Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра Телекоммуникационных систем
СОВРЕМЕНННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Методические указания к выполнению
расчетно-графических работ
для магистрантов специальности 6М071900–
Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2013
Составители: Барсегянц К.В., Самоделкина С.В. Современные методы измерений в телекоммуникационных системах. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2013 - 27 с.
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.
Ил. 11, табл .12, библиогр.16
Рецензент: канд.техн.наук, доцент Н.В.Сябина
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012 г.
© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.
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 «Современные методы 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.
Пояснительная записка должна включать в себя содержание, введение, цель каждой расчетно-графической работы, таблицу вариантов, основную расчетную часть, список литературы.
1 Измерение параметров сигналов в линиях связи
Цель: изучение и расчет параметров линий связи и определение их на соответствие нормам качества
В настоящее время существует множество методик контроля, включающих методики измерений, анализа и тестирования с целью установления соответствия контролируемого параметра норме. Эти методики охватывает вопросы измерений на интерфейсах системы передачи.
Качество выполняемых измерений во многом определяет работу устройств связи. Результаты измерений позволяют выявлять отклонения параметров аппаратуры связи от установленных норм и таким образом 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.
1.1 Измерение шумовых параметров приемных систем связи
Основное назначение измерительного генератора – воспроизведение сигналов, поступающих на вход исследуемого устройства в реальных рабочих условиях.
При проведении измерения коэффициента шума приемника с помощью генератора стандартных сигналов (ГСС) определить:
1) коэффициент шума Кш;
2) мощность шума на выходе приемника Рш вых;
3) мощность шума на входе приемника Рш вх;
4) отношение сигнал/шум на входе и выходе приемника (дБ).
Построить структурную схему измерения с указанием полученных величин.
Таблица 1.1 Исходные данные
|
Исход. данные |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Δfш , МГц |
1,0 |
0,5 |
0,8 |
0,9 |
1,1 |
0,9 |
0,81 |
0,9 |
1,2 |
1,0 |
|
Ес, мВ |
0,005 |
0,006 |
0,007 |
0,008 |
0,009 |
0,005 |
0,006 |
0,007 |
0,008 |
0,009 |
|
Rг, Ом |
75 |
50 |
60 |
75 |
75 |
55 |
70 |
90 |
100 |
80 |
|
ТΣ, К |
1000 |
1500 |
1600 |
1800 |
2000 |
1300 |
1600 |
1700 |
1900 |
2200 |
Примечание: Δfш, Ес выбирается по последней цифре зачетной книжки,
а ТΣ и Rг – по предпоследней.
1.2 Методические указания к выполнению задания 1.1
Измерительные генераторы предназначены для работы в линиях связи. Они обладают возможностью точной установки и регулировки выходных параметров колебаний (уровня напряжения или мощности, частоты, формы) в широких диапазонах, имеют высокую стабильность параметров и встроенные измерительные приборы, которые используются для контроля параметров и могут работать совместно с другими средствами измерений.
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 Кш.
, (1.1)
где Рс/Рш – отношение сигнал/шум,
G=Рс вых/Рс 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 Rг должно быть равно сопротивлению антенны, с которой работает данный приемник. С выхода ГСС подают регулируемую ЭДС Ес.
Вначале, при Ес=0, замеряют выходную мощность Р1, затем устанавливают ЭДС генератора такой величины, при которой мощность сигнала на выходе удваивается.
, (1.3)
где Rг – сопротивление антенны, Ом;
k –
постоянная Больцмана k =
;
ТΣ – шумовая температура приемника;
Δfш – шумовая полоса пропускания приемника.
Пример расчета.
При удвоении мощности на выходе приемника ГСС вырабатывает ЭДС Ес = 0, 025 мВ, при этом на входе приемника действует сопротивление Rг, равное 70 Ом. Величина входной мощности сигнала определяется по формуле Рс вх = Е с2/Rг, а выходная мощность Рс вых= 2 Рс вх.
Кш определяется по формуле (1.3), Рш вых – по формуле (1.2)
Рш вх=kTΣ Δfш (пкВт). (1.4)
1.3 Измерение переходных затуханий и защищенности кабельной цепи на ближнем и дальнем конце
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.
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.
