Вимірювання у цифрових системах зв’язку
Обов'язковими елементами сучасних мереж зв'язку є системи мережевого управління, за допомогою яких вирішуються такі завдання, як реконфігурація мережі, безперервний моніторинг параметрів системи зв'язку (наприклад, SIP GSM шлюзів), фіксація аварійних станів, захисні перемикання, зберігання та обробка результатів моніторингу тощо. .Всі зазначені операції виконуються, як правило, автоматично, за допомогою вбудованих апаратних та програмних засобів.
У той самий час найчастіше під час обслуговування мереж зв'язку не вдається обійтися без ручних операцій із застосуванням портативних вимірювальних приладів. Класичний приклад – усунення складних пошкоджень металевих кабелів зв'язку, що трапилися через намокання.
АНАЛІЗ ПОМИЛОК У ЦИФРОВИХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧІ
Основна перевага цифрової передачі в порівнянні з аналоговою полягає у відсутності накопичення перешкод уздовж лінії. Це досягається за рахунок відновлення форми сигналу, що передається, на кожній регенераційній ділянці.
Усі чинники, яких залежить довжина ділянки, можна розділити на внутрішні і зовнішні.
Найбільш важливими внутрішніми вважають загасання лінії, міжсимвольні перешкоди, нестабільність тактової частоти системи, варіацію затримки, зростання рівня шумів унаслідок старіння системи.
До істотних зовнішніх факторів зазвичай відносять перехідні та імпульсні перешкоди, зовнішні електромагнітні впливи, механічні пошкодження контактів при вібрації або ударах, погіршення властивостей середовища, що передає, внаслідок перепадів температури.
Всі вони зазвичай визначають погіршення найчутливішого до помилок параметра цифрової передачі - співвідношення сигнал/шум. Справді, зниженнявеличини цього співвідношення всього на 1 дБ призводить до збільшення узагальненого параметра якості цифрових систем передачі, яким є коефіцієнт бітових помилок (Bit Error Rate, BER), принаймні на порядок.
Згідно з визначенням, BER є відношенням числа помилково прийнятих бітів до загального числа прийнятих бітів. Його величина статистично коливається біля значення середнього коефіцієнта помилок протягом тривалого часу. Різниця між безпосередньо виміряним коефіцієнтом помилок і довгостроковим середнім значенням залежить кількості контрольованих біт і цим від тривалості виміру.
База часу формується з допомогою двох основних методів.
Відповідно до першого з них, на приймаючому кінці задається фіксована кількість біт, що спостерігаються, і реєструється відповідне число біт з помилками.
Наприклад, якщо число помилково прийнятих біт виявилося рівним 20, а задане загальне число біт, що приймаються – 10 6 , то коефіцієнт помилок складе 20/10 6 = 20 x 10 -6 = 2 x 10 -5 .
Перевагою такого підходу є відомий час вимірювання, а недоліком – невисока надійність вимірювання при малій кількості помилок.
Відповідно до другого методу, час вимірів визначається заданим числом помилок. Вимірювання триває доти, доки, наприклад, не буде зафіксовано 100 помилок. Потім виходячи з відповідного числа бітів даних обчислюється коефіцієнт помилок.
Його недолік полягає в тому, що невідомий час вимірів, який при малих коефіцієнтах помилок може виявитися дуже великим. Крім того, цілком можливо, що лічильник біт даних заповниться повністю, і виміри припиняться. Тому такий спосіб використовується рідко.
