Некоммерческое акционерное общество

Алматинский университет энергетики и связи

Кафедра телекоммуникационных систем

 

 

СОВРЕМЕНННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Сборник задач

для магистрантов  специальности  6М071900 -

Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

Алматы 2012 

Составители: Клочковская Л.П., Самоделкина С.В. Современные методы измерений в телекоммуникационных системах. Сборник задач для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2012, - 53 с.

  

В сборнике задач рассматриваются различные примеры расчета параметров телекоммуникационных систем по результатам измерений, приведены различные задачи по определению на соответствие нормам технических характеристик аппаратуры.

Ил. 25, табл. .24, библиогр.10  

 

Рецензент:  канд. техн. наук, доцент Ни А.Г. 

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012 г. 

 

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2012 г.

 Св. план 2012., поз.152

 Введение 

Качество выполняемых измерений во многом определяет работу устройств связи. Результаты измерений позволяют выявлять отклоне­ния параметров аппаратуры проводной и радиосвязи от установлен­ных норм и своевременно принимать меры для ее нор­мального функционирования.

Характерной тенденцией развития современных сетей связи явля­ется переход от аналоговых к цифровым системам передачи и комму­тации. Цифровая техника идет по пути совершенствования элемент­ной базы, использования новых носителей и новых технологий пере­дачи информации. В технологии измерений и контроля современных средств связи все большую роль играют компьютерная техника и соз­даваемые на ее базе системы мониторинга и администрирования. Использование новой техники предполагает внедрение новых мето­дик измерения параметров передачи и применения новых контроль­но-измерительных приборов, постоянное совершенствование норма­тивной документации.

Такое бурное развитие техники связи требует от обслуживающего персонала постоянного обновления и совершенствования своих знаний. Для этих целей представлен сборник задач, в котором рассмотрены различные примеры по определению технических параметров телекоммуникационных систем на основе радиоизмерений.

В сборнике представлены задачи по пяти разделам.

В первом разделе рассмотрены примеры определения неисправностей кабельных линий связи по показаниям рефлектометра, определение мест обрыва и различных видов повреждений симметричных кабелей.

Во втором разделе приводятся примеры контроля оптических кабелей по рефлектограммам и расчет параметров световодов.

В третьем разделе предлагаются к решению задачи по определению искажений цифрового сигнала на пролете радиорелейной линии  с помощью глаз-диаграмм.

В четвертом и пятом разделах рассматриваются задачи по расчету технических характеристик телекоммуникационных приемников и передатчиков.

 

1 Методы измерения параметров кабельных линий связи

 

1.1 Импульсный метод измерения повреждений в кабельных линиях

 

Есть множество приборов, так или иначе использующих тот же принцип анализа проводной линии по отражённому сигналу. Принцип действия их во многом схож с радаром: в линию посылается электрический импульс и по его отражению судят о её неоднородностях. Общее название таких аппаратов рефлектометры.

Рассмотрим особенности изображения на экране рефлектометра при разных состояниях линии связи.

1) Линия чистая(с точки зрения рефлектометра.

Виден конец линии и её начало. Надо сказать, что так красиво всё выглядит не сразу. Иногда приходится покопаться в настройках прибора, чтобы получить такую картинку. Обычно длина повреждённой линии непредсказуема и стоит попробовать разные диапазоны измерений. Некоторую неуверенность обычно вызывают либо слишком короткие длины (обрыв в нескольких метрах от оконечного), либо очень длинная линия в 3 – 10 км. И в том и в другом случае не видно конечного всплеска.

При обрыве в несколько метров конец сливается с начальным всплеском. Для измерения устанавливают минимальный диапазон  измерений и ширину импульса.

2) Короткое замыкание в линии.

В месте повреждения рефлектометр покажет  резкое падение уровня сигнала. Длина измеряемого участка отсчитывается по фронту импульса. Для отсчёта длины важен коэффициент укорочения (если заранее неизвестен, обычно ставят 1,5).

3) Слишком длинная линия.

В случае длинной линии такую чёткую картину увидеть не получится. Конец всё равно будет «размазанным». Для точного измерения надо увеличить ширину импульса, усиление и провести согласование.

4) Короткая линия  с возникшим в ней эхом.

Иногда в коротких линиях может ввести в заблуждение эхо. Обычно повторяется через отрезки равные длине участка, чем и различимо.

5)Линии с большой неоднородностью в кабеле или повреждением.

При появлении резкого большого отрицательного всплеска на рефлектограмме причин этому может быть несколько. Это может быть  появление большой неоднородности кабеля или возможно повреждение. Но так же прибор показывает муфту, если вставлен участок с большим диаметром жилы или разветвительную муфту (перчатку), если кабель распараллеливается. Нужно померить с другой стороны, если «яма» останется, возможно, это повреждение. 

 

6) Малая неоднородность в кабеле.

Многое зависит от характера повреждений, хорошо виден затёкший водой участок кабеля, даже если изоляция ещё не аварийная. Видны окисляющиеся скрутки в муфте, видны как всплески, ещё при наличии контакта. Так иногда можно увидеть скрутку в муфте. При этом возникает небольшой всплеск уровня сигнала, что говорит о появлении малой неоднородности в кабеле. Наличие такого всплеска считается плохим признаком в линии. Как правило это либо плохой контакт в скрутке, либо неправильно скрученная, «битая» пара.

7) Старая линия.

Тем, кто обслуживает старые линии чаще вообще приходится видеть различные положительные и отрицательные всплески уровня сигнала на рефлектограмме, что говорит о наличии  больших и малых неоднородностях в кабеле.

8) Определение места разбитости (перепутывания) пар (разнопарки).

Несмотря на все недостатки импульсного метода, его огромным достоинством является то, что, не зная о линии практически ничего, можно с первого измерения сразу определиться с расстоянием до обрыва или конца линии. В отличие от измерения ёмкости метод не чувствителен к пониженной изоляции кабеля. Ещё одно неоспоримое достоинство метода это возможность определить расстояние до места разбитости пар. Для измерений берутся битые между собой пары. При правильном включении можно видеть на почти ровной линии  «бугорок».

9) Проверка места разбитости (перепутывания) пар (разнопарки).

Картинка не всегда понятна и подозрительных «бугорков» может быть несколько. Чтобы определиться точнее, можно подключить шнуры прибора на те же пары, но «не в пару», а искусственно разбив. В месте «битости» импульс изменится на противоположный.

 

Рисунок 1.1 – Рефлектограмма 1

 

 

Рефлектограмма 2

Рефлектограмма 3

 

 

Рефлектограмма 4	Рефлектограмма 5

 

Рефлектограмма 6

Рефлектограмма 7

 

Рисунок 1.2 – Примеры рефлектограмм при  различных состояниях линии

  

 

Рефлектрограмма 8

Рефлектограмма 9

 

Рисунок 1.3 – Типы различных рефлектограмм

 

1.2 Измерение емкости жил медного кабеля

 

На практике все приборы, специально предназначенные для измерения ёмкости, используют генераторы переменного тока.

Чтобы лучше понять суть измерений полезно вспомнить о физике и конденсаторе (см. рисунок 1.8).

Чем больше площадь пластин S тем больше ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами, тем ёмкость меньше. Имеет значение так же то, что находится между пластинами и температура этого диэлектрика

 

Рисунок 1.4 – Состав конденсатора

 

В кабеле такими пластинами являются жилы кабеля. Чем они длиннее, тем больше S и соответственно ёмкость. И наоборот, чем больше расстояние между пластинами d, тем ёмкость меньше.

Если мерить этот параметр между жилами многопарного кабеля, максимальные значения будут между жилами правильно скрученных пар, ведь они всю длину идут вместе. Эту особенность можно использовать для поиска «разнопарки» или разбитости пар.

Официально учитывается рабочая ёмкость и ёмкость к земле. Причём нормируется только рабочая ёмкость (измеряется между жилами пары). Для протокола заносится ещё и ёмкость к земле,  т.е. ёмкость между жилой и экраном. Норма на второй параметр, как правило, на 40-50% больше рабочей. (Экран кабеля при этом измерении должен быть заземлён).

1) Поиск повреждений.

С помощью измерения ёмкости ищутся обрывы. Если целая пара 78 нФ, а обрывная 16 нФ, можно просто разделить второе на первое, получим 0,205 или 20,5% от длины целой пары.

2) Разбитость, разнопарка. Пониженное переходное затухание.

Для поиска места, повреждения, вводится параметр: ёмкость искусственно разбитой пары. Измеряется она так же, как и рабочая ёмкость, только жилы берутся от разных пар.

Рабочая ёмкость правильно скрученной пары всегда больше ёмкости искусственно разбитой. Так как  жилы в паре идут всю длину вплотную друг к другу, величина d из рисунка 1.4 минимальна, значит, ёмкость максимальна.

А) Измеряем рабочую ёмкость хорошей пары этого кабеля. Предположим  С_норм = 81 нФ.

Б) Измеряем ёмкость искусственно битой пары. Причём лучше не одной, а нескольких с усреднением. Предположим,  получилось С_бит = 62 нФ.

В) Измеряем рабочую ёмкость повреждённой пары С_повр.. Например, она будет равна 70 нФ (у разбитой пары она всегда меньше). 

Г) Далее следует формула:

 

.                                  (1.1)

 

При расчете получим:

 

от начала линии.

 

3) Разбитость пар.

Расстояние до разбитости пары (перепутывания жил) проводится стандартным методом сравнения емкостей.

 

1.3 Задачи

 

Задача 1.1

Определить место обрыва кабельной линии, если емкость целой пары С₁ (нФ), а емкость обрывной пары С₂ (нФ).

 

Таблица 1.1 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
С1, нФ	68	70	75	84	88	90	91	83	78	72
С2, нФ	16	21	30	41	34	51	38	43	20	18

Задача 1.2

Привести изображения рефлектограмм при разных состояниях линии связи.

