Application Note 71

Synchronisation ±

Jitter ± Wander:

Grundlagen

und Meûtechnik

Eine ANT-20-Applikation

Wandel & GoltermannCommunications Test Solutions

Vorsprung mit innovativerJitter-/Wander-Meûtechnik

O.172

2

Inhalt

1 Einleitung 3

2 Definition und Ursache von Jitter 3

2.1 Was ist Jitter und Wander 3

2.2 Ursachen fuÈ r Jitter und Wander 3

2.3 StoÈ rwirkung durch Jitter 4

2.4 StoÈ rwirkung durch Wander 4

2.5 Wie werden Jitter

und Wander gemessen? 4

3 Jitterapplikationen 5

3.1 Messung des Ausgangsjitters 5

3.2 Messung der JittervertraÈ glichkeit (MTJ) 8

3.3 Messung der JitteruÈ bertragung (JTF) 10

3.4 Messung des Mapping-Jitters 11

3.5 Messung des kombinierten Jitters 13

4 Synchronisation 15

4.1 Aufbau eines Synchronisationsnetzes 15

4.2 Wie funktioniert

die TaktruÈ ckgewinnung 16

4.3 Taktableitung bei Netzelementen 17

4.4 Das Verwenden von Timing-Markern 17

4.5 Taktausgleich durch Pointeraktionen 19

4.6 Meûapplikationen 20

5 Wander-Applikationen 21

5.1 Wandermessung 21

5.2 Wander-Offline-Analyse 24

6 Jitter- und Wander-Meûtechnik 28

Anhang: Normen fuÈ r Jitter und Wander 30

AbkuÈ rzungen

ADM Add Drop MultiplexerANSI American National Standards InstituteAU Administrative UnitBITS Building Integrated Timing SourceDS-x Digital Signal, Level xDWDM Dense Wavelength Division MultiplexE1 2,048-kbit/s-VerbindungETSI European Telecommunication

Standardization InstituteFAS Frame Alignment SignalGPS Global Positioning SystemGSM Global System for Mobile

CommunicationsITU International Telecommunications UnionJTF Jitter Transfer FunctionLOF Loss of FrameLOS Loss of SignalMTIE Maximum Time Interval ErrorMTJ Maximum Tolerable JitterNDF New Data FlagNE NetzelementO.171 ITU-T-Empfehlung zur Jitter- und

Wander-Messung an elektrischenSchnittstellen von PDH-Systemen

O.172 ITU-T-Empfehlung zur Jitter- undWander-Messung an elektrischen undoptischen Schnittstellen vonSDH-Systemen

OC Optical CarrierPDH Plesiochronous Digital HierarchyPLL Phase Locked LoopPOH Path Overheadppm Parts per Million (10-6)PRC Primary Reference ClockPRS Primary Reference SourceRDI Remote Defect IndicationREI Remote Error IndicationRMS Root Mean SquareRx EmpfangsseiteS1 Synchronisation Status Byte

(Timing Marker)SDH Synchronous Digital HierarchySEC SDH Equipment ClockSOH Section OverheadSONET Synchronous Optical NetworkSSU Synchronisation Supply UnitSTM Synchronous Transport ModuleSTS Synchronous Transport SignalTIE Time Interval ErrorTSE Test Sequence ErrorTU Tributary UnitTx SendeseiteUI Unit Interval

Impressum

Autoren:Jochen Hirschinger, Wolfgang Miller

Herausgeber:Wandel & Goltermann GmbH & Co.Elektronische MeûtechnikMuÈ hleweg 5D-728000 Eningen u. A.Germany

AÈ nderungen vorbehaltenBestell-Nr. TP/EN/A071/0799/GEPrinted in Germany

Der Advanced Network TesterANT-20 ist der Welt-Standardim Bereich der UÈ bertragungs-meûtechnik. Als modularePlattform beherrscht er PDH,SDH, SONET und ATM und istflexibel nach KundenbeduÈ rf-nissen konfigurierbar. Einewichtige Komponente im brei-ten Funktionsumfang ist derBereich Jittermeûtechnik:. Jitter/Wander-Messungen

bei allen wichtigen Bitraten:E1, E3, E4, STM-1/4/16 bzw.DS1, DS2, DS3, STS-1/3/12,OC-1/3/12/48

. Volle KompatibilitaÈ t zum Stan-dard ITU-T O.172 ermoÈ glichtaussagekraÈ ftige, vergleichbareund praÈ zise Meûergebnisse

. Graphische Ergebnisdar-stellung mit Zoom-Funktionstellt sicher, daû auch beiLangzeitmessungen Detail-fehler entdeckt werden koÈ n-nen. NuÈ tzlich auch fuÈ r Ab-nahmeprotokolle.

. Automatisierung durch CATSTest Sequencer: erhoÈ ht dieEffizienz bei haÈ ufig wieder-kehrenden Messungen undbei Langzeitmessungen

. PC-Konzept, Windows-BedienoberflaÈ che, Touch-sreen; Meûergebnisse undSetups koÈ nnen praktisch inbeliebiger Menge auf HD ge-speichert werden. Floppy-Disk-Drive fuÈ r Datenaustausch.Offline-Analyse gespeicherterErgebnisse sind mit jedemPC moÈ glich. PCMCIA-Steck-plaÈ tze fuÈ r einfaches Instal-lieren von Modems und/oderLAN-Karten.

1 Einleitung

2 Definition und Ursache von Jitter

2.1 Was ist Jitter und Wander?

Jitter:Als Jitter bezeichnet man die periodischen oderstochastischen Abweichungen der Kennzeitpunkteeines Digitalsignals gegenuÈ ber ihren idealen, aÈ qui-distanten Sollzeitpunkten (Bild 1). Mit anderen Wor-ten: Die Flanken eines Digitalsignals liegen zeitlichetwas fruÈ her oder spaÈ ter, verglichen mit einem voÈ l-lig gleichmaÈ ûigen, absoluten Zeitraster (Referenz-takt).

Wander:Jitter mit sehr langsamen PhasenaÈ nderungen be-zeichnet man als Wander. ITU-T G.810 hat dieGrenze zwischen Jitter und Wander bei 10 Hz fest-gelegt.

2.2 Ursachen fuÈ r Jitter und Wander

StoÈ rsignale:ImpulsgeraÈ usch oder UÈ bersprechen koÈ nnen Pha-senschwankungen verursachen, die sich eher aushochfrequenten Anteilen zusammensetzen undeinen unsystematischen (stochastischen) Jitter er-zeugen.

Muster-Jitter:Verzerrungen des Digitalsignals fuÈ hren zu einer so-genannten Intersymbolinterferenz, einem zeitlichenImpulsnebensprechen. Dabei liegt eine Interferenzzwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des Digi-talsignals vor. Es entsteht dadurch ein vom MusterabhaÈ ngiger systematischer Jitter.

Phasenrauschen:Obwohl in SDH/ SONET-Systemen die Taktgenera-toren meist auf einen Referenztakt synchronisiertwerden, verbleiben doch Phasenschwankungen,

die z. B. durch thermisches Rauschen oder durchDrift der verwendeten Oszillatoren verursacht wer-den. Dabei fuÈ hren die schnelleren PhasenaÈ nderun-gen durch das Rauschen zu Jitter, waÈ hrend dietemperatur- und alterungsbedingte Drift zu lang-samen PhasenaÈ nderungen und damit zu WanderfuÈ hrt.

Laufzeitschwankungen:AÈ nderungen der Signallaufzeit auf dem UÈ bertra-gungsweg fuÈ hren zu entsprechenden Phasen-schwankungen. In der Regel sind diese Abwei-chungen relativ langsam. Zum Beispiel entstehensolche LaufzeitaÈ nderungen in optischen Faserndurch die taÈ glichen Temperaturschwankungen. Da-mit liegt diese Komponente vorwiegend im Bereichdes Wanders.

3

Der staÈ ndig steigende Informationsbedarf unserermodernen Industriegesellschaft bringt an derSchwelle in ein neues Jahrtausend die Telekom-munikationsmaÈ rkte in Bewegung. Die Anforde-rungen an moderne UÈ bertragungsnetze steigenstaÈ ndig.Netzbetreiber konkurrieren mit neuen Diensten(ATM, GSM), sichern hoÈ here Performancewerte zu(minimale Bitfehlerrate, hohe VerfuÈ gbarkeit) undbieten dem Endkunden wirtschaftliche LoÈ sungendurch flexible Bandbreitenangebote. TechnischeFolgen dieser Entwicklung sind aufwendigereUÈ bertragungsverfahren, hoÈ here UÈ bermittlungs-geschwindigkeiten und komplexer werdende Netz-topologien. Synchrone Netze basierend auf derSDH/SONET-Technik sind bestens geeignet, die-

sen Anforderungen gerecht zu werden. Sie habensich heute im Bereich der UÈ bertragungstechnikweitgehend durchgesetzt.Allerdings stellen diese Netze hohe AnspruÈ che anden Synchronismus und damit an die Phasen-stabilitaÈ t der Takt- und Datensignale.Im praktischen Betrieb fuÈ hren verschiedene StoÈ r-einfluÈ sse zu mehr oder weniger groûen Abwei-chungen von einem streng synchronen Zustand.Sie aÈ uûern sich als Jitter oder Wander und fuÈ hrendurch die damit verbundenen Bitfehler, Slips, Da-tenverluste oder Frequenzinterferenzen zu Quali-taÈ tseinbuûen bei der UÈ bertragung. Deshalb gehoÈ rtder Nachweis des geforderten Sychnronzustandszu den wichtigen Meûaufgaben bei der Abnahmeund im Betrieb der Netzelemente.

Ideales Zeitraster

Zeit

Jitter-freierTakt

Jitter-behafteterTakt

Takt-abwei-chungund Jitter

Bild 1: Die Abweichung der Taktflanken gegenuÈ ber einem idealen Zeitrasterbezeichnet man als Jitter

Stopf- und Wartezeit-Jitter:Beim Multiplexen muÈ ssen asynchrone Digital-signale an die UÈ bertragungsrate des hoÈ her getak-teten Systems durch das EinfuÈ gen von Stopfbitsangepaût werden. Diese Stopfbits muÈ ssen beimDemultiplexen wieder entfernt werden. Die dadurchentstehenden LuÈ cken gleicht ein geglaÈ tteter Taktaus. Diese GlaÈ ttung kann nicht perfekt sein, so daûein Stopf- und Wartezeit-Jitter entsteht.

Mapping-Jitter:Plesiochrone oder asynchrone Signale werdendurch Bitstopfen in Container synchroner Signalegemappt. Am naÈ chsten terminierenden Multiplexerwerden die plesiochronen Zubringer wieder ausge-packt. Aufgrund des vorangegangenen Bitstopfensentstehen dabei LuÈ cken im wiedergewonnenenSignal, welche durch PLL-Schaltungen ausge-glichen werden. Trotzdem verbleibt eine gewissePhasenmodulation, die man als Mapping- oderauch Stopf-Jitter bezeichnet (siehe Abschnitt 3.4)

Pointer-Jitter:Taktdifferenzen zwischen zwei Netzen oder zwi-schen SDH-Netzelementen werden durch Pointer-bewegungen ausgeglichen. Die PointerspruÈ ngebetragen je nach Multiplexebene acht oder 24 Bit.Wenn das Zubringersignal am Endpunkt wiederausgepackt wird, sind dort diese Phasen-aÈ nderungen ebenfalls vorhanden. Sie werdendurch eine PLL-Schaltung geglaÈ ttet. Die Rest-phasenmodulation nennt man Pointer-Jitter. Nebendem Pointer-Jitter tritt am ausgepackten Signalstets auch der Mapping-Jitter auf, so daû man im-mer die Summe der beiden miût, den sogenanntenkombinierten Jitter (siehe Abschnitt 3.5)

2.3 StoÈ rwirkungen durch Jitter

TaktruÈ ckgewinnungsschaltungen in Netzelementenhaben die Aufgabe, mit Hilfe des zuruÈ ckgewonne-nen Bittaktes das Digitalsignal korrekt, d. h. moÈ g-lichst in der Mitte des Bits abzutasten. Sind sowohldas Digitalsignal als auch der Takt mit gleichem Jit-ter behaftet, so aÈ ndert sich die Lage des Abtast-zeitpunkts trotz groûer Jitterauslenkung nicht. Esentstehen keine Fehlabtastungen und damit auchkeine Bitfehler. Dies ist streng genommen aber nurbei niederfrequentem Jitter der Fall, bei dem dieTaktruÈ ckgewinnungsschaltung einer PhasenaÈ n-derung des Digitalsignals uneingeschraÈ nkt folgenkann. Bei hoÈ heren Jitter-Frequenzen kann die Takt-ruÈ ckgewinnung dagegen den schnellen Pha-senaÈ nderungen des Digitalsignals nicht mehr fol-gen. Es kommt zu Phasenverschiebungen, die beiWerten oberhalb 0,5 Taktperioden (UI) prinzipiell zueiner Fehlabtastung des Bitelements und damit zuBitfehlern fuÈ hren.

Durch die zusaÈ tzliche Verzerrung des Digitalsignalsist der Entscheidungsbereich in der Praxis deutlichkleiner. Bei sehr groûen Jitter-Amplituden tretenBitfehler so haÈ ufig auf, daû selbst eine Rahmen-synchronisation nicht mehr moÈ glich ist (Loss ofFrame, LOF).

2.4 StoÈ rwirkungen durch Wander

Die PhasenaÈ nderungen des Wanders fuÈ hren nichtzu Bitfehlern wie beim Jitter, da der zuruÈ ckgewon-nene Takt diesen langsamen PhasenaÈ nderungenleicht folgen kann. UÈ ber laÈ ngere Zeiten koÈ nnen sichdie Wander-Amplituden jedoch zu sehr hohen Wer-ten akkumulieren. Sehr hohe Wander-AmplitudenkoÈ nnen z. B. die an Netz- und Vermittlungsknotenaus verschiedenen Richtungen eintreffendenDigitalsignale gegeneinander aufweisen. Da dieDigitalsignale intern mit einem gemeinsamen Taktweiterverarbeitet werden, muÈ ssen Zwischenpufferden Wander ausgleichen.

In SDH/SONET-Knoten koÈ nnen diese Zwischen-puffer relativ klein sein, da eine Anpassung mit Hilfevon Pointeraktionen moÈ glich ist. Allerdings koÈ nnendie Pointeraktionen zu hohen Jitter-Amplitude destransportierten Payload-Signals am Zubringeraus-gang fuÈ hren.

In Vermittlungsknoten kann jedoch beim UÈ ber-laufen der Zwischenpuffer der Ausgleich nur durchInkaufnahme eines kontrollierten Rahmenschlupfsausgeglichen werden. Damit fehlen aber Teile desuÈ bertragenen Signals, so daû Folgefehler (Fehler-bursts) auftreten koÈ nnen, die jedoch keine Alarmedurch Rahmensynchronisationsverlust (LOF) oderRahmenbitfehler (FAS) ausloÈ sen.

