Измерения в технике Связи Лекции. Лекции по дисциплине Измерениявтехникесвязи Для студентов специальности 200900 Сети связи и системы коммутации
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
D n +D 0+ +1. Соответственно длина кодированной последовательности зависит от количества регистров сдвига и составляет 2 N -1. Процедура предусматривает циклическое повторение последовательности через 2 N -1 тактовых импульсов (эквивалентно, битов). Большее количество регистров определяет меньшую повторяемость последовательности. Анализатор ПСП с замкнутой обратной связью, метод побитового измерения ошибок Для анализа принимаемой ПСП используются два типа анализаторов, схемы которых представлены на рис. 6.5 и 6.6. Наиболее часто используется метод анализа ПСП с обратной связью (рис. 6.5). В этом случае последовательность синхронизируется следующим образом: петля обратной связи размыкается, данные загружаются в регистры сдвига до полного заполнения, затем петля обратной связи замыкается и производится синхронизация по тестовой последовательности. Две несинхронные ПСП имеют относительный параметр BER приблизительно равный 0,5, таким образом, для достижения синхронизации по тестовой последовательности критерий синхронизации выбирается ниже этого значения. Анализатор ПСП без обратной связи Вторым методом построения анализатора ПСП является метод без обратной связи (рис. 6.6). Этот метод в настоящее время практически не используется и признан устаревшим. Основным недостатком его является наличие процессов подавления данных при измерениях каналов с высоким параметром ошибки. Метод был разработан для низкого параметра ошибки в предположении, что сами ошибки возникают случайным образом и описываются нормальным распределением. Современные системы передачи используют алгоритмы кодирования и принципы передачи, приводящие к появлению всплесков ошибок, возникающих в виде пакетов. В этом случае алгоритм анализа без обратной связи характеризует нестабильную работу. В дальнейшем при описании анализа ПСГГ будем исходить из принципов анализа с об- ратной связью. В современной практике используются следующие типы псевдослучайных последова- тельностей: 2е23 - стандартная 2е 23 -1 псевдослучайная последовательность битов. Сигнал формируется из 23-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Эта последовательность соответ- ствует техническому стандарту ITU 0.151. Получила распространение для тестирования вы- сокоскоростных цифровых каналов первичной сети (например, каналов SDH). 2е20 - стандартная 2е 20 -1 псевдослучайная последовательность битов. Сигнал формируется из 20-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Эта последовательность соответ- ствует техническому стандарту ITU 0.151. 2е15 - стандартная 2е' -1 псевдослучайная последовательность бит. Сигнал формируется из 15-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Последовательность может содержать до 14 нулей в строке. Последовательность получила наиболее широкое распространение для анализа каналов PDH с относительно невысокой скоростью передачи. 20ITU - стандартная 2е 20 -1 псевдослучайная последовательность бит. Сигнал формируется из 20-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Последовательность соответствует техническому стандарту ITU 0.153. Однако, эта последовательность отличается от 2е20 последовательности, потому что используются разные механизмы обратной связи. 20ITU подавляет последовательности из более чем 18 нулей, в отличие от 14 нулей в 2е20. 2047 - короткая ПСП. Сигнал формируется из 11-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Стандартный 2047-битный код используется для анализа вторичных сетей передачи данных, приложений DDS и ISDN. 511 - короткая ПСП. Сигнал формируется из 9-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Стандартный 511-битный код применяется для анализа вторичных сетей передачи данных, в частности он соответствует техническому стандарту ITU V.52. 127 - короткая ПСП. Сигнал формируется из 7-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Стандартный 127-битный код используется для анализа низкоскоростных каналов передачи данных (например, модемных каналов). 