Определить:
1) величину переходного затухания между трактами на передающем или приемном конце;
2) ожидаемое значение защищенности кабельной цепи на ближнем и дальнем конце одного усилительного участка;
3) сравнить с нормами.
Таблица 1.2 –Исходные данные
|
Параметры
|
Последняя цифра шифра зачетной книжки |
|||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
lмаг,км |
3000 |
3100 |
2800 |
2500 |
3080 |
3500 |
3200 |
3000 |
2800 |
2500 |
|
Uс,мВ |
28 |
33 |
39 |
42 |
29 |
35 |
41 |
50 |
45 |
38 |
|
Z1, Ом |
50 |
75 |
90 |
80 |
85 |
95 |
100 |
65 |
55 |
60 |
Таблица 1.3 – Исходные данные
|
Параметры
|
Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки |
|||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
lуу,км |
35 |
28 |
20,5 |
30 |
40 |
31 |
35 |
29 |
25 |
28 |
|
Uп б,мкВ |
11 |
14 |
15 |
16 |
16 |
17 |
14 |
15 |
16 |
18 |
|
Uп д,мкВ |
2,3 |
2,7 |
2,9 |
3,1 |
3,5 |
3,4 |
3,3 |
3,7 |
2,8 |
2,9 |
|
Z2 б,Ом |
60 |
50 |
55 |
75 |
70 |
85 |
65 |
80 |
90 |
75 |
|
Z2 д,Ом |
280 |
300 |
270 |
290 |
300 |
310 |
260 |
320 |
285 |
315 |
1.4 Методические указания к выполнению задания 1.3
При измерениях в технике связи необходимо контролировать не только изменения мощности передаваемых сигналов, но и мощности помех. Переходные токи помех, возникающие из-за паразитных связей между цепями, характеризуются переходными затуханиями между влияющей целью я цепью, подверженной влиянию, или, как говорят, защищенностью второй цепи от первой. Если обе цепи с обеих сторон нагружены согласованно, то cooтношение кажущейся мощности Р1 сигнала на входе влияющей цепи я кажущейся мощности Р2 переходных токов на входе (на той же станции) цепи, подверженной влиянию, характеризуется в децибелах величиной 10 lg P1/P2. Эта величина называется переходным затуханием на ближнем (передающем) конце. Таким же выражением определяется переходное затухание на дальнем приёмном конце: 10 lg P1/P2, но здесь в числителе та же кажущаяся мощность сигнала на входе влияющей цепи, а в знаменателе – величина кажущейся мощности переходных токов на дальнем (на другой станции), приёмном конце линии, подверженной влиянию. Чем больше переходное затухание, тем меньше переходной (мешающий) ток.
Величина переходного затухания между трактами на передающем или приемном конце определяется уравнением:
(дБ), (1.5)
где Рс – кажущаяся мощность сигнала на входе влияющего тракта;
Рп – 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 (lgРС
– lgРП), (1.6)
, (1.7)
где UC - напряжение полезного сигнала на ближнем или дальнем конце влияющего тракта , В;
UП- напряжение помехи на ближнем или дальнем конце тракта, подверженного влиянию, В;
Zпр- сопротивление нагрузки, равное волновому сопротивлению цепи.
Норма защищенности цепи на длине одного усилительного участка
, (1.8)
где N-число усилительных участков;
, (1.9)
где lмаг–длина магистрали;
ly.y - номинальная длина усилительного участка.
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.
1.5 Определения погонного сопротивления провода и сопротивления изоляции в кабельных линиях связи методом постоянного тока
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 Rкз/ Rхх.
Поправочный коэффициент К, учитывающий эти обстоятельства и зависящий от соотношений Rкз/ Rхх, приведен в таблице 1.6.
Определить:
1) погонное сопротивление изоляции Rиз;
2) километрическое сопротивление проводов rкм ;
3) отношение rкм/Rиз;
4) сравнить полученные результаты с нормами согласно таблице 1.6.
