時鐘網絡與OCXO振蕩器的階層級別定義與應用
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫電子 2020年07月06
時鐘網絡與OCXO振蕩器的階層級別定義與應用
已定義的階層級別
名為”數字網絡同步接口標準”的美國國家標準協會(ANSI)標準于1987年首次發布.本文檔定義了數字網絡同步的層次級別和最低性能要求.地層水平的要求如表A所示,該表提供了地層時鐘系統漂移和滑動率的比較和總結.
地層1被定義為完全自主的定時源,除了每年校準之外,沒有其他輸入.第一層計時的通常來源是原子標準(銫束或氫脈澤)或參考石英晶體振蕩器(OCXO).最小可調范圍和最大漂移定義為1x10-11或更小的小數頻率偏移f/f.在這種最低精度下,經過適當校準的信號源將提供不會相對于絕對或完美標準每4至5個月滑動一次以上的比特流定時.銫原子鐘等原子標準的性能要好得多.
地層1時鐘是ANSI/T1.101中定義的主要參考源(PRS)的一個示例.另外,PRS源可以是采用協調世界時(UTC)頻率和時間服務的直接控制的時鐘系統,例如全球定位系統(GPS)導航系統.全球定位系統可用于提供地層1質量的高精度、低成本定時.
第二層時鐘系統在正常工作條件下跟蹤輸入,并在受損工作條件下保持輸入參考頻率的最后最佳估計值.第二層時鐘系統要求最小調整(跟蹤)范圍為1.6×10-8.無輸入參考的地層2的漂移在一年內小于1.6×10-8.系統的短期漂移在24小時內小于1×10-10.如果將該規格解釋為每24小時1×10-10的漂移,當Stratum2時鐘系統處于保持模式時,這相當于7天內大約1次的幀滑移率.每天漂移小于2.5x10-11的Stratum2時鐘將導致第一次幀滑動時間超過2個月.第二層時鐘的典型例子是銣標準和雙烤箱OCXO晶振.
第3層被定義為一個時鐘系統,它像第2層一樣跟蹤輸入,但范圍更廣.第三層時鐘系統要求最小調整(跟蹤)范圍為4.6×10-6.系統的短期漂移在24小時內小于3.7x10-7.在系統保持不變的情況下,這相當于在24小時內發生了大約255次幀滑移.一些第三層時鐘設備不足以為SONET網絡元件計時.
貝爾科文件[參考文獻3、7和8]中定義的3E地層是由于SONET設備要求而產生的新標準.地層3E跟蹤來自地層3或更好的源的1.544兆赫的7.1赫茲內的輸入信號.無輸入參考的漂移在24小時內小于1x10-8.與地層3的255次滑動相比,24小時內少于4次框架滑動.
層4被定義為時鐘系統,它跟蹤層2或層3中的輸入,除了調整和漂移范圍是3.2×10-5.此外,Stratum4時鐘沒有保持能力,在沒有基準晶振電壓的情況下,在調整范圍內自由運行.幀滑動之間的時間可以少至4秒.4E地層是一個提議的新客戶駐地時鐘標準,它允許一個非自由運行的保持特性.這一新的水平,打算由客戶提供的設備在擴展他們的網絡中使用,還沒有標準化.
階層層次
第1層時鐘可以控制第2層,3E,3、4E或4個時鐘.層2時鐘可以驅動層2、3E,3、4E或4個時鐘.Stratum3E時鐘可以驅動3E,3、4E或4個時鐘層.第3層時鐘可以驅動第3、4E或4層時鐘.不建議將Stratum4E或4時鐘用作任何其他時鐘系統的定時源.
由于較高層時鐘系統的捕獲和調整范圍較窄(2高于3,依此類推),因此不建議從Stratum3E或3時鐘驅動Stratum2時鐘.實際上,它在某些傳輸受損的情況下將無法工作.另外,在使用不止一個Stratum1信號源的網絡應用中,必須格外小心,以確保這些信號源準確且可追溯到某些其他標準.通常用于檢查Stratum1時鐘源準確性的另一個標準是GPS系統.GPS接收器也可以直接用作Stratum1質量的來源.
Stratum1時鐘的管理,操作和維護可能是一項昂貴的工作.原子源可能沒有較長的免維護工作間隔,并且可能會遇到故障,而沒有給出源關閉頻率的指示.此外,如果顯示Stratum1的計時源不準確,則該網絡必須能夠接受另一個網絡的計時,直到問題解決為止.因此,為了確保精度并使成本最小化,GPS具有吸引力.
