УДК 621.396.2
Е. И. КРОТОВА
E. I. KROTOVA
МЕТОД КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СИСТЕМЫ СВЯЗИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИГНАЛА СИНХРОНИЗАЦИИ
QUALITY CONTROL METHOD OF COMMUNICATION
SYSTEM WITH USE THE SIGNAL OF SYNCHRONIZATION
В статье описывается метод контроля качества работы системы связи с использованием сигнала
синхронизации, рассматривается алгоритм и структурная схема модели измерителя величины отношения сигнал-шум в импульсах синхронизации, приведены результаты компьютерного эксперимента.
Ключевые слова: информационный сигнал, сигнал синхронизации, шум.
The article describes the quality control method of communication system with use the signal of
synchronization, the algorithm and the block diagram of model of a measuring instrument of size of the relation signal - noise in pulses of synchronization is examined, results of computer experiment are resulted.
Keywords: information signal, signal of synchronization, noise.
В настоящее время для контроля качества, в большинстве случаев, используются методы контроля по вторичным и первичным характеристикам [1].
При контроле первичных характеристик системы связи используются параметры канала тональной частоты (дрожание фазы, амплитудно-частотная характеристика, групповое время прохождения и др.) Для этого используется специальная измерительная аппаратура. Преимущество метода состоит в возможности точного определения причины возникновения ошибок. К недостаткам следует отнести необходимость использования комплекса сложной измерительной аппаратуры, точность метода зависит от режима работы системы связи, отсутствие оперативности.
При контроле по вторичным характеристикам: статистике ошибок в последовательности дискретных элементов и блоках информации с учетом зависимого характера их искажения. В качестве оценки неизвестной вероятности Р используется, как правило, коэффициент ошибок по единичным элементам (кодовым комбинациям)-
P=K/(V×t), (1)
где K - число обнаруженных ошибочно принятых единичных элементов (кодовых комбинаций);
V - реальная скорость передачи; t - время измерения.
Величина K может быть измерена методом тестового или бестестового контроля.
В основе последнего лежат косвенные и кодовые методы обнаружения ошибок. Метод тестового контроля позволяет произвести точное измерение, в остальных случаях можно говорить лишь об оценках этой величины.
В практике эксплуатации систем передачи информации рационально использовать такие методы контроля, которые позволили бы совместить во времени процессы передачи полезной информации и контроля. В этом случае могут быть выбраны косвенные (параметрические) методы обнаружения ошибок, заключающийся в применении детекторов качества, анализирующих параметры сигналов и выявляющих ошибки с определенной вероятностью на основании косвенных данных, например, данных о степени искажения посылки.
Оценка состояния канала по коэффициенту ошибок (единичных элементов или блоков) - наиболее простой и легко реализуемый метод. Однако он применим в каналах с распределением ошибок, близким к независимому. Оценка состояния каналов, характеризующихся группированием ошибок элементов, которая в свою очередь приводит к взаимосвязи искажений передаваемых блоков информации, с помощью указанного метода
становится явно неадекватной и приводит к значительным ошибкам контроля. Поэтому применимость этого метода ограничивается, кроме того, периодом квазистационарности состояния канала связи.
Состояние канала оценивается вероятностью р 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 [2].
На практике часто возникает двухальтернативная задача проверки гипотезы Н: р>рн, канал не пригоден для работы, Н: р< рн, канал пригоден для работы, где рн - максимально допустимое значение вероятности р.
Поставленная задача может быть решена путем как точечной или интервальной оценки вероятности р, так и проверки статистических гипотез относительно параметра р.
Преимущество этого метода заключается в отсутствии необходимости применения контрольно-измерительной аппаратуры, весь контроль проводится с помощью аппаратуры передачи данных и специального комплекса программ.
Основным недостатком этого метода оценки канала связи является выбор минимально возможной длины контрольной передаваемой последовательности для эффективной процедуры проверки неравенства р> рн, а также времени проведения испытаний. Вторая проблема, обычно решается просто - временем для испытаний выбирается час наибольшей загрузки. Длина контрольной последовательности выбирается исходя из конкретных условий работы (тип аппаратуры передачи данных, ее скорость.
Задача данной работы заключается в разработке метода контроля системы связи, основанного на измерении параметров, характеризующих влияние помех и шумов с высокой точностью при простоте аппаратурной реализации.
Качество работы системы связи зависит от точности синхронизации принимаемых пакетов информации.
Точность синхронизации зависит от всех видов помех, однако наиболее распространенной помехой является белый шум, который (ввиду его широкополосности) невозможно устранить фильтрацией. Поэтому в данной работе в виде помехи рассматривается белый шум с мощностью s2 в полосе сигнала.
При построении алгоритма контроля с использованием синхроимпульсов нужно ввести некоторые допущения:
1) сигнал синхронизации является последовательностью прямоугольных импульсов с длительностью t и частотой следования 1/T;
2) считаем, что входное колебание представляет собой стационарный процесс, равный сумме синхросигнала и нормального шума;
3) уровень шума, действующий на синхроимпульсы превышает нелинейные искажения, вызванные обработкой сигнала.
