ZARZĄDZANIE SIECIAMI TELEKOMUNIKACYJNYMI

Transkrypt

1 Wykład jest przygotowany dla II semestru kierunku Elektronika i Telekomunikacja. Studia II stopnia Dr inż. Małgorzata Langer ZARZĄDZANIE SIECIAMI TELEKOMUNIKACYJNYMI Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego w projekcie Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej zarządzanie Uczelnią, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności do zatrudniania osób niepełnosprawnych Zadanie nr 30 Dostosowanie kierunku Elektronika i Telekomunikacja do potrzeb rynku pracy i gospodarki opartej na wiedzy Łódź, ul. Żeromskiego 116, tel

2 Pomiary ocena działania sieci Pomiary sieci analogowych Pomiary sieci cyfrowych Znajomość statystyk eksploatacyjnych 2

3 Współczynniki mocy (straty w obwodzie) Jeżeli P 0 jest mocą wyjściową, a P I mocą wejściową, jakość transmisji w obwodzie przedstawiamy jako: n=10 log 10 (P 0 /P I ) Jeżeli np. P 0 jest 10 razy mniejsze od P I, to n=10 log 10 (1/10) = -10log = -10dB 0 decybeli oznacza, że moce wyjściowa i wejściowa są sobie równe 3

4 Związek pomiędzy pomiarami a stratą wyrażoną w db db Stosunek mocy 1 : 1 1,2 : 1 1,6 : 1 2 : 1 2,5 : 1 3,2 : 1 4 : 1 5 : 1 6,4 : 1 8 : 1 10 : 1 20 : 1 40 : 1 80 : : : : : : 1 Nauczmy się patrzeć na wartości liczb 4

5 Poziom odniesienia W telekomunikacji, przy pomiarze sygnału akustycznego poziomem odniesienia jest 1 mw wtedy współczynnik osiąga 0 db Żeby zaznaczyć, że mówimy o tym poziomie odniesienia, dodajemy czasem literkę m (od miliwata) i współczynniki podajemy w jednostkach: dbm decybel miliwat X [dbm] = 10 log 10 (moc sygnału [mw] / 1 [mw]) Dawniej, zwłaszcza w telekomunikacji, stosowano miarę logarytmiczną opartą o logarytmy naturalne, a nie dziesiętne. Podstawową jednostką był neper 5

6 Ile to jest? Kiedy w zastosowaniach w telekomunikacji jedyną nominalną wartością rezystancji było 600Ω, moc odniesienia dawała na tej rezystancji napięcie (skuteczne) równe: U = 0,001W 600Ω = 0, V w przybliżeniu 0,775V. Często mierzymy sygnały występujące na innych opornościach, na przykład w krótkofalowych urządzeniach nadawczych rezystancją charakterystyczną jest 50Ω, a w telewizyjnych instalacjach antenowych 75Ω Proszę zwrócić uwagę, co mierzymy najczęściej JEST TO NAPIĘCIE a przecież P = U 2 /R 6

7 Przy pomiarze napięcia: Uwzględniając, że log a 2 = 2 log a Otrzymujemy: X[ db] = 20 log U U x 0 Czyli: wzmocnienie mocy równe 20 db to wzmocnienie mocy 100 razy dla napięcia 20 db to jedynie 10 razy Wzmocnienie mocy 60 db to wzmocnienie mocy milion razy, dla napięć jedynie 1000 ALE TO JEST TO SAMO, jeżeli tylko mierzymy moc i napięcie na takich samych rezystancjach!!!! 7

8 Sygnał referencyjny TLP transmission level point; w Europie dla telefonii analogowej mający częstotliwość 800 Hz, obecnie 1000Hz - sygnał odniesienia dla pomiarów Jeżeli w danym punkcie sieci prawidłowy wynik pomiaru powinien wynieść - 10 dbm, a uzyskany był -12dBm, to podawana jest różnica i używa się jednostki db z zaznaczeniem, że pomiar odnosi się do sygnału referencyjnego i wskazuje odchyłkę od założonej wartości prawidłowej (zerowej) -2dBm0 8

