Diapositivas del curso "Sistemas de Conmutación" del programa de Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones de la FIET de la Universidad del Cauca, República de Colombia. Tema: Sincronización en Redes Telefónicas Públicas Conmutadas.

1. Dr. Ing. Álvaro Rendón Gallón
Ing. Fernando Mendioroz, MSc. (c.)
Popayán, 2014
Universidad del Cauca
Facultad de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones
Departamento de Telemática

2. Introducción
Deslizamiento
Relojes
Métodos de Sincronización

3. Enlaces y Centrales Digitales
Cx
CONTROL
Cx
CONTROL
DTM DTM
Troncales
Digitales
Troncales
Digitales
M
A
L
M
A
L
Abonados
Locales
Abonados
Locales
DTM (Digital Trunk Module): Módulo de Troncal Digital

4. Torrentes de bits
que viajan entre
los nodos de la
red

5. Torrentes de bits
que viajan entre
los nodos de la
red
Cada una de las centrales posee un reloj que determina los
instantes en los cuales se realiza la conmutación de bits.

6. Conmutador
Digital
Generador
de Reloj
Memoria
Elástica
PLL
Regenerador
de Reloj
Enlace PCM
F1
F1 F2
F2
F2
E L
PLL (Phase-Locked Loop): Bucle de enganche de fase

7. Introducción
Deslizamiento
Relojes
Métodos de Sincronización

8. 1
2
3
4
5
1
2
3*
5*
F1>F2
Pérdida de
Información
1
2
3
4
5
1
2
3*
5
F1<F2
Repetición de
Información
3*
4
Memoria elástica:
• Deslizamiento de Canal
• Deslizamiento de Trama (más usado)
UIT-T G.811
Máxima desviación permitida en frecuencia: 1 parte en 1011
(un deslizamiento de trama en 71 días)

9. SE SL
F2F1
i-2
i
i-1
A
B
Trama i-2 i-1 i i+2i+1
A B A B A
A B A A B A
Trama i-2 i-1 i i+1i i+2
Entrada
SE
E1-E32
L16
SL
Salida
A, B: 256x1
El mecanismo asegura que se presenten los
deslizamientos de trama en el instante apropiado.

10. Frecuencia de Escritura < Frecuencia de Lectura
La información en la memoria elástica alcanza a ser leída 2
veces antes de la llegada de las nuevas unidades.
REPETICIÓN DE INFORMACIÓN

11. i-2
i
SE SL
F2
F1
i-1
A
B
Trama i-2 i-1 i i+2i+1
A B A B A
A B A A B
Trama i-4 i-3 i-2 i+1i
Entrada
SE
E1-E32
L16
SL
Salida
A,B: 256x1

12. Frecuencia de Escritura > Frecuencia de Lectura
La información en la memoria elástica no alcanza a ser leída
antes de la llegada de las nuevas unidades.
PÉRDIDA DE INFORMACIÓN

13. Los deslizamientos se clasifican en controlados e
incontrolados.
Los deslizamientos controlados se deben a diferencias entre
los relojes.
Los deslizamientos incontrolados a variaciones en el tiempo
de transmisión.
Por ejemplo, la variación en la posición del satélite, cambios
en la longitud de los conductores metálicos por variación de
temperatura, variaciones del índice de refracción en la
atmósfera para los enlaces radioeléctricos o cambios en la
longitud de onda de los Láser para fibras ópticas, producen
variaciones en el tiempo de transmisión.

14. • Relojes imperfectos
– Precisión y estabilidad
• Variación de retardos de transmisión
– Un cambio en la temperatura ambiente afecta
la longitud eléctrica del cable.
– Excentricidad del satélite.
• Fluctuación
– Alta frecuencia (jitter): Equipos de línea.
– Baja frecuencia (wander): Relojes, retardos,
equipo.

15. • Voz
– Alta redundancia. Ruido a menudo inaudible.
• Datos a 64 Kbps
– Sistemas de detección y recuperación de errores.
– Datos multiplexados: mal enrutamiento.
• Señalización por canal común
– Mecanismos de seguridad. Demoras en transmisión.
• Facsímil
– Desplazamientos de líneas. Pueden destruir la imagen.

