АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра телекоммуникационных систем

Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах

Методические указания к выполнению расчетно-графических работ

для магистрантов специальности 6М0719 -

Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2010

Составители: Самоделкина С.В., Клочковская Л.П. Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для магистрантов специальности 6М0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы, 2010.- 26с.

Представлены методические указания к расчету и оформлению расчетно-графических работ. Приведены варианты заданий, приводятся основные формулы, графики для расчетов, подробные методики расчета и необходимая справочная информация для выполнения РГР.

Введение

Современное развитие телекоммуникационных технологий характеризуется повышенным требованием к качеству предоставляемых услуг связи, что предполагает грамотную организацию измерений на сети связи. Измерения, наряду с анализом, тестированием, мониторингом и контролем, являются методами контроля телекоммуникационных систем применительно к качеству обслуживания в электросвязи .

Изучение магистрантами курса «Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах» предполагает выполнение трех расчетно-графических работ.

В первой расчетно-графической работе необходимо произвести выбор и расчет методов и средств измерений телекоммуникационных систем.

Во второй расчетно-графической работе произвести расчет измеренных параметров модулированных колебаний.

В третьей расчетно-графической работе необходимо сделать выбор и расчет методов контроля характеристик оптических кабелей и построить рефлектограммы.

Задания к выполнению расчетно-графических работ

1 Расчетно-графическая работа

Задача 1

При проведении измерения коэффициента шума приемника с помощью генератора стандартных сигналов (ГСС),

определить:

коэффициент шума К_ш;

мощность шума на выходе приемника Р_ш _вых;

мощность шума на входе приемника Р_{ш вх};

отношение сигнал/шум на входе и выходе приемника (дБ).

Построить структурную схему измерения с указанием полученных величин.

Таблица 1. Исходные данные

Исход. данные	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Δf_ш , МГц	1,0	0,5	0,8	0,9	1,1	0,9	0,81	0,9	1,2	1,0
Е_с, мВ	0,005	0,006	0,007	0,008	0,009	0,005	0,006	0,007	0,008	0,009
R_г, Ом	75	50	60	75	75	55	70	90	100	80
Т_Σ, К	1000	1500	1600	1800	2000	1300	1600	1700	1900	2200

Примечание: Δf_ш, Е_с выбирается по последней цифре зачетной книжки,

а Т_Σ и R_г – по предпоследней.

Методические указания к выполнению задачи 1

На входе приемника действуют флуктуационные помехи, которые определяют способность приемника обнаруживать полезный сигнал минимально возможной величины, то есть определяют его чувствительность. Поэтому необходимо знать соотношение сигнал/шум. Мерой ухудшения сигнал/шум на выходе приемника является коэффициент шума К_ш.

, (1.1)

где Р_с/Р_ш – отношение сигнал/шум,

G=Р_с _вых/Р_с _вх– коэффициент передачи приемника по мощности.

Отсюда общая мощность шума на выходе равна

_. (1.2)

Для измерения коэффициента шума применяют метод удвоения мощности на выходе по сравнению со входом.

Например, если измеряется коэффициент шума радиоприемника с помощью генератора стандартных сигналов, то выходное сопротивление ГСС R_г должно быть равно сопротивлению антенны, с которой работает данный приемник. С выхода ГСС подают регулируемую ЭДС Е_с.

Вначале, при Е_с=0 замеряют выходную мощность Р₁, затем устанавливают ЭДС генератора такой величины, при которой мощность сигнала на выходе удваивается.

, (1.3)

где R_г – сопротивление антенны, Ом;

k – постоянная Больцмана k =;

Т_Σ – шумовая температура приемника;

Δf_ш – шумовая полоса пропускания приемника.

Пример расчета.

При удвоении мощности на выходе приемника ГСС вырабатывает ЭДС Е_с= 0, 025 мВ, при этом на входе приемника действует сопротивление R_г, равное 70 Ом. Величина входной мощности сигнала определяется по формуле Р_{с вх} = Е_с²/R_г, а выходная мощность Р_{с вых}= 2 Р_{с вх}.

К_ш определяется по формуле (1.3), Р_ш _вых – по формуле (1.2)

Р_{ш вх}=kT_Σ Δf_ш (пкВт) (1.4)

Задача 2.