Помилка цифрового сигналу призводить до швидкої змінивеличини сигналу АІМ на вході канального демодулятора, і абонент чує неприємне клацання на виході каналу ІКМ. Експериментально встановлено, що помітні клацання виникають лише при помилках в одному з перших двох найбільших за вагою символів кодової групи, що відповідає максимальній (позитивній або негативній) зміні сигналу АІМ. Якість зв'язку вважається задовільною, якщо в кожному каналі спостерігається не більше одного клацання на хвилину. При частоті дискретизації, що дорівнює 8 кГц, каналом передається 8000 x 60 = 480 тис. кодових груп за хвилину, причому небезпечними щодо клацань є 960 тис. старших розрядів. Якщо вважати, що ймовірність помилки для будь-якого розряду кодової групи однакова, то при допущенні одного клацання на хвилину ймовірність помилки в лінійному тракті не повинна бути більшою за 1/960 000 = 10 -6 .
З урахуванням передачі даних, яка більш чутлива до помилок передачі, для еталонного міжнародного з'єднання довжиною 27500 км величина BER не повинна перевищувати 10 -7 .
Помилки можна знайти двома основними методами.
По-перше, під час приймання та налаштування ліній зв'язку, пошуку несправностей та ремонті виконуються вимірювання з перервою зв'язку, які реалізуються за трьома схемами підключення: точка-точка, шлейф та транзит.
По-друге, для моніторингу мережі та якісної оцінки її стану, виявлення та усунення пошкоджень використовуються вимірювання без перерви зв'язку.
Вимірювання BER без перерви зв'язку потребує точного знання структури цифрового сигналу. Таким сигналом у складі циклу, наприклад первинного цифрового сигналу Е-1 є цикловий синхросигнал, що займає 7 біт нульового канального інтервалу (КІ) сигналу E-1.
Цикловий сигнал передається у кожному другому циклісигналу E-1, причому кожен цикл E-1 містить 32 КІ і, отже, 32 х 8 = 256 біт. Таким чином, відносна частка циклового синхросигналу сигналу E-1 становить 7/(256 x 2) -3 . Крім того, порушення правил кодування часто поширюється і на кілька біт, що знаходяться після біта з помилкою. Внаслідок цього залежне від змісту сигналу усунення і похибка при великих коефіцієнтах помилок унеможливлюють точний аналіз розподілу помилок.
Отже, практична оцінка BER можлива лише у режимі вимірів з перервою зв'язку та посилкою еталонних випробувальних сигналів. При вимірі BER випробувальний сигнал повинен якнайкраще імітувати реальний, тобто мати випадковий характер. Як такий випробувальний сигнал зазвичай використовують псевдовипадкову послідовність бітів (ПСП) із заданою структурою, близькою до справжнього інформаційного сигналу. Такі послідовності формуються регістрами зсуву, що тактуються, зі зворотним зв'язком.
Цифровий випробувальний сигнал замінює інформаційний сигнал, що зазвичай передається, і оцінюється на приймальному кінці вимірювачем помилок.
Таким чином, необхідний за умов нормальної експлуатації безперервний моніторинг помилок цифрової передачі методом BER без перерви зв'язку практично неможливий.
В даний час для оцінки якості цифрових систем передачі в експлуатаційних умовах застосовується метод виміру блокових помилок. Як неважко здогадатися, головна його перевага полягає в тому, що він заснований на використанні інформаційного сигналу і виконується без переривання зв'язку.
Усі методи вимірювання блокових помилок передбачають введення надмірності в інформаційний сигнал, обробку цього допоміжного сигналу за певним алгоритмом та передачу результатуобробки на приймаючу сторону, де прийнятий сигнал обробляється за тим самим алгоритмом, що і при передачі, а результат порівнюється з результатом обробки, отриманим від сторони, що передає. За їх різниці переданий блок вважається помилковим.
Відомо кілька способів виявлення блокових помилок. Способи побічного контролю парності та контрольної суми не дозволяють розпізнати всі типи помилок, тим самим обмежуючи їхню практичну застосовність. Мабуть, єдиним універсальним способом вимірювання помилок без перерви зв'язку є контроль за допомогою надлишкового циклічного коду (Cyclical Redundancy Check, CRC).
Таблиця 1. Вимірювання в цифрових системах зв'язку та відповідні їм процедури можуть застосовуватися для вирішення низки завдань.