Методы оценки качества каналов связи

Каналом передачи называют совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений от источника информации до потребителя (рис. 3.3). Качество различных каналов передачи может оцениваться прямыми и косвенными методами.

Прямыми названы методы, позволяющие оценить принимаемые сообщения при сравнении их с исходными. К ним относятся метод определения эквивалента затухания по разборчивости, рекомендованный МККТТ для телефонной связи, метод сравнения эталонных таблиц (тест-таблиц) для телевизионной и факсимильной связи и т.д.

Прямые методы наиболее полно определяют качество каналов передачи. Однако, пользуясь только этими методами, очень трудно определить необходимые мероприятия по улучшению качественных показателей каналов, поэтому их заменяют или дополняют косвенными.

Косвенные методы дают возможность характеризовать канал передачи шириной полосы пропускания, уровнями передачи, динамическим диапазоном, диаграммой уровней, АЧХ, ФЧХ, частостью ошибок за определенный интервал времени. Эти характеристики позволяют судить о состоянии канала и аппаратуры. По рассматриваемым характеристикам легко обнаружить ту составную часть аппаратуры или канала, которая нуждается в улучшении.

Качество речи - параметр, характеризующий субъективную оценку звучания речи в испытуемой системе низкоскоростной передачи речи, выраженную в баллах по пятибалльной шкале или в процентах предпочтения при сравнении с эталонным трактом

Эталонный тракт – это тракт, показатели качества речи которого известны и с которым сравнивают оцениваемую систему низкоскоростной передачи речи.

К низкоскоростным системам относят системы передачи речи, в которых речевой сигнал в цифровой форме передается со скоростью от 16 кбит/с и меньше до 0,6-0,8 кбит/с вместо стандартной скорости цифрового потока 64 или 32 кбит/с. При этом, в зависимости от метода обработки речевого сигнала и скорости цифрового потока, обеспечивается большой диапазон градаций разборчивости и качества переданной речи.

В настоящем стандарте нормируют следующие параметры качества речи:

- слоговая разборчивость речи;

- фразовая разборчивость речи;

- качество речи по сравнению с качеством речи эталонного тракта;

- качество речи в реальных условиях работы.

и нормы разборчивости речи в соответствии с ГОСТ Р 50840 приведены в таблице.

Одним из методов контроля каналов передачи данных является контроль по вторичным статистическим характеристикам - статистике ошибок в последовательности дискретных элементов и блоках информации с учетом зависимого характера их искажения.

Для оценки неизвестной вероятности используется, как правило, коэффициент ошибок по единичным элементам (кодовым комбинациям). Однако его применение целесообразно лишь на каналах с распределением ошибок, близким к независимому. Оценка состояния каналов, характеризующихся группированием ошибок элементов (что приводит к взаимосвязи искажений передаваемых блоков информации) при использовании указанного метода становится явно неадекватной и ведет к значительным ошибкам контроля. Поэтому применимость этого метода ограничивается периодом квазистационарности состояния канала связи.

Состояние канала оценивается вероятностью положительного исхода события (ошибка элемента, искажение кодовой комбинации или блока информации), а задача контроля может быть сведена к задаче проверки статистических гипотез относительно неизвестной вероятности, что позволяет характеризовать достоверность контроля вероятностями ошибок первого и второго рода.

Основной проблемой этого метода оценки канала является выбор минимально возможной длины контрольной передаваемой последовательности, а также времени проведения испытаний.

Длина контрольной последовательности выбирается исходя из конкретных условий работы (тип аппаратуры передачи данных АПД, ее скорость) методом последовательного анализа. Длительность передачи, согласно рекомендациям МККТТ, должна составлять не менее 15 минут. Временем для испытания выбирается час наибольшей нагрузки.

Преимущество этого метода контроля заключается в том, что не требуется никакой измерительной аппаратуры, а весь контроль можно осуществить с помощью АПД и специального комплекса программ. Кроме того, этот метод подходит для контроля любых видов каналов (радиоканалов, каналов, образованных кабельными линиями связи.). С помощью этого метода можно предсказывать поведение канала, и эта оценка аналогична для каналов, образованных различными системами передачи.

