Принципы измерения параметров ошибок.

Измерения параметров ошибок – это самая важная часть практики эксплуатации цифровой системы связи. Коль скоро информация передается в цифровом виде, то единственной мерой качества работы системы связи является параметр ошибки. Эта мера является универсальной в том смысле, что она едина для любых цифровых систем передачи и коммутации. Действительно, вне зависимости от того, какие типы линейного кода используются в системе передачи, на каких принципах построена система коммутации и какие протоколы используются, единой мерой качества цифровой сети является уровень ошибок, который она привносит в передаваемый цифровой поток. По этой причине методы измерения параметра ошибок в цифровых системах связи являются очень важным базовым знанием, без которого понять любые эксплуатационные процессы невозможно. Все технические решения в области эксплуатации направлены на уменьшение параметра ошибок, все измерения соотносятся с параметром ошибок (например, исследуются вопросы о влиянии джиттера на параметр ошибок, кодовых ошибок на параметр ошибок и пр.). Таким образом, измерение параметра ошибок представляет собой ключ к эксплуатационным измерениям.

Общая картина возникновения ошибок иллюстрируется рис. 4.1. Устройство А передает по рабочему каналу устройству В цифровой поток в виде единиц и нулей. Внешние воздействия на канал (шумы, интерференция, сбои в системе связи и т. д.) приводят к нарушению правильной интерпретации принимаемых символов на стороне В. В результате в некоторых случаях вместо 1 устройство В принимает 0 и наоборот.

1010101000010100010 101010011010100010

Ошибки передачи

Внешние воздействия

А

А В

Рис. 4.1. Модель возникновения ошибок в системе передачи.

Ясно, что для того, чтобы измерить параметр ошибок, нужно сравнить принимаемые данные с передаваемыми. Но для этого передаваемая последовательность должна быть известна на приемной стороне, т. е. быть тестовой последовательностью. В этом случае по каналу не может передаваться информация, измерение осуществляется с перерывом связи. В практике измерений в качестве тестовой последовательности, как правило используют псевдослучайные последовательности (ПСП), которые исключают возможности нарушения их синхронизации. Обычно ПСП формируются в виде последовательности полиномиальных коэффициентов, например, и т. д. В этом случае на приемном конце нужно знать лишь правило формирования тестовой последовательности.

Несомненным преимуществом использования тестовой последовательности является высокая точность измерения параметра ошибка. В данном случае последний контролируется с точностью до бита. Такой параметр называется Bit Error Rate (BER) или коэффициент ошибок по битам. Этот параметр представляет собой самый точный метод контроля качества цифровой системы передачи. Основным недостатком использования тестовой последовательности является отключение канала от системы передачи на время измерений – измерение с перерывом связи.

При передаче реального трафика на приемной стороне не может быть точного знания об ожидаемой последовательности. В качестве возможного решения для этого случая был предложен метод, представленный на рис. 4.2. Суть метода состоит в том, что передаваемые данные реального трафика разделяются на блоки данных. Затем перед началом передачи по каналу над каждым блоком совершаются специальные вычисления, результат которых

добавляется к блоку и передается на сторону приемника. На стороне приемника В над блоком производятся аналогичные вычисления, результат которых сравнивается с переданным служебным полем со стороны А. Если результаты вычислений не совпадают, делается вывод о присутствии в блоке данных ошибки. Таким образом, можно проводить измерения на реальном трафике без перерыва связи. Единство методики определяется тем, что контроллеры, производящие вычисления на передающей и приемной стороне, действуют по единым правилам

Внешние воздействия

Ошибки

передачи

Единые правила

Расчета

А Контроллер Контроллер В

ошибка!

Блок данных Расчет служебного поля

Рис. 4.2. Метод измерения параметра ошибки без перерыва связи.