2.5 Wie werden Jitter und Wandergemessen?

Jittereffekte:Um Jittereffekte zu erfassen, wird das anliegendeSignal regeneriert, also ein quasi-jitterfreies Signalerzeugt, und mit diesem verglichen. Somit ist fuÈ reine Jittermessung keine externe Referenztakt-quelle notwendig. Die maximal meûbare Jitter-Frequenz haÈ ngt von der Bitrate ab und reicht bei2,488 Gbit/s (STM-16/OC-48) bis zu 20 MHz. DieMaûeinheit fuÈ r die Jitteramplitude ist UI (Unit Inter-val), wobei 1 UI einer Abweichung von einer Bit-breite entspricht. Um Jitterwerte genau erfassen zukoÈ nnen, sind Meûzeiten im Minutenbereich erfor-derlich.

Wandereffekte:FuÈ r die Wandermeûtechnik ist eine externe, moÈ g-lichst genaue Referenztaktquelle notwendig. AlsMaûeinheit fuÈ r die Wanderamplitude hat sich derabsolute Betrag in ns (10±9 Sekunden) als prak-tikabler erwiesen als das beim Jitter uÈ bliche UI.Die extrem niedrigen Frequenzkomponenten immHz-Bereich erfordern entsprechend lange Meû-zeiten bis zu 106 s.

4

Die Verschiedenheiten bei Jitter und Wanderkommen auch in den unterschiedlichen Meû-applikationen zum Ausdruck, obwohl es sich inbeiden FaÈ llen um Phasenschwankungen handelt,die gemessen und ausgewertet werden muÈ ssen(Tabelle 1). Eine prinzipielle Beschreibung derFunktionsweise eines Jitter-/Wander-MeûgeraÈ tssowie eine NormenuÈ bersicht ist im Kapitel 6 zufinden.

3 Jitterapplikationen

3.1 Messung des Ausgangsjitters

Ein gewisses Maû an Jitter entsteht am Ausgangeines Netzelements selbst dann, wenn am Eingangein voÈ llig jitterfreies Digital- bzw. Taktsignal anliegt.Verantwortlich fuÈ r diesen sogenannte Eigen-Jitterist die Baugruppe selbst. Ursachen dafuÈ r sind:

. Thermisches Rauschen in Taktoszillatoren

. Nebenwellen von Quarzen in Taktoszillatoren

. RuÈ ckwirkungen anderer Systembausteine aufdie Taktversorgung (UÈ bersprechen)

. MusterabhaÈ ngige Laufzeiten in Scramblern undCodierern

. Unzureichende Flankensteilheit des Digital-signals

Vor der Installation von Netze lementen emp-fiehlt sich, den Ausgangsjitter zu messen, umsicherzustellen, daû die Maximalwerte nicht uÈ ber-schritten werden (s. Anhang, Tabelle 1). So lassensich Probleme beim Zusammenspiel mit anderenNetzelementen vermeiden und jitterbedingte UÈ ber-tragungsstoÈ rungen von vornherein ausgrenzen(Bild 2).

FuÈ r den Ausgangsjitter von Netzschn i t ts te l l engibt es separate Normen (siehe Anhang, Tabelle 2),die einzuhalten sind. Sie stellen sicher, daû an kei-ner Netzschnittstelle die Jittertoleranz verletzt wird.Ein solcher Test ist vor allem beim Verschalten vonStrecken/Pfaden zwischen zwei Netzbetreibernvon groûem Interesse. Er sollte deshalb auch Be-standteil jeder Standard-Abnahmeprozedur sein.

Die Werte sind innerhalb festgelegter Jitter-Band-breiten zu uÈ berpruÈ fen. Meist existieren zwei Jitter-Werte, ein Wert fuÈ r den hochfrequenten Jitter undein Wert fuÈ r den breitbandigen Jitter (siehe auchKapitel 6: ¹Jitterbewertungª)

MeûprinzipDas zu testende Signal wird an den EmpfaÈ nger desANT-20 angeschlossen (Bild 2). Der Sender desMeûgeraÈ ts kann dazu verwendet werden, um anden Eingang des PruÈ flings ein guÈ ltiges Signal an-zulegen, das verhindert, daû ein Alarm ausgeloÈ stwird. FuÈ r die Meûzeit gibt es keine allgemeinenNormen. In der Praxis haben sich aber 5 Minutengut bewaÈ hrt. Maûgebend fuÈ r die Bewertung ist dermaximale Jitter-Spitzenwert (UIpp) innerhalb derMeûzeit.

5

Jitter Wander

Frequenzbereich derPhasenaÈ nderungen

410 Hz 0±10 Hz

HauptstoÈ rwirkung Verursacht Bitfehler Synchronisations-probleme

Referenztaktquelle fuÈ rMessung

Nicht notwendig Absolut notwendig

Maûeinheit fuÈ r Amplitude UI (Unit Interval) ns

Meûzeiten Im Minutenbereich Langzeitmessungen(Stunden, Tage)

Tabelle 1: Vergleich Jitter und Wander und Auswirkungen auf die Meûtechnik

Tx

Rx

Jittermessung

Netz-element

Tx

RxNetz

Jittermessung

Bild 2: Messung des Ausgangsjitters von Netzelementen und Netzschnittstellen

3.1.1 Darstellung der Meûergebnisse

Der ANT-20 kann durch seine grafischen undnumerischen DarstellungsmoÈ glichkeiten die Meû-ergebnisse als Tabelle oder als Meûkurve aus-geben, und zwar als:± aktuelle Werte± Maximalwerte innerhalb einer bestimmten Meû-

dauer oder als± Meûwerte uÈ ber einer ZeitachseDurch diese Vielzahl der DarstellungsmoÈ glichkeitenlassen sich Ursachen fuÈ r erhoÈ hten Jitter oder einedaraus resultierende Korrelation mit UÈ bertragungs-fehlern systematisch analysieren und aufdecken(Bilder 3 und 4). Eine ErklaÈ rung der Jitter-Meû-groÈ ûen finden Sie im Kasten auf Seite 7.

Anzeige von Momentanwerten:Es kann der Jitter-Spitzenwert (peak-peak) oderder Effektivwert (RMS) gemessen werden. Zu-saÈ tzlich ist eine ZaÈ hlung der PhasenspruÈ nge(Phase Hits) moÈ glich (ErklaÈ rung der Begriffe sieheSeite 7). Bild 3 zeigt als Beispiel die Meûergebnis-darstellung bei einer Messung der Jitter-Spitzen-werte. Das MeûgeraÈ t ermittelt den jeweiligen posi-tiven und negativen Wert einer PhasenaÈ nderung(voreilende und nacheilende Flanken). Gleichzeitigwerden die ¹Phase Hitsª erfaût. Das Ergebnis wirdlaufend angezeigt (¹Current Valuesª). ZusaÈ tzlichlassen sich die Maximalwert (¹Max. Valuesª), diewaÈ hrend einer bestimmten Meûdauer auftreten,erfassen und am Ende der Messung darstellen.

¹Jitter uÈ ber Zeitª-Darstellung:Es kann der Jitter-Spitzenwert (¹peak-peakª) oderder Effektivwert (RMS) uÈ ber der Zeit aufgezeichnetwerden. Diese Art der Meûergebnisdarstellung istbesonders fuÈ r LangzeituÈ berwachung (In-Service-Monitoring) und Fehlersuche interessant. DerANT-20 stellt mehrere In-Service-AnalysemoÈ glich-keiten zur VerfuÈ gung. So lassen sich z. B. Anoma-lien und Defekte mit Zeitstempel erfassen, waÈ hrendgleichzeitig eine Langzeitmessung des JittersdurchgefuÈ hrt wird. Damit kann ggf. auf eine moÈ g-liche Korrelation zwischen erhoÈ hten Jitterwertenund UÈ bertragungsfehlern geschlossen werden. Diegrafische Darstellung erleichtert hierbei das Auf-finden von Extremwerten. Treten z. B. bei einerbereits in Betrieb befindlichen Strecke vermehrtBitfehler auf, deren Ursache unbekannt ist, kanndamit systematisch nach der Fehlerursachegeforscht werden.

6

Bild 3: Ergebnisfenster zur numerischen Darstellungder Meûwerte, hier JitterSpitzenwerte und Phase-Hits

Bild 4: Die Darstellung ¹Jitter over Timeª ermoÈ glicht dieAufzeichnung von zeitabhaÈ ngigen Jitterwerten. Negative undpositive Spitzenwerte oder Spitze-Spitze-Werte lassen sichaufzeichnen.

Beispiel:Jitterakkumulation bei Regeneratoren

Regeneratoren besitzen in der Regel keine aufwen-dige TaktruÈ ckgewinnung. Jitter wird deshalb breit-bandig zum Ausgang uÈ bertragen. Aus diesemGrund kann sich Jitter in einer Regenerator-UÈ ber-tragungskette unter UmstaÈ nden zu sehr hohenWerten akkumulieren, die ggf. zulaÈ ssige Grenz-werte uÈ berschreiten.

Zur Qualifizierung von Eigenjitter bei Regenera-toren kann der RMS-Wert zweckmaÈ ûig sein. Gehtman davon aus, daû es sich um nicht-systemati-schen Jitter handelt, kann von einer leistungs-maÈ ûigen Addition der einzelnen JitterbeitraÈ ge allerRegeneratoren innerhalb einer Kette ausgegangenwerden (¹Power Lawª).

Der Effektivwert des Jitters am Ausgang einer Ketteaus N Regeneratoren kann nach der folgenden For-mel berechnet werden:

J = HJREG12 + JREG2

2 + ... +JREGN2

ÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐÐ

Bei N gleichen Regeneratoren gilt die vereinfachteFormel:

J = HN ´ JREG

ÐÐб

Daraus laÈ ût sich der maximal zulaÈ ssige Jitterwerteines Renerators berechnen, wenn der maximaleJitter (Jmax ) am Ende einer aus N Regeneratorenbestehenden Kette nicht uÈ berschritten werdendarf:

JREG = Jmax/HN (N = Anzahl der Regeneratoren)ÐÐÐÐ

Der maximal erlaubte Ausgangsjitter von Netzele-menten und Netzen ist im Anhang (Tabelle 1 undTabelle 2) dargestellt.

7

Bild 5: Definition derJitter-Amplitude UIpp

Jitter (UIpp) Jitter-AmplitudeSpitze-Spitze-Wert

Meûzeit

Definition der Jitter-MeûgroÈ ûen

Unit Interval (UI)Maûeinheit fuÈ r die Jitter-Amplitude. Ein UI ent-spricht einer Auslenkung um eine Taktperiodedes Bittakts. Der Bezug auf die LaÈ nge einerTaktperiode macht die Maûeinheit UI unabhaÈ n-gig von der Bitrate und der Signalcodierung.

Spitze-Spitze-WertDen Abstand zwischen dem hoÈ chsten unddem niedrigsten Jitterwert bezeichnet man alsJitter-Amplitude. Sie wird als Spitze-Spitze-Wert UIpp gemessen (Bild 5).

PhasenspruÈ nge (Phase Hits)Die Erfassung des Spitze-Spitze-Wertes sagtnoch nichts uÈ ber die HaÈ ufigkeit der UÈ berschrei-tung erlaubter Jitteramplituden aus. Phase Hitssind Jitterpeaks, die einen (einstellbaren)Amplitudenwert uÈ berschreiten. Durch eineZaÈ hlung der Phase Hits kann somit das Jitter-verhalten besser beurteilt werden. DaruÈ ber hin-aus zeigt die Darstellung ¹Jitter uÈ ber Zeitª diezeitliche Verteilung von PhasenspruÈ ngen (sieheBild 4).

Effektivwert (Root Mean Square, RMS)Der Effektivwert des Jittersignals ist ein MaûfuÈ r die Jitter-Rauschleistung. Spitzenwerte, diezu Bitfehlern fuÈ hren, werden bei der RMS-Messung nicht erfaût. Es wird statt dessen nurder quadratische Mittelwert gebildet, wobeidie Integrationszeit nicht standardisiert ist.In einigen Standards (z. B. ITU-T G.958,ANSI T1.105.03) werden RMS-Messungen zurCharakterisierung von Regeneratoren heran-gezogen (siehe nebenstehendes Beispiel).

STM-NOC-M Regenerator

1

Regenerator2

Regenerator3

Jitter-Power

Jitter-Power

Reg 1

Reg 2

Reg 1

Jitter-Power

Reg 3

Reg 2

Reg 1

Bild 6: Die Jitterakkumulation an einer Kette aus Regeneratoren erfolgt durch Additionder Effektivwerte (¹Power Lawª)

3.2 Messung der Jitter-VertraÈ glichkeit (MTJ)

Optische und elektrische EingaÈ nge von UÈ bertra-gungs- und Zubringer-Schnittstellen muÈ ssen be-stimmte maximale Jitter-Amplituden tolerieren koÈ n-nen (Maximum Tolerable Jitter, MTJ), ohne daû siedabei die Information des Signals verlieren. Die Er-fuÈ llung dieser Forderung wird in der Produktion undbei der Abnahme von Netzelementen nachge-wiesen.

3.2.1 Meûprinzip

Das MeûgeraÈ t legt an den Eingang des Netzele-ments (Bild 7) ein Testsignal an, das mit sinus-foÈ rmigem Jitter moduliert ist. Je nach Konfigurationdes Netzelements wird die Fehlerfreiheit am UÈ ber-tragungs- oder am Zubringerausgang getestet(Error Detection). Wenn REI (Remote Error Insertion)verfuÈ gbar ist, kann in der RuÈ ckleitung der gleichenSchnittstelle getestet werden, d. h. ohne Schleifeam fernen Ende (siehe Abschnitt 3.2.5).

WaÈ hrend der Messung wird bei verschiedenenJitter-Frequenzen die Jitter-Amplitude so lange er-hoÈ ht, bis am Ausgang des Netzelements Bitfehlerauftreten, die einen definierten Wert uÈ berschreiten.Die Jitter-Amplitude, bei welcher der Ausganggerade noch fehlerfrei arbeitet, ist der MTJ fuÈ r denstimulierten Eingang.

Ein MTJ-Test laÈ ût sich mit dem ANT-20 mit Hilfeeines automatischen Algorithmus durchfuÈ hren.Damit kann die gesamte Meûkurve, die aus vielenEinzeltests besteht, sicher und schnell aufgenom-men werden. Durch eine sukzessive Approximationist gewaÈ hrleistet, daû reproduzierbare Meûergeb-nisse erzeugt werden und somit die tatsaÈ chlicheVertraÈ glichkeitsreserve gegenuÈ ber der Grenzkurveeindeutig bestimmt wird. Dazu beginnt das Meû-geraÈ t bei Jitter-Amplituden von 50% des Toleranz-wertes. Je nach Ergebnis wird die Amplitude umdie HaÈ lfte des eingestellten Wertes erhoÈ ht odererniedrigt bis zur feinsten AufloÈ sung, wobei demNetzelement einstellbare Erholzeiten eingeraÈ umtwerden.

3.2.2 Darstellung der Meûergebnisse

Der ANT-20 kann die Meûwerte grafisch als Kurveoder numerisch als Tabelle darstellen. In dernumerischen Darstellung wird zusaÈ tzlich gekenn-zeichnet, ob die geforderte Grenzkurve unter-schritten wurde. FuÈ r spezielle Anwendungen koÈ n-nen die vorhandenen Standard-Ausgabemaskenbeliebig angepaût werden.