Другой метод контроля - это контроль первичных статистических характеристик каналов тональной частоты (дрожание фазы, амплитудно-частотная характеристика, групповое время прохождения и другие) с помощью измерительной аппаратуры.

В общем случае этот метод можно реализовать в трех вариантах:

1-Автоматический контроль состояния каналов ТЧ без вмешательства человека в процессе эксплуатации по одной или нескольким первичным статистическим характеристикам.

2-Оценка скорости каналов передачи данных по первичным статистическим характеристикам.

3-Оценка качества передачи данных по первичным статистическим характеристикам.

В первом варианте аппаратура для контроля располагается на междугородных станциях. Например, автоматический контроль канала связи в процессе его эксплуатации по одному из параметров осуществляется по остаточному затуханию или уровню помех. В случае превышения или занижения этих характеристик автоматически выдается заключение, что канал неисправен. К сожалению, этот вариант не позволяет оценить скорость и качество работы АПД.

В целом метод контроля и оценки выделенных каналов по первичным статистическим характеристикам имеет свои недостатки:

1-с помощью измеренных характеристик нельзя достоверно предсказать, как будет вести себя АПД при работе на этом канале;

2-отсутствие оперативности, так как для измерения характеристик требуется значительное время и для этого надо прервать работу АПД.

К преимуществам метода можно отнести следующее:

1-возможность определить причину возникновения ошибок и устранить ее;

2-он позволяет, сняв первичные статистические характеристики и сопоставив их со способом передачи данных (вид модуляции, входные и выходные уровни АПД, чувствительность этой аппаратуры), сделать вывод о том, что можно ожидать от данного канала передачи данных (с какой скоростью на этом канале может работать АПД, какова будет устойчивость работы, вероятность появления ошибки). Следует подчеркнуть, что для каждого типа канала (спутниковые, радио, радиорелейные, кабельные) методика предсказания будет отличаться, так как у них различается среда распространения, а значит, и параметры, влияющие на качество передачи данных.

Анализ методов оценки качества сигнала: рекомендации G.821 и G.826

Коэффициент битовых ошибок BER является ключевым параметром оценки качества цифровых систем передачи (ЦСП). Этот параметр незаменим при проверке цифровой аппаратуры (например, регенераторов) на этапе ее разработки и ремонта, когда оборудование выведено из эксплуатации. У параметра BER есть и другой существенный недостаток: этот показатель практически невозможно использовать для оценки качества цифровой линии. При заказе любой услуги связи пользователь и провайдер должны заключить соглашение о качестве обслуживания (ServiceLevelAgreement, SLA), где четко оговариваются двусторонние обязательства. Для оценки качества сеанса связи в цифровом канале или тракте логично использовать относительное число ошибок передачи за фиксированные интервалы времени - за секунду или за период передачи фиксированной группы битов, которую называют блоком. Именно эти показатели положены в основу двух базовых рекомендаций ITU-T - G.821 и G.826.

В рекомендации G.821 в качестве параметра ошибок цифрового соединения выбраны два следующих.

1. Число секунд с ошибками (ErroredSecond, ES), к которым относится каждая секунда, в которой имеется по крайней мере одна ошибка. Как следует из определения, при таком подходе одиночная ошибка и пакет ошибок не различаются.

2. Число секунд с многочисленными ошибками (SeverelyErroredSecond, SES), где SES означает секунду с коэффициентом ошибок ≥ 10^-3.

Поскольку оба параметра — и ES, и SES — зависят от времени измерения T, для практической оценки качества цифрового соединения применяют их относительные значения: ErroredSecondRatio ESR =ES/T и SeverelyErroredSecondRatio SESR = SES/T.

Наличие двух параметров оценки ошибок позволяет не только более точно определить качество цифрового соединения, но и во многих случаях оказывается полезным при локализации возможных повреждений.