При прохождении электрического сигнала по кабельным линиям связи, вокруг жилы кабеля возникает электромагнитное поле, которое возбуждает в соседних жилах электрический сигнал с частотой, отличной от частоты сигнала, проходящего в данной жиле. Этот сигнал является переходной помехой, уровень которой определяется так называемой защищенностью.

Определить:

затухание;

ожидаемое значение защищенности кабельной цепи на ближнем и дальнем конце одного усилительного участка;

сравнить с нормами.

Исходные данные приведены в таблице 2 и 3.

Таблица 2

Исход. данные	Последняя цифра шифра зачетной книжки
Исход. данные	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
l_маг,км	3000	3100	2800	2500	3080	3500	3200	3000	2800	2500
U_с,мВ	28	33	39	42	29	35	41	50	45	38
Z₁, Ом	50	75	90	80	85	95	100	65	55	60

Таблица 3

Исход. данные	Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки
Исход. данные	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
l_уу,км	35	28	20,5	30	40	31	35	29	25	28
U_{п б},мкВ	11	14	15	16	16	17	14	15	16	18
U_{п д},мкВ	2,3	2,7	2,9	3,1	3,5	3,4	3,3	3,7	2,8	2,9
Z_{2 б},Ом	60	50	55	75	70	85	65	80	90	75
Z_{2 д},Ом	280	300	270	290	300	310	260	320	285	315

Методические указания к выполнению задачи 2

Переходная помеха показывает во сколько раз уровень полезного сигнала больше уровня помехи. Различают влияние на передающем (ближнем) конце тракта и на приемном (дальнем) его конце. Степень взаимного влияния оценивается величиной переходного затухания и защищенностью. Величина переходного затухания между трактами на передающем или приемном конце определяется уравнением:

(дБ), где (1.5)

Р_с – кажущаяся мощность сигнала на входе влияющего тракта;

Р_п – кажущаяся мощность помехи на ближнем или дальнем конце тракта, подверженного влиянию;

Z₁, Z₂ – модули сопротивлений на входе влияющего тракта и на ближнем и дальнем концах тракта, подверженного влиянию.

Мешающее действие помехи определяется разностью уровней сигнала и помехи в соответствующей точке тракта или защищенностью на ближнем и дальнем конце тракта.

=10 (lgР_С – lgР_П) (1.6)

, (1.7)

где U_C - напряжение полезного сигнала на ближнем или дальнем конце влияющего тракта , В;

U_П- напряжение помехи на ближнем или дальнем конце тракта, подверженного влиянию, В;

Z_пр- сопротивление нагрузки, равное волновому сопротивлению цепи.

По нормам защищенность от внятных переходных влияний между разными цепями на всей длине магистрали должна быть не менее 58 дБ, но допускается для некоторых кабельных цепей 52 дБ, а для воздушных цепей - 50 дБ.

Норма защищенности цепи на длине одного усилительного участка

, (1.8)

где N-число усилительных участков;

, (1.9)

где l_маг–длина магистрали;

l_y_._y - номинальная длина усилительного участка.

Рисунок 1 - Схема измерения переходного затухания на ближнем конце методом разности уровней

Задача 3

Для определения погонного сопротивления провода и сопротивления изоляции в кабельных линиях связи применяется метод постоянного тока. При этом, измеренная величина сопротивления провода всегда меньше действительной, так как жила кабеля шунтирована сопротивлением изоляции. А полученное сопротивление изоляции всегда больше действительного, так как в него входят величины последовательно включенных сопротивлений жил кабеля. Это обстоятельство учитывает коэффициент К, который зависит от отношения сопротивления жилы кабеля к сопротивлению изоляции R_кз/ R_хх.

Поправочный коэффициент К, учитывающий эти обстоятельства и зависящий от соотношений R_кз/ R_хх, приведен в таблице 6.

Таблица 4

R_кз/ R_хх	К	R_кз/ R_хх	К	R_кз/ R_хх	К
0,025	1,010	0,20	1,073	0,60	1,322
0,05	1,017	0,30	1,122	0,80	1,610
0,10	1,034	0,40	1,179	0,95	2,220

Определить:

погонное сопротивление изоляции R_из;

километрическое сопротивление проводов r_км ;

отношение r_км/R_из;

сравнить полученные результаты с нормами согласно таблице 4.

