Synchronisation des systèmes

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1 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - Synchronisation des systèmes by Jean-Paul Cipria - Jeudi, janvier 26, Déviation linéaire en fréquence ADEV TDEV MTIE Les courbes ci-dessus font références au standard IUT G810 Définition et terminologie des réseaux de synchronisation Avant-Propos Aujourd hui j aborde la synchronisation des systèmes de télécommunication Tous le monde sait, puisque vous me lisez, que les télécoms commencent par les transmissions Comme un pont à haubans par ces appuis et ces piles Et après la propagation du signal, sa présence effective (LoS) après l antenne et le récepteur nous devons récupérer quoi? La porteuse! Avant même espérer une quelquonque modulation et encore moins une fréquence bits et, oh Graal, une synchronisation! Synchro MTIE T Calcul Mesure de Phase ADSL Conclusion Note page 1 / 11

2 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - Synchro La synchronisation est absolument indispensable aux télécommunications Elle est une des conditions nécessaires, après celle de recevoir avec le moins de perturbations possible le signal porteur, afin de récupérer correctement la modulation qui est le signal utile Qu ils soient numériques ou analogiques les signaux ont la plupart du temps besoin soit d être datés car même les signaux ont des dates de péremption, et nécessitent de se «mouvoir» de façon coordonnée afin d assurer une qualité minimum pour l utilisateur Ce qui, à mon avis d Ingénieur, n est pas atteint ni en ADSL, ni en GSM et encore moins en UMTS J attends de voir le LTE et le WiMax qui vont promettre des débits théoriques comme par exemple 2Mb/s en UMTS pour 0,384 Mb/s en réalité et encore au bout de combien d années? Bis repetitas! Les différentes couches hardwares et logicielles récupérent plus ou moins bien la (très) mauvaise qualité de la synchronisation et de la transmisison en général (Voir CRC, FEC, dans un article sur l ADSL) Les systèmes modernes de télécommunication à partir de la 2G (GSM) nécessitent une synchronisation de précision Ces systèmes utilisent le Hand-Over (HO), le Fréquency Hopping (FH), la diversité spatiale (DA), la localisation (Ranging) basés sur les techniques de TDM, FDM, CDMA (3G), OFDM (39G) et enfin UWB (4G) Toutes techniques et méthodes qui nécessitent des horloges de précision sur chaque noeud du réseau, des systèmes de distribution intermédiaire ou secondaire de synchronisation (SSU : Synchronization System Unit) et des Horloges Primaires de Référence sous la forme d Horloge Atomiques (PRC) MTIE >> MTIE Mesure de Fréquence et phase Il s agit de faire un certain nombre de mesures et ensuite de calculs essentiellement en Techniques Numériques du signal (TNS) et d affichage de courbes afin de déterminer les erreurs ou d évaluer la gigue ou les dérapages de phase ainsi que les décalages constants ou linéaires de fréquence Chaque type d erreur provoque une désynchronisation plus ou moins forte qui impacte en premier lieu les couches basses de transmission puis ensuite par effet d avalanche les couches hautes avec impact utilisateur Les mesures, les calculs et l interprétation sont particulièrement difficiles et je donne ici quelques bases pour comprendre MTIE : Maximum Time Interval Le MTIE permet de mesurer les décalages linéaires de fréquences qui n influencent absolument pas les mesures ADEV ou TDEV Ceci permet de dimensionner correctement le buffer ou tampon de transmission Celui-ci débordant quand même en cas de décalage sans fin mais ceci permettant une perte complête de trame une fois par semaine plutôt qu une fois par seconde! page 2 / 11

3 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - Après avoir mesuré, calculé et interprété les pentes log-log et les offsets initiaux de ADEV et TDEV puis la déviation totale du MTIE nous pouvons évaluer les différents types d erreurs La partie conception et modification de la distribution de synchronisation commence à ce moment et c est un autre problème La société OscilloQuartz à Neuchâtel et la société Symmetricon France envoient des ingénieurs senior indépendant, comme votre serviteur, afin de vous conseiller dans ce domaine difficile (et complexe) Me contacter sur la page : Conception de mesure MTIE J ai comparé trois séries de courbes ADEV(n?), TDEV(n?) et MTIE(n?) pour un AWGN de 110 db correspondant à un écart type d environ seconde Le MTIE dépend aussi de la variation linéaire de fréquence J ai imposé comme référence une Horloge Atomique de déviation moyenne Hz/Hz sur une seconde et j ai comparé par rapport à une horloge à Hz/Hz par seconde L horloge atomique est une horloge industrielle d extrème qualité à Le zéro de référence est pris, évidemment, par rapport à une Horloge Atomique de laboratoire (10-16 ) Le MTIE varie bien en fonction de la perturbation de variation linéaire de fréquence ET du plus grand des écarts de temps SUR la période donnée Nous remarquons que ADEV(n?) et TDEV(n?) ne varient pas du tout en fonction de la variation linéaire de fréquence Calculs et courbes MTIE page 3 / 11

