S D H抖动测试
SDH抖动测试
一、抖动特性
1、抖动的概念
在理想情况下，数字信号在时间域上的位置是确定的，即在预定的时间位置上将回出现数字脉冲（1或0）。然而由于种种非理想的因素会导致数字信号偏离它的理想时间位置。我们将数字信号的特定时刻（例如最佳抽样时刻）相对其理想时间位置的短时间偏离称为定时抖动，简称抖动。这里所谓短时间偏离是指变化频率高于10H的相位变化，而将低于的相位变化称为漂移。事实上，两者的区分不仅在相位变化的频率不同，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下面几个方面：
*对数字编码的模拟信号，解码后数字流的随机相位抖动使恢复后的样值具有不规则的相位，从而造成输出模拟信号的失真，形成所谓抖动噪声，影响业务信号质量，特别是图像信号质量。
*在再生器中，定时的不规则性使有效判决点偏离接收眼图的中心，从而降低了再生器的信噪比余度，直至发生误码。
*对于需要缓存器和相位比较器的数字设备，过大的抖动会造成缓存器的溢出或取空，从而导致不可控滑动损伤。
2、抖动机理
（1）、PDH与SDH共有的抖动源
A、随机性抖动源
* 各类噪声源
* 定时滤波器失谐
* 完全不相关的图案抖动
B、系统性抖动源
* 码间干扰
* 有限脉宽作用
* 限幅器的门限漂移
* 激光器的图案效应
（2）、SDH设备特有的抖动机理
A、指针调整抖动
SDH设备的支路信号的同步机理采用所谓的指针调整，即利用指针值的增减调整来补偿低速支路信号的相位变化和频率变化，由于指针调整是按字节为单位进行的，调整时将带来很大的相位跃变。带有这些相位跃变的数字信号通过带限电路时将会产生很长的相位过滤过程。处于正常同步工作的SDH网中的指针调整主要是由于同步分配过程中的随机噪声引起的，因而由之引起的相位跃变的出现时刻是不规律的，整个相位调整的时间可能很长。因此，指针调整与网同步的结合将在SDH/PDH边界产生很低频率的抖动或漂移，这种抖动称为指针调整抖动。
B、映射抖动
SDH利用塞入比特的方法将准同步支路的信号映射进STM-1帧结构并进行传送，在SDH 网关处，只要去掉塞入比特和通道开销（留下空隙）后即可恢复支路信号。为了平滑这些带有空隙的信号的相位和减少抖动，一般需要缓存器和相位平滑电路，在SDH中称为解同步器。上述由于纯粹去映射过程引进的抖动称为准同步支路的映射抖动。
由于指针调整是按单字节或3字节进行的，而映射时是按单比特塞入进行的，因而指针调整产生的相位跃变影响要大得多，是SDH/PDH边界的主要抖动来源，必须采取特殊技术措施加以限制。
二、输入抖动容限
1、PDH支路口的输入抖动容限
（1）、指标要求：
输入抖动和漂移容限定义为使系统产生某一指定的误码性能劣化量的正弦抖动幅度。但判定指定误码性能劣化量的准则却有两种。
* 准则1（出误码准则）：抖动容限定义为施加在输入信号上恰好使系统在连续30秒测量间隔内产生不多于2个误码秒的最大正弦调制抖动信号峰--峰值。在实际应用中常将抖动容限定义为施加在输入信号上恰好使系统不产生误码的正弦调制抖动信号的峰--峰值，测试等待时间不短于60秒。
* 准则2（功率代价准则）：抖动容限定义为施加在输入信号上恰好使系统产生1dB功率代价的正弦调制抖动信号的峰--峰值，测试等待时间不短于60秒。
目前国内多流行上述简化的出误码准则，将来则必须向功率代价准则过渡。
PDH支路输入口输入抖动和漂移特性的指标值见图1及表1。
图1：PDH支路口输入抖动和漂移容限指标
速率Kbit/s
参数值
2048 8448 34368 139264
UI PP A0 36.9 152.0 618.6 2506.6 A1 1.5 1.5 1.5 1.5 A2 0.2 0.2 0.15 0.075 A3 18 * * *
频率
