Accurate Calibration of Frequency

The concept of calibration implies the comparison of a DUT (Device Under Test) parameter (the unknown quantity) with a standard (the known quantity) and documentation of the difference. Moreover, the concept of adjustment implies that we affect the DUT in such a way that the difference between the controlled value and the desired value will decrease. Consequently we need a reference and a comparator to perform a calibration. See Figure 1.

Especially for frequency calibration we mainly use a frequency counter, characterized by the fact that it contains the frequency reference (a 10 MHz timebase oscillator) as well as the comparator. See Figure 2. However, most counters canaccommodate an external reference, if necessary.

There are two basic methods for frequency calibration, direct frequency

measurement and phase comparison.

Direct Frequency Measurement

The normal method of frequency calibration is simply to connect a frequency counter to the DUT and read the result. See Figure 2 again. The advantage of this method is that we can calibrate an arbitrary frequency within the frequency range of the counter (typically from mHz to GHz). The disadvantage is that the accuracy of the measurement is limited to approximately 10 digits, even with the counters having the highest resolution on the market and built-in atomic clock (Rubidium reference).

Measurement Uncertainty:

What measurement uncertainty can we expect? The most important factors to consider are the counter’s timebase oscillator and resolution, see Basics in Brief. Then we must add trigger error due to signal noise and/or internal noise, and systematic timing error in the counting circuits. The latter sources of errors are usually negligible compared to the former and normally appear in the 9th – 10th

digit of the result. According to the theories of uncertainty calculation, we should calculate the total uncertainty using the following steps:

1. Compensate the result for known systematic errors.

2. Express all the remaining uncertainty factors as standard deviation (”rms

    value” or ”1 sigma value”).

3. Add up the squares of all uncertainties to be considered and extract the square root  of  the  sum.  This will give us a standard uncertainty ”rms” (rms = root mean square).

4. Reduce the risk of a measurement value being outside the area of uncertainty

   by multiplying the standard uncertainty (from step 3) by 2. For a normaldistribution, 96 % of all     measurements will be within the given area of

   uncertainty.

5. If, for instance, both resolution and timebase uncertainty are 1x10-7 (rms),

   and the other sources of errors are negligible, then the total uncertainty will be:

Modern counters have a resolution of typically 9-10 digits, and in certain cases up to 11 digits, for a measuring time of 1 s. It is the built-in timebase oscillator that limits the accuracy to 5-10 digits, depending on the type of timebase oscillator used (Standard/TCXO/OCXO/Rubidium).

Theoretically we can use an external Cesium standard or a GPS-controlled Rubidium reference to obtain measurement results with 11-12 digits, but it is not sufficient in practice for the counter to attain a total uncertainty on this level of accuracy. The systematic error of the counter usually puts an end to improvement at 9-10 digits. Even with the best instruments on the market (e. g. CNT-81 from Pendulum) we cannot get beyond a measurement uncertainty in the 10th digit when using direct frequency measurement. If we want to make frequency measurements with an uncertainty only in the 11th, 12th or 13th digit, we have to turn to phase comparison.

Phase Comparison (TIE Method)

By means of phase comparison we can compare the phase difference of two signals having the same nominal frequency. One signal is the reference with ”known” frequency and the other signal comes from the DUT, the ”unknown” frequency. By measuring how fast the phase difference increases or decreases, we can estimate the frequency difference between the signals.

We can make an analogous comparison to tuning a musical instrument. A guitar string, for instance, is best ”calibrated” by simultaneously plucking two strings of the same pitch (the "reference" and the one to be tuned). One listens to the beat frequency created by the two strings and adjusts one string (the DUT) until the beat frequency ceases (the change of phase approaches zero). The beat method (phase comparison) gives the tuning quite a different precision compared to listening to just one string and trying to put its absolute frequency in tune (direct frequency measurement).

The easiest way to estimate the phase difference between the reference and the DUT is to measure the time interval between the zero crossings of the signals by means of a timer/counter. This time interval is usually called TIE (Time Interval Error), see Figure 3.

The frequency difference between the signals in Figure 4 will then be:

The uncertainty of a single TIE measurement is partly the resolution, partly a systematic error that can be up to one nanosecond (or more in certain models) if we have an uncalibrated input on the timer/counter. As we take the difference between two TIE measurements at different points of time, all systematic sources of error will be eliminated, since these errors are subtracted from themselves.

With an accurate frequency reference and a high-resolution time interval meter

(timer/counter) we can attain uncertainties of 10-12 or better.

Let us give an example. We are measuring the frequency difference between an unknown 10 MHz signal and an extremely stable 10 MHz reference from the GPScontrolled frequency reference GPS-89 with a built-in Rubidium oscillator. A CNT-81 with 50 ps resolution is being used for the time interval measurement. We are measuring the time interval between the zero crossings of the signals every 20 seconds and get the following measurement results.

Time (T)          TIE             Delta (TIE)                   Delta (f)

T0=0s           +4.55 ns

T1=20s         +4.75 ns             200 ps              200ps/20s     = 1,0x10-11

T2=40s         +4.99 ns             440 ps              440ps/40s     = 1,1x10-11

T3=60s         +5,23 ns             680 ps              680ps/60s     = 1,1x10-11

T4=80s         +5,49 ns             940 ps              940ps/80s     = 1,2x10-11

T5=100s       +5,72 ns             1170 ps            1170ps/100s = 1,2 x10-11

In this example we can draw attention to the fact that after 100 s the two compared frequencies differ by 1.2 x 10-11. After only 20 seconds we get a very good measure of the difference.

Measurement Uncertainty

What is the uncertainty of this measurement? The CNT-81 measures time interval (TIE) with 50 ps resolution and point of time (T) with 100 ns resolution. In this example we have a TIE uncertainty at time T0 and T5 resp. of 50 ps, plus the same systematic error in both TIE measurements. The uncertainty of the time difference T5-T0 (100 ns in 100 s) is negligible. Since we subtract TIE(T0) from TIE(T5) the systematic error will be completely eliminated and only the uncertainty of the resolution will remain. The total uncertainty is calculated as before as ”the double rms value” of the relevant uncertainty factors, and we get in this case:

Note that the uncertainty in the example refers to how accurately we can measure the difference between the two frequencies. In order to draw conclusions as to the accuracy of the DUT frequency, we have then to consider the accuracy of the reference itself. For the GPS-89, deviations appear in the 12th digit.

