книги / Техническая эксплуатация систем телекоммуникаций

10

и для контроля работы РРЛ. Например, контроль точности наведения антенны на максимум сигнала можно эффективно осуществить мультиметром.

Измерения цифрового тракта PDH/SDH. Особенностью вообще радиочастотных систем передачи и РРЛ в частности является возможность

всвязи с условиями прохождения сигнала по РЧ-тракту возникновения

вРРЛ джиттера линейного сигнала. Эта особенность появления физического (в противовес алгоритмическому) джиттера в системе передачи должна учитываться при организации измерений. Еще раз подчеркнем, что джиттер в данном случае носит объективно физический смысл и не связан с алгоритмом работы тракта.

По этой причине наиболее важными параметрами измерений в РРЛ являются:

•параметры паспортизации линии по Приказу № 92 о нормах на параметры цифровых каналов и трактов. Эти параметры включают в себя измерения по рек. G.821/G.826/M.2100;

•измерения джиттера линейного сигнала;

•анализ сигналов о неисправностях.

Исходя из перечисленных выше групп РРЛ, можно выделить три класса измерений на РРЛ как системе, формирующей поток первичной сети:

•измерения на РРЛ, формирующих Е1 или n Е1;

•измерения на РРЛ PDH на уровнях Е1, Е2, ЕЗ;

•измерения на РРЛ для SDH (STM-0/STM-1).

Как было показано выше, первый класс РРЛ представляет собой малоканальные РРЛ, предназначенные для решения частных задач организации связи, где нет задач комплексной эксплуатации. Поэтому для измерений в цифровом канале Е1, формируемом данными РРЛ, целесообразно использовать анализатор ИКМ с функцией измерения джиттера.

Аналогично, для измерений на РРЛ PDH, когда трудно ожидать существенного финансирования эксплуатации, предлагается использовать анализатор ИКМ, который также поддерживает измерения джиттера и параметров ошибок, но уже на уровнях Е1, Е2 и ЕЗ.

Измерения в РРЛ SDH распадаются на две задачи: контроль линейного потока STM-0/STM-1 и контроль каналов Е1, синхронно мультиплексированных в систему передачи. В первом случае предлагается использовать анализатор SDH, который обеспечивает все необходимые измерения в системе SDH и дополнительно позволяет измерять джиттер линейного сигнала SDH и всех мультиплексируемых сигналов Е1, Е2, ЕЗ и Е4. Для контроля потоков Е1, входящих в систему передачи, измерения джиттера уже не обязательны, поскольку джиттер на выходе из SDH может появиться только из-за рассинхронизации, а это контролируется на уровне измерений линейного потока. Кроме того, при необходимости джиттер может

11

быть определен прибором. Поэтому для измерений потоков Е1, мультиплексированных в РРЛ, предлагается использовать анализаторы.

К основным приборам предлагается широкий выбор вспомогательных принадлежностей, таких как:

•аттенюаторы;

•мосты;

•адаптеры 50/75 Ом;

•адаптеры под различные типы разъемов.

Эти устройства работают в различных частотных диапазонах и специально разработаны для обеспечения максимальной точности измерений.

Контрольные вопросы

1.Охарактеризуйте виды измерений по структурной схеме радиочастотной системы передачи.

2.Какие характерные особенности имеют измерения в радиорелейных и спутниковых системах передачи.

3.Назовите виды радиорелейных систем передачи и соответствующие им особенности организации измерений.

4.Укажите основные подходы к спектральному контролю радиочастотного ресурса.

5.Охарактеризуйте методы измерения частоты и мощности радиосигнала.

6.Как осуществляются измерения тракта и участков РРЛ.

1

5. МЕТОДОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВЫХ КАНАЛОВ

5.1. Методы анализа параметров цифрового канала связи

В начале необходимо согласовать терминологию, которая будет нами использоваться при рассмотрении указанных вопросов [2]. Под каналом связи будем понимать комплекс технических (аппаратно-программных) средств и физической среды, обеспечивающих передачу сигнала электросвязи в необходимой для рассматриваемого канала полосе частот и с требуемой скоростью. Если в канале информация передается в цифровом виде, такой канал называется цифровым каналом.

