6.3. Методология измерений дрейфа фазы

Методология измерения дрейфа фазы (вандера), в отличие от фазового дрожания, более проста, что предполагает ее реализацию даже в портативных приборах (тестерах). Кроме этого важность параметра дрейфа фазы состоит в том, что он имеет явную эксплуатационную ценность, а его наличие можно компенсировать в отличие от последствий дрожания фазы.

Дрейфом фазы (вандером) называется изменение частоты принимаемого сигнала с большим периодом. Поскольку период изменения частоты достаточно большой, то уровень дрейфа фазы может фиксироваться визуально при измерениях частоты сигнала цифровой системы передачи.

Рассмотрим методологию измерений параметра дрейфа фазы. Для этого обратимся к процессу изменения частоты передаваемого/принимаемого сигнала (рис. 6.22).

В отличие от фазового дрожания дрейф фазы приводит к переполнению буфера приемного устройства и так называемому эффекту проскальзывания. Поскольку при дрейфе фазы изменение частоты принимаемого сигнала происходит с большим периодом, то невозможно каким-либо способом компенсировать его воздействие.

Рис. 6.22. Влияние дрейфа фазы на параметры цифровой системы передачи

Такой эффект называют "прозрачной трансляцией" дрейфа фазы по сети.

Основное воздействие дрейф фазы оказывает на систему синхронизации. Синхросигнал, выделенный из принимаемого потока, содержащего дрейф фазы, может привести к существенной деградации параметров системы синхронизации. В связи с этим системные измерения параметров дрейфа фазы делаются, в основном, при анализе систем синхронизации.

При эксплуатации цифровых систем передачи анализ дрейфа фазы проводится параллельно с анализом частоты сигнала передачи. Дрейф фазы в этом случае рассматривается как периодическое колебание частоты передачи. Рассмотрим механизм возникновения проскальзываний.

Проскальзыванием называется повторение или исключение группы символов в синхронной или плезиохронной последовательности двоичных символов в результате различия между скоростями считывания и записи в буферной памяти. Механизм возникновения проскальзываний достаточно прост и представлен на рисунке 6.23.

Цифровое устройство 1 генерирует цифровой сигнал с частотой f1, этот сигнал также с частотой f1 записывается в оперативную память эластичного буфера, из которого считывается приемным цифровым устройством 2 с частотой f2.

Рис 6.23. Механизм возникновения проскальзываний

Частоты передачи и считывания определяются частотой задающих тактовых генераторов (ТГ1 и ТГ2 соответственно). В случае если f1>f2, буфер постепенно переполняется. Это приводит к потере информации в размере емкости буфера и возникает положительное проскальзывание. Если же f1<f2, то цифровое устройство 2 начинает считывать информацию с дублированием бит (повторное считывание). Это приведет к отрицательному проскальзыванию и возникновению ошибки.

В отсутствие эластичного буфера проскальзывания возникают по мере накопления фазового сдвига сигналов передачи и приема. В этом случае, в зависимости от среднего уровня рассинхронизации, будут возникать битовые проскальзывания, то есть ошибки в считывании бита. Цифровые сигналы современных систем передачи структурированы (в виде циклов, кадров). Возникающие в системах битовые проскальзывания будут нарушать цикловую синхронизацию, но, с точки зрения алгоритмов взаимодействия цифровых устройств, наиболее желательными являются цикловые проскальзывания, которые приводят к потере цикла информации, однако не к нарушению цикловой синхронизации. Например, одно битовое проскальзывание в современных цифровых АТС приводит к потере до трех циклов информации, что необходимо для восстановления цикловой синхронизации. Такие проскальзывания называются неуправляемыми. Эластичные буферы управляют проскальзываниями, чтобы сохранить цикловую синхронизацию.

Рассмотрим влияние дрейфа фазы. Фактически влияние дрейфа фазы будет означать периодическую вариацию частоты f1 в схеме, представленной на рисунке 6.23. Поскольку эти изменения носят периодический характер, то эластичный буфер будет сначала заполняться в течение полупериода дрейфа фазы, затем считываться. В случае большого размера памяти эластичного буфера дрейф фазы не окажет воздействия на параметры цифрового канала. Отсюда следует важный вывод: последствия дрейфа фазы могут быть компенсированы за счет расширения размера эластичного буфера памяти. Это является очевидным аргументом в пользу рассмотрения дрейфа фазы как важного эксплуатационного параметра, который не только позволяет обнаружить причину деградации качества связи, но и предпринять определенные меры по ее устранению.

Минимальный размер буфера, необходимый для компенсации дрейфа фазы можно определить по выражению:

. (6.4)

Поскольку буфер начинает заполняться с середины, в выражение (6.4) введен коэффициент 2. Фактически значение интеграла соответствует заштрихованной площади под кривой, представленной на рисунке 6.22.

Таким образом, дрейф фазы представляет собой важный параметр эксплуатационных измерений.

Измерения дрейфа фазы делятся на два класса: системные, связанные с анализом параметров системы синхронизации, и эксплуатационные (локальные). Технология системных измерений крайне важна и существенна для современных цифровых сетей.

Локальные измерения проводятся параллельно и связаны с измерениями частоты принимаемого сигнала и ее вариации, то есть дрейфа фазы. В большинстве портативных анализаторов PDH до последнего времени было реализовано только измерение частоты без анализа ее вариации. В современных анализаторах, имеющих функцию измерения дрейфа фазы, включено помимо параметра частоты принимаемого сигнала измерение еще двух параметров: максимальной и минимальной частот за период измерений. Три параметра: текущая, максимальная и минимальная частоты позволяют оперативно идентифицировать наличие или отсутствие дрейфа фазы в системе передачи (цифровом канале).