By measuring for quite a long time we can improve the resolution and reduce the uncertainty of the measurement even more. The other sources of errors in the measurement, like timebase oscillator stability and trigger errors due to noise, are negligible compared to the resolution of the TIE measurement.

Conclusion

By utilizing a high-resolution timer/counter to measure the beat frequency generated by two nominally equal frequencies, we can calibrate frequency with a very high degree of accuracy. The condition is, of course, that we have an extremely accurate reference, e. g. a Cesium reference or a GPS-controlled Rubidium standard.

The combination of the frequency reference GPS-89, Figure 5, and the timer/counter CNT-81, Figure 6, from Pendulum Instruments, is a very powerful package for calibrating the most usual reference frequencies, e. g. 10, 5 and 2.048 MHz. Furthermore, the reference GPS-89 has a programmable reference output where you can set an arbitrary reference frequency (the period time is set as N x 100 ns).

The counter CNT-81 is the fastest on the market and has also the highest resolution. When measuring frequency by means of the phase comparison method, the CNT-81 reaches a given level of accuracy, for instance 12 digits, 15 times faster than the most usual timer/counter on the market.

Basics in Brief – Timebase Oscillator

Internal References

The timebase oscillator of a counter is a built-in frequency reference, most often designed as a crystal oscillator, with varying degrees of accuracy:

- UCXO = Un-Compensated X-tal Oscillator (standard)

- TCXO = Temperature Compensated X-tal Osc.

- OCXO = Oven Controlled X-tal Oscillator

Where the utmost performance characteristics are required we can also see built-in Rubidium oscillators, which then utilize the resonance properties of the Rubidium atom to give extremely good frequency stability.

A built-in timebase oscillator in a counter must be calibrated and, if need be, adjusted regularly, typically once a year, to compensate for the so-called aging of the oscillator, i. e. long-term drift. Furthermore, variations of the ambient temperature affect the oscillator frequency.

A counter can have a display with 10-12 digits, but depending on the type of timebase oscillator, a major or a minor part of these may be reliable. Typical values for use in normal room temperature and with 1-year calibration interval are:

UCXO     :  5-6 reliable digits

TCXO      :  6-7 reliable digits

OCXO     :  7-9 reliable digits

Rubidium : 10-11 reliable digits

In principle a newly calibrated timebase oscillator belongs to the upper part of the interval.

External References

For even higher stability we have to use ultra-stable external frequency references, e. g. Cesium standards or GPS-controlled references. The latter lack aging, in principle, since the built-in local oscillator is locked to the Cesium standards in the GPS satellites. However, the locking process causes increased short-term instability. The frequency stability that can be 1 x 10-12 over 24 h can be 100 – 1000 times worse over short times, e. g. 1 s – 10 s, normal measuring times in frequency counters. Note that this instability concerns locking a local oven oscillator. If we lock a local Rubidium oscillator (like the GPS-89 from Pendulum, for instance), the locking process is not measurable, but we have a frequency reference comparable to the Cesium reference at a fraction of the cost. See Figure 7.

Basics in Brief – Resolution

Depending on the design of the counter with conventional, reciprocal or interpolating measurement technique, the measurements will have low or high resolution. Conventional frequency counting does not exist any more in modern counters. With this method the number of cycles at the input was counted during a fixed time, usually one second. The resolution of the measurement is then one cycle per second (c/s), i. e. 1 Hz. The relative resolution then depends on what frequency we are measuring. For 100 Hz, for instance, the relative resolution is 1 Hz / 100 Hz or ”2 digits” (10-2). For 10 MHz the relative resolution is 1 Hz / 10 MHz or ”7 digits” (10-7).

Reciprocal counters measure the period time of the input signal by counting clock pulses (NCP) from a 10 MHz reference clock for an integer number of periods (NP) of the input signal. Usually we measure during a measuring time of 1 s. After that the period time T is

calculated:

                                                                T = NCP/NP x 100 ns

and the frequency f is the reciprocal of T:

                                                                f = 1/ T = NP/NCP x 10 MHz

The resolution with this method is always 7 digits for 1 s measuring time (100 ns resolution

in 1 s), independent of the frequency.

Interpolating counters are basically reciprocal counters with improved time measurement resolution. Not only the integer number of clock pulses given by the time measurement is counted, but also the incomplete parts of the clock pulses at the beginning and at the end of the time measurement are calculated by means of interpolation. The result for modern counters is an improvement of the resolution by 100-400 times. Time measurement can then be made with a resolution of hundreds of ps.

In this way modern interpolating counters will attain a resolution of 10 digits in 1 s measuring time. For commercially available counters, the absolutely highest resolution on the market today is found in the CNT-81 from Pendulum Instruments, having a resolution of 50 ps or 11 digits for frequency measurements with 1 s measuring time.

Independent of the design of the counter (conventional, reciprocal or interpolating), it is true that resolution is proportional to measuring time. If we increase the measuring time from 1 s to 10 s, we will get another digit in the actual resolution. And vice versa, if we decrease the measuring time from 1 s to 100 ms we will get one digit less. Most counters on the market cannot measure with longer measuring times than 10 s. An exception is the CNT-80 family from Pendulum Instruments, capable of measuring up to 400 s. See Figure 8.

Share

Synchronous Digital Hierarchy ( Jaringan Optic )

A.    Pengertian SDH

Synchronous Optical Networking (SONET) dan Synchronous Digital Hierarchy (SDH) adalah standar multiplexing protokol yang mengalihkan beberapa digital bit stream dari serat optik menggunakan laser atau -emitting diode cahaya (LED).

kecepatan data yang lebih rendah juga dapat ditransfer melalui sebuah antarmuka listrik.  Metode ini dikembangkan untuk menggantikan Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) sistem untuk mengangkut jumlah besar telepon panggilan dan data lalu lintas melalui serat yang sama tanpa masalah sinkronisasi.