Таблица 1.4 – Исходные данные
|
|
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 1.5 – Исходные данные
|
|
Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки |
|||||||||
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
Rхх,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 |
|
Rкз,Ом |
180 |
214 |
150 |
180 |
130 |
240 |
220 |
210 |
215 |
240 |
Таблица 1.6 – Значение поправочного коэффициента
|
Rкз/ Rхх |
К |
Rкз/ Rхх |
К |
Rкз/ Rхх |
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 |
1.6 Методические указания к выполнению задания 1.5
При измерении на постоянном токе и наличии исправных проводов, которые можно использовать, расстояние до места заземления одного из проводов может быть найдено по схеме на рисунке 1.1, только заземление (через некоторое переходное сопротивление Rп) должно быть перенесено в некоторую точку на проводе, скажем R2.
Рисунок 1.1– Схема «Измерительный мост Муррея»
Показанный пунктиром резистор rдоб используется, когда повреждение весьма близко к «А» и уравновешивание моста затруднительно необходимостью поставить слишком большое соотношение сопротивлений ra и rb. Сопротивление rдоб. обычно порядка 10 – 100 Ом. Погрешность измерений вследствие существенной разницы между ra и rдоб возрастёт.
Указанные методы измерения lx содержат неопределённую погрешность, обусловленную предположением о постоянстве сопротивления Rп в месте повреждения и о достаточной его малости сравнительно с сопротивлением изоляции проводов Л1 и Л2. Если же величины соизмеримы, то точка включения генераторной диагонали моста в линию оказывается до известной степени неопределённой и условия равновесия, записанные выше, в некоторой степени нарушенными. Поэтому при возможности рекомендуется определить расстояние до места повреждения неоднократно, несколькими методами, с обеих станций, и судить об искомом расстоянии, сопоставляя результаты всех измерений.
Формулы, приведённые для определения величины lx, непригодны, если в качестве исправного провода использован провод, по качеству отличный от повреждённого, или если сам повреждённый провод между станциями А и Б неоднороден. В этих случаях расстояние lx нужно определять (исходя из найденного значения rx), имея в виду структуру образованного шлейфа. Кроме того, если имеется возможность использовать два любых исправных провода, то lx может быть найдено методами двух и трёх измерений.
Километрическое сопротивление проводов rкм, 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:
Rиз=( Rкз/ Rхх)l (1.11)
Порядок проведения расчета.
1 Определяем отношение Rкз/ Rхх.
2 По ближайшему значению отношения и коэффициента К согласно таблице 1.6, определяем величину коэффициента К, соответствующего рассчитанному значению Rкз/ Rхх.
3 Определяем погонное сопротивление проводов rкм и сопротивление изоляции Rиз.
4 Рассчитываем отношение rкм/Rиз и сравниваем с нормой согласно таблице 1.6.
2 Расчетно-графическая работа. Измерение параметров модулированных колебаний
Цель: изучение, расчет параметров модулированных сигналов и определение их соответствия нормам и рекомендациям МККР.
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 m, а модулируемые по частоте – индексом частотной модуляции mf. 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.
2.1 Измерения при амплитудной модуляции
Рассчитать значение коэффициента
амплитудной модуляции, для чего с помощью вольтметра измерить действующее
значение высокочастотного немодулированного (несущей сигнала) и действующее
значение высокочастотного модулированного колебания. При расчетах учитывать
погрешность измерения 
.
Таблица 2.1 – 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.
Таблица 2.2 – Исходные данные
|
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 |
2.2 Методические указания к выполнению задания 2.1
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 2.1), 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.
Рисунок 2.1 – Схема измерения модуляции методом выпрямления с помощью квадратичного вольтметра
Измеренное значение напряжения равно действующему значению напряжения
. (2.1)
Коэффициент амплитудной модуляции m вычисляется по формуле
. (2.2)
Амплитудное значение несущего колебания
. (2.3)
Амплитудное значение модулированного колебания
. (2.4)
Переменное напряжение низкой частоты
измеряется квадратичным вольтметром, показания которого соответствуют
действующему значению напряжения низкой частоты: 
.
Отсюда коэффициент модуляции равен
. (2.5)
2.3 Измерение при частотной модуляции
Определить действительное значение девиации частоты, учитывая погрешность измерения и показания пикового вольтметра, шкала которого проградуирована в единицах девиации – килогерцах.
Рассчитать эффективную девиацию частоты и сравнить с измеренным значением с учетом погрешности измерений.
Таблица 2.4 – Исходные данные
|
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 |
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.
