Експлуатаційні вимірювання канального рівня
Група вимірів, що відносяться до аналізу параметрів канального рівня систем передачі Е1, є найбільш важливою при експлуатації останніх. Дійсно, канальний рівень є найбільш важливим для систем передачі і взагалі первинної мережі. Саме тому до цієї групи вимірів відноситься велика частина стандартів, що визначають норми каналів первинної мережі.
До групи вимірів канального рівня можна віднести наступні групи вимірів:
вимірювання параметрів бітових помилок;
виміру блокових помилок, у тому числі помилок по СRС, безпосередньо зв'язаний з пас
виміру кодових помилок і їхній вплив на параметри бітових помилок;
аналіз циклової і сверхцикловій структури;
виміру параметрів якості аналогових сигналів, переданих у системі Е1.
Нижче ми розглянемо описані групи вимірів більш докладно. Але колись зупинимося коротко на стандартах, що регламентує норми на параметри помилок у цифрових системах передачі.
Основні стандарти норм на параметри помилок у цифрових системах передачі
Параметр помилки, звичайно називаний ВЕЯ (Віt Еrrоr Rate), являє собою основний параметр виміру цифрових систем передачі і комутації. Складно вказати область сучасних експлуатаційних вимірів, де в тім або іншому ступені не враховувався і не вимірявся цей параметр. Саме тому необхідно приділити окрему увагу нормам і методам вимірів цього параметра, що нашли поширення в сучасній практиці експлуатації.
Оперативні норми більш орієнтовані на рішення задач експлуатації систем передачі і передбачають короткочасні виміри. Довгострокові норми G.821 і G.826 розділяються по швидкостях передачі: 6.821 визначає норми на параметри каналів ОЦК -64 кбит/с, норми на параметри якості цифрових систем передачі зі швидкостями вище 64 кбит/з визначені в 6.826. Для реальної практики необхідно представляти параметри всіх чотирьох стандартів, оскільки в залежності від ситуації може застосовуватися той з них, що дає найбільш ефективний результат.
При розгляді вимірів параметрів помилок у цифрових системах передачі виникає кілька важливих питань, зв'язаних з тим, що вважати помилкою в цифровому каналі, як реєструвати помилки і, нарешті, як нормувати параметри якості цифрових систем передачі. Ряд проблем методології, що виникають при рішенні цих проблем, описані в [3]. Тут же зупинимося на деяких висновках, приведених там же.
По-перше, слід зазначити, що існують два методи вимірів параметрів помилки: вимір параметрів бітової помилки (ВЕЯ) і вимір параметрів блокових помилок (ВLЕ). Вимір параметрів бітових помилок вимагають завантаження в канал тестової послідовності (фіксованої тестової послідовності або псевдослучайної - ПСП, РЯВ5) і порівняння послідовності на вході з послідовністю на виході цифрового каналу (синхронізація по тестовій послідовності). У результаті вимірів виходить значення ВІР. Таким чином, вимір ВЕЯ завжди робиться з відключенням цифрового каналу від системи передачі. Методи виміру блокових помилок зв'язані з використанням блоків даних. Одиничною помилкою тут є одна або кілька помилок у складі блоку, таким чином, значення ВЕЯ і ВLЕ можуть не збігатися. Виміру блокових помилок можливі в режимі без відключення каналу у випадку використання різних механізмів застосування циклового надлишкового коду (СRС) і т.п.
По-друге, при вимірах параметрів помилки розділяються два типи параметрів: основні параметри помилок і похідні параметри. Основні параметри безпосередньо зв'язані з фіксуванням помилок і кількістю переданої інформації (кількість переданих битів або блоків, кількість помилкових битів або блоків, ВЕ, ВLЕ). Інші параметри помилок є похідними, тобто вони виводяться з основних по визначених алгоритмах. До них відносяться параметри: секунд із помилками, секунд, уражених помилками, хвилин деградації якості, секунд неготовності каналу і т.д. Похідні параметри не виміряються безпосередньо, а обчислюються в процесі вимірів по основних параметрах.