Generik kriteria SONET secara rinci dalam Telecordia Technologies Persyaratan dokumen Generik GR-253-CORE.  kriteria Generik berlaku untuk SONET dan sistem transmisi lainnya (misalnya, sistem serat optik asynchronous atau sistem radio digital) ditemukan di TelecordiaGR-499-CORE . 

SONET dan SDH, yang pada dasarnya sama, pada awalnya dirancang untuk mengangkut rangkaian modus komunikasi (misalnya, DS1 , DS3 ) dari berbagai sumber yang berbeda, tapi mereka terutama dirancang untuk mendukung real-time, tidak dikompresi, circuit-switched suara dikodekan di PCM format.  Kesulitan utama dalam melakukan ini sebelum SONET / SDH adalah bahwa sumber sinkronisasi berbagai rangkaian ini berbeda.

Ini berarti bahwa setiap rangkaian sebenarnya beroperasi pada tingkat yang sedikit berbeda dan dengan fase yang berbeda.  SONET / SDH diizinkan untuk pengangkutan simultan sirkuit berbagai asal yang berbeda dalam protokol framing tunggal. SONET / SDH itu sendiri bukanlah protokol komunikasi per se, tetapi protokol transport. 

 Karena untuk SONET / SDH 's netralitas protokol penting dan berorientasi fitur transportasi, SONET / SDH adalah pilihan yang jelas untuk transportasi Asynchronous Transfer Mode (ATM) frame.Dengan cepat berevolusi struktur pemetaan dan kontainer payload digabungkan ke transportasi koneksi ATM. Dengan kata lain, untuk ATM (dan akhirnya protokol lain seperti Ethernet ), struktur kompleks internal yang sebelumnya digunakan untuk mengangkut berorientasi koneksi sirkuit telah dihapus dan diganti dengan dan bersambung bingkai besar (seperti OC-3c ) di mana sel-sel ATM, paket IP, atau frame Ethernet ditempatkan. 

 

Gambar : Racks of Alcatel STM-16 SDH add-drop multiplexers (Rak Alcatel SDH STM-16 add-drop multiplexer )

Baik SDH dan SONET secara luas digunakan saat ini: SONET di Amerika Serikat dan Kanada , dan SDH di seluruh dunia. Meskipun standar SONET dikembangkan sebelum SDH, itu dianggap sebagai variasi SDH penetrasi pasar yang lebih besar di seluruh dunia karena SDH's. 

Standar SDH pada awalnya didefinisikan oleh European Telecommunications Standards Institute (ETSI), dan disahkan sebagai International Telecommunications Union (ITU) standar G.707, G.783, G.784, dan G 0,803. Standar SONET didefinisikan oleh Telecordia dan American National Standards Institute (ANSI) T1.105 standar.

B. Difference from PDH ( Perbedaan dari PDH )

Jaringan Synchronous berbeda dari Plesiochronous Digital Hierarchy (PDH) di bahwa angka yang tepat yang digunakan untuk mengangkut data pada SONET / SDH erat disinkronisasi di seluruh jaringan, dengan menggunakan jam atom .  Ini sistem sinkronisasi memungkinkan seluruh jaringan antar-negara untuk beroperasi serentak, sangat mengurangi jumlah buffering dibutuhkan antara unsur-unsur dalam jaringan.

Baik SONET dan SDH dapat digunakan untuk merangkum sebelumnya standar transmisi digital, seperti standar PDH, atau mereka dapat digunakan untuk langsung mendukung baik Asynchronous Transfer Mode (ATM) atau biasa disebut paket selama SONET / SDH( POS jaringan ). Dengan demikian, itu tidak akurat untuk memikirkan atau SONET SDH sebagai protokol komunikasi dalam dan dari diri mereka sendiri, mereka adalah generik, kontainer mengangkut semua-tujuan untuk memindahkan suara dan data.  Format dasar dari sinyal / SONET SDH memungkinkan untuk membawa pelayanan yang berbeda dalam wadah virtual (VC), karena bandwidth-fleksibel.

C. Protocol overview (Sekilas Protokol)

SONET dan SDH sering menggunakan istilah yang berbeda untuk menjelaskan fitur identik atau fungsi.  Hal ini dapat menyebabkan kebingungan dan membesar-besarkan perbedaan mereka. Dengan beberapa pengecualian, SDH dapat dianggap sebagai superset dari SONET. 

Protokol ini adalah sangat-multiplexed struktur yang sangat, dengan header interleaved antara data dengan cara yang kompleks.Hal ini memungkinkan data dienkapsulasi untuk memiliki frame rate sendiri dan mampu "mengambang sekitar" relatif terhadap / SDH struktur frame SONET dan tingkat. 

Data yang lewat melalui peralatan dapat ditunda oleh paling banyak 32 mikrodetik (mikrodetik), dibandingkan dengan frame rate 125 mikrodetik ; protokol bersaing banyak buffer data selama transit seperti selama sedikitnya satu frame atau paket sebelum mengirimnya di.Extra padding diperbolehkan untuk data multiplexed untuk bergerak dalam pembingkaian secara keseluruhan, data clock pada tingkat yang berbeda dari frame rate. Protokol ini dibuat lebih kompleks oleh keputusan untuk izin ini padding di sebagian besar tingkat struktur multiplexing, tetapi meningkatkan all-around kinerja.

D. The basic unit of transmission (Unit dasar dari transmisi)

Unit dasar framing dalam SDH adalah STM-1 (Synchronous Transport Module, tingkat 1), yang beroperasi di 155,52 megabit per detik (Mbit / s).  SONET mengacu pada unit dasar sebagai STS-3c (Synchronous Transport Signal 3, bersambung) atau OC-3c , tergantung pada apakah sinyal dilakukan elektrik (STS) atau optik (OC), tetapi fungsionalitas tingkat tinggi, ukuran frame , dan bit-rate adalah sama dengan STM-1. 

