Измерения в различных системах передачи

^ Цель: изучение особенностей измерений в радиочастотных системах и АТС

Радиочастотные системы передачи. Основные технические решения

К радиочастотным СП относятся все средства связи, использующие в качестве среды передачи радиоэфир. РЧ СП включают в себя два типа:

Радиорелейные системы передачи (РРЛ)

Спутниковые системы передачи (ССС)

Измерения для обоих технологий практически одинаковы, но имеются некоторые различия, обусловленные диапазонами измерений и условиями распространения сигнала.

^ Эксплуатация радиочастотных систем передачи

РЧ измерения входят составной частью в комплекс измерений на первичной сети. В технологию РЧ измерений включаются измерения параметров цифровых трактов СП, так как они связаны с анализом цифровой первичной сети. Основу РЧ измерений составляют измерения радиоэфира, которые связаны с анализом электромагнитной обстановки во всем спектре, используемом СП. Особенно важно измерения по оценке эффективности использования радиоэфира

^ Анализ РЧ систем

Анализ работы узловых РЧ устройств – ретрансляторов – является существенной частью проведения РЧ измерений. После анализа ретрансляторов производится анализ РЧ трактов систем передачи в целом. Для ССС сюда будут относиться измерения каналов передачи

^ Группы технических решений для РРЛ

При формировании технических решений для эксплуатации РРЛ, необходимо учитывать специфику развертывания и эксплуатации последних. Радиорелейные системы передачи представляют собой очень широкий класс оборудования, предлагаемый различными компаниями-производителями. Гибкость РРЛ заключается в следующих параметрах:

• 
  частотный диапазон;
• 
  уровень иерархии формируемого канала.

^ Спектральный контроль радиочастотного ресурса

РРЛ настроена на определенный рабочий диапа­зон, который теоретически должен быть свободен от посторонних сигналов. ­ В случае их возникновения для РРЛ это означает появление шумов в рабочем диапазоне, что должно влиять негативно на работу системы. Поэтому наблюдение за спектром в рабочей полосе частот позволяет:

• 
  ­выявить радиочастотные сигналы, интерферирующие с рабочими сигналами РРЛ;
• 
  определить влияние РРЛ за пределами рабочего диапазона;
• 
  по анализу рабочего сигнала РРЛ проверить правильность настройки последней на рабочий диапазон.

Для проведения измерений анализатор спектра может быть подключен к тракту ПЧ, тракту РЧ или через тестовую антенну непосредственно поставлен для измерения мощности поля в заданной точке. Также эффективно оказывается включать ана­лизатор в тестовые гнезда трактов ПЧ или РЧ на оборудовании и проводить измерения непосредственно в реально работающей системе.

^ Измерения частоты и мощности сигнала РЧ

­Вторым важным типом измерений являются измерения таких параметров РЧ-сигнала как частота его несущей и мощность. Эти измерения дублируют спектральный анализ, однако если спектральный анализ позволяет измерять относительную мощность, прямые измерения мощности позволяют измерять абсолютную величину передаваемой/принимаемой мощности сигнала. В то же время недостатком прямых измерений мощности и частоты передаваемого/принимаемого сигнала является то, что такими методами невозможно в полной мере оценить всю картину загруженно­сти рабочего диапазона. Оценить эту картину можно, проходя измерительным прибором по диапазону и делая соответствующие измерения.

^ Комплексные измерения тракта РРЛ

При эксплуатации РРЛ существует группа специфических измерений, по результатам которых мож­но точно настраивать параметры системы передачи и рассматривать влияние тех или иных факторов на качество формируемого канала первичной сети.

­В качестве таких измерений можно привести:

• 
  измерения тракта РРЛ в целом и его параметров: АЧХ, Г­З, отношения сигнал/шум, DADE и т.д.;
• 
  измерения компонентов тракта РРЛ (модемов, антенного тракта, усилительного тракта, конвертерных цепей по линии вверх и вниз и т.д.)