9 Pomiar szumu W dowolnym punkcie systemu transmisji jest to stosunek szumu pomierzonego w danym punkcie do zdefiniowanej wielkości, wybranej jako poziom odniesienia. Wyrażany jest w dbrn (rn referenced noise) 0 dbrn to arbitralnie wybrany poziom, który reprezentuje najniższy poziom szumu, który może usłyszeć standardowy użytkownik telefonu. Dla pomiarów szumu przesuwa się skalę dbm: -90 dbm oznacza 0 dbrn Ponieważ zwiększenie poziomu sygnału może wypaczyć mierzony poziom szumu, stosuje się filtr C usuwający sygnał tonowy. Wtedy określa się pomiar w jednostkach dbrnc Przy podaniu sygnału odniesienia wynik podajemy jako różnicę i jednostka oznaczona jest jako dbrnc0 9

10 Pasmo przenoszenia Ludzkie ucho słyszy dźwięki z zakresu od około 20Hz do Hz Sygnał telefoniczny przenosi pasmo Hz (od 300 do 3000 Hz). Poprzez filtry dolne i górne częstotliwości są odcinane Pasmo 3 khz jest wystarczające dla wyraźnego odsłuchania mowy, wraz z rozpoznaniem osoby, jej nastroju, itp. Mimo wąskiego pasma przenoszenia, amplitudy sygnału w górnych częstotliwościach ciach mają większy współczynnik utraty mocy (tłumienia) niż dolne 10

11 Osłabienie sygnału Wyróżnia się 11 parametrów, które negatywnie wpływają na transmisję w obwodzie analogowym - nierówne tłumienie - nierówne opóźnienie obwiedniowe - stosunek sygnału do szumu - nierówna zawartość harmonicznych - zakłócenia impulsowe - przesunięcie częstotliwości - jitter fazowy - echo - uderzenia fazowe - uderzenia wzmocnienia - zaniki 11

12 Nierówne tłumienie Tłumienie to utrata mocy sygnału na drodze pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem Wiele czynników wpływa na wielkość tłumienia, np. rezystancja, pojemność, indukcja jednak NIEJEDNAKOWO dla poszczególnych częstotliwości, które składają się na sygnał Tłumienie jest największe przy granicy górnych przenoszonych częstotliwości Stosuje się ekualizery tłumienia, które wzmacniają sygnał w górnym zakresie częstotliwości 12

13 Działanie ekualizera (z ang. equaliser) (korektora) 13

14 Granice formowania; poziomy C Wg Gilbert Held 14

15 Nierówne opóźnienie W miarę propagowania sygnału przez medium transmisyjne, jego faza może zostać zakłócona w innym stopniu niż częstotliwość. To przesunięcie w fazie spowoduje, że pewne sygnały będą opóźnione bardziej niż inne Ponieważ związek pomiędzy częstotliwością i fazą harmonicznych w sygnałach złożonych jest nieliniowy, części tych sygnałów przechodzą przez medium z różnymi prędkościami 15

16 c.d. Jeżeli opóźnienie jest szczególnie duże, może wpływać na sąsiednie impulsy Opóźnienie fazy oblicza się jako stosunek fazy do częstotliwości - czyli φ/f Praktycznie mierzy się zmiany i umieszcza na krzywej (tzw. kopertowej ). Pomiar: dφ/df i typowa krzywa: 16

17 Klasy opóźnień i korekcji 17

18 Działanie korektora opóźnienia Idealny korektor wprowadza opóźnienie dokładnie odwrotne do wprowadzonego przez obwód, co powoduje równomierne przejście poprzez jednakowe opóźnienie wynikowe sygnału (ale idealnych nie ma!) 18

19 Współczynnik sygnału do szumu (S/N) Generalnie dwa rodzaje szumu wpływają na możliwość poprawnego rozpoznania sygnału: szum impulsowy oraz termiczny (biały) Zakłócenia impulsowe to nieregularne, pojawiające się losowo, impulsy o stosunkowo wysokiej amplitudzie. Mogą być powodowane przez burze, zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez różnorodne maszyny i transformatory, przez urządzenia przekaźnikowe, itp. Standardy pozwalają na ogół na 15 impulsów w czasie 15 minut przy -69 dbm Szum termiczny wprowadza o niskiej wartości, ale relatywnie stałe zakłócenie do sygnału, niezależnie od częstotliwości Im mniejszy współczynnik, tym gorsza jakość odbioru. Pomiar współczynnika wykonuje się przy sygnale o wzorcowej częstotliwości (800 lub 1004 Hz). Generalnie akceptowana jest wartość 24 db dla linii bez korekcji (korektorami typu D) 19