Исходные данные приведены в таблицах 5 и 6.

Таблица 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

Таблица 6

	Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
R_хх,Ом	4,2х 10³	3,8х 10³	3,9х 10³	4,6х 10³	4,1х 10³	4,0х 10³	3,9х 10³	3,8х 10³	4,0х 10³	4,1х 10³
R_кз,Ом	180	214	150	180	130	240	220	210	215	240

Методические указания к выполнению задачи 3

Километрическое сопротивление проводов r_км, определяется по формуле

, (1.10)

где l – длина линии (км);

t- температура на трассе линии (берется при точных измерениях по сведениям метеорологических станций как средняя из трех температур на станциях А и Б и где-то в пределах трассы).

Величина температурных коэффициентов (α) для меди α=0,0039.

Километрическое сопротивление изоляции, Ом.км для воздушных линий значительной длины также находятся с учетом величины коэффициента К.

R_из=( R_кз/ R_хх)l (1.11)

Порядок проведения расчета.

1. Определяем отношение R_кз/ R_хх.

2. По ближайшему значению отношения и коэффициента К согласно таблице 4, определяем величину коэффициента К, соответствующее рассчитанному значению R_кз/ R_хх

3. Определяем погонное сопротивление проводов r_км и сопротивление изоляции R_из

4. Рассчитываем отношение r_км/R_из и сравниваем с нормой согласно таблице 4.

2 Расчетно-графическая работа

Измерение параметров модулированных колебаний

В технике связи, радио- и телевизионного вещания применяются различные виды модуляции: амплитудная, частотная, фазовая, однополосная, импульсная и более сложные, например кодово-импульсная модуляции. Значение модулирующих частот зависит от характера связи или вещания: например, при радиотелефонной связи – 300…3400 Гц; при звуковом радиовещании первого класса качества – 40…10 000 Гц, при телевизионном вещании – 2…6,5·10⁶ Гц и т.д.

Колебания, модулированные по амплитуде, характеризуются коэффициентом модуляции , а модулируемые по частоте – индексом частотной модуляции . Все модулированные колебания характеризуются глубиной модуляции, равной отношению данного коэффициента или индекса модуляции к максимально возможному, принимаемому за 100-процентную модуляцию. При импульсной модуляции необходимо измерять параметры импульсов и их последовательностей.

Задача 1

Измерения при амплитудной модуляции.

1. Измерение осуществляется квадратичным вольтметром.

Измеренное значение напряжения равно действующему значению напряжения ; – коэффициент амплитудной модуляции.

Задание: рассчитать значение коэффициента амплитудной модуляции, для чего, с помощью вольтметра измерить действующее значение высокочастного немодулированного (несущей сигнала) и действующее значение высокочастотного модулированного колебания. При расчетах учитывать погрешность измерения .

Таблица 7. Исходные данные

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
	100	150	90	80	60	95	110	120	85	70
	140	165	130	140	120	150	200	180	150	140
	–5	+5	–5	+5	–5	+5	–5	+5	–5	+5

Примечание: вариант выбирается по последней цифре суммы трех последних цифр зачетной книжки. Например, 08М357: 3+5+7=15 – вариант 5.

Амплитудное значение несущего колебания

. (2.1)

Амплитудное значение модулированного колебания

. (2.2)

2. Метод выпрямления с помощью квадратичного вольтметра

Метод выпрямления применяется для измерения коэффициента модуляции в процессе эксплуатации. Сущность метода заключается в том, что высокочастотное модулированное колебание сначала детектируется, а затем измеряются его постоянная и переменная составляющие. Приборы, основанные на этом методе, называются измерителями модуляции. Их индикаторы обычно градуируются в процентах коэффициента модуляции , т.е. они являются прямопоказывающими приборами. В зависимости от применяемых индикаторов метод выпрямления осуществляется несколькими способами. Наиболее распространенными являются способ квадратичного вольтметра, способ пикового вольтметра и компенсационный (нулевой) способ.

