АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра телекоммуникационных систем

 

                                     

                                       

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

 

Программа, методические указания и контрольные задания

(для студентов заочной формы обучения специальности 380240 – Многоканальные телекоммуникационные системы)

 

 

Алматы 2007

 

Составители: Е.Ю. Елизарова. Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности 380240 – Многоканальные телекоммуникационные системы. – Алматы: АИЭС, 2007.-   40 с.

 

Данная разработка предназначена для студентов заочной (дистанционной) формы обучения специальности 380240 – Многоканальные телекоммуникационные системы .

В данных указаниях приводится программа, методические указания для улучшения усвоения теоретического материала и контрольные задания с основными формулами.

Табл.9, библиогр.  7    назв.

 

Рецензент: канд.техн.наук. проф., Казиева Г.С.

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский институт энергетики и связи» на 2006 г.

 

                   ©НАО «Алматинский институт энергетики и связи», 2007 г.

 

Ведение

          Дисциплина «Методы и средства измерений телекоммуникационных систем» изучается студентами специальности «Многоканальные телекоммуникационные системы» на пятом курсе. Целью дисциплины является измерение телекоммуникационных систем, как и всяких других измерений, получение с помощью технических средств количественного суждения об определенной величине.

          Задачи измерений в технике связи заключаются в определении количественных значений параметров трактов связи и отдельных их элементов, параметров передаваемых и принимаемых сигналов разного рода помех, а так- же результатов воздействия помех на сигналы связи.

          В соответствии с учебным планом по дисциплине «Методы и средства измерений телекоммуникационных систем» читаются лекции, проводятся практические и лабораторные занятия, выполняются две контрольные  работы, сдаётся зачет и экзамен по курсу . Контрольные работы выполняемые студентами в процессе учебы, помогут студентам освоить разделы курса, получить навыки в решении задач, встречающихся в инженерной практике.

          Прежде чем приступить к выполнению задания , ознакомьтесь с требованиями к выполнению и оформлению контрольных работ и  с порядком выбора варианта.

Согласно программе, на изучение курса отведено 90 часов, в том числе:

- аудиторные занятия 34 часа;

- лекции 17 часов;

- лабораторные занятия 17 часов;

- контрольные работы 2.

 

1                    Программа курса

 

1.1            Содержание лекционного курса

 

1.2 Содержание лекционного курса

 

1.2..1    Введение

Современная НТР в области телекоммуникаций. Понятие измерительной технологии. Измерения в различных частях современной системы электросвязи. Группы измерений характерные для вторичных сетей связи.. Методология измерений.

1.2.2    Методология представления сигналов цифровых систем связи

Особенности предоставления цифровых сигналов. Методы вычисления параметров ошибок в    цифровых    каналах.   

1.2.3   Эксплуатация и технология измерения систем первичного потока EI

Методология измерений цифровых каналов передачи. Общая концепция измерений цифровых систем передачи Е1. Типовые схемы подключения анализаторов к цифровому потоку EI. Методы поиска неисправностей в системах Е1. Измерительная техника для анализа систем передачи EI.

1.2.4   Структура и технология измерений в системах передачи PDH и SDH

Иерархия PDH. Технология измерений в системах PDH. Измерительная техника для анализа цифровой сети PDH..

Архитектура и общая концепция измерений в системах передачи SDH.Система обслуживания аппаратуры и сети SDH.

Технология измерений в ВОСП. Промышленный анализ оптоволоконных кабелей. Перспективы развития измерительных технологий ВОСП.

1.2.5   Измерения в различных частях современной системы электросвязи

 Технология измерений сред распространения сигнала. измерения электрических кабелей. Измерения магистральных кабелей. Измерения на абонентских кабельных сетях. Технология радиочастотных измерений. Измерение радиоэфира. Измерения на сетях ISDN. Анализ протоколов базового доступа. Измерения на сетях передачи данных. Измерения системы сигнализации №7.  структура протокола SS7. Анализаторы SS7. Измерения системы сигнализации. Измерения на сетях АТМ. 

1.2..6   Заключение

Проблемы развития теории и техники измерений. Основные направления и пути развития методов и средств измерений в телекоммуникационных системах.