20 Zakłócenia spowodowane przez harmoniczne Niektóre harmoniczne interferują ze składowymi sygnału pierwotnego; jeżeli ich amplitudy są wystarczająco duże, mogą być błędnie odczytywane jako dane. Instaluje się korektory dla harmonicznych drugiego i trzeciego rzędu; podobne jak dla zakłóceń impulsowych (typu D) 20

21 Jitter Zjawiska związane z brakiem synchronizacji w różnych punktach i elementach systemów cyfrowych i łącz telekomunikacyjnych są przeważnie nazywane jitterem. Nazwa pochodzi od obserwowanego w dziedzinie czasu i widocznego na ekranach oscyloskopów "drżenia", czyli przesuwającego się w czasie wystąpienia punktu referencyjnego w sygnale zegarowym, którym najczęściej jest przejście zbocza sygnału zegarowego przez zadany poziom określonej wielkości fizycznej. Jitter jest zjawiskiem szczególnie uciążliwym i niepożądanym w przypadku wszelakich systemów synchronicznych, czyli takich, których podstawowym elementem jest sygnał (najczęściej zegarowy) synchronizujący pracę całego układu oraz działających z ciągle rosnącymi prędkościami łącz komunikacyjnych. 21

22 Przesunięcie częstotliwości i fazy Przesunięcie częstotliwości to długoterminowe zakłócenie w częstotliwości sygnału (czasem używane jest zamiennie ze słowem shift offset ). Sygnały modulowane mogą być okresowo otrzymywane jako błędne. Bardziej gwałtowne przesunięcie w częstotliwości ci sygnału określane jest jako jitter fazowy. Dopuszczalny jitter fazowy podawany jest w stopniach i mierzony jako wielkość pomiędzy pikami w przebiegu sygnału rzeczywistego i przesuniętego (najczęściej 15 0 ) 22

23 Echo Jest to niepożądane odbicie energii sygnału, spowodowane nierównymi odległościami, jakie pokonuje sygnał docierający do odbiornika (np. w transmisji bezprzewodowej wiązka bezpośrednia i odbita; w liniach np. przy konwersji obwodów dwuprzewodowych na czteroprzewodowe). Wielodrogowość jest bezpośrednią przyczyna powstawania echa. Eliminowanie i redukowanie echa odbywa się z wykorzystaniem zaawansowanych układów elektronicznych i przetwarzających, zwłaszcza przy niektórych zastosowaniach, gdzie jego skutki mogą być szczególnie negatywne (lokalizacja, przesyłanie danych) 23

24 Uderzenia fazowe, wzmocnienia i zaniki Uderzenie fazowe - to nagła, niekontrolowana zmiana w fazie otrzymywanego sygnału, która trwa dłużej niż kilka milisekund Uderzenie wzmocnienia to niekontrolowany wzrost w poziomie otrzymywanego sygnału, który trwa dłużej niż kilka milisekund Zanik gwałtowne bardzo duże zmniejszenie poziomu otrzymywanego sygnału, które trwa dłużej niż kilka milisekund Najbardziej prawdopodobną przyczyną są zakłócenia elektryczne, takie, jak burze, czy wadliwe działanie urządzeń (brudne styki, gwałtowne zmiany obciążeń, awaria wzmacniaczy). Zaniki mogą być skutkiem przerw w linii Standardy pozwalają na 5 do 15 takich zdarzeń w ciągu 15 minut 24

25 Charakterystyki sieci cyfrowych Kwestią o największej wadze jest sposób kodowania danych binarnych; metoda kodowania rzutuje zarówno na cenę, urządzenia i oprogramowanie przetwarzające i transmisyjne, jak i na jakość transmisji Istnieje wiele metod kodowania, generalnie wyróżnia się sygnały jednobiegunowe o jednoznakowej polaryzacji (tylko + i 0 ; lub i 0 ) - unipolar oraz biegunowe i dwubiegunowe, z wykorzystaniem zarówno dodatniej, jak i ujemnej polaryzacji - bipolar 25