Информация в цифровом канале передается в простой двоичной форме (при рассмотрении опустим вопросы линейного кодирования), поэтому цифровой канал еще может называться двоичным или бинарным. Он формируется либо между цифровыми источниками (ЦИ) и приемниками (ЦП) информации, либо между аналоговыми источниками (АИ) и приемниками (АП) информации (с применением аналого-цифрового или цифроаналогового преобразования, например путем ИКМ). На рис. 5.1 показано формирование цифровых каналов.

Рис. 5.1. Организация цифрового канала

В многоканальных системах передачи (МСП), составляющих основу современных сетей связи, для передачи цифровой информации используются различные типы модуляции и многоуровневого кодирования. При этом оконечное оборудование данных (ООД) зачастую использует именно бинарный цифровой канал. Поэтому методики измерений цифрового канала имеют особое значение и составляют основу для измерений параметров каналов. Более того, даже для анализа систем с различными типами модуляции и кодирования используются методики измерений цифрового канала. Поэтому можно указать, что методология измерений параметров бинарного канала применима для измерений любых цифровых каналов.

Основное назначение бинарного канала – это передача цифровой информации в виде последовательности битов, а также более крупных структур (например блоков). Поэтому основные параметры качества такой

2

цифровой передачи связаны с параметром битовых и блоковых ошибок (Bit Error Rate – BER и Block Error Rate – BLER) и их производными. Для изме-

рения указанных параметров качества передачи информации по цифровому каналу необходимо организовывать разные типы измерений.

Выделим два типа измерений бинарного канала – с отключением

ибез отключения канала, которые определяют методику проведения измерений, а также параметры, которые оцениваются в результате проведенных измерений.

Измерения с отключением канала предусматривают, что канал не ис-

пользуется в процессе измерений для передачи реального потока информации. В этом случае в качестве источника и приемника сигнала используются генераторы и анализаторы тестового сигнала. Бинарный сигнал передается генератором в виде тестовой последовательности, которая принимается анализатором на другом конце канала, а затем проводится анализ ошибок

ивычисление качественных параметров канала. Для проведения измерений анализатор должен обеспечить синхронизацию принимаемой тестовой последовательности с эталонной последовательностью, вычисляемой в самом анализаторе. Далее мы рассмотрим виды тестовых последовательностей, а также различные алгоритмы синхронизации тестовой последовательности. Измерения с отключением канала являются единственным методом анализа параметров цифрового канала, которые обеспечивают точность измерения до одной битовой ошибки. Такая высокая точность обеспечивается побитовым сравнением принятой последовательности битов с эталонной последовательностью, которая точно совпадает с принятой последовательностью.

Измерения без отключения канала предусматривают использование специальных алгоритмов анализа параметров канала при передаче реального трафика. Их иногда называют мониторингом канала, поскольку измерения производятся в режиме работающего канала, а анализатор, подключенный параллельно аппаратуре связи, осуществляет пассивное наблюдение за состоянием канала. При данном подходе применяются различные способы встроенного контроля (например вычисление CRC), информация о которых передается вместе с рабочим трафиком в канале. Поскольку в реально работающем канале нет возможности предугадать, какая информация будет принята, поэтому и неприемлем принцип простого сравнения реальной последовательности битов с предсказанной последовательностью. Вследствие этого невозможно локализовать единичную битовую ошибку. Методы измерения без отключения канала основаны на идентификации блока, в котором приняты одна или несколько ошибочных битов. Таким образом, объективная точность измерения ограничена размерами блока, поэтому несколько битовых ошибок в блоке идентифицируются как одна блоковая ошибка. Широкое же распространение данного метода состоит в том, что отсутствует необходимость отключения канала от реального трафика.

3

Из сравнения методов анализа параметров цифрового канала можно сделать вывод об их применимости на различных этапах эксплуатации сетей связи. Метод с отключением канала более предпочтительно применять при паспортизации канала, проводящейся, как правило, на этапе приемосдаточных испытаний, когда канал еще не загружен рабочим трафиком, а также для проверки качества восстановления аппаратуры и трактов передачи после ремонта. Метод без отключения канала является единственно приемлемым вариантом проведения измерений на этапе эксплуатации сети связи в режиме мониторинга ее технического состояния.