4 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - Déviation linéaire en fréquence ADEV TDEV MTIE Remarque 1 Remarque : Le MTIE donné dans la norme IUT G810 est, encore, et évidemment, FAUX Com D'Hab J ai donc rectifié, sur tous les instruments de mesure et de simulation, et heureusement, la formule pour ne pas avoir MTIE(pour tout n) = la tête à T0T0 Je ne vous donne pas la solution Cherchez donc un peu! << SynchroT Calcul >> T Calcul Temps de calculs page 4 / 11

5 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - Le temps de calcul du MTIE devient vite prohibitif N = 200 Tc = 15 s N = 400 Tc = 2,2 mn N = essai : Freeze PC puis reset manuel au bout de 15 mn N = essai : Tc = 4,5 mn N = 600 PC reset, tout seul, en moins de 5 mn record à battre N = 600 Tc = 7,7 mn Itérations MTIE Temps calcul (s) Temps calcul (mn) Le nombre n d éléments de la table MTIE se remplit rapidement au début, rallentit nettement en milieu de parcours ceci à cause du nombre de calculs n-k plus grand dans cette forme d algorithme, puis accélère en fin Ce qui est agréable quand on scrute avec impatience ce compteur (ou Watch-Dog) Le calcul du MTIE occupe (SIC) un processeur simple à 2 GHz à 98% avec 256 Mo sur 2 Go de mémoire vive et le liquéfie en moins de 5 mn chrono Je n ose essayer sur un Dual-Core de peur de constater une liquéfaction en 2 * 5 mn soit 10 mn voire une sublimation puisque la densité spatiale de puissance est multiplié par 2? Ce qui paraîtrait logique Le Dual Core devrait donc mollir vers N = 601 si le temps de calcul est proportionnel à factorielle N (N! ) << MTIEMesure de Phase >> Mesure de Phase Mesures des écarts de phases La phase? Qu est-ce? page 5 / 11

6 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - La phase et un gros mot pour exprimer l erreur ou le décalage entre un instant donné par une horloge et l instant réputé de référence Ainsi si je vous dis : Nous sommes le vendredi 27 janvier 15h55? 56 en Heure locale Paris (TU+1) sur ma montre, et qu il est en réalité vendredi 27 janvier 15h55? 55,7 Heure locale Paris (TU+1) en Horloge Atomique Alors la phase de ma montre, bien que recalée HO tous les jours, est 03 s en avance par rapport à TU+1 Lire l article sur un des protocoles de synchronisation réseau et sur le fonctionnement des Horloges Atomiques peut aider : Ou en d autres termes La phase est la différence entre deux instants de mesure divisée par la période du signal (si celui-ci est périodique) ou ADEV : Allan Deviation ADEV TDEV Interprétation Les deux courbes ADEV et TDEV gardent une pente constante en log-log et dépendent essentiellement du niveau de bruit, soit au démarage n? = 1 seconde, une déviation du même ordre de grandeur que l AWGN à seconde Ce qui est cohérent Dans le cas d une perturbation en WGN ou bruit blanc à caratéristique statistique Gaussienne la pente de la courbe d Allan ADEV Et pour la courbe TDEV Les deux formules suivantes sont homogènes à une déviation ou écart standard (en fait écart-types) au sens des dérivées des moindres carrés En fait non! Nous utilisons la différence des différences de temps que nous mettons au carré Nous faisons la somme consécutive de tous les termes sur une rangée 1, n et 2n pour une mesure d un nombre finis n de durées de décalage (ou phases ou erreurs) élémentaires de mesure?? Nous divisons ensuite les termes afin de normaliser l équation Formule ADEV Déviation temporelle Je n ai pas pigé à quelle fonction de transfert elle correspondent quoique la formulation en intégrale de la Densité Spectrale de Puissance sur la G810 en donne une idée : C est la moyenne (au sens des intégrales) d un sinus cardinal ( sinc(?f?) ) au cube En passant de la représentation fréquentielle à temporelle Je cogite De là à ce que ce soit un passe-bande de type «porte» améliorée? Cela ne m étonnerait pas A chercher page 6 / 11

7 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - page 7 / 11

8 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - TDEV : Time Deviation La même en vraiment plus compliquée Je la ponds en latex one moment C est une double somme puis, pour le calcul de chaque élément de TDEV, une troisième boucle de calcul Sous Matlab c est un plaisir, long et pas toujours convergent Formule TDEV Time Deviation Courbes ADEV et TDEV A coller ici << T CalculADSL >> ADSL Références de temps ADSL Le NTR ( Network Timing Reference ) est la référence d horloge réseau Elle peut être distincte de la référence de synchronisation bit La NTR est insérée au niveau ISO 2 Data et non dans la couche physique ISO 1 Celle-ci est une fréquence à 8 khz qui sert de référence à la VoIp et toutes les données qui ont besoin d une horloge synchrone comme la voix, l audio, la vidéo Le DSLAM reçoit une horloge référence à 2,208 MHz, la divise par 276 et envoie du 8 KHz (LTR : local timing reference) Le DSLAM mesure la différence de phase entre deux multitrames successives et l envoie au MODEM sur 4 bits par unité de 452 ns Citation ITU 992 La variation maximale en fréquence de la référence NTR est de ± 32 ppm La variation maximale en fréquence de la référence LTR est de ± 50 ppm Le décalage maximal possible est donc de ± 82 ppm, ce qui conduirait à une variation de phase voisine de ± 3,5 cycles pour chaque supertrame de 17 ms, page 8 / 11

