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Text File  |  1993-08-15  |  11KB  |  590 lines

  1. 3.    Recommendation G.811
  2.  
  3.  
  4.  
  5. TIMING REQUIREMENTS AT THE OUTPUTS OF PRIMARY REF-
  6. ERENCE CLOCKS SUITABLE FOR PLESIOCHRONOUS OPERA-
  7. TION OF INTERNATIONAL DIGITAL LINKS
  8.  
  9.  
  10.  
  11. 1.    General
  12.  
  13.  
  14.  
  15. 1.1    International connections and network synchronization considerations
  16.  
  17.  
  18.  
  19.     National digital networks, which may have a variety of internal synchro-
  20. nization arrangements, will usually be connected by international links 
  21. which operate plesiochronously. International switching centres (ISCs) 
  22. will be interconnected directly or indirectly via one or more intermediate 
  23. ISCs, as indicated in the hypothetical reference connection (HRX) shown 
  24. in Figure1/G.801.
  25.  
  26.  
  27.  
  28.     International connections terminate on synchronous network nodes that 
  29. may or may not be co-located with a primary reference clock. Such net-
  30. work nodes may include slave clocks. Therefore, synchronous network 
  31. node clock specifications are essential to ensure satisfactory operation of 
  32. plesiochronous international digital links.
  33.  
  34.  
  35.  
  36.     Figure 1/G.811 illustrates the two alternative international connections 
  37. described above.
  38.  
  39.  
  40.  
  41. 1.2    Purpose of this Recommendation
  42.  
  43.  
  44.  
  45.     The purpose of this Recommendation is to specify requirements for pri-
  46. mary reference clocks, promote understanding of associated timing 
  47. requirements for plesiochronous operation of international digital links, 
  48. and to clarify the relationship of the requirements for synchronous net-
  49. work nodes, constituent clocks and the use of satellite systems.
  50.  
  51.  
  52.  
  53.     Administrations may apply this Recommendation, at their own discre-
  54. tion, to primary reference clocks other than those used in connection with 
  55. international traffic.
  56.  
  57.  
  58.  
  59. 1.3  Interaction between plesiochronous and synchronous international 
  60. operation
  61.  
  62.  
  63.  
  64.     It is important that the Recommendations for plesiochronous operation 
  65. should not preclude the possibility of the later introduction of interna-
  66. tional synchronization.
  67.  
  68.  
  69.  
  70.     When plesiochronous and synchronous operations coexist within the 
  71. international network, the nodes will be required to provide for both 
  72. types of operation. It is therefore important that the synchronization con-
  73. trols do not cause short-term frequency departures of the clocks which 
  74. are unacceptable for plesiochronous operation. The magnitudes of the 
  75. short-term frequency departures should satisfy the specifications in º 2.2.
  76.  
  77.  
  78.  
  79.  
  80.  
  81.  
  82.  
  83.  
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89.  
  90.  
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.  
  97.  
  98.  
  99.  
  100.  
  101.  
  102.  
  103.  
  104.  
  105.  
  106.  
  107. a)    Case 1: Synchronous network node including primary reference clock
  108.  
  109.  
  110.  
  111.  
  112.  
  113.  
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.  
  123.  
  124.  
  125.  
  126.  
  127.  
  128.  
  129.  
  130.  
  131.  
  132.  
  133.  
  134.  
  135.  
  136.  
  137.  
  138.  
  139.  
  140.  
  141.  
  142.  
  143. b)    Case 2: Synchronous network node including slave clock
  144.  
  145.  
  146.  
  147.  
  148.  
  149. Note 1 - PRC  Primary reference clock
  150.  
  151.     SC   Slave clock
  152.  
  153.     DE   Digital equipment such as digital exchange or digital muldex
  154.  
  155.     IDL  International digital link
  156.  
  157.  
  158.  
  159. Note 2 - Other cases are for further study.
  160.  
  161.  
  162.  
  163.  
  164.  
  165.  
  166.  
  167. FIGURE 1/G.811
  168.  
  169.  
  170.  
  171. International connections terminating on synchronous network nodes
  172.  
  173.  
  174.  
  175.  
  176.  
  177. 1.4    Maximum time interval error and relationship with frequency depar-
  178. ture
  179.  
  180.  
  181.  
  182.     Maximum time interval error (MTIE) is the maximum peak-to-peak vari-
  183. ation in the time delay of a given timing signal with respect to an ideal 
  184. timing signal within a particular time period (Figure 2/G.811), i.e. 
  185. MTIE(S)=maxx(t)-min x(t) for all t within S.
  186.  
  187.  
  188.  
  189.  
  190.  
  191.  
  192.  
  193.  
  194.  
  195.  
  196.  
  197.  
  198.  
  199.  
  200.  
  201.  
  202.  
  203.  
  204.  
  205.  
  206.  
  207.  
  208.  
  209.  
  210.  
  211.  
  212.  
  213.  
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  
  218.  
  219.  
  220.  
  221. FIGURE 2/G.811
  222.  