Ниже будут рассмотрены основные способы организации измерений, используемые как в методах с отключением канала, так и в методах без отключения канала.

5.2. Основные параметры, измеряемые в двоичном цифровом канале

Перед рассмотрением вопроса о технологии измерений необходимо определить перечень параметров, измеряемых в бинарном цифровом канале, которые отражают качество передачи информации. При описании будем пользоваться определениями и сокращениями, принятыми согласно рекомендациям ITU-T G.821, G.826, М.2100, M.2101.

Все параметры, применяемые для оценки качества цифрового канала, можно условно разделить на две группы: количественные и временные показатели качества.

К количественным показателям качества передачи в цифровом ка-

нале принято относить следующие параметры:

ВВЕ – background block error блок с фоновой ошибкой – блок с ошибками, не являющийся частью SES, применяется при анализе ошибок по блокам. Является важным параметром, вошедшим в рекомендацию

ITU-T G.826.

ЕВ – error block число ошибочных блоков – параметр, используемый при анализе канала и характеризующий наличие блоковых ошибок, является числителем в выражении для расчета BLER. Блоковые ошибки подсчитываются только во время пребывания канала в состоянии готовности.

BER – bit error rate частота битовых ошибок, коэффициент ошибок по битам – основной параметр в системах цифровой передачи, равный отношению числа битовых ошибок к общему числу бит, переданных за время проведения теста по каналу, находящемуся в состоянии готовности. При обнаружении десяти последовательных секундных интервалов, сильно пораженных ошибками (SES), анализатор переключается на подсчет времени неготовности канала. При этом измерение BER прерывается до восстановления работоспособности (готовности) канала. Таким образом, управляемые проскальзывания (SLIP), связанные с потерей одного или нескольких циклов информации, практически не влияют на значение BER.

4

Измерения параметра BER универсальны в том смысле, что не требуют наличия цикловой и сверхцикловой структуры в измеряемом потоке, однако требуют передачи специальной тестовой последовательности и могут быть проведены только в случае полного или частичного отключения цифрового канала от полезной нагрузки.

BLER – block error rate частота блоковых ошибок, коэффициент ошибок по блокам – параметр, равный отношению числа ошибочных блоков данных к общему числу переданных блоков. Под блоком понимается заданное количество битов. Ошибочным блоком считается блок, содержащий хотя бы один ошибочный бит. Обычно значение параметра BLER больше (хуже), чем параметра BER, поскольку количество блоков всегда на несколько порядков меньше количества битов, а ошибки в большинстве своем являются одиночными для блока и реже – пакетирующимися. BLER целесообразно измерять только в тех сетях передачи данных, в которых информация передается блоками фиксированного размера, а параметр BLER является важной характеристикой канала с учетом кадровой (цикловой) структуры передачи.

CRC ERR – CRC errors число ошибок CRC – параметр ошибки, измеренный с использованием циклового избыточного кода (CRC), распространенный параметр определения ошибок реально работающего канала без его отключения и без передачи тестовой последовательности. Необходимым условием измерения параметра CRC является наличие механизма формирования кода в аппаратуре передачи. Встроенные средства самодиагностики современных большей части цифровых систем передачи используют именно этот механизм. Таким образом, при измерении параметра CRC можно не только оценить частоту ошибок, но и проверить работу системы самодиагностики. При использовании CRC часто возникает вопрос о необходимости измерения одновременно с ним и параметра BER. Здесь необходимо учитывать две особенности применения CRC. Во-первых, каждая ошибка CRC не обязательно связана с ошибкой одного бита информации. Несколько битовых ошибок в одном сверхцикле могут дать только одну ошибку CRC для блока. Во-вторых, несколько битовых ошибок могут компенсировать друг друга и не войти в суммарную оценку CRC. Таким образом, при использовании CRC можно говорить не об истинном уровне ошибок в канале, а только об оценке их величины. Тем не менее CRC является удобным методом контроля ошибок при проведении сервисного наблюдения за работающим каналом, когда практически невозможно измерить реальные параметры битовых ошибок.