63 - самая короткая ПСП, применяемая в практике измерений. Сигнал формируется из 6- фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Стандартный 63-битный код применяется для анализа низкоскоростных каналов передачи данных (например, модемных каналов). Таким образом, основными характеристиками ПСП являются: • длина последовательности в битах; • вид полинома, соответствующая конфигурация регистров генератора и анализатора ПСП; • спектральный состав сигнала, зависящий от скорости передачи в канале. Спектральный состав псевдослучайной последовательности схематически представлен на рис. 6.7. В зависимости от скорости передачи данных в канале используются ПСП различной длины: чем больше скорость, тем большая длина последовательности допускается. Рекомендация ITU-T 0.151 определяет значения используемых длин ПСП в зависимости от скорости цифровой передачи в канале согласно табл. 6.1. Кроме того существует также рекомендация по выбору тестовой последовательности для канала 64 кбит/с - 2 п -1, приведенная в ГШ-Т рекомендация О.152. Рис. 6.7. Спектральный состав ПСП с кодированием NRZ ДлинытестовыхпоследовательностейПСП (ITU-T рекомендация 0.151) Основным требованием, предъявляемым к спектральному расстоянию Д/, является возможность успешной синхронизации при наличи на приемной стороне относительно узко- полосной цепи синхронизации от входящего потока. В этом случае требуется малое расстоя- ние между двумя субгармониками принимаемого сигнала. При большом расстоянии может возникнуть джиггер регистров сдвига. Механизм возникновения джиггера довольно простой: длинная последовательность нулей, характерная для ПСП большой длины, приводит к накоплению фазовой ошибки за время ее передачи. Такой джиггер обусловлен алгоритмом работы генератора ПСП, его структура зависит от конфигурации генератора, кроме того, джиггер регистров сдвига в общем случае отличается по параметрам от джиттера в цифровом канале. Чтобы избежать появление джиттера регистров сдвига используются рекомендованные ПСП. 6.5. Методывычисленияпараметровошибоквцифровыхканалах 6.5.1. Методырасчетапараметра BER Параметр ошибки по битам BER по праву считается основным параметром тестирования любых цифровых каналов и систем. Как было показано в примере 4.1 параметр BER связан интегральным соотношением с функцией распределения вероятности возникновенияошибки в цифровом канале. Таким образом, параметр BER является наиболее распространенной статистической характеристикой параметров качества работы канала. По отношению к измеряемым величинам этот параметр является вторичным и вычисляется на основании данных о количестве принимаемых ошибок в тестовой последовательности в различные пе- риоды времени, поэтому необходимо говорить о методах расчета параметра BER по данным о количестве ошибок. Существует несколько алгоритмов анализа ошибок в принимаемом потоке с ПСП. Рас- смотрим, как по данным об ошибках рассчитывается параметр BER. На рис. 6.8 представле- ны три основных алгоритма такого расчета. Методы измерения параметра BER Известно, что в процессе измерения существует две точки синхронизации измерений: начало измерения и время, при котором достигается заданный порог ошибки (на рисунке - 100 ошибок). Выбор параметра ERR = 100 основан на предположении нормального распре- деления возникновения ошибок. В этом случае относительная погрешность измерений опре- где N - количество ошибок. Учитывая, что для большей части эксплуатационных измерений относительная погрешность в 10 % является вполне допустимой, в качестве границы интервала синхронизации может быть выбрано время ERR = 100. Таким образом, все время измерений разбивается на два интервала, от начала измерений до точки ERR=100 и после этой точки. Соответственно раз- личаются три метода подсчета BER.Первый метод предусматривает расчет отношения BER после приема первых 100 ошибок, что автоматически гарантирует высокую точность измерения (лучше 10 %). Однако от начала измерения до получения результата необходимо некоторое (иногда достаточно большое) время. Второй метод предусматривает расчет отношения непосредственно после начала измерения без привязки к количеству принятых ошибок по битам. В этом случае для обеспечения точности измерений расчет отношения делается после приема определенного количества би- тов (на рисунке - 10 ), а точность измерения определяется пороговым значением количества принятых битов. Обычно предполагается, что точность на порядок хуже обратного значения количества принятых битов (на рис. 6.6 точность измерения BER = 10" 5 сразу после начала расчета отношения). В отличие от первого метола этот метод обеспечивает определенное время начала отображения результата измерений. С точки зрения алгоритма проведения эксплуатационных измерений по параметру ошибки, многие из которых носят иногда оценочный характер, такая методика подсчета является наиболее эффективной и получила наибольшее распространение. Отрицательной стороной методики является необходимость учета количества переданных/принятых битов ПСП при анализе результата, поэтому отношение вычисляется математически без указания точности измерений в каждый конкретный момент. Например, если прибор показывает BER = 10 ла при общем количестве принятых битов 10 8 , то необходимо констатировать - измерение параметра BER лучше 10" 7 , но не более, поскольку этим значением ограничена точность измерения. В первом методе такой ситуации не может возникнуть, поскольку измерение делается заведомо с точностью 10 % и лучше. Наконец, третий метод, используемый в некоторых индикаторах, предусматривает вы- числение BER точно после приема 100 ошибочных битов. Этот метод является модификаци- ей первого метода со свойственными ему негибкостью в отображении результатов эксплуа- тационных измерений и необходимостью ожидания до индикации результата. Таким образом, наибольшее распространение в современной практике получил второй метод, однако он обычно не обеспечивает автоматического учета точности измерений, что необходимо при проведении эксплуатационных тестов. 