Таблица 1.2 – Исходные данные

Вариант	Состояние линии связи
1	Проверка места разбитости пар
2	Старая линия
3	Линии с большой неоднородностью в кабеле
4	Слишком длинная линия
5	Короткое замыкание в линии
6	Линии с повреждением в кабеле
7	Определение места разбитости пар
8	Линия чистая
9	Малая неоднородность в кабеле
0	Короткая линия с эхом

 

Задача 1. 3.

Определить место повреждения (разбитая пара, разнопарка) от начала линии, если известны следующие параметры кабельной линии:

-     рабочая ёмкость хорошей пары этого кабеля С_норм;

-     ёмкость искусственно битой пары С_бит;

-     рабочая ёмкость повреждённой пары С_повр;

-     общая длина кабельной линии L_общ.

 

Таблица 1.3 – Исходные денные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Снорм, нФ	83	96	89	99	96	86	95	87	90	87
Сбит, нФ	61	54	65	45	65	58	63	54	62	60
Сповр, нФ	78	80	70	84	78	68	74	65	82	74
Lобщ, м	2100	2800	3500	5300	8500	4900	5400	6200	9600	7800

 

2 Методы измерения параметров оптических кабелей

 

2.1 Методы контроля оптических кабелей

 

Метод обратного рассеивания широко используется при строительстве и эксплуатации волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), т.к. позволяет одновременно и быстро на одном конце измерять несколько параметров оптического волокна (ОВ) с достаточной для большинства измерительных задач точностью. В методе обратного рассеивания регистрируется временное изменение потока рассеянного назад излучения, возникающего при прохождении по нему зондирующего сигнала, вследствие отражения от рассеянных и локальных неоднородностей. Метод позволяет измерять затухание ОВ, распределения локальных неоднородностей по длине ОВ, включая место обрыва, оценивать величину дисперсии ОВ и затухания в соединительных муфтах ВОЛС, что позволяет судить о качестве монтажа оптической линии. Данный метод применяется в работе рефлектометра (см. рисунок 2.1).

 

 

 

 

 

 

 

1 – генератор зондирующих импульсов (ГИ); 2 – источник оптического излучения (ЛД); 3 – оптический разветвитель (ОР); 4 – исследуемое волокно (ОВ); 5 – фотоприемное устройство (ФП); 6 – блок управления математической обработки (БУМО); 7 – устройство отображения (УО).

 

Рисунок 2.1 – Структурная схема рефлектометра

 

ГИ (1) вырабатывает импульсы, которые затем преобразуются в ЛД (2) в оптические зондирующие импульсы путем модуляции оптической несущей по интенсивности. Зондирующие импульсы через ОР Y-типа (3), устройство ввода (оптический разъем 4) поступают в исследуемое ОВ (5). Из-за флуктуаций показателя преломления сердцевины вдоль ОВ, отражений от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине ОВ, возникает поток обратного рассеивания. Поток обратного рассеивания через ОР поступает на вход чувствительного ФП, где преобразуется в электрический сигнал.

Сигнал с выхода ФП после специальной обработки в БУМО подается в канал вертикального отклонения УО, вызывая соответствующие изменения характеристики по вертикальной оси Y. Вертикальная ось градуируется в дБ. Отклонение горизонтальной оси X происходит под действием пилообразного напряжения развертки, которая запускается импульсами ГИ. В результате этого абсцисса характеристики прямо пропорциональна времени задержки сигнала относительно момента посылки зондирующего импульса. Поскольку групповой показатель преломления сердцевины, а значит, и групповая скорость распространения оптического сигнала в ОВ известны, горизонтальная ось X градуируется в единицах длины. Построенная зависимость уровня потока обратного рассеивания от рассеяния (времени) называется характеристикой обратного рассеяния или рефлектограммой.

БУМО осуществляет управление работой OTDR по заданной программе, обработку данных, а также ряд сервисных функций (работа с файлами, печать и т.п.).

К основным параметрам оптических рефлектометров, правильный выбор которых позволяет оптимизировать режим измерений, относятся:

-     динамический диапазон;

-     «мертвая» зона;

-     разрешающая способность.

Рабочий динамический диапазон рефлектометра формируется разностью между собственным динамическим диапазоном потока обратного рассеяния (ПОР) и суммой двойного затухания измеряемой линии – затухание потока рэлеевского рассеяния, а также потерями изоляции при вводе зондирующего импульса в ОВ и выводе обратного излечения.

Потери при вводе и выводе излучения в ОВ в среднем составляют 6…10 дБ, затухание рэлеевского рассеяния – 40 дБ. Собственный динамический диапазон рефлектометра равен 80…90 дБ. Следовательно, рабочий динамический диапазон затухания составляет

.

Разрешающая способность определяется пределами измерения затухания (динамического диапазона) и длины измеряемого кабеля.

Важным параметром является мертвая зона. Существует два значения этого параметра: мертвая зона до первого соединения определяет минимальную дистанцию, необходимую для различения двух соединителей и, в то же время, мертвая зона до первого сварочного узла определяет минимальную дистанцию, необходимую для различения одного отражающего узла и одного неотражающего.

Рассеянный световой импульс, распространяющийся по ОВ, затухает по экспоненциальному закону:

 

,                                  (2.1)

 

где  – коэффициент затухания, определяемый поглощением;

 – коэффициент затухания, определяемый рассеиванием света;

z – расстояние точки измерения от начала ОВ;

Р₀ – начальный уровень сигнала.

Начальный уровень сигнала определяется величиной отражения от переднего торца ОВ, а на экране осциллографа регистрируются зависимости интенсивности потока обратного рассеяния ПОР от расстояния вдоль волокна. На рисунке 2.2 приведены типичные формы осциллограмм потока обратного рассеяния.

 

Кривые: а – идеальное ОВ; б – реальное ОВ.

 

Рисунок 2.2 – Типичные формы осциллограмм обратного рассеяния

 

Зависимость а соответствует идеальному световоду и характеризуется плавным уменьшением интенсивности ПОР. Линия б имеет вид, характерный для нерегулярных (неоднородных) световодов. На однородных участках интенсивность уменьшается по экспоненте (кривая 1). Скачки 2 вызываются дефектами в световоде или в месте его сварки и разъеме ОК. Скачки затухания пропорциональны потерям в данной точке ОВ. Локальные инородные примеси в ОВ или пузырьки воздуха вызывают отражения, ПОР которых имеет вид выбросов 3. Конец световода характеризуется отраженным сигналом в форме 4. Для хорошо преломляющих поверхностей коэффициент отражения равен 0,04, а для неровных и загрязненных граничных поверхностей он уменьшается до 10^–4. При несогласованных разъемах или сращивании ОВ форма сигнала отражения и затухания имеет вид импульса 5. При сварке ОВ с разными ПОР появляется скачок 6, который может быть положительным в случае большей величины обратного рассеяния на втором отрезке ОВ по сравнению с первым. На однородных участках ОВ вид кривой ПОР представляет собой спадающую экспоненту. Скачок затухания пропорционален вносимым потерям в данной точке ОВ. Неоднородности по длине ОВ вызывают отражения, которые имеют вид выбросов.

 

2.2 Измерение затухания и неоднородностей оптических волокон оптическими рефлектометрами

 

Измерение затухания оптическими рефлектометрами базируется на использовании измерения параметров обратного релеевского рассеивания. Измеряемое волокно зондируется оптическими импульсами, вводимыми через направленный ответвитель. Вследствие отражения от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине волокна, возникает поток обратного рассеяния. Регистрация этого потока позволяет определить затухание по длине с того же конца кабеля, с которого подключен рефлектометр. Одновременно рефлектометр фиксирует местоположение и характер неоднородностей измеряемого оптического волокна.

Основными характеристиками оптического рефлектометра являются:

а) рабочая длина волны;

б) разрешающая способность;

в) динамический диапазон;

г) размер мертвой зоны;

д) точность;

е) тип оптического соединителя.

Выбор конкретного типа оптического рефлектометра для проведения измерений определяется типом волокна и требуемой точностью проведения измерений.

Оптический рефлектометр позволяет снять рефлектограмму - зависимость отраженной оптической мощности от длины кабеля (см.рисунок 2.3), по которой можно определить затухание на любом участке измеряемого кабеля, а также затухания на сварках и неоднородностях измеряемого волокна.

 

Рисунок 2.3 – Пример рефлектограммы, снятой оптическим рефлектометром

 

Инструментальные погрешности метода обратного рассеяния определяются погрешностью отсчета по осциллограмме уровней измеряемого потока рассеяния (±0,1…0,3 дБ), а также погрешностями значений текущих координат ОВ z₁ и z₂. В некоторых приборах с целью уменьшения погрешностей определение расстояний осуществляется в цифровой форме с помощью встроенных в прибор специализированных микропроцессоров.

 

Рефлектограмма идеального ОВ, дБ:

 

,                                (2.2)

 

где Р₀ – мощность светового потока в начале волокна, дБ;

;  ;   Z измеряется в км.

 

2.3 Измерение ширины полосы пропускания

 

Ширина полосы пропускания В является важным параметром для описания передающих характеристик световода наряду с затуханием а. Затухание описывает потери света вдоль волоконного световода, а ширина полосы пропускания определяет меру его дисперсионных характеристик. Вследствие дисперсии импульсы света по мере прохождения по волоконному световоду расширяются во времени. С точки зрения частоты это означает, что световод ведет себя как фильтр нижних частот, то есть, амплитуда световой волны в световоде уменьшается по мере повышения частоты модуляции f_т до тех пор, пока не исчезнет. Поэтому волоконный световод пропускает сигналы низкой частоты, но ослабляет те сигналы, частота которых повышается. Если измерить амплитуды световой мощности о зависимости от частоты модуляции f_m в начале световода Р₁(f_т) и в его конце Р₂(f_т), то можно получить значение передаточной функции H(f_m):

 

.                                        (2.3)

 

Значение передаточной функции нормируется путем деления ее на Н(0) — передаточную функцию при частоте f_m = 0 Гц, (без модуляции). На рисунке 2.4 показана ее типичная кривая.

