En tant qu'ing\u00e9nieurs r\u00e9seau, nous naviguons quotidiennement dans le d\u00e9luge num\u00e9rique compos\u00e9 d'innombrables trames de modulation par code d'impulsion (PCM). Des r\u00e9seaux dorsaux SDH\/SONET aux transmissions Ethernet dans les centres de donn\u00e9es, la structure de trame PCM reste le cadre fondamental des syst\u00e8mes de communication num\u00e9rique. Cet article fournit une analyse approfondie des principes techniques de la GCP, explore l'application du test du taux d'erreur binaire dans les op\u00e9rations de r\u00e9seau pratiques et r\u00e9v\u00e8le son impact profond sur l'\u00e9volution des syst\u00e8mes de communication modernes.<\/p>\n\n\n
La trame PCM standard adopte une dur\u00e9e fixe de 125\u03bcs, correspondant \u00e0 une fr\u00e9quence d'\u00e9chantillonnage de 8kHz. Dans les syst\u00e8mes T1, chaque trame contient 24 timeslots (DS0), chaque slot transportant 8 bits de donn\u00e9es cod\u00e9es, formant un corps de trame de 192 bits plus un bit de synchronisation de trame de 1 bit. Les syst\u00e8mes E1 utilisent une structure de 32 timeslots, o\u00f9 le Timeslot 0 est d\u00e9di\u00e9 au signal d'alignement de trame (FAS) et \u00e0 la v\u00e9rification CRC-4, et le Timeslot 16 est utilis\u00e9 pour la transmission de signaux.<\/p>\n\n\n\n
La synchronisation des trames est une condition pr\u00e9alable au fonctionnement normal du syst\u00e8me PCM. L'\u00e9quipement de r\u00e9seau \u00e9tablit et maintient la synchronisation des limites du timeslot en d\u00e9tectant continuellement le signal d'alignement de la trame. Dans la pratique, nous utilisons souvent une m\u00e9thode de synchronisation en trois \u00e9tapes : \u201crecherche bit \u00e0 bit, v\u00e9rification et maintien\u201d : \"recherche, v\u00e9rification et maintien bit par bit\". Le r\u00e9cepteur fait glisser la fen\u00eatre de d\u00e9tection bit par bit. Lorsqu'il d\u00e9tecte cons\u00e9cutivement le mod\u00e8le FAS correct, il entre dans la phase de v\u00e9rification. Apr\u00e8s avoir confirm\u00e9 l'apparition p\u00e9riodique du motif de synchronisation, il passe \u00e0 l'\u00e9tat d'attente. Bien que ce m\u00e9canisme puisse th\u00e9oriquement introduire un d\u00e9lai maximal d'\u00e9tablissement de la synchronisation de 2 ms, sa fiabilit\u00e9 a \u00e9t\u00e9 enti\u00e8rement valid\u00e9e dans des d\u00e9ploiements r\u00e9els.<\/p>\n\n\n
Les algorithmes de compression \u03bc-law (Am\u00e9rique du Nord\/Japon) et A-law (Europe\/International) d\u00e9finis par la norme G.711 sont au c\u0153ur du codage PCM. En approximant une courbe logarithmique avec une fonction lin\u00e9aire par morceaux \u00e0 13 segments, cette quantification non lin\u00e9aire permet d'obtenir une plage dynamique \u00e9quivalente d'environ 12-13 bits. La formule du bruit de quantification peut \u00eatre exprim\u00e9e comme suit :<\/p>\n\n\n\n
SQNR<\/strong>=6,02N+4,77-20log<\/strong>10<\/sub><\/strong><\/sub><\/strong>(<\/strong>V<\/strong>pp<\/sub><\/strong><\/sub><\/strong>\/<\/strong>2\u03c3<\/strong>x<\/sub><\/strong><\/sub><\/strong>)[dB]<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n o\u00f9 N<\/strong> est le nombre de bits de codage lin\u00e9aire, V<\/strong>pp<\/sub><\/strong><\/sub><\/strong> est la tension de cr\u00eate du quantificateur, et \u03c3<\/strong>x<\/sub><\/strong><\/sub><\/strong> <\/sub><\/strong><\/sub><\/strong>est la valeur quadratique moyenne du signal d'entr\u00e9e. Dans le cadre du d\u00e9ploiement du r\u00e9seau, nous notons que le codage A-law offre des caract\u00e9ristiques de quantification sup\u00e9rieures \u00e0 de faibles niveaux de signal, ce qui est une des principales raisons de sa pr\u00e9f\u00e9rence pour les liaisons internationales.