1.3 Перечень лабораторных работ

 

1.3.1 Моделирование средств измерения в среде Labview (4 ч)

1.3.2. Получение навыка работы с анализатором цифрового потока.(4 ч)

1.3.3  Получение навыка работы на оптическом рефлектометре. (2ч)

 

2          Методические указания к разделам программы курса

          Введение

Необходимо изучить закономерности развития измерительных технологий. Классификацию  измерительных технологий  современных телекоммуникаций. Измерения в различных частях современной системы электросвязи. Группы измерений характерные для вторичных сетей связи

 

 Контрольные вопросы:

—               Как развиваются технологии на рынке?

—               Какие процессы сопутствуют развитию технологии на рынке?

—               Что собой представляет МЕТРОЛОГИЯ?

—               На какие основные классы можно условно разделить современную телекоммуникационную измерительную технику?

—               Какие основные требования  предъявляются к измерительному оборудованию?

2.1 Методология представления сигналов цифровых систем связи.

 

Ознакомиться с особенностями предоставления цифровых сигналов. Методами предоставления сигналов в виде диаграмм. Глазковые диаграммы. Диаграммы состояний. Понятие   бинарного    канала   и    методы    анализа    его параметров.   Возникновение   битовых   ошибок   и   их   влияние   на   параметры цифровой передачи. Основные параметры, измеряемые в бинарном цифровом канале. Тестовые последовательности. Методы вычисления параметров ошибок в    цифровых    каналах.    Контроль проскальзывания цифрового сигнала в цифровом тракте.

 

Контрольные вопросы:

—               Для каких видов измерений используют глазковые диаграммы?

—               Позволяет ли глазковая провести детальный анализ цифрового сигнала по параметрам межсимвольной интерференции, джиттера ?

—               Какие диаграммы получили название – диаграмм состояний?

—               Какие существуют методы анализа параметров бинарного канала?

—               Причины возникновения битовых ошибок?

2.2      Эксплуатация и технология измерения систем первичного потока EI

Изучить методологию измерений цифровых каналов передачи, а именно контроль каналов и трактов по потоку, физический, канальный и сетевой уровень EJ, общую концепцию измерений цифровых систем передачи Е1. А так же тповые схемы подключения анализаторов к цифровому потоку EI. Анализ работы мультиплексоров EI. Методы поиска неисправностей в системах Е1. Измерительная техника для анализа систем передачи EI, Анализатор PDA-3 и генератор PDG-3. Контроль времени задержки в цифровом тракте. Контроль по параметрам стыка аппаратуры системы.

Контрольные вопросы:

Каковы особенности измерений Е1?

—               Назовите весь комплекс параметров физического уровня каналов PDH.

—               Общие измерения канального уровня?

—               Какие измерения включают в себя измерения сетевого уровня Е1?

—               Назовите основные схемы подключения анализатора к цифровому потоку?

 

2.3      Структура и технология измерений в системах передачи PDH и SDH

 Необходимо изучить иерархию PDH. Эксплуатационные измерения системы передачи. Физический уровень систем PDH. Параметры канального уровня систем PDH. Цикловые структуры PDH. Сетевой уровень систем PDH. Измерительная техника для анализа цифровой сети PDH..

Архитектуру и общую концепцию измерений в системах передачи SDH.Систему обслуживания аппаратуры и сети SDH. Виды эксплуатационных измерений. Измерения мультиплексоров, регенераторов, коммутаторов. Измерения на сети SDH в целом. Измерительное оборудование для анализа систем SDH. Понятие джиттера, его классификация и влияние на параметры качества цифрового канала. Общая методология измерений джиттера. Методология измерения вандера.

Технологию измерений в ВОСП. Измерение уровня мощности
оптического излучения Измерительную     технику     для эксплуатационных измерений ВОСП, промышленного анализа оптоволоконных кабелей. Системное оборудование для анализа оптоволоконных кабелей. Перспективы развития измерительных технологий ВОСП.

Контрольные вопросы:

-      Каковы отличительные особенности тестирования потоков Е2,Е3, Е4?

-      Назовите измерительную технику для анализа цифровой сети PDH?

-     Какие функции выполняет мультиплексор ввода/вывода сети SDH?

-      Какие виды измерений производятся для тестирования сети SDH в целом ?

-     Какие измерения проводятся на оптоволоконных системах передачи?

-     Назовите измерительную технику для эксплуатационных измерений ВОСП?

-      Принцип работы рефлектометра?

2.4   Измерения в различных частях современной системы электросвязи .