Тракт РРЛ

Рисунок 30 - Принципы измерения параметров

Метод измерения всех перечисленных параметров достаточно прост (рис.30). Для измерений используются два прибора, подключаемые с разных сторон измеряемого тракта. Генератор на переда­ющей стороне обеспечивает генерацию тестового сигнала (им может быть сканирующий, гармоничес­кий или композитный сигнал сложной структуры). На приемной стороне устанавливается тестовый при­емник, в роли которого обычно выступает анализатор спектра со специальным программным обеспече­нием. Тестовый приемник принимает из канала сигнал, обеспечивает его обработку и отображение измеряемых величин в скалярной или векторной форме.

^ Измерения участков радиочастотного тракта

­ В случае выявления несоответствия параметров «прозрачности» РЧ-канала заявленным для нор­мальной эксплуатации РРЛ возникает необходимость «пошагового» измерения параметров РЧ-тракта. Для этой цели оператор рассматривает РЧ-тракт уже не как единый канал, а как составную РЧ-систему передачи, в состав которой входят различные компоненты (гетеродины, фильтры, конвертеры по линии вверх и вниз, модуляторы, демодуляторы, кодеры, антенные системы и т.д.).

В состав тракта входят следующие компоненты: кодер, модулятор, фильтр ПЧ, конвертор по линии вверх, фильтр РЧ, антенное устройство, ретранслятор и среда распространения сигнала, фильтр РЧ приемника, кон­вертер по линии вниз, фильтр ПЧ, демодулятор и декодер. «Пошаговые» измерения радиочастотных трактов включают в себя не только анализ параметров аппаратуры тракта, но и параметров прохождения рабочего сигнала по нему. Рассматривая эти параметры, можно выделить соответствующие им группы измерений участков радиочастотного тракта.

1.
Контроль возможных нарушений работы модемов приводит к необходимости измерений параметров модуляции;

2.
Учет возможной нелинейности в усилительных элементах приводит к необходимости контроля усилителей и измерения характеристик усиления этих элементов;

3.
Определение вероятности межсимвольной интерференции требует анализа фильтров ПЧ и РЧ.

^ Измерения на цифровых АТС

Все измерения, проводимые на цифровых АТС, можно разделить на три основные группы:тестирование аналоговых абонентских линий и окончаний;

тестирование цифровых абонентских окончаний; тестирование цифровых потоков МСС и доступа.

^ Измерения на аналоговых АТС

Основные измерения, проводимые на аналоговых АТС, можно разделить на следующие группы: тестирование абонентских линий и окончаний; тестирование СЛ (каналов ТЧ и сигнализации); тестирование биллинговых систем АТСК и оборудования АПУС.

^ Тестирование абонентских линий и окончаний

Этот вид измерений является наиболее общим для всех видов коммутаторов. При тестировании медных абонентских линий требуется измерение как первичных, так и вторичных параметров медной пары. Для стандартной аналоговой телефонии достаточным будет измерений шлейфа, балансировки, емкости пары и затухания ее в полосе частот от 300 Гц до 3,4 кГц.

^ Тестирование цифровых абонентских окончаний

Этот вид тестирования необходим при обслуживании ЦАТС, применяющих ISDN-коммутацию, а также УПАТС, подключенных по цифровым стыкам ISDN PRI/BRI. Существует широкая номенклатура приборов, с помощью которых проводится подобное тестирование на различных уровнях:

базового доступа (ISDN BRI): IBT-5, IBT-100, IBT-300 (Acterna), Aurora (Trend Communications), SunSet ISDN (Sunrise Telecom);

первичного доступа (ISDN PRI): IBT-200/300, 8630/8631 (Acterna), Any Test E1 (LinkBit), Aurora (Trend Communications), SunSet ISDN (Sunrise Telecom).