<\/p>\n\n\n Le taux d'erreur sur les bits (TEB) est d\u00e9fini comme le rapport entre les bits re\u00e7us de mani\u00e8re erron\u00e9e et le nombre total de bits transmis, exprim\u00e9 math\u00e9matiquement comme suit :<\/p>\n\n\n\n BER=lim<\/strong>N<\/strong>\u2192\u221e<\/strong> <\/strong>N<\/strong>e<\/sub><\/strong><\/sub><\/strong>\/N<\/strong>\u200b\u200b<\/strong>\u200b<\/p>\n\n\n\n Dans la surveillance pratique du r\u00e9seau, nous utilisons g\u00e9n\u00e9ralement le taux de secondes erron\u00e9es (ESR) et le taux de secondes erron\u00e9es graves (SESR) d\u00e9finis par l'ITU-T G.826 comme des mesures plus pratiques. Pour une liaison E1 de 2 Mbps, un TEB de 10-6<\/sup> implique environ 2 erreurs de bits par seconde. Lorsque le TEB tombe \u00e0 10-3<\/sup>, La qualit\u00e9 de la voix se d\u00e9t\u00e9riore consid\u00e9rablement et les services de donn\u00e9es peuvent conna\u00eetre des interruptions de connexion.<\/p>\n\n\n\n Lors des essais sur le terrain, nous utilisons des analyseurs SDH\/PDH pour envoyer des s\u00e9quences de test PRBS (g\u00e9n\u00e9ralement 223<\/sup>-1 ou 231<\/sup>-1) et mesurer le TEB en comparant les s\u00e9quences transmises et re\u00e7ues. Selon une \u00e9tude publi\u00e9e dans IEEE Transactions on Communications, une dur\u00e9e de test raisonnable devrait couvrir au moins 10 000 \u00e9v\u00e9nements d'erreur ou 24 heures pour garantir une signification statistique [1-IEEE Transactions on Communications-2019].<\/p>\n\n\n Les erreurs de bits dans les syst\u00e8mes de transmission proviennent principalement du bruit thermique, de la gigue de l'horloge, des effets non lin\u00e9aires de la fibre et de l'interf\u00e9rence de la diaphonie. Dans les syst\u00e8mes \u00e0 fibre optique, l'\u00e9quation non lin\u00e9aire de Schr\u00f6dinger d\u00e9crit le processus de distorsion du signal :<\/p>\n\n\n\n \u2202A<\/strong>\/<\/strong>\u2202<\/strong>z<\/strong>+<\/strong>A<\/strong>\u03b1<\/strong>\/2<\/strong>-i\u03b2<\/strong>2<\/sub><\/strong><\/sub><\/strong>\/2*<\/strong>\u2202<\/strong>2<\/sup><\/strong><\/sup><\/strong>A\u2202T<\/strong>2<\/sup><\/strong><\/sup><\/strong>=i\u03b3\u2223A\u2223A =i\u03b3\u2223A\u2223A\u2223A\u2223A<\/strong>2<\/sup><\/strong><\/sup><\/strong>A<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n o\u00f9 A<\/strong> est l'enveloppe de l'impulsion, \u03b1<\/strong> est le coefficient d'att\u00e9nuation, \u03b2\u2082<\/strong> est la dispersion de la vitesse de groupe, et \u03b3<\/strong> est le coefficient non lin\u00e9aire. Notre exp\u00e9rience op\u00e9rationnelle indique que les discordances dans les modules de compensation de la dispersion (DCM) sont l'une des principales causes de l'augmentation du TEB dans les syst\u00e8mes fonctionnant \u00e0 40 Gbps et plus.<\/p>\n\n\n\n L'impact des erreurs binaires sur les services pr\u00e9sente un effet cumulatif important. Selon les donn\u00e9es mesur\u00e9es dans le Journal of Lightwave Technology, le TEB de fond soutenu au niveau de 10-9<\/sup> peut r\u00e9duire le d\u00e9bit TCP de 30%-40%. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne est d\u00fb au fait que le protocole TCP interpr\u00e8te mal les pertes de paquets caus\u00e9es par des erreurs de bits comme une congestion du r\u00e9seau, r\u00e9duisant ainsi de mani\u00e8re proactive la fen\u00eatre de transmission [2-Journal of Lightwave Technology-2021].<\/p>\n\n\n Pour l'acceptation et la maintenance du r\u00e9seau, nous utilisons une strat\u00e9gie de test en couches : la couche physique utilise le BERT (Bit Error Rate Test) pour v\u00e9rifier la qualit\u00e9 du canal de base ; la couche de liaison de donn\u00e9es contr\u00f4le l'int\u00e9grit\u00e9 de la trame par le biais du nombre d'erreurs CRC ; et la couche de service utilise les normes RFC 2544 et Y.1564 pour \u00e9valuer la conformit\u00e9 \u00e0 l'accord sur le niveau de service (SLA).