способ ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи

Формула изобретения

Способ определения качества цифровой линии связи, согласно которому передают в линию связи контрольный тест-сигнал, на приемной стороне принимают тест-сигнал и определяют вероятность появления ошибки исследуемой линии связи, отличающийся тем, что непосредственно перед передачей тест-сигнала на приемной стороне линии связи измеряют действующее значение напряжения помех, величину напряжения тест-сигнала на входе линии связи ослабляют на определенную величину, определяют вероятность появления ошибки принятого тест-сигнала посредством прибора оценки качества канала, расчетным путем или по таблице по указанной вероятности определяют отношение напряжений принятого тест-сигнала и помехи, с использованием известной величины действующего значения напряжения помехи определяют величину напряжения принятого тест-сигнала, вычисляют величину ослабления линии связи как отношение напряжения ослабленного тест-сигнала на входе линии связи к величине напряжения принятого тест-сигнала, вычисляют величину напряжения выходного сигнала линии связи при номинальном напряжении сигнала на входе линии связи путем деления величины номинального напряжения сигнала на выходе передатчика на величину ослабления линии связи, вычисляют величину отношения напряжения выходного сигнала линии связи при номинальном напряжении сигнала на ее входе к действующему значению напряжения помех, по указанной величине отношения расчетным путем или по таблице определяют искомую вероятность появления ошибки исследуемой линии связи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электросвязи, а именно к оценке качества цифровых каналов (трактов) передачи, и может быть использовано для оперативного определения вероятности ошибки на регенерационных участках цифровых каналов (трактов) передачи.

Основным показателем, определяющим качество связи в цифровых каналах и трактах передачи, является вероятность появления ошибки.

Определение вероятности появления ошибки производится посредством приборов, осуществляющих передачу в проверяемый (исследуемый) канал (тракт) передачи специального тест-сигнала, прием этого тест-сигнала на противоположном окончании канала (тракта), выявление в нем ошибочно принятых импульсных посылок, подсчет их количества и вычисление отношения числа ошибочно принятых импульсных посылок к общему числу переданных.

Для обеспечения приемлемой достоверности результатов контроля необходимо выявление как минимум порядка десяти ошибочных импульсных посылок. Выполнение данного положения обуславливает зачастую весьма большую продолжительность времени (t) процесса определения вероятности появления ошибки, определяемого согласно выражению:

где: r - количество ошибочных импульсных посылок;

Р_ош - вероятность появления ошибки;

С - скорость передачи исследуемого канала (тракта) передачи.

Например, если исследуется цифровой канал скоростью передачи С=64 кбит/с, характеризующийся вероятностью ошибок P _ош=1·10^-8, то на прием десяти ошибочных импульсных посылок (r=10) необходимо, согласно (1), затратить время порядка:

t=r/(Р_ош ·С)=10/(10^-8·64·10 ³)=15625 (с)=4,34 (ч).

Такие большие затраты времени на проведение оценки качества цифровых каналов (трактов) передачи на действующих объектах связи весьма нежелательны, и поэтому разработку способов и устройств, обеспечивающих повышение оперативности определения вероятности появления ошибки цифровых каналов (трактов) передачи, следует признать весьма актуальной.

Известно "Устройство для измерения коэффициента ошибок в цифровых каналах связи" [1], обеспечивающее по сравнению с его прототипом сокращение времени измерения. Недостатком этого устройства является ограниченность области его применения - оно может быть использовано для контроля цифровых каналов только с фазовой модуляцией.

За прототип данного изобретения принят "Способ измерения коэффициента ошибок в дискретных каналах связи" [2], сущность которого состоит в следующем. На передаче формируют информацию блоками переменной длины и кодируют их кодом, обнаруживающим ошибки. На приеме декодируют кодовые блоки, измеряют длину каждого из них, подсчитывают как общее количество блоков различной длины, так и количество блоков соответствующей длины пораженных ошибками и, пользуясь предложенной формулой, вычисляют коэффициент ошибки за сеанс измерения.