表A:層時鐘需求和層次結構
注意:
*為了根據漂移計算滑動率,假設頻率偏移等于24小時內的上述漂移,累積比特滑動,直到累積了193個比特.各種原子和進口晶體振蕩器的漂移速率是眾所周知的,并且通常不是線性的或者不一定持續增加.
網絡故障,會發生什么?
如果由于時鐘系統處于保持狀態而導致幀滑移,那么代價是什么?連接的設備停止工作了嗎?通常不會.語音設備傾向于快速重新獲得幀同步,導致爆音或咔噠聲,這通常不是問題.根據傳輸的數據速率以及是否使用前向糾錯,數據電路會丟失一定數量的比特.一些提供分插服務的多路復用設備在獲得新的同步源時中斷所有輸出干線.這種中斷,如果是由于電路噪聲造成的,可能會使網絡暫時無用,因為滑動會導致進一步的下游滑動(誤差或滑動倍增).
時鐘系統在電路損壞時提供穩定的頻率源.時鐘保持漂移導致滑動之前,連接的設備不會受到影響.一個穩定的時鐘會將一個一天經歷兩三次問題的網絡變成一個在大規模干線中斷時保持定時的網絡.只要修復時間與第一次幀滑移的時間相當(見表A),網絡將繼續正常運行,直到大修得到修復.
因為偶爾的失誤總是會發生,所以最好的辦法就是將它們的發生率降到最低.通過對時鐘系統進行仔細的網絡工程設計,可以以合理的成本實現近乎完美的定時,同時具有出色的可靠性和可維護性.
時鐘網絡與OCXO振蕩器的階層級別定義與應用
已定義的階層級別
名為”數字網絡同步接口標準”的美國國家標準協會(ANSI)標準于1987年首次發布.本文檔定義了數字網絡同步的層次級別和最低性能要求.地層水平的要求如表A所示,該表提供了地層時鐘系統漂移和滑動率的比較和總結.
地層1被定義為完全自主的定時源,除了每年校準之外,沒有其他輸入.第一層計時的通常來源是原子標準(銫束或氫脈澤)或參考石英晶體振蕩器(OCXO).最小可調范圍和最大漂移定義為1x10-11或更小的小數頻率偏移f/f.在這種最低精度下,經過適當校準的信號源將提供不會相對于絕對或完美標準每4至5個月滑動一次以上的比特流定時.銫原子鐘等原子標準的性能要好得多.
地層1時鐘是ANSI/T1.101中定義的主要參考源(PRS)的一個示例.另外,PRS源可以是采用協調世界時(UTC)頻率和時間服務的直接控制的時鐘系統,例如全球定位系統(GPS)導航系統.全球定位系統可用于提供地層1質量的高精度、低成本定時.
第二層時鐘系統在正常工作條件下跟蹤輸入,并在受損工作條件下保持輸入參考頻率的最后最佳估計值.第二層時鐘系統要求最小調整(跟蹤)范圍為1.6×10-8.無輸入參考的地層2的漂移在一年內小于1.6×10-8.系統的短期漂移在24小時內小于1×10-10.如果將該規格解釋為每24小時1×10-10的漂移,當Stratum2時鐘系統處于保持模式時,這相當于7天內大約1次的幀滑移率.每天漂移小于2.5x10-11的Stratum2時鐘將導致第一次幀滑動時間超過2個月.第二層時鐘的典型例子是銣標準和雙烤箱OCXO晶振.
第3層被定義為一個時鐘系統,它像第2層一樣跟蹤輸入,但范圍更廣.第三層時鐘系統要求最小調整(跟蹤)范圍為4.6×10-6.系統的短期漂移在24小時內小于3.7x10-7.在系統保持不變的情況下,這相當于在24小時內發生了大約255次幀滑移.一些第三層時鐘設備不足以為SONET網絡元件計時.
貝爾科文件[參考文獻3、7和8]中定義的3E地層是由于SONET設備要求而產生的新標準.地層3E跟蹤來自地層3或更好的源的1.544兆赫的7.1赫茲內的輸入信號.無輸入參考的漂移在24小時內小于1x10-8.與地層3的255次滑動相比,24小時內少于4次框架滑動.