f0 1.2?10-5 Hz 1.2?10-5 Hz * *
f10 4.88?10-3 Hz* * *
f9 0.01Hz * * *
f8 1.667Hz * * *
f1 20Hz 20Hz 100Hz 200Hz f2 2.4kHz 400Hz 1kHz 500Hz f3 18kHz 3kHz 10kHz 10kHz f4 100kHz 400kHz 800kHz 3500kHz PRBS 215 - 1 215 - 1 223 - 1 223 - 1
（2）、基本测试配置：基本测试配置见图2。
图2：SDH设备PDH支路口输入口抖动容限测试配置
（3）、测试步骤：
A、按图2接好电路，配置网元和SDH测试仪，使系统正常工作，确认SDH测试设备无抖动产生，并且没有检出告警或差错；
B、激活测试设备上的抖动产生，按图1和表1抖动模板规定的范围设置抖动调制频率并记录下此时的频率值，设置抖动幅度为0UI PP；
C、逐渐增大抖动幅度，直至设备在测试通道中刚好不出现误码的时刻，连续观察60秒，如仍无误码产生则记录下此时的抖动振幅值（出误码准则）；
D、改变抖动容限模板范围内的抖动频率，重复以上步骤根据得到的抖动频率值和振幅值，画出抖动容限曲线，画出的抖动容限曲线必须在图1所示的容限模之上。
注：对于具有自动容限测试功能的SDH测试设备，按第1步设置好后，可进入测试仪的自动容限测试菜单，仪表即可自动完成测试并绘出输入抖动容限曲线，并与标准模板进行比较。
对于功率代价准则，其基本原理与SDH线路口相同，将在SDH抖动容限测试部分进行介绍，此处不再繁述。
2、SDH线路口的输入抖动容限
（1）、指标要求：
SDH线路口的输入抖动容限规范方法与支路口相同，ITU-T G.825规定了其相应的容限模板。具体要求见图3及表2。
图3：SDH抖动容限模板（ITU-T G.825）
速率
参数值
STM-1 STM-4 STM-16
UI PP
A0 2800 11200 44790
A1 311 1244 4977
A2 39 156 622
A3 1.50 1.50 1.50
A4 0.15 0.15 0.15
频
率
f0 12uHz 12uHz 12uHz
f12 178uHz 178uHz 178uHz
f11 1.6mHz 1.6mHz 1.6mHz
f10 15.6mHz 15.6mHz 15.6mHz
f9 125mHz 125mHz 125mHz
f8 19.3Hz 9.65Hz 12.1Hz
f1 500Hz 1kHz 5kHz
f2 6.5kHz 25kHz 100kHz*
f3 65kHz 250kHz 1MHz*
f4 1.3MHz 5MHz 20MHz
表2：SDH抖动容限模板参数
注：模板所示为A型网元（宽带）在接口测试的时钟恢复，对B型网元（窄带）的模板可参见ITU-T G.958。
作为安装或维护测试，只需按ITU-T G.958模板进行测试即可，而对于设计检验测试，则依据ITU-T G.825全频段模板更为合适。
（2）、测试基本配置：
测试基本配置见图4。
图4：SDH输入口抖动容限测试配置
（3）、测试步骤：
A、配置网元，选择VC-n测试通道（选择NE支持的最大通道（带宽）作为测试通道，以便节省测试时间）；
B、配置SDH测试设备：设置映射类型、VC-n测试通路、净负荷中PRBS测试图案，确认仪表无抖动产生（发送STM-N中无抖动），并且没有检测到无告警或差错；
C、利用光衰减器减小NE的输入光功率，直至测试设备在测试通道中检测到BER=10 -10为止；
注：光接收机的灵敏度定义为误码率=10 –10时的最小输入光功率。
D、利用光衰减器将网元输入光功率增加1dB（功率代价准则），这将使误码率变为 10 –10（更好）；