Частота модуляции, при которой нормированная величина передаточной функции равна 0,5, называется шириной полосы пропускания В волоконного световода:

 

.

 

Рисунок 2.4 – Типичная кривая передаточной функции

 

 

Следовательно, ширина полосы пропускания — это частота модуляции, при которой амплитуда (световая мощность) уменьшилась на 50 %, или - в оптическом измерении — на 3 дБ по сравнению с величиной, когда частота равна нулю.

Методы измерений ширины полосы пропускания. Полоса пропускания в одномодовых волокнах определяется, исходя из измерений дисперсии, в многомодовых чаще всего используется метод определения по импульсной характеристике передачи.

При импульсном методе исследуется расширение импульса во времени, обусловленное влиянием дисперсии в волоконном световоде. Схема измерений приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Импульсный метод измерения ширины полосы пропускания

 

В испытуемый световод вводится короткий световой импульс (обычно длительностью 100 пс). Вследствие модовой дисперсии и дисперсии материала входной импульс по мере прохождения по световоду расширяется. Результирующий выходной импульс поступает на фотодиод приемника, уси­ливается и подается на вход регистрирующего устройства. Этот про­цесс измерения необходимо повторить на коротком (около 2 м) волоконном световоде, чтобы определить параметры входного импульса.

С помощью накопленных данных о входном и выходном сигналах можно рассчитать среднеквадратичную длительность импульсов Т1 и Т₂. По этим данным можно получить среднеквадратичное уширение импульса ΔТ_ср.кв.         и ориентировочное значение ширины полосы пропускания В по формулам:

 

,                                      (2.4)

 

.                                                 (2.5)

 

При этом приближении предполагается, что импульсы имеют гауссовскую форму (поэтому и коэффициент равен 0,375), и не учитывается фактическая структура импульса, кроме среднеквадратичной длительности. На рисунке 2.6 приведена временная диаграмма импульсных измерений.

1 – входной импульс; 2 — выходной импульс

Рисунок 2.6 – Временная диаграмма импульсных измерений:

 

2.4  Измерение длины волны отсечки оптического излучения

 

В волоконном световоде в зависимости от длины волны распро­страняется либо одна, либо несколько мод. Для эксплуатации волоконных световодов важно определить длину волны, при которой в рассматриваемом световоде распространяется только основная мода. С помощью термина критическая длина волны волоконного световода обозначается наименьшая эксплуатационная длина волны, при которой может распространяться только фундаментальная мода. Выше этой критической длины волны λ_с ближайшая мода высшего порядка исчезает. Ниже λ_с при более коротких длинах волн добавля­ются другие моды. Оптический волновод является многомодовым при длинах волн менее λ_с и одномодовым — при более длинных волнах.

Измерение длины волны методом передаваемой мощности. Процедура измерения состо­ит из двух этапов, На первом этапе измеряется световая мощность Р₁(λ) на отрезке длиной 2 м испытуемого световода в его максимально пря­мой форме (радиус изги­ба больше 140 мм). На втором этапе измеряется Р₂(λ) при однократном его витке вокруг сердеч­ника диаметром 30 мм. При этом выходную мощность Р₁(λ) определяют для каждой длины волны диапазона. Затем рассчитывается затухание, обусловленное изгибом, как функция длины волны:

 

.                                        (2.6)

 

Значение затухания наносится на диаграмму (см рисунок 2.7). Длину волны отсечки определяют по максимальной длине волны, при которой ξ(λ)=0,1 дБ.

 

Рисунок 2.7 – Диаграмма для определения длины волны отсечки

 

2.5 Измерение хроматической дисперсии

 

Импульсы света распространяются в волоконном световоде с групповой скоростью

 

,                                                   (2.7)

 

 

где n_g — групповой показатель преломления стекла сердцевины, который зависит от длины волны λ.

Для прохождения по волоконному световоду длиной L световому импульсу требуется групповое время задержки

 

.                                          (2.8)

 

Следовательно, групповое время задержки из-за группового пока­зателя преломления  n_g также зависит от длины волны λ. Любой источник света для волоконного световода излучает свой свет не только на одной длине волны λ, а скорее со спектральной шириной Δλ, распределяемой вокруг длины волны λ. Поэтому отдельные порции света в пределах Δλ распространяются с различными скоростями и имеют различные задержки времени. Мерой изменения группового показа­теля преломления п_g при различных длинах волн является дисперсия материала M/₀(λ), которая обычно выражается в пс/нмкм.

Сумма двух видов дисперсии (дисперсия материала и волноводная дисперсия) называется хроматической дисперсией М(λ) = М₀(λ) + + М₁(λ).

Длина волны Δλ, при которой хроматическая дисперсия исчезает, называется длиной волны с нулевой дисперсией. Импульс света, введенный в одномодовый световод от передатчика, имеющего спектральную ширину Δλ или полную среднеквадратичную ширину Δλ _{ср кв}, изменяется во времени из-за хроматической дисперсии М(λ). Среднеквадратичное уширение импульса     Δλ _ср.кв для среднеквадратичной длительности импульса Т₁ в начале и Т₂ на определенном расстоянии L определяется по формуле

 

.                          (2.9)

 

Расширение импульса увеличивается пропорционально длине L волоконного световода и спектральной ширине Δλ передатчика. Типичные значения Δλ для лазерного диода равны от 3 до 5 нм, а для светодиода – от 40 до 70 нм (при длине волны 850 нм) и от 120 до 150 нм (при длине волны 1300 нм).

Ширина полосы пропускания В одномодового волоконного световода для гауссообразного спектра передатчика и среднеквадратичного уширения импульса ΔТ_ср.кв  может быть рассчитана как функция средней длины волны λ_т

 

.                          (2.10)

 

Для измерения хроматической дисперсии М(λ) как функции длины волны λ обычно используется либо передатчик с перестраиваемой длиной волны, либо несколько передатчиков с различными фиксированными длинами волн. С помощью монохроматора желаемая измерительная длина волны отфильтровывается и вводится в испытуемый волоконный световод. На конце световода с помощью приемника и осциллографа измеряется абсолютная величина группового времени задержки t_з для длины L. световода. Таким образом, посредством нескольких измерений получают зависимость группового времени задержки t_з от длины волны λ (см. рисунок 2.8). Хроматическая дисперсия М(λ) определяется по кривой групповой временной задержки путем расчета крутизны этой кривой и деления ее на длину L световода. На рисунке 2.9 показаны соответствующие кривые хроматической дисперсии.

Рисунок 2.8 – Зависимость группового времени задержки t_з от длины волны λ:1,2 — см. рисунок 2.11

 

1 – одномодовый волоконный световод с нулевой дисперсией при длине волны 1,3 мкм;

2 – одномодовый волоконный световод с нулевой дисперсией при длине волны 1,55 мкм.

 

Рисунок 2.9 – Кривые хроматической дисперсии

 

2.6 Задачи

 

Задача 2.1

Во время измерения характеристик идеального ОВ на экране  рефлектометра появляется изображение рефлектограммы. Начертить  изображение рефлектограммы идеального ОВ, учитывая, что в конце световода появляется скачок мощности , характеризующий отражение.

Для построения необходимо взять не менее 5 точек по длине световода.

 

Таблица 2.1 – Исходные данные

Варианты	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Р0, дБ	80	90	70	60	50	65	75	55	85	90
z, км	15	10	12	11	13	11	16	14	15	16
αп, дБ	0,32	0,37	0,32	0,38	0,48	0,35	0,42	0,5	0,5	0,4
αр, дБ	0,2	0,2	0,21	0,25	0,2	0,2	0,21	0,3	0,25	0,2
n	0,87	0,91	0,89	0,95	0,88	0,92	0,9	0,86	0,93	0,94

 

Пример расчета.

Р₀=90 дБ, z=20 км, α_п=0,3 дБ, α_р=0,2 дБ, n = 0,9.

 

zi, км	0	4	8	12	16	20
P(z), дБ	90	84,8	79,6	74,4	69,2	64

 

Рисунок 2.10 – Рефлектограмма идеального ОВ

 

Задача 2.2

Во время измерения характеристик реального ОВ на экране  рефлектометра появляется изображение рефлектограммы. Требуется построить рефлектограмму реального световода (неоднородного), используя данные, характеризующие различные неоднородности световода.

Рефлектограмма реального ОВ строится согласно типичной форме осциллограммы ПОР (см. рисунок 2.8). На однородных участках интенсивность ПОР уменьшается по экспоненте (параллельно рефлектограмме идеального световода).

Примечание: 1) цифры показывают длину световода от начала (км); 2) обозначение «13+» показывает положительный скачок при большей величине ПОР на втором отрезке ОВ по сравнению с первым; «13–» – отрицательный скачок при меньшей величине ПОР на втором отрезке ОВ по сравнению с первым.

