（通信与信息系统专业论文）otn网络的抖动累积分析.pdf

型塑型溉 摘要 近几年来数据业务的快速增长给传送网络提出了更高的要求：大容量、低成本、 快速灵活的业务调度能力、扩展能力强、高可靠性以及0 a m 功能完善。就目前传送网 络中的主要技术s d h 和w d m 相比较，s d h 虽然具备灵活的业务调度能力和0 a m 功能， 但也存在基于v c - 1 2 v c 4 的交叉颗粒偏小、调度较复杂、不适应大颗粒业务传送需求 的问题；w d m 虽然容量大，但存在缺乏有效的网络维护管理手段、组网能力弱以及能 够提供的网络生存性手段和能力较弱等缺点。而0 t n 将s d h 与w d m 的优势部分结合起 来形成一个支持多种客户信号封装和透明传输、具有强大的0 a m 功能、基于0 d u k 的 大容量交叉和高效的保护恢复的传送网络新技术。 在o t n 网络中由于3 r 再生器的抖动、客户信号的映射复用以及解映射解复用 等功能块的使用产生了抖动。抖动经过多个站点后会产生抖动累积，过大的抖动和抖 动累积使系统的信号在传输过程中产生误码甚至帧丢失。g 8 2 5 1 中给出了抖动输出限 制，并对3 r 再生器的抖动累积进行建模分析。本文在g 8 2 5 1 建模分析的基础上，+ 结 合o t n 的特点，提出了客户信号的映射复用以及解映射解复用模型，并通过仿真分 析以及在系统中的实际测试得出一组能满足g - 8 2 5 1 中给出的抖动输出限制的参数。 本文中仿真得出的参数已应用于实际的o t u 2 系统( 单波长速率为1 0 7 g b i t s ) 设备中，并测试了此系统的抖动累积和抖动容限，均符合g 8 2 5 1 标准。这组参数同 样也可通过了业务映射到o t u 3 的仿真，对o t n 的o t u 3 ( 单波长速率为4 3 1 g b i t s ) 系统设计有一定参考价值。 关键词：o t n ；抖动累积：映射复用；解映射解复用 武汉邮电科学研究院硕士论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h er a p i di n c r e a s i n go fd a t as e r v i c es e tah i g hd e m a n dt ot r a n s p o r t n e t w o r k ，l a r g ec a p a c i t y ，l o wc o s t ，t h ea b i l i t yo f r a p i da n df l e x i b l et r a f f i c ：s c h e d u l i n g ，e a s y t oe x t e n t ，h i 曲r e l i a b i l i t ya n dp e r f e c to a mf u n c t i o n i nt h ec u r r e n tn e t w o r k ，t h em a i n t e c h n o l o g yu s e da r es d ha n dw d m s d hh a st h ea b i l i t yo fr a p i da n df l e x i b l et r a f f i cs c h e d u l i n ga n do a mf u n c t i o n ，b u ti t e x i s t ss o m ep r o b l e ma ss m a l l e rc r o s s i n gp a r t i c l e sb a s e do nv c - 1 2 v c 4 ，c o m p l i c a t e d s c h e d u l i n g ，a n db e i n gn o ts u i t a b l ef o rl a r g ep a r t i c l e st r a n s p o r t w d mh a sl a r g ec a p a c i t y ， b u ti te x i s t ss o m ep r o b l e ma sl a c k i n go fe f f e c t i v em a i n t a i n c ea n dm a n a g e m e n to fn e w o r k w e a ka b i l i t yo fn e t w o r k i n ga n dl a c k i n go ft h em e t h o do fn e t w o r kl i v i n g b a s e do nt h e a d v a n t a g eo fs d h a n dw d m ，o t nb e c o m e san e wt e c h n o l o g yo ft r a n s p o r tn e t w o r kw h i c h c a n p r o v i d e sp a c k a g i n go fm u l t i t y p ec l i e n ts i