ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті

Радиотехника, электроника және телекоммуникация кафедрасы

«Бекітемін»

АжТ институты директоры

__________________ Бейсембаев А.А

«___» _______________ 2011ж

А. Ж. Сагындикова

Г.С. Джобаалева

Телекоммуникация жүйесіндегі өлшеу әдістері мен құралдары

(5В071900 - радиотехника, электроника және телекоммуникация мамандығының студенттеріне)

зертханалық жұмысқа арналған әдістемелік нұсқау

Алматы 2011

Зертханалық жұмыс №1 Талшықты–оптикалық байланыс линияларының параметрлерін оптикалық рефлектометр көмегімен өлшеу.

Жұмыстың мақсаты: Талшықты–оптикалық байланыс жолдарындағы импульстік өлшеулер әдістемелігін үйрену, оптикалық рефлектометрлердің жұмыс принциптерімен танысу, оптикалық рефлектограммаларды тұрғызу және оқу дағдыларын игеру.

Әдістемелік нұсқау:

Оптикалық талшықта толық өшулікті анықтаудың ең жақсы жолы – бұл талшықтың бір шетіне белгілі деңгейдегі жарық сигналын беріп, содан соң басқа бұл сигнал басқа шеттен шыққанда оның деңгейін өлшеу. Децибеллмен өлшенген бұл екі деңгей арасындағы айырмашылық толық өшулік деп аталады.дәлме-дәл өлшеу үшін калибрленген жарық қайнар көзін немесе оптикалық ваттметрді пайдаланған жөн. Бірақ жарық көзімен және оптикалық ваттметрмен өлшеген кезде, өшулік талшықтың ұзындығының бойымен күшті болатындығын немесе ол бір «әлсіз» орында орнатылғаны ма екенін анықтауға болмайды. Оптикалық рефлектометрмен жұмыс істеген кезде «қашықтыққа тәуелді сигнал деңгейі» графигі алынады, бұл талшықтағы ақаулықтардың пайда болу орнын анықтауға қажет.

Оптикалық рефлектометр – бұл электронды-оптикалық өлшеу құрылғысы, ол оптикалық талшықтардың сипаттамасын анықтау үшін қолданылады. Ол дефекттер мен ақаулардың орнын анықтайды, оптикалық талшықтың кез келген нүктесінде сигналдың жоғалту деңгейін өлшейді. Оптикалық рефлектометрмен жұмыс істеу үшін тек қана талшықтың бір шетіне қатынаудың болғаны жеткілікті.

Оптикалық рефлектометр талшық ұзындығының бойы бойынша мыңдаған өлшеулер жүргізеді. Өлшеу нәтижелері бар нүктелер бір-бірімен 0,5 м-ден 16 м-ге дейінгі қашықтықта жатады. Бұл нүктелер экранға шығарылып оңнан солға қарай және жоғарыдан төменге жүретін көлбеу сызықты қарайды. Графиктің горизонталь осі бойынша қашықтық, ал вертикаль осі бойынша сигнал деңгейі жатады. Жылжымалы курсор көмегімен нәтижесі бар кез келген екі нүктені таңдап, олардың арасындағы қашықтықты және бұл нүктелердегі сигнал деңгейлерінің айырмашылығын анықтауға болады.

Оптикалық рефлектометрді қолдану тәсілдері

Оптикалық рефлектометр келесі мақсаттар үшін қолданылады:

- дабылда талшықты тексеру және оның техникалық сипаттамасын растау үшін, талшықтық жнліні қабылдау және оны қатарға енгізу үшін, толық жоғалтуларын өлшеу үшін;

- монтаж, құрылыс және жөндеу жұмыстары кезінде механикалық және пісірілген қосылыстарда (оптикалық талшықтың қосылу жерінде) жоғалтуларды өлшеу;

- шағылысуды және оптикалық ағытпалардағы және механикалық қосылыстардағы оптикалық жоғалтуларды өлшеу;

- талшықтардың үзілген орнын және дефектілерін анықтау;

- талшықтардың сипаттамасын алдын-ала жүргізілген тестілеудің бекітілген нәтижелерімен салыстыра отырып, олардың сапасының біртіндеп немесе кенет бұзылуын анықтау.

Оптикалық рефлектометр қалай жұмыс істейді

Оптикалық талшықтық сипаттамаларын өлшеу үшін релеевтік шашырау мен Френель шағылысу құбылыстарын қарастырамыз. Талшыққа жарық импульсін жіберіп және оның таралу уақытын, талшық ішіндегі нүктелерден шағылысу қарқындылығын өлшеп рефлектометр дисплей экранына «қашықтыққа тәуелді шағылысқан сигнал деңгейі» рефлектограммасын шығарады.