SONET menawarkan tambahan unit dasar transmisi, STS-1 (Synchronous Transport Signal 1) atau OC-1 , beroperasi pada 51,84 Mbit /-s tepat satu sepertiga pembawa STM-1/STS-3c/OC-3c. Kecepatan ini ditentukan oleh kebutuhan bandwidth untuk PCM-encoded sinyal suara telepon: pada tingkat ini, sebuah sirkuit STS-1/OC-1 dapat membawa setara bandwidth saluran DS-3 standar, yang dapat membawa 672 64-Kbit / suara. saluran s  Pada SONET, sinyal STS-3c/OC-3c terdiri dari tiga multiplexing sinyal STS-1; yang STS-3C/OC-3c dapat dilakukan pada sinyal-3 OC.Beberapa produsen juga mendukung setara SDH dari STS-1/OC-1, yang dikenal sebagai STM-0.

E.  Framing (Framing)

Dalam transmisi data berorientasi-paket, seperti Ethernet , bingkai paket biasanya terdiri dari sebuah header dan payload . Header ditransmisikan pertama, diikuti dengan payload (dan mungkin trailer , seperti CRC ).  Dalam jaringan optik sinkron, ini dimodifikasi sedikit. Header disebut overhead, dan bukannya sedang dikirim sebelum payload, disisipkan dengan itu selama transmisi.Bagian dari overhead telah dikirim, kemudian bagian dari payload, maka bagian selanjutnya dari biaya overhead, maka bagian selanjutnya dari payload, sampai seluruh frame telah terkirim. 

Dalam hal suatu-STS 1, frame 810 oktet dalam ukuran, sementara frame STM-1/STS-3c adalah 2.430 octet dalam ukuran.  Untuk STS-1, frame ditransmisikan sebagai tiga oktet overhead, diikuti oleh 87 octet dari payload.  Ini diulang sembilan kali, sampai 810 oktet telah ditransmisikan, mengambil 125 mikrodetik. Dalam hal suatu STS-3c/STM-1, yang mengoperasikan tiga kali lebih cepat daripada-STS 1, sembilan octet overhead yang dikirim, diikuti oleh 261 octet dari payload. Hal ini juga diulang sembilan kali sampai 2.430 oktet telah dikirim, juga mengambil 125 mikrodetik . Untuk kedua SONET dan SDH, ini sering diwakili dengan menampilkan frame grafis: sebagai sebuah blok dari 90 kolom dan sembilan baris untuk STS-1, dan 270 kolom dan sembilan baris untuk STM1/STS-3c. Representasi ini sejalan semua kolom overhead, sehingga overhead muncul sebagai yang berdekatan, seperti halnya payload. 

Struktur internal dari overhead dan payload dalam bingkai sedikit berbeda antara SONET dan SDH, dan istilah yang berbeda digunakan dalam standar untuk menggambarkan struktur ini. Standar mereka sangat mirip dalam pelaksanaannya, sehingga mudah untuk beroperasi antara SDH dan SONET pada setiap bandwidth yang diberikan.

Dalam prakteknya, istilah STS-1 dan OC-1 kadang-kadang digunakan secara bergantian, meskipun penunjukan OC mengacu pada sinyal dalam bentuk optik.Oleh karena itu tidak benar untuk mengatakan bahwa-OC 3 berisi 3 OC-1: an-OC 3 dapat dikatakan mengandung 3 STS-1. 

  

 SDH frame (frame SDH)

  

Maksud dari gambar diatas :

Kesembilan kolom pertama berisi overhead dan pointer. Demi kesederhanaan, frame ditampilkan sebagai struktur persegi panjang dari 270 kolom dan baris sembilan tetapi protokol tidak mengirimkan byte dalam urutan ini. Demi kesederhanaan, frame ditampilkan sebagai struktur persegi panjang dari 270 kolom dan sembilan baris. Tiga baris pertama dan sembilan kolom berisi overhead regenerator ayat (RSOH) dan lima baris terakhir dan sembilan kolom berisi multipleks overhead ayat (MSOH).  Baris keempat dari atas berisi pointer. 

STM – 1 Frame Structure

 

                     Gambar : STM – 1 Frame Structure

Maksud dari gambar di atas : 

The-STM 1 (Synchronous Transport Module, level 1) frame format transmisi dasar untuk tingkat SDH-yang pertama dari hirarki digital sinkron. The STM-1 frame ditransmisikan dalam persis 125 mikrodetik , oleh karena itu, ada 8.000 frame per detik pada 155,52 Mbit / s OC-3-serat optik sirkuit. The frame STM-1 terdiri dari overhead dan pointer plus informasi muatan. Kesembilan kolom pertama dari setiap frame membentuk Overhead Bagian dan Unit Administrasi Pointer, dan 261 terakhir kolom membentuk Payload Informasi. The pointer (H1, H2, H3 bytes) mengidentifikasi unit administratif (AU) dalam muatan informasi. Jadi, OC-3 sirkuit dapat membawa 150,336 Mbit / s dari muatan, setelah memperhitungkan biaya overhead. 

Dilaksanakan dalam muatan informasi, yang memiliki kerangka sendiri struktur dari sembilan baris dan 261 kolom, adalah unit administrasi diidentifikasi oleh pointer.  Juga dalam unit administratif adalah salah satu atau lebih wadah virtual (VC). VCs contain path overhead and VC payload. VC berisi path overhead dan payload VC. Kolom pertama adalah untuk overhead jalan, melainkan diikuti dengan wadah payload, yang dapat membawa sendiri wadah lainnya.  Unit administratif dapat memiliki fase penyelarasan dalam bingkai STM, dan kesejajaran ini ditunjukkan oleh pointer dalam empat baris.

