ENTE REGULADOR
DE LOS SERVICIOS PÚBLICOS

PLAN DE SINCRONIZACIÓN

1. Consideraciones Generales

Las redes de sincronización existentes (PDH) están diseñadas para la red-capa de circuito de 64 kb/s. Los 64 kb/s son portados sincrónicamente a 2.048 kb/s, es decir, no hay, a este nivel, ninguna flexibilidad de sincronización. El transporte entre dos subredes de 2,048 kb/s se realiza a nivel de una capa portadora dentro de la jerarquía digital PDH (8, 34 ó 140 Mb/s).

Los bits de relleno o justificación se agregan, en la medida necesaria, a razón de uno por vez como máximo en las oportunidades de justificación, las que se dan una vez por trama. La portadora no sincrónica tiene una tolerancia del orden de 15 ppm (comparada a la de 4.6 ppm en SDH). Estos bits de relleno producen, una vez eliminados en la recepción, una fluctuación de fase (jitter de justificación) en la temporización recuperada.

El recuperador de temporización (oscilador enganchado en fase o PLL) trabaja a velocidad relativamente baja, 64 ó 2.048 kb/s, con lo cual se simplifica el problema de la sincronización y del diseño del PLL.

Las variaciones lentas de fase (por ejemplo, el "wander" diurno causado por las variaciones del tiempo de propagación), del orden de 18 s, son fácilmente absorbidas a estas bajas velocidades con un almacenamiento elástico de circuito tampón o -"buffer" de unos pocos bits (2 a 64 kb/s, ó 36 a 2,048 kb/s).

El ruido de fase de los relojes u osciladores es muy pequeño frente a la duración de un bitio, por lo que también es fácilmente absorbido por el tampón.

El jitter de justificación es relativamente rápido (>10Hz) y es fácilmente eliminado por el filtro pasa-bajos del bucle de enganche de fase del PLL.

Vemos qué es lo que importa y qué lo que no en la temporización de redes PDH:



La red de PDH requiere sincronización en sus extremos de circuito ( extremes síncronos en PDH!). Como, justamente, estos extremos manejan velocidades relativamente reducidas, resulta sencilio absorber en un tampón las fluctuaciones de fase. Como la duración de un bitio (15 µs ó 500 µs) es grande, las fluctuaciones de temporización tienen un impacto menos apreciable.

Por el contrario, la red PDH utiliza las portadoras de alta capacidad (por ejemplo, a 8, 34 ó 140 mb/s) en régimen asincrónico plesiócrono (tolerancias de 15 ppm) y no requiere de operaciones de sincronización a esos niveles. Como contrapartida, la temporización no controlada en los niveles jerárquicos altos, imposibilita el acceso directo para insertar a derivar un canal en una portadora de alto nivel y exige de la demultiplexación de esta portadora hasta el nivel E1 para esos propósitos.

La tecnología SDH, con sus portadores síncronos, permite esos accesos directos pero plantea toda otra serie de aspectos críticos y exhibe mayor sensibilidad con respecto a nuevos factores de degradación.

2. Aspectos críticos de la temporización de redes SDH.

Las secciones subsguientes se explayarán en la consideración de muchos de estos aspectos críticos. A modo de introducción, queremos resaltar los elementos significativos.

La red SDH busca la sincronización (o, más propiamente, el control de la temporización) a nivel de STM-1 ó 4, es decir a velocidades digitales elevadas: 155 ó 622 Mb/s. A este ritmo, el "wander" diurno de 18 µs equivale al tiempo de unos 2800 bitios o intervalos unitarios (2800 UI) para STM-1, y si se deseara absorberlo en un circuito tampón, requeriría capacidad de almacenamiento considerable.

El ruido de fase de los relojes, hasta ahora especificados a ser del orden de 300 ó 1.000 ns, se torna significativo cuando se lo exprese en U.I.

Para absorber estas fluctuaciones, la red SDH utiliza sólo un margen de almacenamiento o "histéresis" de 24 U.I. para VC3. Cuando las fluctuaciones exceden los umbrales del intervalo de histéresis, se permite que la información se atrase o se adelante con respecto el inicio de la trama del STM en cantidades discretas de 8 bitios (VC 3) o de 24 bitios (VC 4) . El contenido de información es entonces "flotante" dentro de la trama y se utiliza un "puntero" o valor numérico que cuenta la posición de inicio de la información dentro de la trama. Como vemos, el contenido de información tiene temporización controlada mediante los AJUSTES DE PUNTERO. Estos ajustes vienen acompañados de fluctuaciones bruscas de la fase de la información en "quantums" discretos de 8 a 24 bits, los que introducen componentes espectrales de la fluctuación de fase por debajo de 1 Hz (en el mismo rango que la fluctuación de fase del reloj). Estos componentes espectrales invaden la banda pasante del PLL y se van acumulando en el trayecto.

Como vemos, en SDH, el wander diurno, el ruido de fase de los relojes a corto plazo, y los ajustes de puntero se vuelven factores significativos y hacen que las condiciones para el diseño de la temporización SDH sean diferentes de las protagonistas en PDH. Las secciones siguientes desarrollan estos temas en más detalle.

3. Redes de Sincronización

Esta sección se desarrolla aquí con referencia el contenido de la sección 6 de G.803. Para la exposición detallada pueden remitirse a esta fuente; el propósito en este documento es facilitar una comprensión global de los elementos más fundamentales del tema y dar una orientación para la Red de Panamá.

La Red de Sincronización tiene por objeto establecer la temporización (el tiempo, la hora, el reloj) en cada punto de la red de transporte del país y en cada red de usuario.