g n a la n dt r a n s p a r e n tt r a n s m i s s i o n ，p e r f e c t o a mf u n c t i o n ，t h ec r o s s i n go f l a r g ep a r t i c l e s ，p r o t e c t i o na n dr e c o v e r i n gb a s e do no d u k i nt h eo t n ，t h e r e e x i s t s j i t t e r b e c a u s eo f t h eu s e o f3 r r e g e n e r a t i n g , m a p p e r m u l t i p l e x e ra n dd e m a p p e r d e m u l t i p l e x e r j i t t e rc o u l db e a c c u m u l a t e d b ys e r v a ln o d e e x c e s sj i t t e rw o u l dm a k es i n g a lt r a n m i t t e di nt h es y s t e mt oe r r o ro rl o s so f f l a m e t h el i m i t e do f j i t t e rg e n e r a t i o ni sd e s c r i b e di ng 8 2 51 ，a n dm o d e lj i t t e ra c c u m u l a t i o n f o r3 rr e g e n e r a t i n g t h i st h e s i sp r o p o s e san e wm o d e lf o rm a p p e r m u l t i p l e x e ra n d d e m a p p e r d e m u l f i p l e x e rb a s e do nt h em o d e lf r o mg 8 2 5 1a n dc o m b i n e dw i t ht h ef e a t u r e s o fo t n ，a n dg e t sas e to fp a r a m e t e r sa c c o r d i n gw i t ht h el i m i t e do fj i t t e rg e n e r a t i o no f g 8 2 5 1b ys i m u l a t i o na n dt e s to f p r a c t i c a ls y s t e m t h ep a r a m e t e so b t a i n e db ys i m u l a t i o na r eu s e df o rt h ep r a c t i c a lo t u 2s y s t e m ( t h e r a t eo fs i n g 面w a v e l e n g t hi s10 7 0 ) t h es e to fp a r a m e t e r sw a ss i m u l a t e d ei nt h e a p p l i c a t i o no f c l i e n ts i n g a lm a p p i n g t oo t u 3 ( t h er a t eo f s i n g a lw a v e l e n g t hi s4 3 1 g b i t s ) ， a n di tc a l lp r o v i d e d er e f e r e n c ef o rt h ed e s i g no fo t u 3 k e y w o r d ：o t n ；j i t t e ra c c u m u l a t i o n ；m a p p e r m u l t i p l e x e r ；d e m a p p e r d e m u l t i p l e x e r 武汉邮电科学研究院硕士论文 第1 章绪论 o t n ( o p t i c a l t r a n s p o r t n e t w o r k ，光网络传送网) ，是以波分复用技术为基础、 在光层和电层组织网络的的骨干传送网。近几年来，数据业务发展非常迅速对承载业 务传送网络提出了更高的要求。目前在s d h 技术的基础上开发的m s t p 设备已在网 络中大量应用，可满足了数据业务的传送功能。但是随着数据业务颗粒的增大和对处 理能力更细化的要求，网络中还存在交叉颗粒偏小、调度较复杂、不适应大颗粒业务 传送需求的问题。o t n 这种解决方案的提出，不仅仅能解决s d h 在承载数据业务上 的问题，还克服了传统w d m 设备上的系统故障定位困难，以点到点连接为主的组网 方式，组网能力较弱，能够提供的网络生存性手段和能力较弱等缺点。 1 1o t n 发展现状及趋势 s d h s o n e t 和w d m 技术是目前传送网使用的主要技术。