Роль измерительной техники в практике отечественной связи

системы радиоконтроля национального значения, выполненные по стандартам Международного Союза Электросвязи (ITU),

системы радиоконтроля местного значения (область, регион), совместимые с национальными системами контроля, однако охватывающие меньший район,

локальные системы радиоконтроля для анализа электромагнитной обстановки на локальной площадке (например, на месте установки ретранслятора или приемопередающей станции).

Системы радиоконтроля областного и местного значения. Cистемы областного и местного значения используются областной администрацией и крупными операторами сетей радиосвязи для контроля и оптимизации использования различных участков спектра.

Системы радиоконтроля областного и местного значения обычно строятся по принципу радиальной топологии с центром обработки данных и связанными с ним стационарными и мобильными точками мониторинга спектра. Привязка к географическим координатам в точках мониторинга осуществляется навигационными спутниковыми средствами.

Системы радиоконтроля локального назначения. Системы контроля электромагнитной обстановки (ЭМО) локального значения представляют собой прибор (обычно анализатор спектра с необходимым набором антенн) для определения параметров радиоэфира при размещении источника радиосигнала. Такие системы используются обычно для анализа базовых станций систем радиосвязи перед установкой, радиорелейных станций, наземных станций спутниковой связи и т.д.

Основными задачами локального анализа ЭМО являются:

определение соответствия выделенного радиочастотного ресурса заданным техническим условиям (отсутствие в выделенном ресурсе нелицензированных источников сигнала);

оптимизация размещения источника радиосигнала на заданном участке;

локализация возможных помех и источников интерференции сигнала, которые могут привести к деградации качества радиосвязи.

Основу локальных систем радиоконтроля составляют анализаторы спектра. Различают системы стационарного и портативного исполнения, которые ориентируются на применение высокоточных или портативных анализаторов спектра соответственно. Высокоточные анализаторы спектра используются для проведения измерений ЭМО при размещении узловых станций систем радиосвязи или аппаратуры передачи (наземные станции спутниковой связи и радиорелейные станции). Портативные анализаторы спектра применяются при настройке антенн абонентских терминалов систем спутниковой связи и систем радиосвязи, а также для индикации и грубой локализации источников помех и интерференции.

6.3 Измерение характеристик ретрансляторов

После анализа характеристик радиоэфира является анализ характеристик ретрансляторов или активных устройств, передающих сигнал. От работы ретранслятора напрямую зависят параметры радиочастотных трактов и, следовательно, выходные параметры каналов первичной сети. Поэтому анализ параметров работы ретрансляторов является важным этапом при проведении комплексных измерений.

В радиорелейных линиях передачи ретрансляторами являются приемопередающие и регенераторные станции радиорелейной связи (они так и называются - ретрансляторы (РТР)), в системах спутниковой связи в роли ретранслятора выступает спутник связи. Анализ параметров ретранслятора как активного устройства радиочастотных трактов во многом сходен с анализом усилителя СВЧ, поскольку именно усилитель является основным элементом ретранслятора.

Основными группами измерений являются измерения амплитудно-частотной характеристики ретранслятора, характеристик усиления, фазово-частотной характеристики и измерения шумов.

Измерения АЧХ ретранслятора. АЧХ ретрансляторов определяет параметры линейности характеристик усилителей ретранслятора по частоте. Эти параметры определяют работу ретранслятора в заданном диапазоне и его частотный ресурс. Измерения АЧХ ретрансляторов выполняется анализаторами спектра в паре с генератором. До последнего времени для этой цели также использовались селективные измерители мощности (селективные вольтметры), однако в последнее время общей тенденцией в измерительной технике является переход к использованию анализаторов спектра в качестве приемника.

Рис. 6.2. Измерение АЧХ ретранслятора

Измерения характеристик усиления ретрансляторов. Характеристики усиления измеряются, как правило, анализаторами спектра или селективными измерителями мощности в паре с генераторами и представляют собой зависимости уровня выходного сигнала от сигнала на входе. Эти характеристики определяют параметры нелинейности радиочастотных трактов. Нелинейность радиочастотных трактов является важным параметром, поскольку приводит к ряду нежелательных эффектов в системах радиосвязи таким, как:

возникновение комбинационных помех;

возникновение паразитной модуляции сигнала;

снижение выходной мощности при работе в режиме многостанционного доступа с частотным разделением (МДЧР) в спутниковых системах;

На практике для оценки эффектов нелинейности усилительных трактов производят измерения характеристики усиления на первой гармонике, реже на первой и третьей, а затем расчетными методами выстраивают передаточную характеристику усилительного тракта ретранслятора.

Оценка параметров нелинейности ретрансляторов является важной и интересной задачей математического моделирования, опирающегося на данные измерений. Это моделирование помогает прогнозировать различные процессы, происходящие в радиотракте, что особенно важно для спутниковых систем связи, где один и тот же ретранслятор используется большим количеством наземных станций.

В практике эксплуатации комплексное моделирование ретранслятора обычно не делается, однако данные о характеристике усиления используются для анализа уровня интермодуляционных искажений и для выбора допустимого уровня мощности передачи. Характеристика усиления определяет диапазон линейности ретранслятора или его энергетический ресурс.

6.4 Измерения основных характеристик радиочастотного тракта

Основные параметры для измерений участков радиочастотного тракта. За уровнем измерений ретрансляторов идет уровень измерений радиочастотных трактов, к которым относятся тракты радиорелейных линий и тракты спутниковых систем связи.

Существенно различаются методики измерений параметров участков радиочастотного тракта и комплексные измерения радиочастотных трактов, которые выполняются вместе с измерениями канального уровня систем передачи (измерения по параметру ошибки - BER).