Existe un tiempo universal coordinado (UTC) y relojes de altísima precisión (10-13) (LORAN C, GPS, etc). Las Redes Nacionales usan un reloj primario RPC (Reference Primary Clock) de precisión 10-11.

La red SDH de cada país trabajará a velocidad ligeramente diferente de la del otro y en la frontera de interconexión ocurrirán ajustes de puntero para permitir el deslizamiento de los VC de un país dentro de la trama STM-N del otro. En última instancia, ésta deriva nos lleva a un extremo que no se puede absorber, y se produce un deslizamiento a nivel de 64 kb/s ó 2.048 kb/s; con pérdida de un byte o una trama. G.822 en el Cuadro 1/G.822 establece límites relativos a la frecuencia y probabilidad de deslizamientos.

Dentro de un mismo país (o, por lo menos dentro de la red de un operador) un sólo reloj RPC establece la temporización en todo el territorio o Red Nacional.

4. Método de temporización

El método que consideramos es el de "principal-subordinado". El PRC es el reloj principal, que provee la referencia de temporización a la cual se enganchan los relojes subordinados. Es un método jerárquico: PRC (10-11) es el principal, debajo del cual vienen los relojes de Estrato 2 (1.6 x 10-8) (en nodos de tránsito), los de Estrato 3 (4.6 x 10-6) (en nodos locales) y, finalmente, los de Estrato 4 (3.2 x 10-5) (en repetidores). La regla jerárquica dice que un reloj sólo puede engancharse o sincronizarse con otro de jerarquía igual o superior.

De este modo, todos los puntos de la red están sincronizados y funcionan el ritmo de temporización fijada por el PRC. Si se producen fallas de enlaces de temporización o de relojes, otros relojes pierden la referencia de temporización; sin embargo, una buena red de sincronización ofrece a cada reloj referencias redundantes, dando así la opción de recurrir a una referencia alternativa. En el caso en que un reloj pierda todas sus referencias, puede seguir trabajando libre (no enganchado) en régimen llamado de mantenimiento o "holdover". Durante el tiempo en que se da esta situación, interesa, más que la precisión de ese reloj, se derive por día (V.gr., 10-1//día, para Estrato 2 y 10--8/d, para estrato 3) para restringir el número de deslizamientos hasta que se restaure el régimen de enganche normal.

5. Distribución de la temporización

Para que la temporización de referencia generada por un reloj llegue al lugar del reloj subordinado que se desea temporizar por enganche es necesario proveer un camino de temporización (entre dos ciudades, dos nodos, etc.) El método común, en las redes SDH, es el de utilizar la señal STM-N como transporte de la referencia, y extraer la temporización mediante circuitos especiales.

Aquí se trabaja en esta hipótesis, por contraposición al empleo de caminos de temporización no soportados por la red SDH.

6. Limitaciones del método y la distribución.

Los relojes, tanto primarios como subordinados, tienen imperfecciones en forma de ruido de fase. Cuando se engancha un reloj mediante un bucle de fase (PLL), el reloj enganchado sigue al reloj de referencia en sus fluctuaciones de fase lentas, pero no reproduce el ruido de fase por encima de la frecuencia de corte que fija el ancho de banda del PLL. Igualmente, cuando se utiliza la señal STM-N para recuperar la temporización, la propia señal, en función del pattern de bits que transporta, sufre fluctuaciones de fase originadas por las distorsiones de fase y las distorsiones alineadas de transmisión.

Por consiguiente, la sincronización es imperfecta, al haber diferencias de temporización que se manifiestan come un ruido de error cuyo rango de frecuencias es superior, por vía de ejemplo, a 1 Hz. La pregunta ¿por qué no se utilizan bucles PLL de banda ancha que capturen todas las fluctuaciones de fase entrantes para un seguimiento fiel (bien ruidoso) de la referencia? La verdad es que los PLL selectivos (de alto "Q", como dicen algunos) eliminan mucho de este ruido de fase y evitan que la acumulación de ruido de fase en una cadena de muchas cascadas alcance niveles intolerables. Todo por lo contrario, se buscan bucles de PLL muy selectivos, hasta un limite que no reduzca las posibilidades de enganche del oscilador subordinado (cuanto menos preciso el oscilador, mayor el rango de diferencia de frecuencia sobre el que tiene que ser posible el enganche, y concomitantamente mayor el ancho de banda mínimo que debe tener el bucle del PLL).

Asimismo, existen fluctuaciones muy lentas de fase, en particular la causada por la variación del tiempo de propagación por fibra óptica o por radio, el cual obedece a un ciclo diurno (12 µHz) que refleja la variación de la temperatura. Estas fluctuaciones son seguidas por el reloj subordinado. En un sistema de transmisión lineal podría entonces ignorarse este efecto. Sin embargo, se plantea inmediatamente un problema en redes malladas o con anillos en donde, a un nodo, pueden llegar referencias de temporización por caminos diferentes y con retardos de propagación no correlacionados.

Los elementos precedentes muestran la relatividad del concepto de sincronización. Una red sincrónica en forma estricta es casi un concepto ridículo, a menos que se considere como una aspiración no alcanzable. En efecto, la red sincrónica ideal sería una en que existen retardos de propagación de señal fijos y exactos entre lugares, que incluye relojes perfectos sin ruido y sin fluctuaciones que están perfectamente enganchados al PRC, pero con retardos iguales a los tiempos de propagación que corresponda considerar, y que incluye transmisión sin distorsiones para evitar la generación de fluctuaciones de fase, dependiente de pattern de bitios. EL concepto ideal se complicaría aún más si se considerase una red mallada con anillos y caminos alternativos para las señales.

