Измерения основных параметров системы ТСС

Измерения основных параметров системы ТСС

Надежное функционирование системы ТСС на сети связи общего пользования (ССОП) обеспечивается путем организации измерений условий распределения сигналов синхронизации на всех сетях электросвязи взаимодействующих с ССОП. В настоящее время, судя по результатам аудита и оформления экспертных заключений, большинство аудиторов (измерителей) используют разные методики, что снижает ценность и объективность проводимых измерений, затрудняет возможность выявления элементов сети ТСС с некачественными параметрами, что в результате не гарантирует надежного распределения синхросигналов на сетях электросвязи. Приводятся анализ используемых методик и приводятся рекомендации по их усовершенствованию путем определения оптимального порядка проведения измерений на сети ТСС и сравнения полученных результатов с установленными нормами [1-4]. Показывается необходимость разработки и утверждения, для использования на сети связи, стандартных методик проведения измерений основных параметров системы ТСС, с помощью которых можно гарантировать надежное распределение синхроинформации по сетям электросвязи. Проанализированы типовые ошибки, которые возникают при проведении измерений параметров системы ТСС и их влияние на получаемые результаты.

Ключевые слова: тактовая сетевая синхронизация, синхросигнал, временной интервал, первичный эталонный генератор, ошибка временного интервала, максимальная ошибка временного интервала, девиация временного интервала, дрейф частоты.

Колтунов М.Н.,

МТУСИ, к.т.н., mihnatk@mail.ru Общие положения

В процессе эксплуатации системы ТСС на сетях связи измерения основных параметров синхросигналов проводятся с целью определения их соответствия требуемым сетевым нормам, а также при паспортизации оборудования, используемого для формирования и восстановления сигналов синхронизации.

Стандартизированным сигналом синхронизации на сети ТСС служит синусоидальный или прямоугольный сигнал частотой 2,048 МГц. В качестве синхросигнала используют также сигнал 2,048 Мбит/с в коде ЬЮВЗ, который в отличие от сигнала 2,048 МГц, меньше затухает, и его легче восстанавливать с целью передачи на большие расстояния. [1-3]

При быстром изменении фазы сигнала синхронизации (с частотой 10 Гц и более) создается дрожание фазы (джиттер), а при медленном изменении фазы сигнала (с частотой ниже 10 Гц) — блуждание фазы (вандер) [1-6].

Дрожание фазы измеряется в долях тактового интервала (единичного интервала ЕИ), а блуждание фазы измеряется в нс, определяемой ошибкой временного интервала (ОВИ).

Так как дрожание фазы подавляется сетевыми элементами (СЭ) на каждом участке цифровой сети и, следовательно, не накапливается, то основными характеристиками, определяющими искажения синхросигнала при передачи его по цифровой сети, являются параметры блуждания фазы [5].

Параметры оборудования, подвергающегося паспортизации, необходимо измерять с

целью проверки его исправности и обеспечения эффективного использования в системе ТСС. Наиболее важными характеристиками оборудования синхронизации являются:

— точность установки номинала тактовой частоты, т.е. относительное отклонение формируемой тактовой частоты от его номинального значения;

— помехоустойчивость к шумам во входном сигнале синхронизации;

— подавление шумов в поступающем входном сигнале синхронизации;

— нарушения непрерывности выходного сигнала синхронизации при переходе на резервный сигнал синхронизации, или на резервный комплект оборудования;

— полоса захвата входного сигнала синхронизации. Этот параметр важен для обеспечения устойчивости работы сети ТСС в синхронном режиме;

— стабильность частоты сигнала синхронизации при переходе оборудования в режим запоминания частоты (точность запоминания и суточный уход частоты).

Организация измерений

При организации измерений на сети ТСС определяются перечень измеряемых параметров, а также порядок и методы проведения измерений, которые распространяются на следующие элементы системы ТСС:

— оборудование ТСС, а также коммутационные станции, которые используются при распределении синхросигналов по сети ТСС;

— источники эталонных синхросигналов, подключенные к сети ТСС;

— сети ТСС, построенные на базе цифровых транспортных систем.