Таблица 2.2 – Исходные данные

Участок световода		Однородный участок	Дефект в световоде	Примеси в световоде	Конец светово-да	Несогласованный разъем	Сварка световода с разными ПОР
Варианты	Р0, дБ
1	60	0…3; 3,3…8 8,1…12	3,0…3,3	8…8,1	14,9	10,1	13+
2	70	0…2; 2,2…5 5,1…9	2…2,2	9…9,1	9,9	5,1	8­­–
3	50	0…4; 4,2…6 6,1…8,1	4…4,2	6…6,1	11,9	8,1	10+
4	64	0…3; 3,1…4 4,2…6	4…4,2	3…3,1	8,9	6,1	7–
5	60	0…5;  5,2…7 7,1…8,5	5…5,2	7…7,1	12,9	8,5	9+
6	75	0…7;  7,2…9 9,3…11	7…7,2	9…9,1	10,9	8,2	10–
7	65	0…3;  3,2…8 8,1…12,2	3…3,2	8…8,1	15,9	12,2	13+
8	55	0…2,5;  2,6…6 6,1…10	2,5…2,6	6…6,1	13,9	10	12–
9	65	0…2;  2…4 4,1…5	4…4,1	5…5,1	7,9	6	7+
0	70	0…3,5;  3,6…6	3,5…3,6	6…6,1	9,4	7	8–

 

Например:

Для z = 20км; Р₀ = 70дБ:

-     участок 1: 0…5 км, 5,1…12 км, 12,1…15 км;

-     участок 2: 5…5,1 км;  участок 3: 12…12,1 км; участок 4: 19,9 км;

-     участок 5: 14 км; участок 6: 17– км.

Рисунок 2.11 – Рефлектограмма реального световода

Задача 2.3

Определить среднеквадратичное уширение импульса ΔТ_ср.кв.  и ширину полосы пропускания световода В. Значения Т₁ и Т₂ выбираются по двум последним цифрам зачетной книжки. (Т₁=0,8+ №1, Т₂= 1,6+№2)

Например: № зачетной книжки 11М091, тогда Т₁ = 0,8 + 1=1,8 нс, а

Т₂ = 1,6 + 9= 10,6 нс. Для № зачетной книжки 11М028 Т₁ = 0,8 + 2=2,8 нс,

Т₂ = 1,6 + 8= 9,6 нс. Причем должно выполняться неравенство .

 

Задача 2.4

Рассчитать затухание ОК, обусловленное изгибом волокна. Построить зависимость затухания от длины волны диапазона. По полученной диаграмме определить длину волны отсечки.

 

Таблица 2.3 – Исходные данные для четных вариантов

λ, нм	800	900	1000	1100	1200	1300	1400	1500	1600	1700
Р1,мВ	0,0138	2,83	3,61	6,86	8,65	11,2	13,1	10,7	5,5	0,014
Р2,мВ	0,0135	2,32	3,47	4,36	5,15	6,7	8,5	7,84	4,98	0,0138

 

Таблица 2.4 – Исходные данные для нечетных вариантов

λ, нм	800	900	1000	1100	1200	1300	1400	1500	1600	1700
Р1,мВ	0,148	3,54	5,3	9,2	11,6	15,7	11,4	9,4	5,6	0,15
Р2,мВ	0,146	2,6	3,17	5,06	6,05	6,97	5,53	4,87	3,97	0,148

 

Задача 2.5

По результатам задач 2.3 и 2.4 рассчитать среднеквадратичную длительность импульса ΔТ_ср.кв и ширину полосы пропускания В, учитывая длину световода L и источник света.

В зависимости от заданной длины волны λ (нм), определить групповое время задержки t_з и хроматическую дисперсию М(λ).(см. рисунки 2.8, 2.9) для двух типов световодов.

 

Таблица 2.5 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Δλср.кв, нм	3	4	5	120	130	140	150	50	60	70
L,  км	5	4	10	2	3	8	12	9	7	6
λ, мкм	0,86	1,3	1,31	1,23	1,33	1,45	1,5	0,85	0,86	0,856

 

Пример решения.

Исходные данные: Δλ_ср.кв =125 нм, L = 5 км, λ = 1.1 мкм.

Определить ΔТ_ср.кв, В, t_з, М(λ).

По графику рисунка 1.14 находим М(λ) = -28

По формуле 2.13 определяем среднеквадратичную длительность импульса ΔТ_ср.кв:

;

 

 

(для волокна 1).

 

3 Методы измерения параметров цифрового сигнала с помощью глаз-диагрмм

 

3.1 Оценка искажений  линейного цифрового сигнала в регенераторе приемного устройства радиорелейной станции

 

Регенератор является одним из наиболее важных элементов цифрового тракта. Он предназначен для восстановления формы импульсов линейного цифрового сигнала (ЛЦС), их длительности и амплитуды. Благодаря регенерации полностью устраняются все шумы и искажения, вносимые каналом связи, если только их уровень не достигает некоторой пороговой величины, приводящей к возникновению ошибок. Поэтому регенераторы устанавливаются в цифровом тракте так, чтобы искажения и шумы, накапливающиеся на участке между регенераторами, не достигали этой пороговой величины.

Основными элементами регенератора являются:

-         согласованный фильтр, максимизирующий отношение сигнал-шум на входе решающего устройства (РУ);

-         усилитель для поддержания определенного уровня ЛЦС на входе РУ;

-         решающие устройства, сравнивающие напряжение ЛЦС с порогами, разделяющими соседние разрешенные уровни ЛЦС (обычно число РУ в регенераторе на единицу меньше числа уровней регенерируемого ЛЦС);

-         триггеры, синхронизируемые импульсами тактовой частоты для восстановления длительности символов ЛЦС и границ между ними;

-         логические схемы для формирования выходного сигнала;

-         устройство выделения сигнала тактовой частоты (ВТЧ), из принимаемого ЛЦС;

-         устройство формирования пороговых напряжений (их «привязки» к амплитуде ЛЦС).

Структурная схема регенератора квазитроичного ЛЦС показана на рисунке 3.1, а соответствующие временные диаграммы напряжений на рисунке 3.2.

На вход регенератора по соединительному кабелю с выхода приемника поступает квазитроичный ЛЦС. Форма этого сигнала искажена приемником и линией, кроме того, на него могут накладываться шумы.

 

Рисунок 3.1 -  Структурная схема регенератора

 

Высокочастотные составляющие этих шумов отфильтровываются с помощью одного из трех ФНЧ (Ф1, Ф2 Ф3. ФНЧ осуществляется переключателем П3. Далее сигнал проходит через усилитель (У) с трансформаторным выходом. Трансформатор позволяет построить каналы регенерации положительных и отрицательных импульсов по одинаковой схеме.

Каждый канал регенерации содержит решающее устройство (двухсторонний ограничитель сигнала), восстанавливающее амплитудные соотношения и Б - триггер для восстановления временных соотношений. Потенциометр К1 позволяет регулировать уровень срабатывания решающих устройств РУ1 и РУ2. Триггеры Т1 и Т2 срабатывают по переднему фронту импульсов тактовой частоты, подводимой ко входам С. Состояние триггера определяется потенциалом на входе Б в момент действия переднего фронта тактового импульса  и сохраняется неизменным до прихода переднего фронта следующего импульса независимо от изменения потенциала в промежутке времени между передними фронтами соседних тактовых импульсов. Так как фронт тактового импульса имеет очень малую длительность (примерно 10 нс) по сравнению с длительностью одного символа (примерно 120 нс), то «спрос» состояния РУ (ноль или единица?) осуществляется практически мгновенно. Такой способ регенерации ЦС получил название метод стробирования

Регенерированные таким образом положительные и отрицательные импульсы объединяются в одну однополярную цифровую последовательность схемой ИЛИ (1). Возникающие при этом переходные процессы устраняются с помощью триггера Т3.

Для правильной и помехоустойчивой регенерации ЛЦС фаза напряжения тактовой частоты должна быть подобрана таким образом, чтобы «опрос» состояния РУ происходил в те моменты времени, когда напряжение ЛЦС на его входе ближе всего к установившемуся значению (достигает максимума при передаче единицы и близко к нулю при передаче нуля). Порог срабатывания РУ обычно устанавливают равным половине амплитуды импульсов ЛЦС. Выбор порога РУ, момента стробирования и оценку помехоустойчивости регенерации сигнала удобно проводить по глаз-диаграмме (см. рисунок 3.2) .

Рисунок 3.2 - Временные диаграммы напряжений в различных точках схемы регенератора

 

 

3.2 Построение глаз-диаграмм цифровых сигналов на выходе линейного тракта волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП)

 

Глаз-диаграмма представляет собой результат наложения друг на друга временных диаграмм (осциллограмм) ЛЦС при всех возможных сочетаниях соседних символов. Глаз-диаграмму можно наблюдать на осциллографе, если на его вход подать случайный или псевдослучайный ЛЦС, а синхронизацию развертки осуществлять импульсами тактовой частоты. Линии глаз-диаграммы показывают, каким образом изменяется напряжение ЛЦС при переходе от одного символа к другому. На рисунке 3.3 показан примерный вид глаз-диаграммы квазитроичного ЛЦС для случая отсутствия межсимвольных искажений (МСИ). Из рисунка видно, что в этом случае напряжение ЛЦС от символа к символу может изменяться по одной из семи траекторий, в зависимости от того, от какого и к какому символу совершается переход, в момент времени t₀ принимает одно из трех значений: 0, +Uм, -Uм, где Uм - амплитуда ЛЦС. Запись + 1 — - 1 поясняет траекторию изменения напряжения ЛЦС при переходе от символа 1, представленного положительным импульсом на рассматриваемом тактовом интервале к символу 1, который на следующем трактовом интервале представлен отрицательным импульсом. Аналогично помечены другие траектории на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Глаз-диаграмма квазитроичного ЛЦС при отсутствия МСИ

 

На глаз-диаграмме проведены прямые линии t  и  u = U и u = - U, где U - порог РУ. Очевидно, что если точки пересечения этих линий будут находиться внутри заштрихованных областей глаз-диаграммы (каждая такая область называется глазом), то в отсутствие шума и других помех  регенератором всегда будут   приниматься правильные решения. В присутствие теплового шума отдельные его выбросы могут приводить к ошибкам в регенерации ЛЦС. Число этих ошибок будет тем меньше, чем ближе точки пересечения линий порога и момента стробирования    к    центру глаза.