層4被定義為時鐘系統,它跟蹤層2或層3中的輸入,除了調整和漂移范圍是3.2×10-5.此外,Stratum4時鐘沒有保持能力,在沒有基準晶振電壓的情況下,在調整范圍內自由運行.幀滑動之間的時間可以少至4秒.4E地層是一個提議的新客戶駐地時鐘標準,它允許一個非自由運行的保持特性.這一新的水平,打算由客戶提供的設備在擴展他們的網絡中使用,還沒有標準化.
階層層次
第1層時鐘可以控制第2層,3E,3、4E或4個時鐘.層2時鐘可以驅動層2、3E,3、4E或4個時鐘.Stratum3E時鐘可以驅動3E,3、4E或4個時鐘層.第3層時鐘可以驅動第3、4E或4層時鐘.不建議將Stratum4E或4時鐘用作任何其他時鐘系統的定時源.
由于較高層時鐘系統的捕獲和調整范圍較窄(2高于3,依此類推),因此不建議從Stratum3E或3時鐘驅動Stratum2時鐘.實際上,它在某些傳輸受損的情況下將無法工作.另外,在使用不止一個Stratum1信號源的網絡應用中,必須格外小心,以確保這些信號源準確且可追溯到某些其他標準.通常用于檢查Stratum1時鐘源準確性的另一個標準是GPS系統.GPS接收器也可以直接用作Stratum1質量的來源.
Stratum1時鐘的管理,操作和維護可能是一項昂貴的工作.原子源可能沒有較長的免維護工作間隔,并且可能會遇到故障,而沒有給出源關閉頻率的指示.此外,如果顯示Stratum1的計時源不準確,則該網絡必須能夠接受另一個網絡的計時,直到問題解決為止.因此,為了確保精度并使成本最小化,GPS具有吸引力.
表A:層時鐘需求和層次結構
| 地層 | 精度 | 拉入范圍 | 穩定性 | 第一幀滑動時間 |
| 1 | 1x10-11 | 不適用 | 不適用 | 72天 |
| 2 | 1.6x10-8 | 必須能夠以+/-1.6x10-8的精度同步時鐘 | 1x10-10/天 | 7天 |
| 3E | 1.0x10-6 | 必須能夠以+/-4.6x10-6的精度同步時鐘 | 1x10-8/天 | 3.5小時 |
| 與 | 4.6x10-6 | 必須能夠以+/-4.6x10-6的精度同步時鐘 | 3.7x10-7/天 | 6分鐘(255in24小時) |
| 4E | 32x10-6 | 必須能夠以+/-32x10-6的精度同步時鐘 | 與精度相同 | 尚未指定 |
| H | 32x10-6 | 必須能夠以+/-32x10-6的精度同步時鐘 | 與精度相同 | 不適用 |
*為了根據漂移計算滑動率,假設頻率偏移等于24小時內的上述漂移,累積比特滑動,直到累積了193個比特.各種原子和進口晶體振蕩器的漂移速率是眾所周知的,并且通常不是線性的或者不一定持續增加.
網絡故障,會發生什么?
如果由于時鐘系統處于保持狀態而導致幀滑移,那么代價是什么?連接的設備停止工作了嗎?通常不會.語音設備傾向于快速重新獲得幀同步,導致爆音或咔噠聲,這通常不是問題.根據傳輸的數據速率以及是否使用前向糾錯,數據電路會丟失一定數量的比特.一些提供分插服務的多路復用設備在獲得新的同步源時中斷所有輸出干線.這種中斷,如果是由于電路噪聲造成的,可能會使網絡暫時無用,因為滑動會導致進一步的下游滑動(誤差或滑動倍增).
時鐘系統在電路損壞時提供穩定的頻率源.時鐘保持漂移導致滑動之前,連接的設備不會受到影響.一個穩定的時鐘會將一個一天經歷兩三次問題的網絡變成一個在大規模干線中斷時保持定時的網絡.只要修復時間與第一次幀滑移的時間相當(見表A),網絡將繼續正常運行,直到大修得到修復.
因為偶爾的失誤總是會發生,所以最好的辦法就是將它們的發生率降到最低.通過對時鐘系統進行仔細的網絡工程設計,可以以合理的成本實現近乎完美的定時,同時具有出色的可靠性和可維護性.
時鐘網絡與OCXO振蕩器的階層級別定義與應用
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