Проведение измерений состоит из следующих трех этапов:

— на схеме сети ТСС определяются точки, в которых должны измеряться параметры синхросигналов;

— устанавливается последовательность проведения измерений в этих точках (план проведения измерений);

— проводится комплексный анализ результатов проведенных измерений для определения качества поверяемой сети ТСС, выявления существующих недостатков, выдачи рекомендаций по их устранению и, в случае необходимости, предложений по дальнейшему развитию данной сети ТСС.

Задачей всех трех этапов состоит в обеспечении необходимого качества функционирования системы ТСС, которое характеризуется соответствующими параметрами сигналов синхронизации и оборудовании синхронизации, используемого для получения и восстановления этих сигналов.

В результате на сети ТСС измеряют следующие характеристики:

— относительным отклонением частоты синхросигнала от его номинального значения;

—уровень блуждания фазы синхросигнала на входе и выходе систем передачи и оборудования, преобразующего или использующего сигналы синхронизации, поступающие к нему на вход. Уровень допустимых блужданий фазы сигналов синхронизации определяется с помощью максимальной ошибкой временного интервала (МОВИ) и девиация временного интервала (ДВИ) для различных интервалов наблюдения;

— точностью запоминания и поддержания частоты синхросигнала оборудованием син-

хронизации в режиме удержания частоты;

— допустимый уровень фазовых блужданий фазы на входе оборудования ТСС, который не приводит к аварийной ситуации;

— полоса подавления фазовых блужданий входного синхросигнала в оборудовании ТСС;

— нарушением непрерывности фазы синхросигнала при переключениях на резервный синхросигнал или на резервные комплекты оборудования.

Кроме указанных выше основных параметров синхронизации система ТСС характеризуется:

— формой импульсов и дрожанием фазы синхросигнала, для измерения которых не требуется специальных методик, т.к. эти измерения не являются специфическими для системы ТСС.

В некоторых случаях необходимо измерять полосу захвата системы ФАПЧ управляемого генератора СЭ. Эта методика хотя и не совсем специфична для системы ТСС, но из-за редкого применения в других системах, её целесообразно рассмотреть в данной статье.

Порядок проведения измерений основных параметров системы ТСС

Измерения параметров блуждания

фазы синхросигнала

Наиболее массовыми и важными измерениями на сети ТСС являются измерения параметров блуждания фазы синхросигнала (МОВИ и ДВИ), которые определяются используемыми на сети приборами при прямых измерениях данных ОВИ. Значения МОВИ и ДВИ для различных интервалов наблюдения, рассчитываются по заданной программе, заложенной в измерительный прибор и выводятся на экран прибора и на печать [1]. Получаемые зависимости МОВИ и ДВИ от длительности интервала наблюдения сравниваются с предельными значениями (масками), установленными для различных условий измерения. Для оценки результатов проведенных измерений необходимо правильно выбрать "маску" и определить характерные значения параметров МОВИ и ДВИ, которые необходимо сравнивать с выбранной "маской", а также установить необходимое время измерений.

При оценке результатов измерений основной "маской" должна служить "маска" характеризующая синхросигналы на выходе сети ТСС, определяемые как выходные параметры ПЭГ [8,9]. Если измеренные параметры МОВИ и ДВИ укладываются в пределы этой маски, то качество синхронизации данного элемента очень хорошее. Если не укладывается в эту "ма-

ску", то требуется проведение анализа цепи передачи для данного синхросигнала. Для такого анализа нужна другая "маска", превышение данных которой недопустимо на сети ТСС. Эта "маска" специфична для каждого вида систем передачи и оборудования ТСС [8,9]. Чем короче цепь элементов, используемых для передачи сигнала синхронизации, тем ближе должны быть измеренные значения МОВИ и ДВИ к "маске" для выходных параметров ПЭГ.