Для оценки уровня дрейфа фазы используется анализ эквивалентных битовых проскальзываний (количество проскальзываний в пересчете на 1 бит памяти буфера), вызванных увеличением или уменьшением частоты. Анализ периода дрейфа фазы в этом случае производится визуально на дисплее тестера, что вполне достаточно для его оценки и принятия решения.

Примеры спецификаций режимов возможных измерений, параметры частоты принимаемого сигнала и его вариаций, их обозначение приведены в пособии (см. данные для тестеров типа "Морион" и "Беркут").

Помимо описанных выше методов эксплуатационной оценки параметров дрожания фазы для анализа систем синхронизации получили широкое распространение методы точного анализа параметров временного интервала. К таким параметрам относятся ошибка временного интервала (Time Interval Error – TIE) и максимальная ошибка временного интервала (Maximum Time Interval Error – MTIE). Однако для измерения этих параметров требуется внешний источник синхронизации.

6.4. Расчет норм на показатели ошибок в цифровых каналах

и трактах

6.4.1. Общие положения по нормированию параметров

цифрового канала (тракта)

Измерения параметров цифровых каналов рассматриваются обычно в контексте соответствия или несоответствия полученных результатов заданным нормам на эти параметры. Для правильного понимания этих норм, применения их в практике измерений важно рассмотреть методы нормирования параметров цифровых каналов.

Нормирование – совокупность действий, позволяющих получить требуемое количественное значение нормы на установленные параметры (характеристики) измеряемого ЦК (тракта), с учетом требований, предъявляемых к эталонному гипотетическому каналу (типовому соединению).

Нормы используются эксплуатационными организациями в процессе эксплуатации цифровых каналов и трактов и для ввода их в эксплуатацию. Нормы также могут применяться разработчиками аппаратуры систем передачи при определении требований к отдельным видам оборудования.

Существующие нормы [3] разработаны на основе Рекомендаций МСЭ-Т и исследований, проведенных на действующих сетях связи России. Они распространяются на каналы и тракты первичной магистральной сети протяженностью до 12 500 км и внутризоновых сетей протяженностью до 600 км. Выполнение приведенных ниже норм обеспечивает необходимое качество передачи при организации международных соединений протяженностью до 27 500 км.

В настоящее время разработаны требования к двум видам показателей цифровых каналов и трактов – показателям ошибок и показателям дрожания и дрейфа фазы.

Показатели ошибок цифровых каналов и трактов являются статистическими параметрами и нормы на них определены с соответствующей вероятностью их выполнения. Для показателей ошибок разработаны и применяются следующие виды эксплуатационных норм (рис. 6.24): долговременные и оперативные.

Рис. 6.24. Классификация норм на показатели ошибок

Долговременные нормы определены на основе рекомендаций для каналов 64 кбит/с [10] и для трактов со скоростью от 2048 кбит/с и выше [13].

Проверка долговременных норм требует в эксплуатационных условиях длительных периодов измерения – не менее одного месяца. Эти нормы используются при проверке качественных показателей цифровых каналов и трактов новых систем передачи (или нового оборудования отдельных видов, оказывающего влияние на эти показатели), которые ранее на первичной сети не применялись.

Оперативные нормы относятся к экспресс-нормам, они определены на основе рекомендаций [15].

Оперативные нормы требуют для своей оценки относительно короткие периоды измерения. Среди оперативных норм различают следующие:

• нормы для ввода трактов в эксплуатацию;

• нормы технического обслуживания;

• нормы восстановления систем.

Нормы для ввода трактов в эксплуатацию используются, когда каналы и тракты, образованные аналогичным оборудованием систем передачи, уже имеются на сети и прошли испытание на соответствие долговременным нормам. Нормы технического обслуживания применяются при контроле в процессе эксплуатации трактов и для определения необходимости вывода их из эксплуатации (при выходе контролируемых параметров за допустимые пределы). Нормы для восстановления систем используются при сдаче тракта в эксплуатацию после ремонта (восстановления) оборудования.

К основным показателям качества цифровых систем передачи и коммутации относятся параметры ошибки и готовности канала. В рамках международных стандартов приняты следующие основные показатели ошибок для оценки качества цифровых систем передачи:

• коэффициент битовых ошибок (BER);

• коэффициент фоновых блочных ошибок (BBER );

• количество секунд, не пораженных ошибками (EFS);

• количество секунд, несколько раз пораженных ошибками (SES);

• время (количество секунд) готовности канала (AS);

• время (количество секунд) неготовности канала (UAS).

Как было отмечено выше, параметры EFS, SES, AS и UAS могут иметь как абсолютные, так и процентные выражения и значения.

В качестве основных показателей нормирования ошибок в цифровых трактах (каналах) стандартами определены:

• коэффициент ошибочных секунд ESR;

• коэффициент пораженных секунд SESR;

• коэффициент фоновых блочных ошибок BBER.

Основой нормирования показателей ошибок в каналах и трактах первичной сети России являются нормы на показатели ошибок для международного цифрового условного эталонного тракта (УЭТ) длиной 27 500 км, установленные Рекомендациями G.821 и G.826, развитые и дополненные в Рекомендациях серии М.2100 МСЭ-Т. Основные нормы на показатели ошибок с пояснениями, относящиеся к каналам и трактам Взаимоувязанной сети связи, приведены в таблице 6.8.

Таблица 6.8