Важным параметром глаз-диаграммы является раскрыв глаза ΔU, который показывает, на сколько могут различаться в наихудшем случае уровни ЛЦС, соответствующие 0 и 1. Так, из рисунка 3.4 видно, что в отсутствие МСИ в середине символа (I = I₀) раскрыв глаза ΔU = ΔU₀ максимален и равен амплитуде ЛЦС.

Ближе к краям символа вследствие переходных процессов раскрыв глаза уменьшается. При I = I₁ раскрыв ΔU = =ΔU₁ < ΔU_0.

Межсимвольные искажения ЛЦС приводят к уменьшению раскрыва глаза на протяжении всего тактового интервала. Это видно из рисунка 3.4, на котором изображена глаз-диаграмма квазитроичного ЛЦС с МСИ.

 

Рисунок 3.4 – Глаз-диаграмма квазитроичного ЛЦС с МСИ

 

Уменьшение раскрыва глаза эквивалентно уменьшению амплитуды ЛЦС на входе регенератора.

В первом приближении можно считать, что если в результате МСИ и погрешности в установке момента стробирования раскрыв глаза уменьшился с величины Uм до величины ΔU, то потребуется увеличить отношение сигнал-шум на входе регенератора в Uм/ ΔU раз для того, чтобы сохранить прежнее значение вероятности ошибок (при отсутствии МСИ и погрешности

 

3.3 Задачи

 

Задача 3.1

В зависимости от сигнала псевдослучайной последовательности  ПСП начертить осциллограммы сигналов во всех контрольных точках регенератора. Начертить глаз-диаграмму в зависимости от ошибки ПСП, возникающей при прохождении радиосигнала по пролету РРЛ.

 

Таблица 3.1 – Исходные данные

Вариант	ПСП	Ошибка ПСП	Вариант	ПСП	Ошибка ПСП
1	10101110	10001110	6	01111101	01101111
2	01001110	01001101	7	11110000	11001000
3	11001100	11001010	8	01111011	01101011
4	10110011	10010111	9	10111000	10001110
5	00111000	00101001	0	01011010	01001101

 

Задача 3.2

Рассчитать и построить глаз-диаграмму цифровых сигналов на выходе линейного тракта волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП).

 

Таблица 3.2 – Исходные данные

Вариант последняя цифра зачетной книжки)	2; 0; 7	4; 1; 9	6; 3	8; 5
Цифровой поток	Е2	Е3	STM	STM-4
Скорость передачи информации, В, Мбит/с	8,448	34,368	155	622,080
Блочный линейный код MBNB	1B2B	5B6B	10В11В	10В11В
Марка одномодового ОВ	Alcatel 6900	Alcatel 6901	Corning	Samsung Electronics
Затухание на , , дБ/км (четные варианты)	0,340	0,350	0,340	0,350
Затухание на , , дБ/км (нечетные варианты)	0,240	0,220	0,200	0,220
Длина волны нулевой дисперсии, , нм	1300… 1320	1300… 1320	1302…  1321	1302…  1321
Параметр наклона спектральной характеристики дисперсии ОВ в точке нулевой дисперсии, S0, пс/(нм2·км)	0,092	0,090	0,090	0,091
Параметр ПМД ОВ, PMD,	0,100	0,100	0,100	0,100
Длина элементарного кабельного участка, LЭКУ, км	90+ mn	100 + mn	95+ mn	100 + mn
Мощность на выходе источника оптического излучения (одномодовый лазерный диод), Р0, Вт
Ширина спектра излучения одномодового лазерного диода, , нм
Уровень чувствительности фотоприемника оптической системы передачи (ОСП), pR, дБ

 

Таблица 3.3 – Варианты параметров «m» и «n»

Вариант (последняя цифра зачетной книжки)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
m	1	2	3	4	5	6	4	3	2	8
n	9	8	7	6	5	4	3	2	1	3

 

3.4 Пример решения

 

Исходные данные.

-     Параметры m=1, n=9.

-     Цифровой поток                                                                   Е3.

-     Скорость передачи информации, В, Мбит/с              34,368.

-     Блочный линейный код MBNB                                  5В6В.

-     Марка одномодового ОВ                                           Alcatel 6900.

-     Характеристики оптического волокна Alcatel 6900.

-     Затухание на λ = 1310 нм,      α, дБ/км                       0,340.

-     Затухание на λ = 1550 нм,      α, дБ/км                       0,240.

-     Длина волны нулевой дисперсии, λ₀, нм                    1300…1320.

-     Параметр наклона спектральной характеристики дисперсии ОВ в точке нулевой дисперсии, S₀, пс/(нм²·км)                                          0,092.

-     Параметр ПМД ОВ, PMD,                                       0,100.

-     Исходные данные, определяемые согласно параметрам «m» и «n».

-     Рабочая длина волны λ = 1550 нм, т.к. m=1 – нечетное.

-     Длина элементарного кабельного участка (ЭКУ) волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП), L_ЭКУ:

 

 

где mn = 19 – составленное из параметров число.

Мощность на выходе источника оптического излучения (одномодовый лазерный диод), Р₀:

 

.

 

Ширина спектра излучения одномодового лазерного диода, :

 

.

 

Уровень чувствительности фотоприемника оптической системы передачи (ОСП), p_R:

 

.

 

3.4.1 Расчет суммарных потерь ОВ на ЭКУ.

Суммарные потери ОВ на ЭКУ А_ЭКУ складываются из собственных потерь ОВ, потерь в неразъемных соединениях (соединения ОВ строительных длин оптического кабеля в оптических муфтах; на протяженных ЭКУ ВОЛП выполняются с помощью сварочного аппарата (сварные соединения)) и потерь в разъемных соединениях (оптические разъемы на оконечных устройствах – оптические кроссы, а также оптические приемо/передающие модули):

 

,                     (3.1)

 

где α – коэффициент затухания ОВ на рабочей длине волны ;

L_ЭКУ – заданная протяженность ЭКУ;

 – максимальное значение потерь в неразъемном соединении на заданной рабочей длине волны  (см. таблицу 3.4 ).

 

Таблица 3.4 – Допустимые потери в неразъемных соединениях

Длина волны , нм	Максимально допустимые потери в неразъ­емных соединениях
	100% соединений, , дБ	50% соединений, , дБ
1310 нм	0,20	0,10
1550 нм	0,10	0,05

 

Количество неразъемных соединений определяем по формуле

 

                            (3.2)

 

где L_СД – строительная длина оптического кабеля (обычно составляет 2…6 км), примем L_СД = 4 км;

 – потери в разъемных соединениях; предполагая использования оптических разъемов типа FC/PC, примем ;

N_P – количество разъемных соединений на ЭКУ, примем N_Р=4 (по 2 разъема на приеме/передаче, 1 – на оптическом кроссе и 1 – на приемопередающем модуле оптической системы передачи).

Следовательно, суммарные потери ОВ на ЭКУ составят:

 

 

3.4.2 Расчет дисперсии ОВ на ЭКУ.

Дисперсией ОВ называют увеличение длительности оптических импульсов при их распространении по ОВ. Неодинаковая скорость распространения отдельных составляющих оптического сигнала является основной причиной дисперсии. Одномодовые оптические ОВ характеризуются хроматической и поляризационной модовой дисперсией (ПМД). Дисперсия ОВ создает переходные помехи, приводит к межсим­вольным искажениям и, как следствие, ограничивает скорость передачи в линии (длину регенерационного участка).

Данный фактор искажения учитывается путем расчета дополнительных потерь (приращения уровня помех) из-за шумов межсимвольной интерференции (ISI – Inter-symbol Interference), которые включают в себя перекрестные помехи и шумы синхронизации. Потери из-за ISI определяются из следующего выражения:

 

,                              (3.3)

где Т₀ – время нарастания фронта оптического импульса на выходе источника оптического излучения от 10% до 90% его максимального значения, непосредственно связано со скоростью передачи оптического сигнала в линии:

 

,                           (3.4)

 

где В_L – скорость передачи оптического сигнала в линии. В данной работе рассматривается применение блочного линейного кода оптического сигнала MBNB;

М – число символов кодовой последовательности;  

N – число импульсов, необходимое для передачи.

Исходя из вышеизложенного скорость передачи оптического сигнала в линии В_L определяется по формуле:

 

,                    (3.5)

 

где В – скорость передачи информации, соответствующая заданному уровню цифровой иерархии. Так, например, для передачи потоков Е1 (В=2,048 Мбит/с) и Е2 (В=8,448 Мбит/с) плезиохронной цифровой иерархии (PDH) используется блочный линейный код 1В2В. Потоку Е3 (В=34,368 Мбит/с) PDH соответствует код 5В6В. Для уровней синхронной цифровой иерархии (SDH) STM-1 (В=155 Мбит/с) и выше ус­ловно принять 10В11В.

Время нарастания фронта оптического импульса Т_L на выходе фотоприемника ОСП от 10% до 90% его максимального значения:

 

,                                (3.6)

 

где BW_R – полоса пропускания фотоприемника, Гц, выбирается из условия ;

 – прогнозируемое среднеквадратическое значение дисперсии на ЭКУ:

,

 

где D_ch и D_PMD – значения хроматической и поляризационной модовой дисперсии на ЭКУ, соответственно.

Отсюда определяем Время нарастания фронта оптического импульса Т_L:

 

 

Прогнозируемое значение хроматической дисперсии D_ch на ЭКУ заданной протяженности  определяется по следующей формуле:

 

,           (3.7)

 

где  – ширина спектра излучения источника;

D – коэффициент хроматической дисперсии на заданной рабочей длине волны λ:

 

,       (3.8)

 

S₀ – параметр наклона спектральной характеристики дисперсии ОВ в точке нулевой дисперсии, пс/(нм²·км),

 – длина волны нулевой дисперсии, нм.

 

Прогнозируемое значение ПМД на ЭКУ заданной протяженности:

 

,                            (3.9)

 

где PMD – параметр ПМД волокна, .