s d h s o n e t 偏重于 业务电层的处理，以v c 交叉调度、同步和单通道线路为基本特征，。为子速率业务 ( e 1 厂r l e 3 厂r 3 s t m i n ) 提供接入、复用、传送、灵活的调度、管理以及保护；w d m 则专注与业务光层的处理，以多通道复用解复用和长距离传输为基本特征，为波长 级业务提供低成本传送。 近年来以因特网为代表的新技术革命正深刻的改变传统的电信观念和体系框 架。从业务层面来讲，以g e 1 0 g e 2 5 gp o s 1 0 gp o s 接口为代表的数据业务大量涌 现，数据业务和宽带业务的需求已经远远超过了话音业务的需求。与此同时，对承载 业务的网络提出更高的要求：容量更大；业务调度灵活；扩展能力强；可靠性高以及 o a m 功能完善。 s d h 以v c 4 为基本交叉调度颗粒，采用单通道线路，容量增长和调度颗粒大 小而受到限制，无法满足业务的快速增长。同时同步s d h s o n e t 网络在传送以口 业务为主的非同步业务时，设备实现和同步网构建部分的代价较高。w d m 技术以业 务的光层处理为主，多波长通道的传输特性决定了它具有提供大容量传输的天然优 势。但是，目前的w d m 网络主要采用点对点的应用方式，缺乏有效的网络维护管理 手段。纯光调度系统( 如r o a d m ) 虽然可实现类似于s d h 的调度和保护功能，但 武汉邮电科学研究院硕士论文 由于物理损伤受限和波长受限问题，很难在大范围网络中应用。而且颗粒度单一，灵 活性差，不能实现不同厂家设备的互通。 o t n 技术包括了光层和电层的完整体系结构，成为电网络与全光网折衷的产 物。将s d h 强大完善的o a m & p 理念和功能移植到了w d m 光网络中，有效地弥补 了现有w d m 系统在性能监控和维护管理方面的不足。各层网络都有相应的管理监控 机制，光层和电层都具有网络生存性机制，从而可以解决上述存在的问题。o t n 技 术可以提供强大的o a m 功能，并可实现多达6 级的串联连接监测( t c m ) 功能，提 供完善的性能和故障监测功能。o t n 设备基于o d u k 的交叉功能使得电路交换粒度 由s d h 的1 5 5 m 提高到2 5 g 1 0 g 4 0 g ，从而实现大颗粒业务的灵活调度和保护。o t n 设备还可以引入基于a s o n 的智能控制平面，提高网络配置的灵活性和生存性。 从1 9 9 9 年至今，经过近十年的发展，o t n 标准体系已经完善，相关标准也相 继公布： 图1 1i t u - t 定义的相关o t n 标准 g 8 7 2 ：定义o t n 网络分层，并讨论各个层网络的功能； g 7 0 9 ：定义o t n 帧结构以及各个层网络的开销功能，还定义了客户业务到o t n 的映射处理： g 7 9 8 ：定义o t n 每个原子功能块，各个层网络的处理内容； 固 武汉邮电科学研究院硕士论文 g 8 7 4 ：o t n 网络管理模型和功能需求； g 7 7 1 0 ：通用设备管理功能需求； g 8 2 5 1 ：规定o t n 网络的最大输出抖动、输入抖动容限以及传递函数； g 8 0 8 1 ：。：通用保护倒换： g 8 7 3 1 ：o t n 领域线性o d u k 保护； o t n 物理层特性在g 9 5 9 1 以及c t 6 6 4 等中规定，另外还有部分建议在制定中， 如g 8 0 8 2 ( 通用保护倒换r i n g ) 等。 1 2 本文的研究内容以及实际意义 1 2 1 论文的研究内容 与s d h s o n e t 系统采用了同步复用方式不同的是，o t n 采用的是异步映射、 异步复用机制，不需要系统全网同步。正因如此，o t n 系统的单盘在设计的时候需 要使用到客户信号映射去映射器、复用解复用器、锁相环以及其他解同步模块，这 些模块会产生抖动，而这些抖动在传输过程中的累积会造成传输损伤。针对这些问题， r r u t g 8 2 5 1 中给出o t n 网络的输出抖动限制等参数。 本论文通过仿真给出一组能满足g 8 2 5 1 抖动规定的业务映射到o t u 2 的映射去 映射器、复用复用器的参数，借用烽火通信科技股份有限公司新研发出的f o n s t 3 0 0 0o t n 系统进行实际测试验证这组参数的合理性，再通过仿真将这组参数用于业 ， ，。 务映射到o t u 3 的映射去映射器、复用复用器，给出o t u 3 单盘在抖动抑制上的合 理建议。 在第1 章里，概括叙述了本论文的研究背景及其意义。 在第2 章里，分析o t n 的特色技术。 在第3 章里，阐述了抖动的原理、危害以及通信系统中存在的抖动，同时叙述了 o t n 中的抖动以及i t u t g 8 2 5 1 建议对o t n 抖动的规定。 在第4 章里，叙述g 8 2 5 1 对传统3 r 再生器的抖动累积分析模型以及仿真公式的 推导，同时根据o t n 的特点建立新的抖动分析模型同时推导仿真公式。 