<\/p>\n\n\n\n Pour les syst\u00e8mes PCM, nous accordons une attention particuli\u00e8re \u00e0 la sensibilit\u00e9 \u00e0 l'erreur du mot de synchronisation de trame. Le signal d'alignement de trame (FAS) dans les syst\u00e8mes E1 est le motif fixe \u201c0011011\u201d. La perte de synchronisation pendant trois trames cons\u00e9cutives d\u00e9clenche un \u00e9tat d'alarme. Nos donn\u00e9es mesur\u00e9es montrent que la tol\u00e9rance d'erreur pour les bits FAS est inf\u00e9rieure d'environ 2 dB \u00e0 celle des donn\u00e9es vocales ordinaires, ce qui n\u00e9cessite une allocation suppl\u00e9mentaire du budget de puissance lors de la conception du syst\u00e8me.<\/p>\n\n\n Avec le d\u00e9veloppement du Software-Defined Networking (SDN), la technologie de surveillance des erreurs de bits en service a \u00e9volu\u00e9, passant des \u201ctests p\u00e9riodiques\u201d \u00e0 la \u201cd\u00e9tection continue\u201d. En d\u00e9ployant des agents INT (In-band Network Telemetry) \u00e0 chaque n\u0153ud du r\u00e9seau, nous pouvons obtenir des statistiques en temps r\u00e9el sur les erreurs de bits pour chaque lien et pr\u00e9dire les tendances de d\u00e9gradation des performances \u00e0 l'aide d'algorithmes d'apprentissage automatique. Des recherches r\u00e9centes publi\u00e9es dans Optics Express confirment que les mod\u00e8les de pr\u00e9diction du TEB bas\u00e9s sur l'apprentissage profond peuvent fournir des avertissements 15 minutes \u00e0 l'avance avec une pr\u00e9cision de 87% [3-Optics Express-2022].<\/p>\n\n\n\n Dans les r\u00e9seaux 5G fronthaul, les interfaces eCPRI n\u00e9cessitent un BER inf\u00e9rieur \u00e0 10-12<\/sup>, que les m\u00e9thodes d'essai traditionnelles ne peuvent plus satisfaire. Nous utilisons des m\u00e9thodes d'analyse bas\u00e9es sur l'oscilloscope avec d\u00e9tection coh\u00e9rente, en calculant indirectement le TEB ultra-faible par l'\u00e9valuation de mesures d\u00e9riv\u00e9es telles que l'ouverture du diagramme de l'\u0153il et le facteur Q. La relation de conversion entre le facteur Q et le TEB est la suivante :<\/p>\n\n\n\n BER=1<\/strong>\/2<\/strong>erfc(<\/strong>Q\/<\/strong>\u221a<\/strong>2<\/strong>)<\/strong>\u2248<\/strong>e<\/strong>-Q<\/sup><\/strong><\/sup><\/strong>\u00b2<\/sup><\/strong><\/sup><\/strong>\/2<\/sup><\/strong><\/sup><\/strong>\/<\/strong>Q<\/strong>\u221a<\/strong>2\u03c0<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n Les syst\u00e8mes PCM traditionnels sont bas\u00e9s sur une architecture stricte de multiplexage par r\u00e9partition dans le temps (TDM), alors que les r\u00e9seaux de communication modernes \u00e9voluent vers des syst\u00e8mes enti\u00e8rement bas\u00e9s sur le protocole IP. Dans le sous-syst\u00e8me multim\u00e9dia IP (IMS), les signaux vocaux sont encapsul\u00e9s dans des paquets RTP\/UDP\/IP, le concept de trame \u00e9voluant vers un intervalle de mise en paquets (g\u00e9n\u00e9ralement 20 ms). Ce changement apporte de la flexibilit\u00e9 mais aussi de nouveaux d\u00e9fis tels que la perte de paquets et la gigue du d\u00e9lai.<\/p>\n\n\n\n Il convient de noter que le concept de base de la GCP persiste m\u00eame dans les r\u00e9seaux tout IP. La norme G.711 sur RTP encapsule essentiellement des trames PCM en tant que charge utile dans des paquets IP, le m\u00e9canisme de synchronisation passant d'un alignement des intervalles de temps bas\u00e9 sur le mat\u00e9riel \u00e0 une synchronisation bas\u00e9e sur le logiciel utilisant des horodatages. Nos essais montrent que dans de bonnes conditions de r\u00e9seau (taux de perte de paquets <0,1%, gigue <20ms), cette architecture peut fournir une qualit\u00e9 d'appel comparable \u00e0 celle du TDM traditionnel.