Рис. 6.3. Схема типичного радиочастотного тракта передачи и факторов, влияющих на параметры тракта

На рисунке также показаны основные факторы, влияющие на параметры радиочастотного тракта и на результирующий параметр радиочастотных систем передачи - увеличение параметра ошибки (BER). Рассматривая эти параметры, можно выделить соответствующие им группы измерений участков радиочастотного тракта:

- контроль возможных нарушений работы модемов - приводит к необходимости измерений параметров модуляции;

- учет возможной нелинейности в усилительных элементах - приводит к необходимости контроля усилителей и измерения характеристики усиления этих элементов;

определение вероятности межсимвольной интерференции - требует тщательного анализа фильтров ПЧ и РЧ;

6.5 Комплексные измерения радиочастотных трактов

Все измерения устройств радиочастотного тракта производятся для того, чтобы добиться наименьшего параметра ошибки в системе передачи. Основным параметром цифровых систем передачи, использующих радиочастотный тракт, является параметр ошибки BER. Поэтому окончательные параметры радиочастотной системы передачи всегда выполняются в виде функций зависимости от BER. Так, например, зависимость BER от отношения сигнал/шум в радиочастотной системе передачи является практически наиболее важным параметром системы передачи, учитывающим вклады всех устройств в составе тракта. Поскольку обычно каждое из устройств в составе радиочастотного тракта вносит вклад в общий параметр ошибки, комплексные измерения радиочастотных трактов производятся после пошаговых измерений устройств в составе тракта или с учетом известных параметров этих устройств

Анализ работы эквалайзеров. Измерения параметров устойчивости к линейному затуханию и затуханию, связанному с многолучевым прохождением сигнала. Особенность радиочастотных систем передачи по сравнению с кабельными системами состоит в том, что, используя в качестве среды передачи сигналов радиоэфир, эти системы не имеют точных характеристик среды передачи сигнала. В то время как характеристики металлического или оптического кабелей со временем меняются незначительно, параметры радиоэфира меняются постоянно, в результате даже описать полностью условия распространения сигнала по радиоканалу можно только статистическими методами. В практике разработки современных радиочастотных систем передачи получили широкое распространение различные устройства и методы выравнивания и автоподстройки сигнала в зависимости от изменений условий его распространения по радиочастотному тракту. Эти устройства получили название эквалайзеров.

В практике современных радиочастотных систем передачи встречаются два основных вида затухания, связанного с факторами распространения сигнала по радиочастотному тракту: линейное затухание и затухание, связанное с многолучевым прохождением сигнала.

Линейное затухание представляет собой равномерное уменьшение амплитуды сигнала, не зависящее от его частоты. Уменьшение сигнала приводит к уменьшению отношения сигнал/шум и, как следствие, к увеличению параметра ошибки в цифровой системе передачи. Линейное затухание обычно обусловлено природными факторами распространения радиочастотного сигнала, такими как дождь и снег, и проявляется обычно на высоких частотах. Для компенсации линейного затухания используют эквалайзеры в составе передатчика/приемника. Работу эквалайзера, компенсирующего линейное затухание, можно измерить, используя перестраиваемые аттенюаторы согласно схеме, представленной на рис. 6.4.



Рис. 6.5. Использование дополнительного источника шумов для анализа работы эквалайзера

В современных методиках имитации линейного затухания в радиочастотном тракте наметилась тенденция от использования перестраиваемых аттенюаторов к использованию дополнительных источников шума или интерференции, вызывающих уменьшение отношения сигнал/шум и тем самым обеспечивающих анализ работы эквалайзеров и стрессовое тестирование системы передачи..

Реализация методики с использованием дополнительного источника шума требует наличия высокоточного источника гауссова или белого шума.

Затухание, связанное с многолучевым прохождением сигнала, относится только к радиорелейным системам передачи. Явление многолучевого прохождения сигнала представлено на рис. 6.7. В радиорелейной системе передачи помимо основного (прямого луча) возникают еще два вторичных. Один луч возникает вследствие переменного коэффициента рефракции в атмосфере, обычно в условиях высокой температуры, как правило, летом. В результате интерференции вторичного луча рефракции и основного луча возникает затухание, зависящее от частоты. Другой вторичный луч возникает вследствие отражения сигнала от поверхности земли. Такое отражение становится возможным из-за широкой диаграммы направленности антенны передатчика. В результате интерференции с основным лучом возникает устойчивая картина биений, и, как следствие, затухание.

вторичный луч (рефракция)

Явление многолучевого прохождения существенно зависит от длины участка приемо-передачи. Так, например, при проектировании РРЛ с большими участками приемо-передачи обычно используют частотный диапазон ниже 15 ГГц, в то время как для более высокого диапазона обычно проектируют участки передачи-приема малой длины. Таким образом, уменьшается влияние многолучевого прохождения сигнала и линейного затухания, связанного с изменением погодных условий.

7. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗМЕРЕНИЙ НА ЦИФРОВОЙ ПЕРВИЧНОЙ СЕТИ PDH/SDH

7.1 Cтруктура первичной сети, построенной на основе PDH/SDH. Общие тенденции в измерительных технологиях PDH/SDH

Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии, каналов стандартной пропускной способности (табл. 7.1, 7.2), регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию каналов первичной сети.

В соответствии с рекомендациями ITU-T G.703 и G.707 первичная сеть на основе PDH и SDH создает типовые каналы и тракты, описанные в табл. 7.1. и 7.2 соответственно. Таблица 7.2. Скорости системы SDH

Таблица 7.1. Скорости передачи передачи системы PDH

Уровень PDH	Скорость передачи, кбит/с
Е1	2 048
Е2	8 448
ЕЗ	34 368
Е4	139 264

Уровень SDH	Скорость передачи, Мбит/с
STM-1	155.520
STM-4	622.080
STM-8	1 244.160
STM-12	1 866.240
STM-16	2 487.320

Основным отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования. Система PDH использует принцип асинхронного мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс восстановления исходных каналов. Например, во вторичных сетях цифровой телефонии наибольшее распространение имеет использование потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала провести пошаговое мультиплексирование Е1-Е2-ЕЗ, а затем - пошаговое демультиплексирование ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения канала Е1.

В системе SDH производится синхронное мультиплексирование/ демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH, усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, измерительная технология SDH намного сложнее измерительной технологии PDH.

Следует также отметить, что SDH дает возможность прямого доступа к каналу 2048 кбит/с за счет процедуры ввода/вывода потока Е1 из трактов всех уровней иерархии SDH. Канал Е1 является основным, используемым в системах цифровой телефонии и ISDN, вследствие чего операторы сетей SDH практически не заинтересованы в проведении измерений на всех уровнях иерархии PDH.