Overhead ayat (SOH) dari sinyal STM-1 dibagi menjadi dua bagian: bagian regenerator overhead (RSOH) dan overhead multipleks bagian (MSOH). The overhead berisi informasi dari sistem transmisi itu sendiri, yang digunakan untuk berbagai fungsi manajemen, seperti pemantauan kualitas transmisi, mendeteksi kegagalan, mengelola alarm, saluran layanan saluran komunikasi data, dll Bingkai STM kontinu dan ditransmisikan dalam mode serial: byte-by-byte, baris-demi-baris. 

F.  Transport overhead (Transportasi overhead)
 

 Overhead transport digunakan untuk transmisi sinyal dan pengukuran tingkat kesalahan , dan terdiri sebagai berikut :

1.      Section overhead (Bagian overhead )
Disebut RSOH (regenerator overhead bagian) di SDH terminologi: 27 oktet yang berisi informasi tentang struktur rangka yang diperlukan oleh peralatan terminal.
2.      Line overhead ( Saluran udara )
Disebut MSOH (multipleks overhead bagian) di SDH: 45 oktet yang berisi informasi tentang koreksi kesalahan dan Automatic Switching Perlindungan pesan (misalnya, alarm dan pesan maintenance) mungkin diperlukan dalam jaringan.
3.      AU Pointer ( AU Pointer )
Points to the location of the J1 byte in the payload (the first byte in the virtual container). Poin ke lokasi byte J1 di payload (byte pertama dalam wadah virtual).

G. Path virtual envelope ( Path amplop virtual )

Data yang ditransmisikan dari ujung ke ujung disebut sebagai data path.  Hal ini terdiri dari dua komponen:

1.     Payload overhead (POH))
Nine octets used for end-to-end signaling and error measurement. Sembilan oktet digunakan untuk end-to-end sinyal dan pengukuran kesalahan.
2.     Payload 
User data (774 bytes for STM-0/STS-1, or 2,340 octets for STM-1/STS-3c) User data (774 bytes untuk STM-0/STS-1, atau 2.340 oktet untuk STM-1/STS-3c)

Untuk STS-1, payload ini disebut sebagai synchronous payload envelope (SPE), yang pada gilirannya memiliki 18 byte isian, yang mengarah ke kapasitas payload 1 STS dari 756 byte.

Ketika DS3 memasuki jaringan SONET, overhead jalur ditambahkan, dan bahwa SONET elemen jaringan (NE) dikatakan generator path dan terminator. NE SONET adalah garis mengakhiri jika memproses saluran udara. Perhatikan bahwa dimanapun garis atau jalur dihentikan, bagian dihentikan juga.  regenerator SONET mengakhiri bagian, tetapi bukan jalan atau baris. 

Sebuah STS-1 payload juga dapat dibagi menjadi tujuh kelompok sungai virtual (VTGs). Setiap VTG kemudian dapat dibagi menjadi empat VT1.5 sinyal, masing-masing yang dapat membawa PDH DS1 sinyal. VTG Sebuah bukannya dapat dibagi menjadi tiga VT2 sinyal, masing-masing yang dapat membawa PDH E1 sinyal.  Setara SDH dari VTG adalah sebuah TUG2 ; VT1.5 sama dengan VC11 , dan VT2 setara dengan VC12.

Tiga STS-1 mungkin sinyal multiplexed dengan time-division multiplexing untuk membentuk tingkat berikutnya dari hirarki SONET, di -OC 3 (STS-3), berjalan pada 155,52 Mbit / s. Sinyal multiplexing oleh interleaving byte dari tiga STS-1 frame untuk membentuk STS-3 frame, yang berisi 2.430 byte dan ditransmisikan dalam 125 mikrodetik .

Tinggi kecepatan sirkuit yang dibentuk oleh kelipatan berturut-turut menggabungkan sirkuit lambat, kecepatan mereka selalu segera terlihat dari sebutan mereka. Sebagai contoh, empat STS-3 atau AU4 sinyal dapat dikumpulkan untuk membentuk sebuah 622,08 Mbit / s sinyal ditunjuk OC-12 atau STM-4 .

Tingkat tertinggi yang umum digunakan adalah -OC 768 atau STM-256 sirkuit, yang beroperasi pada tingkat tepat di bawah 38,5 Gb / s.  Dimana kelelahan serat adalah kekhawatiran, beberapa sinyal SONET dapat diangkut selama beberapa gelombang pada satu serat pasangan dengan cara panjang gelombang-division multiplexing , termasuk multiplexing panjang gelombang-divisi padat (DWDM) dan kasar-division multiplexing panjang gelombang (CWDM). DWDM circuits are the basis for all modern submarine communications cable systems and other long-haul circuits. sirkuit DWDM merupakan dasar untuk semua modern komunikasi kabel laut sistem dan rangkaian jarak jauh lainnya.

H. SONET/SDH and relationship to 10 Gigabit Ethernet (SONET / SDH dan hubungan dengan 10 Gigabit Ethernet)

Tipe lain dari data jaringan sirkuit kecepatan tinggi adalah 10 Gigabit Ethernet (10GbE). The Gigabit Ethernet Aliansi menciptakan dua 10 varian Gigabit Ethernet: sebuah varian area lokal (LAN PHY) dengan tingkat garis 10,3125 Gbit / s, dan varian luas (WAN PHY) dengan tingkat garis yang sama seperti OC-192/STM- 64 (9,953,280 Kbit / s). The PHY varian WAN mengenkapsulasi data Ethernet menggunakan SDH ringan / frame SONET, sehingga kompatibel pada tingkat rendah dengan peralatan yang dirancang untuk membawa SDH / SONET sinyal, sedangkan varian PHY LAN mengenkapsulasi data Ethernet menggunakan 64B/66B line coding. 

Namun, 10 Gigabit Ethernet tidak secara eksplisit memberikan interoperabilitas di tingkat bitstream dengan SDH lain / sistem SONET. Ini berbeda dari transponder sistem WDM, termasuk kedua sistem panjang gelombang-division multiplexing kasar dan padat (CWDM dan DWDM) yang saat ini mendukung OC-192 sinyal SONET, yang biasanya dapat mendukung tipis-SONET-berbingkai 10 Gigabit Ethernet.

