长观察时间的测量,需要特殊考虑测量滤波器带宽或抽样时间。参见YD/T1012-1999中4.1.2的规定。
1)漂移产生:在一级基准时钟输出接口,按照ITU-T建议G.810中图2a定义的独立时钟结构进行测试,在τ(s)观察时间内MTIE和TDEV不应超过表2-2-1中的限值。其相应的MTIE和TDEV模板如图2-2-1和图2-2-2所示。
表2-2-1:作为观察时间τ的函数--—级基准时钟的MTIE限值和TDEV限值
图2-2-1:作为观察时间τ的函数--—级基准时钟的MTIE模板
图2-2-2:作为观察时间τ的函数--—级基准时钟的TDEV模板
在我国国家标准GB/T 15837-2008中,给出了用MTIE和TDEV表示的PRC接口输出的网络漂移限值,与上述表2-2-1和图2-2-1及图2-2-2基本相同。
2)抖动产生:在2048kHz和2048kbit/s输出接口,当采用一个折角频率分别为20Hz和100kHz的单极点带通滤波器测量时,在60s内测得固有抖动不应超过0.05UI。
三、二级/三基准时钟设备的性能要求
二级时钟一般由铷钟构成,也可以由晶体钟构成,只要满足二级时钟要求即可。三级时钟一般由晶体钟构成。ITU-T G.812《适用于同步网中节点时钟的从时钟的定时要求》规定了二/三级时钟的性能指标,详见下表3。在二级与三级的指标中只有频率准确度、牵引入/保持入范围和保持性能三相指标不同。在表3中有许多指标用附表表达,详见下表3-1~ 表3-9。
表3:ITU-T G.812规定的二级/三级时钟的性能指标
表3-1:二级/三级时钟的漂动产生(MTIE、TDEF)
表3-2:二级/三级时钟的抖动产生
表3-3:二级/三级时钟的输入漂动容限(MTIE、TDEF、正弦)
表3-4:二级/三级时钟的输入抖动容限(正弦)
表3-5:二级/三级时钟的噪声传递特性(TDEV)
表3-6:二级/三级时钟的相位瞬变(MTIE)
表3-7:二级时钟的保持性能--保持状态下的最大频率偏差表
表3-8:三级时钟的保持性能--保持状态下的各项参数及指标要求
表3-9:二级/三级时钟的相位不连续性(MTIE)
依据我国通信行业标准YD/T 1012《数字同步网节点时钟系列及其定时特性》给出了以基准时钟为参考基准,二级与三级时钟的定时性能,基本上是满足于上述ITU-T G.812的规定的。
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