Оглавление

 

 

Введение 

   Согласно принятым терминам и определениям под каналом передачи понимается комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающих передачу сигнала электросвязи в полосе частот и скоростью, характерных для данного канала. Если в канале информация передается в дискретном (цифровом) виде, такой канал называется цифровым каналом. Соответственно, важнейшим показателем назначения канала передачи информации, который необходимо измерять, является достоверность передачи информации. В цифровых каналах этот показатель характеризуется числом ошибок, возникающих при передаче дискретной информации.

   Постоянно действующим фактором, вызывающим появление ошибок, является всегда присутствующий в канале стационарный шум. Можно справедливо полагать, что количество передаваемых дискретных символов в канале очень велико, при нормальной работе канала количество ошибок во много раз меньше общего числа передаваемых символов, но также очень велико, при этом ошибки возникают независимо друг от друга.

   Однако помимо постоянно присутствующего в канале стационарного шума имеются другие факторы, вызывающие появление ошибок, как внутренние, так и внешние по отношению к каналу передачи информации.

   К внутренним источникам ошибок относятся:

• различные нестабильности во внутренних цепях синхронизации цифровых устройств,
• дрейф в системе внутренней синхронизации устройства;
• нестабильности, связанные с измерением характеристик компонентов со временем;
• перекрестные помехи в цепях устройств;
• нарушения в работе эквалайзеров и в процессах, связанных с неравномерностью АЧХ;
• повышение порога по шуму, связанное с изменением параметров модулей устройств со временем.

   К внешним источникам ошибок можно отнести различные параметры, воздействующие на цифровой канал:

• перекрестные помехи в каналах передачи;
• паразитная фазовая модуляция принимаемого сигнала (джиттер) в системе передачи;
• электромагнитная интерференция (помехи от машин, флуоресцентных ламп и т.д.);
• вариации питания устройств;
• импульсные шумы в канале;
• механические повреждения, воздействие вибрации, плохие контакты;
• деградация качественных параметров среды передачи (электрического или оптического
• кабеля, радиочастотного канала и т.д.);
• глобальные нарушения, связанные с разрушением канала цифровой передачи.

   Очевидно, что все эти дополнительные факторы, влияющие на частоту появления ошибок, являются нестационарными процессами, т.е. частота появления ошибок может значительно увеличиваться в те интервалы времени, когда проявляется их действие.

   Именно эти интервалы времени и являются обычно поводом для проведения измерений, т.к. определяют качество работы канала передачи информации. Для описания нестационарного процесса появления ошибок применяются временные характеристики, описывающие динамику изменения основного параметра – средней частоты появления ошибок.

 

Понятие бинарного  канала и методы анализа  его параметров

 

   Бинарный цифровой канал (рис. 1) – цифровой канал с передачей информации в простой двоичной форме (без линейного кодирования). В современных телекоммуникационных системах для передачи цифровой информации используются различные типы модуляции и многоуровневого кодирования, однако оконечное оборудование систем передачи в той или иной степени использует именно бинарный цифровой канал, поэтому методология измерений бинарного канала составляет фундамент измерений цифровых каналов связи и имеет особенное значение. Более того, даже для анализа систем с различными типами модуляции и кодирования с целью унификации номенклатуры измеряемых параметров и удобства сопоставления показателей качества используются данные методологии измерений по битам, т.е. имитируется процесс декодирования (демодуляции) сигнала до двоичного вида, а затем анализируется полученный сигнал. Таким образом, методология измерений параметров бинарного канала представляет собой определенный инвариант методологий измерений любых цифровых каналов.

   

 Рис. 1. Бинарный цифровой канал 

   Основное назначение бинарного цифрового канала – это передача цифровой информации в двоичной форме, т.е. в виде битов. Поэтому основные параметры качества такой цифровой передачи связаны с параметром ошибки по битам (Bit Error Rate – BER) и его производными. Измерения по параметру BER вошли в методики измерений первичных и вторичных сетей.

   Различают два типа измерений бинарного канала – с отключением и без отключения канала.

 

Измерения с  отключением канала

 

   Измерения с отключением канала предусматривают, что канал не используется в процессе измерений для передачи реального цифрового трафика. В этом случае в качестве источника и приемника двоичного сигнала используются анализаторы цифрового канала.

   

   Рис. 2. Схема измерения параметров ЦСП  с отключением канала 

   Для организации измерений с отключением канала используется генератор и анализатор тестовой последовательности, подключенные к разным концам цифрового канала. Между генератором и анализатором тестовой последовательности существует синхронизация по тестовой последовательности, т.е. процедура, в результате которой анализатор имеет возможность предсказания следующего значения каждого принимаемого бита.

   В практике используются два типа тестовых последовательностей – фиксированные и псевдослучайные последовательности (ПСП, PRBS – Pseudorandom Binary Sequence).

   Фиксированными  последовательностями являются последовательности чередующихся повторяемых комбинаций битов. В качестве примера рассмотрим альтернативную фиксированную последовательность типа 1010, в которой после каждого 0 идет 1.

   Процедура синхронизации тестовой последовательности в этом случае может быть чрезвычайно проста: анализатор заранее запрограммирован на ожидание альтернативной последовательности, при приеме 1 он предсказывает появление в качестве следующего бита 0, и в случае приема 1 делается вывод о битовой ошибке. Реальная процедура синхронизации несколько сложнее, поскольку требуется проверка, не является ли первый принятый бит ошибочным. Для этого производится проверка правильной синхронизации в течение нескольких последовательных групп битов (блоков), при этом сама процедура синхронизации аналогична. Такая процедура синхронизации представляет собой процедуру без указания на начало цикла.

   Вторым способом синхронизации фиксированной тестовой последовательности является процедура с указанием начала цикла, согласно которой начало цикла задается специальным битом или последовательностью битов (ниже называемым битом f).