7. Arquitectura de la red de sincronización

Las figures de G.803: 6.1/G.803 y 6.2/G.803 muestran la arquitectura. En un nodo (Fig. 6.1), el reloj de nodo está sincronizado a un reloj jerárquicamente superior, a través del enlace de sincronización. Por ejemplo, el reloj de nodo puede ser de Estrato 2 y está enganchado el PRC o a otro reloj de Estrato 2. Dentro del nodo, los elementos de red NE (Network Elements) se subordinan al reloj de nodo, el cual puede asimilarse al "building integrated timing supply" o "BITS" de las redes SONET.

La figure 6.2/G.803 muestra la arquitectura en árbol de la red de sincronización, reflejando la estructura jerárquica por la cual un reloj inferior sólo acepta uno igual o superior como referencia. La figure que sigue muestra una arquitectura más detallada.

Más allá, se debe contemplar una arquitectura que provee referencias alternativas (mínimo 2) por nodo principal, que asegure que los relojes de nodo principal tengan la opción de dos referencias de tiempo que llegan por rutas diferentes. Asimismo, se proveen referencias alternativas para relojes de Cross-connect. Una aplicación final, pero fundamental, es el diseño de la red para que las protecciones, restauraciones y conmutaciones por anillos sean compatibles con los principios de arquitectura de la red de sincronización (red jerárquica, con reglas de subordinación, con provisiones de redundancias, en donde se evita la producción de bucles viciosos de subordinación).

Es posible y conveniente el concepto y la función de red de sincronización considerándola como una sub-capa de red con sus caminos y sus adaptaciones definidos dentro de las convenciones utilizadas para establecer las capas de red SDH (network sub-layer, trail, adaptation). La Fig. 6.3/G.803 ilustra este enfoque.

8. Dificultades y limitaciones derivadas de imperfecciones y fallas

El elemento intrínseco de las redes SDH que no hemos aún considerando es el mecanismo de AJUSTE DE PUNTERO. Acabamos de indicar que la sincronización perfecta es una utopía. Las fluctuaciones de fase (lentas y rápidas) hacen que los contenidos de señal (contenedores virtuales o VC) no estén exactamente en sincronismo o en relación de fase invariable con la señal portadora de línea, STM-N. SDH admite este hecho permitiendo que la posición de los VC en la trama STM-N tenga desplazamiento o flote, y utilizando punteros para indicar la ubicación o el "comienzo" del VC en la trama. Los ajustes de puntero ocurren en saltos de 24 (STM-1) o 96 bitios (STM-4) y general fluctuaciones de fase bruscas y considerables. Por consiguiente, los análisis (Ref. [1]) se han dirigido a determinar la frecuencia de ajustes de puntero o la probabilidad de que ocurran, por ejemplo, ajustes de puntero en los próximos 10 segundos. Los siguientes ejemplos típicos nos sitúan como casos representativos



En última instancia, el ruido de fase de los relojes subordinados constituye un serio factor limitante del éxito de la idea de los ajustes de puntero. La consideración de este problema lleva a encarar una red de sincronización de referencia hipotética con N nodos en cascada, en la que cada nodo constituye con el ruido de fase de su oscilador y en la que existen mecanismos de ajuste de puntero no lineales (hitéresis de 96 U.I.). Este problema puede resolverse con simulación.

Con este fin, G.803 ha establecido la cadena de referencia de la red de sincronización, en la Fig. 6.4/G.803, con 10 nodos y un máximo de 60 elementos de red.

Las simulaciones muestran que si bien la calidad de la temporización se degrada a medida que aumenta el número de nodos de la red de sincronización, la estadística de frecuencia de ajuste de punteros alcanza una saturación más allá de los 10 nodos. De otro modo, el mecanismo de puntero no impone un límite superior al número de nodos de tratamiento de unidades VC (unidades afluentes) que pueden conectarse en cascada.

9. Estrategias y guía para la especificación de la red de sincronización

Nuevamente, este tema está en evolución, por lo que el enfoque de especificación debe ser flexible y solicitar los análisis pertinentes. Los puntos a considerar son los siguientes:








La red de sincronización puede ser totalmente mallada hasta el Estrato 2, con diversidad de caminos de sincronización y selección automática del camino o fuentes de sincronización por parte del nodo, tal como se establece en las Recomendaciones de VIT-T para equipo de nodo. La Fig. 11.A ilustra este tipo de Red.

Se emplea la señal STM-N para extraer la referencia de temporización Fig. 11.A Red de Referencia de Sincronización (ejemplo ilustrativo).

A los efectos de los análisis mencionados y de los análisis de acumulación de jitter, las Figs. 6.1, 6.2 y 6.3/G.803 muestran el principio de arquitectura de sincronización. Adicionalmente, y con el propósito de proveer un marco para el análisis de jitter, la Fig. 6.4/G.803 muestra la "cadena de referencias" equivalente de una red con 15 nodos y 45 elementos.

Esta cadena de referencia permite analizar el desempeño de la red de sincronización con respecto a pérdidas de la referencia, ajustes de puntero, ruido de fase de los relojes, fluctuación de fase en las transiciones SDH/PDH/SDH, etc.

10. Relojes

a) El Reloj Primario de Referencia (PRC) de la Red Nacional se rige por G.811. Se requiere un reloj 10-11 o mejor, es decir, la deriva de frecuencia a largo plazo, /<10-11.