7.2 Измерительные технологии PDH. Анализ потока Е1

Особенности измерений Е1. Поток Е1 - первичный канал иерархии PDH - основной, используемый во вторичных сетях телефонии, передачи данных и ISDN. По сравнению с остальными каналами иерархии PDH этот канал имеет несколько особенностей, связанных с его использованием, а именно сверхцикловую структуру и канал сигнализации, используемый во вторичных сетях цифровой телефонии и ISDN.

Все измерения потока Е1 делятся на два больших класса: измерения компонентов системы передачи и эксплуатационные измерения, относящиеся к сети в целом. Система передачи Е1 состоит из нескольких сетевых элементов. Для целей эксплуатации наибольшее значение из всех представляют мультиплексоры и регенераторы. Работа коммутаторов обычно при эксплуатации систем Е1 не анализируется. Таким образом, измерения, связанные санализом компонентов цифровой системы передачи, включают две группы измерений: анализ работы мультиплексоров и анализ работы регенераторов. Обе группы представляют собой функциональные измерения, которые проводятся с отключением устройства сети, поэтому условно их можно отнести к предынсталяционным измерениям.

Рис 7.1. Общая концепция организации измерений систем передачи Е1

Описание структуры потока Е1, которая в отечественных источниках получила название ИКМ-30, а также требований и параметров для измерений, изложено в следующих международных стандартах МСЭ:

МСЭ G.703 Физические/электрические характеристики интерфейсов

МСЭ G.704 Структура синхронных циклов

МСЭ G.706 Цикловая структура (FAS) и контрольная сумма (CRC)

МСЭ G.821 Параметры на ошибки в международных каналах связи

МСЭ М.550/М.2100 Сервисные нормы на международные каналы связи.

Основные группы измерений (физического, канального и сетевого уровня модели OSI) потока Е1 представлены в табл. 7.3.

Таблица 7.3. Основные группы измерений потока Е1

Уровень	Измерения
Физический	1. Измерения параметров интерфейса МСЭ G.703 (импеданс, напряжение и т.д.) 2. Измерение соответствия формы сигнала требованиям МСЭ G.703 3. Определение типа линейного кодирования и измерения правильности линейного кодирования (кодовые ошибки) 4. Измерения частоты сигнала и ее вариаций (джиттера и вандера)
Канальный	5. Измерения параметров ошибки согласно МСЭ G.821 6. Анализ цикловой и сверхцикловой структуры Е1 7. Анализ контрольных сумм (CRC-4) 8. Измерения параметров синхронизации, анализ "проскальзываний" согласно МСЭ G.826 9. Эксплуатационный анализ согласно МСЭ М.2100
Сетевой	10. Анализ по битам Е.

Измерения физического уровня Е1 обеспечивают полный анализ физического интерфейса первичного канала Е1 согласно рекомендации МСЭ G.703. Эта рекомендация определяет весь комплекс параметров физического уровня каналов PDH, включая:

скорость и частоту передачи данных,

тип и алгоритм линейного кодирования,

допустимую форму цифрового сигнала,

тип используемой кабельной пары, нагрузочный импеданс,

параметры цифрового импульса (номинальное пиковое напряжение импульса и в отсутствии импульса, ширина импульса, отношение амплитуд положительного и отрицательного импульса, отношение по ширине положительного и отрицательного импульса),

допустимый уровень фазового дрожания сигнала (джиттер и вандер).

Все перечисленные параметры должны измеряться на всех этапах развития сети: развертывание, отладка, эксплуатация и модернизация.

Значение измерений физического уровня для измерений на первичной сети очень велико. Технология PDH довольно совершенная, поэтому современное линейное оборудование обычно не дает сбоев кодовых ошибок или нарушений цикловой структуры Е1. В то же время нарушения работы физического уровня наиболее часты, поскольку связаны с число эксплуатационными причинами (плохое качество соединений, нарушения в кабельной системе, использование неподходящих кабелей, неправильное проектирование систем синхронизации и т.д.)

Кроме того, измерения физического уровня Е1 обеспечивают косвенную оценку с одной стороны качества кабельных линий без проведения полного анализа кабельного хозяйства, с другой стороны - качества работы системы синхронизации (частотные измерения) и цифровой первичной сети в целом (измерения джиггера). Так, например, нет необходимости исследовать параметр ошибки, если форма импульса показывает высокую реактивную составляющую в канале. Вероятнее всего это связано с повреждениями в кабеле, а параметр ошибки (BER) в этом случае может быть далеко не в норме. С другой стороны, рассинхронизация по частоте приемника и передатчика дадут постоянные проскальзывания и последовательности ошибок, выяснить причину которых невозможно без проведения частотных измерений.

Общие измерения по G.821 (анализ по параметрам ошибки):

параметры наличия сигнала, готовности канала и его неготовности;

число и частота возникновения битовых и кодовых ошибок;

число и частота возникновения блоковых ошибок и ошибок CRC;

число нарушений цикловой и сверхцикловой структуры;

процент секунд, пораженных ошибками, секунд, несколько раз пораженных ошибками и минут деградации качества связи.

Общие измерения по G.826 (анализ по параметрам синхронизации):

частота принимаемого сигнала, максимальная и минимальная частоты;

уровень битовых проскальзываний, частота битовых проскальзываний;

уровень фазового дрожания сигнала, джиггера (частоты или периода фазового дрожания с частотой выше 10 Гц}л вандера (частоты или периода низкочастотного фазового дрожания ниже 10 Гц);

число секунд потери синхронизации и процент секунд потери синхронизации.

Измерения по М.2100/550 (эксплуатационные параметры канала):

параметры наличия сигнала, готовности канала и его неготовности;

процент секунд, пораженных ошибками, секунд, несколько раз пораженных ошибками, и минут деградации качества связи.

Неструктурированный поток Е1 используется в сетях передачи данных и не имеет цикловой структуры, т.е. разделения на каналы (обычно это мультиплексирование каналов ОЦК - 64 кбит/с). - Измерения неструктурированного потока не требуют анализа цикловой структуры. Как правило, в этом случае анализ потока Е1 сводится к измерениям физического уровня и оценке параметра ошибки (BER).