По-третє, норми параметрів якості цифрових систем передачі, визначені перерахованими вище стандартами, містять у собі в першу чергу перелік і значення похідних параметрів. Основні параметри не нормуються звичайно як параметри якості. Проте саме вони є найбільш важливими при організації вимірів. Унаслідок цієї ситуації з'явилося два підходи до вимірів параметрів помилки в цифрових системах передачі й описання технології вимірів. Один складається в аналізі результатів вимірів на предмет відповідності або невідповідності нормам, визначеним стандартами. Цей підхід є стандартним для вимірів, зв'язаних зі здачею в експлуатацію каналів цифрових систем передачі, висновку їх з експлуатації, приймально-здавальних іспитів після ремонту і т.д. Для його реалізації фахівцеві необхідно взяти стандарт, зробити розрахунок параметрів якості конкретної системи передачі або тракту, зробити виміру і відобразити результати в спеціальному документі. Більш широким є підхід, зв'язаний з аналізом не тільки параметрів стандартів, але й інших параметрів, у першу чергу, основних параметрів помилок і їхніх розподілів. На підставі результатів таких вимірів робляться важливі висновки про причини виникнення помилок і методах їхнього усунення. Такий підхід дозволяє не тільки одержати результат, необхідний для експлуатації, але і більш глибоко проаналізувати процеси, що відбуваються в цифрових системах передачі. Сучасні прилади підтримують як перший, так і другий підхід.
У цьому випадку опис вимірювальної технології не буде включати дублювання норм відповідних стандартів, читач може них знайти у відповідних посиланнях. При описі стандартів нас буде цікавити тільки набір параметрів і їхній прикладний зміст, а також їхнє використання для пошуку несправностей. Іншими словами, метою дійсної роботи є не копіювання стандарту, а опис, що означає технологія "виміру параметра помилки по G.821" і т.п., які параметри в цьому випадку виміряються, і як вони можуть використовуватися для практики експлуатаційних вимірів.
Рис. 7. Схема вимірів параметрів каналів цифрової системи передачі типу "точка-крапка"
Найбільш простим способом вимірів є вимір за схемою "точка-крапка" (рис.7.). Для виміру необхідні два аналізатори потоку Е1, включені за схемою з відключенням каналу, один як генератор тестової послідовності, іншої - аналізатора параметрів цифрового каналу. Генератор тестової послідовності посилає в мережу по заданому каналі потік Е1, цей потік проходить через первинну мережу і приходить на аналізатор-приймач. Синхронізація тестової послідовності забезпечує проведення вимірів фізичного і канального рівнів. Для тестування може використовуватися весь потік Е1. На рис.7 представлені результати вимірів параметрів помилки по G.821 аналізатором VICTOR (екран ліворуч). У приведеному прикладі виміряються параметри ЕS, SES, DМ, US, АS, АТ, ЕТ. Крім вимірів параметрів помилки, у процесі тестування цифрових каналів актуальне проведення стресового тестування, параметри якого представлені на екрані праворуч. При проведенні вимірів канального рівня істотні наступні варіанти стресового впливу:
внесення бітової (ЕВІТ) або кодової (ЕСО) помилок;
імітація прослизань у цифровій системі передачі (більш докладніше ми будемо рас сматривать ці питання в главі про системи синхронізації): +SLP і -SLP;
імітація сигналів про несправності (LSS);
імітація несправностей у лінійному сигналі - генерація довгих послідовностей нулів (АLL0) або одиниць (АLL1).
У процесі стресового тестування аналізується реакція системи передачі на вплив, що робиться:
стабільність і швидкість відновлення цикловий і сверхциклової синхронізації;
виникнення в цифровій системі передачі помилок СRС і генерація сигналів про неисправ ности;
реакція убудованих засобів самодіагностики (сенсорів) на имитируемые ситуації в системі передачі, фіксування несправностей системою керування первинної мережі.
Істотним недоліком описаної схеми є необхідність використання у вимірі двох аналізаторів.
Рис.8
ЕМUХ
Вимір параметрів кодових помилок. Зв'язок кодових і бітових помилок
Кодовими помилками або помилками кодування називаються будь-які порушення правил
Рис.13
Рис.14
Слід зазначити, що кодові помилки являють собою незалежний стосовно бітових помилок параметр. Дійсно, кодова помилка в різних випадках може привести до одній або декільком бітовим помилкам, а може і не привести до появи бітової помилки. Так, на рис. 13 показаний приклад виникнення декількох бітових помилок через однієї кодову. Як показано на малюнку, при поширенні лінійного сигналу з кодом НDВЗ по каналі виникає кодова помилка, що при декодуванні приводить до двох бітових помилок. У реальній практиці кодові помилки виміряються нарівні з бітовими. У ряді випадків зіставлення результатів вимірів дає можливість визначити причину виникнення бітових помилок, розділивши статистичні бітові помилки, що з'являються в процесі поширення сигналу по каналі, і помилки, зв'язані з порушеннями правил лінійного кодування. Такий поділ ефективно для пошуку причини погіршення якості в системах передачі.
