بالنسبة لمهندسي أنظمة الاتصالات الرقمية، يعد الفهم العميق لهيكل إطار نظام PCM30/31 أمرًا أساسيًا لتصميم النظام وصيانته وتقييم أدائه. لا يعد نظام تعديل شفرة النبض (PCM) هذا القائم على معدل 2.048 ميغابت/ثانية العمود الفقري لشبكات تعدد الإرسال بتقسيم الوقت التقليدي (TDM) فحسب، بل إن مبادئ التصميم الصارمة للإطارات والإطارات المتعددة لا تزال تتألق في العديد من التسلسلات الهرمية الرقمية المتزامنة ومنهجيات اختبار معدل الخطأ في البت. سوف تتعمق هذه المقالة في جوهر هيكل الإطار من منظوري التنفيذ التقني والتطبيق الهندسي، وتوضح بالتفصيل دوره الحاسم في اختبار أداء أخطاء البتات.
1. نظرة عامة والخلفية التقنية لنظام PCM30/31
يشكّل معيار PCM30/31، المستخدم على نطاق واسع في أوروبا والصين، أساس وصلة E1. وتتمثل مهمته الأساسية في دمج 30 قناة صوتية مستقلة للمستخدمين (الخانات الزمنية من 1 إلى 15 ومن 17 إلى 31)، إلى جانب خانة زمنية واحدة مخصصة للإشارات والمزامنة (الخانة الزمنية 0 والخانة الزمنية 16 ضمن الإطار المتعدد)، على وصلة إرسال واحدة من خلال تعدد الإرسال الدقيق بتقسيم الوقت. يتم أخذ عينات من كل قناة صوتية بتردد 8 كيلوهرتز، مع ترميز كل عينة إلى 8 بت بعد ضغط A-law (المعيار الأوروبي)، مما ينتج عنه معدل لكل قناة يبلغ 64 كيلو بت/ثانية. تمثل القنوات الصوتية الثلاثون 1.920 ميغابت/ثانية، مع تخصيص 128 كيلوبت/ثانية إضافية لمزامنة الإطار والإنذارات والإشارات، ما يصل مجموعه إلى معدل النظام المميز البالغ 2.048 ميغابت/ثانية.
2. التحليل المتعمق لهيكل الإطار والهيكل متعدد الأطر
يعد الفهم الشامل لهيكل إطاره شرطًا أساسيًا لأي اختبار متقدم وتشخيص للأعطال. بنية إطار PCM30/31 هي بنية توقيت هرمي ودقيق.
2.1 تكوين الإطار الأساسي
يبلغ طول الإطار الأساسي 256 بت (32 نقطة زمنية × 8 بت/نقطة زمنية) ومدته 125 ميكروثانية (وهو ما يتوافق مع تردد الإطار البالغ 8 كيلوهرتز).
الفترة الزمنية 0 (TS0): فتحة زمنية لإشارة محاذاة الإطار. في الإطارات ذات الأطر المرقمة زوجيًا، تنقل نمط مزامنة محدد “0011011” ليتمكن جهاز الاستقبال من تحديد موقع بنية الإطار ومزامنته. في الإطارات ذات الأطر ذات الأرقام الفردية، يتم تثبيت البتة الثانية على أنها "1" لتمييزها عن الإطارات الزوجية، بينما يمكن استخدام البتات المتبقية لنقل إشارات الإنذار، إلخ.
الفترات الزمنية من 1 إلى 15، ومن 17 إلى 31 (TS1-TS15، TS17-TS31): تحمل هذه الفترات الزمنية الثلاثين بيانات حركة مرور المستخدم (عادةً الصوت).
الفتحة الزمنية 16 (TS16): على مستوى الإطار الأساسي، يمكن استخدامه في البداية كقناة مرور. ومع ذلك، ضمن الهيكل متعدد الأطر الأكثر تعقيداً، يتم تعيين مهمة أكثر أهمية لها.
2.2 البنية متعددة الأطر وضرورتها
لمعالجة إرسال الإشارات للقنوات الثلاثين، تم إدخال مفهوم الإطار المتعدد. يتألف الإطار المتعدد من 16 إطاراً أساسياً متتالياً (من F0 إلى F15) بمدة 2 ميلي ثانية.