2.3 Методические указания к выполнению задания 2.3
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 частотно-модулированного колебания имеет вид:
, (2.6)
где 
–
амплитуда высокочастотного колебания;
;
–
значение высокой (несущей) частоты до модуляции;
;
–
частоты модулирующего напряжения;
mf– индекс частотной модуляции, определяемый из выражения
, (2.7)
где 
–
отклонение высокой частоты при модуляции – девиация частоты.
Мгновенное значение частоты
частотно-модулированного сигнала будет 
.
Девиация частоты при модуляции пропорциональна только амплитуде модулирующего напряжения и не зависит от его частоты:
. (2.8)
На рисунке 2.2 приведен график
частотно-модулированного колебания, соответствующий выражению (2.6). Частота
модулирующего колебания определяет скорость изменения мгновенного значения
девиации 
, (
– максимальная
девиация).
Рисунок 2.2 – График частотно-модулированного колебания
В практике радиоизмерений, особенно в
условиях эксплуатации, определяется девиация частоты ;
индекс частотной модуляции при модуляции одной частотой определяется по формуле
(2.7). Для точных измерений частотно-модулированных колебаний при настройке
передающих и калибровке измерительных устройств определяется индекс частотной
модуляции 
, а по формуле (2.7) – 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 2.3), 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 2.3 – Схема частотного детектора
Блок-схема прибора для измерения
девиации методом частотного детектора приведена на рисунке 2.4. 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 2.4 – Блок-схема измерителя девиации частоты
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 (см.таблицу 2.3).
Таблица 2.3 –
Эффективное значение девиации частоты на канал 
, кГц
|
Максимальное число каналов, N |
Эффективное значение девиации
частоты |
|
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 
.
1 Определение индекса частотной модуляции по формуле 2.7
2 Исходя из таблиц 2.3 и 2.4,
определяется эффективная девиация частоты на один канал и рассчитывается индекс
частотной модуляции по формуле 2.4, в которой 
.
3 Используя коэффициенты функции Бесселя первого рода (см. рисунок 2.5) и полученное значение индекса модуляции, строится спектр ЧМ сигнала одного канала.
Рисунок 2.5 – Графики функции Бесселя первого рода
Например, для N=2700 и 
:
;
.
Коэффициенты
Бесселя для 
:
Рисунок 2.6 – Спектр ЧМ сигнала одного канал
3 Методы контроля характеристик оптических кабелей
Цель: изучить методы расчета и построения рефлектограмм и глаз-диаграмм оптических линий связи, научиться определять качество сигнала по приведенным характеристикам.
3.1 Постановка задачи
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.
1 Требуется построить рефлектограмму идеального ОВ,
учитывая, что в конце световода скачок мощности 
,
характеризующий отражение.
2 Построить рефлектограмму реального световода (неоднородного).
3 Определить километрическое затухание для идеального и реального световода.
4 Определить инструментальную погрешность отсчета по осциллограмме уровней измеряемого потока рассеяния (0,1…0,3 дБ).
Таблица 3.1 – Исходные данные для построения рефлектограммы реального световода
|
Участок световода |
Однород-ный участок |
Дефект в световоде |
Примеси в световоде |
Конец световода |
Несогла-сованный разъем |
Сварка световода с разными ПОР |
|
|
Вариан-ты |
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 |
40 |
0…3 3,1…4 4,2…6 |
4…4,2 |
3…3,1 |
8,9 |
6,1 |
7– |
|
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.
Таблица 3.2 – Исходные данные для построения рефлектограммы идеального световода
|
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 |
|
αn, дБ |
0,5 |
0,48 |
0,49 |
0,43 |
0,44 |
0,43 |
0,42 |
0,5 |
0,5 |
0,45 |
|
αр, дБ |
0,027 |
0,22 |
0,2 |
0,21 |
0,31 |
0,2 |
0,21 |
0,24 |
0,21 |
0,21 |
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.
3.2 Методические указания для выполнения задания 3
Метод применяется в работе рефлектометра (см. рисунок 3.1).
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.
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 3.1 – Структурная схема рефлектометра
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.
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 3.2 приведены типичные формы осциллограмм потока 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.
Кривые: а – идеальное ОВ, б – реальное ОВ.
Рисунок 3.2 – Типичные формы осциллограмм обратного рассеяния
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.