CRC RATE – CRC errors rate частота ошибок CRC – параметр, ко-

торый показывает среднюю частоту ошибок CRC. По описанным выше причинам он бывает лишь частично коррелирован с параметром BER.

К временным показателям качества передачи в цифровом канале

можно отнести следующие параметры:

5

AS – availability seconds время готовности канала (с) – вторичный параметр, равный разности между общей длительностью теста и временем неготовности канала.

AS (%) – availability seconds относительное время готовности кана-

ла – параметр, характеризующий готовность канала, выраженный в процентах. В отличие от AS, AS (%) является первичным параметром и входит в число основных параметров рекомендации G.821. Его можно интерпретировать как вероятностную меру качества предоставляемого пользователю канала.

EFS – error free seconds время, свободное от ошибок (с) – один из первичных параметров, входящих в рекомендации G.821 и М.2100/М.2101. Отражает время, в течение которого сигнал был правильно синхронизирован, а ошибки отсутствовали, т.е. общее время пребывания канала в состоянии безошибочной работы.

EFS (%) – error free seconds процент времени, свободного от оши-

бок – то же, что и предыдущий параметр, только выраженный в процентах по отношению к общему времени с момента начала тестирования.

ES – errors seconds длительность поражения сигнала ошибками, ко-

личество секунд с ошибками (с) – параметр, который показывает интервал времени поражения всеми видами ошибок в канале, находящемся в состоянии готовности. ES связан с другими параметрами простым соотношени-

ем: AS = ES + EFS.

ES (%) – errors seconds процент поражения сигнала ошибками – па-

раметр связан с EFS (%) соотношением: ES (%) + EFS (%) = AS (%).

DGRM – degraded minutes число минут деградации качества – не-

сколько временных интервалов продолжительностью 1 мин каждый, когда канал находится в состоянии готовности, но с BER ≥ 10–6. Ошибки во время неготовности канала не считаются, а интервалы по 1 мин в состоянии готовности канала, пораженные ошибками несколько раз, суммируются.

DGRM (%) – degraded minutes процент минут деградации каче-

ства – число минут деградации качества, выраженное в процентах по отношению ко времени, прошедшему с момента начала тестирования.

SES – severally errors seconds продолжительность многократного поражения ошибками (с) – интервал времени, измеряемый в секундах, пораженный ошибками несколько раз. В это время частота битовых ошибок составляет BER ≥ 10–3. Подсчет SES производится только во время готовности канала. Из определения видно, что SES – составная часть параметра ES. Вторая интерпретация параметра SES связана с измерениями по блоковым ошибкам, тогда SES определяется как односекундный интервал времени, содержащий более 30 % блоков с ошибками. Можно сказать, что во время подсчета параметра SES качество канала чрезвычайно плохое. Поэтому параметр SES является очень важным и входит в перечень обязательных к измерению параметров ИКМ рекомендаций G.821 и М.2100.

6

SES (%) – severally errors seconds относительная продолжитель-

ность многократного поражения ошибками – тот же параметр, выражен-

ный в процентах.

UAS – unavailability seconds время неготовности канала (с) – время неготовности канала начинает отсчитываться с момента обнаружения 10 последовательных интервалов SES и увеличивается после каждых следующих 10 последовательных интервалов SES. Счет UAS обычно начинается также с момента потери цикловой синхронизации или сигнала. Этот параметр связан со всеми предыдущими параметрами и определяет стабильность работы цифрового канала.

UAS (%) – unavailability seconds относительное время неготовности канала – предыдущий параметр, выраженный в процентах.

LOSS – loss of signal seconds длительность потери сигнала (с) – па-

раметр характеризует интервал времени, в течение которого сигнал был потерян.

Указанные количественные и временные параметры входят во все методологии измерений, построенные на базе рекомендаций ITU-T G.821, G.826, М.2100, M.2101.