Основным недостатком способа-прототипа является значительное время, затрачиваемое на оценку качества цифрового канала передачи.

Целью изобретения является сокращение времени определения вероятности появления ошибки цифрового канала (тракта) передачи.

Поставленная цель достигается предложением способа ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи, использующего известное из [3] аналитическое выражение зависимости вероятности ошибки в цифровом канале передачи от соотношения на приемной стороне амплитудного значения напряжения принимаемого сигнала к действующему значению напряжения помех (уровню шума) в полосе пропускания корректирующего усилителя:

где: - интеграл вероятности;

U_c - амплитудное значение напряжения сигнала;

_п - действующее значение напряжения шума в полосе пропускания корректирующего усилителя.

Как следует из выражения (2), чем меньше величина отношения амплитудного значения напряжения сигнала к действующему значению напряжения шума в полосе пропускания корректирующего усилителя, тем больше вероятность ошибки на приеме, и, следовательно, тем меньше продолжительность времени, необходимого для ее определения.

Для удобства пользования на основании выражения (2) составлена приведенная таблица.

Предлагаемый способ ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи также содержит передачу в линию связи контрольного тест-сигнала, прием этого тест-сигнала на противоположном окончании регенерационного участка цифрового канала (тракта) передачи и определение на основе его анализа посредством прибора оценки качества канала вероятности появления ошибки.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что передачу контрольного тест-сигнала осуществляют пониженным с помощью калиброванного удлинителя напряжением, вследствие чего вероятность приема ошибки увеличивается, а время определения ее величины соответственно уменьшается. Полученное таким образом значение вероятности ошибки характеризует исследуемый канал передачи при пониженном напряжении передачи в линию связи тест-сигнала. Зная зависимость вероятности ошибки от соотношения напряжений принимаемого тест-сигнала и помехи (уровня шума) и полагая, что уровень шума за время исследования остается неизменным, путем математических расчетов, используя выражение (2) или пользуясь заранее составленной таблицей, определяют вероятность ошибки для номинального напряжения тест-сигнала.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ ускоренного определения качества цифрового канала передачи отличается от него наличием дополнительных действий, как-то:

предварительное измерение перед передачей тест-сигнала действующего значения напряжения шума (уровня помех) на приемной стороне линии связи;

включение на время передачи тест-сигнала между выходом передатчика и входом линии связи калиброванного удлинителя, обеспечивающего понижение напряжения поступающего в линию связи тест-сигнала;

вычисление на основе показанной прибором вероятности ошибки, пользуясь формулой (2) или составленной на ее основе таблицей, отношения напряжений принятого тест-сигнала с пониженным напряжением на передаче и помехи;

определение показателя изменения (уменьшения) напряжения тест-сигнала при его прохождении по линии связи;

вычисление напряжения тест-сигнала, который будет принят при номинальном значении напряжения на входе линии связи, и его отношения к напряжению помех,

вследствие чего соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого способа ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи с другими аналогичными способами показывает, что способы определения качества цифрового канала (тракта) передачи, содержащие передачу по исследуемому цифровому каналу передачи тест-сигнала, выявление в принятом на противоположном окончании канала тест-сигнале ошибочных посылок с последующими расчетами вероятности ошибки, известны.

Однако, благодаря тому, что в предлагаемом способе ускоренного определения качества цифрового канала передачи вводятся дополнительные действия, такие как:

предварительное измерение перед передачей тест-сигнала действующего значения напряжения шума (уровня помех) на приемной стороне линии связи;

вычисление на основе показанной прибором вероятности ошибки, пользуясь формулой (2) или составленной на ее основе таблицей, отношения напряжений принятого тест-сигнала и помехи при пониженном значении напряжения тест-сигнала на входе линии связи;

вычисление напряжения тест-сигнала, который будет принят при номинальном значении его напряжения на входе линии связи, и величины его отношения к действующему значению напряжению помех;

и, наконец, определение, пользуясь формулой (2) или таблицей, искомой вероятности ошибки исследуемого участка цифрового канала (тракта) передачи, появляются новые свойства заявляемого способа, проявляющиеся в уменьшении времени определения вероятности ошибки исследуемого цифрового канала (тракта) передачи.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого "Способа ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи" критерию "существенные отличия".