   В практике могут использоваться обе процедуры синхронизации тестовой

   последовательности. В последнее время производители склоняются к максимально широкому внедрению процедуры с указанием начала цикла, поскольку в этом случае синхронизация тестовой последовательности осуществляется в течение нескольких циклов – порядка 8 - 16 переданных битов. Исключение составляют постоянные фиксированные последовательности 0000 и 1111, где процедура с указанием начала цикла не имеет смысла.

   В современной практике используются следующие фиксированные тестовые последовательности:

   1111 – все единицы. Фиксированная последовательность единиц, которая используется обычно для расширенного и стрессового тестирования канала. Например, если последовательность послана в неструктурированном потоке Е1 (Е1 – поток двоичной информации ИКМ со скоростью передачи данных 2Мбит/с – 32 канала Е0 по 64 Кбит/с), то это будет понято как сигнал неисправности (AIS).

   1010 – альтернативная, фиксированная  последовательность из чередующихся  нулей и единиц. Последовательность может передаваться без указания или с указанием начала цикла – f01010101.

   0000 – все нули. Фиксированная последовательность  нулей, используемая обычно для  расширенного и стрессового тестирования  канала.

   FOX. Фиксированная последовательность FOX используется в приложениях передачи данных. Перевод последовательности в ASCII является предложением "Quick brown fox.".

   Синхронизация последовательности осуществляется правильным переводом предложения. Ниже приведена последовательность: 2A, 12, А2, 04, 8А, AА, 92, С2, D2, 04, 42, 4A, F2, ЕА, 72, 04, 62, F2, 1А, 04, 52, AА, В2, 0A, CA, 04, F2, 6А, А2, 4А, 04, 2А, 12, А2, 04, 32, 82, 5А, 9А, 04, 22, F2, Е2, 04, 8С, 4С, СС, 2C, AC, 6C, ЕС, 1С, 9С, 0С, В0, 50

   1 - 3 – одна единица на три  бита. Промышленный стандарт 1 в 3-х используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность передается с указанием на начало цикла: f010

   1 - 4 – одна единица на четыре бита. Промышленный стандарт 1 в 4-х используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность передается с указанием на начало цикла: f0100

   1 - 8 – одна единица на восемь  битов. Промышленный стандарт 1 в  8-ми используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность передается с указанием на начало цикла: f01000000

   3 - 24 – три единицы на 24 бита. Промышленный  стандарт 3 в 24-х используется  для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность передается с указанием на начало цикла: f 0100 0100 0000 0000 0000 0100

   Кроме перечисленных стандартных фиксированных последовательностей, могут использоваться произвольные слова и предложения. Процедура синхронизации и анализа битовых ошибок может быть организована на основе указания на начало цикла или на основе проверки правильности перевода слов и предложений. Вторая процедура наиболее часто используется в практике. Использование фиксированных последовательностей в последнее время рекомендовано главным образом для стрессового тестирования аппаратуры кодирования/декодирования. Поэтому часто используются тестовые последовательности с множеством нулей. Как известно, при передаче двоичной последовательности наличие последовательности из нескольких нулей равносильно отсутствию сигнала (0 часто передается сигналом нулевой амплитуды). В результате генерации последовательностей с множеством нулей можно проанализировать работу канала в случае естественного пропадания сигнала.

 

Измерения без  отключения канала

 

   Измерения без отключения канала предусматривают использование специальных алгоритмов анализа параметров канала при передаче реального трафика.

   

   Рис. 3. Схема измерения параметров ЦСП  без отключения канала 

   Измерения без отключения канала часто называются мониторингом, поскольку измерения производятся в режиме работающего канала, а анализатор в этом случае подключается параллельно и осуществляет пассивный мониторинг канала. Алгоритм организации измерений основан на применении различных типов цикловых кодов или служебной информации, передаваемой в канале. Действительно, в реально работающем канале, несущем реальный трафик, нет возможности предсказания передаваемой информации, следовательно, нет возможности простого сравнения реальной последовательности битов с предсказанной последовательностью, поэтому невозможно локализовать единичную битовую ошибку. Методы измерения без отключения канала основаны на идентификации битовой ошибки в некотором блоке переданной информации, таким образом, объективная точность измерения ограничена размерами блока, обычно две ошибки в блоке идентифицируются как одна. В то же время несомненное преимущество метода – отсутствие необходимости отключения канала – определило широкое его распространение.

   Для проведения измерений без отключения цифрового канала используются алгоритмы  анализа избыточного циклового  кода. Алгоритм такого анализа представлен на рис. 4.

   

   Рис. 4. Алгоритм использования избыточного  циклового кода 

   Информационный  поток,  передаваемый  затем  по  цифровому  каналу,  разбивается  на несколько  блоков  данных  фиксированного  размера.  Для  каждого  блока  данных выполняется  операция деления последовательности битов на полином  заданного вида (в зависимости от типа кода). В результате деления образуется остаток, который передается вместе  с  блоком  данных  в  составе  цикла (кадра)  в  канале.  Процедура  деления  потока данных  на  блоки  и передача  их  с рассчитанным  остатком  от  деления приводит  к необходимости использования в аппаратуре  передачи  цикловой  структуры.  Таким образом,  измерения параметров  ошибки  без отключения  канала  возможны  только  для систем передачи с цикловой структурой. Остаток от деления передается в составе цикла в виде  контрольной  суммы  (CRC  –  кода).  На  приемной  стороне  делаются  аналогичные вычисления  остатка  от  деления.  Результат  расчета  сравнивается  с  переданной контрольной  суммой.  В  случае  расхождения  результатов  делается  вывод  о  наличии битовой ошибки в блоке.