Merke: Die Meûpunkte bei MTJ sollten uÈ berder Toleranzmaske liegen

Um den MTJ-Algorithmus auf den PruÈ fling an-zupassen, koÈ nnen im Fenster die folgenden Para-meter eingestellt werden:

. Gate Time: Testintervall, waÈ hrend dessen einejeweilige Amplituden-/ Frequenzkombinationlaut Algorithmus anliegt.

. Error Source: Art des Fehlerereignisses, das in-nerhalb des Testintervalls (Gate Time) gezaÈ hltwerden soll, in der Regel TSE (Bitfehler im Test-muster).

. Error Threshhold: Einstellbare Fehlerschwelleals Entscheidungskriterium fuÈ r den Algorithmus.

. Settling Time: Erholzeit, in der ein jitterfreiesSignal anliegt und die nach jeder Amplituden-bzw. Frequenzkombination dem PruÈ fling ein-geraÈ umt wird, um das Einschwingverhalten zuberuÈ cksichtigen.

8

Jittersimulation

Tx

Rx

Error Detection

Netz-element

Bild 7: Jitter-VertraÈ glichkeitstest an einem ADM (UÈ bertragungsschnittstelle) Bild 8: Grafisches Meûergebnis desJitter-VertraÈ glichkeitstests

Entscheidungsprozess des Algorithmus:

Treten waÈ hrend der ¹Gate Timeª so viele Fehler-ereignisse (z. B. TSE) auf, daû sie die eingestellteSchwelle uÈ berschreiten, so gilt die angelegte Am-plitude als nicht toleriert, d. h. es muû im naÈ chstenSchritt eine kleinere Amplitude eingestellt werden.

3.2.3 Fast-MTJ-Messung

Zur schnellen Beurteilung von Netzelementen stehteine weitere Methode zur VerfuÈ gung: Der schnelleMaskenvergleich (Fast-MTJ-Messung). Dabeiwerden nur die Jitter-Amplituden der Grenzkurveeingestellt und das Ausgangssignal fuÈ r dieseAmplituden auf Fehlerfreiheit getestet. Das Ergeb-nis dieser Messung laÈ ût erkennen, ob die Grenz-kurve verletzt wurde. Dagegen erhaÈ lt man keineAussage, welche VertraÈ glichkeitsreserve der Ein-gang des Netzelements aufweist. Um einen Sicher-heitsabstand zur Norm zu schaffen, ist auch dieseMaske editierbar.

3.2.4 MTJ-Messung mit1-dB-Optical Penalty

Diese Meûmethode wird z. B. in der ITU-T Empfeh-lung O.171 wie folgt beschrieben:

. Zwischen Ausgang des MegeraÈ ts (Tx) und Ein-gang des PruÈ flings (Rx) wird ein einstellbaresoptisches DaÈ mpfungsglied geschaltet.

. Der optische Pegel wird so eingestellt, daû eineGrenzbitfehlerrate von z. B. 4610±10 erreichtwird (diese Bitfehlerrate entspricht z. B. beiSTM-16 einem Bitfehler pro Sekunde).

. Bei einer ErhoÈ hung des Pegels um 1 dB solltenkeine Bitfehler mehr auftreten.

. DurchfuÈ hrung der MTJ mit einem ¹ErrorThreshholdª von 1 (TSE) und einer ¹Gate Timeªvon 1 s.

3.2.5 MTJ-Messungen ohne Schleife

Manchmal ist es nicht moÈ glich, Bitfehler bzw. TSE(Test Sequence Error) eines Testsignals zur Aus-wertung heranzuziehen. In diesem Fall kann mandie interne Fehlersignalisierung der Netzelementeselbst nutzen. Dazu wird im Jitter-Generator/Analyzer ¹Error Sourceª auf ¹REIª eingestellt undein MTJ-Test durchgefuÈ hrt.

So werden z. B. von SDH/SONET-Netzelementenbeim Auftreten von Bitfehlern ParitaÈ tsverletzungenerkannt und in RuÈ ckrichtung als REI gemeldet, undzwar unabhaÈ ngig davon, was sich in dem Nutz-signal befindet. Diese REI koÈ nnen zur MTJ-Quali-fizierung herangezogen werden. Eine konkreteAnwendung findet bei ATM-Netzelementen statt,da im Weitverkehrsbereich die physikalischeSchicht bei ATM meist auf SDH/SONET basiert.

9

Bild 9: Jitter-Toleranz nach G.825, T1.105.03, GR-257, EN302 084

Bild 10: Jittertoleranz nach G.823, G.824, GR-499

f0 f1 f2 f3 f4

STM-1OC-3

STM-16OC-48

STM-4OC-12

OC-3

A3

A2

A1

UIpp

! ! !

DS-1 !!

!

!!

!!

!!

!

!

!! ! ! ! !

DS-3

2M

8M

39M

140M

A2

A1

f0 f1 f2 f3

UIpp

Jitte

r-F

req

uenz

Jitter-Frequenz

Definition der JittervertraÈ glichkeit(Maximum Tolerable Jitter MTJ)

Jede digitale Eingangsschnittstelle muû ein bestimmtes Maû anJitter tolerieren koÈ nnen, ohne daû Bitfehler oder Synchronisations-fehler entstehen. Deshalb sind Toleranzmasken fuÈ r die zulaÈ ssigenJitter-Amplituden bei verschiedenen Jitter-Frequenzen spezifiziert(Bilder 9 und 10).Zur Messung fuÈ hrt der Jitter-Generator dem Eingang des Testobjektsein Digitalsignal zu, das mit sinusfoÈ rmigem Jitter moduliert ist.Ein BitfehlermeûgeraÈ t uÈ berwacht das Testobjekt auf Bitfehler undAlarme, die durch die ErhoÈ hung der Jitter-Amplitude fruÈ her oderspaÈ ter auftreten.Das erste Auftreten von Fehlern markiert den Jitter-VertraÈ glichkeits-wert. Liegen alle diese Werte uÈ ber der Toleranzmaske, dann ist dieJitter-Toleranz erfuÈ llt.

30 Hz 300 Hz 2 kHz 20 kHz 400 kHz

19.3 Hz30 Hz

500 Hz300 Hz

6.5 kHz6.5 kHz

65 kHz65 kHz

1.3 MHz1.3 MHz

9.65 Hz30 Hz

1 kHz300 Hz

25 kHz25 kHz

250 kHz250 kHz

5 MHz5 MHz

12.1 Hz600 Hz

5 kHz6 kHz

100 kHz100 kHz

1 MHz1 MHz

20 MHz20 MHz

Minimale Jitter-Toleranzin UIpp

62215

15615

3915 15

1.51.5

1.51.5

1.51.5 1.5

0.15

0.15

0.05

0.15

0.15

0.15 0.15

10 Hz 500 Hz 8 kHz 40 kHz

10 Hz 2.3 kHz 60 kHz 300 kHz

20 Hz 2.4 kHz 18 kHz 100 kHz

20 Hz 400 Hz 3 kHz 400 kHz

100 Hz 1 kHz 10 kHz 800 kHz

200 Hz 500 Hz 10 kHz 3.5 MHz

1.5 1.5 1.5 1.5 5 5

0.075 0.15 0.2 0.2 0.1 0.1

3.3 Messung der Jitter-UÈ bertragungsfunktion (JTF)

FuÈ r die SignaluÈ bertragung auf langen optischenStrecken benoÈ tigt man zwischengeschalteteRegeneratoren. Diese bauen das Ausgangssignalaus dem Eingangssignal neu auf.Am Eingang vorhandener Jitter wird dabei gemaÈ ûder JitteruÈ bertragungsfunktion (Jitter TransferFunction, JTF) auf den Ausgang uÈ bertragen. Tretenzu groûe Jitter-VerstaÈ rkungen auf, so kann dies zuJitter-Akkumulation und damit letztlich zur UÈ ber-schreitung zulaÈ ssiger Jitter-Werte fuÈ hren. Die Folgesind Bitfehler oder Signalverlust. Durch die Mes-sung der JTF koÈ nnen solche Effekte fruÈ hzeitig er-kannt und behoben werden. Auch beim Testen vonDWDM-Systemen ist die JTF-Messung wichtig.

3.3.1 Meûprinzip

Das MeûgeraÈ t legt an den Eingang des zu pruÈ fen-den Netzelements ein Testsignal an, das mit sinus-foÈ rmigem Jitter moduliert ist. In Bild 11 ist die PruÈ -fung eines 2,5-Gbit/s-Regenerators dargestellt.

Die Jitter-Amplitude wird dabei so groû wie moÈ glichgewaÈ hlt, sie muû jedoch fuÈ r den Eingang noch gutvertraÈ glich sein. Durch die hohe Amplitude wirddas Signal-Rausch-VerhaÈ ltnis und damit die Ge-nauigkeit der Messung verbessert.

Die Jitter-Amplitude am Ausgang des Netz-elements wird gemessen und daraus die JTF be-rechnet. Diese Messung wird bei einer Reihe vonJitterfrequenzen im UÈ bertragungs- und Sperr-bereich durchgefuÈ hrt. Die Genauigkeit kann durchStoÈ rjitter auûerhalb der Testfrequenz vor allem beikleineren Amplituden beeintraÈ chtigt werden. PraÈ -zise Meûergebnisse lassen sich erreichen, wenndurch eine schmalbandige Selektion des Test-signals die StoÈ reinfluÈ sse reduziert werden.

FuÈ r die automatische Messung der gesamten JTF-Kurve bietet der ANT-20 einen Meûmodus, in demselbstaÈ ndig alle Meûpunkte durchlaufen werden.Dieser Meûmodus kann auch eine Referenz-messung (Kalibrierung) einschlieûen.

3.3.2 Ausgabe der Meûergebnisse

Die Meûergebnisse werden auf Knopfdruck alsGrafik oder als numerische Werte in Tabellenformausgegeben. FuÈ r spezielle Anforderungen koÈ nnensowohl die vorhandenen Standard-Ausgabe-masken gewaÈ hlt als auch die Sende-Amplitude be-liebig angepaût werden (die Einstellung erfolgt mitdem Editor).

Einstellbar ist auch die Erholzeit (Settling Time), diedas Einschwingverhalten beruÈ cksichtigt und nachjedem Wechsel der Jitterfrequenz dem PruÈ fling ein-geraÈ umt wird.

Merke: Die Meûpunkte der JTF sollten unterder Toleranzmaske liegen

10

Jitter-Simulation

Jitter-Messung

Tx

Rx

A B

OC-48/STM-16Regenerator

Bild 11: Bestimmung der Jitter-UÈ bertragungsfunktion Bild 12: Grafisches Meûergebnis einer automatischenMessung der Jitter-UÈ bertragungsfunktion (JTF)

3.4 Messung des Mapping-Jitters

Plesiochrone oder asynchrone Signale werdendurch Bitstopfen in Container (bei SONET: Tributa-ries) synchroner Signale gemappt. Am naÈ chsten ter-minierenden Multiplexer werden die plesiochronenZubringer wieder ausgepackt. Aufgrund des voran-gegangenen Bitstopfens entstehen dabei LuÈ ckenim wiedergewonnenen Signal, welche durch PLL-Schaltungen ausgeglichen werden. Trotzdem ver-bleibt eine gewisse Phasenmodulation, die Map-ping-Jitter oder auch Stopf-Jitter genannt wird.Die Frequenz des Stopfvorgangs ist von derSystemverstimmung des plesiochronen ZubringersabhaÈ ngig. Hierbei gibt es fuÈ r jede ZubringerbitrateToleranzen fuÈ r die maximale Verstimmung (Zieh-bereich siehe Tabelle 2, Seite 12).

3.4.1 Meûprinzip

Der ANT-20 sendet ein plesiochrones Signal in denZubringereingang eines Netzelements, z. B. in einenAdd-Drop-Multiplexer (ADM) in Bild 14.

Der Zubringer wird im ADM in ein synchrones Signaleingemappt. Am fernen Ende wird das synchroneSignal geschleift, der Zubringer ausgepackt unddem MeûgeraÈ t zugefuÈ hrt.Das MeûgeraÈ t fuÈ hrt am ausgepackten Signal eineJitter-Analyse mit definierten Filtern durch. DerMapping-Jitter wird uÈ berwacht, waÈ hrend der ple-siochrone Zubringer in seiner Frequenz bis hin zuden Toleranzgrenzen (siehe Tabelle 2, Seite 12) ver-stimmt wird. Dieser zeitaufwendige Vorgang kannmit Hilfe des Software-Tools CATS Test Sequencerautomatisiert werden.Zur Vermeidung von Jitter-BeitraÈ gen durch Pointer-bewegungen werden MeûgeraÈ t und ADM auf den-selben Referenztakt synchronisiert. Dies kanndurch einen externen Referenztakt geschehen oderman verwendet den Takt des ANT-20 (Taktaus-gangsbuchse), um den ADM zu synchronisieren.Mit dem ANT-20 kann man Verstimmungen bis zu+500 ppm durchfuÈ hren. Die System-Toleranzenliegen wesentlich unter diesem Wert. Somit kannman die Reserve der Eingangsschaltungen bezuÈ g-lich des Ziehbereichs bestimmen.

11

Bild 13: Jittertoleranz von PDH/DSx/SDH/SONET nachITU-T Rec. G.958 (JTF von STM-N-Regeneratoren)

Jitter-VerstaÈ rkung

0,1 dB

Toleranzmaske20

dB/D

ek.

fg Frequenz

0dB

Ausgangsjitter (f)JTF (f) = 20 ´ log

Eingangsjitter (f)

Definition der Jitter-UÈ bertragungs-funktion (Jitter Transfer Function, JTF)

Ist das Eingangssignal eines Netzelements mitJitter behaftet, so kann an seinem Ausgang einTeil dieses Jitters auftreten. Die JTF einesNetzelements gibt an, wie stark der Eingangs-jitter an den Ausgang weitergegeben wird, dasheiût, ob der Jitter beim Durchgang verstaÈ rktoder abgeschwaÈ cht wird.Die JTF wird in Dezibel (dB) angegeben; sie isteine Funktion der Frequenz f und ist wie folgtdefiniert:

Beim Durchlaufen des Netzelements werdenmeist die hochfrequenten Anteile des Jitters un-terdruÈ ckt, die niederfrequenten Anteile erschei-nen jedoch ohne AbschwaÈ chung am Ausgang.Es ist sogar moÈ glich, daû eine leichte VerstaÈ r-kung des Eingangsjitters auftritt. Dadurch akku-muliert sich z. B. bei einer Reihenschaltung vonRegeneratoren der Jitter, was zur UÈ berschrei-tung der Jitter-VertraÈ glichkeit fuÈ hren kann unddamit zu UÈ bertragungsfehlern.Um die Genauigkeit der JTF-Messung zu ver-bessern, sollten moÈ glichst die Eigenfehler derMeûanordnung durch eine Referenzmessung(Kalibrierung) ohne angeschlossenen PruÈ flingeliminiert werden.

Typische UÈ bertragungsfunktionen ergeben sichaus den Eigenschaften der Taktregeneration.FuÈ r niedrige Frequenzen ist in der Regel einehoÈ here Jittertoleranz gefordert. In diesem Be-reich muû der zuruÈ ckgewonnene Takt demJitter folgen, um auch bei hoÈ heren Jitterampli-tuden das Digitalsignal korrekt abzutasten.HoÈ here Jitterfrequenzen erscheinen durch dieBandbegrenzung der Taktregeneration nichtmehr im Taktsignal. In der JitteruÈ bertragungs-funktion spiegeln sich damit die Eigenschaftendes Taktregenerators als Tiefpass mit derGrenzfrequenz fg wider.