在第5 章里，叙述传统3 r 抖动分析模型的仿真结果以及分析，以及给出对o t n 3 武汉邮电科学研究院硕士论文 新建立模型的仿真结果图、实际系统测试图以及对结果的分析和建议。 最后，总结全文所做的工作，并提出了未来的一些发展方向。 1 2 2 作者的主要工作 作者在攻硕期间主要完成了以下工作： 1 了解了当今o t n 技术的现状和光传送网未来的发展趋势。 2 着重研究了g 8 2 5 1 的抖动模型，提出了新的o t n 系统中的抖动模型，并进 行了分析比较。 3 对新建立的模型进行了仿真分析，在新开发的o t n 实际系统中进行实验验证， 开发了实验中用到的完成映射解映射、复用解复用的f e c 单盘。 1 2 3 本论文的实际意义 本论文的创新点：结合o t n 的带有电交叉功能的特点建立新的抖动累积参考模 型，通过仿真分析选择了一组满足抖动要求的解复用解映射锁相环设计的参数，并 结合实际开发出的o t u 2 系统中的解复用解映射锁相环验证这组参数的合理性，再 通过仿真将此组参数用到o t u 3 的解复用解映射锁相环中。通过仿真和实际验证后 的参数对o t u 3 的开发设计和抖动控制有一定指导性作用。 4 武汉邮电科学研究院硕士论文 第2 章o t n 技术介绍 2 1o t n 网络提供强大的o a m 功能 o a m ( 操作维护管理) 功能在公众电信网中十分重要，它可以简化网络操作， 检验网络性能和降低网络运行成本。传统的s d h 网络中定义的丰富的开销对s d h 信 号提供层层细化的监控管理功能，监控的分类可分为段层监控和通道层监控。 o t n 提供了和s d h 类似的开销管理能力，o t n 光通路( o c h ) 层的o t n 帧结构 大大增强了该层的数字监视能力。另外o t n 还提供6 层嵌套串联连接监视( t c m ) 功 能，这样实现了o t n 在组网时可采取端到端和多个分段同时进行性能监视的方式。 图2 1 图2 2 描述了o t n 的开销格式。 图2 1o t s n 、o m s n 、o c h 开销 嚣嚣燃蕞- 硼糊 p 瞒掣喇咒拍6 皇 6 i r r l 目啮i 洲 芒ib e i 吲s t a t l ，l2 l ：l l5 l6 i7 l i i b 嗣 le 鹋雌吲舛盯l 0 p 魄o h o 搬 恬l1 s p 融 m 印曲叼s c a m 越 s a e 流 司 。； 盯 i 蚺印p 岣矗 c o n a t s o e e i c 墨! 图2 2o t u k o d u k o p u k 开销 o t s 0 m s n o c h 的开销包含对光传输段、光复用段以及o c h 层的维护和操作 5 武汉邮电科学研究院硕士论文 功能的信息。这些开销的基本功能是检测各层的信号失效状态；o t u k o d u k o p u k 的开销相对来说更丰富，不仅仅能反应信号的失效状态，还可以包括监测误码、跟踪 t t i 、以及管理a p s g c c 等信息。：i o t u k 开销定义了f a s ( 固定格式定帧序列f 6 f 6 f 6 2 8 2 8 2 8 ) 、m f a s ( 复帧定位指 示，支持0 - 2 5 5 字节) 、g c c 0 ( 通用通信信道) 、s m ( 复用段检测) 等开销。其中 s m 检测的内容有t t i ( 6 4 字节，可检测数据的源地址和目的地址) 、b i p 8 ( 计算包 括o t u k 第i 帧内的o p u k 部分，并把计算结果置入第i + 2 帧的o t u kb i p 8 开销的 位置) 、b d i ( 检测缺陷时，反向传递的信号失效信号) ；b e i ( 检测到b i p 8 时，反 向传递的误码信息) ；b i a e ( 反向传递的输入对齐错误信息) ；i a e ( 输入对齐错误信 息) 。 o d u 层开销：包含光通道的维护和操作功能的信息，定义了t c m 、p m 、 g c c l g c c 2 、a p s p c c 、f t f l 等开销；其中t c m 用串型连接监测、p m 用于o d u 层的路径检测，p m t c m 监测的内容与s m 基本时一致的。a p s p c c 用于传递光通 道保护倒换协议；f t f l 传递故障类型。 o p u 层开销：支持客户信号适配相关的开销，定义了p s i ( p a y l o a ds t r u c t u r e i n d i c a t o r ) 开销，用于承载客户信号类型等的信息。调整控制字节结合正负调整机会 字节完成一定范围的字节调整。 ： 此外，o t n 还定义了专门的维护信号，分别是： o t u k - - a i s ，当本站监测到o t i j k 缺陷时( 如f a s 丢失) 将发送到下游的整个o t n 帧区域插入p n 1 1 码型；o d u - - a i s ，当本站监测到o d i j l ( 缺陷时( 如，e l i e n t 候l j 没有 信号送入) ，将发送到下游的整个o d u 帧区域插入全1 码型；o d u o c i l c k ，也是在 本站出现故障时，将发送到下游的整个o d u 帧区域插入特殊码型，分别是 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 ；这些维护信号的使用可以使下游及时知道上游产生了相应的故 障，提高了维护效率 1 】【2 】【3 1 。 