  223.  
  224.  
  225. Definition of maximum time interval error
  226.  
  227.  
  228.  
  229.  
  230.  
  231.     Long-term frequency departure (_f/f) is determined by the MTIE divided 
  232. by the observation interval S, as S increases.
  233.  
  234.  
  235.  
  236. Note 1 - The rigorous definition and measurement of long-term fre-
  237. quency departure for clocks is a subject for further study.  
  238.  
  239.  
  240.  
  241. 2.    Long-term frequency departure and phase stability of primary reference 
  242. clocks
  243.  
  244.  
  245.  
  246.     A primary reference clock controls the synchronization performance of 
  247. the overall network. It is necessary to specify the long-term frequency 
  248. departure and phase stability of a primary reference clock, and to provide 
  249. guidance concerning issues associated with degradation and unavailabil-
  250. ity performance. The definition of a primary reference clock is given in 
  251. RecommendationG.81y.
  252.  
  253.  
  254.  
  255. Long-term frequency departure
  256.  
  257.  
  258.  
  259.     A primary reference clock should be designed for a long-term frequency 
  260. departure of not greater than 1 x 10-11. The long-term frequency depar-
  261. ture of  1x10-11 is about two orders of magnitude larger than the uncer-
  262. tainty of Coordinated Universal Time (UTC). Therefore UTC should be 
  263. the reference for long-term frequency departure (see CCIR Report898).
  264.  
  265.  
  266.  
  267.     The theoretical long-term mean rate of occurrence of controlled frame or 
  268. octet slips (i.e. the design rate of slips based on ideally undisturbed con-
  269. ditions) in any 64kbit/s channel is consequently not greater than one in 
  270. 70days per digital international link (see Recommendation G.822).
  271.  
  272.  
  273.  
  274.  
  275.  
  276. Note 1 - Some administrations support a primary reference clock long-
  277. term frequency departure of not greater than 7 x 10-12 based upon cur-
  278. rent primary reference clock technology.
  279.  
  280.  
  281.  
  282. Note 2 - Caesium-beam technology is suitable for primary reference 
  283. clocks complying with the above specification.
  284.  
  285.  
  286.  
  287. 2.2    Phase stability
  288.  
  289.  
  290.  
  291.     The phase stability of a clock can be described by its phase variations, 
  292. which in turn can be separated into a number of components:
  293.  
  294.  
  295.  
  296.     -    phase discontinuities due to transient disturbances;
  297.  
  298.  
  299.  
  300.     -    long-term phase variations (wander and integrated frequency depar-
  301. ture);
  302.  
  303.  
  304.  
  305.     -    short-term phase variations (jitter).
  306.  
  307.  
  308.  
  309.     A phase stability model for primary reference clocks is described in the 
  310. annex to this Recommendation.
  311.  
  312.  
  313.  
  314. 2.2.1    Phase discontinuities
  315.  
  316.  
  317.  
  318.     Primary reference clocks need a very high reliability and are likely to 
  319. include replication of the equipment in order to ensure the continuity of 
  320. output. However, any phase discontinuity, due to internal operations 
  321. within the clock or network node, should only result in a lengthening or 
  322. shortening of the timing signal interval and must not cause a phase dis-
  323. continuity in excess of 1/8 of a unit interval at the clock output. (This 
  324. refers to output signals at 1544kbit/s or 2048kHz, of º4. Specification 
  325. of other interfaces is under study.)
  326.  
  327.  
  328.  
  329. 2.2.2    Long-term phase variations
  330.  
  331.  
  332.  
  333.     The maximum permissible long-term phase variation of a primary refer-
  334. ence clock (whether sinusoidal or pulse) is expressed in MTIE.
  335.  
  336.  
  337.  
  338.     The MTIE over a period of S seconds shall not exceed the following lim-
  339. its:
  340.  
  341.  
  342.  
  343.     a)    100S ns     for the interval 0.05 < S < 5
  344.  
  345.  
  346.  
  347.     b)    (5S+500) ns for the interval 5 < S < 500
  348.  
  349.  
  350.  
  351.     c)    (.01S+X) ns for values of S > 500.
  352.  
  353.  
  354.  
  355.     The asymptote designated 10-11 refers to the long-term frequency depar-
  356. ture specified in Section 2.1.
  357.  
  358.  
  359.  
  360.     The value of X is under study. It is provisionally recommended that 
  361. X=3000ns. Certain administrations support a value of 1000 ns.
  362.  
  363.  
  364.  
  365.  
  366.  
  367. Note 1 - For measurement of long-term phase variations, the use of 10Hz 
  368. low-pass filter is suggested.
  369.  
  370.  
  371.  
  372. Note 2 - The MTIE Recommendation requires further study.
  373.  
  374.  
  375.  
  376. Note 3 - The overall specification is illustrated in Figure 3/G.811.
  377.  
  378.  
  379.  
  380. 2.2.3    Short-term phase variations
  381.  
  382.  
  383.  