Исходя из вида оборудования, на выходе которого проводится измерения, устанавливается оптимальное время измерения. На входах любого оборудования, включенного в сеть ТСС, а также на выходах мультиплексоров систем передачи, длительность каждого измерения ОВИ должна находиться в пределах 1200 с. На выходах ВЗГ, МЗГ и коммутационных станций, за счет помех, создаваемых собственной системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), время измерения ОВИ рекомендуется увеличить до 2400 с. Если время измерения ОВИ устанавливать больше указанных величин, то результаты измерений могут искажаться за счет неточности установки номинала частоты в опорном генераторе измерительного прибора. Так, например, при точности установки номинала тактовой частоты равной 1 •10-10, за два часа измерений ошибка в измеренном значении МОВИ достигнет 720 нс, в то время как действительное значение может быть меньше этого значения (Для сигналов на входе линии МОВИ <370 нс).

Необходимо обратить внимание на то, что характеристика ДВИ обычно имеет сложную форму, а сравнивать с "маской" необходимо максимальные значения ДВИ для всего интервала наблюдения, а не для участка этого интервала, как это обычно делается на практике. Так как приведенные в таблице, интервалы наблюдения начинается с нулевого значения, то для синхросигнала, приведенного на рис. 1 при всех интервалах наблюдения больших 25 с — максимальное значение ДВИ приблизительно равно 12 нс. При этом в таблицах необходимо записывать допустимые пределы для измеряе-

еі«иГ>о:ч ячз іч -г 1*1 >1 г-н

мсвмі'і дь'-і; .ч

к /Г ч,

/

У

у

VI

ШСВІ ±2-___і-»-- Шя • -

Рис. 1

мой величины не виде формул, а в числовом виде, и указывать, что измеренные значения < некоторого данного, приведенного в таблице.

Определение значений ДВИ для различных участков внутри интервала наблюдения, не имеет практического смысла, и поэтому записывать их в таблицы не нужно.

Измерения относительного отклонения

частоты от номинального ее значения

Метод измерения относительного отклонения частоты синхросигнала от её номинального значения заключается в сравнении частоты синхросигнала с частотой опорного сигнала, в качестве которого должен использоваться поверенный генератор, точность установки частоты которого выше, чем у измеряемого сигнала, т.е. не более, чем 2Ч0"12 [1].

Относительное отклонение частоты синхросигнала от ее номинального значения рассчитывается по формуле:

Д^н =(МОВИ)к - (МОВИ)н/ Ткон - Тнач

где: Дf — отклонение частоты синхросигнала от ее номинального значения; ^ — номинальное значение частоты синхросигнала; (МОВИ)к и (МОВИ)н — значения МОВИ, соответствующие началу и концу участка графика зависимости МОВИ от интервала наблюдения "т", на котором изменение МОВИ определяется долговременной стабильностью частоты (далее — участок графика зависимости); ткон — интервал наблюдения, соответствующий концу участка графика зависимости, значение которого выбирается исходя из требуемой точности измерений; тнач — интервал наблюдения, соответствующий началу участка графика зависимости МОВИ от времени наблюдения, для которого эта зависимость практически перестает зависеть от шумов, вызываемых блужданием фазы сигнала синхронизации. На рис. 2, тнач = 20 с.

Приведенная выше формула позволяет

уменьшить время измерения, так как при ее

гаеа.ядш.куа мдавад _и~ из.-;

/?

1 .

щу-1 ч»з .га_и— і-«и—

Рис. 2

использовании, на результаты измерения практически не влияет существующие в сигнале блуждания фазы.

С целью упрощения процедуры измерения относительного отклонения частоты синхросигнала от его номинального значения на выходе ПЭГ допускается использовать в качестве опорного источника синхросигнала неиспользуемый в формировании синхросигнала ПЭИ, входящий в состав ПЭГ.

Такое упрощение допустимо, так как при данных измерениях не требуется определять метрологические значение данной характеристики сигнала синхронизации, а проводится лишь проверка исправности оборудования ТСС, при которой необходимо определить, что относительного отклонения частоты синхросигнала укладывается в заданный допуск (отклонение частоты <10-11), а каждый исправный ПЭИ обеспечивает точность установки номинального значения частоты не хуже, чем 5 • 10-12.