Сущность предлагаемого "Способа ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи" состоит в следующем.

Как и в прототипе, осуществляются передача в линию связи контрольного тест-сигнала, прием этого тест-сигнала на противоположном окончании регенерационного участка цифрового канала (тракта) передачи и определение на основе его анализа посредством прибора оценки качества канала вероятности появления ошибки.

Вместе тем:

1) непосредственно перед передачей тест-сигнала на приемной стороне измеряют действующее значение напряжения помех (уровень шума);

2) на время передачи тест-сигнала между выходом передатчика и входом линии связи включают калиброванный удлинитель, уменьшая тем самым в строго определенном отношении величину напряжения тест-сигнала, поступающего в линию связи, - т.е. в линию связи будет поступать ослабленный тест-сигнал;

3) посредством прибора оценки качества канала (определения вероятности ошибки), подключенного на время исследований к выходу приемника, определяют вероятность появления ошибки при передаче ослабленного тест-сигнала;

4) применительно к этой величине вероятности ошибки, пользуясь формулой (2) или таблицей, определяют отношение напряжений принятого ослабленного на передаче тест-сигнала и помехи;

5) на основании уже известных величин отношения напряжений принятого ослабленного на передаче тест-сигнала и помехи и действующего напряжения помехи (уровня шума) вычисляют величину напряжения принятого ослабленного тест-сигнала;

6) зная значения номинальной выходной мощности передатчика и коэффициента изменения (уменьшения) калиброванным удлинителем напряжения на входе линии связи, вычисляют величину уменьшения уровня информационного сигнала в линии связи как отношение напряжения тест-сигнала на входе линии связи к величине напряжения тест-сигнала на приемной стороне (выходе линии связи);

7) разделив значение номинального напряжения на выходе передатчика на величину ослабления сигнала в линии связи, получают величину напряжения приемного сигнала на выходе линии связи при номинальном напряжении сигнала на входе линии связи, т.е. при отключении калиброванного удлинителя;

8) вычисляют величину отношения напряжения принимаемого сигнала при номинальном значении информационного сигнала на входе линии связи к действующему значению напряжения помех и на основании величины этого отношения, пользуясь формулой (2) или таблицей, определяют искомую вероятность ошибки исследуемого участка цифрового канала (тракта) передачи.

Иллюстрация технической реализации предложенного способа приведена на чертеже, где обозначены:

1 - датчик контрольного тест-сигнала;

2 - передатчик;

3 - линия связи;

4 - приемник;

5 - прибор определения вероятности ошибки;

6 - калиброванный удлинитель;

7 - переключатель;

8 - измеритель действующего значения напряжения шума.

Как показано на чертеже, выход датчика контрольного тест-сигнала 1 подключен ко входу передатчика 2, выход передатчика 2 подключается ко входу линии связи 3 посредством переключателя 7 либо непосредственно, либо последовательно с калиброванным удлинителем 6, выход линии связи 3 подключен ко входу приемника 4, выход которого подключен ко входу прибора определения вероятности ошибки 5, вход измерителя действующего значения напряжения шума 8 соединен с выходом линии связи 3.

Покажем на примере возможное сокращение времени определения вероятности ошибки исследуемого цифрового канала (тракта) передачи.

Примем в качестве исходных данных, что:

1) исследуется цифровой канал передачи скоростью С=64 кбит/с;

2) действующее значение напряжения шума (уровень помех) на приемном окончании (на выходе) линии связи составляет U_п.=0,1 В;

3) номинальное напряжение сигнала на выходе передатчика составляет U_н.=5 В.