16. Efecto
del
Desliza
miento
Red
Digital
deslizamiento
Datos enviados Datos recibidos

17. Márgenes de deslizamiento tolerables para
distintos servicios
Para la determinación de la tasa de deslizamientos
permitida por una red digital, deberá tomarse como
referencia el servicio más sensible a los deslizamientos.

18. DEFINICIÓN. Se entiende por fluctuación de fase a las pequeñas variaciones del reloj
respecto de la posición ideal en el tiempo. Se lo puede caracterizar mediante la
demodulación de fase de la señal digital y se puede obtener un valor de tensión
proporcional al corrimiento de fase.
UNIDAD. La amplitud es el segundo para el wander y el Intervalo Unitario UI (Unit Interval)
correspondiente al ancho de un bit (360° de fase del reloj) para el jitter. Es decir una
fluctuación de fase de 0,5 UIpp significa un corrimiento total entre extremos de medio bit.
Se usan unidades equivalentes al UI; tal es el caso de 360 grados y el tiempo expresado
en nseg (equivale a 488 nseg en 2 Mb/s).
• JITTER
– Cambios de fase rápidos, por encima de 10 Hz.
– Son reducidos por memorias elásticas
• WANDER
– Cambios de fase lentos, por debajo de 10 Hz.
– Debe preverse el uso de relojes de estrato 2 y buffer a la entrada
de cada nodo de gran volumen.

19.  Causas de WANDER. Existen varias causas de fluctuación de fase.
Producen fluctuaciones de fase lenta (Wander) las variaciones del
vínculo de transmisión. Por ejemplo:
 Modificaciones del índice de refracción en la atmósfera que
producen variaciones de velocidad de propagación en los
radioenlaces;
 Modificación de la temperatura produce variaciones en la longitud
de los conductores metálicos;
 Variación de temperatura produce corrimientos en la longitud de
onda de los Láser para fibras ópticas.
 Movimientos del satélite en órbita introducen modificaciones del
retardo en las comunicaciones satelitales por efecto Doppler (los
satélites geo-estacionarios dibujan una figura de ”8” de 75 km de
diámetro a 36000 km de altura -equivalente a 0,01 grados-).

20.  Causas de JITTER. La inestabilidad del reloj a corto plazo (jitter) se
denomina ruido de fase del oscilador. El ruido de fase se observa
como una modulación sobre armónicas del oscilador cuya envolvente
se identifica con la densidad de potencia.
 Una causa importante de jitter es el proceso de armado de tramas
(jitter de justificación y puntero).
 Jitter de justificación: cuando se multiplexan canales digitales
se agrega información adicional. Esto produce que en la
demultiplexación los datos son emitidos en forma no
periódica. Una memoria elástica permite memorizar los datos
en la escritura y leerlos en forma periódica mediante un reloj
cuya velocidad es el valor promedio de la escritura.
 Jitter de puntero: En los sistemas SDH los cambios de
punteros producen corrimientos de 3 Bytes, es decir 24 bits
(UIpp) simultáneos.

21.  Consecuencias del JITTER/WANDER.
 Incorrecta regeneración de la señal digital (errores) debido a que
en tanto los datos se corren de fase, el reloj absorbe el jitter y no
se mueve.
 Deslizamientos en las memorias buffer y la consiguiente pérdida
de alineamiento de trama si el corrimiento es lento (wander) y de
gran amplitud.
 El jitter es filtrable en cada elemento de red SDH y no se propaga
por la red.
 El wander no es filtrable en los elementos de red SDH y se
propaga por la red.

22.  Síntomas de JITTER excesivo:
 Alta tasa de error de bit o BER elevado.
 Ráfagas de errores de CRC.
 Alarmas de pérdida o fuera de trama (LOF/OOF).
 Síntomas de WANDER excesivo:
 Llamadas perdidas en las redes de telefonía móvil (2G).
 Sonidos tipo «click» en llamadas telefónica.
 Facsímiles con secciones incomprensibles.
 Baja de tasa de transmisión de datos por retransmisiones.