Typ fg

OC-1 Ð 40 kHz

STM-1/OC-3A 130 kHz

B 30 kHz

STM-4/OC-12A 500 kHz

B 30 kHz

STM-16/OC-48A 2 MHz

B 30 kHz

WEST

ADM

EAST

E1

E1Tributaries

E1

Jitter-messung

Offset Variation

Tx

REF

STM-NLoop

Rx

Bild 14: Analyse des Mapping-Jitters an ZubringerausgaÈ ngen

3.4.2 Ausgabe der Meûergebnisse

Relevant fuÈ r diese Messung sind die Jitter-Spitze-Spitze-Werte, d. h. die Ausgabe der Meûergeb-nisse erfolgt in gleicher Weise wie in Abschnitt 3.1¹Messung des Ausgangsjittersª dargestellt.

3.4.3 Weitere Applikation

Nachfolgend wird der Mapping-Jitter-Test als Halb-kanalmessung beschrieben. Der ANT-20 sendet einsynchrones Signal in einen Aggregats-Eingang(hier: West), das am anderen Aggregat (hier: East)zuruÈ ckgeschleift werden kann (Bild 15).

Dieses Signal hat einen plesiochronen Zubringer-Testkanal eingemappt (z. B. 2 Mbit/s in STM-1), derim Netzelement (ADM) ausgepackt und uÈ ber einenZubringerausgang dem MeûgeraÈ t zugefuÈ hrt wird.Sendeseitig ist das MeûgeraÈ t nun in der Lage, denZubringer intern bezuÈ glich der Transport-Bitrate zuverstimmen (+100 ppm). Wie bei der Analyse desMapping-Jitters am Zubringerausgang muÈ ssenauch hier MeûgeraÈ t und PruÈ fling synchronisiertwerden. Der zulaÈ ssige Mapping-Jitter ist in ITU-TG.783 definiert (Tabelle 2).

12

Bild 16: Beispiele fuÈ r periodische Pointer-Testsequenzen

T

Pointeraktion87

fehlendePointeraktionen

Beginn dernaÈ chstenSequenz

T

T

87-3-Sequenz

zusaÈ tzlichePointeraktion

43 44

Beginn dernaÈ chstenSequenz

4 fehlendePointeraktionen

86-4-Sequenz

Beginn dernaÈ chstenSequenz

43-44-Sequenz

86

Was ist Pointer-Jitter

Befinden sich SDH/SONET-UÈ bertragungs-bitraten in keinem Synchronzustand, muÈ ssendie transportierten Payload-Container in ihrerzeitlichen Lage an den abgehenden Rahmenangepaût werden. Dies geschieht durch ErhoÈ -hen oder Erniedrigen des Pointerwerts um eineEinheit. Das Payloadsignal verschiebt sich da-durch um 8 oder 24 Bits, was einem Phasen-sprung von 8 bzw. 24 UI entspricht.

AÈ hnlich wie beim Stopfprozess muû der Aus-gangstakt geglaÈ ttet werden. Dazu muÈ ssenzwar wesentlich groÈ ûere PhasenspruÈ nge, dafuÈ raber in geringerer HaÈ ufigkeit ausgeglichenwerden. Der verbleibende Jitter weist deshalbgroÈ ûere Amplituden und niedrigere Frequenz-komponenten auf als der Stopfjitter. Die Mes-sung des kombinierten Jitters (Pointer- undMapping-Jitter) erfordert definierte Pointer-sequenzen zur Stimulation des Pointer-Jittersam SDH/SONET-Eingang eines Demultiplexers.

Die folgenden Beispiele von PointersequenzenfuÈ r die AU/STS-Ebene (87-3-Muster) stammenaus der ITU-T-Empfehlung G.783 sowie ANSI1.105.03 und Bellcore GR-253.

In den Sequenzen kommen ¹Missingª-,¹Doubleª- und ¹Inverseª-Pointeraktionen zurAnwendung. Diese Sequenzen wurden auf-grund praktischer Erfahrungen als ¹WorstCaseª-FaÈ lle identifiziert und als Testcasesstandardisiert.

WEST

ADM

EAST

E1 Tributaries

E1

Jitter-messung

E1 Offset Variation

STM-Neinschlieûlich E1 +

Offset

REF

STM-NLoop

Bitrate Max.Offset

Max. Jitter(p-p)

Hochpaû Tiefpaû

1,544 Mbit/s(DS1)

+50 ppm 0,1 UI 8 kHz 40 kHz

2,048 Mbit/s(E1)

+50 ppm 0,075 UI 18 kHz 100 kHz

34,368 Mbit/s(E3)

+30 ppm 0,075 UI 10 kHz 800 kHz

44,736 Mbit/s(DS3)

+20 ppm 0,1 UI 30 kHz 400 kHz

139,264 Mbit/s(E4)

+15 ppm 0,075 UI 10 kHz 3500 kHz

Tabelle 2: Maximaler Mapping-Jitter nach ITU-T G.783

Bild 15: Analyse des Mapping-Jitters an Zubringern, durchgefuÈ hrtals Halbkanalmessung

3.5 Kombinierter Jitter

Taktdifferenzen zwischen zwei Netzen oderzwischen Netzelementen werden durch Pointer-bewegungen im synchronen Signal ausgeglichen(siehe auch Abschnitt 4.5). Die PointerspruÈ ngebetragen je nach Mapping 8 oder 24 Bits. Wenndas Zubringersignal am EmpfaÈ nger wieder aus-gepackt wird, sind dort diese Pointeraktionen alsPhasenspruÈ nge ebenfalls vorhanden. Sie werdendurch eine PLL-Schaltung geglaÈ ttet; die verblei-bende Phasenmodulation nennt man Pointer-Jitter.Neben dem Pointer-Jitter tritt im ausgepacktenSignal stets auch der Mapping-Jitter auf, so daûman immer die Summe aus beiden miût, den so-genannten kombinierten Jitter.

Kombinierter Jitter (direkt meûbar)=Mapping-Jitter (direkt meûbar)+Pointer-Jitter (meist nicht direkt meûbar)

3.5.1 Meûprinzip

Der ANT-20 sendet ein definiertes Testsignal andas Netz oder Netzelement. Damit keine Jitter-BeitraÈ ge durch unkontrollierte Pointerbewegungenentstehen, sind MeûgeraÈ t und Netzelement aufdenselben Referenztakt synchronisiert (Bild 17).

Durch die Simulation von definierten Pointer-sequenzen gemaÈ û den Normvorschriften (siehez. B. Bild 16) wird das Netzelement gestreût. DerEinfluû dieser Pointersequenzen auf den Jitter amZubringerausgang wird vom MeûgeraÈ t analysiert.Die Maximalwerte laut Tabelle 3 duÈ rfen dabei nichtuÈ berschritten werden. Es wird eine Meûzeit von5 Minuten empfohlen.

3.5.2 Ausgabe der Meûergebnisse

Relevant fuÈ r die Messung des kombinierten Jitterssind Spitze-Spitze-Werte. Die Ausgabe der Meû-ergebnisse erfolgt in gleicher Weise wie sie inAbschnitt 3.1 ¹Messung des Ausgangsjittersª dar-gestellt wurde.

13

WEST

ADMEAST

E1 Tributaries

E1

Jitter-messung

Pointer-Simulation

STM-Neinschlieûlich E1

REF

STM-NLoop

G.783GR-253ETS 300 417-1-1

Max. Jitter[UIpp]

High PassCut off

Low PassCut off

DS1 1,3 ... 1,90,1

10 Hz8 kHz

40 kHz40 kHz

DS3 1,30,1

10 Hz30 kHz

400 kHz400 kHz

2 Mbit/s 0,40,075

20 Hz18 kHz

100 kHz100 kHz

34 Mbit/s 0,40,075

100 Hz10 kHz

800 kHz800 kHz

140 Mbit/s 0,4 ... 0,750,075

200 Hz10 kHz

3500 kHz3500 kHz

Tabelle 3: Grenzwerte fuÈ r kombinierten Jitter

Bild 17: Bestimmung des kombinierten Jitters

3.5.3 WeiterfuÈ hrende Applikation:Automatische O.172 ConformanceSuite fuÈ r Pointersequenzen

Um sicherzugehen, daû die SignaluÈ bertragungauch bei ¹Worst Caseª-Pointerszenarien fehlerfreibleibt, werden charakteristische Pointersequenzengetestet. So gibt es z. B. fuÈ r 140 Mbit/s sieben ver-schiedene, bei DS1 fuÈ nf verschiedene Pointer-sequenzen, die zudem noch durch beide Aktions-richtungen (Increment und Decrement) verdoppeltwerden.Das sequentielle Testen aller FaÈ lle von Hand waÈ resehr zeitraubend und nicht effektiv. Mit dem inte-grierten CATS Test Sequencer laÈ ût sich dieseMessung automatisieren. Dazu gibt es eine bereitsvordefinierte Testsequenz, die sich nach der vonITU-T O.172 empfohlenen Vorgehensweise richtet(Bild 18).

ErklaÈ rung der BloÈ cke:

. Initialisierungsphase (INI): Vor jeder Pointer-sequenz wird eine Initialisierungssequenz ge-sendet, um sicherzustellen, daû sich der Puffer-speicher des Pointerprozessors an einer defi-nierten Ausgangsposition befindet. In der Regelbedeutet dies eine genuÈ gende Anzahl vonPointerbewegungen in gleicher Richtung wiedie Testsequenz.

. Cool Down Phase: Beruhigungsphase, in derEinschwingvorgaÈ nge des Desynchronizers ab-geschlossen werden sollen.

. Sequence n: Einstellung der jeweiligen Pointer-sequenz (¹maxª = maximale Anzahl der Pointer-sequenzen)

. Bandwidth f1 ± f2 (f3 ± f4): Die Messung sollte mitbeiden spezifischen Bewertungsfiltern durch-gefuÈ hrt werden (siehe auch Kapitel 6, Bewer-tungsfilter)

Diese Vorgehensweise ist prinzipieller Art. WeitereVarianten sind moÈ glich, zum Beispiel durch Testsbei verschiedenen Tributary-offsets. Mit demCATS Test Sequencer koÈ nnen ohne groûenProgrammieraufwand verschiedene Szenarienentwickelt werden, die auf den jeweiligen PruÈ flingzugeschnitten sind..

14

Start

n = 1

INI (n)

Cool Down (n)

Sequence n

Bandwidth f1 ± f2Measurement

60 s

Bandwidth f3 ± f4Measurement

60 s

n = n + 1

n = max

ENDE

Nein

Bild 18: Schematische Darstellung einer automatisiertenPointersequenz

4 Synchronisation

Synchronismus bedeutet allgemein einen Gleich-lauf zwischen verschiedenen VorgaÈ ngen. UÈ ber-tragen auf synchrone Netze (SDH/SONET) heiûtdies, daû alle Netzelemente sich nach einem Taktrichten. Bei SDH und SONET ist neben den hoÈ he-ren Bitraten der Synchronzustand der eigentlicheInnovationsschritt gegenuÈ ber vorherigen UÈ bertra-gungstechnologien. Erst damit wurde eine durch-gaÈ ngige Standardisierung auf allen HierarchienmoÈ glich eine groûe Herausforderung fuÈ r System-hersteller und Netzbetreiber.

4.1 Aufbau einesSynchronisationsnetzes

Um die Synchronisation der einzelnen Netz-elemente zu gewaÈ hrleisten, wird ein speziellesSynchronisationsnetz bereitgestellt. Dieses Netzist hierarchisch aufgebaut (Bild 19).

Eine primaÈ re Referenztaktquelle (PrimaryReference Clock, PRC) steuert sekundaÈ reTaktquellen fuÈ r Netzknoten (SSUs) und Netz-elemente (SECs). Dagegen sind in PDH-Netzennur die Vermittlungsknoten synchronisiert.

15

ErklaÈ rung einiger wichtige Begriffe

Primary Reference Clock (PRC):Frequenzstandard, der eine Referenzfrequenzzur Netzsynchronisation gemaÈ û der ent-sprechenden Normen zur VerfuÈ gung stellt(z. B. LangzeitstabilitaÈ t 10±11 gemaÈ û ITU-TRec. G.811)

Primary Reference Source (PRS):Frequenzstandard mit einer LangzeitstabilitaÈ tvon 10±11 entsprechend ANSI T1.101.

Stratum Level:Die Taktquellen in Synchronisationsnetzen sindgemaÈ û ANSI in vier QualitaÈ tsstufen klassifiziert.Stratum Level 1 ist die hoÈ chste QualitaÈ tsstufe.Sie entspricht der Primary Reference Source(PRS).

Synchronisation Supply Unit (SSU):Diese Einheit enthaÈ lt Funktionen zur Auswahlder Referenzfrequenz sowie zu deren weiterenVerarbeitung und Verteilung an die einzelnenNetzelemente. Die SSU sorgt fuÈ r eine Verbes-serung der TaktqualitaÈ t nach Durchlaufen einerlaÈ ngeren Synchronisationskette. Die SSU-Typen sind teilweise aÈ quivalent zum StratumLevel 2 und 3.

TNC (Transit Node Clock),LNC (Local Node Clock):Dies sind unterschiedliche QualitaÈ tsstufen vonSSUs. TNCs besitzen die hoÈ here TaktqualitaÈ t.In neueren ITU-T Empfehlungen wird TNC alsSSU-A und LNC als SSU-B bezeichnet.

BITS (Building Integrated Timing Source):Begriff aus der ANSI-Norm. BITS besitztaÈ hnliche Funktionen wie die SSU.

UTC (Coordinated Universal Time):Zeitskala, die vom Bureau International desPoids et Mesures (BIPM) und vom InternationalEarth Rotation Service (IERS) unterhaltenwird. Diese Zeitskala bildet die Basis fuÈ r diekoordinierte Verteilung von Zeitsignalen undStandard-Frequenzen.

Global Positioning System (GPS):Weltweites, satellitengestuÈ tztesFunknavigationssystem. Die Satelliten sindmit CaÈ sium- und Rubidium-Normalen aus-geruÈ stet, die von Bodenstationen aus ge-steuert werden. Mit dem uÈ bermittelten, sehrgenauen Zeittakt kann eine PrimaÈ rtaktquellesynchronisiert werden.

ITU-T/ETSI ANSI

PrimaryReference

Clock

PrimaryReference

Source

PRC

SSU BITS

SMCSEC

1610±2

. . .1,6610±8

1,6610±8 (Stratum 2)4,6610±6 (Stratum 3)

SDHEquipment

Clock

SONETMinimum

Clock

4,6610±6

SynchronisationSupply Unit

PRS

4,6610±6

Ge

na

uig

ke

it

Bild 19: Die Takthierarchien nach ETSI/ITU-T und ANSI

Diese Art der Verteilung des Synchronisations-signals wird auch Master-Slave-Synchronisationgenannt. Die Synchronisation kann sowohl ineinem extra dafuÈ r reservierten Teilnetz als auchuÈ ber die Nutzsignale selbst erfolgen. Auch ring-foÈ rmige Strukturen sind moÈ glich.