По мере распространения широкополосных услуг связи рамки использования рекомендации G. 821 становились все более узкими. Попытки приспособить ее для измерения широкополосных цифровых трактов оказались неудачными. Кроме того, определение параметров качества в G.821 основывается на оценке битовых ошибок, а те, в свою очередь, могут быть точно определены лишь тогда, когда достоверно известна измеряемая цифровая последовательность. Поэтому тестирование в соответствии с G.821 возможно только при выводе цифрового соединения из эксплуатации.

Требовалась новая рекомендация, где учитывались бы реалии цифровых сетей связи, включая потребность тестирования канала связи в рабочем режиме, в том числе и в цифровых соединениях с применением оборудования синхронной цифровой иерархии SDH и асинхронной передачи АТМ.

Всем этим требованиям отвечает рекомендация G.826 «Параметры и нормы ошибок международных цифровых соединений на скорости выше первичной», одобренная ITU-T в 1993 г. Она обеспечила решение трех главных задач по организации тестирования ошибок цифровых соединений:

· во время нормальной эксплуатации;

· на скоростях 1544 Кбит/c, 2048 Кбит/c и выше;

· в сетях с использованием технологий SDH и АТМ.

Первая задача была решена путем перехода от тестирования ошибок по битам к тестированию ошибок по блокам. Блок представляет собой группу последовательных битов, которые относятся к исследуемому цифровому тракту. Каждый бит принадлежит к определенному блоку. Контроль блоков выполняется с помощью встроенных в системы передачи специальных устройств, применение которых гарантирует обнаружение ошибки с надежностью не ниже 90%.

Ошибки цифрового сигнала могут быть обнаружены множеством способов без перерыва связи. Их ограничения состоят, прежде всего, в частном характере и недостаточной точности. Между тем важнейшими требованиями к методам обнаружения ошибок цифрового сигнала являются универсальность, экономичность и точность. Универсальность означает применимость метода к любому цифровому сигналу, экономичность - эффективное использование дополнительной пропускной способности, ключевое же требование - высокая точность.

Среди множества известных способов блочного контроля ошибок трем указанным требованиям наиболее полно удовлетворяет метод циклического контроля по избыточности (CyclicRedundancyCode, CRC).

Метод CRC основан на делении и умножении многочленов. При этом делимый многочлен представляет собой последовательную запись блока данных в двоичной форме. Например, в системе Е1 блок данных, для которого рассчитывается CRC, состоит из 256 байт. Поэтому делимое записывается как двоичное число длиной 2048 бит, которое по особому правилу делится на выбираемый так называемый порождающий многочлен. Полученный остаток используется в качестве контрольной информации и передается по каналу связи вместе с информационным сигналом.

Аналогичная обработка полученного блока данных выполняется на принимающей стороне, и остаток деления многочленов сравнивается с переданным остатком. Различие указанных остаточных многочленов является признаком ошибки в цифровом сигнале.

В рекомендации G.826 определены три типа блочных ошибок:

· секунда с ошибками (ErroredSecond, ES), содержащая хотя бы один блок с ошибками или дефект;

· секунда c многочисленными ошибками (SeverelyErroredSecond, SES), содержащая ≥ 30% блоков с ошибками или, по крайней мере, один период с серьезными нарушениями соединения (SeverelyDisturbedPeriod, SDP);

· блок с фоновой ошибкой (BackgroundBlockError, BBE) - блок с ошибками вне отмеченных ошибками секунд (SES).

При измерениях во время нормальной эксплуатации SDP наблюдаются, если появляются так называемые дефекты, по-разному определяемые в плезиохронных (PDH) и синхронных (SDH) системах, а также при асинхронной передаче (АТМ). К этой категории принадлежат пропадание сигнала (LossofSignal, LOS), потеря цикловой синхронизации (LossofFrame, LOF) или прием сигнала индикации аварийного состояния (AlarmIndicationSignal, AIS). При измерениях с выводом из эксплуатации опознается SDP, если частота ошибок в течение времени тестирования составляет ≥ 10^-2.

