Frequency Calibration Service

網路同步之量測與查核
Network Synchronization Measurements and Audits


何謂 Wander 及 Jitter ?

通常資料脈衝(Data Pulse)在傳輸線路上傳輸時,脈衝邊緣(Pulse Edges)的相位(Phase)會有向前或向後的變化,這可能會使網路上時鐘回復電路(Clock Recovery Circuit)發生問題,並造成網路節點內的緩衝器(Buffer)因飽和而產生資料遺失的問題。此種相位的變化,若其頻率小於 10 Hz,通常將之稱為 Wander;而頻率大於 10 Hz 的相位變化就稱之為 Jitter

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Wander 及 Jitter 發生的原因及其影響

Wander 發生的原因主要來自網路頻率的不同步、傳輸線路因環境條件改變所造成的延遲變化,以及鎖相迴路PLL電路的影響等。Wander 對網路所造成的影響是緩慢的、通常要幾天以上甚或數月才會發生影響。當時間一久,Wander 會造成緩衝器溢滿(Buffer Overflow)而產生位元的滑失(Slip),使得傳送的資料發生漏失,造成電話網路通訊品質的下降。

Jitter 產生的原因主要是來自於網路元件(Network Elements)的處理機制所造成,其中影響最大的如多工器(Multiplexer)內的指標調整(Pointer Adjustment)、同步器(Synchronizer)內的脈衝或位元填補(Pulse or Bit Stuffing)機制。Jitter 對網路的影響是迅速且大的,它會使得接收端的位元錯誤率(Bit Error Rate)提高,降低網路的服務品質(Quality of Service)。

Wander 及 Jitter 的量測

量測 Wander 最常被採用的參數分別是 TIE (Time Interval Error)、MTIE (Maximum Time Interval Error)及 TDEV (TimeDeviation),其常用的單位如奈秒 (ns)。TIE 是任一時間 t 時,接收到的信號位元或脈衝與參考時鐘的相位差;MTIE 是指在一觀察時間 S 內所發生的最大 TIE,從 MTIE 對觀察時間 S 的曲線圖可以看出接收端的相位暫態變化及其與傳送端的頻率偏差值(Frequency Offset);TDEV 是一組經過濾後的 TIE 資料之方均根值(RMS),其為一積分時間 t 的函數,此 t 值即決定了 TIE 資料的點數多寡。令 x 表示 TIE 的一筆資料,則下面的方程式定義了 MTIE 及 TDEV:

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Jitter 量測參數主要是以 TIE 為主,因為其變化快且值可能很大,同時與網路的傳輸速率有關,故通常以每一位元的傳輸時間為單位,我們稱之為單位區間 (Unit Interval),簡寫為 UI。

Wander 及 Jitter 的標準規範與量測系統

為了控制 Jitter 在網路中的累積,造成錯誤的發生,ITU 及 ANSI、Bellcore 分別制定了一些標準規範,如ANSI、Bellcore 制定了 SONET 網路系統對 Jitter 參數的限制,包括在網路元件上 Jitter 的產生、Jitter 的轉移、Jitter 的容忍度等。 下面的系統架構圖分別表示量測與查核 Jitter 是否符合各種規範的情況,其中 SJ300 即為用來產生或接收 Jitter 及 Wander 的設備。

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量測網路元件所產生的 Wander 之系統架構
量測網路元件所產生的 Jitter 之系統架構

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量測網路元件對 Jitter 的容忍度之系統架構
量測網路元件對 Jitter 的轉移度之系統架構

另外 ITU 對整個參考時鐘與主時鐘及網路設備間的 Wander 容忍度也定出了一參考模型如下圖所示。

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