2 2 数字包封技术 o t n 定义了客户信号刻通过数字包封适配进o d u 和直接适配到o c h ( 如图2 3 所 示) 。客户信号映射在o p u k ，o p u k 映射到o d u k ，而o d u k 映射进o t u k v 中， 6 武汉邮电科学研究院硕士论文 o n j k 【v 】映射到o c h 【r 】中，继而o c h r 调制在o c c r 】上。 图2 3 数字包封技术 g 7 0 9 定义了映射过程的客户信号包括c b r 2 g 5 c b r l o g c b r 4 0 g 、a t m 信元、 g f p 帧，另外对于用于维护目的的n u l l ( 全o ) 信号和p r b s 信号也做了定义，对 于其他常见业务的信号则需要厂家采用特殊方法实现，如s t m 1 4 信号、g e 1 0 g e 信号等。 对c b r 信号( s t m - n ) ，o t n 支持异步和比特同步两种映射方式。异步映射时， o p u k 信号由o t n 设备本身产生，与c b r 信号无关，并采用正负零调整以容忍一 定的频偏。比特同步映射时，o p u k 时钟来自与c b r 客户信号，不使用o p u k 帧内 的调整能力。 2 3 网络保护能力 o t n 定义了三种类别的保护：路径保护、子网连接保护和共享保护环。路径保 护为专属端到端保护机制，可以用于任何物理结构( 网、环和混合) 。如果工作路径 失效或性能跌至最低要求，工作路径将由保护路径代替。路径保护可以是单向也可以 是双向的；可以是l + 1 方式，也可以是i ：n 方式。子网连接保护同样为专属保护机 7 武汉邮电科学研究院硕士论文 制，可用于任何物理结构上，用来保护网络的全部或部分。子网连接保护又可划分为 s n c i 、s n c n 、s n c s ( 基于t c m 子层监控的保护倒换) 三类。s n c i 对服务层的 失效和劣化执行保护，倒换处理和缺陷检测由两个相邻的层完成，其中服务层提供缺 陷和劣化检测处理，而客户层根据服务层的信息执行保护倒换；s n c n 使用客户层 信息来保护服务层失效和客户层失效与劣化；s n c s 使用子层创建的路径来保护失 效。s n c i 、s n c n 、s n c s 支持1 + 1 单双向保护方式，s n c i 和s n c s 可支持i ：n ( 1 n 2 5 5 ) 保护方式。 共享保护环为每个连接提供了1 ：1 方式的保护路由和保护容量。在无故障情况下， 保护连接本身没有传送工作连接的备份，因此保护容量没有占用，而可以传送低优先 级的额外业务。额外业务是不受保护的，该保护容量可与其他保护连接共享。 o t n 定义了三个层次的网络保护：o m s 层、o c h 层以及o d u 层，o t s 、o p s 和o t u 层不使用连接和保护功能。o m s 层仅仅定义了l + l 单向路径保护倒换，o c h ，n 层仅定义了恢复式或非恢复式s n c n 。一 同时g 7 9 8 还定义了5 类o d u 层s n c 保护，其中性价比最高的时1 + l 单向无 a p s 协议的保护。 2 4 光电混合的交叉功能 传统的w d m 中采用r o a d m 实现全光交叉，r o a d m 是相对于d w d m 中的 固定配置o a d m 而言。其采用可配置的光器件，从而可以方便的实现w d m 节点中 任意波长的上下和直通配置。交叉过程全部在光层上进行。但由于受传输物理因素的 影响，全光传输距离有一定限制，使得在骨干网应用中，业务流量和流向并不能任意 变化，仍然需要精确的设计和规划，增加了网络规划的复杂性；同时纯光环境下的交 叉，不支持波长的转换，交叉的灵活性有一定限制。 o t n 系统中则继续沿用r o a d m 组成大规模的o x c ( 光交叉连接) ，同时支持 基于o d u k 业务的电交叉。在o t n 系统中电交叉设备可以与全光交叉相结合，同时 提供o d u k 电层和o c h 光层调度能力。波长级别的业务可以直接通过o c h 交叉，其 他需要调度的业务经过o d u k 交叉。两者配合可以优势互补，又同时规避各自的劣 势。图2 4 为电交叉处理模型 8 武汉邮电科学研究院硕士论文 图2 4 电交叉处理模型 西 武汉邮电科学研究院硕士论文 第3 章抖动以及o t n 中的抖动要求 3 1 抖动概念以及影响 定时抖动定义为“数字信号的各有效瞬间相对于其理想参考时间位置的短时偏 离 。所谓“短时”通常指大于l o h z 的相位偏差，而将低于l o h z 的相位偏差成为漂 移。事实上，两者的区分不仅仅表现再相位变化的频率上，而且在产生机理、特性和 对网络的影响方面也不尽相同。 