 

.

 

3.4.3 Расчет глаз-диаграммы.

Глаз-диаграмма представляет собой результат многократного наложения битовых последовательностей с выхода генератора псевдослучайной последовательности (ПСП), отображаемый на экране осциллографа в виде диаграммы распределения амплитуды сигнала по времени. Пример глаз-диаграммы представлен на рисунке 3.5.

Предварительно вычислим уровень мощности на выходе источника оптического излучения:

,                 (3.10)

где Р₀ – заданная мощность на выходе источника оптического излучения.

 

Рисунок 3.5 – Глаз-диаграмма, полученная с помощью анализатора канала

Уровень мощности оптического сигнала на выходе фотоприемника ОСП определяется суммарными потерями в ОВ на ЭКУ ВОЛП, а также суммарным значением дополнительных потерь, обусловленных дисперсией ОВ:

 

.               (3.11)

 

Соответственно, мощность оптического сигнала на выходе фотоприемника ОСП:

 

.                          (3.12)

 

Для расчета помехозащищенности канала ЦСП необходимо также оценить мощность шума фотоприемника P_noise. На практике фотоприемные устройства высокоско­ростных ОСП проектируются таким образом, чтобы логарифм отношения полосы пропускания электрического фильтра к полосе пропускания оптического фильтра составлял не менее 2 дБ. В этом случае выполняется следующее условие по отношению сигнал/шум:

 

,                 (3.13)

 

где OSNR – оптическое отношение сигнал/шум (Optical Signal-to-Noise Ratio);

Q_HOM – номинальное значение Q-фактора, соответствующего нормированному коэффициенту ошибок BER_HOM.

Уровень чувствительности фотоприемника ОСП – это минимальное значение уровня мощности оптического излучения в точке норми­рования оптического тракта на приеме, при которых обеспечивается требуемое каче­ство передачи цифрового оптического сигнала. С учетом вышесказанного, максимальный уровень мощности шума фотоприемника p_noise можно оценить по следующей формуле:

 

,   (3.13)

 

где p_R – уровень чувствительности фотоприемника, дБ;

p_noise – уровень шума фотоприемника, дБ.

Номинальные значения Q-фактора и соответствующие им нормированные коэффициенты ошибок  представлены в таблице 3.5.

 

Таблица 3.5 – Номинальные значения Q-фактора и соответствующие им нормированные коэффициенты ошибок 

BERHOM	10–­8	10–­­9	10–­­10	10–­119	10–12
QHOM	5,60	5,99	6,63	6,71	7,04
Стандарт	Е2	Е3	STM-1		STM-4

 

Очевидно, чувствительность фотоприемника и мощность шума рассчитывается как

 

,                                      (3.14)

 

.                     (3.15)

 

Интервал передачи битовой последовательности Т:

 

,                      (3.16)

 

где N_symb – количество символов битовой последовательности, примем N_symb=3;

τ₀₅  – длительность импульса на уровне 0,5 от его максимума на выходе источника оптического излучения; обратно пропорциональна скорости передачи сигнала в линии:

 

.                              (3.17)

 

3.4.4 Построение глаз-диаграммы.

По вертикали в масштабе отмечаем величину P_R=38 мВт и Р_noise=0,67 мВт.

По горизонтали: t = T = 72 нс.

Отмечаем уровень  и время τ₀₅ = 24 нс.

Время нарастания фронта импульса от 10% до 90% периода Т_L=14,6 нс.

Рисунок 3.6 – Глаз-диаграмма

 

4 Измерение параметров приемников телекоммуникационных систем

 

Измерение параметров приемника (ПРМ) позволяет оценить его эффективность и пригодность для данного рода службы. К основным измеряемым параметрам относятся чувствительность и избирательность.

 

4.1 Измерение чувствительности

 

Чувствительностью приемника называется его способность принимать возможно слабые сигналы. Мерой чувствительности является уровень входного сигнала.

Чувствительность нельзя выразить одной цифрой, так как приме­няется несколько определений чувствительности и несколько методов для ее измерения. Это вытекает из зависимости чувствительности от многих факторов и большого влияния на нее условий работы ПРМ.

Реальная чувствительность Е_р определяется минимальным уровнем входного сигнала, при котором получается номинальная выходная мощность при допустимом отношении мощности сигнала (Р_с) и мощности шума на выходе приемника (Р_ш). Это отношение выражается в децибелах и определяется

     или    , дБ.

 

Структурная схема для измерения реальной чувствительности ПРМ приближенным методом представлена на рисунке 4.1.

 

Рисунок 4.1 - Схема измерения чувствительности методом отношения  сигнал/шум

 

На вход приемника, у которого отключается шумоподавитель, от генератора подается нормальный испытательный сигнал и частотой, равной присвоенной частоте канала радиостанции, модулированный частотой 1000 Гц и с номинальной девиацией. Регулятором громкости приемника устанавливают по милливольтметру напряжение, соответствующее номинальному значению мощности приемника, определяемому по формуле

 

                                                                        _(4.1)

 

где R_н – сопротивление нагрузки, для которого задается стандартная мощность.

Отключают модуляцию генератора и, не изменяя положения регулятора громкости, устанавливают выходное напряжение генератора таким, чтобы получить отношение полезного сигнала на нагрузке приемника при номинальной девиации к напряжению шума при выключенной модуляции входного сигнала, равным 20 дБ. Уровень сигнала на входе приемника определяет его чувствительность.

Зависимость выходкой мощности полезного сигнала и мощности шума от уровня входного сигнала ЧМ приемника показана на графике рисунка 2.2. Как видно из графика, реальная чувствительность приемника определяется регулировкой входного сигнала при заданном соотношении мощности полезного сигнала и шума сигнал/шум.

Рисунок 4.2 – Зависимость выходной мощности  полезного сигнала и шума от уровня входного ЧМ-сигнала

 

4.2 Измерение избирательности

 

Избирательностью приемника называется его способность выделять желательный сигнал среди других сигналов, одновременно поступающих на его вход.

Нежелательные сигналы и радиопомехи могут оказывать влияние не только на приемную антенну, но и на различные цепи приемника.

Методы, применяемые для испытания избирательности, подразделяются на односигнальные и многосигнальные.

Односигнальная избирательность прежде всего зависит от количества и добротности резонансных контуров и их настройки. Односигнальная избирательность определяется при воздействии на вход радиотракта только одного сигнала — полезного либо мешающего. Количественно односигнальная избирательность оценивается отношением, показывающим, во сколько раз усиление радиотракта или отдельного каскада приемника для полезного сигнала больше, чем усиление для мешающего сигнала.

На практике снимают так называемую транспонированную кривую избирательности, представляющую собой зависимость входного напряжения от изменения частоты при постоянной величине выходного напряжения (см.рисунок 4.3).

На графике U_вх/U_р — нормированное напряжение (U_р— напряжение на резонансной частоте).

Односигнальная избирательность может характеризовать ослабление помех по соседнему и зеркальному каналам, а также каналу на промежуточной частоте.

 

Рисунок 4.3 - Транспонированная характеристика избирательности

 

Измерение ослабления сигналов на этих частотах определяют сле­дующим образом.

На измерительном генераторе устанавливают частоту, соответствующую рабочей частоте приемника f₀. На вход приемника подается модулированный сигнал с уровнем, равным чувствительности приемника, а на его выходе развивается стандартная мощность при заданном отношении сигнал/шум. Затем, не изменяя настройки приемника, от генератора подают колебания на частоте соседнего канала f_с.к.= f₀ ± Δ f. Увеличивают выходное напряжение генератора Е₀ таким образом, чтобы получить на выходе приемника напряжение, соответствующие стандартной мощности U_вых = U_ст. Измеряют выходное напряжение генератора (Е_ск).

Ослабление сигнала соседнего канала определяют по формуле

 

дБ.                                               (4.3)

 

Избирательность по соседнему каналу  определяется по формуле

 

,                                  (4.4)

 

где Q_э – эквивалентная добротность резонансного контура тракта промежуточной частоты;

Δf_сос – расстройка частоты  по соседнему каналу.

Для определения избирательности по зеркальному каналу, не изменяя настройки приемника, от генератора подают сигнал с частотой зеркального канала f_з.к.=f₀+2f_пр и промежуточной частотой f_пр. Уровень сигнала увеличивают до получения на выходе приемника напряжения U_вых = U_ст. Измеряют значения Е_зк и Е_пр и  определяют ослабление частоты зеркального канала ξ_зк и промежуточной ξ_пр по формулам:

                                          (4.5)

 

4.3 Задачи

 

Задача 4.1

При измерении мощности сигнала, выделенной на нагрузке приемника, требуется определить напряжение полезного сигнала U_ст на выходе приемника, соответствующее номинальному значению мощности приемника.

 

Таблица 4.1 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Рст, мВт	500	150	250	350	400	500	100	50	375	425
Rн, Ом	75	50	75	50	75	75	50	50	75	75

 

Номинальное значение мощности приемника определяется по формуле

 

                                                                          _(4.6)

 

где R_н – сопротивление нагрузки, для которого задается стандартная мощность.

 

Задача 4.2

Используя результаты измерения и расчета из предыдущей задачи, определить напряжение шума на выходе приемника, если отношение напряжения полезного сигнала на нагрузке при номинальной девиации к напряжению шума равно 20 дБ.

 

Задача 4.3

Построить зависимость выходной мощности полезного сигнала и мощности шума от уровня входного сигнала ЧМ приемника. Мощность шума определяется по формуле  Р_ш=k∙Р_вых.

По построенному графику определить величину реальной чувствительности, которая соответствует значению U_вх при отношении мощности полезного сигнала к мощности шума, равной 20 дБ (см. рисунок 4.2).