5.3. Методы вычисления параметров ошибок в цифровых каналах

Помимо технологии выбора тестовой последовательности и параметров измерений, которые могут значительно влиять на результаты измерений, рассмотрим еще один фактор, существенно влияющий на результаты измерений, – алгоритм подсчета и обработки результатов измерения.

Как уже было показано ранее, основными параметрами при измерении цифрового бинарного канала являются BITS (количество ошибочных битов), BER (параметр ошибки по битам) и ES (количество секунд, пораженных ошибками). Все остальные параметры являются производными этих трех параметров. Выше описывалась методология подсчета количества ошибочных битов и блоков. Рассмотрим теперь методы вычисления параметра BER и параметра ES.

5.3.1. Методы расчета параметра BER

Параметр BER является основным параметром тестирования любых цифровых каналов и систем. Параметр BER связан интегральным соотношением с функцией распределения вероятности возникновения ошибки в цифровом канале. Таким образом, параметр BER является наиболее распространенной статистической характеристикой качественных параметров канала. По отношению к измеряемым величинам этот параметр является вторичным и вычисляется на основании данных о количестве принимаемых ошибок в тестовой последовательности в различные периоды време-

7

ни. Поэтому необходимо говорить о методах расчета параметра BER по данным о количестве ошибок.

Как было показано выше, существует несколько алгоритмов анализа ошибок в принимаемом потоке с ПСП. Рассмотрим теперь, как по данным об ошибках рассчитывается параметр BER. На рис. 5.2 представлены три основных алгоритма такого расчета.

Nош = 156 t

Время окончания измерений

Рис. 5.2. 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 распределения возникающих ошибок. В этом случае относительная погрешность измерений

определяется как: = 1/ N , 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 измерения до точки ERR = 100 и после этой точки. Соответственно различаются два метода подсчета BER, которые и будут рассмотрены ниже.

Первый метод – 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. Одним из вариантов реализации данного метода является вычисление BER точно после

8

приема 100 ошибочных битов. В этом случае время ожидания окончания измерений несколько меньше, при этом точность измерения составляет не более 10 %.

Второй метод – возможность расчета отношения непосредственно после начала измерения без привязки к количеству принятых битовых ошибок. В этом случае для обеспечения точности измерений расчет отношения делается после приема определенного количества битов (на рисунке 106), а точность измерения определяется пороговым значением количества принятых битов. Обычно предполагается, что точность на порядок хуже обратного значения количества принятых битов (в примере рис. 5.2 точность измерения BER = 10–5 сразу после начала расчета отношения). В отличие от первого метода этот метод обеспечивает определенное время начала отображения результата измерений, не связанное с количеством ошибок. С точки зрения алгоритма проведения эксплуатационных измерений по параметру ошибки, многие из которых носят иногда оценочный характер, такая методика подсчета признана наиболее эффективной и получила наибольшее распространение. Отрицательной стороной методики является необходимость учета количества переданных/принятых битов ПСП при анализе результата. Это связано с тем, что отношение вычисляется математически без указания точности измерений в каждый конкретный момент. Например, если прибор показывает BER = 10–12 при общем количестве принятых битов 108, то необходимо констатировать – измерение параметра BER не лучше 10–7, поскольку этим значением ограничена точность измерения. В методе 1 такой ситуации не может возникнуть, поскольку измерение делается заведомо с точностью 10 % и лучше.

Таким образом, наибольшее распространение в современной практике получил метод 2, однако его применение обычно не обеспечивает автоматического учета точности измерений, что необходимо учитывать при проведении эксплуатационных тестов.

5.3.2. Методы расчета параметра ES

Вторым наиболее часто используемым параметром (вторым по важности после BER) при анализе цифровых каналов является параметр количества секунд с ошибками (ES).

Если параметр BER определяет средний интегральный уровень качества цифровой передачи в канале, то параметр ES и, в особенности, обратный к нему параметр EFS определяет долю общего времени, в течение которого канал являлся свободным от ошибок, т.е. время, в течение которого оператор гарантирует бесперебойную цифровую передачу по каналу. Таким образом, этот параметр является крайне важным для операторов цифровых систем передачи, первичной и вторичных сетей. Это его особенное значение обусловило то, что параметр ES вошел во все основные рекомен-