Im stoÈ rungsfreien Fall wird das von der PRC aus-gehende Referenzsignal von den nachgeschaltetenSynchronisationselementen weitergeleitet. Dasausgehende Taktsignal wird auf das ankommendesynchronisiert, wobei verschiedene Standards(z. B. ITU-T G.812, 813) eingehalten werden muÈ s-sen. Eine PRC erzeugt den Master-Takt fuÈ r ein ges-amtes Netz oder ein Teilnetz, wobei alle Takte aufdie PRC ruÈ ckfuÈ hrbar sind.

Eine PRC wird meist mit einem CaÈ sium-Oszillatorrealisiert, der sich auf die Zeitnormale von LORANC bzw. GPS stuÈ tzen kann. Hierbei sorgt der Oszil-lator fuÈ r die KurzzeitstabilitaÈ t, das FunkzeitsignalfuÈ r die LangzeitstabilitaÈ t. Dadurch ist Sorge getra-gen, daû der Master Universal Takt (CoordinatedUniversal Time, UTC) eingehalten wird. SSUs sindKomponenten, die die Taktversorgung von lokalenKomponenten sicherstellen, waÈ hrend SECs in NEsintegriert sind.

4.2 Wie funktioniertdie Taktregeneration?

Die Taktregeneration in SSUs (BITS) und SECs wirdim allgemeinen durch Phasenregelschleifen, soge-nannten PLLs (Phased Locked Loop) bewerkstelligt(Bild 21).

Der Regelkreis einer PLL besteht hauptsaÈ chlichaus einem Phasenvergleicher, einem schmal-bandigen Filter und einem spannungsgesteuertenOszillator (VCO). Mit dieser Schaltung wird derAusgangstakt auf den Referenztakt ¹gezogenª.Im allgemeinen haben die auf Taktregenerationspezialisierten SSUs schmalbandigere Filter als diein NEs integrierten SECs und bieten daher einebessere Regeneration. NatuÈ rlich koÈ nnen die Takt-regeneratoren nicht beliebig genau sein und liefernauch zusaÈ tzlich einen eigenen StoÈ rbeitrag. Deshalbist die Anzahl der hintereinandergeschalteten Syn-chronisationseinheiten begrenzt.

Laut ITU-T G.803 bzw. ETSI 300 462 darf dielaÈ ngste von der PRC ausgehende Kette zehnSSUs nicht uÈ berschreiten, wobei sich zwischenzwei SSUs nicht mehr als 20 SECs befinden sollen.Die Gesamtzahl der SECs in einer Kette soll nichtgroÈ ûer als 60 sein.

16

PRC

SSU SSU

SEC SEC

SEC SEC

SEC SEC

SSU SSU

SEC SEC

SEC SEC

SEC SEC

AusgangstaktVCOFilter(TP)

D j 1/xEingangs-takt

Phasen-vergleicher

Frequenzteiler

Bild 20: Beispiel einer Synchronisationkette

Bild 21: Prinzip einer Phase Locked Loop (PLL)

4.3 Taktableitung beiNetzelementen

Ein Netzelement kann von verschiedenen Takt-quellen aus synchronisiert werden:

. Takteingang (T3) fuÈ r eine externe Taktquelle.Dies ist idealerweise eine PRC oder auch eineSSU, die zwischen Taktausgang (T4) und Takt-eingang (T3) dazwischengeschleift wird.

. Synchrone EmpfangssignaleingaÈ nge (Aggregatbei ADMs) mit einer Taktableitung vom Daten-signal.

. Zubringer-DateneingaÈ nge (Tributaries)

Fallen alle ¹hoÈ herwertigenª Taktsignale aus odersind sie nicht zur Synchronisation geeignet, sowechselt die betroffene Einheit in den Haltezustand(Holdover mode). Hierbei wird versucht, den Taktdes zuletzt anliegenden Signals so genau wie moÈ g-lich zu halten. Beispielsweise werden dazu dieFrequenzkorrekturwerte der letzten 36 Stunden zu-sammen mit der jeweiligen Oszillatortemperaturgespeichert. Anhand dieser Daten kann der ge-steuerte Oszillator gegenuÈ ber einem freilaufendeneinen StabilitaÈ tsgewinn um den Faktor 10 bis 100erreichen. Der Holdover-Zustand muû bestimmtenPhasenbedingungen auch uÈ ber laÈ ngere ZeitraÈ ume(z. B. mehrere Tage) genuÈ gen.

4.4 Das Verwendenvon Timing-Markern

Timing Marker bzw. Synchronization StatusMessages sind eine MoÈ glichkeit, ein Signal bezuÈ g-lich seiner TaktqualitaÈ t zu kennzeichnen. Hierzuwird das S1-Byte des SDH- bzw. SONET-Over-heads genutzt. Timing Marker spielen auch beimTaktverteilungsmanagement eine wichtige Rolle.Bei sinnvollem Einsatz koÈ nnen damit bei einerStoÈ rung Ersatzwege fuÈ r die Taktverteilung bereit-gestellt werden, um so die TaktqualitaÈ t des Netzessicherzustellen. In sogenannten PrioritaÈ tentabellenwird festgelegt, welchen Takt die NetzelementeauswaÈ hlen, wenn mehrere Takte anliegen. Damitdas Netzelement eine Entscheidung uÈ ber die Takt-auswahl treffen kann, wird ihm uÈ ber die S1-Bytesder (Daten)-Signale mitgeteilt, welcher Takt sichuÈ berhaupt zur Synchronisation eignet (Tabelle 4).

Im Idealfall entsprechen alle Timing-Marker inTaktfluûrichtung dem G.811-QualitaÈ tslevel. ZurVermeidung von Taktschleifen, bei denen sichzwei Netzelemente gegenseitig synchronisieren,wird immer in Gegenrichtung des Taktflusses derTiming-Marker ¹Don't Use for Synchronisationªeingeblendet. EmpfaÈ ngt ein Netzelement vonkeinem der moÈ glichen EingaÈ nge (Daten, T3) einbrauchbares Taktsignal, so verwendet es seineeigene interne Taktquelle (Holdover Mode).

Alle ausgehenden Datensignale laufensynchron zu der ausgewaÈ hten Taktquelle

17

T3 T42048 kHz

Takteingang Taktausgang

STM-N

T1

2 Mbit/s

T3Tributaries

Takt fuÈ r alleausgehen-den Daten-signale

InternalReference

TimingGenerator

Synchronisation Quality Level Description

S1-Bits(b5-b8)

SDH SONET

0000 Quality unknown (ExistingSync. Network)

Synchronized Traceabilityunknown

0001 Reserved Stratum 1 Traceable

0010 G.811 (PRC) Ð

0011 Reserved Ð

0100 G.812 SSU-A Transit Node Clock Traceable

0101 Reserved Ð

0110 Reserved Ð

0111 Reserved Stratum 2 Traceable

1000 G.812 SSU-B Ð

1001 Reserved Ð

1010 Reserved Stratum 3 Traceable

1011 Synchronous EquipmentTiming Source (SETS)

Ð

1100 Reserved SONET Minimum ClockTraceable

1101 Reserved Stratum 3E Traceable

1110 Reserved Provisionable by theNetwork Operator

1111 Don't Use forSynchronisation

Don't Use forSynchronisation

Bild 22: VerschiedeneTakteingaÈ nge einesNetzelements

Tabelle 4: Codes fuÈ rdie TaktqualitaÈ t

Beispiel: Synchronisation eines RingesUmschaltung im Fehlerfall

Die Bilder 23a bis 23c zeigen an einem einfachenBeispiel die Synchronisation eines Rings mit vierNetzelementen und einer PRC-Taktquelle:

. Konfiguration der Netzelemente bezuÈ glich derTaktverteilung

. Verhalten der Taktverteilung beim Auftreteneines StoÈ rfalls

Der komplette Ring wird im Normalfall von der PRCgetaktet, die direkt am NE 1 liegt (Takteingang T3).Dieses NE kann aus den DateneingaÈ ngen keinenTakt ableiten und wird erst gar nicht als Taktportkonfiguriert. Dadurch werden moÈ gliche Taktschlei-fen vermieden.

Die anderen drei Netzelemente leiten dagegen denTakt von den ankommenden Datensignalen ab.Hierbei wird immer der bestmoÈ gliche Takt (im vor-liegenden Fall ¹PRCª) verwendet. Mit dieser Takt-qualitaÈ t arbeiten die Ausgangssignale, in denen imS1-Byte dementsprechend ¹PRCª eingeblendet ist.Um Taktschleifen prinzipiell zu vermeiden, wird imS1-Byte der jeweiligen RuÈ ckrichtung ¹Don't Use forSynchronisationª (DNU) eingeblendet.

Bei NE 4 liegen an beiden Datenports ¹PRCsª an.In diesem Fall wird laut Taktableitungstabelle, diebei gleicher TaktqualitaÈ t die PrioritaÈ t bestimmt, derTakt von NE 3 verwendet.

Wie verhaÈ lt sich der Ring bei einemStoÈ rungsfall zum Beispiel zwischen NE 2und NE 3?

In diesem Fall bekommt NE 3 kein guÈ ltigesSynchronisationssignal von NE 2 und laÈ uft imHold-over-Modus (Bild 22b), da noch keine alter-native Taktquelle verfuÈ gbar ist. Dies wird auch imS1-Byte (¹SECª) in Richtung NE 4 gekennzeichnet.NE 4 bekommt nun von NE 1 uÈ ber die RuÈ ckrichtungein Signal mit PRC-QualitaÈ t. Entsprechend derTaktableitungstabelle nimmt das NE 4 den Syn-chronisationstakt von der RuÈ ckrichtung (NE 1).Das gleiche gilt fuÈ r NE 3, das den Takt von NE 4aus der RuÈ ckrichtung bezieht (Bild 22c). So laufenalle Netzelemente trotz StoÈ rung wieder imPRC-Takt.

18

T3

NE1

NE4 NE2

NE3

T3

NE1

NE4 NE2

NE3

T3

NE1

NE4 NE2

NE3

Bild 23: Synchronisation eines synchronen Ringsmit vier Netzelementen und einer PRC-Taktquelle

4.5 Taktausgleichdurch Pointeraktionen

Die Pointertechnik ist sehr vielschichtig undeine der grundlegenden Eigenschaften derSDH/SONET-Systeme. Prinzipiell werden Pointerverwendet, um einzelne virtuelle Container im Pay-load-Bereich des synchronen Transport-Modulsflexibel zu lokalisieren (Bild 24).

Bei der Vielschichtigkeit der Pointer-Problematikkann hier nicht naÈ her auf Details eingegangen wer-den. Es wird daher auf einschlaÈ gige Literatur ver-wiesen, z. B. Kiefer, R.: Meûtechnik in digitalenNetzen (HuÈ thig 1997).

Die Pointertechnik wird dazu benutzt, um moÈ glichePhasendifferenzen durch Takt-Offset oder Wanderz. B. zwischen den ankommenden VC-4 (STS-3c)und den abgehenden STM-N- (STS-N-) Rahmen zuverarbeiten. Diese Situation ergibt sich, wenn einNetzelement nicht mehr synchron ist, d. h. imHoldover Modus ist.

Pointerinkrement (Pointer INC)Ist das ankommende Datensignal langsamer alsder Referenztakt (¹Offset ±ª), so kommen zu wenigNutzdaten fuÈ r das abgehende Transportsignal an(Bild 25). Die Nutzlast wird quasi ¹nach vorn ge-schobenª und als Folge der Pointerwert erhoÈ ht. Diefrei werdenden Bytes werden durch Stopfbytesersetzt (¹positives Pointerstopfenª). Somit wird dieeffektive Bitrate fuÈ r die Nutzdaten kuÈ nstlich er-niedrigt.

Pointerdekrement (Pointer DEC)Ist das ankommende Datensignal schneller als derReferenztakt (¹Offset +ª), kommen zu viel Nutz-daten fuÈ r das abgehende Transportsignal an(Bild 26). Die Nutzlast quasi nach ¹hinten gescho-benª und der Pointerwert erniedrigt. Die fehlendenBytes werden in den SOH-Overhead eingefuÈ gt(¹negatives Pointerstopfenª).

FuÈ r den unguÈ nstigsten Fall, daû der Taktgeneratoreines Netzelementes (SEC) bei einem max. zulaÈ s-sigen Frequenzfehler von 4,6610±6 arbeitet, sindetwa 30 Pointeraktionen pro Sekunde zur Anpas-sung erforderlich. Dieser Wert liegt weit unter dermaximalen Pointerfrequenz von 2000 Pointeraktio-nen pro Sekunde. Extreme Verstimmungen fuÈ hrenzum UÈ berlauf des Puffers im Pointerprozessor.Dann muû der Pointerwert mit NDF (New Data Flag)neu gesetzt werden, wodurch definitiv Teile derPayload verloren gehen.

Die Pointerkorrekturen erfolgen aufgrund der Byte-struktur der SDH-Signale immer in SpruÈ ngen, undzwar von einem oder drei Bytes. Werden PDH-Signale transportiert, haben Pointer-Events zurFolge, daû an PDH-AusgaÈ ngen Pointer-Jitter auf-tritt (Einzelheiten zum Pointer-Jitter siehe Seiten 12und 13).

19

Pointer

Pointer

POH

Rahm

en

n+

1R

ahm

en

n

REF

SDH-/SONET-Signal

Offset +

SDH-/SONET-Signal

Pointer DECNE

Bild 26: Ist das ankommende Datensignal schneller als der Referenztakt (¹Offset +ª),so wird der Pointer erniedrigt.

REF

SDH-/SONET-Signal

Offset ±

SDH-/SONET-Signal

Pointer INCNE

Bild 24: Pointer lokalisieren virtuelle Container im Payload-Bereich des STM-N

Bild 25: Ist das ankommende Datensignal langsamer als der Referenztakt (¹Offset ±ª),so wird der Pointerwert erhoÈ ht.

4.6 Meûapplikationen

Die TaktqualitaÈ t hat elementaren Einfluû auf dieQualitaÈ tsbeurteilung des Netzes. In den SDH/SONET-Netzelementen muÈ ssen bei der Inbetrieb-nahme die TaktableitungsprioritaÈ tentabellenmanuell eingepflegt werden. Sie bestimmen dieTaktquelle, von der das Netzelement getaktet wird(siehe Abschnitt 4.4). Ein falsches Einpflegen odergar ein Vergessen hat zur Folge, daû das Netz-element im Freilaufmodus mit der internen Takt-quelle arbeitet, die aber nicht zur Taktung im SDH-Netz geeignet ist. Eine entstehende Taktdifferenz

wird durch Pointeraktionen ausgeglichen, wasallerdings zu erhoÈ htem Ausgangsjitter an denPDH-AusgaÈ ngen fuÈ hrt. Besonders stoÈ rend wirkensich Pointeraktionen bei der UÈ bertragung vonPDH-Signalen aus, die zum Transport vonSynchronisationstakten benutzt werden sollen.

Um einen ersten Eindruck der TaktqualitaÈ t im Netzzu gewinnen, empfiehlt es sich daher, eine Pointer-analyse auf STM-N-Ebene an einem entkoppeltenMonitorpunkt durchzufuÈ hren.