Основною перевагою аналізу кодових помилок є те, що для таких вимірів прилад не потрібно набудовувати на конкретний тип циклової структури і переданих даних. У результаті прилади, що забезпечують аналіз кодових помилок, досить прості. Другою перевагою є можливість проведення вимірів кодових помилок без відключення каналу, у режимі пасивного моніторингу (рис.14).
У той же час необхідно відзначити, що в ряді приладів аналіз кодових помилок не реалізований. Дійсно, виникнення кодових помилок зв'язано або з порушеннями в роботі кодера лінійного сигналу, або з порушеннями на фізичному рівні (як у прикладі рис.16). Порушення роботи кодера в реальній практиці зустрічається рідко, а порушення на фізичному рівні можуть бути ідентифіковані іншими методами, наприклад, у процесі вимірів рівня сигналу і частоти, поява сигналів про несправності типу АІ, поява секунд неготовності каналу UAS при проведенні вимірів параметрів помилки і т.д. У результаті сформувалася думка, що аналіз кодових помилок є додатковим до аналізу параметрів помилок, сигналів про несправності і вимірам параметрів фізичного рівня. Проте, за перерахованими вище причинами додаткова інформація про кодові помилки може бути дуже корисної в процесі експлуатації.
Як приклад на рис.15 показаний екран результатів вимірів кодових помилок аналізатора \/ІСТО. На екрані показана кількість кодових помилок ЕСО = 0 і загальна кількість переданих битов ВITS=2,878х107. Параметри ЕРА (помилка парності при передачі даних) і ЕFRА (помилка асинхронної передачі даних по V24) у даному випадку є неактивними.
Аналіз циклової і зверхциклової структури
Ще одною важливою групою вимірів канального рівня є виміри, зв'язані з аналізом циклової і зверхциклової структур, куди входить аналіз структур FAS і МFА, а також аналіз помилок по СRС, який відноситься до вимірів параметра помилки (див. вище). Значення циклової і зверхциклової структур у технології РDН/Е1 дуже велике. Будь-які порушення цих структур можуть привести до збою циклової і зверхциклової синхронізації. У результаті такого збою не виникають бітові помилки, однак приймач, утративши циклову структуру, втрачає інформацію трафика. Так, утрата циклової синхронізації приводить у сучасних системах до втрати до трьох циклів інформації трафіка. Утрата зверхцикловій синхронізації може привести до втрати декількох зверхциклів інформації трафика, що являє собою досить великий обсяг. Як приклад, можна сказати, що при утраті зверхцикловій структури в потоці ИКМ-30, використовуваному для міжстанційного обміну в телефонній мережі, усі з'єднання (а їх одночасно може бути до 30) звичайно руйнуються.
Таким чином, будь-які порушення циклової і зверхцикловій структури істотно позначаються на параметрах якості цифрової системи передачі. Разом з тим необхідно відзначити, що аналіз циклової і зверхцикловій структур має сенс тільки як доповнення до вимірів параметрів помилки. Дійсно, збої в цикловий і зрхцикловій структурах можуть виникати до трьом причинам:
бітова помилка (наприклад, статистична) попадає на ТSО або ТS16, у результаті йде збій циклової (зверхцикловій) синхронізації;
несправність у роботі каналообразуючого устаткування;
некоректна реалізація алгоритмів формування РАЗ і МFА.
З перерахованих причин виникнення збою тільки остання вимагає експлуатаційного аналізу FAS і МFА. Однак, з огляду на рівень розвитку технології РDН, слід зазначити, що ця причина є малоймовірною. Дві перші причини виникнення збою в FAS і МFА не вимагають детального аналізу цикловий і зверхцикловій структури. У випадку виникнення одиничної бітової помилки в ТSО або ТS16, алгоритми підтримки цикловий і зверхцикловій синхронізації, реалізовані в устаткуванні, дозволять зберегти синхронізацію і не приведуть до появи секунд неготовності каналу. Поява бітової помилки в ТSО або ТS16 у плині декількох послідовних циклів (зверхциклів) малоймовірно за винятком випадків, коли загальний параметр помилок наближається до порога ВІР=10-3, що вже означає неготовність каналу.
У випадку появи несправності в роботі каналообразуючого устаткування, цю несправність легко знайти без детального аналізу циклової структури. Такий збій повинний привести до збільшення параметра UAS у процесі тесту по параметрах помилки, а також регулярній появі сигналів про несправності типу LOS, LOF і АІ.