Способ квадратичного вольтметра реализуется с помощью схемы (см. рисунок 2), в которую входит высокочастотный диодный детектор, нагруженный после фильтра высоких частот на два прибора. В результате линейного детектирования на нагрузке в точке А создается пульсирующее напряжение низкой частоты, совпадающее по форме с огибающей модулированного колебания; постоянная составляющая , соответствует среднему значению модулированного колебания, т.е. напряжению несущей частоты. Величина измеряется стрелочным прибором постоянного тока, защищенным дросселем от переменной составляющей. Переменное напряжение низкой частоты измеряется квадратичным вольтметром, показания которого соответствуют действующему значению напряжения низкой частоты: . Отсюда коэффициент модуляции равен

. (2.3)

Таблица 8

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
	100	80	60	90	50	40	85	75	85	95
	200	160	170	180	190	165	175	185	205	195

Рисунок 2 – Схема измерения модуляции методом выпрямления с помощью квадратичного вольтметра

Задача 2

Измерение при частотной модуляции

Системы с частотной модуляцией обладают высокой помехоустойчивостью, поэтому их применяют для высокочастотного радиовещания на ультразвуковых волнах, для передачи сигналов звукового сопровождения телевидения, в радиорелейных и спутниковых линиях связи, а также для передачи телеграфных и фототелеграфных сигналов.

Если модуляция производится одним синусоидальным тоном, то выражение для частотномодулированного колебания имеет вид

, (2.4)

где – амплитуда высокочастотного колебания;

;

– значение высокой (несущей) частоты до модуляции;

;

– частоты модулирующего напряжения;

– индекс частотной модуляции, определяемый из выражения

, (2.5)

где – отклонение высокой частоты при модуляции – девиация частоты.

Мгновенное значение частоты частотномодулированного сигнала будет .

Девиация частоты при модуляции пропорциональна только амплитуде модулирующего напряжения и не зависит от его частоты:

. (2.6)

На рисунке 2 приведен график частотномодулированного колебания, соответствующий выражению (2.4). Частота модулирующего колебания определяет скорость изменения мгновенного значения девиации , ( – максимальная девиация).

Рисунок 3 – График частотно-модулированного колебания

В практике радиоизмерений, особенно в условиях эксплуатации, определяется девиация частоты ; индекс частотной модуляции при модуляции одной частотой определяется по формуле (2.5). Для точных измерений частотно-модулированных колебаний при настройке передающих и калибровке измерительных устройств определяется индекс частотной модуляции , а по формуле (2.5) – девиация частоты .

Измерение девиации частоты

Наиболее просто девиацию частоты измерять методом частотного детектора. Сущность его состоит в том, что частотно-модулированные колебания преобразуются в амплитудно-модулированные, а затем детектируются амплитудным детектором, в результате чего получается напряжение, пропорциональное напряжению модулирующей частоты. Это напряжение измеряется пиковым вольтметром, включенным на выходе амплитудного детектора. Как следует из выражения (2.6), шкалу пикового вольтметра можно проградуировать непосредственно в единицах отклонения частоты – килогерцах. Частотно-модулированные колебания преобразуются в колебания низкой частоты частотным детектором (см. рисунок 4), характеристика которого имеет вид S-образной кривой. Детали частотного детектора, в особенности колебательные контуры, должны быть особо высокого качества, так как малейшее изменение их параметров во времени вызывает значительную погрешность измерений.

Рисунок 4 – Схема частотного детектора

Блок-схема прибора для измерения девиации методом частотного детектора приведена на рисунке 4. Прибор представляет собой, по существу, калиброванный высокочастотный приемник частотно-модулированных колебаний с измерительными приборами для непосредственного считывания нужных величин. Модулированный сигнал преобразуется в промежуточную частоту, усиливается, ограничивается и поступает на частотный детектор, выходное напряжение которого пропорционально девиации частоты; результат детектирования проходит через фильтр нижних частот, усиливается и измеряется пиковым вольтметром. Шкала последнего проградуирована в единицах девиации – килогерцах. При помощи внутреннего калибратора проверяются частотный детектор и вся измерительная часть прибора. Погрешность измерения составляет .