E、激活测试设备上的抖动产生：在ITU-T G.958抖动模板规定的范围内设置抖动调制频率并记录下此时的频率值，设置抖动幅度为0UI PP，逐渐增大抖动振幅，直至测试设备在测试通道中检测到BER=10 -10为止，记录下此时的抖动振幅值；
F、改变抖动容限模板范围内的抖动频率，重复以上步骤，根据得到的抖动频率值和振幅值，画出抖动容限曲线。
注1：采用BER=10 –10将导致相当长的测试时间，而适当降低BER级别可有效减小测试时间。一般来说，BER为10 –7、10 –8、10 –9数量级时，即可获得有效的抖动容限。
注2：对于具有自动容限测试功能的SDH测试设备，仪表可自动完成测试并绘出输入抖动容限曲线，并与标准模板进行比较。
注3：对于出误码准则测试方法，其基本原理与PDH支路口相同，可参照PDH抖动容限测试部分，此处不再繁述。
三、输出固有抖动
1、网络接口的最大允许抖动
（1）、指标要求：
注：此项测试要求一般针对系统（即整个网络）性能测试进行，对单个设备不作要求。
PDH网络接口及设备输出口输出抖动的指标要求及所用测试滤波器的截止频率见表3，SDH网络接口及设备输出口输出抖动的指标要求及所用测试滤波器的截止频率见表4，滤波器的频率响应按20dB/10倍频程滚降。
注：f1和f3为带通滤波器的低频截止频率，f4为高频截止频率。
表3：PDH网络接口的最大允许抖动
注：f1和f3为带通滤波器的低频截止频率，f4为高频截止频率。
表4：SDH网络接口的最大允许抖动
（2）、基本测试配置：
（3）、网络最大允许抖动的测试配置如图5和图6所示，其测试步骤非常简单，只需按图接好系统后在测试仪上采用不同带宽的测试滤波器进行60秒抖动峰—峰值测试即可测出结果。测试中需注意SDH测试设备无论在STM-N线路还是在PDH支路上均不能有抖动产生。
2、SDH设备抖动产生（设备输出固有抖动）
（1）、指标要求：
ITU-T 建议G.958规定的网元的SDH光接口输出抖动的最大可接受值为0.01UIrms（在无输入抖动情况下测量，ITU-T G.958称此输出抖动为抖动产生。
（2）、基本测试配置：
基本测试配置见图7。
（3）、测试步骤：
A、配置网元：使激光器自动切断无效（如果网元支持此功能），或者将NE本端的光发射机与光接收机环回（注意光功率）。
B、配置SDH测试设备：设置STM-N线路速率、映射类型，确保无抖动产生（发送STM-N 信号中无抖动），设置接收机测量UIrms抖动（最高灵敏档），选择12kHz高通测量滤波器。
C、测量并记录来自网元的输出抖动幅度，与ITU-T G.958规范的0.01UIrms上限值进行比较。
3、PDH支路抖动
从SDH网络来的PDH输出信号产生抖动的两个基本原因如下：
*指针调整-补偿SDH网络中不同节点间的异步运行（网络同步）
*比特塞入调整处理-在将异步信号映射到同步传送信号时完成。
指针调整所产生的抖动更为严重。
ITU-T G.783规定了由以上每一种原因所引起抖动的最大可接受限值。要确认SDH网元符合标准，需要进行以下两个单独测试：
*指针调整抖动测试（也称为结合抖动测试）
*去映射抖动测试
A、指针调整抖动
由指针调整产生的抖动与以前PDH网络中的抖动特性完全不同：--这是一个瞬态的特性；
--振幅相对而言较高；
--大部分能量集中在低频部分。
（1）、指标要求：
ITU-T G.783建议规定的指针调整抖动指标见表5。
* 相当于测试滤波器LP1+HP1
** 相当于测试滤波器LP1+HP2
注：对于ITU-T G.783引入的指针调整序列E、F、G、H，仅与SONET网有关，这里不再讨论。
表5：指针调整抖动指标及相应测试滤波器
（2）、基本测试配置；
图8给出了测试SDH网元的指针调整抖动的测试配置。
图8：指针调整抖动测试配置