В рекомендации G.826, как и в G.821В, применяются три относительных параметра блочных ошибок:

· коэффициент секунд с блочными ошибками (ErroredSecondRatio, ESR), равный отношению секунд с блочными ошибками к общему числу секунд измерения;

· коэффициент секунд с сильными блочными ошибками (SeverelyErroredSecondRatio, SESR), равный отношению секунд c сильными блочными ошибками к общему числу секунд измерения;

· коэффициент блоков с фоновыми ошибками (BackgroundBlockErrorRatio, BBER), равный отношению блоков с ошибками к общему числу блоков в сеансе измерения, причем при расчете BBER все блоки из интервалов с сильными ошибками исключаются.

Нужно иметь в виду, что при расчете всех трех параметров учитывается только время, в течение которого система передачи находится в состоянии готовности.

Система считается неготовой с того момента времени, после которого имеют место 10 последовательных секунд с сильными ошибками SES. Согласно тому же определению, система передачи вновь возвращается в состояние готовности, если по крайней мере в течение 10 последовательных секунд ошибок не наблюдается или это ошибки SES.

Нормированный показатель готовности системы представляет собой отношение времени ее готовности к общему времени работы. Реальные значения показателя надежности системы составляют 99,5%. Если в аналоговых системах передачи (АСП) мощность помех в каналах пропорциональна длине соединения, то в ЦСП существует линейная зависимость числа ошибок от длины соеди-нения. Поэтому при расчете ошибок в ЦСП, как и при расчете шумов в АСП, используется принцип гипотетической эталонной цепи (HypotheticalReferencePath, HRP). Эталонные цепи в соответствии с рекомендациями G.821 и G.826 имеют протяженность 27 500 км и описывают распределение показателей ошибок вдоль международного цифрового соединения. Обе цепи отражают особенности нормирования показателей ошибок, утвержденные в указанных рекомендациях.

Телефонные аппараты

Абонентские терминалы, которыми могут быть абонентские телефонные аппараты, офисные АТС или компьютеры обычно подключаются к сети по паре медных проводов – абонентской линии. Абонентская линия имеет в сети свой уникальный номер – номер абонента; ее длина не должна превышать 7-8 км и передача информации по ней ведется чаще всего в аналоговой форме.

Телефонные аппараты (ТА) весьма разнообразны как по своему конструктивному исполнению (настенные, настольные, в стиле ретро, портативные в виде телефонных трубок, с поворотными и кнопочными номеронабирателями), так и по сервисным возможностям, ими предоставляемыми.

В современных телефонных системах существуют два способа кодирования набираемого номера:

- Pulse – импульсный, в ТА с наборным диском;

- Tone – тональный, в ТА с кнопочным номеронабирателем.

При импульсном способе при наборе цифры в линию связи подаются импульсы, количество которых соответствует набранной цифре. При тональном способе посылается непрерывный сигнал, состоящий из комбинации двух частот, значения которых и кодируют передаваемый номер.

Практически все действующие телефонные сети допускают импульсный набор номера. Тональные же системы набора, хотя они и становятся стандартом, могут использоваться только на ЭАТС, ЦАТС. Большинство новых ТА имеют переключатель способа кодирования Pulse/Tone.

Среди существенных сервисных возможностей ТА следует отметить:

- многоканальность, т.е. возможность подключения ТА к различным телефонным линиям;

- переключение вызывающего абонента на другую линию;

- наличие кнопки временного отключения микрофона от сети;

- переговоры сразу с несколькими абонентами;

- наличие долговременной памяти номеров приоритетных абонентов;

- наличие оперативной памяти для повторного вызова последнего абонента, в том числе и для многократного вызова (автодозвона) занятого абонента;

- постановка собеседника на удержание, с включением фоновой музыки;

- автоматическое определение номера (АОН) вызывающего абонента с отображением его на дисплее и звуковым его воспроизведением;

- защита от АОН вызываемого абонента (анти-АОН);

- запоминание номеров вызывающих абонентов и текущего времени каждого вызова;

- индикация во время разговора второго вызова и номер вызывающего абонента;

- наличие персональных кодов-паролей;

- наличие автоответчика и встроенного диктофона для записи передаваемых сообщений;

- наличие дистанционного управления телефоном;

- возможность подключения телефона к компьютеру.

Все большее распространение получают многофункциональные телефонные аппараты.