- إشارة محاذاة الإطار المتعدد: تحمل أول 4 بتات من TS16 في الإطار F0 نمطًا ثابتًا "0000000" لتحديد بداية الإطار المتعدد.
- تخصيص الإشارات: ضمن الإطار TS16 للإطارات من F1 إلى F15، يتم تقسيم كل فترة زمنية من 8 بت إلى “فترتي زمنيتين فرعيتين” من 4 بت، تستخدم كل منهما لنقل معلومات الإشارة (على سبيل المثال، إيقاف التشغيل، وتشغيل الخط، والأرقام التي تم الاتصال بها) للقنوات الصوتية الثلاثين (المقابلة للقنوات الصوتية الثلاثين (المقابلة للإطارين TS1-TS15، و TS17-TS31). يضمن هذا التصميم ارتباطًا متزامنًا صارمًا بين الإشارات والقنوات الصوتية، مما يجسد براعة تصميم هيكل الإطار.
تضمن هذه الآلية الهرمية للمزامنة داخل النطاق، مع زيادة تعقيد النظام، موثوقية مزامنة عالية للغاية ودقة ارتباط الإشارات. يجب على جهاز الاستقبال أولاً تحقيق مزامنة الإطار قبل أن يتمكن من تحديد الإطار المتعدد بشكل صحيح ومن ثم تحليل بيانات الإشارات وحركة المرور الصحيحة - وهي عملية حساسة للغاية لأداء معدل خطأ البت في النظام.
3. تطبيقات هندسية لهيكل الإطار في اختبار معدل الخطأ في البتات
في عمليات تركيب أنظمة الاتصالات وقبولها وصيانتها الروتينية فإن معدل خطأ البت هو مؤشر الأداء الأكثر أهمية. يوفر هيكل الإطار الموحد لـ PCM30/31 ظروفًا مثالية للاختبار.
3.1 التعريف الأساسي ونموذج القياس لمعدل الخطأ في البتات
يُعرَّف معدل الخطأ في البت (BER) بأنه نسبة البتات المستقبلة بشكل خاطئ إلى إجمالي عدد البتات المرسلة. وهو مقياس إحصائي، مع متطلبات نموذجية لأنظمة PCM غالباً ما تكون عند 10-6 أو أفضل. في الاختبارات المختبرية والميدانية، يستخدم المهندسون عادةً الصيغة الكلاسيكية التالية للتقييم:
BER = Ne / N
حيث ني هو عدد البتات المخطئة التي تم حسابها خلال فترة المراقبة، و N هو إجمالي عدد البتات المرسلة في نفس الفترة. ومع ذلك، فإن العد البسيط لأخطاء البتات غير كافٍ للأنظمة المعقدة ذات البنية الإطارية.
3.2 اختبار الخطأ المتخصص القائم على بنية الإطار
وبالاستفادة من بنية الإطار المعروفة، يمكننا تصميم سيناريوهات اختبار تحاكي بشكل أكبر الإعاقات الفعلية:
1. اختبار خطأ مزامنة الإطار: يتم إرسال إشارة اختبار PCM30/31 قياسية إلى النظام قيد الاختبار، ويتم مراقبة نمط المزامنة في الفتحة الزمنية 0 في جهاز الاستقبال. يتم الإعلان عن الفقدان المتتالي لنمط المزامنة الذي يتجاوز العتبة على أنه فقدان مزامنة الإطار. يعكس استقرار مزامنة الإطار بشكل مباشر متانة النظام في ظل ظروف القناة السيئة. تُظهر الأبحاث وجود علاقة كمية بين تصميم كاشفات مزامنة الإطارات ومعدل خطأ البت في القناة، حيث تُعد احتمالات المزامنة الخاطئة وفقدان المزامنة مفتاحاً لتقييم أداء المزامنة[1].