I. SONET/SDH data rates (SONET / data tingkat SDH )

SONET/SDH Designations and bandwidths SONET / SDH Penunjukan dan bandwidth
SONET Optical Carrier Level (SONET Tingkat Optical Carrier)	SONET Frame Format (SONET Frame Format)	SDH level and Frame Format (SDH tingkat dan Frame Format)	Payload bandwidth  (Kbit/s ) (Payload bandwidth ( Kbit / s ))	Line Rate (Kbit/s)(Line Rate (Kbit / s))
OC-1 OC-1	STS-1 STS-1	STM-0 STM-0	50,112 50,112	51,840 51,840
OC-3 OC-3	STS-3 STS-3	STM-1 STM-1	150,336 150,336	155,520 155,520
OC-12 OC-12	STS-12 STS-12	STM-4 STM-4	601,344 601,344	622,080 622,080
OC-24 OC-24	STS-24 STS-24	– -	1,202,688 1,202,688	1,244,160 1,244,160
OC-48 OC-48	STS-48 STS-48	STM-16 STM-16	2,405,376 2,405,376	2,488,320 2,488,320
OC-192 OC-192	STS-192 STS-192	STM-64 STM-64	9,621,504 9,621,504	9,953,280 9,953,280
OC-768 OC-768	STS-768 STS-768	STM-256 STM-256	38,486,016 38,486,016	39,813,120 39,813,120
OC-3072 OC-3072	STS-3072 STS-3072	STM-1024 STM-1024	153,944,064 153,944,064	159,252,480 159,252,480

Pengguna juga harus dikurangi overhead jalur dari bandwidth payload, tapi jalan-bandwidth overhead variabel yang berdasarkan pada jenis cross-menghubungkan dibangun di sistem optik.

Perhatikan bahwa perkembangan data-rate dimulai pada 155 Mbit / s dan meningkat sebesar kelipatan empat. Satu-satunya pengecualian adalah OC-24, yang standar dalam ANSI T1.105, tetapi bukan merupakan standar tingkat SDH dalam ITU-T G.707.  tarif lain, seperti OC-9, OC-18, OC-36, OC-96, dan OC-1536, didefinisikan tetapi tidak umum digunakan, sebagian besar dianggap harga yatim piatu.

Tingkat logis berikutnya 160 Gbit / s OC-3072/STM-1024 belum standar, karena biaya-rate transceiver tinggi dan kemampuan untuk multiplex panjang gelombang lebih murah pada 10 dan 40 Gb / s.

J. Physical layer (Lapisan fisik)

Lapisan fisik sebenarnya terdiri dari sejumlah besar lapisan di dalamnya, hanya salah satunya adalah transmisi / layer optik (yang termasuk bit rate, spesifikasi jitter, spesifikasi sinyal optik, dll). Para SONET dan standar SDH datang dengan sejumlah fitur untuk mengisolasi dan mengidentifikasi cacat sinyal dan asal mereka.

K. SONET/SDH network management protocols ( SONET / protokol manajemen jaringan SDH )

Peralatan SONET sering dikelola dengan TL1 protokol. TL1 merupakan bahasa telekomunikasi untuk mengelola dan elemen konfigurasi ulang jaringan SONET. Bahasa Perintah yang digunakan oleh elemen jaringan SONET, seperti TL1, harus dilakukan oleh protokol manajemen lainnya, seperti SNMP , CORBA , atau XML . SDH telah terutama dikelola dengan menggunakan protokol suite antarmuka Q3 didefinisikan dalam rekomendasi ITU Q.811 dan Q.812.  Dengan konvergensi SONET dan SDH pada switching dan jaringan unsur-unsur arsitektur matriks, implementasi baru juga telah menawarkan TL1.  Kebanyakan SONET elemen jaringan memiliki sejumlah antarmuka manajemen didefinisikan:

1. Listrik antarmuka
Antarmuka listrik, sering ohm coaxial kabel-50 , mengirim SONET TL1 perintah dari jaringan manajemen lokal secara fisik disimpan di kantor pusat di mana elemen jaringan SONET berada. This is for local management of that network element and, possibly, remote management of other SONET network elements. Hal ini untuk manajemen lokal yang elemen jaringan dan, mungkin, manajemen terpencil elemen jaringan SONET lainnya. 
2.Kerajinan antarmuka
Lokal "craftspersons" (telepon insinyur jaringan) dapat mengakses elemen jaringan SONET pada "port kerajinan" dan mengeluarkan perintah melalui dumb terminal atau terminal program emulation berjalan pada laptop. Antarmuka ini juga dapat dilampirkan ke konsol server , memungkinkan untuk remote out-of-band manajemen dan penebangan. 
3.Saluran komunikasi data (DCCs))
SONET dan SDH telah mendedikasikan saluran komunikasi data (DCCs) dalam overhead bagian dan jalur untuk lalu lintas manajemen. Umumnya, bagian overhead (regenerator bagian di SDH) digunakan. Menurut ITU-T G.7712, ada tiga modus yang digunakan untuk manajemen:
· Hanya stack, menggunakan PPP sebagai data-link
· Menggunakan LAP-D sebagai data-link
· Dual (IP + OSI) stack menggunakan PPP atau PAP-D dengan tunneling fungsi untuk berkomunikasi antara tumpukan.

Untuk menangani semua saluran manajemen mungkin dan sinyal, elemen jaringan yang paling modern berisi router untuk perintah jaringan dan mendasari (data) protokol. 