26 Kod jednobiegunowy, bez powrotu do zera Bez powrotu do zera oznacza, że prąd lub napięcie nie przyjmuje wartości 0 pomiędzy sąsiednimi bitami Metoda historycznie najstarsza, najprostsza, stosowana czasem w wolnych sieciach Przy dużych częstotliwościach błędy nierozpoznania kilku kolejnych bitów tej samej wartości byłyby zbyt duże Dodatkowym problemem jest sygnał o wartości 0. Istnieje szczątkowe napięcie np. na wyjściu elementów elektronicznych 26

27 Kod jednobiegunowy, z powrotem do zera Sygnał po każdym bicie powraca do zera Problem przy rozróżnieniu ciągu zer Potrzebne są dwa takty na jeden bit Podobnie jak w poprzednim kodzie elektryczny problem rozróżnienia wartości zerowej 27

28 Kod biegunowy, bez powrotu do zera Jedynki i zera są kodowane przeciwnymi znakami Trzeba zapewnić zasilanie zarówno dodatnie, jak i ujemne Nie ma problemów ze szczątkowymi wartościami Ryzyko błędów przy ciągach jednakowych bitów; linia musi być próbkowana 28

29 Kod biegunowy, z powrotem do zera Jedynki i zera są kodowane przeciwnymi znakami Trzeba zapewnić zasilanie dwubiegunowe Nie ma problemów ze szczątkowymi wartościami Nie potrzeba próbkowania, ale 2 pulsy są potrzebne na jeden bit druga połowa okresu zawsze daje wartość zerową sygnału 29

30 Kod dwubiegunowy, bez powrotu do zera Alternatywne znaki określają wartość logicznej jedynki, logiczna wartość zera jest dla sygnału zerowego. Nie ma ryzyka błędów przy ciągu jedynek, pozostaje problem przy ciągu zer 30

31 Kod dwubiegunowy, z powrotem do zera Alternatywne znaki określają wartość logicznej jedynki, logiczna wartość zera jest dla sygnału zerowego Po każdej wartości sygnał wraca do zera 31

32 Kod dwubiegunowy, 50% Aby wyeliminować zakłócenia, które są największe na skraju pasma, moc transmitowana jest w środku pasma, co znacznie poprawia jakość sygnału. Rysunek przedstawia kod dwubiegunowy RTZ 50%, znany jako AMI 32

33 Zakłócenia dwubiegunowości Założeniem jest, że dwie kolejne jedynki logiczne będą przeciwnego znaku Zakłóceniem będą dwa kolejne impulsy tego samego znaku, co oznacza, że brakuje bitu, lub został źle zakodowany Rysunek obok pokazuje sygnał prawidłowy (a) i z zakłóceniem (b) 33

34 Zakłócenia wprowadzane celowo Zakłócenia w przebiegu sygnału dwubiegunowego mogą być wprowadzane celowo, dla podtrzymania synchronizacji przy ciągu zer. Metody te są nazywane kodowaniem ze stłumieniem zer Gdy napotyka się ciąg sześciu zer, koduje się je jako: 000X0V gdzie 0 oznacza transmisję napięcia 0V (binarne 0) X oznacza 0 lub +AV z biegunowością określoną przez konwencjonalne kodowanie dwubiegunowe V - +AV z biegunowością zakłócającą kodowanie dwubiegunowe Ciąg siedmiu zer zostanie zakodowany jako: 0000X0V 34

35 Przebiegi sygnałów ze stłumieniem zera Zakodowany ciąg: Gdy ostatnia jedynka była ujemna Gdy ostatnia jedynka była dodatnia 35

36 Metoda B8ZS (binary 8 zero substitution) Opracowana w laboratoriach Bell, stosowana w USA Każdy ciąg ośmiu zer w bajcie jest usuwany i zastępowany kodem B8ZS Jeżeli impuls przed zerowym bajtem jest dodatni, wprowadzony kod jest: jeżeli ujemny, to: W obu przypadkach bit 4 i 7 jest celowo błędny 36