При измерениях отклонений значения частоты синхросигнала в момент перехода задающего генератора в режим запоминания частоты и в процессе работы в этом режиме на суточном временном интервале, достаточно использовать опорный генератор средства измерения и проводить сравнение измерений изменений значений МОВИ на временном интервале длительностью не менее 0,5 ч.

Точность запоминания частоты ДИ /н определяется, как разность значений МОВИ, поделенная на длительность интервала измерения, т.е. Д^Д = (МОВИ2000с — МОВИ200с)/ 1800 с, где МОВИ измеряется в нс, а целое значение Д^/н выражено в 10-12 относительных единицах. Суточное отклонение частоты определяется, как разность между Дf2/fн — Д^Д, где ДЙД = (МОВИ24ч — МОВИ23,5 ч)/ 1800 с. Таким образом, при определении Д^Д значения МОВИ определяют на временном интервале от 200 до 2000 с, а Дf2Д определяют на временном интервале от 23,5 до 24 ч. Не будет большой ошибки.

Можно оценивать качество режима запоминания частоты в соответствии с установленным в стандарте ЕГБ1 300 462 4 допустимому значению ОВИ (фазовой ошибки) ДТ(Б) = |а1 + 0,5ЬБ2 + с|, где а, = 5^10-10, Ь = 2^10"10/

в день или 2,3Ч0"6 нс/с, а с = 60 нс. Эта оценка естественно не учитывает влияние каждого из компонентов и поэтому менее удобна при анализе работы оборудования синхронизации в режиме запоминания частоты, но для определения работоспособности БСС коммутационных станций этих данных достаточно.

(В рекомендации G812 нет необходимых исходных данных для расчета ДТ(Б).

Измерение допустимого уровня

фазовых шумов

При паспортизации оборудования синхронизации измеряют допустимый уровень фазовых шумов в синхросигнале на входе. Измерения обычно проводиться путем модуляции входного сигнала синусоидальными сигналами различной частоты, причем амплитуда модулирующего сигнала устанавливается в соответствии с существующими международными рекомендациями [7]

Модуляцию входного синхросигнала осуществляют последовательно частотами 1 Гц с амплитудой 375 нс; 0,1 Гц с амплитудой 375 нс;

0,01 Гц с амплитудой 1000 нс; 0,001 Гц с амплитудой 1000 нс и 0,0001 Гц с амплитудой 2500 нс.

Соответственно устанавливается длительность измерений:

— для частот 1и 0,1 Гц это100 с;

— для частоты 0,01 Гц — 1000 с;

— для частоты 0,001 Гц — 10000 с;

— для частоты 0,0001 Гц — 20000 с.

Измерять ДВИ в выходном сигнале при такой виде модуляции входного сигнала практически бесполезно, так как это измерение предполагает шумовую модуляцию входного сигнала. Устойчивость оборудования к входным помехам определяется наблюдением за формой сигнала синхронизации на выходе испытываемого оборудования, которая должна в среднем сохранять исходную частоту синхросигнала 2,048 мГц, т.е. в оборудовании нет аварий, отсутствие переключений на резерв или изменение режима работы ФАПЧ, а также сохраняется синхронный режим работы.

Если выходной сигнал при установленной амплитуде модуляции не удерживает исходную частоту, то амплитуду модуляции надо уменьшать с целью определения допустимого для данного оборудования уровня шумового сигнала.

Измерения полосы подавления фазовьх

шумов входного синхросигнала

Алгоритм измерения данного параметра во многом аналогичен рассмотренному ранее в предыдущем разделе.

При проведении измерений осуществляют модуляцию входного синхросигнала последовательно частотами 1; 0,1; 0,01; 0,001 и

0,0001 Гц, но при этом для всех частот модуляции устанавливается одинаковая амплитуда,

которая меньше максимально-допустимой. Рекомендуется установить амплитуду модуляции равной 200 нс. Длительность измерений, как в предыдущей методике устанавливается равной:

— для частот 1и 0,1 Гц — 100 с;

— для частоты 0,01 Гц — 1000 с;

— для частоты 0,001 Гц — 10000 с;

— для частоты 0,0001 Гц — 20000 с.