Fungsi utama manajemen jaringan meliputi:

1.     Jaringan dan jaringan-elemen provisioning
Dalam rangka mengalokasikan bandwidth seluruh jaringan, setiap elemen jaringan harus dikonfigurasi. Meskipun hal ini dapat dilakukan secara lokal, melalui antarmuka kerajinan, biasanya dilakukan melalui sistem manajemen jaringan (duduk di lapisan yang lebih tinggi) yang pada gilirannya beroperasi melalui jaringan / jaringan SONET manajemen SDH.
2.     Upgrade software
Jaringan elemen-upgrade perangkat lunak dilakukan terutama melalui jaringan / manajemen SONET SDH pada peralatan modern.
3.       Kinerja manajemen
 Jaringan elemen memiliki satu set yang sangat besar standar untuk manajemen kinerja.Kriteria kinerja manajemen memungkinkan tidak hanya memantau kesehatan elemen jaringan individu, tetapi mengisolasi dan mengidentifikasi cacat jaringan yang paling atau padam. Tinggi-layer jaringan monitoring dan perangkat lunak manajemen memungkinkan penyaringan dan pemecahan masalah yang tepat dari manajemen kinerja jaringan-luas, sehingga cacat dan padam dapat segera diidentifikasi dan diselesaikan.

L. Equipment (Peralatan)

 Dengan kemajuan dalam SONET dan SDH chipset, kategori tradisional elemen jaringan tidak lagi berbeda. Namun demikian, sebagai arsitektur jaringan tetap relatif konstan, bahkan lebih baru peralatan (termasuk multi-service provisioning platform ) dapat diperiksa dalam terang arsitektur mereka akan mendukung.Dengan demikian, ada nilai dalam melihat baru, serta tradisional, alat dalam hal kategori tua.

M. Regenerator (Regenerator)

Regenerator Tradisional mengakhiri overhead bagian, tetapi bukan garis atau jalur. Regenerators memperpanjang rute jarak jauh dalam cara yang mirip dengan regenerator yang paling, dengan mengkonversi sinyal optik yang telah menempuh jarak jauh ke dalam format listrik dan kemudian mentransmisi sinyal tinggi daya regenerasi.

Sejak akhir 1990-an, regenerator telah banyak digantikan oleh amplifier optik . Juga, beberapa fungsi regenerator telah diserap oleh transponder panjang gelombang-division multiplexing sistem.

N.  Add-drop multiplexer ( drop multiplexer Tambahkan )

            Tambahkan-drop multiplexer (ADM) adalah jenis yang paling umum elemen jaringan.  ADM tradisional yang dirancang untuk mendukung salah satu arsitektur jaringan, meskipun sistem generasi baru sering dapat mendukung beberapa arsitektur, kadang-kadang secara bersamaan.ADM tradisional memiliki sisi kecepatan tinggi (di mana tingkat garis sinyal penuh didukung), dan kecepatan samping rendah, yang dapat terdiri dari serta optik antarmuka listrik. Sisi kecepatan rendah mengambil di sinyal kecepatan rendah, yang multiplexing oleh elemen jaringan dan dikirim keluar dari sisi kecepatan tinggi, atau sebaliknya.

O.  Digital cross connect system ( cross sistem terhubung Digital )

Recent digital sistem silang terhubung (DCSs atau DXCs) mendukung kecepatan tinggi berbagai sinyal, dan memungkinkan untuk cross-koneksi DS1s, DS3s dan bahkan STS-3s/12c dan seterusnya, dari masukan apapun ke output apapun. Advanced DCSs dapat mendukung cincin subtending banyak secara bersamaan.

P. Network architectures (Jaringan arsitektur)

Saat ini, SONET dan SDH memiliki jumlah terbatas arsitektur didefinisikan.Arsitektur ini memungkinkan penggunaan bandwidth yang efisien serta perlindungan (yaitu kemampuan untuk mengirimkan lalu lintas bahkan ketika bagian dari jaringan telah gagal), dan merupakan kunci dalam memahami penggunaan seluruh dunia SONET dan SDH untuk memindahkan lalu lintas digital.

Q.  Linear Automatic Protection Switching (Linear Perlindungan Switching Otomatis)

Linear Otomatis Perlindungan Switching (APS), juga dikenal sebagai 1 +1, melibatkan empat serat: dua serat bekerja (satu di setiap arah), dan dua serat perlindungan. Switching didasarkan pada garis negara, dan mungkin searah (dengan masing-masing arah switching independen), atau dua arah (di mana elemen-elemen jaringan di setiap akhir bernegosiasi sehingga kedua arah umumnya dilakukan pada pasangan yang sama serat).

R. Unidirectional path-switched ring ( diaktifkan Searah-ring jalan )

 Pada cincin jalur searah-switched (UPSRs), dua berlebihan (jalan-level) salinan lalu lintas dilindungi dikirim di kedua arah sekitar cincin. Seorang pemilih di simpul jalan keluar menentukan salinan memiliki kualitas tertinggi, dan menggunakan bahwa salinan, sehingga mengatasi jika satu salinan memburuk karena serat yang rusak atau kegagalan lainnya. UPSRs cenderung untuk duduk lebih dekat ke tepi jaringan, dan dengan demikian kadang-kadang disebut cincin kolektor.

 

Karena data yang sama dikirim sekitar ring di kedua arah, total kapasitas UPSR adalah sama dengan tingkat N dari garis-N cincin OC. Sebagai contoh, dalam sebuah cincin-3 OC dengan 3 STS-1 digunakan untuk mengangkut 3 DS-3 dari ingress node A ke node egress D, 100 persen dari bandwidth cincin (N = 3) akan dikonsumsi oleh node A dan D. Setara SDH dari UPSR adalah subnetwork koneksi perlindungan (SNCP); SNCP tidak memaksakan suatu topologi ring, tetapi juga dapat digunakan dalam topologi mesh.

S. Bidirectional line-switched ring (diaktifkan dua arah-ring line)

Bidirectional line-switched ring (BLSR) datang dalam dua varietas: BLSR dua-serat dan BLSR empat-serat.Tidak seperti UPSR, BLSR tidak mengirimkan salinan berlebihan dari ingress ke egress. Sebaliknya, cincin node berdekatan dengan kegagalan mengubah rute lalu lintas "jalan panjang" di sekitar ring.BLSRs perdagangan biaya dan kompleksitas untuk efisiensi bandwidth, serta kemampuan untuk mendukung "lalu lintas tambahan" yang dapat menjadi pra-empted ketika acara perlindungan switching terjadi.