  384.     Clock implementations exist today which may have some high-frequency 
  385. phase instability components. The specification of maximum permissible 
  386. short- term phase variation of a primary reference clock due to jitter is 
  387. under study.
  388.  
  389.  
  390.  
  391. 3.    Degradation of the performance of a primary reference clock
  392.  
  393.  
  394.  
  395.     To achieve the required high reliability a primary reference clock 
  396. includes redundancy, i.e. by incorporating several (caesium beam) oscil-
  397. lators, the output of only one of these being used at any given time. If a 
  398. clock frequency departs significantly from its nominal value, this should 
  399. be detected and switching to an undegraded oscillator should then be 
  400. effected. This switching should be accomplished before the MTIE speci-
  401. fication is exceeded.
  402.  
  403.  
  404.  
  405.     With current technology, the performance of a primary reference clock is 
  406. statistically well below the MTIE specification of Figure 3/G.811.
  407.  
  408.  
  409.  
  410. 4.    Interfaces
  411.  
  412.  
  413.  
  414.     The preferred interface for the timing output is in accordance with Rec-
  415. ommendation G.703, 10, i.e. an interface at 2048 kHz. By agreement 
  416. between operators or manufacturers of equipment, the timing signal may 
  417. also be delivered at various other physical interfaces (e.g., 1544kbit/s 
  418. primary rate signal, 1MHz, 5MHz, or 10MHz).
  419.  
  420.  
  421.  
  422.  
  423.  
  424.  
  425.  
  426.  
  427.  
  428.  
  429.  
  430.  
  431.  
  432.  
  433.  
  434.  
  435.  
  436.  
  437.  
  438.  
  439.  
  440.  
  441.  
  442.  
  443.  
  444.  
  445.  
  446.  
  447.  
  448.  
  449.  
  450.  
  451.  
  452.  
  453.  
  454.  
  455.  
  456.  
  457.  
  458.  
  459.  
  460.  
  461.  
  462.  
  463.  
  464.  
  465.  
  466.  
  467.  
  468.  
  469.  
  470.  
  471.  
  472.  
  473.  
  474.  
  475.  
  476.  
  477.  
  478.  
  479.  
  480.  
  481.  
  482.  
  483.  
  484.  
  485.  
  486.  
  487.  
  488.  
  489.  
  490.  
  491.  
  492. FIGURE 3/G.811
  493.  
  494.  
  495.  
  496. Permissible maximum time interval error (MTIE)
  497.  
  498. due to long-term phase variation as a function of
  499.  
  500. observation period S for a primary reference clock
  501.  
  502.  
  503.  
  504.  
  505.  
  506. 5.    Use of satellite systems in an international plesiochronous digital net-
  507. work
  508.  
  509.  
  510.  
  511.     It is recommended that the link be operated in a plesiochronous mode 
  512. using high accuracy (1 x 10-11) source for the satellite TDMA timing. 
  513. The international satellite links will be terminated on network nodes 
  514. whose timing is in accordance with Recommendations G.823 and G.824.
  515.  
  516.  
  517.  
  518. 6.    Guidelines concerning the measurement of jitter and wander
  519.  
  520.  
  521.  
  522.     Verification of compliance with jitter and wander specifications requires 
  523. standardized measurement methodologies to eliminate ambiguities in the 
  524. measurements and in interpretation and comparison of measurement 
  525. results. Guidelines concerning the measurement of jitter and wander are 
  526. contained in Supplement No. 3.8 (O-Series) and Supplement No. 35.
  527.  
  528.  
  529.  
  530. ANNEX A
  531.  
  532.  
  533.  
  534. (to Recommendation G.811)
  535.  
  536.  
  537.  
  538. Characterization of primary reference clock phase stability
  539.  
  540.  
  541.  
  542.  
  543.  
  544.     The following phase stability model may be employed to characterize 
  545. primary reference clocks. Let x(t) represent the time interval error of a 
  546. clock synchronized at t = 0, and free-running against UTC thereafter. x(t) 
  547. may be defined as:
  548.  
  549.  
  550.  
  551. x(t) = y0t + (D/2)t2 + e(t)
  552.  
  553.  
  554.  
  555. where:
  556.  
  557.  
  558.  
  559.     D    is the normalized linear frequency drift per unit time (ageing),
  560.  
  561.  
  562.  
  563.     y0    is the initial frequency departure with respect to UTC, and
  564.  
  565.  
  566.  
  567.     e(t)    is the random error component.
  568.  
  569.  
  570.  
  571.     The estimate of the standard deviation of x(t) may be obtained, and used 
  572. for characterization of phase instability.
  573.  
  574.                                                                            sx(t) = (D/2)t2 + t _sy2 + 
  575. sy2 (t = t)
  576.  
  577. O    
  578.  
  579. where:
  580.  
  581.  
  582.  
  583.     sy2     is the two-sample variance of the initial frequency depar-
  584. ture,                 and
  585.  
  586.  
  587.  
  588.     sy2(t) is the two-sample Allan variance describing the random frequency                
  589. instability of the clock.
  590.