Поток Е1 с цикловой структурой имеет разделение на 32 канала ОЦК по 64 кбит/с в форме разделения на канальные интервалы (Time Slot - TS) от 0 до 31. При этом нулевой канальный интервал отводится под передачу сигнала цикловой синхронизации FAS (Frame Alignment Signal). В отечественной терминологии этот вариант цикловой структуры получил название ИКМ-31. Он используется в ряде систем передачи данных, а также в некоторых приложения ISDN и B-ISDN.

Измерения канального уровня Е1 проводятся для определения соответствия измеряемого канала Е1 нормам рекомендаций МСЭ G.821, G.826 и М.2100. Эти нормы определяют спецификацию измерений и перечень измеряемых параметров, приводимый ниже (в скобках указаны сокращения и аббревиатуры, часто встречаемые в меню приборов для описания параметра). Группа измерений, относящихся к анализу параметров канального уровня систем передачи Е1 является наиболее важной при эксплуатации последних. Канальный уровень является наиболее важным для систем передачи и вообще первичной сети. Именно поэтому к этой группе измерений относится большая часть стандартов, определяющих нормы каналов первичной сети.

К группе измерений канального уровня можно отнести следующие группы измерений:

· измерения параметров битовых ошибок;

· измерения блоковых ошибок;

· измерения кодовых ошибок;

· анализ цикловой и сверхцикловой структуры.

Общие измерения по G.821 (анализ по параметрам ошибки):

параметры наличия сигнала, готовности канала и его неготовности;

число и частота возникновения битовых и кодовых ошибок;

число и частота возникновения блоковых ошибок и ошибок CRC;

число нарушений цикловой и сверхцикловой структуры;

процент секунд, пораженных ошибками, секунд, несколько раз пораженных ошибками и минут деградации качества связи.

Общие измерения по G.826 (анализ по параметрам синхронизации):

частота принимаемого сигнала, максимальная и минимальная частоты;

уровень битовых проскальзываний, частота битовых проскальзываний;

уровень фазового дрожания сигнала, джиттера (частоты или периода фазового дрожания с частотой выше 10 Гц) и вандера (частоты или периода низкочастотного фазового дрожания ниже 10 Гц);

число секунд потери синхронизации и процент секунд потери синхронизации.

Измерения включают анализ цикловой и сверхцикловой структуры потока Е1.

Существует три основных варианта цикловой структуры Е1: неструктурированный поток, с цикловой структурой и с цикловой и сверхцикловой структурой.

Неструктурированный поток Е1 используется в сетях передачи данных и не имеет цикловой структуры, т.е. разделения на каналы (обычно это мультиплексирование каналов ОЦК - 64 кбит/с). Измерения неструктурированного потока не требуют анализа цикловой структуры. Как правило, в этом случае анализ потока Е1 сводится к измерениям физического уровня и оценке параметра ошибки (BER).

Поток El с цикловой структурой имеет разделение на 32 канала ОЦК по 64 кбит/с в форме разделения на канальные интервалы (Time Slot - TS) от 0 до 31. При этом нулевой канальный интервал отводится под передачу сигнала цикловой синхронизации FAS (Frame Alignment Signal). В отечественной терминологии этот вариант цикловой структуры получил название ИКМ-31. Он используется в ряде систем передачи данных, а также в некоторых приложения ISDN и B-ISDN.

Помимо анализа цикловой структуры для измерений канального уровня важен анализ эффективности использования контрольной последовательности (CRC-4).

Сумма контрольной последовательности CRC-4 в составе сверхцикла часто используется при передачи потока Е1 для идентификации возможных ошибок. CRC-4 позволяет определить ошибки передачи Е1 в процессе сервисного мониторинга при работающем канале.

Принцип CRC-4 базируется на простом математическом расчете, производимом в каждом сверхцикле данных. Оборудование передачи Е1 производит расчет суммы CRC-4 и включает результаты суммы в сигнал следующего сверхцикла. Оборудование приемника принимает сигнал и производит аналогичный расчет и сравнение полученной суммы и переданной в следующем сверхцикле. Если в двух полученных суммах имеется расхождение, генерируется сигнал ошибки CRC-4. В настоящее время в линейное оборудование и системы самодиагностики цифровых каналов ИКМ встраивается функция анализа по CRC-4. В этом случае часто возникает вопрос о целесообразности проведения анализа по BER, если система и так анализирует параметр ошибки по CRC-4. Отвечая на этот вопрос, необходимо учесть два основных принципа использования CRC-4. Во-первых, каждая ошибка CRC-4 не обязательно связана с ошибкой одного бита информации. Несколько битовых ошибок в одном сверхцикле дадут только одну ошибку CRC-4 для блока. Во-вторых, несколько битовых ошибок могут компенсировать друг друга в смысле значения суммы CRC-4. CRC-4 является удобным методом контроля ошибок в процессе сервисного мониторинга при работающем канале, когда практически невозможно измерить реальные параметры ошибок по битам, поскольку невозможно добиться синхронизации тестовой последовательности. Тем не менее в режиме с отключением канала необходимо проводить измерения ошибок по битам, поскольку результаты таких измерений более точны.

CRC-4 использует сверхцикловую структуру 16 циклов, как показано на рис. 7.3. Однако, сверхцикл CRC-4 не обязательно связан со сверхциклом MFAS. Каждый сверхцикл может быть разбит на 2 подцикла (SMF). На рис. 7.3 они отмечены как SMF#1 и SMF#2 и содержат по 8 циклов каждый. Соответственно отмечены по 4 бита, используемые для передачи CRC-4 каждого сверхцикла. Биты CRC-4 вычисляются, накапливаются и вставляются в следующий сверхцикл для передачи в потоке Е1.

Когда оборудование приемника получает информацию об ошибке CRC-4, оно генерирует бит Е для сообщения передатчику о принятой ошибке.