23. Introducción
Deslizamiento
Relojes
Métodos de Sincronización

24. Precisión
Expresa, en un momento
dado, la diferencia con
una frecuencia de
referencia
0
0
A
f
ff 

Para una tasa de
deslizamientos de
1 trama/71 días (G.811)
11
6
1004,2
600.32471
10125
días71
μsg125
A 







t
t
t0 t tiempo
frecuencia
f
f0
0
A
f
f

f

25. Estabilidad
Expresa la variación de la
frecuencia con el tiempo
121
12 1
S
ttf
ff




A largo plazo: Cambio sistemático. Envejecimiento
A corto plazo: variación al azar. Temperatura,
ruidos, etc.
t1 t2 tiempo
frecuencia
f2
f1
Estabilidad a
corto plazo

26. Ejercicios:
 Un reloj de pulsera se atrasa un minuto por semana. ¿Cuáles
son su precisión y estabilidad?
 Un reloj se atrasa un minuto en la primera semana y cuatro
minutos en la segunda semana. ¿Cuáles son su precisión y
estabilidad?
 Supóngase una red con sólo dos centrales, que utilizan el
sistema de memoria elástica de trama. ¿Cuál debe ser la
precisión de los relojes de estas centrales, si se quiere
cumplir con la recomendación de la ITU-T de un
deslizamiento cada 71 días para cualquiera de las
comunicaciones establecidas entre ellas?

27. De sol
De agua
De arena Cucú Despertador
Monumentales

28.  Reloj de cristal de Cuarzo
◦ El reloj con cristal de Cuarzo se lo encuentra dentro de en un
oscilador controlado por tensión PLL. Genera una frecuencia
dependiente de la estructura física del cristal.
◦ Estabilidad a largo plazo: 10-6 a 10-8 por mes
◦ Muy buena estabilidad a corto plazo.
◦ Alta confiabilidad
◦ Bajo costo
◦ Posibilidad de controlar su frecuencia:
VXCO (Oscilador de Cristal Controlado por Voltaje)
◦ Técnicas para mejorar su precisión:
 Control de temperatura con hornos.
 Compensación de temperatura con termistores o control
por microprocesador.

29.  Reloj de vapor de Rubidio (Rb-87):
◦ Alta estabilidad a largo plazo: 5x10-11 por mes
◦ Estabilidad a corto plazo menor;
◦ Confiabilidad menor;
◦ Costo mayor;
◦ MTBF = 4 años.
 Reloj de Cesio (Cs-133):
◦ Estabilidad muy alta a largo plazo: 10-12 por mes;
◦ Candidato por excelencia para referencia de sincronización
primaria PRC (Primary Reference Clock) o reloj de estrato 1.
◦ Precisión NIST-F1: 1 seg. en 80 millones de años*;
◦ Limitada estabilidad a corto plazo;
◦ Baja Confiabilidad
◦ Elevado Costo
◦ MTBF = 5 años.
*Incertidumbre= 4 x 10-16
MTBF (Mean Time Between Failures): Tiempo medio entre fallas.

30. Incertidumbre de los relojes de Cesio del NIST (National Institute of Standards
and Technology) (Lombardi et al., 2007)

31.  Máser de Hidrógeno
◦ Estabilidad a largo plazo: 10-15 por mes;
◦ Precisión: 1 seg. en 2,7 millones de años;
◦ Efecto muy breve (en el rango de días);
◦ Se lo usa en navegación espacial y para orientación de telescopios.
Existen 2 en cada satélite Galileo. El Block II del sistema GPS utiliza
relojes de H en combinación con relojes de Cesio.
 Máser de Rubidio
◦ Menos preciso, aunque menos costoso;
 Ion de Mercurio confinado:
◦ 1 seg. en 1.000 millones de años.
 Reloj de Lógica Cuántica (Quantum Logic Clock)1
◦ Iones de Aluminio y Berilio;
◦ 1 seg. en 3.700 millones de años;
◦ En experimentación.
1 (NIST, 2010)