4.6.1 Pointeranalyse

Eine hohe Anzahl von gleichgerichteten Pointer-aktionen deutet auf eine nicht synchrone Taktquelleim Netz hin. Treten diese Pointeraktionen gehaÈ uftim Netz auf, muû der Verursacher der Pointeraktio-nen gesucht werden. Dies kann durch ein Schritt-fuÈ r-Schritt-ZuruÈ ckverfolgen der UÈ bertragungs-abschnitte geschehen. FuÈ r die maximale Anzahlder Pointeraktionen pro Tag gibt es keine inter-nationale Empfehlungen. In der Praxis hat manbei guter TaktqualitaÈ t Werte zwischen einer und50 Pointeraktionen pro Tag gemessen. Wichtig istdabei, daû sich diese Pointeraktionen zeitlich aufden Tag verteilen sollen. Je nach Hersteller sindauch einzelne Doppelpointer (zwei Pointer proSekunde) moÈ glich. Da es sich hierbei um eineLangzeitmessung handelt, sollte mindestens uÈ ber24 Stunden gemessen werden.Im ¹Anomaly/Defect-Analyzerª des ANT-20 werdensowohl Pointeranpassungen (Pointer JustificationEvents, PJE) als auch ¹NDF-Eventsª (New DataFlag, NDF) angezeigt. Werden NDF-Events gemes-sen, sind die Taktprobleme so stark, daû dadurchTeile der Nutzdaten (Payload) verlorengegangensind.

4.6.2 UÈ berwachen des Timing Marker S1

Mit dem Overhead-Analyse-Tool des ANT-20 hatman Zugang zu allen SDH/SONET OverheadBytes, d. h. auch auf den Timing Marker S1. DerInhalt des S1-Bytes wird sogar im Klartext darge-stellt (Bild 28).Im LangzeituÈ berwachungsmode ist es sinnvoll, dieAÈ nderungen des S1-Bytes aufzuzeichnen (Over-head Byte Capture). Damit laÈ ût sich ein Wechseldes S1-Bytes von ¹G.811ª-auf ¹Quality unknownªmit Zeitstempel erfassen, wie er z. B. durch denAusfall der PrimaÈ rtaktquelle verursacht werdenkann.Das UÈ berwachen des Timing Marker gibt Aufschluûauf die korrekte Konfiguration der Taktableitungs-tabellen und kann beim AufspuÈ ren von Takt-problemen sehr hilfreich sein. Eine genaue Be-urteilung der TaktqualitaÈ t ist allerdings nur mit Hilfeeiner Wander-Analyse moÈ glich (Einzelheiten sieheKapitel 5).

20

Bild 27: Verlauf der PointeraktivitaÈ ten, ausgedehnt auf eineMinute. Das Pointerfenster des ANT-20 ermoÈ glicht gleich-zeitiges Beobachten von AU- und TU-Pointerwerten, wobeijeweils der Absolutwert numerisch und grafisch dargestelltwird. Pointerinkremente und -dekremente werden separatdargestellt. Der zu der jeweiligen Pointeroperation gehoÈ rigeFrequenz-Offset wird automatisch berechnet und ebenfallsdargestellt.

Bild 28: Der Inhalt desanalysierten S1-Byteswird im Klartext dar-gestellt

5 Wander-Applikationen

5.1 Wandermessung

Eine gute Netzsynchronisation ist VoraussetzungfuÈ r eine hohe VerfuÈ gbarkeit. Daher empfiehlt sicheine UÈ berwachung der Wander-Eigenschaften beider Installation, routinemaÈ ûig waÈ hrend des Be-triebs und besonders nach VeraÈ nderungen derNetztopologie - und nicht erst im StoÈ rungsfall.

5.1.1 Meûprinzipien

FuÈ r die Messung ist grundsaÈ tzlich eine TaktreferenznoÈ tig. Das kann eine externe Referenzquelle seinoder das jeweils hoÈ herwertige Taktsignal in derSynchronisationskette des Netzes (absolute oderrelative Messung).

FuÈ r das zu testende Signal werden dieselben Ein-gangsbuchsen verwendet, wie fuÈ r die uÈ brigenANT-20-Messungen (z. B. Anomalie-/Defekt-Analyse oder Performance-, Pointer-Test). Somitsind Wandermessungen parallel zu diesen Mes-sungen an allen relevanten Schnittstellen bisSTM-16 und auch ATM-Signalen moÈ glich. FuÈ r dieZufuÈ hrung des Referenztakts steht eine separateBuchse zur VerfuÈ gung, die Taktsignale von1,5 MHz, 2 MHz und 10 MHz sowie Datensignalemit Bitraten von 1,5 Mbit und 2 Mbit/s akzeptiert.

Als Meûergebnisse bekommt man TIE uÈ ber derZeit, wobei vor der Messung die TIE-Sampling-Rate der Applikation angepaût werden kann:

. 1/s fuÈ r Langzeitmessungen bis zu 99 Tagen

. 30/s fuÈ r Standard-Wander-Abnahme-Messun-gen konform zu O.172 (z. B. 24 h)

. 300/s fuÈ r das genaue Analysieren von Phasen-uÈ bergaÈ ngen (Phase Transient Response, sieheauch Abschnitt 5.2)

Beispiel 1: Absolute Messung der TaktqualitaÈ t

Im dargestellten Szenario uÈ bernimmt ein kleinerNetzbetreiber den Takt von einem groÈ ûeren Netz-betreiber uÈ ber eine Datenleitung (STM-1 oderPCM-30). Mit einer absoluten Messung gegen eineexterne Referenzquelle kann auch hier die QualitaÈ tdes Taktsignals uÈ berpruÈ ft werden.

Beispiel 2: Relative Messung der TaktqualitaÈ t

Im folgenden Beispiel ist die relative Messung sinn-voll: Zwei Vermittlungsstellen (Vermittlung A und B)sind auf eine PRC synchronisiert. Ein Signalpfad(z. B. 2 Mbit/s) ist uÈ ber verschiedene Transport-netze (SDH, PDH etc.) gefuÈ hrt. StoÈ reinfluÈ sse wieLaufzeitschwankungen, Mapping- und Pointer-Wander sowie Oszillatorrauschen koÈ nnen zu sogroûen Phasenabweichungen fuÈ hren, daû Rah-menschlupf (Frame Slip) auftritt. Mit einer TIE- oderMTIE-Messung kann herausgefunden werden, obdie Phasenabweichungen innerhalb des Grenzwer-tes von 18 ms/Tag liegen (ITU-T G.822 und G.823).

21

SDH-Netz

STM-1, PCM-30SDH-Netz

REF

SchomandlFN-GPS/R

Bild 29: Messung derTaktqualitaÈ t an Netz-grenzen (absoluteMessung)

PRC

SwitchA

SwitchB

2,048 Mbit/s

2,048 Mbit/s

2,048 Mbit/s

SDHGSM

PDH

ATM

Bild 30: Messung einesuÈ ber mehrere NetzegefuÈ hrten Signals(relative Messung)

5.1.2 Darstellung der Meûergebnisse

Es wird die TIE-uÈ ber-Zeit-Kurve (TIE versus Time)in Echtzeit dargestellt. Parallel dazu koÈ nnenMessungen und Analysen mit anderen ANT-20-Fenstern laufen. Numerisch werden auûerdem dieaktuellen Werte von TIE und MTIE ausgegeben.MTIE wird hier als Differenz zwischen Maximal-und Minimalwert des TIE seit Start der Messungermittelt.Mit der eingebauten Offline-Analyse-Software koÈ n-nen noch weitergehende Analysen durchgefuÈ hrtwerden, auf die in Abschnitt 5.2 noch naÈ her einge-gangen wird.

22

Bild 32: Prinzip der Wander-Messung:Phasenvergleich zwischen zwei Taktsignalen

Zeit

TIE

Bild 33: Ermittlung des TIE-Wertes

Beobachtungs-intervall s

Meûdauer T

Zeit (t)

TIE

TIE

PruÈ fling

REF

Wichtige Begriffe der Wander-Messung

Das Meûprinzip entspricht weitgehend derJitter-Messung. Jedoch wird anstelle der dortuÈ blichen internen Referenztakt-Erzeugung einexterner Referenztakt mit moÈ glichst geringemEigen-Wander zugefuÈ hrt, da Phasenschwan-kungen bis nahe 0 Hz zu messen sind.

In vielen SDH-Netzen wird die Taktinformationzwischen den Netzelementen mit dem STM-N-UÈ bertragungssignal verteilt. Das MeûgeraÈ tmuû deshalb mit Hilfe der Signale an denoptischen oder elektrischen UÈ bertragungs-schnittstellen Wander-Messungen durchfuÈ hrenkoÈ nnen.

TIE (Time Interval Error): Der TIE-Wert stelltdie zeitliche Abweichung eines zu pruÈ fendenTaktsignals gegenuÈ ber einer Referenzquelledar. Er wird auf ein Beobachtungsintervall inSekunden bezogen. Dabei ist es sinnvoll, denAnfangswert willkuÈ rlich auf Null zu setzen, alsoTIE(0) = 0. Die TIE-Messung dient als Grund-lage weiterer Berechnungen (MTIE, TDEV).

Im Gegensatz zu Jitterergebnissen, die in UI(relativ zur Bitrate) angegeben werden, werdendie TIE-Werte absolut in Sekunden (bzw.zweckmaÈ ûiger in ns) angegeben. In modernenMeûgeraÈ ten werden die Phasenwerte durchdigitale Abtastung gewonnen, wobei laut ITU-TG.813 mindestens 30 Samples pro Sekundevorgeschrieben sind (bei Tiefpaûfilterung mit10 Hz Grenzfrequenz entsprechend O.172).Dagegen sind in ANSI T1.101 hoÈ here Abtast-raten und eine Grenzfrequenz von 100 Hz ge-fordert. ETS 300 462-3 definiert fuÈ r sehr langeBeobachtungsintervalle eine Grenzfrequenzvon 0,1 Hz.

Bild 31: Grafische Wander-Ergebnisdarstellung. Numerischangezeigt werden die aktuellen TIE- und MTIE-Werte.Grafisch dargestellt ist der TIE-Verlauf uÈ ber der Zeit.

5.1.3 Weitere Applikationen

Wander-GenerierungMit Hilfe der Wander-Simulation koÈ nnen dedizierteWander-Frequenzen auf einen PruÈ fling gegebenwerden, wobei dessen Reaktion mit den Analyse-moÈ glichkeiten des ANT-20 gepruÈ ft wird. Mit demANT-20 koÈ nnen Wander-Frequenzen bis hinunterzu 10 mHz erzeugt werden.

Testen der WandertoleranzDieser Test ist im Prinzip mit dem MTJ-Test (sieheAbschnitt 3.2) vergleichbar, allerdings mit dem ent-scheidenden Unterschied, daû Wander ein Lang-zeit-PhaÈ nomen ist. Beim Testen von mehrerenWander-Frequenzen und -Amplituden braucht manaus diesem Grund wesentlich mehr Zeit als beieinem JittervertraÈ glichkeits-Test. Dies wird ausTabelle 5 deutlich.

Wander-Frequenz Periodendauer

10 mHz 27,8 h

1 mHz 1000 s = 16,7 min

1 Hz 1 s

Tabelle 5: Frequenz und Periodendauer vonWander-Frequenzen

Auch bei niedrigen Wander-Frequenzen sollte mandie Messung mindestens uÈ ber eine volle Perioden-dauer durchlaufen lassen.Aus den langen Meûzeiten erkennt man sofort, daûeine manuelle DurchfuÈ hrung dieses Tests wenigpraktikabel ist. Deshalb ist im ANT-20 diese Mes-sung mit Hilfe des CATS Test Sequencer realisiert,mit dem alle Wanderfrequenzen nacheinanderautomatisch durchgetestet werden.

23

Bild 34: Ermittlung des MTIE-Wertes

Meûdauer T

TIE

MT

IE

Sx

Meûdauer T

Zeit (t)ti+1 ti ti+1

MTIE (Maximum Time Interval Error)Der MTIE-Wert gibt die maximale Zeitabwei-chung (Spitze-Spitze-Wert) des zu messendenTaktsignals gegenuÈ ber einem Referenztaktinnerhalb eines bestimmten Beobachtungs-intervalls in Sekunden an. Im einfachsten Fall(Momentanwert-Erfassung) ist der Anfang desIntervalls fest und verlaÈ ngert sich entsprechendder Meûdauer. Bereits damit kann man einenrelativen Frequenz-Offset Df/f erkennen undnaÈ herungsweise berechnen. Dazu setzt manden MTIE-Wert des Intervalls s ins VerhaÈ ltniszum Zeitintervall s selbst, denn es gilt:

Df/f % MTIE(s)/s

Beispiel:MTIE (1s) = 12 ms⇒ Df/f = 12 ´ 10±6 (12 ppm)

MTIE (10s) = 15 ms⇒ Df/f = 1,5 ´ 10±6 (1,5 ppm)

MTIE-Offline-Algorithmus: Eine genauereAussage als der MTIE-Momentanwert erlaubtder vollstaÈ ndige Algorithmus nach ITU-TG.810, ETS 300 462-1 und ANSI T1.101. Einvariierendes Beobachtungsintervall s (Bild 34)¹wandertª hierbei durch die gesamte Meû-dauer T, wobei jeweils die groÈ ûte Abweichungfestgehalten wird (MTIE-Wert fuÈ r das Intervall s).

MTIE-A lgor i thmus, vereinfacht dargestellt:± Betrachte alle Intervalle von 1 Sekunde.± Ermittle die maximale Zeitabweichung inner-

halb eines jeden Intervalls (MTIE-Werte fuÈ r1 Sekunde).

± Trage den groÈ ûten Wert in die MTIE-GrafikuÈ ber der Position ¹1 Sekundeª ein.

± Betrachte alle Intervalle von 2 Sekunden.± Ermittle die maximale Zeitabweichung inner-

halb eines jeden Intervalls (MTIE-Werte fuÈ r2 Sekunden).

± Trage den groÈ ûten Wert in die MTIE-GrafikuÈ ber der Position ¹2 Sekundenª ein.

± Dasselbe fuÈ r 3, 5, 8 Sekunden usw.

Die MTIE-Berechnung ist gut geeignet, umz. B. einen Frequenz-Offset festzustellen, er-moÈ glicht jedoch keine Aussagen uÈ ber denspektralen Inhalt des Fehlersignals.

5.2 Wander-Offline-Analyse

Die MTIE/TDEV-Analyse-Software erweitert die imvorherigen Abschnitt genannten AnalysemoÈ glich-keiten der Wander -Messung betraÈ chtlich.

5.2.1 Meûprinzip

Die Wander-Offline-Analyse basiert auf den TIE-Samples, die mit einer Wander-Messung erfaûtwurden. Dabei werden sowohl das ANT-20-spe-zifische Dateiformat als auch das mit MS Excelkompatible Dateiformat *.csv akzeptiert.