注1：SDH测试设备和网络单元必须用同一个时钟来同步，以免出现不希望的指针调整。
注2：SDH测试设备应具有针对含有映射PDH测试信号的VC-n产生符合 G.783的指针调整序列的功能。
注3：在指针调整抖动测试中，允许存在一定范围内的速率偏移，SDH测试设备应能支持这一特性。
指针调整抖动测试SDH测试设备的设置见表6。
净负荷SDH发送设置PDH接收设置最大抖
表6：指针抖动测量-SDH测试设备的设置
（3）、测试步骤：
a、将SDH测试设备SDH、PDH部分分别与网元相连（见图8），注意需将SDH测试设备与网元同步；
b、配置SDH测试设备SDH发送部分：设置STM-N线路速率、映射类型、VC-n测试通路和净负荷中PRBS测试图案，设置PDH净负荷的频率偏移为测试范围内的任意值，建立并运行G.783 AU/TU指针序列A；
c、配置SDH测试设备PDH接收部分：设置PDH速率、PRBS测试图案与SDH发送部分的净负荷相同，设置测试时间为20s、测试方式为测试峰-峰抖动UI PP、测量滤波器为LP+HP1（见表6）；
d、确认SDH测试设备未检测到任何告警或差错；
e、在连续10个测量周期中，测量并记录抖动峰-峰值，与G.783建议的容限进行比较；
f、将滤波器设置为LP+HP2，重复第5步；
g、用指针序列B、C、D重复以上过程，但对序列B、C测试时间为30s。
B、去映射抖动
去映射抖动比指针调整抖动的影响要小一些，其原因在于：当将PDH净负荷异步映射进虚容器时，采用了比特塞入调整，而指针调整抖动的指针调整是按8比特或24比特来进行调整的。
去映射抖动的振幅较小，而频率相对较高，测试去映射抖动的目的是为了得到当PDH净负荷映射进VC-n虚容器并产生速率变化时所引起的最大峰-峰抖动；
去映射抖动的峰值发生在0ppm附近（PDH支路相对于VC-n），为确保能够得出最大的抖动峰-峰值，必须进行大量接近0ppm处的抖动测量（包括正向和反向）。
1、指标要求：
ITU-T 建议G.783去映射抖动的指标要求见表7。
* 相当于测试滤波器LP1+HP2
表7：去映射抖动指标要求及测试滤波器带宽
2、测试基本配置：
用来评价网元去映射抖动性能的基本配置与确认指针调整抖动（结合抖动）性能的配置相同（见图8）。
注1：SDH测试设备和网元必须由同一时钟源定时，以确保在测试过程中不会有不希望的指针调整出现，并且只测量去映射抖动。
注2：为支持去映射抖动测试，SDH测试设备必须提供准确的（PDH测试信号和VC-n的）频率偏移控制（净荷的速率相对于VC-n变化，而相关的VC-n速率保持不变）。对每一个偏移值，都需要用PDH测试部分来测量去映射抖动的数值。
注3：ITU-T 建议G.783规范了最大可接受去映射抖动应小于0.075UI PP，为获得可靠的测量结果，用来测量的SDH测试设备（或另外的PDH测试设备）其PDH部分的精度和内部固有抖动应明显优于上述值（最好是三倍优于指标值）。
3、测试步骤：
a、按图8将SDH测试设备与网元相连，注意需将SDH测试设备与网元同步；
b、配置SDH测试设备SDH部分：设置STM-N线路速率、映射类型、VC-n测试通道和净负荷中的PRBS测试图案；设置PDH净负荷的频率偏移为0ppm；确保指针调整产生无效（无指针调整输出）；
c、配置SDH测试设备PDH部分：设置接收的PDH速率；设置接收的PRBS测试图案与SDH发送部分在净负荷中传送的图案相同；设置测试时间为5s、测量模式为峰-峰抖动测量UI PP；设置抖动测量滤波器为LP+HP2；
d、确认PDH测试部分未检测出告警或差错；
e、测量并记录与PDH频率偏移有关的抖动峰-峰值，并与G.783规范值进行比较；
f、在指定的偏移范围内（J+ve和J- ve ppm偏移）重复第5步。
注1：在测量去映射抖动时，当频率接近0ppm时，所用步长应为0.1ppm（或更小）。
