Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Анализ ошибок в цифровых системах передачи

Основное преимущество цифровой передачи по сравнению с аналоговой заключается в отсутствии накопления помех вдоль линии. Это достигается за счет восстановления формы передаваемого сигнала с помощью регенератора, находящегося в конце каждого регенерационного участка.

Все факторы, от которых зависит длина регенерационного участка, можно разделить на внутренние и внешние факторы.

Наиболее важными внутренними факторами считаются:

- затухание линии. Затухание показывает, насколько уменьшается мощность эталонного синусоидального сигнала на выходе линии связи по отношению к мощности сигнала на входе этой линии. Затухание А обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляется по следующей формуле: А = 10 lg Р_вых/Р_вх,

где P_вых — мощность сигнала на выходе линии, а Р_вх — мощность сигнала на ее входе.

При отсутствии промежуточных усилителей мощность выходного сигнала кабеля всегда меньше мощности входного, поэтому затухание кабеля, как правило, имеет отрицательную величину.

- межсимвольные помехи. Межсимвольные помехи обусловлены тем, что часть энергии информационного импульса, относящегося к одному тактовому интервалу, поступает на пороговое решающее устройство в течение соседних тактовых интервалов (см.рис.1.1).

Рис.1.1.

Межсимвольные искажения [1, стр.263], обусловленные ограничением полосы частот цифрового линейного тракта сверху (снизу), называются межсимвольными искажениями 1-го рода (2-го рода). В первом случае наиболее сильно влияют друг на друга символы, расположенные в соседних тактовых интервалах. При этом амплитуды импульсов получают случайные приращения, случайным образом изменяются моменты появления импульсов (фазовые дрожания), что ухудшает работу системы тактовой синхронизации, в тактовых интервалах нулевых посылок напряжение на выходе решающего устройства отлично от нуля и помехоустойчивость регенератора снижается. Во втором случае (при ограничении полосы снизу) подавляются постоянная составляющая и низкочастотные составляющие и образуются «хвосты» переходного процесса. Это случайным образом воздействует на амплитуду каждого импульса и помехоустойчивость регенератора уменьшается.

- нестабильность тактовой частоты системы,

- вариация задержки. Применительно к качеству обслуживания Форум ATM выделил три параметра, которые должны быть согласованы при установке соединения. Эти параметры конкретизируют само понятие качества обслуживания:

1). Время задержки при передаче ячеек (Cell Transfer Delay, CTD) - максимальное время передачи ячейки от одного узла к другому. Этот параметр зависит от задержек при передаче и времени нахождения ячеек в очередях коммутаторов ATM;

2). Вариация задержки (Cell Delay Variation, CDV) отражает разницу между максимальным и минимальным временем передачи ячейки между узлами. Эта величина зависит от числа виртуальных соединений, мультиплексируемых в один физический канал. Кроме того, на вариацию задержки влияет изменение времени задержки ячеек в очередях коммутаторов;

3). Процент потерянных ячеек (Cell Loss Ratio, CLR) зависит от качества конкретного физического канала и алгоритма, заложенного в коммутатор для устранения перегрузок.

- возрастание уровня шумов вследствие старения системы.

К существенным внешним факторам обычно относят:

- переходные и импульсные помехи. П ереходные помехи между парами кабелей абонентских телефонных сетей относят к классу стационарных помех. Импульсными помехами называют случайные кратковременные искажения амплитуды сигнала. Главные источники импульсных помех — удары молнии, токи перегрузки, включения и выключения осветительных и электромеханических бытовых приборов. Одна из разновидностей импульсных помех имеет периодический характер с частотой сети переменного тока 50 или 60 Гц. Обычно такая помеха проявляется как ошибка передачи и может быть причиной перерывов в линии DSL, требующих ее повторного запуска (retrain). Особенно чувствительны к импульсным помехам видеоприложения, где из-за них случаются потеря синхронизации, «замораживание», «пикселизация» изображения (Пикселизация — метод цифровой обработки изображений, заключающийся в существенном уменьшении разрешения изображения или его части. Пикселизация часто используется на телевидении, для сокрытия части картинки) и др. На экране дисплея импульсные помехи хорошо заметны и проявляются в виде резких, "неестественных" выбросов амплитуды отдельных небольших групп отсчетов наблюдаемого сигнала. Импульсная помеха описывается формой линии и функциями распределения пиковой амплитуды и скважности. Скважность характеризует "плотность" импульсных помех в сигнале и определяется как отношение длительности импульсной помехи к средней величине длительности интервала между соседними помехами.