9 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - Nous constatons que nous sommes loin, très loin, très très loin d une précision de synchronisation à seconde préconisée dans les systèmes de télécommunication inspiré de la commutation ou plus largement SDH (Synchronous Digital Hierarchy) Ce qui explique un certain nombre de déboires des systèmes actuels Voir sur ce site la partie synchronisation ADSL : << Mesure de PhaseConclusion >> Conclusion Analyse épistémologique (Etude de la pensée scientifique) Une partie de l analyse des dysfonctionnements des systèmes est faite dans le préambule Ces perturbations «systémiques» sont non pas dues aux perturbations extérieures ou stochastiques mais sont bien inhérentes à la conception, au design même des systèmes Et plus loin les méthodes, les connaissances et les»bonnes pratiques» sommes infinies de Lapalissades des industries sont en cause En premier lieu les «écoles» qui comme les «économiques» sont affligées d une paire d oeillères gigantesque N y-a t il qu un façon de faire un moyenne? Pondérée? Moindre carré? Eléments finis? Et le calcul? Algébrique? Récursif? Géométrique? J ai coutume de dire, à mes élèves en mathématique : - J ai toujours trois façons de prouver, de démontrer ou de trouver quelque chose alors que tu n en apprends qu une et encore! En physique je trouve très souvent cinq chemins différents! Dirac n a pas trouvé la solution des spins par calcul mais par «visualisation» géométrique Ce qui tendrait à me faire penser que les plus grandes découvertes le sont par approches géométriques Le système d exploitation qui gère (SIC) les simulations est le foutoir habituel qui «diverge» au bout d environ 1 an et qui ne tient que 5 mn avant de s éteindre, rapidement cette fois-ci et sans sauvegarder le contexte ce qui est réjouissant on se contente de peu dans la médiocrité informatique ambiante La sauvegarde du contexte sous Windows? Encore une ineptie géante Le MTBF logiciel censé être 3 ans, même en corrigeant celui-ci se dégrade rapidement en moins de 1 an Le système d exploitation étant toujours développé par les mêmes, sortant des mêmes écoles, avec les mêmes méthodes (object methods, mec!) il n y a aucune raison que cela dysfonctionne différement Les même causes causant Et puis dans un autre article je prendrais bien un saine colère sur le MTBF, tiens! Les fournisseurs d accés ne garantissent pas la qualité de leur service Pourquoi? Ils ne garantissent déjà pas la qualité minimum de leur canal de propagation et ne parlons pas alors de la transmission 30 par page 9 / 11

10 Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées - mois! Forfaitaire en plus Messieurs Dames vous vous faites voler! Et que voulez-vous les ingénieurs expérimentés sont au chômage et les grandes écoles sont sur les couches hautes dites «services» qui assurent le bénéfice quotidien des entreprises au service minimum << ADSLNote >> Note Notes aux Managers Je vais à propoter pour les différents PMO et autres non techniciens pour les convaincre que : Si Call_Drop > 1% alors probab(synchro_hors_norme) = 80% Si Freeze_Ecran_User = 100% alors probab(synchro_hors_norme) = 80% Si Macro_Bloc > 1% alors probab(synchro_hors_norme) = 80% Si LoS > 1% alors probab(pas de Signal) = 99,99% Ou en termes plus simples (?) si le taux de coupure en communication j abrège car la définition n est pas compléte dépasse 1% ( toutes choses étant par ailleurs égales) alors la probabilité pour que la cause majeure du dysfonctionnement soit une mauvaise qualité de la synchronisation est de 80% Dernière lapallissade : Si il y a 1% (toute ) de coupure totale du signal alors il est pratiquement certain que la cause est «coupure totale de signal» et que la synchronisation est, en ce cas, hors de cause,, comme la connexion,, comme l adressage,, comme le cyphering Pour les entreprises? Me contacter sur la page : << Conclusion Voir en priorité, sur ce site : (1 Niveau BTS-DUT 2 Niveau Master ) - Jean-Paul Cipria Janvier 2012 page 10 / 11

11 Powered by TCPDF (wwwtcpdforg) Synchronisation des systèmes Par Jean-Paul Cipria - Sciences Appliquées Joignez-moi en clickant sur le lien ci-dessous Me contacter sur la page : jquery(document)ready(function() { if(posttabs_getcookie('posttabs_10514')) posttabs_show(posttabs_getcookie('posttabs_10514'),10514); }); Article écrit par Jean-Paul Cipria page 11 / 11