 

Таблица 4.2 – Исходные данные

Uвх, мкВ	0	10	25	50	75
Рвых, мВт	20	300	500	800	800
k	0,1	0,03	0,01	0,004	0,002

 

Примечание: индивидуальное задние выбирается прибавлением к коэффициенту k последней цифры зачетной книжки. Например, № зачетной книжки 11М119. Значит, k = 0,19; 0,039;0,019; 0,0049; 0,0029. Параметры U_вх,, Р_вых, одинаковы для всех вариантов.

 

Задача 4.4.

Для определения избирательности по зеркальному каналу была снята резонансная характеристика тракта радиочастоты  приемника. Рассчитать избирательность по зеркальному каналу, определить частоту  помехи зеркального канала, указать диапазон рабочих частот.

 

Таблица 4.3 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Е0,   мВ	40	60	70	30	100	50	55	75	80	65
Езк, мВ	80	90	210	75	200	100	110	110	120	130
fпр, кГц	465	1600∙103	10400	465	1590∙103	10400	1300∙103	10400	465	10400
f0,  кГц	4	3000	100	25	7500	110	6200	91	0,3	105

 

Частота зеркального канала f_з.к.=f₀+2f_пр ;

 

Ослабление по зеркальному каналу определяется по формуле

 

                                                                      _(4.7)

 

где Δf – расстройка частоты, Δf =± k∙ f_пр, кГц (k = 0; 0,2; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5).

 

Избирательность по зеркальному каналу определяется по формуле

 

, дБ.                                            (4.8)

 

Задача 4.5

Рассчитать избирательность по соседнему каналу, определить частоту помехи соседнего канала.

 

Таблица 4.4 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Е0,   мВ	20	30	40	50	10	25	35	45	55	15
Еск, мВ	20	33	50	50	30	50	50	60	75	30
fск, кГц	5	28000	250	9	30000	240	25000	210	9	200
f0,  кГц	4	3000	100	25	7500	110	6200	91	0,3	105

 

Задача 4.7

Построить резонансную характеристику избирательной системы тракта промежуточной частоты приемника. Определить избирательность по соседнему каналу.

 

Таблица 4.6 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Qэ	10	15	20	25	10	15	20	25	30	20
fпр, МГц	0,465	1600	10,4	0,465	1590	10,4	1300	10,4	0,465	10,4
Δfсос0, кГц	5	28000	250	9	30000	240	25000	210	9	200

 

Ослабление помехи соседнего канала определяется по формуле

 

                                                                _(4.7)

 

где Δf_сос=k∙ Δf_сос0  (k = 0; 0,2; 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2; 2,5).

Избирательность по соседнему каналу определяется по формуле:

 

дБ.                                               (4.8)

 

5 Измерение параметров передатчиков телекоммуникационных систем

 

5.1 Измерение коэффициента стоячей волны

 

Согласование сопротивлений в трактах передачи энергии радио­технических устройств существенно влияет на качество работы передатчиков, приемников и всего канала связи в целом, так как энергия, отдаваемая в нагрузку, зависит от согласования этой нагрузки с волновым сопротивлением линии связи. Например, при плохом согласовании антенные фидерной линией передачи в ней появляются отражения и отдаваемая передатчиком мощность уменьшается. В линии возникают как падающие, так и отраженные волны. В зависимости от характера и величины нагрузки в линии устанавливается один из трех режимов: бегущих, стоячих или смешанных волн.

Рассмотрим эти режимы. Пусть имеется линия передачи с волновым сопротивлением Z₀, по которой передается электромагнитная энергия от генератора синусоидального напряжения к нагрузке с сопротивлением Z_н. Будем полагать, что внутреннее сопротивление генератора равно волновому сопротивлению линии Z₀ , т.е. Z_Г = Z₀.

1) Режим 1 бегущих волн устанавливается при нагрузке линии активным сопротивлением, равным ее волновому , т.е. Z_н = R_н = Z₀. В этом случае существует полное согласование: в линии распростра­няется поток падающей волны, движущейся от генератора к нагрузке,­ полностью поглощаемый нагрузкой. Отраженная волна, движущаяся от нагрузки к генератору, отсутствует.

2) Режим стоячих волн устанавливается при коротком замыкании (КЗ) линии Z_н = 0 или при холостом ходе (XX) Z_н = ∞, а также при нагрузке линии реактивным сопротивлением Z_н = Х_L и Z_н = Х_С. Здесь отсутствует односторонний поток энергии в сторону нагрузки. При КЗ линии амплитуда отраженной волны равна падающей, а фаза отраженной волны противоположна фазе падающей. В месте КЗ образуется первый узел напряжения, затем узлы повторяются по длине линии по направлению к генератору через расстояние l = λ/2, а пучность через l= λ/4.

3 Режим смешанных волн устанавливается при нагрузке активным сопротивлением, неравным волновому сопротивлению линии (R_н¹Z₀), или произвольным комплексным сопротивлением (Z_н = R_н ± jX_н). При этом режиме амплитуда падающей волны больше амплитуды отраженной, энергия переносится в сторону нагрузки и часть ее поглощается нагрузкой. Напряжение вдоль линии изменяется от U_мин  до U_макс.

Расстояние от сечения линии, где включена нагрузка, до первого минимума напряжения в сечении линии по направлению к генератору l₀ зависит от нагрузки.

Отсюда следуют выводы:

-     при отсутствии согласования в линии возникают смешанные или стоячие волны, приводящие к снижению или полному прекращению передачи энергии от источника к потребителю;

-     наличие стоячих волн может привести к пробою в высоковольтных фидерах передатчиков в местах образования пучностей;

-     если нагрузкой является измерительный прибор, то отсутствие согласования приводит к появлению систематической ошибки при измерениях.

Мера согласования линии с нагрузкой характеризуется следующими коэффициентами: отражения (Г), стоячей (КСВ) и бегущей (КБВ) волн.

Коэффициент отражения определяется отношением амплитуды отраженной от нагрузки волны к амплитуде падающей. При чисто активной нагрузке Х_н = 0:

 

                                                                              _(5.1)

 

Коэффициент стоячей волны определяется соотношением макси­мального и минимального значений напряжения в линии и равен

 

                                                                                 _(5.2)

 

Коэффициент бегущей волны

 

                                                          _(5.3)

 

В режиме бегущих волн Г = 0, КСВ = КБВ = 1.

 

В режиме стоячих волн Г = 1, КСВ = ∞, КБВ = 0. В режиме смешанных волн эти коэффициенты могут принимать любые значения в следующих пределах:

0 < Г < 1,      1 < К _с < ∞,      0 < К₆  < 1.

 

5.2 Измерение мощности передатчиков

 

Измерение мощности представляет собой важную энергетическую задачу. Значение мощности, отдаваемой выходными каскадами передатчика в антенно-фидерный тракт, является одним из важнейших показателей, обеспечивающих дальность действия канала связи.

В цепях постоянного тока мощность Р₀ определяется одним из следующих выражений:

 

                   ,                            (5.4)

 

где I₀ и U₀ — значения постоянного тока через нагрузочный резистор сопротивлением R и падения напряжения на нем.

Мощность, потребляемую нагрузкой, можно определить косвенными методами с помощью амперметра и вольтметра или прямым способом с помощью электродинамического ваттметра.

В цепях переменного синусоидального тока измеряют среднее за период значение активной мощности:

 

                                                                              _(5.5)

 

На высоких и сверхвысоких частотах антенно-фидерные линии проявляют себя как длинные линии с распределенными параметрами, в которых в зависимости от степени согласования могут возникать смешанные и стоячие волны. В результате, произведение действующих значений токов и напряжений для различных сечений фидера неодинаково, т.е. U₁I₁ ¹  U₂I₂ (см. рисунок 5.1), поэтому методы измерения мощности, используемые на низких частотах, не применимы.

1— максимальное значение напряжения;

2 — максимальное значение тока.

Рисунок 5.1 – Диаграммы распределения тока и напряжения в линии.

 

На высоких и сверхвысоких частотах методы измерения мощности передатчиков основаны на преобразовании электромагнитной энергии в энергию какого-либо другого вида, удобного для измерения и фиксации показывающим прибором. Самыми распространенными являются тепловые методы: калориметрический (при измерении больших мощностей) и метод, основанный на изменении сопротивления терморезистора (для малых и сред­них мощностей).

При настройке каскадов передатчика измеряют мощность, погло­щаемую нагрузкой или проходящую к нагрузке. В соответствии с этим существуют ваттметры поглощаемой мощности (классификация МЗ-) и проходящей мощности (классификация М2-).

Поглощаемую мощность измеряют, когда надо определить мощность, отдаваемую источником в согласованную нагрузку.

Измерение поглощаемой мощности.

Метод вольтметра. Мощность измеряют косвенным методом путем измерения напряжения на резисторе с известным сопротивлением. К выходу передатчика подключают эквивалент антенны в виде согласованного нагрузочного сопротивления R_н и вольтметр. Мощность вычисляют по формуле

 

,                                                 (5.6)

 

где U — показания вольтметра.

В качестве эквивалента сопротивления применяют прецизионные резисторы: проволочные, углеродистые, объемные, поверхностные.

Если вольтметр имеет среднеквадратический детектор, то шкала может быть проградуирована в единицах мощности.

При значении КСВ - 1,5 в линии относительная погрешность из-за рассогласования составляет 12...20 %. Следовательно, такие приборы фактически служат индикаторами излучаемой передатчиком мощности. Так как в передатчиках радиостанций связи по техническим данным не требуется более точных измерений мощности, этот метод измерения нашел широкое практическое применение.

Измерение проходящей мощности.

Для измерения проходящей мощности приборы включаются в линию передачи между источником сигнала (выходные каскады передатчика) и нагрузкой (антенно-согласующим устройством). Их включение не должно вызывать ослабление и искажение электромагнитного поля в основной линии передачи. Несоблюдение этих требований приводит к значительной погрешности измерений и нарушению работы передатчика.