Ознакомиться с технологиями измерений в различных частях систем электросвязи, а именно: измерения электрических кабелей. Измерения магистральных кабелей. Измерения на абонентских кабельных сетях. Технология радиочастотных измерений. Измерение радиоэфира. Комплексные измерения радиочастотных трактов. Вопросы комплексной имитации радиочастотного канала. Измерения на сетях ISDN. Анализ протоколов базового доступа. Структура и методы измерений первичного доступа ISDN. Измерительное оборудование. Измерения на сетях передачи данных. Измерения физического, канального и сетевого уровня. Измерения системы сигнализации №7.  структура протокола SS7. Анализаторы SS7. Измерения системы сигнализации. Измерения на сетях АТМ.  Технологии измерений на сетях АТМ. Измерения транспортной среды. Измерения на сетях подвижной радиосвязи. .Общие измерения на сетях подвижной радиосвязи: УКВ-радиосвязи, транковых сетях, сети персонального радиовызова, сетях сотовой связи.

Контрольные вопросы:

—               Каково место аналоговых измерений в сетях ISDN?

—               Назовите основные задачи имитации трафика в сетях ISDN?

—               Какие подсистемы включает в себя структура протокола сигнализации №7?

—               Основные технологии измерений на сетях АТМ?

 

2.5 Заключение

Рассмотреть проблемы развития техники измерений. Основные направления и пути развития методов и средств измерений в телекоммуникационных системах.

 

3       Задания и методические указания к контрольной работе

3.1      Общие указания к выполнению контрольной работы

 В соответствии с учебным планом каждый студент-заочник должен выполнить 2 контрольные работы.

Задания на контрольную работу составлены в 100 вариантах. Каждый студент должен выполнить контрольную работу по варианту, номер которого определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета (цифрой десятков и цифрой единиц). Например, если номер студенческого билета  952067, то студенту следует выполнить работу по 67 варианту.

 В работах не требуются выводы формул, их следует брать готовыми из методических указаний или основных учебников. Если формула, норма, схема и т.п. взяты из литературы, необходимо указать ее наименование и номер страницы и номер формулы (если он имеется).

В конце контрольной работы необходимо перечислить использованную литературу.

По результатам расчета нужно сделать краткие выводы.

При определении зависимости одной величины от другой, рекомендуется решить задачу в общем виде, подставить значения постоянных величин и определить значение неизменной части, а затем уже производить вычисления при различных значениях переменной величины. Результаты вычислений в этом случае должны быть сведены в таблицу.

Графики необходимо выполнять технически грамотно, с соблюдением масштаба и ГОСТ.

Контрольная работа, выполненная без соблюдения перечисленных тре-бований, будет возвращена для переработки.

Если при выполнении контрольной работы встретятся затруднения, то следует обратиться на кафедру за консультацией.

Результаты расчета следует проводить в единицах системы СИ с ис-пользованием кратных и дольных приставок.

Зачтенная контрольная работа с рецензией преподавателя и внесенны-ми исправлениями, если таковые требовались, предъявляется экзаменатору.

3.2 Контрольная работа 1

            Задание 1

Определить максимально допустимые длины регенерационных участков системы передачи ИКМ-1920, работающей со скоростью передачи 140 Мбит/с, оборудуемой на коаксиальном кабеле с диаметром проводников 2,6/9,5 мм, исходя из требуемой защищенности от термических помех. Произвести проверку защищенности от помех, обусловленных конструк­тивными неоднородностями. Передача осуществляется квазитроичным кодом, напряжение импульсных сигналов на входе линии    U0 = 3 В.

 

Т а б л и ц а 1

 

Последняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Df мГц

1,0

0,5

0,8

0,9

1,1

0,9

0,81

0,9

1,2

    1,0

 

Предпоследняя цифра  зачетной книжки

Ат.ш.з, дБ.

26, 30, 33

 

2025, 30

25

35

40

27

31

34

28

32

36

24

30

34

22

26

30

23

31

36

25

32

39

24

34

40

 

Методические указания к решению задачи

Мощность тепловых шумов, Вт, в кабеле на согласованном    сопротивлении определяется из уравнения

Wт.ш=КТDf

где К= 1,37·10-23—    постоянная   Больцмана;  

     Т — абсолютная   температура   по Кельвину   (Т=293  К соответствует  20°С); 

Df — полоса  частот,  в  которой  опре­деляется помеха;

Уровень мощности помехи

,

где Wo – мощность, соответствующая н6улевому уровню.