Наблюдается выходной синхросигнал, который должен в среднем сохранять исходную частоту синхросигнала 2,048 мГц. При этом амплитуда модуляции выходного сигнала, должна уменьшаться с повышением частоты модуляции.

Частота, для которой амплитуду модуляции выходного синхросигнала равна приблизительно 140 нс определяет полосу подавления фазовых шумов.

Примечание.

1. Если полоса подавления шумов относительно широкая, то нет необходимости устанавливать частоты модуляции 0,001 и 0,0001 Гц.

2. Для более точного определения полосы подавления фазовых шумов допустимо устанавливать дополнительные модулирующие частоты входного синхросигнала.

Измерения нарушений непрерывности

фазы формируемого синхросигнала

Нарушения непрерывности фазы выходного синхросигнала в оборудовании возникают при переключениях на резервный синхросигнал или на резервный комплект оборудования.

Данные измерения не должны предусматривать анализ всего процесса переключения, т.к. режим запоминания частоты синхросигнала проверяется отдельно, а процесс перехода на резерв определяется разностью фаз исходных сигналов.

Скачки фазы выходного синхросигнала рекомендуется определять по изменению характеристики ОВИ на интервале времени, в течение которого происходит данное переключение.

Начинать измерение рекомендуется за 2-3 минуты до момента проводимого переключения и заканчивается спустя 5 минут после потери основного синхросигнала или выключения основного комплекта оборудования.

Определяется величина изменения фазы выходного синхросигнала в моменты переключения (скачок фазы). Обычно измеряемая величина не превышает нескольких наносекунд, а допустимые нормы, зависят от вида испытываемого оборудования, и равны 60 или 120 нс.

(Для оборудования синхронизации — это 60 нс, а для систем передачи и коммутационных станций —120 нс).

Измерение полосы захвата системы

ФАПЧ управляемого генератора

Для проведения измерений устанавливают допустимые для данного вида оборудования отклонения частоты входного сигнала синхронизации относительно исходного, формируемого измерительным прибором, которое в данном случае принимается за номинальное значение.

Сначала изменяют частоту в сторону ее увеличения (например, для ВЗГ это + 1 • 10-8), а затем в сторону ее уменьшения (на — 1 • 10-8).

Наличие надежного захвата определяется по характеристике ОВИ для выходного синхросигнала, которая должна соответствовать установленному отклонению частоты входного синхросигнал. Если выходной сигнал повторяет форму(установленное отклонение частоты) входного сигнала, то произошел захват, т.е. полоса захвата не уже, чем установленное отклонение частоты. Если же частота выходного сигнала перестает четко определяться установленной частотой входного сигнала, то необходимо повторить измерения, установив при этом меньшее отклонение частоты. (Возможно наличие ассиметрии, когда допустимое отклонение частоты в одну сторону отличается от допустимого

отклонения в другую сторону). В этом случае требуется специальный анализ полученных результатов, и, возможно, подстройка частоты задающего генератора оборудования.

Выводы

1. Для обеспечения высокого качества услуг, которые предоставляет ССОП потребителям, необходимо проводить качественные измерения параметров системы ТСС на сетях всех операторов связи, подключенных к ССОП.

2. Невозможно осуществлять надежные и качественные измерения в отсутствии чётких, и желательно, утвержденньх методик измерения.

3. Данная статья является попыткой показать особенности проведения измерений параметров системы ТСС на ССОП.

Литература

1. Колтунов М.Н., Леготин Н.Н., Шварц М.Л. Сетевая синхронизация в системах связи. — М.: SYRUS SYSTEMS, 2007. — 240 с.

2. Приказ Мининформсвязи №161 от 07.12.2006г. об утверждении Правил применения оборудования тактовой сетевой синхронизации.

3. Мельникова Н.Ф. Метрологическое обеспечение системы тактовой сетевой синхронизации на цифровой сети общего пользования Российской Федерации // Метрология и измерительная техника. —№ 6, 1999. — С. 18-27.

