Методы вычисления параметров ошибок в цифровых каналах
Цель:изучение методов расчета основных параметров при измерении цифрового бинарного канала
Помимо технологии выбора тестовой последовательности и параметров измерений, которые могут значительно влиять на результаты измерений, рассмотрим еще один фактор, существенно влияющий на результаты измерений - алгоритм подсчета результатов.
Основными параметрами при измерении цифрового бинарного канала являются BITS (количество ошибочных битов), BER (параметр ошибки по битам) и ES (количество секунд, пораженных ошибками). Все остальные параметры являются производными этих трех параметров. Выше описывалась методология подсчета количества ошибочных битов. Рассмотрим теперь методы вычисления параметра BER и параметра ES.
^ Методы расчета параметра BER. Параметр BER считается основным параметром тестирования любых цифровых каналов и систем. Параметр BER является наиболее распространенной статистической характеристикой качественных параметров канала. По отношению к измеряемым величинам этот параметр является вторичным и вычисляется на основании данных о количестве принимаемых ошибок в тестовой последовательности в различные периоды времени. Поэтому необходимо говорить о методах расчета параметра BER по данным о количестве ошибок.
Существует несколько алгоритмов анализа ошибок в принимаемом потоке с ПСП. На рисунке 13 представлены три основных алгоритма такого расчета.
Известно, что в процессе измерения существует две точки синхронизации измерений: начало измерения и время, при котором
Рисунок 13 – Методы подсчета параметра ES
достигается заданный порог ошибки (на рисунке - 100 ошибок). Выбор параметра ERR = 100 основан на предположении нормального распределения возникновения ошибок. В этом случае относительная погрешность измерений определяется как:
, где N - количество ошибок. Учитывая, что для большей части эксплуатационных измерений относительная погрешность в 10% является вполне допустимой в качестве границы интервала синхронизации может быть выбрано время ERR = 100.
Таким образом, все время измерений разбивается на два интервала: от начала измерений до точки ERR=100 и после этой точки. Соответственно различаются три метода подсчета BER.
^ Методы расчета параметра ES
Вторым наиболее часто используемым параметром (вторым по важности после BER) при анализе цифровых каналов является параметр количества секунд с ошибками (ES).
Если параметр BER определяет средний интегральный уровень качества цифровой передачи в канале, то параметр ES и, в особенности, обратный к нему параметр EFS определяет долю общего времени, в течении которого канал является свободным от ошибок, т.е. время, в течении которого оператор гарантирует бесперебойную цифровую передачу по каналу. Таким образом, этот параметр является крайне важным для операторов цифровых систем передачи, первичной и вторичных сетей.
По отношению к измеряемому параметру - количеству принятых ошибочных битов, параметр ES так же, как и параметр BER является вторичным. Метод его подсчета тесно связан с определениями, даваемыми этому параметру в европейской (одобренной ITU-T) и американской практике.
Как видно из рисунка 13, применение двух описанных методов к реальной. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Преимуществом асинхронного метода измерения является простота его реализации в конкретных приборах. Преимуществом метода синхронного подсчета является его инвариантность относительно выбора времени начала измерения, что приводит к следующим важным следствиям:
результаты, измеренные разными приборами одновременно на одном канале точно совпадают;
результаты, полученные при измерениях в различных частях цифрового канала, точно совпадают при условии, что канал не вносит дополнительных ошибок;
результаты, полученные методом синхронного подсчета, более отражают смысл измерения ES как общего времени негарантированной цифровой передачи, и могут использоваться операторами для гибкого регулирования тарифной политики и т.д.
^ Методология измерений без отключения канала
Для проведения измерений без отключения цифрового канала используются алгоритмы анализа избыточного циклового кода. Алгоритм такого анализа представлен на рисунке 14.
Рисунок 14 – Алгоритм использования избыточного цифрового кода
Информационный поток, передаваемый затем по цифровому каналу, разбивается на несколько блоков данных фиксированного размера. Для каждого блока данных выполняется операция деления последовательности битов на полином заданного вида (в зависимости от типа кода). В результате деления образуется остаток, который передается вместе с блоком данных в составе цикла (кадра) в канале. Процедура деления потока данных на блоки и передача их с рассчитанным остатком от деления приводит к необходимости использования в аппаратуре передачи цикловой структуры. Таким образом, измерения параметров ошибки без отключения канала возможны только для систем передачи с цикловой структурой. Остаток от деления передается в составе цикла в виде контрольной суммы. На приемной стороне делаются аналогичные вычисления остатка от деления. Результат расчета сравнивается с переданной контрольной суммой. В случае расхождения результатов делается вывод о наличии битовой ошибки в блоке.
Главным преимуществом методики измерения без отключения канала является возможность измерения на реально работающем канале, несущем рабочий трафик. Именно такие алгоритмы измерений используются во встроенных системах самодиагностики современных цифровых систем передачи и во вторичных сетях передачи данных. В зависимости от типа цикловой структуры используются различные типы цикловых кодов.
^ Объективность измеренных результатов