Входной сигнал синхронизации можно представить в виде:
U(t) = S(t) + n(t), (2)
где 
. (3)
Можно записать выражение для оценки амплитуды сигнала
, (4)
оценка спектральной плотности шума имеет вид:
, (5)
здесь k - коэффициент изменения амплитуды после формирования регенерируемого синхроимпульса (в модели задаем как целые числа),
F - полоса частот синхросигнала [3].
После выполнения интегрирования получим:
, (6)
. (7)
Для усредненных значений оценок амплитуды синхросигнала и спектральной плотности шума можно записать следующие выражения: введем обозначение g =t /Т,
, (8)
. (9)
Для оценки отношения сигнал-шум (ОСШ) в синхросигнале r справедливо выражение:
. (10)
Предлагаемая математической модель измерителя качества сигнала в канале синхронизации [3], представлена на рис.1.
На первый вход блока вычитателя "-" измерителя качества подается смесь синхросигнала и шума. Этот же сигнал подается на вход регенератора "Рег.". На выходе регенератора формируется синхросигнал восстановленной формы, без шума, который
подается на второй вход вычитателя. На выходе вычитателя формируется напряжение, соответствующее шуму.
Каждая ветвь обработки состоит из квадраторов "КВ1", "КВ2", интеграторов "И1", "И2" и делителя "Д", на выходе которого формируется ОСШ в канале синхронизации.
Рисунок. 1. Структурная схема модели измерителя
Выражения для спектральной плотности шума Wш и спектральной плотности синхросигнала Wс в полосе синхронизации можно записать
W ш = U2ш ×Dfсинхр , W с = U2с×Dfсинхр , (11)
где Uш и Uc - эффективные напряжения шума и синхросигнала соответственно.
Для определения спектральных мощностей шума и информационного сигнала применяются формулы, аналогичные (10):
W ш = U2ш ×Dfсиг , W с = U2сиг×Dfсиг , (12)
где Uш и Ucигн - эффективные напряжения шума и информационного сигнала.
Используя (10) и (11) перейдем к выражениям для отношения сигнал /шум в синхросигнале r и информационном сигнале rсигн
или 
, (13)
Рассмотренный алгоритм был реализован с помощью имитационной модели измерителя сигнал-шум в сигнале синхронизации системы связи стандарта GSM.
Для моделирования выбирался мультикадр эфирного интерфейса системы GSM.
В структуру мультикадра канала управления эфирного интерфейса входит [1] S-канал SCH; сообщение канала SCH (структура слота - пачка синхронизации).
В ходе моделирования задавались численные значения параметров:
Т=233мкс., Df синхр.=4,3 кГц, Dfсиг.= 200 кГц, k=1.
На рис. 2 представлен график зависимости отношения сигнал-шум в пачке синхронизации от отношения сигнал-шум на входе примника.
Рисунок 2. График зависимости ОСШ в синхросигнале от ОСШ на входе приемника
и информационном сигнале
В ходе моделирования были получены результаты:
1.ОСШ в синхросигнале линено зависит от ОСШ на входе приемника при отношениях сигнал - шум ³10, рис.2.
2. Коэффициент вариации оценки ОСШ на выходе измерителя уменьшается с ростом ОСШ на входе приемника от 0,8 при ОСШ=1, до 0,1 при ОСШ= 14.
3. При равенстве мощностей сигнала и шума (r =1) точность алгоритма снижается примерно в 2 раза. Это обусловлено спецификой обработки сигнала и шума в модели данного измерителя.
Преимущество предложенного метода заключается в возможности контоля влияния шума на сигнал синхронизации в системе передачи информации (в частности системы мобильной связи стандарта GSM) в реальном времени без дополнительной аппаратуры.
Метод позволяет установить зависимость между ОСШ в синхросигнале и входным ОСШ.
Недостаток метода заключается в том, что предложенный алгоритм позволяет находить косвенную оценку влияния шума на полный входной сигнал.
Предложенный метод может быть использован для оценки качества работы систем связи, имеющих синхронизацию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ратынский сотовой связи/ Под ред. .- М.: Радио и связь, 2с.
2. Рожков обработки радиосигналов: Учебн. пособие/ Яросл. гос. ун-т. - Ярославль, 1987.-78 с.
3. , Бибик контроля работоспособности телевизионного канала связи. Ярославский гос. ун-т - М. 1993. Деп. в ВИНИТИ АН СССР, 22.12.93, 93, 5 с.
4. Кротова точностных характеристик измерителя качества сигналов связи. Ярославский гос. ун-т - М. 1993. Деп. в ВИНИТИ АН СССР, 24.11.94, 94, 18 с.
5. Шувалов сигналов с оценкой их качества. М.: Связь, 19с.
Ярославский государственный университет им. , г. Ярославль
к. т.н., доцент кафедры динамики электронных систем,
Тел. 8-(48, E-mail: *****@