BLSRs dapat beroperasi dalam wilayah metropolitan atau, sering, akan bergerak lalu lintas antara kota.  Karena sebuah BLSR tidak mengirimkan salinan berlebihan dari ingress ke egress, total bandwidth yang BLSR yang dapat mendukung tidak terbatas pada tingkat garis N dari cincin-N OC, dan benar-benar dapat lebih besar dari N tergantung pada pola lalu lintas di cincin. Dalam kasus terbaik, semua lalu lintas antara node yang berdekatan. 

Kasus terburuk adalah ketika semua lalu lintas pada cincin egresses dari node tunggal, yaitu, BLSR adalah melayani sebagai cincin kolektor. Dalam hal ini, bandwidth yang dapat mendukung cincin sama dengan tingkat N dari garis-N OC cincin. Inilah sebabnya mengapa BLSRs jarang, jika pernah, ditempatkan di cincin kolektor, tetapi sering digelar dalam cincin antar-kantor. Setara SDH dari BLSR disebut Multiplex Bagian-Shared Protection Ring (MS-SPRING). 

T.  Synchronization (Sinkronisasi)

Clock sumber yang digunakan untuk sinkronisasi dalam jaringan telekomunikasi dinilai oleh kualitas, biasa disebut strata satu. Biasanya, sebuah elemen jaringan menggunakan strata kualitas tertinggi yang tersedia untuk itu, yang dapat ditentukan dengan memantau pesan status sinkronisasi (SSM) dari sumber jam yang dipilih.

Sinkronisasi sumber yang tersedia untuk elemen jaringan adalah:

1. Local external timing (Lokal eksternal waktu)
 Hal ini dihasilkan oleh jam atom Cesium atau diturunkan dari jam satelit dengan perangkat di kantor pusat yang sama sebagai elemen jaringan.
Antarmuka sering merupakan DS1, dengan pesan-pesan sync-status yang diberikan oleh jam dan ditempatkan ke dalam overhead DS1.
2.  Line-derived timing (Line-berasal waktu)
Elemen jaringan dapat memilih (atau dikonfigurasi) untuk menurunkan waktu dari tingkat-line, dengan memantau status sync-byte S1 untuk memastikan kualitas.
3.  Holdover (Peninggalan)
Sebagai usaha terakhir, dalam waktu tidak adanya kualitas yang lebih tinggi, elemen jaringan dapat masuk ke modus peninggalan sampai kualitas eksternal timing-tinggi menjadi tersedia lagi.  Dalam mode ini, elemen jaringan menggunakan sirkuit sendiri waktu sebagai referensi.

U.  Timing loops ( loop Timing )

Sebuah loop waktu terjadi ketika jaringan unsur-unsur dalam jaringan masing-masing berasal waktu mereka dari elemen jaringan lain, tanpa salah satu dari mereka sebagai sumber "master" waktu. Jaringan loop ini akhirnya akan melihat waktu sendiri "hanyut" dari jaringan eksternal, menyebabkan kesalahan bit misterius-dan akhirnya, dalam kasus-kasus terburuk, kehilangan besar-besaran lalu lintas. Sumber kesalahan jenis ini akan sulit untuk mendiagnosa. 

Secara umum, jaringan yang telah dikonfigurasi dengan benar seharusnya tidak pernah menemukan dirinya dalam lingkaran waktu, tetapi beberapa kelas kegagalan diam namun dapat menyebabkan masalah ini.

V. Next-generation SONET/SDH  (generasi Berikutnya SONET / SDH)

SONET / SDH pengembangan pada awalnya didorong oleh kebutuhan untuk transportasi sinyal PDH multi-seperti E1 DS1, DS3, dan E3-bersama dengan kelompok lain multiplexed 64 Kbit / s pulsa-code modulasi lalu lintas suara. Dalam rangka mendukung bandwidth besar ATM, Rangkaian dikembangkan, dimana wadah multiplexing yang lebih kecil (misalnya, STS-1) yang terbalik multiplexing untuk membangun sebuah wadah yang lebih besar (misalnya, STS-3c) untuk mendukung data-berorientasi pipa besar. 

Satu masalah dengan Rangkaian tradisional, bagaimanapun, adalah tidak fleksibel.Tergantung pada data dan campuran suara lalu lintas yang harus dilakukan, akan ada sejumlah besar bandwidth yang tidak terpakai tersisa, karena ukuran tetap kontainer dipotong. Sebagai contoh, sebuah pas 100 Mbit / s Fast Ethernet sambungan di dalam 155 Mbit / s STS-3c wadah mengarah ke limbah cukup. Yang lebih penting adalah kebutuhan untuk semua elemen jaringan menengah untuk mendukung ukuran Rangkaian baru diperkenalkan. Masalah ini diatasi dengan pengenalan Virtual Penggabungan. 

Rangkaian Virtual (VCAT) memungkinkan untuk sewenang-wenang perakitan lebih-order multiplexing wadah yang lebih rendah, membangun wadah yang lebih besar dari ukuran sewenang-wenang cukup (misalnya, 100 Mbit / s) tanpa perlu elemen-elemen jaringan menengah untuk mendukung bentuk khusus dari penggabungan. Virtual Rangkaian memanfaatkan para X.86 atau Generic Framing Prosedur (GFP) protokol untuk payload peta bandwidth acak ke dalam-bersambung wadah virtual.Penyesuaian Kapasitas Link Scheme ( LCAS ) memungkinkan secara dinamis mengubah bandwidth melalui rentetan maya dinamis, wadah multiplexing berdasarkan jangka pendek kebutuhan bandwidth jaringan. Himpunan-generasi berikutnya SONET / SDH protokol yang memungkinkan transportasi Ethernet disebut sebagai Ethernet lebih dari SONET / SDH (Eos).

Share