6.5.2. Методырасчетапараметра ES Вторым наиболее часто используемым параметром при анализе цифровых каналов является количество секунд, пораженных ошибками (ES). Этот параметр является вторым по важности после BER. Если параметр BER определяет средний интегральный уровень качества цифровой передачи в канале, то параметр ES и, в особенности, обратный к нему параметр EFS, определяют долю общего времени, в течении которого канал является свободным от ошибок, т.е. время, в течении которого оператор гарантирует бесперебойную цифровую передачу по каналу. Таким образом, этот параметр является крайне важным для операторов цифровых систем передачи первичной и вторичных сетей. Параметр ES вошел во все основные рекомендации и нормы на параметры цифровых каналов (например, в рекомендации ITU-T G.821, G.826 и М.2100). По отношению к измеряемому параметру - количеству принятых ошибочных битов - параметр ES также, как и параметр BER является вторичным. Метод его подсчета тесно свя- зан с определениями, даваемыми этому параметру в европейской (одобренной ITU-T) и аме- риканской практиках. В европейской практике параметр EFS определяется как все односекундные интервалы времени, не содержащие ошибок в течении интервала измерений. С точки зрения методики подсчета ES это определение означает использование асинхронного метода (рис. 6.7). Асин- хронный метод предусматривает разделение всего времени измерений на интервалы по 1 с и подсчет количества интервалов, в течении которых принималась одна или несколько битовых ошибок. В американской практике измерений получил распространение метод синхронного подсчета ES, согласно которому секундой, пораженной ошибками, называется односекундный интервал, следующий за появлением ошибки. В результате измерение параметра ES синхро- низируется со временем появления ошибок. Как видно из рис.6,9 применение двух описанных методов к реальной ситуации дает различные результаты. Точный анализ показывает, что методы дают близкие результаты только в предположении малого параметра ES и нормальной функции распределения вероят- ности возникновения ошибки. В случае возникновения ошибок в виде пакетов разница в па- раметрах, измеренных разными методами, может достигать 18%. Проведенные рабочими группами ITU-T исследования показали, что большая часть цифровых систем передачи (в особенности радиочастотные системы передачи с различными методами помехозащищенно- го кодирования) при работе дают именно пакетное распределение ошибок. Методы подсчета параметра ES Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Преимуществом асинхронного метода измерения является простота его реализации в конкретных приборах, а метода синхронного подсчета - его инвариантность относительно выбора времени начала измерения, что приводит к следующим важным следствиям: • результаты, измеренные разными приборами одновременно на одном канале, точно сов падают; • результаты, полученные при измерениях в различных частях цифрового канала, точно совпадают при условии, что канал не вносит дополнительных ошибок; • результаты, полученные методом синхронного подсчета, более отражают смысл изме рения ES как общего времени негарантированной цифровой передачи, и могут исполь зоваться операторами для гибкого регулирования тарифной политики и т.д. Таким образом, использование метода синхронного подсчета параметра ES представляет оборудование систем передачи в более выгодном свете, однако результаты таких измерений являются инвариантными ко времени начала теста и учитывают возможное распределение ошибок в виде пакетов. Основным недостатком синхронного метода подсчета параметра ES является вторичное значение другого важного параметра - EFS. Действительно в контексте методологии син- хронного измерения ES параметр EFS невозможно определить явно, а только как производ- ную папаметоа ES. 6.6. Методологияизмеренийбезотключенияканала Для проведения измерений без отключения цифрового канала используются алгоритмы анализа избыточного циклового кода. Алгоритм такого анализа представлен на рис. 6.10. Алгоритм использования избыточного циклового