					Канальный интервал 0
	Бит1	6ит2	БитЗ	Биты Бит4 Бит5 Битв	Бит7	Битв
Сверхцикл	Подцикл	Цикл
	SMF#1	I	cl	0	0	1	1	0	1	1
		2	0	I	А	Sn4	Sn5	Sn6	Sn7	Sn8
		3	с2	0	0	1	1	0	1	1
		4	0	I	А	Sn4	Sn5	Sn6	Sn7	Sn8
		5	сЗ	0	0	1	1	0	1	1
		6	0	1	А	Sn4	Sn5	Sn6	Sn7	Sn8
		7	с4	0	0	1	1	0	1	1
		8	0	1	А	Sn4	Sn5	Sn6	Sn7	Sn8
	SMF #2	9	cl	0	0	1	1	0	1	1
		10	I	1	А	Sn4	Sn5	Sn6	Sn7	Sn8
		11	с2	0	0	1	1	0	1	1
		12	I	1	А	Sn4	Sn5	Sn6	Sn7	Sn8
		13	сЗ	0	0	1	1	0	1	1
		14	Е	1	А	Sn4	Sn5	Sn6	Sn7	Sn8
		15	с4	0	0	1	1	0	1	1
		16	Е	1	А	Sn4	Sn5	Sn6	Sn7	Sn8

SMF#1 - Подцикл 1, SMF#2 - Подцикл 2, c1, c2, c3, c4 - биты CRC Sn = биты, зарезервированные под задачи национального использования

Рис. 7.3. Структура сверхцикла CRC-4

Измерения сетевого уровня Е1 включают в себя измерения по битам Е, которые не обеспечивают идентификации причины ошибки, однако практически не связаны с точкой подключения к сети. Эти измерения относятся к типу измерений сетевого мониторинга.

Когда оборудование работает с использованием алгоритма CRC-4, возникает процедура взаимной передачи Е-битов. В настоящий момент существует возможность анализа работы этой процедуры. Оборудование генерирует бит Е, когда оно получает информацию об ошибке CRC-4. Процедура является довольно новой в практике передачи Е1, поэтому не исключается вероятность ее некорректной работы. Для проверки работы процедуры обмена Е-битами в режиме сервисного мониторинга без отключения канала используется схема, показанная на рис. 7.4.

Рис .7.4. Анализкорректной работы процедуры обмена Е-битами в сети

Типовые схемы подключения анализаторов к цифровому потоку Е1

Существует три основных схемы подключения анализаторов к цифровому каналу: с отключением канала, высокоомное подключение без отключения канала и режим "через себя" (THRU).

Схема подключения прибора в режиме с отключением канала представлена на рис. 7.5 (стрелками на рисунке показаны передача и прием цифрового потока Е1). Согласно схеме анализатор цифрового потока имитирует оконечное линейное оборудование передачи/приема. Такая схема используется для проведения всей спецификации измерений физического и канального уровня. Схема актуальна на этапе развертывания сети.

Схема использования прибора в режиме высокоомного подключения представлена на рис. 7.6. В этом случае анализатор цифрового потока подключается высокоомно к цифровому каналу без нарушения цифрового обмена. Такая схема обеспечивает полный анализ обмена, однако не позволяет вносить изменения в исследуемый канал, что важно для проведения стрессового тестирования. Схема обычно используется на этапе эксплуатации сети.

Схема подключения прибора в режиме "через себя" (режим THRU) представлена на рис. 7.7. В этом случае анализатор цифрового потока подключается к цифровому каналу так, что цифровой поток проходит через анализатор. При этом весь цифровой поток передается с порта приема анализатора на порт передачи. Для такой схемы включения необходимо две пары портов передачи/приема на анализаторе, что реализовано не во всех приборах этого класса. Такая схема обеспечивает полный анализ обмена и позволяет вносить изменения в исследуемый канал -для проведения стрессового тестирования. Схема обычно используется на этапе развертывания, эксплуатации сети и в случае проведения аварийных измерений.

Непосредственные измерения потока Е1 включают в себя измерения:

мультиплексорного оборудования ИКМ-30,

каналов цифровых систем передачи,

эксплуатационного мониторинга сети.

РРС, работающие в магистральных и внутризоновых системах передачи должны обеспечивать непрерывный круглосуточный режим функционирования.

РРС ведомственных сетей могут использоваться в режиме периодической работы, если это допускается требованиями потребителя.

РРС может работать в следующих режимах:

прием и передача сигналов телефонии;

прием и передача данных;

В зависимости от скорости передачи данных в стволе аппаратура цифровых РРС разделяется на следующие виды:

высокоскоростная (более 100 Мбит/с в одном радиостволе);

среднескоросная (от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с в одном радиостволе);

низкоскоросная (не более 10 Мбит/с в одном радиостволе).

В соответствии с плезиохронной цифровой иерархией (PDH) в радиорелейной системе могут образовываться первичный, вторичный, третичный и четверичный цифровой линейный тракт.

В соответствии с синхронной цифровой иерархией (SDH) в радиорелейной системе могут образовываться цифровые линейные тракты субпервичного (SUB STM-1), первичного (STM-1) и более высоких уровней.

Требования к параметрам приемника

Избирательность приемника по зеркальному каналу должна быть:

Для РРС работающих в диапазоне частот до 3 ГГц - не менее 75 дБ;

Для РРС работающих в диапазоне частот от 3 до 6 ГГц - не менее 120 дБ;

Для РРС работающих в диапазоне частот от 6 до 8 ГГц - не менее 100 дБ;

Для РРС работающих в диапазоне частот свыше 8 ГГц - не менее 90 дБ;

Цифровой сигнал, поступающий на входной порт, должен соответствовать приведенным выше требованиям с учетом изменений параметров, обусловленных характеристиками соединительных пар. Предполагается, что затухание этой пары должно соответствовать закону , а затухание на частоте 1024 кГц должно находиться в пределах 0 - 6 дБ. Это затухание должно учитывать любые затухания, связанные с наличием цифрового устройства переключения между комплектами аппаратуры.

Форма сигнала должна соответствовать маске на рисунке 7.8 независимо от знака.

Рис. 7.8 - Маска импульса на стыке 2048 кбит/с

Стык на 8448 кбит/с

Скорость передачи: 8448 кбит/с±3010-6.

Код: биполярный код высокой плотности третьего порядка (HDB3).

Параметры на входных портах:

Цифровой сигнал, поступающий на входной порт, должен соответствовать приведенным выше требованиям с учетом изменений параметров, обусловленных характеристиками соединительных пар. Предполагается, что затухание этой пары должно соответствовать закону , а затухание на частоте 4224 кГц должно находиться в пределах 0 - 6 дБ. Это затухание должно учитывать любые затухания, связанные с наличием цифрового устройства переключения между комплектами аппаратуры.