Для измерения проходящей мощности используют рефлектометры на основе волноводных направленных ответвителей и на основе токового трансформатора (см.рисунок 52).

Рисунок 5.2 – Рефлектометр на основе токового трансформатора

 

Трансформатор Т1 является датчиком тока. Первичная обмотка Т1 имеет один виток, вторичная — n витков, намотанных на карбонильном кольце. Напряжение на вторичной обмотке равно 2U_Т, и обмотка имеет отвод от середины. Иногда вторичную обмотку выполняют из двух отдельных обмоток, каждая с напряжением U_Т. На емкостном делителе С1 и С2 создается напряжение U_с, значительно меньшее, чем на линии. Данные Т1, R1 и делителя С1/С2 выбирают таким образом, чтобы при согласованной нагрузке Z_н =R_н = Z₀ напряжение U_с= U_т. Балансировка для уравнивания напряжений осуществляется изменением С1. Диод VD1 выпрямляет ток падающей волны, а диод VD2 — отраженной.

Вторичная обмотка включена таким образом, что при подключении выхода передатчика к разъему XI, а нагрузки (АФУ) — к разъему Х2, к диоду VD1 прикладывается суммарное напряжение U_с + U_т., а к диоду VD2— разностное. При согласованной нагрузке отраженная волна отсутствует и напряжение на VD2 равно нулю.

Для измерения мощности переключательS1 оставляют в положение «Падающая» при максимальном  показании индикатора РА. Зная величину сопротивления нагрузки, можно рассчитать проходящую мощность от передатчика.

 

5.3 Задачи

 

Задача 5.1

При измерении с помощью направленного ответвителя максимальное показание индикатора напряжения U_max, а в положении «отраженная» U_min.

Определить возможна ли качественная передача сигнала, если норма КБВ в фидере между передатчиком и антенной  0,3.

 

Таблица 5.1 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Umax,мкВ	100	120	150	130	175	150	90	120	200	180
Umin,мкВ	30	40	70	10	80	110	80	20	100	30

 

Пример расчета

U_max = 100 мкВ; U_min = 20 мкВ.

 

Г = U_min/ U_max = 20/100 = 0,2;

 

 

значит качественная передача возможна.

 

Задача 5.2

Фидер с волновым сопротивлением Z₀ нагружен на антенну с входным сопротивлением R_н.

Определить КБВ и сделать вывод о качестве передачи, если норма на КБВ равна 0,45.

 

Таблица 5.2 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Z0,Ом	50	60	100	30	40	80	130	100	60	70
Rн,Ом	75	100	60	50	60	120	130	80	90	140

 

Пример расчета.

 

Z₀ = 75 Ом;   Rн =50 Ом.

 

 

значит, качественная передача возможна.

 

Задача 5.3

Каким должно быть показание индикатора при согласовании фидера с выходом передатчика и антенной, если известны выходная мощность передатчика Р_вых, волновое сопротивление фидера R₀?

 

Таблица 5.3 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Рвых,мВт	500	400	300	150	250	375	600	550	350	450
R0,Ом	75	80	60	50	60	85	100	150	75	65

 

Пример расчета:

Р_вых = 500 мВт;   R₀ = 50 Ом.

 

мкВ.

  

Задача 5.4

Измерить проходящую мощность от передатчика к нагрузке, если известны максимальное показание прибора I_макс (мкА), сопротивление нагрузки R_н (Ом), погрешность измерений ΔР (%).

Рассчитать действительную мощность с учетом погрешности.

 

Таблица 5.4 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Iмакс (мкА)	100	90	85	150	80	110	115	190	200	130
Rн (Ом)	75	50	90	50	100	40	45	55	50	60
ΔР (%).	+15	-18	+20	-12	+16	-18	+19	-19	+20	-20

 

Пример расчета.

 I_макс=100 мкА; R_н = 75Ом , ΔР = +20 %.

Тогда  

 

 

Задача  5.5

Измерить мощность, проходящую к нагрузке методом вольтметра. Определить КБВ, КС В линии, качество передачи при заданной норме на КБВ. Прибор показывает напряжение U (В). Эквивалент нагрузки имеет сопротивление R_н (Ом) – проволочный резистор. Норма на КБВ:  КБВ_н при волновом сопротивлении линии Z₀ (Ом)

 

Таблица 5.5 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
U (В)	0,5	1	4	2	0,4	0,8	0,7	0,6	1,5	2
Rн (Ом)	5	10	50	40	100	45	30	70	55	15
Z0 (Ом)	50	75	100	80	90	75	50	60	100	50
КБВн	0,3	0,4	0,5	0,35	0,45	0,3	0,4	0,6	0,7	0,5

 

Пример расчета.

Показание прибора U = 2 В. Сопротивление эквивалента нагрузки

R_н =10 Ом. Волновое сопротивление линии Z₀ = 50 Ом. Норма на КБВ_н = 0,3.

 

Тогда мощность, проходящая к нагрузке определим по формуле:

 

.

 

При этом коэффициент отражения

 

 .

 

Коэффициент стоячей волны

 

.

 

Коэффициент бегущей волны

 

 

Вывод: при сравнении полученного значения КБВ с нормой КБВ<КБВ_н. Это значит, что мощности падающей волны недостаточно для получения выходной мощности передатчика, соответствующей техническим данным.

 

Задача 5.6

Измерить мощность, поглощаемую нагрузкой, методом  вольтметра, если прибор показывает напряжение U (В), линия передачи имеет волновое сопротивление Z₀ (Ом).

Определить действительное значение сопротивления эквивалента нагрузки и действительное значение поглощаемой мощности, если эквивалент нагрузки имеет относительную погрешность ΔR_н (%). Линия передачи согласована.

Определить значение КБВ. Сделать выводы .

 

Таблица 5.6 – Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
U (В)	4	2	1	0,5	0,4	0,8	1,5	2	0,6	0,7
Z0 (Ом)	75	50	80	75	50	90	50	75	80	50
ΔRн (%)	+0,02	-0,5	+0,1	-0,2	+0,5	-1,0	+0,02	-0,5	+0,1	-0,2

 

Пример расчета.

Показание прибора U = 2 В. Волновое сопротивление линии Z₀ = 50 Ом. Погрешность эквивалента нагрузки ΔR_н = +0,1%.

Действительное значение сопротивления эквивалента нагрузки определяется по формуле:

 

 

Действительное значение поглощаемой нагрузкой мощности

 

 

Коэффициент отражения

 

.

 

Коэффициент стоячей волны

 

.

 

Коэффициент бегущей волны

 

 

Вывод: при отсутствии погрешности  сопротивления эквивалента нагрузки в согласованной линии передачи КСВ = КБВ = 1. Полученный в расчете результат неравенства КБВ и КСВ подтверждает влияние погрешности сопротивления эквивалента нагрузки на режим работы линии.

 

Список литературы 

1.       Бакланов И.Г. Технология измерений в современных телекоммуникациях. -М.: ЭКО-Трендз, 2009. - 139 с.

2.       Бакланов И.Г. Технология измерений первичной сети. Часть 1.Системы Е1,PDH, SDH.- М.: ЭКО-Трендз, 2008.- 142 с.

3.       Бакланов И.Г. Методы измерений в системах связи. – М.: ЭКО-Трендз, 2008. - 196 с.

4.       Бакланов И.Г. ISDN и FRAME RELAY: Технология и практика измерений. - М.: ЭКО-Трендз, 2009. -   187 с.

5.       Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2010.- 460 с.

6.       Контроль качества в телекоммуникационных системах / Под ред. Иванова А.Б.- М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2010. - 336 с.

7.       Ракк М.А.,. Мельникова Л.Я, Лабецкая Г.П., Кульбикаян Х.Ш. Измерения в технике связи: Учебник для вузов, М., 2008. - 566 с.

8.       Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике.- М.: Постмаркет, 2009. - 352 с.

9.                Самоделкина С.В., Клочковская Л.П. Методы и средства измерения в телекоммуникационных системах. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для магистрантов  специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2010 - 27 с.

10.        Клочковская Л.П., Самоделкина С.В. Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах. Сборник задач для магистрантов  специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2011 - 40 с.

  

Содержание 

Введение	3
1. Методы измерения параметров кабельных линий связи 1.1 Импульсный метод измерения повреждений в кабельных линиях	4 4
1.2 Измерение емкости жил медного кабеля 1.3 Задачи	7 8
2. Методы измерения параметров оптических кабелей 2.1 Методы контроля оптических кабелей	9 9
2.2 Измерение затухания и неоднородностей оптических волокон оптическими рефлектометрами	12
2.3 Измерение ширины полосы пропускания	14
2.4 Измерение длины волны отсечки оптического излучения	16
2.5 Измерение хроматической дисперсии 2.6 Задачи	17 19
3. Методы измерения параметров цифрового сигнала с помощью глаз-диаграмм 3.1Оценка искажений  линейного цифрового сигнала в регенераторе приемного устройства радиорелейной станции	23   23
3.2. Построение глаз-диаграмм цифровых сигналов на выходе линейного тракта волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) 3.3 Задачи 3.4 Пример решения	25   27 28
3.4.1Расчет суммарных потерь ОВ на ЭКУ	29
3.4.2 Расчет дисперсии ОВ на ЭКУ	30
3.4.3 Расчет глаз-диаграммы	32
3.4.4 Построение глаз-диаграммы	35
4. Измерение параметров приемников телекоммуникационных систем	35
4.1 Измерение чувствительности	35
4.2 Измерение избирательности 4.3 Задачи	37 39
5. Измерение параметров передатчиков телекоммуникационных систем 5.1 Измерение коэффициента стоячей волны	41 41
5.2 Измерение мощности передатчиков 5.3 Задачи	43 46
Список литературы	51