ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ НОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЦИФРОВЫХ СПУТНИКОВЫХ КАНАЛОВ И ТРАКТОВ

1. Цель работы:

Изучение качественных показателей цифровых спутниковых каналов и трактов и принципов их нормирования.

2. Задание

1. Ознакомиться с качественными показателями цифровых спутниковых каналов и трактов.

2. Ознакомиться со структурой гипотетического эталонного цифрового тракта.

3. Ознакомиться с принципом построения цифровых спутниковых трактов синхронной цифровой иерархии.

4. Ознакомиться с измерением параметров цифровых каналов и трактов.

5. Составить отчёт.

3. Краткая теория

Гипотетическая эталонная цепь каналов и групповых трактов.

Сигналы телефонной связи передаются в спутниковых системах аналоговыми и цифровыми методами. Канал или тракт спутниковых линий, в которых сигнал передается аналоговым методом, является простым, так как не содержит переприемов в основной полосе – спектре частот данного канала или группового тракта, то есть содержит модулятор только на передающей земной станции (ЗС) и демодулятор – только на приемной ЗС. Канал или тракт спутниковой линии, в которых сигнал передается цифровыми методами, содержит один аналогово-цифровой преобразователь на передающей стороне.

Нормирование цифровых каналов и трактов

В существующих и перспективных спутниковых системах кроме основного цифрового канала, работающего на скорости 64 кбит/с, мо­гут организовываться цифровые тракты, отвечающие следующей ие­рархии скоростей: 2048 8448-34368-13964 кбит/с, вторая иерархия скоростей, используемая в США и Японии: 1544-6312-32064 (или 44736) кбит/с.

Для цифровых систем передачи, образованных с помощью на­земных и спутниковых систем передачи, регламентируются требо­вания к стыку цифровых каналов и трактов, а именно требования на сопротивления, уровни, коды, форму импульсов в зависимости от скорости, стабильность скорости и т.д., требования на искаже­ния, вносимые цифровым трактом или каналом, ошибки, фазовое дрожание и проскальзывание. Спутниковые каналы и тракты долж­ны, как правило, отвечать требованиям на стандартные стыки по Рек. МСЭ-Т G.703.

Рис. 1. Гипотетический эталонный цифровой тракт спутниковой системы передачи: ВГ — аппаратура временного группообразования, включая аппаратуру временного многостанционного доступа, цифровой интерполяции ре­чи и аппаратуру стыка с наземными линиями на скорости, зависящей от на­значения ГЭЦТ; ПЧ-ВЧ — аппаратура переноса с промежуточной частоты на радиочастоту; — модулятор-Демодулятор

Для нормирования спутниковых цифровых каналов и трактов, рассчитанных на передачу с различными иерархическими скоростя­ми, для одноканальных и многоканальных МДЧР систем и систем с МДВР используют гипотетический эталонный цифровой канал или тракт (ГЭЦТ), разработанный в соответствии с Рек. МСЭ-Р 521-2 (рис. 1). ГЭЦТ спутниковых линий по своему назначению, составу, функциям и принципам нормирования эквивалентен маги­стральному участку цифрового канала или тракта цифровой ЕСЭ (или цифровой сети с интеграцией обслуживания — ЦСИО); ГЭЦТ может входить в Международное гипотетическое эталонное соедине­ние (ГЭС) от абонента до абонента в ЦСИО.

В настоящее время разработаны два типа норм на коэффици­ент ошибок (К_ош) при передаче речи со скоростью 64 кбит /с мето­дом 8-битовой ИКМ для ГЭЦТ, не входящих в ЦСИО, и для ГЭЦТ перспективных, предполагаемых к использова­нию в ЦСИО спутниковых систем с ИКМ теле­фонией. В цифровых каналах и трактах нормируются К_ош фазовое дрожание, проскальзывание. Наиболее разработанным параметром является норма на К_ош.

В ГЭЦТ спутниковых систем, не входящих в ГЭС ЦСИО, К_ош нормируется в соответствии с Рек. 522-5 МККР. Коэффициент К_ош на выходе ГЭЦТ не должен превышать следующих значений:

10^-6 — среднее за 10 мин в течение более чем 20 % любого месяца;

10^-4 -— среднее за 1 мин в течение более чем 0,3 % любого месяца;

10^-5 — среднее за 1 с в течение более чем 0,05 % любого месяца.