Форма сигнала должна соответствовать маске на рисунке 2 независимо от знака.

Внешний проводник коаксиальной пары должен заземляться на выходном порту; в случае необходимости, должна быть предусмотрена возможность заземления внешнего проводника коаксиальной пары на входном порту

Рис. 7.9 - Маска импульса на стыке 8448 кбит/с

Измерения каналов цифровых систем передачи. Анализ мультиплексоров дает необходимую информацию о работе узлов цифровых систем передачи. Следующий уровень измерений предусматривает анализ каналов цифровых систем передачи от одного оконечного устройства сети до другого. Для проведения таких измерений существует две типовые схемы, представленные на рис. 7.10 и 7.11

Рис. 7.10. Схема измерений параметров каналов цифровой системы передачи типа "точка-точка"

Наиболее простым способом измерений является измерение по схеме "точка-точка". Для измерения необходимы два анализатора потока Е1, включенные по схеме с отключением канала, один в качестве генератора тестовой последовательности, другой - анализатора параметров цифрового канала. Генератор тестовой последовательности посылает в сеть по заданному каналу поток Е1, этот поток проходит через первичную сеть и приходит на анализатор-приемник. Синхронизация тестовой последовательности обеспечивает проведение измерений физического и канального уровня. Существенным недостатком описанной схемы является необходимость использования в измерении двух анализаторов.

Этот недостаток устраняется при проведении шлейфовых измерений, представленных на рис. 7.11. Согласно схеме для измерений устанавливается шлейф через цифровую первичную сеть. Анализатор при этом является одновременно генератором потока Е1. Недостатком такой схемы является необходимость использования двух цифровых каналов связи для проведения измерений вместо одного. Кроме того, результаты измерений зависят от параметров обоих измеряемых каналов, что затрудняет локализацию участков деградации качества.

Измерения каналов цифровых систем передачи являются необходимой частью проведения настроечных и приемосдаточных работ по созданию участков первичной цифровой сети.

Рис. 7.11. Схема шлейфовых измерений параметров каналов цифровой системы передачи

7.3 Измерительные технологии PDH. Анализ потоков E2, ЕЗ И Е4

Отличительные особенности тестирования потоков Е2, ЕЗ и Е4. Основным отличием измерительных технологий анализа каналов PDH иерархии выше Е1 от измерительных решений анализа Е1 является более узкая спецификация измерений, связанная с тем, что потоки Е2, ЕЗ и Е4 не имеют сверхцикловой структуры. Кроме того, мультиплексорное оборудование PDH уровней Е2, ЕЗ и Е4 не выполняет функции аналого-цифрового преобразования, что также уменьшает общую спецификацию тестов.

Измерительная технология потоков Е2, ЕЗ и Е4 включает в себя измерения:

мультиплексорного оборудования,

каналов цифровых систем передачи,

эксплуатационного мониторинга сети.

Измерения мультиплексорного оборудования. Мультиплексорное оборудование PDH высших иерархий значительно отличается от мультиплексоров ИКМ-30. Мультиплексоры PDH используются в двух режимах:

для организации переходов между различными уровнями иерархии PDH (мультиплексирование нескольких потоков EN (N=1, 2, 3) в один EN+1 );

в качестве регенераторов потока EN (N=1,2,3 или 4), т.е. без перехода на следующий уровень иерархии PDH.

На рис. 7.12 представлена типовая схема анализа мультиплексора PDH. На схеме показано, что мультиплексор выполняет преобразование потока PDH-1 в поток PDH-2. В этом случае, если PDH-1>PDH-2, то это процесс мультиплексирования, если PDH-KPDH-2, то это процесс демультиплексирования, если PDH-1=PDH-2, это соответствует процессу регенерации.

Обычно параметрами воздействия являются:

внесение битовой и цикловой ошибки;

имитация низкого качества канала (высокий процент ошибок во входящем сигнале);

имитация нарушений в цикловой структуре входящего сигнала;

внесение сдвига по частоте входящего сигнала (для реализации таких измерений анализатор обычно синхронизируется от мультиплексора для внесения определенного сдвига по частоте);

внесение джиттера;

внесение ослабления цифрового сигнала по уровню.

Основными параметрами измеряемого отклика являются:

анализ работы световой индикации мультиплексора, его самодиагностики, выходных сигналов индикации неисправностей;

выходной параметр ошибки (ВЕР,);

последовательности ошибок (SES);

джиттер на выходе;

амплитуда передаваемого сигнала.

Все описанные в рекомендациях МСЭ и других документах методики измерений являются в той или иной степени чередованием перечисленных параметров воздействия и отклика. Например, для анализа работы мультиплексора в условиях высокого входного джиттера вносят джиттер и измеряют выходной параметр BER. Для анализа работы мультиплексора в сети с нарушениями цепей синхронизации вносят сдвиг по частоте и измеряют частоту передаваемого мультиплексором сигнала, BER, джиттер, неравномерность возникновения ошибок (SES) и т.д.

В результате анализа мультиплексорного оборудования определяется его соответствие техническим условиям, действующим нормам, а также потенциальный резерв, заложенный производителями.

Измерения каналов цифровых систем передачи обычно выполняют на последних этапах развертывания участков цифровой первичной сети и при проведении приемосдаточных работ. В этом случае измерения проводят с отключением канала по схеме измерений "точка-точка" (рис. 7.10) или шлейфовых измерений (рис. 7.11). Как и в случае измерений потока Е1 эти схемы также могут быть успешно использованы при проведении аварийных работ по поиску участков деградации качества.

Измерения на этапе эксплуатационного мониторинга цифровой первичной сети выполняются на особо важных участках работы сети (точки сопряжения между оборудованием разных производителей, крупные узлы и т.д.). При этом анализаторы включают высокоомно без отключения канала (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Схема организации мониторинга цифровой первичной сети PDH/SDH

7.4 Измерительные технологии SDH

Необходимость измерений на сети SDH. Технология SDH намного сложнее технологии плезиохронной цифровой передачи, что требует от обслуживающего персонала глубокого знания всех механизмов работы SDH. На практике изучить эти механизмы и их взаимовлияние без использования тестового оборудования невозможно.