<\/p>\n\n\n Dans les sc\u00e9narios d'interconnexion de centres de donn\u00e9es (DCI), les principes PCM sont int\u00e9gr\u00e9s \u00e0 des techniques de modulation d'ordre \u00e9lev\u00e9. La technologie PCM (Probabilistic Constellation Shaping) - notez que PCM signifie ici Probabilistic Constellation Shaping, homonyme de Pulse Code Modulation mais conceptuellement diff\u00e9rente - s'approche de la limite de Shannon en ajustant la distribution de probabilit\u00e9 des points de constellation. Selon un rapport publi\u00e9 dans Nature Communications, les syst\u00e8mes exp\u00e9rimentaux utilisant cette technologie ont atteint un TEB inf\u00e9rieur \u00e0 10-15<\/sup> \u00e0 des taux de 200 Gbps [4-Nature Communications-2023].<\/p>\n\n\n\n Dans la perspective de la recherche 6G, les syst\u00e8mes de distribution de cl\u00e9s quantiques variables continues (CV-QKD) dans la communication quantique s'inspirent du concept de quantification de la PCM, en encodant les r\u00e9sultats des mesures de l'\u00e9tat quantique dans des signaux num\u00e9riques. Cette migration technologique interdomaines valide la nature fondamentale et extensible du cadre PCM.<\/p>\n\n\n La structure de trame PCM, pierre angulaire des communications num\u00e9riques, a \u00e9volu\u00e9 du simple codage de la voix \u00e0 la prise en charge de capacit\u00e9s de support multiservices. Du point de vue d'un ing\u00e9nieur de r\u00e9seau, le taux d'erreur binaire n'est pas seulement une mesure de la performance du syst\u00e8me, mais aussi un outil crucial pour diagnostiquer les pathologies du r\u00e9seau et optimiser la conception de l'architecture. \u00c0 mesure que la technologie des communications progresse vers des vitesses plus \u00e9lev\u00e9es et une plus grande intelligence, le paradigme \u201c\u00e9chantillonnage-quantification-encodage-multiplexage\u201d \u00e9tabli par le PCM continuera \u00e0 influencer la trajectoire \u00e9volutive des futurs r\u00e9seaux.<\/p>\n\n\n\n En tant que praticiens, nous devons comprendre en profondeur ces principes fondamentaux tout en ma\u00eetrisant les outils et m\u00e9thodologies de test modernes. Ce n'est qu'\u00e0 cette condition que nous pourrons garantir la qualit\u00e9 du service dans des environnements de r\u00e9seau complexes et faire \u00e9voluer les syst\u00e8mes de communication vers plus de fiabilit\u00e9 et d'efficacit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n TFN est un fabricant et fournisseur d'analyseurs de transmission num\u00e9rique. Si vous \u00eates int\u00e9ress\u00e9 par notre analyseurs de transmission num\u00e9rique<\/a> ou d'autres analyseurs de r\u00e9seau, n'h\u00e9sitez pas \u00e0 nous rendre visite. Si vous avez des questions, n'h\u00e9sitez pas \u00e0 nous contacter contactez notre \u00e9quipe d'assistance<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Informations sur l'\u00e9quipe d'assistance du TFN :<\/p>\n\n\n\n WhatsApp : +86-18765219251<\/p>\n\n\n\n Courriel : info@tfngj.com<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" As network engineers, we navigate daily the digital deluge composed of countless Pulse Code Modulation (PCM) frames. 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Ing\u00e9nierie D\u00e9finition et mesure du TEB<\/h3>\n\n\n\n
M\u00e9canismes de g\u00e9n\u00e9ration d'erreurs de bits et analyse d'impact<\/h3>\n\n\n\n
Applications pratiques du test d'erreur sur les bits dans l'exploitation des r\u00e9seaux<\/h2>\n\n\n
M\u00e9thodologie de test en couches<\/h3>\n\n\n\n
\u00c9volution des technologies de diagnostic modernes<\/h3>\n\n\n\n
\u00c9volution et perspectives d'avenir de la structure du cadre PCM<\/h2>\n\n\n
Passage de la technologie TDM \u00e0 la technologie des paquets<\/h3>\n\n\n\n
Int\u00e9gration avec les technologies \u00e9mergentes<\/h3>\n\n\n\n
Conclusion<\/h2>\n\n\n\n