кода Алгоритм использования избыточного циклового кода следующий: информационный поток, передаваемый затем по цифровому каналу, разбивается на несколько блоков данных фиксированного размера. Для каждого блока данных последовательность битов делится на полином заданного вида (в зависимости от типа кода). В результате деления образуется оста- ток, передаваемый вместе с блоком данных в составе цикла (кадра) в канале. Процедура де- ления 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. На приемной стороне делаются аналогичные вычисления остатка от деления, резуль- тат расчета сравнивается с переданной контрольной суммой. Расхождение результатов сви- детельствует о наличии битовой ошибки в блоке. П ри такой методологии блок анализируется в целом. В блоке регистрируется только одна ошибка, остальные ошибки в составе этого блока не локализуются, Кроме того, допустима компенсация ошибок друг другом. Как следствие, параметры BER и CRC ERR при измерени- ях могут не совпадать друг с другом. Точность измерений без отключения канала параметра ошибки эквивалентна измерениям BLER и зависит не от количества переданных битов, а от количества переданных блоков, т.е. точность измерений ниже. Единственным и главным преимуществом методики измерения без отключения канала является возможность измерения на реально работающем канале. Для эксплуатационного мониторинга качества цифровых систем передачи возможность таких измерений очень важ- на, что и обусловило широкое распространение этой методологии измерений. В настоящее время именно такие алгоритмы измерений используются во встроенных системах самодиаг- ностики современных цифровых систем передачи и во вторичных сетях передачи данных. В зависимости от типа цикловой структуры используются различные типы цикловых кодов, некоторые из которых представлены в табл. 6.2. Таблица 6.2. Основныетипыкодов, используемыедляизмеренияпараметраошибкибез отключенияканалов 6.7. Объективацияизмеренныхрезультатов Помимо алгоритма подсчета параметров ошибок в цифровом канале на результаты измерений может оказывать существенное влияние время проведения измерений, причем как длительность этого времени, так и выбор времени проведения тестов по отношению к трафи- ку сети. Проблемы выбора параметров длительности проведения тестов связаны с необходимостью объективации результатов измерений. Действительно, при анализе параметров много- канальной системы передачи, в которой для измерений задействована лишь часть емкости, возникают два основных вопроса: "Действительно ли измеренные параметры соответствуют всей системе передачи или только каналу, в котором проводятся измерения?" и "Будут ли сохраняться результаты измерений постоянными в течении суток?". Предположим, что в течении определенного времени проведения измерения в цифровом канапе зарегистрировано количество N ошибок. Для оценки достоверности измерений обыч- но используется статистическая модель со случайным возникновением ошибок, т.е. рассчи- тывается коэффициент достоверности результата как среднее отклонение от измеренной ве- личины. В табл. 6.3. приведены коэффициенты достоверности для различного количества измеренных ошибок. Коэффициент достоверности позволяет оценить реальный параметр ошибки в предположении наихудшего варианта и широко используется в методологии изме- рений цифровых каналов. Оценка достоверностиизмеренныхрезультатов Например, прианализецифровойсистемыпередачисоскоростью 2048 кбит/сбыло измереновтечении I минуты 200 ошибок, чтосоответствует 1,63 хШ 6 . Статистически среднийуровеньошибокможетбытьсвероятностью 95 % на 12 % выше, аВЕК = 1,83 х Iff 6 . При проведении измерений полученные результаты могут существенно варьироваться по времени суток, что связано с влиянием трафика в системе передачи. Результаты, измерен- ные в часы малой нагрузки сети, сильно отличаются от результатов, измеренных в периоды пиковой нагрузки. Единственным корректным способом объективации результатов является использование методов долговременного анализа в течении суток. Основные рекомендации, связанные с методологией измерения параметров цифрового канала, включают обязательные требования долговременных измерений. При анализе радиочастотных систем передачи, где имеют место сезонные изменения параметров среды передачи, долговременные измерения должны проводиться в течении 30 дней. В реальной практике долговременные измерения выполняются только при приемо- сдаточных испытаниях систем передачи. Для устранения неисправностей и эксплуатацион- ного тестирования обычно выполняются кратковременные измерения, в этом случае для объективации результатов используется метод оценки с использованием коэффициента достоверности. При этом точное значение параметра BER неизвестно, а имеются лишь оценочные значения. |