Se utiliza también el error de intervalos de tiempo o TIE (Time - Interval Error) , que registra el retardo o el avance del reloj, en nanosegundos (ns), en un período de observación de S segundos.

10-9 TIEmáx / S = / < 10-11 para el "largo plazo" (cuando S aumenta).

La Fig. 3/G.811 representa TIE máx en función de S. El TIE de la precisión del reloj con respecto el UTC (Tiempo Universal Coordinado). En la practica, las referencias que pueden utilizarse, para comparar el PRC, son:

LORAN - C (Long Rango Navigation), próximo a 10-13.

GPS (U.S. Department of Defence). Red de satélites. Cada satélites usa relojes atómicos estándares, dos de ruido y dos de haz de Cesio. Un PRC que emplea un reloj anatómico secundario puede sincronizarse próximo a 10-13 usando el GPS.

ATÓMICO. Precisión mejor 10-11.

La figure 3/G.811 considera el "largo plazo" para períodos S > 0.1 segundos, lo cual sugiere un filtro paso bajo de 10 Hz para la observación. El verdadero "largo plazo" muestra 10-11 en la figura, pero a plazos más cortos (0.1 a 5 segundos) se ven fluctuaciones de la precisión del orden de 10-7.

La G.811 estipula un límite a la discontinuidad de fase de un PRC de frecuencia de 2,048 Khz de 1/8 U.I. por cada 2" U.I. El PRC ofrece redundancia para la eventualidad de fallas; una conmutación por protección origina un caso de discontinuidad de fase.

Con la actual tecnología, la precisión del PRC está estadísticamente, muy por debajo de la especificación del TIE máx de G.811. Visto el costo decreciente de los relojes, hay una tendencia a considerar precisiones del orden de 5 x 10-12. A 10-11, la tasa medida ideal de deslizamiento entre canales de 64 Kb/s es, teóricamente de 70 días.

b) LOS RELOJES SUBORDINADOS de la Red Nacional se rigen por G.812. Se utiliza ahora el RTIE (relative time - interval error), es decir, el TIE relativo a un oscilador práctico de alta calidad. Antes de presentar estos valores, veamos cómo se comportan estos relojes en régimen libre.

Los relojes subordinados de NODO DE TRÁNSITO (Estrato 2) corresponden, en el límite, a un error inicial de frecuencia de 5 x 10-10 y una deriva de 2 x 10-9 por día. Los de NODO LOCAL (Estrato 3) tienen, respectivamente, límites de 1 x 10-8, y de 2 x 10-8, por día.

(Cuadro I/G.812 y figure 2/G.812). Estas derivas corresponden el funcionamiento en REGIMEN LIBRE. En la red de sincronización, este tipo de reloj funciona normalmente "enganchado" o subordinado al PRC u otro reloj no inferior a él, pero el régimen libre interesa, y en particular la deriva de frecuencia por día, para la condición llamada de mantenimiento a "holdover". Más que la precisión, interesa la condición de mantenimiento o holdover, vinculada a la deriva por día. En este sentido, es esclarecedor observar cómo se han especificado los relojes subordinados para la red SONET Norteamericana, en el cuadro siguiente:

CUADRO, RELOJES SECUNDARIOS PARA SONET
Estrato
Precisión
Precisión en "holdover"
Rango de enganche
2
3E
3
4
+/- 1,6 x 10-8
+/- 4,6 x 10-6
+/- 4,6 x 10-6
+/- 3,2 x 10-5
+/- 1 x 10-10 / día
+/- 1 x 10-8 / día
Pobre
Desenganche: alarma
+/- 1,6 x 10-8
+/- 4,6 x 10-6
+/- 4,6 x 10-6
+/- 3,2 x 10-5

Un reloj SONET de Estrato 2 que pierde su referencia de sincronismo puede ocasionar, a lo sumo, un deslizamiento durante las primeras 24 horas, en algunos de sus circuitos subordinados.

G.812 nos habla del funcionamiento forzado de un reloj subordinado, que refleja un comportamiento más "real", bajo la influencia de condiciones "reales" (forzadas) que responden a situaciones con ráfagas de errores, conmutación para protección, jitter, etc. Esta condición está aún en estudio y se ignora aquí, para evitar oscurecer la presentación.

Si interesa hablar del funcionamiento ideal del reloj subordinado cuando está sincronizado por una señal que lleva el patrón de referencia de frecuencia de la red (por ejemplo, el SETS o "Synchronous Equipment Timing Source" de la recomendación G.783).

La Fig. 1/G.812 estipula las variaciones de fase del reloj secundario mediante el límite máximo para el TIE relativo o RTI máx en ns. Para períodos de observación S más largos que 100 seg, RTIE máx - 1 µs. Para S < 100 seg, RTIE máx está en estudio. G.812 habla de variación a "largo plazo" y sugiere un filtro pasa-bajos de 10 Hz.

La figure 5-2/G.783 estipula las variaciones de fase del RELOJ DE EQUIPO (NE) (adaptación, terminación, conexión, etc. de equipo de capas de trayecto y de secciones de múltiples y regeneración) mediante el límite del valor eficaz del TIE relativo RTIE rms en ns. Paras S < 100 seg., RTIS rms < 300 ns. Para S < 100 seg., el límite decrece, por ejemplo, a 3 ns si S = 1 seg., G.783 llama a ésta RTIE rms variaciones a "corto plazo".

c) Los Relojes en el Nuevo Retorno SDH Con el advenimiento de las redes SDH, ha cobrado más importancia la característica de fluctuación de fase generada por los relojes en rangos tendientes hacia más "corto plazo". Por debajo de 100 seg., se trata de fluctuaciones de fase en el rango llamado de "jitter". En efecto, estas fluctuaciones, originadas por el ruido de fase de los relojes, pueden causar ajustes de puntero. El jitter de los relojes secundarias se encuentra en estudio, más allá de lo que se viene de exponer.