^ Тестирование цифровых потоков МСС и доступа

Это один из самых распространенных видов тестирования ЦАТС всех уровней. При анализе цифровых потоков проверяются стыки Е1 на двух уровнях: физическом и канальном. На физическом уровне измеряются такие параметры, как: структура и состояние потока, синхронизация, коэффициент ошибок, джиттер, физические параметры стыка (по уровню и маске импульса). На канальном уровне проверяется правильность прохождения сигналов взаимодействия различных коммутационных систем между собой. Для этого необходимо производить декодирование команд протоколов взаимодействия сетевых элементов

^ Измерительное оборудование для цифрового телевидения

Анализаторы качества декомпрессированного изображения:

PQA300 Tektronix – Прибор позволяет заменить группу наблюдателей, т.к производит оценку качества изображения практически также как человеческий глаз. Обеспечивает быстрые, точные измерения: PQR, PSNR, представление результатов данных в табличной форме; прибор представляет измерительную систему для анализа качества ТВ изображения. Анализирует качество картинок в режиме повторяемых объективных измерений, что напрямую дублирует субъективное человеческое восприятие

^ Анализаторы транспортного потока

Серия MTS400 Tektronix - Отладчик/Анализатор компрессированного цифрового видео, который представляет новейшую технологию CaptureVuTM, фиксирующую и анализирующую системные события в реальном времени, для устранения чередующихся и сложных проблем, пропускаемых обычными анализаторами.

Позволяет быстро выделять и устранять аппаратные и системные неисправности. Мультиплексор/демультиплек-сор позволяет создавать и модифицировать испытательные потоки. Возможность быстрого и глубокого анализа выбранных элементов транспортных потоков, для подтверждения их функциональности и соответствия стандартам

Прибор обеспечивает анализы потоков IPTV в реальном времени и документирование результатов

^ Анализаторы параметров модуляции и анализаторы частотного спектра

MTM400 Tektronix с радиочастотными интерфейсами QAM, QPSK, COFDM

Основная задача: мониторинг транспортных потоков MPEG, поддерживает RF мониторинг и проверку практически всех существующих в мире типов радиочастотных модуляций для систем цифрового телевидения

^ Система мониторинга CATV+

Система обеспечивает централизованный контроль аналоговых и цифровых сигналов телевидения в ключевых точках системы распределения видеосигналов сети.

^ Функциональность системы

Диагностика аналоговых и цифровых систем передачи видеосигнала

Система CATV+ обеспечивает измерения аналоговых и цифровых систем передачи телевизионного сигнала

^ Лекция 15. Эксплуатация глобальных сетей передачи данных (WAN)

Цель: изучение особенностей измерений глобальных сетей передачи данных (WAN)

Глобальные сети передачи данных и их эксплуатация

Сети пе­редачи данных разделяются на локальные (LAN) и глобальные (WAN). Рассматривая современные технологии формирования сетей передачи данных, можно указать, что наиболее доминирует технология Frame Relay, после которой идет технология ATM.

^ Комплексное решение по эксплуатации сетей передачи данных

Технология измерений в сетях передачи данных включает три уровня тестирования: анализ интер­фейса, анализ канала передачи данных и анализ протоколов. Часто функции измерений разных уров­ней интегрированы в одном измерительном приборе, однако, задачи измерений, принципы их органи­зации и методы интерпретации результатов для каждого уровня свои.

^ Измерения на интерфейсах

Анализ интерфейсов сетей передачи данных представляет собой удобную эксплуатационную проце­дуру для поиска неисправностей на физическом уровне. Очень часто проблемы в сетях передачи данных связаны с неправильным функционированием интерфейсов, в которых используются различные служеб­ные сигналы: квитирования, синхронизации и т.д. При анализе интерфейса могут быть найдены пробле­мы, связанные с поляризацией кабелей, а также проанализированы режимы работы DTE и DCE. Опыт пока­зывает, что наибольшее количество проблем, имеющих место в современных сетях передачи данных - это проблемы с неправильной распайкой интерфейсов ПД. Поэтому анализ интерфейсов в последнее время стал чрезвычайно актуальным для операторов сетей передачи данных. Для проведения измерений ис­пользуются анализаторы интерфейсов, получившие в практике название «интерфейсных коробок».