Только использование "внешнего" тестирования системы SDH дает возможность контроля таких важных параметров взаимодействия сетей SDH-PDH, как уровень фазового дрожания сигнала (джиттер), связанный, как правило, с погрешностями в сети синхронизации.

Таким образом, тестирование сетей SDH внешними анализаторами является актуальной задачей на этапе их создания, пуска и эксплуатации. По перечисленным выше причинам в настоящий момент это единственный способ достижения высокой эффективности работы сетей SDH.

Наиболее важными участками измерений являются:

точки сопряжения сетей SDH разных производителей,

точки сопряжения сетей SDH разных операторов,

точки сопряжения сетей SDH с сетями PDH,

участки соединения "островов" SDH через сеть PDH (для России типичная задача). -

Для анализа сети SDH характерно несколько уровней:

измерения мультиплексорного оборудования,

измерения каналов цифровых систем передачи,

эксплуатационный мониторинг параметров работы сети.

Измерения мультиплексорного оборудования. Основным элементом сети SDH является мультиплексор ввода/вывода (МВВ - Add-Drop Multiplexor ADM) выполняющий следующие основные функции:

Создание виртуальных контейнеров с нагрузкой PDH, включая представление в виде карт (mapping), битовый стаффинг , создание заголовка.

Восстановление нагрузки PDH из виртуального контейнера, включая удаление заголовка, удаление стаффинговых битов и компенсацию полученного джиттера.

Мультиплексирование/демультиплексирование потоков STM-M в поток STM-N (N>M), компенсация возможной рассинхронизации приходящих потоков за счет использования указателей (pointers).

Эти три основных функции определяют три схемы подключения анализатора к мультиплексору и три основные группы тестов мультиплексоров SDH (рис. 7.14 а, б, в).

Анализ процессов создания виртуальных контейнеров (рис. 7.14а) позволяет определить ряд параметров работы МВВ (вносимый джиттер, вносимый BER). Кроме того, внося джиттер, можно определить уровень компенсации вносимого джиттера МВВ. Последний должен выполнять процедуру компенсации нестабильности частоты передаваемого сигнала (в соответствии с нормами на нестабильность частоты в PDH). Внося нестабильность передаваемой частоты, можно определить влияние этого параметра на BER и джиттер. Анализ процессов восстановления нагрузки PDH (рис. 7.146) является особенно важным, поскольку именно на этом участке возникает джиттер, существенно влияющий на параметры качества цифровых каналов связи (например, на BER). В простейших тестах анализатор производит измерение полученных на выходе МВВ джиттера и BER. Внося в канал SDH ошибку, можно проанализировать работу системы контроля SDH и индикацию МВВ при получении ошибки передачи. Внося джиттер, можно определить уровень компенсации вносимого джиттера мультиплексором. Существенным тестом является имитация процессов рассинхронизации в сети. Для этого вносятся дополнительные указатели (pointers) и измеряется джиттер и BER на выходе МВВ. Этот тест определяет эффективность механизма компенсации джиттера при смещении указателей (pointers movement). Анализ процессов синхронного мультиплексирования/ демультиплексирования потоков STM-N (рис. 7.14в) в простейшем случае связан с измерением вносимых на этом участке BER и джиттера. Однако и здесь существует ряд специфических тестов. Для измерения устойчивости работы мультиплексора к вносимому сетью SDH джиттеру (мультиплексор должен его компенсировать) производится внесение джиттера и измерение уровня его компенсации его на выходе МВВ. Внося ошибку в передаваемый сигнал, можно проанализировать работу системы контроля SDH и индикацию МВВ при получении ошибки передачи. Существенным является комплексный тест, имитирующий рассинхронизацию приходящих потоков. Для этого анализатор синхронизируется от МВВ и производится имитация рассинхронизации путем внесения нестабильности частоты приходящего сигнала. В этом случае измеряется уровень смещения указателей (pointers movement), определяющий эффективность компенсации рассинхронизации.

Анализ каналов SDH. После тестирования мультиплексоров, как правило, производится тестирование сети SDH в целом:

Мониторинг и сбор статистики на участках сети и сопоставление ее со статистикой, полученной системой контроля.

Исследование различных механизмов работы сети, в первую очередь компенсации джиттера при прохождении нескольких мультиплексоров.

Мониторинг сети SDH может успешно осуществляться в комплексе с мониторингом системы PDH, что отражено на рис. 7.13. Такой мониторинг включает в себя сбор основных параметров цифровой передачи согласно рекомендациям ITU-T G.821, М.2100. Дополнительно на заданном участке может измеряться джиттер. В случае мониторинга анализатор подключается к сети SDH через оптические разветвители и не оказывает влияния на работу сети.

Особенности измерений джиттера в сетях SDH. Описание технологий измерений на сетях SDH будет неполным, если мы отдельно не рассмотрим вопрос измерения джиттера в системах SDH. Здесь следует учесть разную природу джиттера в системах PDH и SDH.В системах PDH джиттер возникает при некорректной работе аппаратуры передачи (например, дрожание частоты задающего генератора) или вследствие особенностей среды распространения сигнала, т. е. имеет физическую природу. В системах SDH джиттер имеет алгоритмическое происхождение. Он возникает как следствие использования механизма смещения указателей для компенсации рассинхронизации в сети. В случае рассинхронизации входящего потока для ее компенсации необходимо вставить или удалить один байт указателя (смещение указателя). Поскольку этот процесс приводит к временному смещению нагрузки на один байт, то применительно к джиттеру это означает его всплеск на 8 UI (UI -- единичный интервал или время, необходимое для передачи одного бита информации). Таким образом, в системах PDH джиттер является постоянным по амплитуде, а в системах SDH -- импульсным. По этой причине измерение джиттера в системах SDH -- наиболее важно. Импульсный джиттер возникает в практике телекоммуникаций только при переходе к технологии SDH, т. е. является принципиально новым параметром измерений. Для измерения джиттера на сетях PDH можно использовать методику измерений с накоплением данных и анализом среднего значения параметра. Такая методика измерения джиттера в системах SDH неприменима, поскольку характерный для этих систем всплеск джиттера оказывается нефиксируемым. Итак, при выборе измерительного оборудования необходимо четко представлять, какой тип джиттера будет измеряться -- импульсный или постоянный. Именно этот принципиальный момент обычно упускают, когда рассматривают технику измерений для SDH. На рынке существуют несколько моделей универсальных анализаторов, способных проводить измерения в сетях PDH и SDH.