定时抖动对网络的性能损伤表现在以下几个方面： 1 对模拟信号进行数字编码时，解码后数字码流的随机相位抖动使得恢复后的样 值具有不规则的相位，从而造成信号的失真，即抖动噪声； 2 在再生器中，定时抖动使得有效判决点偏移眼图张开的最大点，从而降低了再 生器的信噪比余度，容易造成误判，引起误码： 3 对于配有缓存器的网络单元，过大的抖动会造成缓存器的溢出或取空，从而产 生滑动损伤； 4 抖动沿着中继器链路进行累积，限制了系统中继距离。 在o t n 网络中，各个相互连接的设备如3 r ( 整形r e s h a p i n g ，定时r e t i m i n g ， 再生r e g e n e r a t i n g ) 再生器、客户信号的映射、客户信号的去映射去同步设备等产生 的抖动在传输线路累积过大时，对于数字信号可能导致比特误码、帧滑步等不正常的 现象。抖动最终产生的影响与网络承载的服务以及终端设备和适配设备有关 4 】。 用于时钟数据恢复的锁相环电路中，由于存在电源噪声、锁相环死区、晶体振荡 器的热噪声等，会使得输出信号的相位与理想相位在时间有一定的偏差，引起抖动， 从而导致信号上升沿或是下降沿在时间轴上的正确位置被取代，在数据再生的时候， 数据比特流中就会引入错误。 在数模变换电路中，时钟信号的相位调制会使恢复出的采样信号恶化，这在传输 编码的带宽信号时会造成问题。 总之，抖动对通信系统的信号传输质量、中继距离有着很大的影响，轻则造成传 输损伤，严重时会引起误码。因此，必须对系统的输出抖动、抖动容限和抖动传递进 1 0 武汉邮电科学研究院硕士论文 行规范，以保证传输信号的质量，同时为设备的设计制造提供标准。 抖动可以用连续的时间函数j ( t ) 来表示，即在各个时刻点根据实际信号相位相对 于理想信号相位的超前或者滞后得出抖动的时间函数，具有正弦波形的抖动称为正弦 抖动。 相位抖动时间函数j ( t ) 的最大值与最小值之间的距离，用a j p p 表示，称为抖动的 峰峰值，a j p p = l a m a x j ( t ) 一a m i n j ( t ) 。 抖动还可以用抖动的大小来表示，通常取1 个比特周期的抖动称为1 比特抖动， 单位为u i ，对于频率为f 的信号，1 u i 的抖动等于1 f 秒。 通常使用输出抖动、抖动传递函数以及抖动容限来度量设备的抖动性能。 输出抖动是指设备在无输入抖动的情况下的输出抖动大小。输出抖动必须低于规 定的最大值。 抖动传递函数是指某个特定频率下输出抖动和输入抖动的比值。实测的抖动传递 值必须大于规定值。 抖动容限是指设备的输入端口能够容忍的最小抖动。抖动容限要大于规定值【5 1 。 3 20 i n 中的抖动要求 抖动是影响光传送网通信质量的重要因素，在构建o t n 网络时，工程设计人员 必须考虑抖动对系统的影响。i t u t ( 2 8 2 5 1 建议定义了o t n 网络的抖动控制要求来 作为o t n 设备设计的重要依据。 3 2 10 t n 中的抖动 o t n 系统的抖动机理与s d h 线路系统类似，而且也构成了整个网络抖动的主要 部分。一般来说，o t n 系统中线路系统的抖动可分为随机性抖动和系统性抖动。前 者是各个再生器产生的互不相关的抖动分量，后者泛指各个再生器产生的彼此相关的 抖动，往往与信号有关，因此有称为图案相关抖动。由于o t n 线路系统在客户信号 如s d h 映射和解映射过程中有字节插入，因此会引来映射抖动。 随机性抖动的来源主要包括各类噪声引起的抖动、定时滤波器失谐引起的抖动、 完全不相关的图案抖动，系统性抖动的来源主要包括码间干扰、有限脉宽作用、激光 武汉邮电科学研究院硕士论文 器的图案效应等引起的抖动。在o t n 网络中，网元自身的抖动和漂移经过级联和互 连设备的转移函数而不断累积，这类设备包括3 r 再生器、客户信号映射解映射复用 一j解复用等。过大的抖动和漂移会影响数字信号，如产生误码、帧滑动等。 3 2 2o t u k 的抖动性能要求 o t n 的抖动规范在i t u tg 8 2 5 1 建议中定义给出 6 1 。o t n 网络中，o t u k 接口 位于o c h o t u k 适配功能中，如3 r o 再生器的输入( 适配宿功能) 或3 r 再生器的输 出( 适配源功能) 。 1 ) o t u k 接口的最大允许抖动 o t u k 接口的最大允许抖动见表3 1 所示。要求测试时间6 0 秒。 表3 1o t u k 接口的最大允许抖动 接口 测量带宽，3 d b 频率( h z ) 峰峰值( u i p p ) o t u l5 k 2 0 m 1 5 1 m 2 0 m0 1 5 o t u 22 0 k 8 0 m1 5 4 m 8 0 mo 1 5 o t u 32 0 k 3 2 0 m6 0 1 6 m 3 2 0 m0 1 5 2 1o t u k 的输入抖动容限要求 o t u k 接口的抖动容限是指输入口所能容忍的最小抖动值，同时，输入端口还必 须满足以下条件：无任何告警、时钟恢复锁相环路中无任何滑步或时钟失锁、在等效 l d b 光功率代价时不产生任何比特误码。 