37 Metoda HDB3 (High Density Bipolar 3-Zero Maximum) Stosowana w Europie Strumień danych jest monitorowany, aby odnaleźć cztery kolejne zera. Grupa czterech zer jest podmieniana kodem HDB3. Używa się dwóch różnych kodów HDB3, aby zapewnić przeciwną polaryzację. Wybór następuje po obliczeniu liczby jedynek od ostatniego celowego zakłócenia dwubiegunowości (BV bipolar violation) Jeżeli wystąpiła NIEPARZYSTA liczba jedynek wstawiany kod ma postać: BV Jeżeli wystąpiła PARZYSTA liczba jedynek, wstawia się bit biegunowości (P) zamiast pierwszego zera Nieparzysta liczba jedynek od ostatniego BV Parzysta 37

38 Pomiar zakłóceń i błędów Jakość transmisji cyfrowej wyrażana jest w liczbie błędów na jednostkę czasu, albo liczbę jednostek czasu, jaka upływa średnio do wystąpienia jednego lub określonej ilości błędów Czasem podaje się procentowy udział sekund, gdy nie ma żadnego błędu Liczbę sekund z błędami w ciągu 8 godzin pracy Częstotliwość występowania błędów BPV zakłócenie dwubiegunowości jest mierzone i służy za wskaźnik jakości. Należy jednak odfiltrować wszystkie celowo wprowadzone BV 38

39 Błędy bitowe Jest to zmiana bitu zera w jedynkę, lub jedynki w zero. BER (bit error rate) jest współczynnikiem stosowanym przy ocenie jakości transmisji cyfrowej bity błędne BER = całkowita liczba transmitowanych bitów Wielkości BER podaje się w formie potęgi liczby 10: np oznacza 1 błąd na 1000 bitów 10-4 oznacza 1 błąd na bitów. Dla transmisji 2,048Mb/s oznacza to: błąd na 8,14 minut ,048 błędu na sekundę błędów na sekundę 39

40 Błędne sekundy ES (errored seconds) Błędna sekunda jest definiowana jako sekunda, w której wydarzył dię jeden lub więcej błędów bitu Idea jest wykorzystywana do obliczenia różnych wskaźników: - sekundy wolne od błędów (EFS error free seconds): błędne sekundy EFS [%] = x 100 ilość sekund razem - sekundy z poważnymi błędami (SES severely errored seconds) SES sekundy dla których współczynnik błędu bitowego jest > kolejne sekundy z błędami - sekundy niedostępne - zdegradowane minuty 40

41 Klasyfikacja pracy sieci Rozróżniamy 4 kategorie pracy ze względu na wielkość współczynnika błędu bitowego Czas całkowity Akceptowalny System dostępny NIEAKCEPTOWALNY Zdegradowany System niedostępny 41

42 Wymagania dla poszczególnych kategorii Kategoria: system dostępny i akceptowalny oznacza, że przy testach trwających przynajmniej 1 minutę błąd bitowy jest poniżej 10-6 Zapewnia to dobry poziom głosu oraz minimalny poziom błędów transmisji danych Dostępny ale zdegradowany przy testach trwających przynajmniej 1 minutę przedział błędów bitowych: pomiędzy 10-3 a 10-6 Dostępny, ale nieakceptowalny test trwa przynajmniej 1 sekundę, ale mniej niż kolejne 10 sekund i współczynnik błędów bitowych jest większy od 10-3 Niedostępny test trwa przynajmniej 10 kolejnych sekund, podczas których współczynnik błędów bitowych jest większy niż 10-3 Taki system nie jest dostępny do pracy 42

43 Dostępność Dostępność definiowana jest dla poszczególnych kategorii W zasadzie wszystkie standardy dotyczące dostępności oparte są o 24 godziny, niektóre organizacje stosują badanie w części doby. Zyskuje się lepsze współczynniki, jeżeli część zakłóceń jest na przykład spowodowana działaniem urządzeń, ruchem itp. w określonych porach dnia lub nocy Współczynniki mogą być różne dla różnych odległości transmisji, różnej częstotliwości linii itd. 43

44 KONIEC CZĘŚCI PIERWSZEJ Dr inż. Małgorzata Langer ZARZĄDZANIE SIECIAMI TELEKOMUNIKACYJNYMI Prezentacja multimedialna współfinansowana przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego w projekcie Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej zarządzanie Uczelnią, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności do zatrudniania osób niepełnosprawnych Zadanie nr 30 Dostosowanie kierunku Elektronika i Telekomunikacja do potrzeb rynku pracy i gospodarki opartej na wiedzy Łódź, ul. Żeromskiego 116, tel