32. Introducción
Deslizamiento
Relojes
Métodos de Sincronización

33. En 1959 la Bell Labs desarrolló el proyecto Essex (Experimental Solid State Exchange)
consistente en una central de conmutación digital con concentradores PCM y transmisión
digital. Uno de los problemas descubiertos desde aquella época es la sincronización de
los centros de la red (plesiócronos mutuamente). Por sincronizar se entiende el proceso
de hacer esclavo (slave) un reloj desde otra señal.
En las redes digitales se mezclan las áreas internamente sincrónicas conectadas con
áreas plesiócronas entre sí.
Una clasificación de las formas de operación es la siguiente:
-Operación síncrona despótica: subordinado, jerárquico o externo.
-Operación síncrona mutua: con control uniterminal o control biterminal.
Las redes pueden ser sincronizadas mediante una combinación compuesta por centros
de conmutación internacionales que funcionan con sincronización plesiócrona entre sí
con relojes de alta estabilidad y memorias buffer para reducir el número de
deslizamientos; centros nacionales regionales con sincronización despótica o
plesiócrona jerarquizada y centros locales con sincronización despótica. Los relojes de
estrato superior se sincronizarán mediante receptores GPS.
(R. Ares, 2000)

34. Red Plesiócrona
 Relojes independientes de alta precisión.
 La frecuencia se mantiene dentro de cierto margen.
El uso de memorias elásticas compensa las fluctuaciones en
las relaciones de fase.
Para compensar la estabilidad limitada a largo plazo, los
relojes deben ser controlados de vez en cuando contra
alguna frecuencia de referencia externa.

35. Red Síncrona
Relojes controlados para funcionar a la
misma velocidad media.
Principal-Subordinado Jerárquico
Referencia Externa
Despótica
Control Uniterminal
Control Biterminal
Mutua

36. Existe un solo reloj maestro (PRC) o un
grupo de relojes, que tienen un poder
absoluto de control sobre los otros relojes
de la red y no se permite un cambio del
ejercicio de esta función o una
sustitución.
Principal-Subordinado Jerárquico
Referencia Externa
Sincronización despótica
En el método principal-subordinado, conocido también como amo-esclavo, uno
de los relojes actúa de maestro (master).
En el método jerárquico existe un orden entre los relojes para ocupar la función
de maestro en caso de falla.
En el caso de referencia externa la sincronización se recibe desde afuera de la
red.

37. Red de
Conmu-
tación
Reloj Maestro
Central Maestra
Red de
Conmu-
tación
Reloj
Sub-maestro
PLO
Activo
Reserva
Central Sub-maestra
(Método Jerárquico)
Red de
Conmu-
tación
PLO
Activo
Reserva
Central Esclava
PLO (Phase-Locked Oscillator): Oscilador enganchado en fase
Organización de los Relojes

38. Sincronización Mutua
Control Uniterminal Control Biterminal
Es un concepto para lograr una red digital interconectada
altamente síncrona sin un reloj principal.
Cada reloj de central está fijado a la media de todas las
velocidades de reloj entrantes.
De esta manera todas las centrales tienden a trabajar a la
misma frecuencia.

39. Sincronización Mutua
Control Uniterminal Control Biterminal
El control uniterminal toma el valor
medio entre los relojes entrantes y el
local. El problema de la sincronización
mutua uniterminal es la imposibilidad
de compensar los efectos de la
fluctuación de fase lenta.
El control biterminal en cambio,
transmite la diferencia de fase
medida en un nodo al otro,
obteniéndose un control enlazado
en ambos extremos.

40. Método de Control Uniterminal
 = Diferencia de fase medida
f = Corrección de frecuencia
ME
C
MEA la Red
de Con-
mutación
Escritura Lectura
Línea de
Transmisión
CENTRAL A CENTRAL B
C
A fB
fA
B
A la Red
de Con-
mutación
EscrituraLectura fB
fA
Reloj
Reloj
ME = Memoria Elástica
C = Compensador
Memoria
llena
Memoria
llena
Sensible a variaciones de retardos de transmisión
causadas por cambios de temperatura