输入抖动容限通过l d b 光功率代价的方式测量，即逐步减小输入光功率直到误 码率达到1 0 。o ，然后将输入光功率增加l d b ，此时在输入信号中加入正弦抖动，当误 码率又达到1 0 d o 时的抖动值即为输入抖动容限值。图3 1 3 3 分别给出了o t u l 、 o t u 2 、o t u 3 接口的抖动容限。 1 2 武汉邮电科学研究院硕士论文 抖动幅度 1 5 抖动幅度 频率f ( h z ) 峰峰值( u l p p ) 5 0 0 f - - 5 k7 5 0 0 f l 5 k f = 1 0 0 k1 5 l0 0 k f = l m1 5 1 0 5 f 1 1m f = 2 0 m 0 1 5 图3 1o t u l 输入正弦抖动容限 r r 7 抖动幅度 2 k2 0 k4 0 0 k4 m8 0 mf ( x z ) 频率f ( h z ) 峰峰值( u l p p ) 2 k f = 2 0 k 3 0 x 1 04 f 1 2 0 k f = 4 0 0 k1 5 4 0 0 k f - - 4 m6 0 1 0 5 f 一 4 m f - - 8 0 m o 1 5 图3 2o t u 2 输入正弦抖动容限 u l p p 7 频率f ( h z ) 峰峰值( u l p p ) 8 k f = 2 0 k 1 2 1 05 f 。1 2 0 k f - - - 4 0 0 k6 o 4 0 0 k f = 1 6 m2 4 x 1 0 6 f d 1 6 m 在初始频率跳变后，频率漂移速度不能超过2 0 0x 标称频率1 0 _ 6 ( p p m s ) ； 频率总变化不能超过4 0 标称频率1 0 _ 6 ( p p m ) ； 1 9 武汉邮电科学研究院硕士论文 o d c b 允许丢失同步的最长时间为6 0 0 m s 。 武汉邮电科学研究院硕士论文 第4 章o t n 抖动累积分析 为了分析o t n 的抖动模型特性，需要建立一个假设参考模型( h i m ) 。g 8 2 5 1 假设h r m 由5 0 个级连的3 r 再生器组成，每个都满足抖动产生和传输要求，要求两 个再生器之间的传输距离为3 0 0 k m ，可以实现端到端1 5 0 0 0 k m 的传输，源端的网元 采用了o d c b 比特同步映射，且满足相关指标要求。在这种情况下，5 0 个再生器级 联以及o d c b 构成一个岛。如图4 1 所示，在o t n 岛的输出也就是说第5 0 个再生器 的输出仍然满足网络输出抖动指标和抖动容限模板规定【6 】。 输出抖动 累积 0 d c r 0 d c r 尊蓉雾翥d 能块c b 时钟方式再生器1时钟方式再生器2 图4 1 传统3 rh r m 模型 上述模型可用来分析采用o d c r 时钟方式的多个站点中继的情况。而在o t n 中， 由于o t n 特有的o d u k 全交叉的特点，还存在采用o d c a 和o d c p 时钟方式的多个 站点中继的情况，因此我们建立一个新的h r m 模型。为了区分，将图4 1 的模型称 为传统3 rh r m 分析模型，将图4 2 称为o t nh r m 分析模型。 电交叉 功能块 i l 目圈 一 。i ：b r 2 5 6 o j 一 豳 冈门一 o 霞黼翻豳 一 霉 映射和复用解映射和解复用 功能块功能块 n o d e ln o d e 2 n o d e 3 图4 2o t nh r m 模型 以业务为c b r 2 5 g 做为为入口客户数据流，数据进入n o d e l 后映射到o d u l ， 2 1 = 耄 武汉邮电科学研究院硕士论文 o d u l 复用到o d u 2 ，然后加入o t n 开销后通过o c h 层传输到下一站，或者o d u 2 在复用到o d u 3 并加入o t n 开销后传输到n o d e 2 。n o d e 2 除去o t n 开销后，首先将 o d u 2 解映射到o d u l ，或者o d u 3 解复用到o d u 2 ，然后解映射和解复用到o d u l ， 再解映射到c b r 2 5 g 。c b r 2 5 g 通过o t n 特有的电交叉功能将业务交叉到本站的映 射复用功能块上，通过映射和复用到o d u 2 ，或者o d u 2 复用到o d u 3 并加入开销 传向下一个n o d e ，一直到第n 个n o d e 把业务c b r 2 5 g 解复用下来。这个模型的o t n 岛中由于存在o d u k 的复用，要考虑到c b r x 到o d u l 映射，o d u l 到o d u 2 映射 以及o d u 2 到o d u 3 的映射以及解r 映射时产生的抖动。 4 1 传统3 rh r m 模型抖动累积分析 图4 3 所示为传统3 rh r m 模型的频域分析模型。采用频域建模的优点在于可以 方便地生成作为p s d 曲线下面积的均方抖动和作为其平方根的均方根抖动( i 洲s ) 抖动。在此模型中规定了3 r 再生器锁相环的细节，包括各元件引入的噪声。这里3 r 再生器用具有一阶比例积分的二阶锁相环来表示。