Приведенные нормы должны выполняться с учетом того, что на входе могут действовать помехи от наземных и спутниковых систем, составляющие в сумме до 30 % суммарных шумов, действующих на входе демодулятора. Помехи от наземных и спутниковых систем нор­мируются в Рек. МСЭ-Р8.524-5 и SF.558-2 для трактов с ИКМ телефонией, не входящих в ЦСИО, и в Рек. MC9-PS.735 — от спутниковых для перспективных ГЭЦТ, входящих в ЦСИО.

Для перспективных спутниковых систем, работающих в ЦСИО, в Рек. МСЭ-PS.614-3 МККР сформулированы такие требова­ния: К_ош на выходе спутникового ГЭЦТ, работающего на частотах ниже 15 ГГц и образующего часть соединения в ЦСИО на скорости 64 кбит/с в то время, когда соединение находится в состоянии готов­ности, не должен превышать следующих значений:

10^-7 в течение более чем 10 % любого месяца;

10^-5 в течение более чем 2 % любого месяца;

10^-3 в течение более чем 0,03 % любого месяца.

Методика измерений показателей, содержащихся в рекоменда­ции, разрабатывается.

Передача 3В и ТВ сигналов требует долговременного коэффици­ента ошибки лучше 10^-9 при условии, что ошибки носят случайный характер, поэтому в аппаратуре АЦП для 3В и ТВ сигналов приме­няется помехоустойчивое кодирование.

Предложенная в Рек. МСЭ-Р8.614-3 формулировка норм на К_ош значительно отличается от формулировки норм на ошибки в ГЭС, данной в Рек. МСЭ-Т G.821. В Рек. МСЭ-Т G.821 нор­мы сформулированы с учетом интересов потребителя — они осно­ваны на средней длительности телефонного разговора, составляю­щей единицы минут.

Для спутникового ГЭЦТ установлены нормы, составля­ющие примерно 20 % от норм на проценты периодов усреднения, в течение которых К_ош превышает пороговую величину ошибки (вре­мя готовности порядка 1 мес.), даны в следующей редакции:

меньше 2 % одноминутных интервалов могут иметь К_ош ху­же 10^-6;

меньше 0,03 % односекундных интервалов могут иметь К_ош ху­же 10^-3;

меньше 1,6 % односекундных интервалов могут иметь ошибки.

Считается, что ГЭС или ГЭЦТ находятся в состоянии полного выхода из строя (или неготовности), когда К_ош в каждую секунду хуже, чем 10^-3 в течение периодов, равных или превышающих 10 последовательно идущих секунд.

Разработана также рекомендация для допустимых характери­стик ошибок для ГЭЦТ, действующего на скорости, равной или пре­вышающей скорость первичного цифрового тракта, т.е. на скорости 2048 и 1544 кбит/с и выше для различных иерархий (Рек. МСЭ-Р S.1062).

В соответствии с этой рекомендацией будущие и, где это возмож­но, существующие спутниковые линии, входящие в состав коммути­руемой сети общего пользования, действующие на скорости, равной или превышающей скорость первичного тракта, должны быть спроек­тированы так, чтобы по крайней мере удовлетворялись требования, установленные в Рек. МСЭ-Т G.826.

Для полного соответствия требованиям Рек. МСЭ-Т G.826 веро­ятность ошибки по битам (ВЕР), деленная на среднее число ошибок в пакете (ВЕР/) на выходе (т.е. на любом конце двустороннего со­единения) спутникового ГЭЦТ, составляющего часть международно­го соединения, действующего на скорости, равной или превышающей скорость ПЦТ, включая 155 Мбит/с, не должна превышать в течение всего времени (худшего месяца) норм для проектирования, заданных величинами, указанными в табл. 1.

Таблица 1

Скорость передачи, Мбит/с	Процент от полного времени (худшего месяца)	ВЕР/
1,5	0,2 2,0 10,0
2,0	0,2 2,0 10,0
6,0	0,2 2,0 10,0
51,0	0,2 2,0 10,0
155,0	0,2 2,0 10,0

В соответствии с Рек. МСЭ-Т G.821 требования Рек. МСЭ-Т G.826 сформулированы в терминах интервалов с ошибками. В обеих рекомендациях используется сходная терминология, но определения параметров различаются. В G.826 интервалы с ошибками определя­ются в терминах блоков с ошибками в противоположность ошибкам отдельных битов по Рек. G.821. Цель такого определения – обеспе­чить проверку выполнения требований на качественные показатели по G.826 без закрытия связи. Определение характеристик в терминах ошибочных блоков вместо ошибочных битов имеет важные послед­ствия для систем, где ошибки имеют тенденцию к группированию, например, где используются скремблирование и коды, исправляю­щие ошибки. Блок, используемый в Рек. G.826, является группой по­следовательных битов, которые составляют блок или кадр со встро­енным контролем в рассматриваемой системе передачи. Нормы на качественные показатели спутникового ГЭЦТ для международного или национального цифрового соединения, действующего на скоро­сти, равной или превышающей скорость передачи ПЦТ, в терминах Рек. G.826 сформулированы в табл. 2.