Рассеянный световой импульс, распространяющийся по ОВ, затухает по экспоненциальному закону
,
(3.1)
где 
– коэффициент
затухания, определяемый поглощением;
– коэффициент
затухания, определяемый рассеиванием света;
z – расстояние точки измерения от начала ОВ;
Р0 – начальный уровень сигнала.
Для рефлектограммы идеального ОВ, дБ:
, (3.2)
где Р0 – мощность светового потока в начале волокна, дБ;
; 
;
z измеряется в км.
Например, Р0=90 дБ, z=20 км, αп=0,1 дБ, αр=0,2 дБ.
|
zi, км |
0 |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
|
P(z), дБ |
90 |
84,8 |
79,6 |
74,4 |
69,2 |
64 |
Рисунок 3.3 – Рефлектограмма идеального ОВ
Рефлектрограмма реального ОВ строится согласно типичной форме осциллограммы ПОР (см. рисунок 3.3) по данным таблицы 3.1. На однородных участках интенсивность ПОР уменьшается по экспоненте (параллельно рефлектограмме идеального световода).
Километрическое затухание для идеального и реального световода определяется соотношением
(3.3)
Инструментальная погрешность отсчета по осциллограмме уровней измеряемого потока рассеяния (0,1…0,3 дБ) определяется по формуле:
. (3.4)
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 3.4 – Рефлектограмма реального световода
Определяем километрическое затухание для идеального и реального световода
,
.
Инструментальная погрешность отсчета по осциллограмме уровней измеряемого потока рассеяния:
что соответствует норме 0,1…0,3 дБ.
Список литературы
1. Бакланов И.Г. Методы измерения в системах связи. – М.: Изд-во «ЭКО-Трендз», 2008. – 195 с.
2. ОСТ 45.190 – 2001 Системы передачи волоконно-оптические. Стыки оптические. Термины и определения. – М.: Издание официальное, ЦНТИ «Информсвязь», 2009. – 14 с.
3. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: САЙРУС СИСТЕМС, 2009. – 671 с.
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. 2007. – 224 с.
5. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 2010. – 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. Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В.. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАарт, 2009. – 288 с., ил.
8. Гринфилд Д. Оптические сети. – К.: ООО «ТИД «ДС»», 2011. – 256 с.
9. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых сетей связи. – М.: Радио и Связь, 2011. – 468 с.
10. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: Эко-Трендз, 2009. – 267 с.
11. Скляров О.К. Современные системы передачи, аппаратура и элементы. – М.: СОЛОН-Р., 2012. – 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, 2011. – 288 с.
13. Стерлинг Дж. Волоконная оптика: Пер. с англ.–М.: Лори, 2011. – 288 с.
14. Бурдин В.А. Основы моделирования кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи. – М.: Радио и Связь, 2007. – 308 с.
15. 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.- 26 с.
16. Самоделкина С.В., Барсегянц К.В. Методы и средства измерения в телекоммуникационных системах. Конспект лекций для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2011 – 72 с.
Содержание
|
Введение |
3 |
|
1 Измерение параметров сигналов в линиях связи |
4 |
|
1.1 Измерение шумовых параметров приемных систем связи |
4 |
|
1.2 Методические указания к выполнению задания 1.1 |
5 |
|
1.3 Измерение переходных затуханий и защищенности кабельной цепи на ближнем и дальнем конце |
6 |
|
1.4 Методические указания к выполнению задания 1.3 |
7 |
|
1.5 Определения погонного сопротивления провода и сопротивления изоляции в кабельных линиях связи методом постоянного тока |
8 |
|
1.6 Методические указания к выполнению задания 1.5 |
9 |
|
2 Измерение параметров модулированных колебаний |
11 |
|
2.1 Измерения при амплитудной модуляции |
11 |
|
2.2 Методические указания к выполнению задания 2.1 |
12 |
|
2.3 Измерение при частотной модуляции |
13 |
|
2.3 Методические указания к выполнению задания 2.3 |
13 |
|
3 Методы контроля характеристик оптических кабелей 3.1 Постановка задачи |
18 18 |
|
3.2 Методические указания для выполнения задания 3 |
20 |
|
Список литературы |
25 |
Св. план 2012., поз.153