2. مراقبة الخطأ CRC-4 (فحص التكرار الدوري): هذه تقنية حاسمة لمراقبة الأخطاء أثناء الخدمة في PCM30/31. ضمن بنية الإطار المتعدد، يتم استخدام مواضع بتات محددة لحساب المجموع الاختباري CRC-4. يقوم جهاز الإرسال بحساب المجموع الاختباري CRC بناءً على بتات محددة في إطار متعدد الأطر وإدراجه في المواضع المحجوزة في الإطار المتعدد التالي؛ ويقوم جهاز الاستقبال بإجراء نفس الحساب والمقارنة. تسمح هذه الطريقة بالمراقبة المستمرة لأداء "الترددات فوق الصوتية" في حدود 10-6 دون مقاطعة الخدمة، استنادًا إلى القدرة القوية على التحقق من الأخطاء في القسمة متعددة الحدود[2].
3. اختبار خطأ قناة الإشارة: نظراً لأن الفسحة الزمنية 16 تحمل إشارات حرجة، فإن الأخطاء هنا يمكن أن تتسبب في حدوث أعطال خطيرة مثل فشل إعداد المكالمات. في الاختبار، يمكن حقن تسلسلات اختبار إشارات محددة في الفتحة الزمنية للإشارة والتحقق منها في جهاز الاستقبال لتقييم معدل خطأ البت في قناة الإشارة.
3.3 أنماط الاختبار واختبار الإجهاد
لقياس معدلات خطأ البتات المنخفضة للغاية بدقة، يتم استخدام التسلسلات الثنائية العشوائية الزائفة ذات الفترة الطويلة (مثل 215-1 أو 220-1 الأنماط الموصى بها من قبل ITU-T O.151) كأحمال اختبار، يتم حقنها في الفترات الزمنية لحركة المرور. تقارب هذه التسلسلات خصائص الضوضاء البيضاء، وتحاكي بشكل كافٍ عشوائية البيانات الحقيقية وتختبر الضغط على النظام لكشف الأخطاء المتقطعة الناجمة عن ارتعاش التوقيت وانحراف الطور وما إلى ذلك.
4. الملخص التقني والقيمة الهندسية
إن الفهم العميق لهيكل إطار PCM30/31 يتجاوز مجرد إتقان معيار قديم. فهو يمثل نموذج التصميم الكلاسيكي لـ “المزامنة المنظمة” و“الإشارات داخل النطاق” في الاتصالات الرقمية. بالنسبة لمهندسي اليوم، يساعد هذا الفهم في:
- تشخيص الأعطال العميقة الجذور: عند حدوث مشكلات مثل الانزلاق أو انقطاع الإشارة، فإنه يتيح إمكانية التحديد السريع لما إذا كان الخلل يكمن في نظام المزامنة أو أنه ناجم عن ضعف جودة قناة الإرسال (BER عالية).
- الاختبار المعياري للأداء: لا يزال إجراء اختبارات معدل الخطأ في البت استنادًا إلى هيكلها الصارم معيارًا ذهبيًا للتحقق من أداء معدات الإرسال (مثل أجهزة المودم الضوئية ومعدات الموجات الدقيقة).
- فهم التقنيات الحديثة: يمكن أن تعود مبادئ تصميم العديد من أنظمة TDM ذات المعدل الأعلى (مثل E3 و VC-12 في SDH) وحتى تقنيات المزامنة في شبكات الحزم (مثل PTP) إلى مثل هذه التصاميم الدقيقة لهيكل الإطار.
على الرغم من أن شبكات بروتوكول الإنترنت أصبحت سائدة، إلا أن PCM30/31 وفلسفة تصميم هيكل الإطار ومنهجيات اختبار معدل الخطأ في البت التي تجسدها تظل جزءًا لا غنى عنه في قاعدة معارف مهندس الاتصالات، حيث تستمر في لعب دور رئيسي في اتصالات الشبكات الخاصة وصيانة المعدات القديمة واختبار قابلية التشغيل البيني للأنظمة الجديدة.
TFN هي شركة مصنعة وموردة لأدوات اختبار الاتصالات. يتوفر جهاز اختبار خطأ البت وأجهزة اختبار الإيثرنت وأجهزة تحليل الإرسال الرقمي. إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن حل اختبار خطأ البت، فمرحبًا بك في الاتصال بفريق دعم TFN:
البريد الإلكتروني: info@tfngj.com
واتساب: +86-18765219251
أو يمكنك اترك رسالة هنا