Предположим, что, используя калиброванный удлинитель с коэффициентом изменения сигнала равным К_изм.=0,5, прибор определения вероятности ошибки показал Р_ош.=1,0246·10 ^-3.

При такой вероятности ошибок получение десяти ошибочных импульсных посылок (r_ош.=10) согласно выражению (1) произойдет за:

t=r _ош./(Р_ош.·С)=0,152 с.

Пользуясь выражением (2) или составленной на его основе таблицей, для Р_ош.=1,0246·10 ^-3 получаем, что отношение напряжений принятого ослабленного тест-сигнала U_c.пр. и помехи U _п.составляет:

U_с.пр./U _п.=6,166.

Следовательно, напряжение сигнала на входе приемника (выходе линии связи):

U_c.пр. =U_п.·U_с.пр./U _п.=0,1·6,166=0,6166 В.

Величина напряжения тест-сигнала на входе линии связи при использовании калиброванного удлинителя с К_изм.=0,5:

U_вх. =U_н.·К_изм.=5·0,5=2,5 В.

Изменение (уменьшение) Z напряжения тест-сигнала в линии связи составляет:

Z=U_вх./U _с.пр.=2,5/0,6166=4,054 раза.

Если же калиброванный удлинитель будет отключен, т.е. в линию связи с выхода передатчика будет поступать сигнал с номинальным напряжением U _н.=5 В, то на входе приемника напряжение сигнала будет составлять:

U_c.=U _н./Z=5/4,054=1,2333 В,

а величина его отношения к действующему значению напряжения помехи составит:

U _c.пр./U_п.=1,2333/0,1=12,333.

При таком соотношении напряжений сигнала и помехи, пользуясь выражением (2) или таблицей, получаем, что вероятность ошибки исследуемого цифрового канала передачи составляет Р _ош.=3,9·10^-10.

Для получения десяти ошибочных импульсных посылок согласно (1) при такой вероятности ошибок необходимо затратить время порядка:

t=r/(Р _ош.·С)=10/(3,9·10^-10·64·10 ³)=400641 с = 6677 мин = 111,289 ч = 4,64 суток.

Сопоставление значений времени получения десяти ошибочных импульсных посылок в рассмотренном в качестве примера канале передачи при непосредственном определении вероятности ошибки (t=4,64 суток) и при использовании предложенного способа (t=0,152 с.) показывает существенное сокращение времени определения вероятности ошибки исследуемого цифрового канала передачи, обеспечиваемое использованием предложенного способа ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи.

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед данным изобретением - сокращение времени определения вероятности ошибки цифрового канала (тракта) передачи - достигнута.

Весьма существенным достоинством предложенного ускоренного способа определения качества цифрового канала (тракта) передачи является простота его реализации, что способствует его широкому применению на практике.

Предложенный ускоренный способ определения качества цифрового канала (тракта) передачи может найти применение на всевозможных узлах и объектах связи при эксплуатационном обслуживании цифровых систем передачи.

Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенного способа ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи, заключается в существенном сокращении времени оценочного контроля качества цифровых каналов (трактов) передачи, а следовательно, и в повышении эффективности их применения.

Количественная величина ожидаемого технико-экономического эффекта от использования предложенного способа ускоренного определения качества цифрового канала (тракта) передачи зависит, в первую очередь от области его применения и конкретных вариантов исполнения, - ее определение возможно только после его практической реализации.

Источники информации

1. Авт. св. СССР №1587650, МПК Н04В 3/46. Устройство для измерения коэффициента ошибок в цифровых каналах связи. 1990, Бюл. №31.

2. Авт.св. СССР №1504806, МПК Н04В 3/46. Способ измерения коэффициента ошибок в дискретных каналах связи. 1989, Бюл. №32 (прототип).

3. Левин Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи информации. М.: Радио и связь. 1982 г., с.145.