A algunos de Uds. les pueden ser de utilidad las siguientes relaciones, cuando deseen vincular jitter, con TIE y con variaciones de fase:

wo = 2 fo, pulsación del reloj U.I = duración de un pulso o "unit interval" = 1/fo Jui = "Jitter", expresado en U.I.

2 Jui = variación de fase
Jui  =  TIE x fo


TIE/S	=	f/fo
2Sf	=	Variación de fase

Ejemplo. Un reloj secundario de fo = 20.48 khz, en funcionamiento subordinado, observado en períodos de longitud S = 0.01 seg. exhibe error de tiempo RTIEmáx igual a los 10 ns. Este valor corresponde a un jitter:

Jui = TIE x fo = 10 x 10-9 x 2,048 x 106 = 0.02 U.I. Es decir, los relojes generan fluctuaciones de fase y fluctuaciones, lentas de fase (jitter y wander).

Se esperan especificaciones mejoradas para los relojes secundarios de nodo con los siguientes valores (cuando enganchados):

RTIE máx = 40 ns. Desviación máxima de frecuencias en holdover : 4.6 ppm. d) Guía para la Especificación de los Relojes.

Nosotros recomendamos que se utilice la siguiente base de negociación, sujeto también a que el proveedor suministre un análisis general del sistema de sincronismo de la Red Nacional y de las fluctuaciones de fase, basado en las características de sus relojes:

PRC : 10-11 ó 5 x 10-12 Fig. 3/G.811 Estrato 2: 1.0 x 10-10/día (en "holdover") (nodo tránsito). Estrato 3: 1.0 x 10-8/día en "holdover") (nodo local) .

Fluctuación lenta de fase (wander) en relojes subordinados: inferior al equivalente de 1000 ns = 1 µs, medida con filtro pasa-bajos de 10 Hz.

Fluctuación de fase (por encima de 0.01 Hz, jitter) inferior al equivalente de RTIE máx = 40 ns (es decir, Jui < 0.008 U.I. p-p (pico a pico) para un reloj de 2,048 Mhz).

Una vez establecida la red objetivo y la red de sincronización, deberá solicitarse un análisis de los deslizamientos en un contexto regional, en el sentido de satisfacer y exceder las metas de deslizamiento estipuladas en G.822 (Cuadro 1/G.822).

Nota: Este tema as encuentra en evolución y muchos aspectos están en estudio, por lo que se recomienda el enfoque propuesto en el sentido de evaluar el sincronismo a nivel de la Red Nacional como elemento regidor último en la decisión específica sobre los relojes.

12. Fluctuaciones de fase ("jitter") y fluctuación lenta de fase ("wander")

a) Generalidades En G.810 se encontrarán definiciones relativas a estos y otros conceptos de temporización y sincronización. La fluctuación de fase es una señal analógica de ruido que altera la fase o la temporización, o el tiempo en que una señal "digital" cruza el nivel 0. Cuando es lenta (por debajo de 0.01 Hz), la llamaremos fluctuación lenta o "Wander". Por encima de 0.01 Hz la llamaremos fluctuación o "jitter". Las denominaciones adoptadas en español son torpes y contradictorias (la fluctuación lenta de fase no es fluctuación de fase) por lo que en este documento utilizaremos los términos "jitter" y "wander".

Las fluctuaciones de fase de la señal digital son generadas: (i) por los osciladores o relojes (ruido de fase) de los equipos, (ii) por las distorsiones de transmisión de la señal digital, que a causa del retardo de grupo, de las asimetrías de la respuesta en amplitud y de las alinealidades y conversiones AM/PM, introducen fluctuaciones de fase que dependen de la secuencia de símbolos o "bit pattern" transmitido, (iii) por las variaciones de longitud y velocidad de propagación del medio de transmisión (v. gr., fibra óptica o radio) inducidas por el ciclo diurno de temperatura.

Estas fluctuaciones se van acumulando en el transcurso de la señal. Los generadores y equipos de nodo, generalmente, recuperan la temporización de la señal que llega. Parte de las fluctuaciones que llegan se "transfieren" a la salida (las de baja frecuencia, por debajo del corte de los osciladores enganchados). El equipo local general y agrega así fluctuaciones propias. De ahí que en las especificaciones que seguirán cubrirán tanto los aspectos de generación como de transferencia de jitter y wander. Estas fluctuaciones requieren de circuitos tampón o buffers y de provisiones para recuperar la temporización y lograr el enganche de los osciladores. A su vez, pueden degradar el desempeño de error por "cierre del ojo". Por consiguiente, también hablaremos en lo que sigue, de tolerancia al jitter y wander.

b) Wander El Wander es generado por los relojes de acuerdo a lo visto en 4.3.4 (3 µs en PRC y µs en relojes subordinados) y por la fluctuación del tiempo de propagación en el trayecto de sincronización. Fundamentalmente, y con un período de un día, la variación de temperatura origina variaciones en la longitud y la velocidad de propagación del medio de transmisión (fibra óptica, o aún radio).

La Fig. C.1/G.823 provee un muy ilustrativo modelo de referencia para el wander. el wander de trayecto es, típicamente, de 4 ó 6 µs. Si los nodos de red estuviesen conectados en forma de simple lineal, el reloj esclavo, de un nodo seguiría la fluctuación de wander, y si así lo haría toda la sincronización derivada en ese nodo. El conflicto temporización de wander se plantea porque, como lo indica la Fig. C.1/G.823 el esquema de trayectos de sincronización ofrece múltiples caminos derivados de los anillos de red, los trayectos redundantes para las señales, y los trayectos redundantes para la sincronización.