Anhand der aufgezeichneten TIE-Samples kanneine MTIE/TDEV-Analyse nach ETSI-EmpfehlungETS 300 462 (entsprechend ITU-T G.810, G.811,G.812, G.813) durchgefuÈ hrt werden. ZusaÈ tzlich er-folgt die Berechnung des Frequenz-Offset und derDriftrate nach ANSI T1.101 (siehe auch Seite 27)

Die MTIE/TDEV-Software kann dazu auf demANT-20 selbst oder auf einem separaten Standard-PC installiert sein. Sie errechnet die MTIE-, TDEV-Kurven mit den spezifizierten Algorithmen. ZurAuswertung stehen alle Toleranzmasken zur Ver-fuÈ gung, die zur Qualifizierung der Synchronisations-elemente benoÈ tigt werden (z. B. nach ANSI-, ETSI-und ITU-T-Norm). FuÈ r einen schnellen UÈ berblick lie-fert eine ¹Software-LEDª eine ¹Pass/Failª-Aussage.ZusaÈ tzlich koÈ nnen auch anwenderspezifische Tole-ranzmasken programmiert werden.

Mit einem integrierten Software-Simulator koÈ nnenauf einfache Weise sinusfoÈ rmige, lineare oderquadratische Signale sowie Weiûes Rauschen zueiner ¹virtuellen TIE-Kurveª uÈ berlagert werden.Diese kann ebenfalls mit der Software ausgewertetund zum Vergleich mit ¹echtenª Meûkurven heran-gezogen werden.

5.2.2 Darstellung der Meûergebnisse

Es gibt zwei Ansichten der Offline-Analyse-Software:

TIE-Analyzer:Mit dieser Ansicht lassen sich die aufgezeichnetenTIE-Samples genauer untersuchen. Zoom-Funk-tionen erleichtern das Auffinden und analysierenvon kritischen Zeitabschnitten. Es koÈ nnen auchmehrere TIE-Messungen in den TIE-Analyzer gela-den und gegeneinander verglichen werden, z. B.mehrere Messungen am selben Objekt (Bild 35).Dargestellt werden auch die Werte des Frequenz-Offsets und die Drift-Rate. Der Frequenz-Offsetkann eliminiert werden (TIE-Darstellung mit korri-giertem Frequenz-Offset). Mit der Zoom-FunktionlaÈ ût sich ein sinnvolles Auswerteintervall fuÈ r dieMTIE/TDEV-Offline-Analyse auswaÈ hlen.

MTIE/TDEV-Fenster:Mit dieser Ansicht koÈ nnen sowohl der MTIE- alsauch der TDEV-Algorithmus gestartet werden. FuÈ rdie Berechnung werden sinnvoll ausgewaÈ hlte Be-obachtungs-Intervalle innerhalb der Gesamtmeû-zeit benutzt und die Ergebnisse fuÈ r jedes Intervallsind als Punkt dargestellt.Es koÈ nnen dazu verschiedene Toleranzmasken ein-geblendet werden, die die verschiedenen Quali-taÈ tsstufen charakterisieren (z.B. PRC-Level, SSU-Level).

24

Bild 35: TIE-Analyzer mit mehreren TIE-Messungen

Bild 36: MTIE und TDEV-Analyse, hier dargestellt mitToleranzmaske (erfuÈ llt)

5.2.3 Untersuchung von Phasen-uÈ bergaÈ ngen(Phase Transient Response)

Eine Wander-Messung (TIE) erlaubt die PruÈ fungdes PhasenuÈ bergangs. Hierbei sollte die TIE-Sample-Rate allerdings auf 300/s eingestellt wer-den, damit eine groÈ ûere AufloÈ sung gegeben ist undauch eventuelle schnelle UÈ berschwinger erfaûtwerden koÈ nnen. Die erreichte AufloÈ sung ist 10 malhoÈ her als in O.172 empfohlen. Mit der Offline-Analyse-Software koÈ nnen PhasenuÈ bergaÈ nge nochgenauer untersucht werden. Die 200-m-Funktionerlaubt die genaue Auswahl und Analyse einesbeliebigen Zeitabschnitts.

Neben 24-h-Abnahmemessungen ¹konform zuO.172, PRC-Levelª und LangzeituÈ berwachungenin Kombination mit einer Bitfehlermessung ist dieUntersuchung von PhasenuÈ bergaÈ ngen besonderserwaÈ hnenswert. PhasenuÈ bergaÈ nge entstehen anAusgaÈ ngen von synchronisierten Taktgeneratorendurch StoÈ rungen des Referenzsignals, wie z. B. beider Unterbrechung des Synchronisationssignalsoder beim Umschalten zwischen verschiedenenSynchronisationsquellen. Dabei wird zwischenkurzzeitigen PhasenuÈ bergaÈ ngen und langzeitigenPhasenuÈ bergaÈ ngen unterschieden.

Kurzzeitige PhasenuÈ bergaÈ nge:Sie entstehen, wenn wegen einer StoÈ rung auf eineandere Referenzquelle umgeschaltet werden muû,der dieselbe PrimaÈ rquelle zugrunde liegt (Bild 37).Nach dem Umschalten muû die Phase auf die neueSynchronisationsquelle einschwingen, was hoÈ ch-stens 15 s dauern darf. HierfuÈ r ist eine maximaleTaktabweichung von 1000 ns als Toleranzmaskevorgeschrieben (siehe ITU-T Rec. G.813).

Langzeitige PhasenuÈ bergaÈ nge:Sie entstehen beim Verlust der Synchronisations-quelle, wenn der Taktgenerator in den Holdover-Zustand uÈ bergehen muû. Da hierbei uÈ ber einenlaÈ ngeren Zeitraum ein Frequenz-Offset bestehenkann, ist die Phasenabweichung uÈ ber der Zeit nichtgrundsaÈ tzlich begrenzt. Allerdings ergibt sich ausdem maximal zulaÈ ssigen Frequenzfehler imHoldover-Betrieb eine maximale Steigung derPhasenabweichung uÈ ber der Zeit (Bild 38).

Der Frequenz-Offset von 4,6610±6 darf von einerSEC nicht uÈ berschritten werden. Der Wert wird imAnalysefenster direkt angezeigt.

25

Abweichung 51011

TIE

Abweichung 51011

UÈ bergangs-bereich Zeit

Bild 37: Kurzzeitiger PhasenuÈ bergang

TIE

Abweichung 51011

Abweichung54,661011

Zeit

Bild 38: Langzeitiger PhasenuÈ bergang (Holdover-Mode)

26

Meûdauer T

TIE

ti+1

Sx

Zeit (t)ti ti+1

Beobachtungs-intervall

kleines Intervall

s1

H(f)

f0,42s1

Effektivwert

mittleres Intervall

s2

H(f)

f0,42s2

Effektivwert

groûes Intervalls3

H(f)

0,42s3

f

Effektivwert

TD

EV

hoÈ herfrequente niederfrequente

Anteile

s1 s2 s3s

Bild 39: Ermittlung des TDEV-Wertes

TDEV (Time Deviation)Der TDEV-Wert ist ein Maû fuÈ r die Varianz desPhasenfehlers in AbhaÈ ngigkeit von der Inte-grationszeit. Zu seiner Bestimmung wird uÈ berein Intervall s, das die gesamte Meûdauer T¹durchwandertª (wie bei MTIE) fuÈ r jeden ¹Halte-punktª si die Standardabweichung s (si) berech-net (Bild 39). Die errechneten Werte werdenuÈ ber T gemittelt, wodurch man den TDEV-WertfuÈ r das gewaÈ hlte Intervall s erhaÈ lt. Im naÈ chstenSchritt wird s vergroÈ ûert, wobei die gesamteProzedur fuÈ r das ¹neueª s wiederholt wird.

Im Gegensatz zur MTIE-Berechnung kann manmit der TDEV-Analyse auf den spektralen Inhaltder Phasenschwankungen schlieûen und dasMeûergebnis mit Hilfe des TDEV-Algorithmusinterpretieren.

TDEV-A lgor i thmus, stark vereinfacht dar-gestellt:± Betrachte alle Intervalle von 1 Sekunde.± Ermittle die Standardabweichung s innerhalb

aller Intervalle.± Bilde den Mittelwert uÈ ber alle s uÈ ber die

Meûdauer T (das ergibt den TDEV-Wert fuÈ r1 Sekunde).

± Trage den Wert in die TDEV-Grafik uÈ ber derPosition ¹1 Sekundeª ein.

± Betrachte alle Intervalle von 2 Sekunden.± Ermittle die Standardabweichung s innerhalb

aller Intervalle.

± Bilde den Mittelwert uÈ ber alle s uÈ ber die Meû-dauer T (TDEV-Wert fuÈ r 2 Sekunden).

± Trage den Wert in die TDEV-Grafik uÈ ber derPosition ¹2 Sekundenª ein.

± Dasselbe fuÈ r 3, 5, 8 Sekunden usw.

Die TDEV-Berechnung stellt eine Art ¹wandern-desª Software-Filter dar. Der TDEV-Wert zu denIntervallen sx wird uÈ ber ein digitales Bandpaû-Filter mit der Mittenfrequenz 0,42/sx und eineanschlieûende Effektivwertbildung gewonnen.

TVAR (Time Variance)Stellt mathematisch das Quadrat von TDEV dar.

ADEV (Allan Deviation),MADEV (Modified Allan Deviation)Die Berechnung der ADEV- und MADEV-Werteist mit der TDEV-Berechnung vergleichbar; dieWerte lassen sich auch mathematisch ineinan-der uÈ berfuÈ hren. ADEV und MADEV sind zwarnicht so gebraÈ uchlich wie TDEV, werden abergelegentlich zur Analyse herangezogen, weil sieweitere Informationen uÈ ber die Art der StoÈ run-gen liefern.

27

TIE

Offset corrected TIE

Frequencyoffset

Time

Data in

Buffer

f0

f0Data out

Drift rate

TIE

Frequencyoffset

Time

Bild 40: Zum Ausgleich von Frequenzschwankungenwerden Puffer verwendet.

Bild 41: Einfluû von Driftrate und Frequenz-Offsetauf TIE (Time Interval Error)

Bild 42: Bei der MRTIE-Messung wird der Frequenz-Offsetvom Meûergebnis subtrahiert

Interpretation der MTIE-, TDEV-, ADEV- undMADEV-KurvenADEV, MADEV und TDEV liefern bei verschiede-nen StoÈ rungen teilweise unterschiedliche Ergeb-nisse (sieheTabelle 2, Seite 28). AufgefuÈ hrt sindneben offensichtlichen Erscheinungen wie Fre-quenz-Offset und -Drift auch die fuÈ r Oszillatorentypischen Rauschprozesse.Wie man sieht, ist die MTIE-Berechnung dereinzige Weg, um den wichtigen (und haÈ ufigauftretenden) Fall von Frequenz-Offset zu erfas-sen. Die TDEV-Berechnung dagegen gibt Auf-schluû uÈ ber Frequenz-Drift oder das Rauschenvon Oszillatoren. FaÈ llt beispielsweise die TDEV-Kurve proportional mit der Wurzel aus s, so laÈ ûtdies auf Phasenmodulation mit weiûem Rau-schen schlieûen.Zum Ausgleich von Frequenzschwankungendurch Pointer-Aktionen werden bei DigitalSwitches, synchronen Cross Connects oder beiAdd & Drop-Multiplexern Puffer verwendet. Hier-bei ist der MTIE-Wert ein Maû fuÈ r die Puffer-Aus-legung, d. h. man dimensioniert den Puffer nachdem vorgeschriebenen MTIE-Grenzwert. Wenndieser nicht uÈ berschritten wird, kann man sichersein, daû es zu keinen Puffer-UÈ berlaÈ ufen kommtund somit Rahmen-Slips ausbleiben.

Die TDEV-, ADEV- und MADEV-Kurven sind alsMaû fuÈ r die Puffer-Auslegung nicht geeignet,aber eine wertvolle Hilfe bei der Beurteilung vonOszillatoren. In ETS 300 462-3 werden z. B.MTIE- und TDEV-Masken fuÈ r alle Synchronisa-tions-Schnittstellen (PRC, SEC, SSU, PDH)spezifiziert. Sie zeigen fuÈ r jedes Beobachtungs-intervall den maximalen MTIE- oder TDEV-Wert.Zusammenfassend laÈ ût sich sagen:

. MTIE ist ein Maû fuÈ r die LangzeitstabilitaÈ teines Taktes,

. TDEV ist ein Maû fuÈ r die KurzzeitstabilitaÈ t.

Frequenz-Offset und Frequenz-DriftrateNeben der Spezifikation des transienten Pha-senuÈ bergangs (TIE) beim Umschalten einerTaktquelle in den Holdover-Modus werden inentsprechenden Standards die MaximalwertefuÈ r den ¹Frequenz-Offsetª (Initial FractionalFrequency Offset) und die ¹Frequenz-Driftrateª(Frequency Drift Rate) vorgegeben (siehe Ta-belle 7, Seite 28). Dabei werden die Werte an-hand spezieller Algorithmen nach ANSI T1.101ermittelt.

MRTIE (Max. Relative Time Intervall Errors)Ist bei einer Wander-Analyse von asynchronenSignalen die Referenz z. B. wegen der raÈ um-lichen Distanz nicht verfuÈ gbar, kann die MTIE-Analyse von einem Frequenz-Offset uÈ berlagertsein. Er ist durch den Taktunterschied zwischenSignal und der zur Messung herangezogenenlokalen Referenz bedingt. Mit der MRTIE-Mes-sung wird der Frequenz-Offset vom Meûergeb-nis subtrahiert, so daû die eigentliche Wander-charakteristik angezeigt wird.

6 Jitter- und Wander-Meûtechnik

Prinzip der JittermeûtechnikEin Jitter-MeûgeraÈ t enthaÈ lt in der Regel folgendeElemente:± Mustertaktumsetzer± Referenztakterzeugung (PLL)± Phasenmesser (Phasendetektor)± Bewertungsfilter± Spitzenwerterfassung (Spitze-Spitze-Auswer-

tung und ggf. Effektivwertbestimmung)

Der Mustertaktumsetzer generiert aus dem Digital-signal den zugehoÈ rigen Takt mit allen enthaltenenPhasenschwankungen. Dieser Takt wird im Phasen-messer mit dem Referenztakt der internen Refe-renztakterzeugung verglichen. Der Referenztakt-

generator erzeugt die Referenzphase, indem er mitHilfe einer Phasenregelschleife (PLL) dem jitter-behafteten Eingangstakt traÈ ge nachfolgt. Die PLLbesitzt einen Tiefpass mit einer Grenzfrequenz imBereich 1 Hz (ANT-20: 0,1 Hz), somit werden diehochfrequenten Jitteranteile herausgefiltert. DieBandbreite dieser Phasenregelschleife bestimmtauch die untere Grenzfrequenz der Jitter-Messung,d. h., Anteile unter dieser Grenzfrequenz werdennicht erfaût.Die Spannungsschwankungen am Ausgang desPhasenmessers sind den Phasenschwankungenproportional, d. h., das Ausgangssignal entsprichtdem zeitlichen Verlauf des Jitters. Nachgeschaltetestandardisierte Bewertungsfilter (siehe weiter un-

28

ProcessSlope of

Possible causesMTIE TDEV ADEV MDEV

Frequency offset s ± ± ± Clock not from PRS

Frequency drift ± s2 s s Delay variations due totemperature changes

White noise phase modulation(WPM)Flicker Phase Modulation(FPM)White noise frequency modulation(WFM)Flicker frequency modulation(FFM)Random walk frequency modulaton(RWFM)

±

±

±

±

±

s-1/2

s-0

s1/2

s

s3/2

s-1

s-1

s-1/2

s0

s1/2

s-3/2

s-1

s-1/2

s0

s1/2

Typical parasitic noiseprocesses in differenttypes of oscillators

Tabelle 6: Interpretation von MTIE, TDEV, ADEV und MDEV-Kurven nach ETSI 300 462-1

Stratum 3 Stratum 3E

Initial Frequency Offset 0,05 ppm 0,001 ppm

Frequency Drift Rate 4,63610±7 ppm/sec 1,16610±8 ppm/sec

Fractional Frequency Offset due to Temp. Variations 0,3 ppm 0,01 ppm

Tabelle 7: Grenzwerte fuÈ r die Stratum-3/3E-Taktquelle nach ANSI T1.101

InterneReferenztakt-erzeugung

Ausgangsspannung proportionalzur Phasendifferenz zwischenSignaltakt und Referenzakt

Ergebnis-auswer-tung und-anzeige

Jitter/Wander-behafteter Takt

JitterfreierReferenztakt

Digitalsignal

(mit Jitter undWander)

Ext. Referenztakt-eingang

(fuÈ r Wander-messung

Muster

Takt

Mustertakt-umsetzer

PLL

Ext.