4. РД45.230.2001 "Аудит системы тактовой сетевой синхронизации" Минсвязи России. — М., 2001.

5. Колтунов М.Н. Организация измерений при эксплуатации системы тактовой сетевой синхронизации // Электросвязь, 2010. — №12.

6. Рекомендация отрасли Р45.09-2001 "Присоединение сетей операторов связи к базовой сети тактовой сетевой синхронизации". Минсвязи России. — М. ,2001.

7. Рекомендация МСЭ-Т G. 812: Временные характеристики ведомых генераторов, пригодных для использования в в качестве генераторов на узлах сети синхронизации (2002).

8. Рекомендация МСЭ-Т G. 823 Управление дрожанием и блужданием фазы в цифровых сетях связи, основанных на иерархии 2048 кбит/с. (2002).

9. Е^БІ EN 300 462-3-1 "Передача и мультиплексирование (ТМ); Общие требования к сетям синхронизации. ч.3.1: Управление дрожанием и блужданием фазы в сетях синхронизации" (2003).

10. ЕТБІ EN 300 462-4-1 "Передача и мультиплексирование (ТМ); Общие требования к сетям синхронизации. ч.4.1: Временные характеристики задающих генераторов для синхронизации аппаратуры синхронной цифровой иерархии (СЦИ) и пле-зиохронной цифровой иерархии (ПЦИ)" (2002).

11. ЕТБІ EN 300 462-7-1 "Передача и мультиплексирование (ТМ); Общие требования к сетям синхронизации. ч.7.1: Временные характеристики задающих генераторов для синхронизации аппаратуры местных узлов связи" (2001).

Measurements of key parameters of the TCC system Koltunov M.N., MTUCI, Ph.D., mihnatk@mail.ru

Abstract

Reliable operation of TCC on the public telecommunications network ( JMPR) measurements provided by the organization conditions synchronization signal distribution on all telecommunication networks interacting with JMPR. Currently , according to the results of the audit and presentation of expert opinions , most auditors ( meters ) use different techniques , which reduces the value and objectivity of measurements makes it difficult to identify the elements of CNS network of low-quality parameters as a result does not guarantee reliable clock distribution networks for Telecommunication. Analysis techniques are used , and provides recommendations to improve them by determining the optimal order of performing measurements on CNS network and comparing the results obtained with the established norms [1-4]. The necessity of development and approval for use on the network, the standard techniques for measuring the basic parameters of TSS, with which you can ensure reliable distribution sinhroinformatsii via telecommunication networks. Analyzed the typical errors that occur when measuring system parameters TSS and their influence on the results.

Keywords: network liming, timing signal, timing interval, primary referents clock, timing interval error, maximum time interval error, time deviation, frequency drift.

References

1. Koltunov M.N., Legotin N.N., Schwartz ML Network synchronization in communication systems. Moscow, SYRUS SYSTEMS, 2007, 240 p.

2. Mininformsvyaz Order number 161 of 07.12.2006. approving the Rules of application equipment clock network synchronization.

3. Melnikova N.F Metrological assurance system clock network synchronization for digital public network of the Russian Federation. Metrology and Measuring Equipment number in June 1999 pp. 18-27.

4. RD 45.230.2001 "Audit system clock network synchronization" Russian Ministry of Communications, Moscow, 2001.

5. KoltunovM.N. Organization measurements during system operation clock network synchronization / Electrosvyaz, 2010, No12.

6. Recommendation industry R45.09-2001 "Connection carrier networks to the core network clock synchronization network" Russian Ministry of Communications, Moscow 2001.

7. Recommendation ITU -T G. 812: Temporal characteristics of the driven generator suitable for use in as the generators on the nodes of the network synchronization (2002).

8. Recommendation ITU-T G. 823: Management and wandering phase jitter in digital communication networks , based on a hierarchy of 2048kbit /c . (2002).

9. ETSI EN 300 462-3-1 (2003).

10. ETSI EN 300 462-4-1 (2002).

11. ETSI EN 300 462-7-1 (2001).

T-Comm #2-2G14

35