Para absorber el wander la red utiliza, memorias tampón o buffers. Si las instancias de sincronización ocurren a nivel de 64 kb/s. o 2.048 kb/s, el wander de 18µs del modelo de referencia equivale a un bit o a 36 bits, respectivamente, y no es crítico. En las redes SDH, que exige la sincronización a nivel de STM/1 o mayores, ese nivel de wander impone requerimientos más críticos. Un wander excesivo puede desbordar las memorias tampón.

c) Jitter Es generado por ruido de fase de relojes, por las imperfecciones de transmisión (por ejemplo, interferencia, intersímbolos, que depende de la secuencia particulares de bitios) y por las operaciones de ajuste de temporización plesiócrona (bitios de justificación o relleno) y síncrona (ajuste de puntero).

Los regeneradores o multiplexores en cascada de la red van acumulando jitter. Los mecanismos de acumulación se discuten en G.823 Anexo B, pero soslayaremos nosotros aquí un tema complejo aún en estudio, y necesario a los propósitos de este documento. En cambio, veremos si las especificaciones de jitter en sus tres facetas: generación de jitter, transferencia de jitter y tolerancia al jitter.

Más allá de la generación, de acuerdo a los mecanismos recién indicados, y de la tolerancia de los elementos de la red al jitter, interesa la transferencia de jitter. Cada reloj enganchado por bucle de fase (PLL o phase locked loop) actúa como un filtro pasa-bajos al jitter, determinado por el ancho de banda de bucle de realimentación.

Las fluctuaciones lentas (wander, eventualmente, el jitter más lento) son seguidas íntegramente por el reloj subordinado, por debajo de la frecuencia de corte del filtro de bucle. Por encima del corte, la señal de salida no contiene la fluctuación de la entrada. En otras palabras, la transferencia tiene las características del filtro pasa-bajos. Adicionalmente, el ruido de fase generado por el propio reloj subordinado se superpone en la salida. La fluctuaciones de wander y jitter se acumulan entonces por debajo de la frecuencia de corte. Cuanto menor es la frecuencia, menor acumulación; sin embargo, también menor el rango de enganche del oscilador (y este hecho establece un límite a la posibilidad de filtrado del jitter). La acumulación ocurre en una cadena de regeneradores de línea, o en presencia de elementos de red, tales como multiplexadores, cross connects, etc.

d) Especificaciones para las fluctuaciones de fase (jitter y wander)

d1) Límites en la interfase de la red y límites de generación de jitter y wander.

En un interfase jerárquico de red SDH (STM/1, 4, ó 16), G.825 establece los límites de salida de jitter y wander.

Por ejemplo, para STM-1 (155Mb/s), los límites de jitter de salida son (para S=60s de observación):

Entre 500 Hz y 1,3 Mhz: 1.5 UIpp (Para evitar desbordes del PLL o buffers)

Entre 65 Khz y 1,3 Mhz: 0.15 UIpp (Para evitar la degradación del diagrama de ojo)

En este caso, 500 Hz representaría el ancho de banda (corte) del bucle de PLL, mientras que 65 Khz indicaría el límite inferior de las frecuencias admitidas al circuito de adquisición de la temporización. El Cuadro 1/G.825 indica los límites para todas las jerarquías de interfaz (STM1, 4, ó 16).

El límite para el wander está en estudio.

Los equipos digitales tienen límites máximos especificados, a los efectos de que su interconexión no produzcan un jitter acumulado que rebase los límites de la red establecida más arriba.

G.958 (párrafo 6.3.1.) establece un límite de jitter para los regeneradores de línea, de 0.01 U.I. G.783 (párrafo 6.1.2.) fija los límites de jitter de salida de equipo no regenerador (adaptación, terminación, conexión, etc., de equipos de capa de trayecto y de secciones de multiplex) en 0.01 U.I., cuando se mide con un filtro pasa-altos de 12 Khz.

Como puede fácilmente entrever sin ulterior análisis, la especificación de límite de generación de jitter y wander se encuentra en estado precario de estudio y no se dispone de análisis claros que justifiquen límites muy específicos de generación por parte de equipos (0.01 U.I.) y límites acumulados de interfaz de red en bandas pasantes similares pero no coincidentes (1.5 U.I.)

El tema se ha visto complicado por otro aspecto adicional vinculado a las interfases de interfuncionamiento SDH a PDH. No cabe siquiera reposar en la posibilidad de redes enteramente síncronas, pues la realidad panameña, y en particular en conexiones internacionales en la de múltiples interfases SDH-PDH, durante muchos años hacia el futuro. Las especificaciones correspondientes vienen dadas en G.783, Sección 6.2, bajo el título "Interfases G.703").

Los aspectos de interfucionamiento SDH-PDH son dos: el de los sincronizadores y el de los descincronizadores. El proceso de especificación que se expondrá a continuación no traduce, ni siquiera pálidamente, los procesos de diseño y optimación subyacentes. Para un buen recuento al respecto, ver Ref [1], capítulo 4.