Int.Phasen-detektor

j

U

TP

10 Hz

Tiefpaû

Jitter-Bewertungsfilter

HP TP

UIrms

Spitze-Spitze/EffektivwertAuswertung

Demodulator-ausgang

MTIE

PLLTIE

UIpp

Bild 43: Funktionsbildeines Jitter/Wander-Analysators

ten: ¹Jitter-Bewertungª) begrenzen das Frequenz-spektrum des Jitter-Signals. Die positiven undnegativen Spitzenwerte des gefilterten Signalswerden erfaût (Spitze-Spitze-Auswertung) und alsJitter-Ergebnis (in UIpp oder alternativ als UIRMS)angezeigt. Das gefilterte Signal steht zur externenWeiterverarbeitung an einem Demodulatorausgangzur VerfuÈ gung. Dadurch sind weitere Analysen imZeit- und Frequenzbereich des Jitters moÈ glich,z. B. mit einem Oszilloskop, einem selektivenPegelmesser oder Spektrumanalysator.

Jitterbewertung: Kombinationen aus Hoch- undTiefpassfiltern bewerten das detektierte Jitter-Signal bezuÈ glich seines spektralen Inhalts. Die fuÈ rjede UÈ bertragungsschnittstelle passenden Filter-kombinationen sind in den einschlaÈ gigen Stan-dards festgelegt (siehe Anhang, Tabelle 3: ¹Stan-dards Jitter/Wanderª). Jitter-Analysatoren besitzendeshalb eine entsprechende Auswahl von Hoch-und Tiefpassfiltern. Durch die Selektion interessie-render Frequenzbereiche aus dem Jitter-Spektrumlassen sich RuÈ ckschluÈ sse auf die an der StoÈ rungbeteiligten Frequenzen ziehen.

Jittergenerator: FuÈ r die Jitter-Meûarten, wie z. B.Jitter-Toleranz oder Jitter-UÈ bertragung, ist einJittergenerator erforderlich. Die BaugruppenJitter-Modulationsgenerator und Jitter-Modulator(Phasenmodulator) erzeugen einen Takt mit defi-nierter Jittermodulation sowie einer Frequenz mitder gewuÈ nschten Bitrate. Dieser Takt versorgt denMustergenerator, der das Digitalsignal erzeugt.Mit Hilfe eines externen Modulatoreingangs koÈ nnenbesondere Streûsignale (Quasizufallsrauschen,SaÈ gezahn etc.) flexibel eingesetzt werden.

Prinzip der Wander-Meûtechnik: Das Meûprinzipentspricht weitgehend dem der Jitter-Messung.Anstelle der internen Referenztakterzeugung muû

jedoch ein externer Referenztakt zugefuÈ hrt werden,da Phasenschwankungen bis nahe 0 Hz zu messensind. WuÈ rde dies mit einer PLL realisiert werden, somuÈ ûte die Grenzfrequenz des Tiefpasses so niedrigwie moÈ glich sein. Je tiefer die Grenzfrequenz,desto laÈ nger muû die Einschwingzeit sein. So ergibtsich z. B. bei einer Grenzfrequenz von 0,0001 Hzeine Einschwingzeit von einigen Stunden, was abernicht praktikabel ist.

O.171 und O.172: Empfehlungen und GeraÈ te-eigenschaften zur Jitter-/Wander-MessungDie 1999 verabschiedete ITU-T-Empfehlung O.172mit dem Titel ¹Jitter and Wander MeasuringEquipment for Digital Systems which are basedon the Synchronous Digital Hierarchy (SDH)ª. Dieseneue Empfehlung tritt an die Seite der schon langeexistierenden Empfehlung O.171, die Jitter- undWander-Messungen an PDH-Systemen spezifiziert.O.172 ist zwar primaÈ r auf SDH ausgerichtet, umfaûtaber auch Schnittstellen der PDH-Zubringer.Definiert werden die GeraÈ teeigenschaften sowohlzur Jitter- und Wander-Messung als auch zur Jitter-und Wander-Erzeugung. Besonders wichtig ist,daû die Forderungen an die Meûgenauigkeit inO.172 gegenuÈ ber O.171 zum Teil verschaÈ rft wur-den. Auch sind die fuÈ r die Messung wichtigenBewertungsfilter (s. Abschnitt ¹Jitterbewertungª)eindeutig beschrieben. Auûerdem werden noch diedurch die synchrone Technologie bedingten neuenMeûapplikationen beschrieben (z. B. Pointerjitter).Tabelle 8 zeigt die wichtigsten Unterschiede zwi-schen O.171 und O.172.

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20dB

/Dek

.

20dB

/Dek

.

60dB

/Dek.

f1 f2Df23

f3 Frequenz

Df13

Am

plit

ud

e

Jitter-Detektor

Bandpassf1 ± f3

Df13

Df23Bandpass

f2 ± f3

gem

ess

ene

Jitte

r-A

mp

litud

ein

UI p

p

HP1 HP2 TP

STM-1/OC-3 500 Hz 65 kHz 1,3 MHz

STM-4/OC-12 1 kHz 250 kHz 5 MHz

STM-16/OC-48 5 kHz 1 MHz 20 MHz

Bild 44: Jitter-Meûfilter fuÈ r SDH/SONET-Bitraten

O.171 O.172

Schnittstellen Elektrische Schnitt-stellen bis140 Mbit/s (PDH)

Elektr. und opt. Schnitt-stellen bis 10 Gbit/s (PDH,SDH, SONET)

Jitter-Meter-Frequenzbereich

10 Hz bis 3,5 MHz 10 Hz bis 20 MHz(bei 2,5 Gbit/s)

Jitter-Meter-Bewertungsfilter

praÈ zisere Filterdefinition

Jitter-Meter-Amplitudenbereich

Bis 10 UIpp ErhoÈ hter Meûbereich, z. B.200 UIpp bei STM-4

Jitter-Meter-Eigen-fehler (Konstantanteil)

z. B. 0,085 UIpp bei140 Mbit/s

0,025 bis 0,05 UIpp

Jitter-Tx-Frequenzbereich

Bis 3,5 MHz Bis 20 MHz (bei 2,5 Gbit/s)

Pointer-Jitter-Meûapplikation

nicht erwaÈ hnt

Beschreibung der Meû-anforderungen, Pointer-Testsequenzen

Wander-Meter-Samplingrate (TIE)

430 Hz

Wander-Meter-Genauigkeit

+5% (variabler Anteil)+2,5 ns (Konstantanteil)fuÈ r kleine Beobachtungs-intervalle

MTIE-/TDEV-Algorithmus

Genaue Beschreibung

Wander-Tx-Amplitudenbereich

53000 UI 5230400 UI

Wander-Tx-Frequenzbereich

412 mHz fuÈ r 2 Mbit/s 412 mHz fuÈ r alle Bitraten

Tabelle 8: Vergleichzwischen O.171 undO.172

Anhang: Normen fuÈ r Jitter und Wander

Damit unterschiedliche Netzelemente problemlosin einem Telekommunikationsnetz zusammen-geschaltet werden koÈ nnen, muÈ ssen unter anderemdie maximalen Jitter- und Wander-Amplituden anden Schnittstellen eingehalten werden. UmgekehrtmuÈ ssen die EingaÈ nge ein bestimmtes Maû an Jitterund Wander tolerieren koÈ nnen. Die Akkumulation

von Jitter in einer UÈ bertragungskette mit Regene-ratoren muû durch Einhalten von Jitter-UÈ ber-tragungsfunktionen begrenzt werden. Dazu sind fuÈ ralle digitalen Hierarchie-Ebenen entsprechendeAnforderungen in den Standards nach ITU-T, ANSIund ETSI spezifiziert.

30

Tabelle 1: OutputJitter Requirements forNetwork Interfaces

NetworkInterface

Standard Bitrate Jitter Limits

Wide-band Jitter/UIpp High-band Jitter/UIpp

SDH Transport ITU-T G.825ETSI EN 302 084

STM-1e 1.5 0.075

STM-1 1.5 0.15

STM-4 1.5 0.15

STM-16 1.5 0.15

STM-64 1.5 0.15

SONET Transport ANSI T1.105.03Bellcore GR-253

OC-1 1.5 0.15

OC-3 1.5 0.15

OC-12 1.5 0.15

OC-48 1.5 0.15

PDH Transport ITU-T G.823ETSI EN 302 084

2048 kbit/s 1.5 0.2

8448 kbit/s 1.5 0.2

34368 kbit/s 1.5 0.15

139264 kbit/s 1.5 0.075

ANSI T1.102Bellcore GR-499ITU-T G.824

1544 kbit/s 5 0.1

6312 kbit/s 3 (NOTE 1) 0.1

44736 kbit/s 5 0.1

Synchronization ITU-T G.823ETS 300 462-3

2048 kbit/s PRC 0.05 -

2048 kbit/s SSU 0.05 -

2048 kbit/s SEC 0.5 0.2

2048 kbit/s PDH 1.5 0.2

ANSI T1.101 1544 kbit/s 5 0.1

Equipment Standard Bitrate Jitter Limits

Wide-band Jitter/UIpp High-band Jitter/UIpp

SDH (TM, ADM, DXCetc.)

ITU-T G.813ETS 300 462-5

STM-1 0.5 0.1

STM-4 0.5 0.1

STM-16 0.5 0.1

ANSI T1.105.03 OC-1 0.01 UIrms (12 kHz) Ð

OC-3 0.01 UIrms (12 kHz) Ð

OC-12 0.01 UIrms (12 kHz) Ð

OC-48 0.01 UIrms (12 kHz) Ð

Bellcore GR-253 OC-1 0.1 (0.01 UIrms) Ð

OC-3 0.1 (0.01 UIrms) Ð

OC-12 0.1 (0.01 UIrms) Ð

OC-48 0.1 (0.01 UIrms) Ð

SDH Regenerators ITU-T G.783NOTE 1

STM-1 0.3 0.1

STM-4 0.3 0.1

STM-16 0.3 0.1

PRC Clock ITU-T G.811ETS 300 462-6

2048 kbit/s 0.05 Ð

1544 kbit/s 0.015 Ð

SSU Clock ITU-T G.812ETS 300 462-4

STM-1e 0.5 0.075

STM-1 0.5 0.1

STM-4 0.5 0.1

STM-16 0.5 0.1

2048 kbit/s 0.05 Ð

1544 kbit/s 0.05 Ð

PDH ITU-T G.735 2048 kbit/s 0.05 Ð

ITU-T G.742 8448 kbit/s 0.05 Ð

ITU-T G.751 34368 kbit/s 0.05 Ð

139264 kbit/s 0.05 Ð

Tabelle 2: OutputJitter Requirements forEquipment

NOTE 1: Revised DraftG.783 (10/98)

NOTE 1: In DraftRevised G.824: 5 UIpp

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Aspect Application ITU-T ANSI Bellcore ETSI

OutputJitter/WanderNetwork Interfaces

SDH G.825 Ð Ð EN 302 084

SONET б T1.105.03 GR-253 Ð

PDH 1.5 Mbit/s Hierarchy б T1.102 GR-499 Ð

PDH 2 Mbit/s Hierarchy G.823 Ð Ð EN 302 084

Synchronisation G.823 T1.101 Ð ETS 300 462-3

OutputJitter/WanderEquipment Interfaces

SDH / SONET(TM, ADM, DXC etc.)

G.813 T1.105.03 GR-253 ETS 300 462-5

SDH / SONETRegenerators

G.783 (G.958) Ð Ð Ð

PRC Clock G.811 Ð Ð ETS 300 462-6

SSU Clock G.812 Ð Ð ETS 300 462-4

PDH G.735G.742G.751

Ð Ð Ð

Mapping /Pointer (Combined) Jitter

SDH / SONET Equipment G.783 T1.105.03 GR-253 ETS 300 417-1-1

Jitter/Wander Tolerance SDH / SONET G.825 T1.105.03 GR-253 EN 302 084

PDH 1.5 Mbit/s Hierarchy G.824 T1.403T1.404

GR-499 Ð

PDH 2 Mbit/s Hierarchy G.823 Ð Ð EN 302 084

Jitter/Wander Transfer SDH / SONET G.783(G.958)

T1.105.03 GR-253 Ð

PDH 1.5 Mbit/s Hierarchy(MUXDEM)

Ð GR-499 Ð

PDH 2 Mbit/s Hierarchy(MUXDEM)

G.735 to 739G.751

Ð Ð Ð

Definitions andTerminology

Synchronisation Networks G.810 Ð Ð ETS 300 462-1

Jitter/WanderMeasurement Equipment

PDH Equipment O.171 Ð Ð Ð

SDH Equipment O.172 Ð Ð Ð

Tabelle 3: Jitter/Wander Standards

DeutschlandWavetek Wandel Goltermann GmbH &Co.VertriebsgesellschaftPostfach 11 5572794 Eningen u.A.Tel. (0 71 21) 86 22 22Fax (0 71 21) 86 12 22E-mail: sales.germany@wwgsolutions.com

SchweizWandel &Goltermann (Schweiz) AGPostfach 779Morgenstrasse 83CH-3018 Bern 18Tel. 031-996 44 11Fax 031-996 44 22E-mail: sales.switzerland@wwgsolutions.com

OÈ sterreichGUS, Ost- und SuÈ deuropa,Iran, TuÈ rkeiWavetek Wandel Goltermann Austria GmbHPostfach 13Elisabethstraûe 36A-2500 BadenTel. (0 22 52) 85 52 10Fax (0 22 52) 8 07 27E-mail: mail.austria@wwgsolutions.com

WeltweitWandel &Goltermann GmbH &Co.Elektronische MeûtechnikInternationales MarketingPostfach 12 62D-72795 Eningen u.A.Tel. +49 (0) 7121-86 16 16Fax +49 (0) 7121-86 13 33E-mail: info@wwgsolutions.comhttp://www.wwgsolutions.com

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