41. Método de Control Biterminal
 = Diferencia de fase medida
 = Diferencia de fase calculada
f = Corrección de frecuencia
ME
S
+ -
S- +
C
MEA la Red
de Con-
mutación
Escritura Lectura
Línea de
Transmisión
CENTRAL A CENTRAL B
C
fB
fA
B
A
A la Red
de Con-
mutación
EscrituraLectura fB
fA
Reloj
Reloj
ME = Memoria Elástica
C = Compensador
S = Substractor
A
B
La información de desviaciones de fase se envía
por los canales de señalización

42. Todos los métodos de sincronización presentan
ventajas y desventajas, que hacen necesario
considerar un buen número de factores en el
momento de evaluarlos.
Los más importantes son los siguientes:
◦ Tamaño de la Red.
◦ Topología de Red.
◦ Distancia entre centrales.
◦ Tipo del medio de transmisión.
◦ Costo del equipo de sincronización.
◦ Complejidad y fiabilidad del Sistema.
◦ Mantenimiento.

43. Método Ventajas Desventajas Tamaño
Red
Topología
Red
Longitud
Enlaces
Complejidad
Plesiócrono Estabilidad Costo Centrales
internaciona
les
Ninguna
Principal-
Subordinado
Estabilidad Confiabilidad Pequeña Estrella Corta Baja
Jerárquico Confiabilidad Necesita
canales de
señalización
Media Estrella o
malla
Media Media
Referencia
Externa
Estabilidad Confiabilidad Media
Control
Uniterminal
Confiabilidad
Costo
Estabilidad
Sensible a
variaciones de
tiempos de
propagación
Media o
grande
Malla Media Grande
Control
Biterminal
Confiabilidad
Costo
Insensible a
variaciones de
tiempos de
propagación
Estabilidad
Necesita
canales de
señalización
Media o
grande
Malla Grande Muy Grande
(Joubert, 1977)

44. Central
internacional
Concentrador
Central de tránsito
nacional
Central
local
P : Plesiócrono
PS: Ppal-Subord.
U : Uniterminal
J : Jerárquico
A la red
internacional
P
PS PS
PS PS
PS
PS
PS
U
U
U
U
U
U
U
U
U
JJ
J
J
J


45. Comisión de Regulación de las Comunicaciones (CRC).
Resolución CRT 087 de 1997, “Por medio de la cual se
regula en forma integral los servicios de Telefonía Pública
Básica Conmutada (TPBC) en Colombia”
Artículo 4.2.2.14. Sincronización
 Los operadores de telecomunicaciones seleccionarán el método de
sincronización que mejor se ajuste a su red, siempre que cumplan
con lo dispuesto en la Recomendación UIT-T G.822.
 En los puntos de interconexión se debe garantizar una precisión
correspondiente a un reloj de referencia primario (PRC), conforme a
lo previsto en la Recomendación UIT-T G.811.
 Los requisitos mínimos para dispositivos de temporización
utilizados como relojes serán los descritos en las Recomendaciones
UIT-T G.812 y G.813.
Reglamento y Plan de Sincronización de Nicaragua
ACUERDO ADMINISTRATIVO. 046-2004

46.  A. Rendón (2010). “Sincronización en RPTC”. En: “Sistemas de Conmutación:
Fundamentos y Tecnologías”, Cap. 4, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.
 CRC (2010). Resolución No. 087 de 1997. Comisión de Regulación de las
Comunicaciones. Colombia.
 J. Joubert (1977). “La Telefonía Digital. Una introducción”. Texto de entrenamiento.
Ericsson. Estocolmo, Suecia. 45 pp.
 M.A. Lombardi, T.P. Heavner, S.R. Jefferts (2007). "NIST Primary Frequency Standards
and the Realization of the SI Second". Journal of Measurement Science, Vol. 2, No. 4,
pp. 74-89.
 NIST (2010). “NIST's Second 'Quantum Logic Clock' Based on Aluminum Ion is Now
World's Most Precise Clock”.
http://www.nist.gov/physlab/div847/logicclock_020410.cfm
 Roberto Ares (2000). “El manual de las Telecomunicaciones”.
http://www.robertoares.com.ar/manual-de-las-telecomunicaciones
 Oscar R. Pons. “Introducción a las Telecomunicaciones fijas y móviles”, Tapias
Encuadernaciones. Argentina. 2014.