Рисунок 5 – Блок-схема измерителя девиации частоты

Задание: определить действительное значение девиации частоты, учитывая погрешность измерения и показания пикового вольтметра, шкала которого проградуирована в единицах девиации – килогерцах.

Например, на РРЛ с частотным уплотнением многоканальное сообщение передается с помощью частотной модуляции передатчика. Для осуществления соединения РРЛ необходимо чтобы девиация частоты была одинакова, т.е для различного числа каналов МККР указывает величину эффективной девиации частоты. При этом измерительный уровень и .

Обычно определяют верхний предел средней мощности многоканального сообщения и рассчитывают эффективную величину девиации частоты.

Таблица 9 – Эффективное значение девиации частоты на канал , кГц

Максимальное число каналов, N	Эффективное значение девиации частоты , кГц
12, 24	35
60, 120	50, 100, 200
240, 300, 600, 960	200
1260	140, 200
1800, 1920	140
2700	140, 100

Загрузка одного телефонного канала с уровнем создает эффективную девиацию частоты на один канал

Например, эффективная величина девиации частоты приходящаяся на один канал, при 240>N>100 .

Задание: рассчитать эффективную девиацию частоты и сравнить с измеренным значением с учетом погрешности измерений.

Таблица 10

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Число каналов, N	12	24	120	240	60	300	960	600	1260	960
Измеренное , кГц	105	114	60	210	105	205	210	190	150	205
Погрешность, %	+5	–10	+8	+6	–9	–6	+10	+7	–7	–8

При сравнении измеренной величины с учетом погрешности с расчетной сделать вывод о соответствии рекомендациям МККР.

Ход выполнения расчета

1. Определение индекса частотной модуляции

2. Исходя из таблиц 3 и 4 определяется эффективная девиация частоты на один канал и рассчитывается индекс частотной модуляции по формуле 2.2, в которой .

3. Используя коэффициенты функции Бесселя первого рода и полученное значение индекса модуляции, строится спектр ЧМ сигнала одного канала.

Рисунок 6 – Графики функции Бесселя первого рода

Например,

для N=2700 и :

, .

Коэффициенты Бесселя для :

Рисунок 7 – Спектр ЧМ сигнала одного канала

3 Расчетно-графическая работа

Методы контроля характеристик 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.

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 8 – 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 согласовывает работу ГИ и УО, синхронизируя запуск генератора развертки импульсами ГИ. БУМО создает возможность наблюдения рефлектограммы полностью или по фрагментам (масштабирование). Также БУМО обеспечивает регистрацию и занесение в память реализаций зависимостей мощности обратного рассеяния от времени и их усреднение. При этом, на УО либо последовательно выводятся регистрируемые реализации характеристики обратного рассеяния (режим «реального времени»), либо, после заданного числа усреднений (времени усреднения), - усредненная рефлектограмма.

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

Можно специальными приемами увеличить диапазон измеряемого затухания ВОЛС рефлектометром до 15…30 дБ. Но при этом нужно использовать сложные зондирующие сигналы или проводить дискретизацию и накопление сигналов ПОР. Это приводит к возрастанию времени измерения до нескольких минут.

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

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 9 приведены типичные формы осциллограмм потока обратного рассеяния.

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

Рисунок 9 – 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.

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

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

;

z измеряется в км.

Задача 1

Требуется построить рефлектограмму идеального ОВ, учитывая, что в конце световода скачок мощности , характеризующий отражение.

Таблица 11

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	9	13	11	16	14	8	9,5
α_п, дБ	0,1	0,2	0,2	0,3	0,1	0,2	0,1	0,1	0,5	0,4
α_р, дБ	0,2	0,3	0,2	0,25	0,2	0,3	0,2	0,2	0,3	0,2

Примечание. Вариант выбирается как сумма последних двух цифр зачетной книжки. Например, номер зачетной книжки 2М372. Вариант равен 9+2=11, значит 1 вариант

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

Пример. Р₀=90 дБ, z=20 км, α_п=0,1 дБ, α_р=0,2 дБ.

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

Рисунок 10 – Рефлектограмма идеального ОВ

Задача 2

2.1.Требуется построить рефлектограмму реального световода (неоднородного).