Таким чином, аналіз циклової і зверхцикловій структур являє собою групу додаткових до виміру параметра помилки вимірів канального рівня. Додатковий характер цих вимірів відбився в тім, що в більшості приладів аналіз FAS і MFAS робиться тільки на рівні індикації появи помилки цикловий і зверхцикловій структур. У цьому випадку з появою такої помилки, аналізатор генерує на екрані відповідний сигнал про несправності. Характер порушення цикловий і зверхцикловій структур виявляється недоступним для вивчення. Згідно табл. 2.3, до сигналів про несправності FAS і МFА відносяться кілька сигналів: LOF, САS-LОМ, СRС-LОМ, МАІ і МRАІ. Усі перераховані сигнали можуть нести корисну інформацію про порушення в цикловий і зверхцикловій структурах сигналів. Перераховані сигнали про несправності можуть як використовуватися в системі самодіагностики і керування в системі передачі, так і генеруватися аналізаторами Е1 у випадку виникнення помилки.
Останньою групою вимірів канального рівня в системах передачі Е1 є аналіз параметрів якості передачі аналогових сигналів. Ця категорія вимірів первинної мережі характерна тільки для систем передачі Е1, оскільки тільки в потоці Е1 здійснюється пряме мультиплексирование аналогових сигналів (каналів ТЧ). При експлуатації систем передачі Е1 виникає задача оцінки якості наданих ними аналогових каналів. Мова йде саме про оцінку, оскільки повний аналіз аналогового каналу передбачає тестування по специфікації вимірів каналів ТЧ і для експлуатації цифрової первинної мережі навряд чи виправданий.
Для проведення вимірів по оцінці якості аналогових сигналів використовується методологія тонального тестування усередині потоку Е1. Для цього аналізатор Е1 у цифровому виді передає одночастотний сигнал в одному з канальних інтервалів. Також для аналізу може використовуватися сторонній генератор одночастотного аналогового сигналу, що підключається безпосередньо до входу мультиплексора ИКМ-30. Другий аналізатор відновлює одночастотний сигнал і аналізує параметри якості передачі аналогового сигналу. До таких параметрів мо-гут відноситися: частота переданого одночастотного сигналу; рівень одночастотного сигналу; рівень шумів у переданому сигналі, вимірюваний із широкополосным або софометричеким фільтром; відношення сигнал/шум на заданій частоті. Вимір останніх двох параметрів реалізовано не у всіх вимірювальних приладах. Це цілком припустимо, оскільки вся приведена тут група вимірів є додатковою. Як приклад одержуваного в процесі вимірів результату представлене відповідне екранне меню аналізатора VICTOR. Як видно, на екрані вказується номер канального інтервалу (ТS), номер каналу (Сhаnnеl) у системі ИКМ-30 (нагадаємо, що в системі ИКМ-30 ТS16 приділяється під сверхцикловую структуру, у такий спосіб 16-й розмовний канал відповідає не Т516, а Т317). Як основні результати на екрані представлені: значення частоти тестового сигналу (Frequenc.=1020 Гц, що відповідає найбільше часто используемому сигналові - див. [1]); рівень тестового сигналу в dBm0 (-0,31); додаткові параметри кодування по А-законі відповідно до ITU-Т G.711 - максімальный піковий код, мінімальний піковий код і середнє значення коду при компандировании аналогового сигналу; оскільки сигнал у даному випадку симетричний і компандирование здійснюється без порушень, то значення середнього оду Аverage Соdе = 0.
Рис. 17. Схема аналізу параметрів аналогового сигналу, переданого в потоці Е1
Найбільш важливим параметром оцінки якості передачі аналогового сигналу в потоці Е1 є рівень тестового сигналу. Знаючи рівень сигналу, який генерірується й обмірюваний рівень, можна вимірити рівень загасання аналогового сигналу при його передачі по Е1. У відсутності тестового сигналу вимір рівня дасть оцінку рівня шумів в аналоговому сигналі. Знаючи рівень прийнятого сигналу і рівень шумів, можна також оцінити відношення сигнал/шум переданого аналогового сигналу.
Параметр частоти тестового сигналу використовується для оцінки внесеного системою Е1 частотного перекручування в аналоговий сигнал. У випадку порушень кодування і мультиплексирования частота тестового сигналу може змінитися. Коливання прийнятої частоти тестового сигналу означають, що система Е1 вносить частотну нестабільність в аналоговий сигнал, що також є наслідком несправності.
Нарешті, для аналізу коректності процесів мультиплексирования аналогових сигналів можуть використовуватися перераховані вище параметри по G.711, однак вони, хоча і можуть бути корисні для діагностики мул