El caso del sincronizador está cubierto en G.783 subpárrafo 6.2.3.1. La tolerancia de frecuencia de los portadores PDH es muy laxa, por ejemplo: ± 15 ppm para 140 Mb/s. Esta tolerancia no puede ser acomodada por el proceso de puntero diseñado para interfases SDH y se requiere un mecanismo adicional de justificación de fase, el cual se realiza a razón de 1 bit por vez. Independientemente de las alternativas de realización posibles (ver Ref. [1]), la recomendación especifica un limite de jitter para cada uno de los casos de afluentes PDH (2048, 8448, 34,368 y 139,264 kb/s). Con estos limites, se asegura que los diseños de sincronizador funcionan adecuadamente can las interfases SDH. El límite de jitter se mide a través de un filtro pasa-bajos que simula a un desincronizador y a través de un filtro pasa-altos que representa el filtro de medida de jitter. Los bits de control de justificación (+1, 0, -1) son convertidos a cambios de fase, y estos cambios filtrados, como se acaba de describir, utilizando para todas estas operaciones, filtros digitales.

A título de ejemplo, para el caso de un afluente en 2,048 kb/s, se utiliza un filtro pasa-bajos de 40 Hz de corte, seguido de un filtro pasa-altos de 20 Hz de corte, y se estipula un límite de jitter de 0.35 U.I. p-p.

El caso del desincronizador se cubre en G.783 sub-párrafo 6.2.3.3. El equipo desincronizador requiere uno de los diseños más críticos, al exigir la producción de un reloj regulador PDH a partir de un reloj que tiene intervalos de silencio en correspondencia con las deconversiones de una corriente STM-N de la capa de sección regeneradora a la multiplexadora, a los contenedores virtuales de alto y bajo orden y, finalmente, a la información PDH con eliminación de bits de justificación. Por otra parte, el desincronizador tiene que manejar situaciones de ajuste de puntero que contemplan desviaciones de frecuencia de hasta 4.6 ppm. Varias implementaciones han sido propuestas (Ref. [1]).

El cuadro 6-2/G.783 resume la especificación de performancia del desincronizador medida con filtrado especificado frente a una secuencia de ajustes de puntero. Por ejemplo, para un interfaz G.703 a 140 Mb/s, se hacen medidas con filtrados 200 Hz a 3500 khz y 10 Khz a 3500 khz, para diferentes combinaciones de punteros (tanto en temporización, como en polaridad) y se requiere que el máximo jitter no exceda 0.75 ó 0.4 U.I. p-p en la banda ancha, según el caso de puntero, y no exceda 0, 0.015 U.I. p- p en la banda angosta.

d2) Transferencia de jitter

Para los regeneradores de línea utilizados con la fibra óptica, G.958 especifica la transparencia entre las señales STM-N de entrada y salida. La Fig. 6.1/G.958 ilustra las funciones de temporización del regenerador, mientras que la Fig. 6.2/G.958 y el Cuadro 1/G.958 definen la especificación de transferencia.

La transferencia tiene la característica de un filtro pasa-bajos, que puede implementarse mediante un tal filtro en el bucle de realimentación del PLL. Se preconizan dos tipos de regeneradores: A menos, y B más selectivo. Se prefiere no mezclar ambos tipos en la misma línea. Si bien B filtra más la fluctuación de fase, a la vez tolera menos fluctuación a una entrada para poder funcionar. Por ejemplo, para señales STM-1 (155 Mb/s), el tipo A tiene una frecuencia de corte de 130 khz, mientras que el B la tiene de 30 khz.

Para los equipos de adaptación, terminación, conexión, etc. en las capas de trayecto de orden superior a inferior, así como las de la sección de multiplexación, rige G.783. La Fig. 5.1/G.783 esquematiza la Fuente de Temporización de Equipo Síncrono o SETS (Synchronous Equipment Timing Source).

La Fig. 5.1/G.783 nos muestra una opción en la selección de la referencia (para posibilitar una red de temporización redundante). El generador de temporización del multiplexor SETG tiene una característica de filtrado que determina la característica de transferencia de jitter y wander. Las especificaciones están en estudio.

d3) Tolerancia de jitter y wander

La Fig. 2/G.825 y el Cuadro 2/G.825 fija la tolerancia en los accesos de entrada de equipo SDH.

Conviene analizar la figura y su cuadro, como elementos reveladores de varios aspectos y conceptos del jitter y el wander. De acuerdo a la división que hemos hecho precedentemente, el wander está por debajo de 0.01 Hz ó 10 mHz, prácticamente hasta f1O en la figura. La frecuencia fo = 12 µhz corresponde el período de un día de las fluctuaciones diurnas de línea por temperatura. El límite Ao = 18 µs está en consonancia con el modelo de wander de la Fig. C.1/G.823 reproducida previamente en este documento. El nivel A2 = 250 ns para el rango de 0.12 a 19 Hz está ajustadamente en acuerdo con tolerancias máximas de TIE impuestas a los relojes subordinados (ver 4.3.4 b en lo precedente). Más allá de fl (500 Hz en el caso STM-1, etc.) los límites de tolerancia de 1.5 y 0.15 U.I. p-p están de acuerdo con los límites de generación de jitter presentados previamente.

Para los regeneradores de línea se aplica la Fig. 6.3/G.958 y su Cuadro 2/G.958. Esta especificación está en concordancia con G.825 al estipular 1.5 y 0.15 U.I. p-p par los mismos intervalos de frecuencia (por ejemplo, 0.5 a 6.5 khz y 65 a 1,300 khz para STM-1) cuando se trata de regeneradores de tipo A. Si algún suministrador ofrece el tipo B, debe requerirse un análisis cuidadoso de compatibilidad presente y futura.

e) Guía para la especificación de jitter y wander

Para la generación, transferencia y tolerancia de jitter y wander relativos a generadores se debe especificar G.958. La transferencia y tolerancia aparecen razonablemente bien definidas. La generación de 0.01 U.I. estipulada necesita de la definición de la banda de frecuencia de paso.