假设由噪声源三种分离的噪声源组 成，分别为相位检测器噪声、压控振荡器噪声和锁相环前面的光接收机的热噪声。分 析按两种情况：3 d b 带宽为8 m h z ( 基于g 7 8 3 的s t m 一6 4 再生器带宽) 的o t u 2 和 3 d b 带宽为1 m h z ( 基于o t n 的再生器带宽) 的o t u 2 。 图4 33 r 再生器分析模型 其中锁相环为线形模型，相位检测器增益为吒，有源环路滤波器的转移函数为 1 + b s ，压控振荡器的增益为k o 。而y ( s ) ，u ( s ) ，m ( j ) ，2 ( s ) 和3 ( s ) 分别输出、 输入、光接收机、相位检测器和压控振荡器的噪声的拉氏变化。 武汉邮电科学研究院硕士论文 传输函数如( 式) 4 1 - - 4 3 所示： 器= 怒鲋=一= 一三仃s i =m ( s )u ( s ) 一 竽( + 引一、k 轻+ 玩亿6 1 + k k o ( 1 + b s 2 + k k s + 屹k 6 j s 一2 5 - ( os + j 2 + 2 缎j + 群 焉= i 1 耶)2 ( s ) 以 】，( s ) m ( s ) 1 + k 。k o ( 1 + 鱼、1 s 2 + 疋k s + k , ：k o b s s ：了i 笔：1 一日( s ) s 2 + 2 鸱j + v 7 ( 4 1 ) ( 4 2 ) ( 4 3 ) 上面4 1 4 3 式中q 代表无阻尼振荡频率嚷= 0 i 历，f 代表阻尼系数 f = 引竽。 - - _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 ， 输出函数可表达成： 眼。： y ( j ) = h ( s ) u ( s ) + h ( s ) n l ( j ) + 日( j ) 2 ( s ) 孟0 + 1 一日( j ) m ( j ) ( 4 4 ) 为了将上述噪声合成一个等效单一噪声，可假设m 和m 是白噪声或白相位调制1 ( w p m ) 。则得到下述表达式： 】，o ) = 日0 ) u 0 ) + 日( s ) 川：( s ) + 皿0 ) m o ) ( 4 5 ) 这里等效噪声源m ：( s ) = m ( s ) + 2 ( s ) 疋，误差传递函数以( s ) 兰1 一日( s ) 在n 个3 r 再生器组成的模型中，假设第j 个再生器的输出是第j + 1 个再生器 的输入，对于第1 个再生器来说，输入有时钟和噪声但没有输入抖动。下面的分析中， 分系统抖动累积和随机抖动累积来考虑。对于随机抖动累积来说，假设所有再生器对 应的噪声源有相同的幅度( p s d ) 但不相关。单个再生器的输入和输出p s d 的关系 如( 式) 4 4 所示，假设s 。，功，可由y ( s ) 推出频率响应： 武汉邮电科学研究院硕士论文 s ( 国) = 1 日( 国) 1 2 品( 国) + i ( ，缈) 1 2 墨：( 缈) + i 皿( ，缈) 1 2 墨( 国) ( 4 6 ) 这里s ( 缈) 表示输入、输出以及对应噪声源的功率谱密度( p s d ) ，经过n 个3 r 再生器后，假设随机噪声的输出相位抖动累积为： ( 缈) = 1 日( 国) is , 2 ( 缈) + l 皿( ，彩) 1 2i h ( j 缈) 1 2 产2 受( 国) =鼍铲+一i-ie(jo)121-h(jco)tm咖， 7 ， 在系统抖动累积的情况下，假设对应噪声源是连续相关的。比如连续的n 个再 生器间m z 是相关的，3 也是相关的，不过m z 和3 之间是不相关的。经过n 个3 r nn r a s ) = h 7 0 ) l ：( s ) + h 川( s ) 皿( s ) 3 ( s ) ：等删+ 警帅， 8 ， 则输出的p s d 和其他噪声源的p s d 有如下关系： 氏( 缈) = 1 日( 弘) 1 2 卜卅，1 2 i s ( 缈) ，( 4 9 ) ( 式) 4 7 式和( 式) 4 9 中在整个频域( 从无穷小到无穷大) 的p s d 表达式给 出n 个3 r 再生器链在输出口的均方相位。因为p s d 是以0 为中心点对称的，所以 可以用单边p s d ( o 到无穷大) 来表达。通常用来形( 厂) - - 4 x s ( 2 n f ) 定义p s d ，( 式) 4 7 式和( 式) 4 9 分别可以表达为： w ，= 咝瓮铲嘣门+ 醴罐铲呦 ( 4 1 0 ) ( 俨i h ( j 2 x f ) 2 1 i zw 。z ( f ) + 陬弘州 呢( 厂) ( 4 1 1 ) 武汉邮电科学研究院硕士论文 为了获得输出抖动的p s d ，将( 式) 4 1 0 式和( 式) 4 1 l 乘以抖动测量寄存器 的频率响应。抖动测量滤波器由一阶高通滤波器和一个三阶最大平滑低通滤波器组 成，其频率响应为： i i 乜“2 硎2 = 万而2 磊 ( 4 1 2 ) 转折频率厶和厶取决于对应速率和抖动是高频带抖动还是宽频带抖动。( 见表 3 1o t u k 接口的最大允许抖动中规定的