^ Анализ качества каналов

На канальном уровне диагностируется основной параметр цифровых каналов - параметр ошибки (BER). ­ качестве основной методологии измерений здесь выступает рек. G.821. Анализаторы каналь­ного уровня представляют собой различные приборы, выступающие в качестве генератора и анализато­ра псевдослучайной последовательности (ПСП).

Анализаторы могут быть как простыми, поддерживаю­щими один или несколько интерфейсов, так и сложными и даже совмещенными с анализаторами ИКМ.

Часто многофункциональные анализаторы BER имеют в сво­ем составе индикаторы интерфейсных сигналов, позволяющие диагностировать точку подключения, что является залогом успешных измерений.

^ Анализ протоколов в сетях передачи данных

Третьим уровнем измерений и эксплуатации является анализ протоколов с целью поиска и устране­ния логических противоречий при взаимодействии различных устройств. Отечественные связисты редко сталкивается с проблемой, требующей анализа протоколов. К таким проблемам могут быть отнесены:

• 
  Логические нарушения взаимодействия в точках стыка разнородного оборудования
• 
  Нарушения в работе приложений. Обычно они связаны с логическими противоречиями в точках подключения оконечного оборудования к сети.

^ Состав комплексного решения

Из всего перечисленного выше следует, что целесообразно разделить комплексное решение на две основных части - комплекты для инсталляции и эксплуатации сетей передачи данных и комплект для анализа протоколов. Первая часть включает в себя несколько вариантов различной стоимости и соста­ва, вторая часть состоит из одного пакета с полной функциональностью.

^ Лекция 16. Анализаторы протоколов сетей передачи данных

Цель: изучение свойств измерений с помощью анализаторов протоколов сетей передачи данных

^ Типы анализаторов

Анализатор J2300D позволяет анализировать все основные коммуникационные протоколы WAN от 50 bps до 2 Mbps: Frame Relay, ISDN, X.25, HDLC, SDLC, SNA, асинхронный РРР и инкапсулированные LAN протоколы, работающие в глобальной сети. ­се основные WAN интерфейсы, такие как RS 232/V.24, RS449/ 422/423, V.10/V.11 и V.35, уже встроены в платформу.

Особенностью анализатора является сочетание возможности измерений параметров интерфейсов с мощным декодированием протоколов.

Декодированные сообщения представлены в трех окнах: отдельно простая трасса протокола, де­тализированная трасса с широкими возможностями фильтрации и шестнадцатиричное представление данных.

Анализатор каналов передачи данных LYNX является удобным портативным прибором, необходимым при обслуживании систем современной цифровой телефонии и передачи данных.

Анализатор обеспечивает тестирование основных интерфейсов передачи данных и анализ по параметру ошибки (BER) каналов передачи.

^ Статистическая обработка и экспертная система

Дополнительно анализатор обеспечивает сбор и обработку статистической информации, которая позволяет оценить производительность сети передачи данных, наличие в ней неисправностей и их сово­купное влияние на работоспособность и надежность сети. Встроенная экспертная система позволяет провести сканирование сети на предмет наличия в ней неисправностей и анализ причин их возникновения.

Анализ телекоммуникационных протоколов и анализ LAN.

Подвижные модули добавляют функции для тестирования ISDN BRI и PRI, DS-1/E1, DS-3/E3, OS-3c/ STM-1. Модули, подстыковываемые снизу также добавляют способности для работы с Ethernet, switched Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI, token-ring LAN.

^ Анализатор ATM

Анализатор обеспечивает полный протокол-анализ трафика ATM, различные схе­мы инкапсуляции и декапсуляции трафика локальных и глобальных сетей, обеспечивает точность временных меток трасс до 10~⁷ с, что позволяет эффективно ис­пользовать его для анализа сетей ATM вплоть до скорости STM-1 - скорость, наиболее часто используе­мая на уровне приложений современных телекоммуникаций. Семейство анализаторов Беркут (BERcut) представляет собой универсальное решение для эксплуатации современных гибридных сетей связи на уровне доступа.