Para otros tipos de red (NE) se debe estipular G.783, teniendo presente que la generación se especifica por encima de 12 khz y que la transferencia está en estudio. La tolerancia debe acomodar los límites establecidos para STM-N con respecto a la salida en cualquier interfaz SDH.

A nivel de red, debe exigirse la conformidad con G.825. Este enunciado requiere una serie de comentarios.

G.825 establece límites de jitter y wander en las salidas de interfases SDH. Debe pedirse de los proveedores un análisis que, partiendo de la generación de fluctuaciones de los equipos y las líneas de la red, obtenga los límites de red cuando tal análisis se aplica a la red objetivo de Panamá y a las conexiones nacionales e internacionales de referencia. Los Anexos B y C de G.825, relativos a la acumulación de jitter, y a modelo de wander son instrumentos útiles para tal análisis. Asimismo, G.825 establece una formulación más completa de la tolerancia a jitter y wander en los accesos de entrada a la red. Nuevamente, debe pedirse un análisis que muestre conformidad con este requisito, a partir de las características del equipo ofrecido y de la red objetivo.

Para los interfases PDH-SDH deberán satisfacerse las condiciones de G.783, Sección 6.2 (interfases G.703) en lo relativo a los sincronizadores y desincronizadores.

13. Conclusión

Los enlaces o red de sincronización deben responder a la siguiente arquitectura:





El operador deberá llevar a cabo los siguientes análisis adicionales:




Finalmente, el operador deberá aplicar los análisis mencionados más arriba (confiabilidad de la Red de Sincronización, probabilidad de pérdida de las referencias, deslizamientos, ajuste de puntero, comportamiento transitorio) a su red de sincronización real o aparte de ella.

a) Especificación de los relojes de la red

La base de especificación queda siempre sujeta al análisis general que debe realizar un operador del sistema de sincronismo de su Red y de las fluctuaciones de fase, basado en las características de sus relojes.

Como guía para estas características, se consignan aquí las siguientes:

PRC : 10-11 ó 5 x 10-12 (Fig. 3/G.811)

Estrato 2: 1.0 x 10-10/día (en "holdover") (nodo tránsito)
Estrato 3: 1.0 x 10-8/día (en "holdover") (nodo local)

Fluctuación lenta de fase (wander) en relojes subordinados: inferior al equivalente de 1000 ns = 1 µs, medida con filtro pasa-bajos de 10 Hz.

Fluctuación de fase (por encima de 0.01 Hz, jitter) inferior al equivalente de RTIE máx = 40 ns (es decir, Jui < 0,008 U.I. p-p (pico a pico) para en reloj de 2,048 Mhz).

El operador con relación a la Red de transmisión y a la Red de sincronización, deberá suministrar un análisis de los deslizamientos en un contexto regional, en el sentido de satisfacer y exceder las metas de deslizamiento estipuladas en G.822 (Cuadro 1/G.822).

Este tema se encuentra en evolución y muchos aspectos están en estudio por la UIT por lo que se hace necesario el enfoque propuesto en el sentido de evaluar el sincronismo a nivel de la Red Nacional como elemento regidor ultimo en la decisión específica sobre los relojes.

Sin perjuicio de lo anterior, el operador deberá satisfacer lo establecido por las Recomendaciones G.811, G.812 y G.783 (en particular, Fig. 3/G.811, Fig. 1/G.812 y Fig. 5-2/G.783).

b) Especificaciones de jitter y wander

La generación, transferencia y tolerancia de jitter y wander relativos a regeneradores satisfarán lo estipulado por G.958. La transferencia y tolerancia están allí bien definidas. Para la generación, estipulada en 0.01 U.I., el operador proveerá la definición de la banda de frecuencia de paso.

Para otros equipos de red (NE) deberá satisfacerse G.783, teniendo presente que la generación se especifica por encima de 12 khz y que la transferencia está en estudio. La tolerancia debe acomodar los límites establecidos para STM-N con respecto a la salida en cualquier interfaz SDH.

A nivel de red, debe satisfacerse lo establecido en G.825, con las siguientes precisiones.

G.825 establece límites de jitter y wander en las salidas de las interfases SDH. Los operadores suministrarán un análisis que, partiendo de la generación de fluctuaciones de los equipos y las líneas de la red, obtenga los límites de red cuando tal análisis se aplica a la Red de Panamá y a las conexiones nacionales a internacionales de referencia. Los anexos B y C de G.825, relativos a la acumulación de jitter, y al modelo de wander son instrumentos útiles para tal análisis.

Asimismo, G.825 establece una formulación más completa de la tolerancia a jitter y wander en los accesos de entrada a la red. Nuevamente, el operador suministrará un análisis que demuestre la conformidad con este requisito, a partir de las características del equipo ofrecido y de su Red de Transmisión.

Para los interfases PDH-SDH, deberán satisfacerse las condiciones de G.783, Sección 6.2 (interfases G.703) en lo relativo a los sincronizadores y desincronizadores.

Nota: El comentario hecho en 11.6 se aplica también aquí, en el sentido de evaluar los aspectos de jitter y wander a nivel de la Red Nacional a inclusive Regional como elemento regidor último en las decisiones sobre jitter y wander de los equipos.

En síntesis, se podría desarrollar principios rectores simples para las redes de sincronización.

Se deriva la frecuencia maestra de la red directamente o indirectamente desde un reloj atómico de Cesio u otro reloj con precisión y características mejores.