Служебные данные, в которых отражается результат вычисления, обычно передаются в служебных полях цикла передачи, поэтому такой метод применяется в случае, когда цифровой поток структурирован, т. е. имеет цикловую, кадровую или пакетную структуру. Это – основное требование методики. Если поток, передаваемый по системе передачи, неструктурирован, измерение блоковых ошибок невозможно. Поскольку измерения ошибок делаются в блоках данных, параметр ошибок в этом случае обозначается как BLER (Block Error Rate).

Размер блока определяет точность измерения параметра ошибок. Если в методике контроля BER с отключением канала (с перерывом связи) можно контролировать BER с точностью до бита, то в методике контроля параметра ошибок без отключения канала измерение можно проводить с точностью до блока. Можно показать, что точность измерения BLER и BER различаются до размера блока. Например, если размер блока составляет 100 бит, то точность измерения BLER будет меньше точности измерении BER на два порядка. Измерения BLER оказались настолько эффективными, что были использованы в качестве основного метода встроенных систем диагностики ошибок. В частности, как уже отмечалось, контроль систем передачи PDH осуществляется по CRC, а систем передачи SDH – по BIP.

Рассмотрим теперь краткопринципы нормирования и измерения параметров ошибок в цифровых каналах. Прежде всего, следует понимать, что сами по себе параметры BER и BLER не могут быть использованы для нормирования качества в цифровых системах передачи. Объясняется это тем, что оба параметра

являются интегральными. Дело в том, что параметр BER представляет собой частное от деления общего числа ошибок на общее количество переданных битов . Такое определение не учитывает природу возникновения ошибок и структуру их распределения. В то же время от структуры распределения битовых ошибок зависит окончательный вывод о том, качественный или некачественный канал системы передачи мы измеряем.

BER BER

Время Время

BER= BER=

ES=6 ES=6000

SES=6 SES=0

Рис. 4.3. Два варианта распределения сигналов о неисправности

с одинаковым параметром BER.

На рис. 4.3 слева представлен «пакет» ошибок, возникающий обычно вследствие наводок на кабель системы передачи. На этом же рисунке справа показан случай появления случайных ошибок, которые обусловлены самим качеством системы передачи и в большинстве случаев не связаны с какой либо определенной причиной. В обоих случаях параметр BER оказывается достаточно высоким, например BER= . Но охарактеризовать практическое качество системы передачи этот параметр не может. В рассмотренных примерах при одинаковом BER канал слева – это качественный канал, поскольку все возникшие в нем ошибки помещаются внутри интервала времени 6 с., а других ошибок в канале нет. Если мысленно вырезать эти 6 с., то мы получим идеальный канал. Наоборот, при BER= для канала справа мы имеем совершенно неприемлемое качество, т. к. появление одиночных ошибок в нем – слишком частое явление.

Таким образом, видно, что интегральная природа параметра BER (следовательно, и BLER) не позволяет использовать его в качестве корректного параметра нормирования характеристики качества. Для полноты картины нужно знать еще и характеристику распределения ошибок. Чтобы оценить распределение ошибок во времени, было предложено считать отдельно секунды с ошибками (ES) и секунды, пораженные ошибками (SES). Секунды с ошибками – это все секунды, в течение которых были ошибки, а SES – это секунды, в течение которых BER был хуже, чем . Переход от анализа интегрированного параметра BER к дифференцированным значениям этого параметра в течение односекундных интервалов позволяет учесть распределение параметра ошибок.

Например, на рис. 4.3 представлены значения не только параметра BER, но и соответствующие значения параметров ES и SES. По их соотношению можно оценить кучность возникновения ошибок в измеряемом канале, что для целей эксплуатации оказывается достаточным.

Следует отметить, что относительно измерения BER параметры ES, SES, а также другие параметры (AS, UAS и пр.) являются вторичными, т.к. непосредственно измеряется параметр BER в односекундных интервалах. Но именно эти параметры представляют интерес для оценки качества цифрового канала. Результатом применения описанного метода явилась разработка рекомендаций ITU-T G.821, G.825 и M.2100, на основе которых был написан отечественный стандарт по измерениям в цифровых системах передачи – Приказ Минсвязи РФ №92.