注2：140Mbit/s净负荷的去映射抖动规范正在研究之中（建议值为0.075 UI PP）。
注3：用LP+HP1滤波器覆盖去映射测量的规范正在研究之中。
四、抖动传递函数
ITU-T目前只对SDH再生器（REG）的抖动传递特性作了明确规定。抖动传递函数定义为输出STM-N信号的抖动与所加输入STM-N信号的抖动的比值随频率变化的关系。
1、指标要求：
ITU-T G.958建议规定，当输入正弦抖动幅度高达图9所示模板曲线时，再生器的抖动传递函数应该在图10所示模板曲线的下方，相应参数如表8及表9所示。
图9：SDH再生器和终端抖动容限模板
STM等级f1（kHz）f0(kHz) A1（UI PP）A2（UI PP）
STM-1(A)
STM-1(B)
65
12
6.5
1.2
0.15
0.15
1.5
1.5
STM-4(A)
STM-4(B)
250
12
25
1.2
0.15
0.15
1.5
1.5
STM-16(A) 1000 100 0.15 1.5
STM-16(B) 12 1.2 0.15 1.5
表8：SDH再生器抖动容限参数
图10：SDH再生器的抖动传递特性
STM等级f c（kHz）P(dB)
STM-1(A)
STM-1(B)
130
30
0.1
0.1
STM-4(A)
STM-4(B)
500
30
0.1
0.1
STM-16(A)
STM-16(B)
2000
30
0.1
0.1
表9：抖动传递特性参数
注：A型再生器其定时滤波器常为声表面滤波器或陶瓷谐振器等无源器件，B型再生器其定时滤波器常为锁相环。A型再生器具有更广泛的应用价值。在同一系统中混用A型再生器和B 型再生器对抖动积累很不利，实际应用应尽量避免，否则可能需要附加抖动减小措施来保证后续定时恢复电路不超出允许的工作范围。
2、基本测试配置：
再生器的抖动传递函数基本测试配置见图11。抖动转移特性需要选频测量，对于不能提供这种能力的SDH测试设备，仪表应具有抖动解调输出，这时可将抖动解调输出的信号接到频谱分析仪或选频电平表测量。
图11：再生器的抖动转移特性测试配置
3、测试步骤：
（1）、按图11接好电路，首先断开被测再生器，用短路光纤对SDH测试设备作自环，调整光衰减器使SDH测试设备接收到合适的光功率，例如Pin = -15dBm；
（2）、调整SDH测试设备抖动发生频率及幅度（具体数值见图9及表8），对逐个频率进行仪表实际的输出抖动测量，记下此时的读数A（UI PP）；
（3）、断开短路光纤，接入被测再生器，调整光衰减器，使再生器和SDH测试设备仍然接收到一个合适的光功率，例如Pin = -15dBm，对应于第2步中逐个频率进行仪输出抖动测量，记下此时的读数B（UI PP）；
（4）、两次测试所得的结果经下式可计算出各频率点上的抖动转移函值，进而得到抖动转移特性曲线：K(dB) = 20lgB/A。
注：如果SDH测试设备具有自动测试功能，则选择G.958模板可直观看到被测再生器的抖动转移特性测试结果是否符合模板要求。进行抖动转移特性自动测试必须先将仪表自环进行校准过程，因为校准需要逐点进行，故校准过程一般需要几十分钟。
五、抖动测试中需注意的几个问题：
1、在输出抖动测试时应注意SDH测试设备的抖动测量范围，通常仪表有两种范围可选，如20UI和2UI或10UI和1UI。在测量时只要估计被测信号抖动不会超出范围，选用小范围测试能得到较准确的测量结果。
2、在输入抖动容限测量时，有些仪表加抖能力有限（如最大5UI），这时可能无法测到设备的实际抖动容限水平。
3、在测量SDH设备的映射抖动和结合抖动时，需要对发送STM-N 信号的PDH支路PRBS 净负荷加偏，这时要注意搞清仪表加频偏功能是对PDH支路信号加偏还是对发出的STM-N线路信号加偏。