Рис 7.15. Контроль компенсации рассинхронизации в сети

Измерение джиттера в цифровых системах. Джимттер (англ. jitter -- дрожание) -- нежелательные фазовые и/или частотные случайные отклонения передаваемого сигнала. Возникают вследствие нестабильности задающего генератора, изменений параметров линии передачи во времени и различной скорости распространения частотных составляющих одного и того же сигнала.

Джиттер является одной из основных проблем при проектировании устройств цифровой электроники, в частности, цифровых интерфейсов. Недостаточно аккуратный расчет джиттера может привести к его накоплению при прохождении цифрового сигнала по тракту и, в конечном счёте, к неработоспособности устройства.

При цифровой записи звука джиттер вносит в сигнал искажения. Однако вносимые цифровым джиттером искажения существенно заметнее искажений звука, вносимых детонацией. Видимо, это связано с большей «мягкостью» и «плавностью» детонационных искажений (можно сказать, «аналогового джиттера»), обусловленных эластичностью магнитной ленты и инерционностью механических элементов лентопротяжных механизмов.

В телекоммуникациях под джиттером часто понимается разброс максимального и минимального времени прохождения пакета от среднего. К примеру, посылается 100 пакетов минимальное время прохождения пакета -- 395 мс, среднее -- 400 мс, максимальное -- 405 мс, в этом случае джиттер можно считать маленьким. Если же посылается 100 пакетов минимальное время прохождения пакета -- 1 мс, среднее -- 50 мс, максимальное -- 100 мс, в этом случае джиттер большой. Например VoIP очень чувствителен к джиттеру.

Джиттером хронирования, или просто джиттером (jitter), называют паразитную фазовую модуляцию сигнала тактовой частоты. Можно также сказать, что джиттер представляет собой отклонение моментов стробирования сигнала от их идеальных положений.

Слишком большой джиттер иногда вызывает дополнительные ошибки цифрового сигнала или даже нарушает его синхронизацию. Возможными причинами являются:

· паразитная фазовая модуляция в генераторах тактовой частоты;

· воздействие шумов и помех на цепь синхронизации в приемнике;

· изменение длины тракта передачи;

· изменение скорости распространения;

· допплеровское смещение от движущихся объектов;

· нерегулярное поступление хронирующей информации и т. д.

Случайный джиттер RJ имеет гауссову функцию плотности вероятности PDF и характеризуется двумя параметрами: средним значением и среднеквадратичным отклонением..



Рис. 7.16 Классификация джиттера

Систематический джиттер DJ имеет отличающуюся от гауссовой функцию распределения плотности вероятности и ограниченную амплитуду и включает в себя целый ряд джиттеров:

· периодический (Periodic Jitter, PJ), иногда называемый синусоидальным SJ;

· зависящий от информационного сигнала (данных) (Data Depending Jitter, DDJ);

· длительности цикла (Duty Cycle Distortion, DCD);

· алгоритмический (Algorithmic Jitter, AJ).

Главными причинами периодического джиттера PJ являются помехи от местных радиостанций или от переключений в сильноточных сетях. Он возникает также вследствие нестабильной работы систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Периодический джиттер может быть разложен в ряд Фурье и представлен в виде набора синусоид, поэтому иногда его называют синусоидальным. По определению, периодический джиттер не имеет корреляции с любым периодически повторяющимся сигналом данных. Этим он отличается от джиттера DDJ, который рассмотрим ниже.

Джиттер, зависящий от информационного сигнала DDJ, возникает вследствие межсимвольной интерференции (Intersymbol Interference, ISI) соседних импульсов. Характеристика этих искажений, а следовательно, и соответствующего джиттера будет зависеть от конкретного вида цифровой последовательности.

Джиттер характеризуется амплитудой и частотой. Флуктуации фазы с частотой выше 10 Гц называют джиттером, а флуктуации с частотой до 10 Гц включительно -- вандером. В отечественной технической литературе джиттеру соответствует термин «фазовое дрожание», а вандеру -- «дрейф фазы» тактовой частоты.

Измерение вандера производится в абсолютных единицах времени и требует прецизионного источника тактовой частоты, при этом оно длится довольно долго. Основная характеристика вандера -- ошибка временного интервала (Time Interval Error, TIE) -- представляет собой отклонение (девиацию) тактовой частоты от частоты эталонного источника. TIE формирует базу для расчета двух других параметров вандера: максимально допустимой ошибки временного интервала (Maximum Tolerable Interval Error, MTIE) и девиации времени (Time Deviation, TDEV), первый из которых является критерием оценки долговременной, а второй -- кратковременной стабильности синхросигнала. Кривые TDEV используются для оценки параметров генератора.

При недоступности эталонного источника тактовой частоты для оценки вандера применяется относительный параметр (Maximum Relative Time Interval Error, MRTIE). В этом случае на параметр MTIE накладывается неизбежное смещение частоты. Поэтому при измерении MRTIE из результата измерения MTIE вычитается соответствующее смещение частоты.

Джиттер - один из параметров оценки качества передачи цифрового сигнала.

Качество передачи цифровой информации оценивают с помощью джиттера (Jitter). Джиттер - это дрожание или быстрые колебания фазы цифрового сигнала. Другими словами, джиттер - это паразитная фазовая модуляция формы цифровых импульсов. Цифровые схемы работают стабильно, пока колебания фазы не достигнут значительной величины по сравнению с общей длительностью импульсов. Джиттер приводит к нестабильному срабатыванию компараторов АЦП или ключей ЦАП, что приводит к ошибкам преобразования сигнала. В первом приближении можно считать, что джиттер порождает дополнительный шум и паразитные частотные составляющие, искажая исходный сигнал, особенно в высокочастотной области. Визуальное представление о величине джиттера дает рисунок 7.17.