Концепция семейства анализаторов

Все приборы семейства Беркут решают одну и ту же задачу диагностики параметров сетей доступа.

Решение задачи контроля современных сетей доступа в условиях мультитехнологической системы NGN может быть выполнено двумя разными способами. Может быть реализована стратегия универсального прибора, обеспечивающего измерения в самых разных технологиях. Семейство Беркут решает проблему выбора стратегии, поскольку включает в себя универсальную платформу BERcut-MMT и семейство специализированных анализаторов BERcut-E1, BERcut-ADSL, BERcut-GE1/2, BERcut-CATV1/2 и BERcut-SDH.

Для специализированных задач (например, диагностика сегмента ADSL) оператор может использовать специализированный прибор BERcut, обеспечивая дешевое и эффективное решение специализированными средствами. Для конвергентных сетей можно использовать универсальный прибор BERcut-MMT, который обеспечит функциональность и многомодульный режим работы.

^ Многоуровневое семейство

В семействе Беркут в настоящее время имеется 9 анализаторов разной функциональности и задач:

Универсальный анализатор BERcut-MMT объединяет в себе всю методологию всех анализаторов семейства Беркут и одновременно имеет ряд функциональных подсистем для тестирования конвергентных сетей (например, одновременный мониторинг традиционных и пакетных сетей и т.д.)

^ Специализированные анализаторы для традиционных сетей:

BERcut-E1 – наиболее распространенная модель семейства, обеспечивающая всесторонний анализ потоков Е1

BERcut-SDH – обеспечивает все функции тестирования традиционных сетей PDH и SDH на скоростях Е1, Е2, Е3, Е4, STM-1, STM-4 и STM-16

^ Специализированные анализаторы для сетей NGN:

BERcut-ADSL – анализатор сетей ADSL/ADSL2/ReADSL/ADSL2+

BERcut-GE1 – однопортовый анализатор Ethernet/Gigabit Ethernet

BERcut-GE2 – двухпортовый анализатор Ethernet/Gigabit Ethernet

BERcut-CATV1 – анализатор сетей кабельного телевидения, по которым предоставляются услуги Интернет, Triple Play и IPTV

BERcut-CATV2 – анализатор сетей цифрового кабельного телевидения DOCSIS, по которым предоставляются услуги Интернет, Triple Play и IPTV

BERcut-SDH – анализатор сетей Metro-SDH, по которым передается трафик Ethernet и Triple Play

BERcut-EP – анализатор пользовательских сетей Ethernet и систем доступа PON

Все анализаторы этой группы оснащены функциями контроля уровня IP, Ethernet, L2/L3/L4 и L7, включая контроль Triple Play.

FTP, Web, IPTV, VoIP. Кроме того, для диагностики домовых сетей все анализаторы имеют опции WiFi.

^ Конвергенция в сетях доступа

Все приборы семейства Беркут имеют общую методологию измерений на уровнях IP, Ethernet и обеспечивают единую метрику параметров качества современных услуг NGN: Web, FTP, IPTV и VoIP. В результате в конвергентных сетях, где имеются сегменты сетей ADSL и Gigabit Ethernet, оказывается возможным сравнивать результаты измерений и проводить диагностику сквозного соединения.

^ Конвергенция транспорта и доступа

Кроме того, анализаторы семейства Беркут поддерживают возможности по тестированию конвергентных сетей транспорт-доступ. Специальное ПО на абонентских анализаторах BERcut-MMT позволяет дистанционно управлять анализатором SmartBits, формируя определенный профиль трафика и генерируя его на тестируемое абонентское окончание, где подключен BERcut. Принимая тестовый поток от SmartBits, BERcut-MMT выполняет измерения по линии «вниз» для любого интерфейса подключения (ADSL, Ethernet, GE и пр.). Производительность анализатора SmartBits позволяет использовать более 100 анализаторов BERcut на один транспортный анализатор SmartBits.