Рефлектрограмма реального ОВ строится согласно типичной форме осциллограммы ПОР (см. рисунок 10) по данным таблицы 12. На однородных участках интенсивность ПОР уменьшается по экспоненте (параллельно рефлектограмме идеального световода).

Таблица 12

Участок световода		Однородный участок	Дефект в световоде	Примеси в световоде	Конец световода	Несогласованный разъем	Сварка световода с разными ПОР
Варианты	Р₀, дБ	Однородный участок	Дефект в световоде	Примеси в световоде	Конец световода	Несогласованный разъем	Сварка световода с разными ПОР
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	40	0…3 3,1…4 4,2…6	4…4,2	3…3,1	8,9	6,1	7–

Окончание таблицы 12

Участок световода		Однородный участок	Дефект в световоде	Примеси в световоде	Конец световода	Несогласованный разъем	Сварка световода с разными ПОР
Варианты	Р₀, дБ	Однородный участок	Дефект в световоде	Примеси в световоде	Конец световода	Несогласованный разъем	Сварка световода с разными ПОР
5	30	0…5 5,2…7 7,1…8,5	5…5,2	7…7,1	12,9	8,5	9+
6	45	0…7 7,2…9 9,3…11	7…7,2	9…9,1	10,9	8,2	10–
7	55	0…3 3,2…8 8,1…12,2	3…3,2	8…8,1	15,9	12,2	13+
8	35	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–

Примечание: 1) вариант выбирается по последней цифре зачетной книжки; 2) цифры показывают длину световода от начала (км); 3) 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.

Пример. 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 11 – Рефлектограмма реального световода

2.2. Требуется определить километрическое затухание для идеального и реального световода.

Пример.

2.3. Определить инструментальную погрешность отсчета по осциллограмме уровней измеряемого потока рассеяния (0,1…0,3 дБ).

Пример.

Список литературы

1. Бакланов И.Г. Методы измерения в системах связи. – М.: Изд-во «ЭКО-Трендз», 2004, 195 с.

2. ОСТ 45.190 – 2001 Системы передачи волоконно-оптические. Стыки оптические. Термины и определения. – М.: Издание официальное, ЦНТИ «Информсвязь», 2004. – 14 с.

3. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: САЙРУС СИСТЕМС, 2003. – 671с.

4. Оптические системы передачи: Учебник для вузов / Б.В. Скворцов, В.И. Иванов, В.В. Крухмалев, В.Б. Витевский, А.И. Сазер, В.П. Ильичев; под. ред. В.И. Иванова. – М.: Радио и связь. – 2004. – 224 с.

5. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 2005. – 504 с.

6. Стариков Н.С. Q-фактор: новый подход к анализу качества цифровых систем передачи // Метрология и измерительная техника в связи. – 2008. – №5. – стр. 17-18.

7. А.В. Листвин, В.Н. Листвин, Д.В. Швырков. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАарт, 2003. – 288 с., ил.

8. Гринфилд Д. Оптические сети. – К.: ООО «ТИД «ДС»», 2002. – 256 с.

9. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых сетей связи. – М.: Радио и Связь, 2004. – 468 с.

10. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: Эко-Трендз, 2004. – 267 с.

11. Скляров О.К. Современные системы передачи, аппаратура и элементы. – М.: СОЛОН-Р., 2005. – 237 с.

12. Воронцов А.С., Гурин О.И., Мифтяхетдинов С.Х., Никольский К.К., Питерских С.Э. Оптические кабели связи российского производства. Справочник. – М.: Эко-Трендз, 2006. – 288 с.

13. Стерлинг Дж. Волоконная оптика: Пер. с англ.–М.: Лори, 2006. – 288 с.

14. Бурдин В.А. Основы моделирования кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи. – М.: Радио и Связь, 2005. – 308 с.

Содержание

Введение 3

1 Расчетно-графическая работа 4

Задача 1 4

Методические указания к выполнению задачи 1 4

Задача 2 5

Методические указания к выполнению задачи 2 6

Задача 3 7

Методические указания к выполнению задачи 3 8

2 Расчетно-графическая работа 9

Задача 1 9

Задача 2 11

3 Расчетно-графическая работа 17

Задача 1 20

Задача 2 21

Список литературы 25