Допустимое затухание регенерационного участка

a LPу=р-10lgWт.ш.-Ат.ш.з,

где р —уровень импульса на передаче, дБ;

     a — коэффициент затухания кабеля, дБ;

     LPу—длина участка регенерации, км;

    Ат.ш.3 — требуемое отношение сигнал-помеха (защищенность), дБ;

    WT ш — мощность теплового шума на входе  устройства, Вт,

10lgWт.ш=Рт.ш+10lgВ+F,

где Рт.ш — уровень мощности шума в полосе частот 1 МГц ;

      В — гра­ничная полоса частот, при квазитроичном коде 6=0,5fт (половина тактовой частоты);

     F — шум-фактор входного усилителя (порядка 6 дБ).

При амплитуде импульса на  передаче U0=3  В, считая волновое сопротивление кабеля Z = 75 Ом, получим мощность

,

Уровень импульса на передаче

Р=10lgW/Wo.

B полосе частот В=0,5fт   определить мощьность теплового шумамощность теплового шума.

Определяем затухание на регенерационном участке для требуемой защищенности от термических помех.

Коэффициент   затухания    коаксиального  кабеля,   на   полутактовой   частоте f=70 МГц определяем по статистической формуле:

 

 

 

Далее определяем  длины  регенерационных  участков  при АТ.Ш.3=26, 30 и 33 дБ

Для проверки защищенности от помех, обусловленных попутным потоком, возникающим в коаксиальном кабеле, оценим уровень этих помех. Примем сред­нюю строительную длину кабеля (с учетом наличия укороченных длин) lС.д =  0,3 км. Данные о распределении значений отклонений концевых волновых со­противлений приведены в таблице 2

Т а б л и ц а 2

Число строительных длин

Отклонения, Ом, от номинального значения Zв=75 Ом

0…0,05

0,051…0,1

0,11…0,2

0,21..0,3

0,31…0,5

Число

%

Число

%

Число

%

Число

%

Число

%

117

37

31,6

31

26,5

30

25,6

17

14,5

2

1,72

 

По данным таблицы определяем среднее квадратическое отклонение кон­цевых значений волнового сопротивления


Как известно, помехи от конструктивных неоднородностей создаются по­путным потоком от внутренних и стыковых неоднородностей. Если предполо­жить, что первые примерно в 2 раза меньше последних, что практически имеет место в коаксиальных кабелях, то эти помехи будут определяться из выра­жения.

где s ZB — среднеквадратичное отклонение концевых значений волнового сопро­тивления;

     ZB — волновое сопротивление, Ом;

      a — коэффициент затухания, Нп/км;

      l с.д — строительная длина кабеля, км;

      Lpy —длина усилительного участка, км;

      п — число строительных длин на регенерационном участке.

Полученное значение попутного потока позволяет определить защищенность от помех, создаваемых конструктивными неоднородностями

Аз.пп=10lg 1/Qс.

 

Сделать выводы о степени защищенности.

 

3.3. Контрольная работа №2

Задание 1

Определить коэффициент шума приемника с помощью генератора стандартных сигналов (ГСС)  и эквивалентную шумовую температуру мощности приемника

Исходные данные приведены в таблице 3 и 4.

 Т а б л и ц а  3

 

Последняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Пш,

мГц

1,0

0,5

0,8

0,9

1,1

0,9

0,81

0,9

1,2

    1,0

I1,мА

0,11

0,2

0,11

0,12

0,13

0,12

0,15

0,14

0,17

0,16

 

Т а б л и ц а 4

 

Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Pш вых,Вт

5,18х

10-13

5,13х

10-12

5,12х

10-11

4,9х

10-12

4,88х

10-11

4,87х

10-10

4,88х

10-10

4,9х

10-10

5,15х

10-11

5,2х

10-12

I2,мА

0,41

0,39

0,37

0,41

0,43

0,44

0,39

0,38

0,41

0,42

n

12,3

11,5

13,5

14,2

13,1

12,9

11,3

13,1

12,8

11,9

 

Методические указания к решению задачи

          При двукратном измерении выходной мощности блока высокой частоты применяется метод ГСС и фиксируется выходная мощность шума, которая определяется по формуле

 

,

 

          где k - постоянная Больцмана;

                Пш - шумовая полоса пропускания блока  ВЧ приемника;

                 q - коэффициент рассогласования;

                 Kp - коэффициент передачи проходной мощности;

                 Kш - коэффициент шума приемника;

                 Т0 =300К – стандартная комнатная температура.

 

,  ,

 

                 qr- выходная проводимость приемника qr=300;

                 qвх- входная проводимость.