За счет разработанного алгоритма анализа оказывается возможным решить проблему контроля параметров качества (QoS) уровней L2/L3/L4 и L7 с «одного конца».

Использование единой метрики параметров качества в анализаторе SmartBits и анализаторе BERcut позволяет сравнивать параметры качества на уровне транспорт аи на уровне доступа, тем самым формируя единую систему эксплуатации транспорта и доступа.

^ Многоуровневое решение

Для формирования многоуровневой системы эксплуатации семейство Беркут включается в единую систему технических решений, объединенную единой методологией тестирования, едиными параметрами измерения и единой метрикой анализа.

На уровне транспорта используются анализаторы SmartBits и системы мониторинга EtherNID

На уровне конвергентных сетей транспорта и доступа используются универсальные анализаторы BERcut-MMT.

На уровне абонентских сетей используются специализированные анализаторы семейства BERcut.

^ Интеграция анализаторов в автоматизированные системы эксплуатации

Все приборы семейства могут использоваться в трех режимах:

Отдельный прибор

Терминал для сбора и первичной обработки данных в системе паспортизации OSS

Удаленный модуль системы мониторинга

Список литературы

1.
Бакланов И.Г. Технология измерений в современных телекоммуникациях. -М.: ЭКО-Трендз, 2001. - 139 с.

2.
Бакланов И.Г. Технология измерений первичной сети. Часть 1.Системы Е1,PDH, SDH.- М: ЭКО-Трендз, 2002.- 142 с.

3.
Бакланов И.Г. Методы измерений в системах связи. - М: ЭКО-Трендз, 1999. -196 с.

4.
Бакланов И.Г. ISDN и FRAME RELAY: технология и практика измерений. - М.: ЭКО-Трендз, 2002. - 187 с.

5.
Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. М.: Постмаркет, 2000. - 352 с.

6.
Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2001.-460с.

7.
Контроль качества в телекоммуникационных системах / Под ред. Иванова А.Б.- М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2001. -336 с.

8.
Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии: Уч. Для вузов. -2-е изд., перераб. И доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004. – 204 с.

9.
Кузнецов В.А., Ялунина Г.В. Основы метрологии. - М.: ИПК Изд-во стандартов,2003- 157 с.

10.
Самоделкина С.В., Клочковская Л.П. Методы и средства измерения в телекоммуникационных системах Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС,2010 - 27 с

Содержание

Введение	3
Лекция 1. Основные понятия и определения	4
Лекция 2. Измерительные технологии	8
Лекция 3. Обобщенная модель контроля и классификация измерительных технологий современных телекоммуникаций	12
Лекция 4. Обзор методов контроля. Методы измерения. Классификация.	17
Лекция 5. Информационная модель системы измерений для телекоммуникационной компании. Параметры измерительных систем	21
Лекция 6. Особенности представления цифровых сигналов (ЦС). Методы представления сигналов в виде диаграмм	24
Лекция 7. Возникновение битовых ошибок и их влияние на параметры цифровой передачи	28
Лекция 8. Методы вычисления параметров ошибок в цифровых каналах	33
Лекция 9. Методология измерения джиттера в ЦСП	36
Лекция 10. Эксплуатация и технология измерения систем первичного потока E1	40
Лекция 11. Измерительные технологии SDH, PDH. Состав эксплуатационных измерений SDH	45
Лекция 12. Общие принципы измерений абонентских кабельных систем. Основные параметры абонентских кабельных систем	49
Лекция 13. Технологии измерений в ВОСП.	54
Лекция 14. Измерения в различных системах передачи	59
Лекция 15. Эксплуатация глобальных сетей передачи данных (WAN)	63
Лекция 16. Анализаторы протоколов сетей передачи данных	64
Список литературы	68