Таблица 2

Скорость передачи, Мбит/с	от 1,5 до 5	 5 до 15	 15 до 55	 55 до 160	 160 до 3500
Число битов в блоке	2000… …8000	2000… …8000	4000… …20000	6000… …20000	15000… …30000
ESR	0.014	0.0175	0.0262	0.056	Нет рекомендаций
SESR	0,0007	0,0007	0,0007	0,0007	0,0007
BBER	1,05·10-4	0,7·10-4	0,7·10-4	0,7·10-4	0,35·10-4
Примечание: ESR – коэффициент секунд с ошибками; SESR – коэффициент пораженных секунд; ВВER – коэффициент фоновых ошибок блоков.

Таким образом, из табл. 1 и 2 видно, что нормы на ГЭЦТ спутниковых линий, работающих на высоких скоростях передачи, приближающихся к скоростям передачи в волоконно-оптических ли­ниях связи (ВОЛС), ужесточаются по сравнению с передачей на ско­рости основного цифрового канала ОЦК, так как из-за возрастаю­щей конкуренции волоконно-оптических линий связи просматривает­ся тенденция на спутниковых линиях обеспечивать те же нормы, что и на ВОЛС, хотя назначение и возможности спутниковых и наземных линий связи могут быть разными. В ряде случаев спутниковые ли­нии заменят ВОЛС, и при этом для выполнения конкретной задачи не потребуется столь жестких норм на цифровые тракты.

Фазовое дрожание сигналов тактовой синхронизации определя­ется как кратковременное отклонение значащих моментов цифрового сигнала от их идеальных положений во времени. В линейных трактах спутниковых цифровых систем передачи в зависимости от причи­ны его появления различают два вида фазового дрожания:

1. из-за выравнивания скоростей, которое вызывается введением и исключе­нием бит выравнивания в процессе разделения и уплотнения во вре­мени цифровых сигналов при асинхронном вводе цифровых сигналов;

2. из-за искажений при восстановлении сигналов тактовой частоты в процессе регенерации и неидеальности линейных цепей ВЧ трак­тов спутниковых линий. При определении качества цифровых спут­никовых систем передачи важное значение имеет измерение только фазового дрожания сигналов тактовой синхронизации второго типа.

В цифровых трактах нормируют проскальзывание по битам, вы­ражающееся в отсутствии непрерывности в потоке бит, поступающих на вход цифровой системы передачи. Определены два типа проскальзывания:

1. нерегулярные, представляющие собой изменение числа цифровых позиций, возникающие из-за отклонений в процессе син­хронизации, вызванных трактом передачи или коммутацией цифро­вого сигнала;

2. регулярные, представляющие собой предусмотренные непоправимые потери или появление нескольких последовательных цифровых позиций в цифровом сигнале при изменении скорости пе­редачи цифрового сигнала во время работы данной аппаратуры или сети с другой аппаратурой или сетью. Нормы на регулярные проскальзывания рассмотрены в Рек. МСЭ-Т G.822.

Цифровые спутниковые тракты в СЦИ

Сети передачи информации фактически выполняют транспорти­рование – перемещение информации; а также дополнительно реа­лизуют функции контроля, оперативного управления, переключения и другие сетевые функции.

Транспортная система (ТС) является базой для всех существу­ющих и планируемых служб связи для интеллектуальных, персо­нальных и других перспективных сетей, в которых могут использо­ваться синхронный или асинхронный способ переноса информации – STM или ATM.

Синхронный способ передачи информации считается наиболее перспективным и строится на базе синхронной цифровой иерархии (СЦИ).

Транспортная система СЦИ – органическое объединение инфор­мационной сети и системы контроля.

Информационная сеть образуется линиями передачи и узлами.

В качестве линий передачи в основном используются одномодовые волоконно-оптические (ВО) кабели, но широко применяются и радиолинии.

Стык выполняется на базе синхронных мультиплексоров (CM) — синхронной аппаратуры группообразования и аппаратуры оперативного переключения (АОП).