- внешние электромагнитные влияния (статья «Электромагнитная совместимость в кабельных линиях» в папке «Измерения в цифровой АТС»),

- механические повреждения контактов при вибрации или ударах,

- ухудшение свойств передающей среды вследствие перепадов температуры.

Все перечисленные выше факторы обычно приводят к ухудшению самого чувствительного к ошибкам параметра цифровой передачи — соотношения сигнал/шум. С этим соотношением непосредственно связан обобщенный параметр качества цифровых систем передачи, которым является коэффициент битовых ошибок (Bit Error Rate, BER). Снижение величины соотношения сигнал/шум всего на 1 дБ приводит к увеличению BER, по крайней мере, на порядок. С татистическая оценка коэффициента битовых ошибок– наиболее распространенный подходизмерения степени искажений цифрового потока данных.

Определение: Согласно определению, BER представляет собой отношение числа ошибочно принятых битов к общему числу принятых битов. Если обозначить:

- число ошибок, происходящих в течение временного интервала t,

- общее число символов (единиц или нулей), переданных в течение указанного интервала,

В - битовую скорость передачи символов, получим:

Ошибки возникают вследствие случайных флуктуаций сигнала. Возможны ошибки двух видов: 1) пропуск сигнала (ПС): при передаче «1» фиксируем «0»; 2) ложный сигнал (ЛС): при передаче «0» фиксируем «1».

Величина BER статистически колеблется около значения среднего коэффициента ошибок, который определяется за длительный промежуток времени. Разница между непосредственно измеренным коэффициентом ошибок и его долговременным средним значением зависит от числа контролируемых бит, то есть определяется длительностью измерения.

База времени (то есть временной интервал проведения измерения) может формироваться с помощью двух различных подходов.

В соответствии с первым из них, на принимающем конце задается фиксированное число наблюдаемых бит, которое при известной скорости передачи символов однозначно определяет время измерения, и в течение этого времени регистрируется соответствующее число бит с ошибками.

Например, если число ошибочно принятых бит оказалось равным 20, а заданное общее число принимаемых бит – 10⁶, то коэффициент ошибок составит 20/10⁶ = 20 x 10^-6 = 2 x 10^-5. При скорости потока 1 Мбит/с время измерения составит 1 секунду.

Достоинством такого подхода является точно известное время измерения, а недостатком – невысокая надежность измерения при малом числе ошибок.

Согласно второму методу, время измерения определяется заданным числом ошибок. Измерение длится до тех пор, пока, например, не будет зафиксировано 100 ошибок. Затем на основании соответствующего числа битов данных вычисляется коэффициент ошибок.

Недостаток этого подхода заключается в том, что неизвестно время измерений, которое при малых коэффициентах ошибок может оказаться очень большим. Кроме того, вполне возможно, что счетчик бит данных заполнится полностью, и либо измерения прекратятся, либо счетчик обнулится и опять начнет подсчет, в результате чего количество принятых бит будет подсчитано неправильно. Поэтому такой способ используется редко.

Для того чтобы оценить допустимые значения BER, коснемся истории развития цифровых систем передачи. На начальном этапе цифровые системы передачи применялись, главным образом, для передачи аналогового телефонного сигнала, и потому требования к качеству цифровых систем передачи определялись характеристиками этого сигнала.

Ошибка в цифровом сигнале приводит к быстрому изменению величины сигнала АИМ на входе канального демодулятора, и абонент слышит неприятный щелчок на выходе канала ИКМ. Экспериментально установлено, что заметные щелчки возникают только при ошибках в одном из первых двух наибольших по весу символов кодовой группы, что соответствует максимальному (положительному или отрицательному) изменению сигнала АИМ. Качество связи считается удовлетворительным, если в каждом канале наблюдается не более одного щелчка в минуту. При частоте дискретизации, равной 8 кГц, по каналу передается 8000 x 60 = 480 тыс. кодовых групп в минуту, причем опасными в отношении щелчков являются 960 тыс. старших разрядов. Если считать, что вероятность ошибки для любого разряда кодовой группы одинакова, то при допущении одного щелчка в минуту вероятность ошибки в линейном тракте не должна быть более 1/960 000 = 10^-6.

Для эталонного международного соединения протяженностью 27 500 км, которое более чувствительно к ошибкам передачи, величина BER не должна превышать 10^-7.