开始进入测量之前,先梳理一下频率误差和相位误差的关系。本章中依赖于上下文使用频率误差或者相位误差。简单地讲,一段时间内的累积相位误差等于频率误差乘以时间周期长度。频率误差是测量频率与参考频率的差异除以参考频率。由于除数与被除数都使用单位Hz,所以结果没有单位,但是相位误差的单位是s。典型地,ppm和ppb用来表示频率误差的数量级。
虽然相位误差和频率误差有直接的关系,但是有时候使用相位误差比频率误差更自然。例如,之所以非常自然的用相位误差去测量一个短时噪声,是因为,基本上来说,一个上升沿或者下降沿产生时间不准确。因为需要长时间才能看到晶体振荡器滴答太快或者太慢并且累积相位误差依赖于上千个时钟周期,所以长期变化是频率误差导向的。
时钟源有短期和中期频率/相位噪声。另一方面,当通信信号穿越网络,与最初的原始信号相比较,几个机制能引起频率/相位的短期和中期波动。只要累计相位误差不太大,即使这意味着比允许的平均值更大的短期频率误差,波动也是可以接受的。因而,需要一个依赖于观测间隔且不同波动量的具体测量。在通信领域,波动分为两类:抖动和漂移。周期性的相位/频率噪声低于0.1s被称为抖动,高于0.1s被称为漂移。
ITU-TG.810描述了TDM同步测度。最重要的测量是测量漂移的最大时间间隔误差(Maximum Time Interval Error,MTIE),它描述了基于参考时钟的时间漂移。MTIE图的x轴是τ,观察间隔宽度,以s来度量。MTIE(τ)的y轴是该观察窗口内的最大时间漂移。因而,MTIE是相位测量,相对应的单位是s。例如,为了查找10s观察窗口的最大时间漂移,在整个测量数据(24h)中滑行10s窗口,即可找到最大值。在每一个占据24h测量数据的窗口长度的点记录该观察窗口内的最大和最小时间误差的时间差。最大记录的时间差表示在那个特殊观察间隔(τ)的MTIE,MTIE从如下的离散测量采样中估计得到:
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式中,nτ0=τ是观察间隔(或者观察窗口);x(i)是时间误差;n+1是观测间隔的采样数;τ0是采样间隔;N是整个测量中的总采样数。图6.8显示了N个采样数据上滑行窗口为τ=nτ0的观测窗口的滑行。
图6.8 变量xpkk是在观察窗口第k个位置的峰峰值xi。MTIE(τ)是当观察窗口在数据上滑动时第N-n个位置上观察窗口的最大xpkk值
正如名字所示,MTIE决定了一个测量中发生的最大漂移。因而,使用该参考曲线尤为方便查找对应的极限值。图6.9展示了几个最常用的参考曲线。分别是2.048Mbit/s业务曲线、1.544Mbit/s网络曲线和SED曲线。这些曲线指示了与参考时钟相比较的最大允许时钟漂移。若仔细查看规格说明书,2.048Mbit/s漂移的测量实际上是MRTIE。然后,如果2.048Mbit/s信号同步到PRC而不是自由振荡,MRTIE=MTIE。
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