Нагрузкой информационной сети СЦИ могут быть сигналы су­ществующих сетей плезиохронной цифровой иерархии ПЦИ, а также сигналы новых служб и сетей связи – например, в асинхронном ре­жиме передачи ATM — потоки ячеек (фрагментов) широкополосной сети с интеграцией обслуживания (Ш-ЦСИО). Доступ к информа­ционной СЦИ возможен через СМ либо АОП, которая обычно вы­полняет преобразование сигналов СЦИ в сигналы плезиохронной ци­фровой иерархии, и наоборот.

Синхронный режим характеризуется жестким разделением вре­менного кадра на участки (интервалы) – битовые слова фиксирован­ной длины равной продолжительности, каждый из которых назначен определенному логическому соединению. В качестве устройства обмена применяется сверхскоростная аппа­ратура группообразования (мультиплексирования), скорость работы которой должна быть значительно выше, чем у входящих линий.

Для СЦИ определена иерархия скоростей цифровых синхронных каналов. В качестве первого уровня выбрана скорость 155520 кбит/с, в качестве 4-го — 622080 кбит/с, стандарт высших уровней — 1 244 160 кбит/с, 12-й уровень — 1866 240 кбит/с, 16-й уровень — 2488320 кбит/с.

Для работы по низкоскоростным каналам, в частности по спут­никовым, вводится синхронный транспортный модуль уровня 0 (СТМ-0) на скорость 51,84 Мбит/с.

Введение уровня ниже первого, например СТМ-0, повысит эко­номичность использования СЦИ на современных спутниковых.и ра­диорелейных линиях, где широко распространены тракты с полосой пропускания 40 МГц, а также в тех многочисленных случаях, ко­гда на сети нет необходимости в сравнительно большой пропускной способности первого уровня СЦИ.

Формат СТМ-0 не представляет уровень СЦИ и не может ис­пользоваться на интерфейсах сетевых узлов.

Для организации соединений в СЦИ в сетевом уровне трак­тов образуют виртуальные контейнеры (ВК) — блочные цикличе­ские структуры с периодом повторения 125 или 500 мкс. Субблоки Tributary Unit (СБ) обеспечивают согласование между сетевыми уровнями трактов низшего и высшего порядков и содержат информа­ционную нагрузку. В качестве субблоков могут использоваться как потоки с меньшей, чем у ВК, скоростью, так и сигналы плезиохрон­ной аппаратуры группообразования.

Таким образом, обеспечивается совместимость синхронных и плезиохронных систем передачи.

Измерение параметров цифровых каналов и трактов.

В цифровых системах передачи (включая аппаратуру уплотнения и разуплотнения потоков более высоких порядков временного группообразования) наиболее актуальным прежде всего является измерение двух критериев качества – ошибки на бит и фазового дрожания.

Измерения проводят в отсутствие сигнала и при его наличии.

На скоростях передачи в первичных и вторичных цифровых трактах используются псевдослучайные последовательности длиной 2¹⁵-1=32767 бит и на более высоких скоростях – последовательности длиной 2²³-1=8388607 бит.

На входе системы передачи поток данных синхронизируется с генерируемой на месте эталонной псевдослучайной последовательностью, не содержащей ошибки; затем выполняется побитное сравнение. Любая разница в последовательностях представляет собой ошибки в битах, и они могут подсчитываться и отображаться как коэффициент ошибки, секунды, свободные от ошибок, и пр.

Фазовое дрожание (ФД), измеряемое в цифровом канале или тракте (на выходе цифрового стыка), регенераторе или других элементах, выражается тремя способами: через максимально допустимое входное ФД (определяется, какой величины ФД может быть подано на вход системы, прежде чем появится ошибка), на выходе в отсутствие входного ФД и через коэффициент передачи ФД.

Максимально допустимое входное ФД и коэффициент передачи ФД обычно измеряют в отсутствие информационного сигнала путем введения синусоидальной фазовой модуляции (ФМ) с изменяющейся частотой в испытательную ПСП. Собственное ФД в отсутствие входного ФД может быть измерено в отсутствие передачи и во время передачи информационного сигнала при условии, что измеритель ФД обладает возможностью обнаружения опорного синхросигнала из входного сигнала.

Для измерения ФД в цифровых системах передачи используют прибор, в котором устройство выделения тактовой частоты представляет собой узкополосный фильтр, настроенный на эту частоту. Выделенное напряжение поступает на двусторонний ограничитель амплитуд. Флуктуация фазы полученного таким образом колебания выделяется частотным детектором.