                                    

.

 

Источник мощности приведенного шума можно представить в виде любого генератора белого шума. В качестве такого генератора удобно рассматривать нагретый резистор с такой же проводимостью, что и выходная проводимость эквивалентного генератора сигналов. Температура Тш этого резистора выбирается такая, чтобы отдаваемая во входной проводимость мощности  равна Р’ш.

,

          где Тш – эквивалентная шумовая температура мощности приемника.

 

Связь между величинами Тш и Кш определяется соотношением

,

,

,

 

Задание 2

Определить соответствует ли нормам результаты измерений сопротивлений проводов и изоляции постоянным током для данного рода линии длиной l  и диаметром провода d. Исходные данные приведены в таблицах 5 и 6.

  Т а б л и ц а 5

 

Последняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

возд.l,

км

медн.

50

66

70

65

50

73

50

63

49

53

d,мм

4,0

4,1

4,0

4,02

4,01

4,05

4,03

4,01

4,04

4,03

t0,0C

-40

-41

-39

-40

-42

-38

-44

-41

-40

-43

 

    Т а б л и ц а  6

 

Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Rшл,

Ом

112

114

110

111

113

114

112

110

111

114

 

Задание 3

 

Определить величину внешнего влияния ЛЭП на кабель связи. Кабель симметричный МКСБ 4х4х1,2 , ток короткого замыкания ЛЭП Iкз=2400 А, частота f=50 Гц, длина участка сближения l , расстояние между ЛЭП и кабелем , коэффициент электромагнитной связи и коэффициент экранирования кабельной оболочки даны в таблице 7,8

 

    Т а б л и ц а  7

 

 Последняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

l,км

35

28

20,5

30

40

31

35

29

25

28

 

    Т а б л и ц а 8

 

Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

а,

м

280

350

280

200

300

400

300

350

290

250

m, мкГн/км.

200

210

220

200

210

220

200

210

220

200

S

0,4

0,5

0,6

0,7

0,4

0,5

0,6

0,7

0,6

0,5

 

 Задание 4

Определить допустимую мощность помех, если в точке приема уровень по мощности полезного сигнала дан в таблице 9 и 10.

 

    Т а б л и ц а 9

 

Последняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Lм.с,дБ

-7,0

-6

-5,8

-6,1

-6,9

-7,0

-6,5

-6,8

-6,7

-7,0

 

   Т а б л и ц а 10

 

Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Аз,дБ

-58

-60

-58

-59

-57

-56

-70

-57

-59

-58

 

Методические указания к выполнению  задания 4

 

           Абсолютные уровни по мощности

,

            где Lм.с, Lм.п - абсолютные уровни по мощности соответственно сигнала и помех в точке приема, дБм.

 

             Из формулы следует, что абсолютный уровень по мощности помех определяется

Lм.п= Lм.с-Аз

 

              Таким образом, допустимая мощность помех

Список литературы

 

1.                 Бакланов И.Г. Технология измерения в современных телекоммуникациях.– М.: ЭКО – Трендз, 1997. – 139 с.

2.                 Бакланов И.Г. Технология измерения первичной сети. Часть 1. Системы Е1 PDH, SDH. – M.: ЭКО – Трендз, 2000. – 142 с.

3.                 Бакланов И.Г. Методы измерений в системах связи. – М.: ЭКО – Трендз, 1999. – 196 с.

4.                 Бакланов И.Г. ISDN и FRAME RELAY: технология и практика измерений. – М.: ЭКО – Трендз, 1997. – 187 с.

5.                 Шумилин Н.П.. Измерения в технике проводной связи. - М.: Постмаркет, 2000. – 352 с.

6.                 Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999. – 460 с.

7.                 Контроль и качества в телекоммуникационных системах.  Под. ред. Иванова А.Б. – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2001. – 336с.

8.                 Н.П Шумилин. Измерения в технике проводной связи. – М.: Связь, 1984.

9.                 М.П. Яловский. Электрические измерения на линиях связи. – М.: Радио и связь, 1984.

 

Содержание

 

 

1

введение

Программа курса

3

3

 

    1.1 Содержание лекционного курса

3

 

    1.2 Перечень лабораторных работ

 

3

Задания и методические указания к контрольной работе

    3.1 Общие указания к выполнению контрольной работы

7

7

 

    3.2 Контрольная работа 1

8

 

    3.3 Контрольная работа 2

13

 

 Список литературы

15