Оптикалық рефлектометр лазерлік жарық көзінен, оптикалық өлшегіштен, тармақтаушыдан, дисплейден және контроллерден тұрады. Лазер контроллер командасы бойынша жарық мипульстерін жібереді. өлшеудің әр түрлі жағдайларында әр түрлі импульс ұзақтықтарын таңдауға болады. Жарық тармақтаушы арқылы өтіп тексерілетін талшыққа кіреді. Тармақтаушының үш порты бар – біреуі жарық көзі үшін, біреуі тексерілетін талшық үшін және тағы біреуі өлшегіш үшін. Тармақтаушы – бұл жарыққа тек белгілі бағытта таралуға мүмкіндік беретін құрылғы,яғни лазерлік көзден тексерілетін талшыққа және тексерілетін талшықтан өлшегішке. Жарық қайнар көзден өлшегішке тікелей өте алмайды. Осылай, импульстер жарық көзінен тексерілетін талшыққа бағытталады.

Өлшегіш – бұл тексерілетін талшықтан келетін жарық қуатының деңгейін өлшейтін фотоқабылдағыш. Ол оптикалық сәулені сәйкесдеңгейдегі элетрлік сигналдарға түрлендіреді – неғұрлым оптикалық сәленің қуаты үлкен болса, соғұрлым электрлік сигналдар деңгейі жоғары. өлшегіш құрамына электрлік сигналдың деңгейін жоғарлату үшін электрлік күшейткіш кіреді.

Френель шағылысуы кері шашыраудан 40000 есе күшті. Мұндай шаманы өлшегіш өлшей алмайды – ол артық жүктеуге және қанығуға әкеліп соқтырады. Сондықтан электрлік сигнал өлшегіштің шығыс қуатының максималды деңгейіне жеткенде «қиылып» тасталынады. Тексеруші импульс талшық шетіне жеткенде бұл өлшегіштің импульстің аяқталуына дейін «соқырлануына» әкеледі. Бұл «соқыр» периоды өлі аймақ деп аталады.

Контроллер – бұл оптикалық рефлектометрдің миы. Ол лазерге қашан импульсті жіберу керектігін айтады, өлшегіштен қуат деңгейлері жөнінде мәліметтер алады, талшықтағы шашырау және шағылысу нүктелеріне дейінгі қашықтықты есептейді; онда өлшеулердің жеке нүктелері сақталады, ақпаратты дисплейге жібереді.

Контроллер блогының негізгі бөліктерінің бірі өте дәл синхронизация сұлбасы болып табылады, ол лазерге импульсті қашан жіберу керек екенін айтады, өлшегіштен қуат деңгейлері жөнінде мәліметтер алады, талшықта шашырау және шағылысу нүктелеріне дейінгі қашықтықты есептейді, мұнда өлшеудің жеке нүктелері сақталады, ол ақпаратты дисплейге жібереді.

Тапсырма 1.

Келесі шарттар бойынша оптикалық–талшықты байланыс жүйесінің рефлектограммасын схемалық түрде құрамыз:

1-сурет. Оптикалық–талшықты байланыс жүйесінің рефлектограммасы

• А және В нүктелерінің аралығында талшықтың бүгілуі байқалады, мысалы, А=35 км;

• В және С нүктелерінің аралығында байланыстырушы муфта орналасқан. В=12 км;

• С және Д нүктелерінің аралығында бұзылған сызат бар.С=16 км;

• Д және Е нүктелерінің аралығында талшықтың бүгілуі байқалады. Д=15 км, Е=17 км;

• Жол аяғында үзіліс (обрыв).

Тапсырма 2.

Оптика–талшықты байланыс жолының параметрлерінің оптикалық рефлектометр көмегімен алынған мәліметтер арқылы есептейміз. Мысалы,

α1=0.22 дБ, α2=0.14 дБ, α3=0.23 дБ, α4=0.19 дБ, αов=0.14 дБ, αбв=0.78 дБ;

l1=5.3км, l2=8.1 км, L=18км, Pа=28 км;

Есептеу теңдеулері:

αтол= L* αов+ α1+α2+α3+α4

αАВ= l1* αов+ α1

αВС=(αбв- α2) / αов

αАЕ=( α2* αов+ α3+ α4)/l2

Тапсырма 3.

Оптикалық талшық ұзындығын табамыз.

L=c*t/n

L=n0*L0/n1

dL=L-L0

γ = dL/L0

1.1-кесте

Тапсырма бойынша нұсқалар

Нұсқа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
А, км	33	30	27	37	36	38	35	29	34	30	25	34	38	41	40
В, км	11	8	10	9	15	13	12	6	12	11	8	9	10	13	17
С, км	17	15	12	14	18	19	16	11	17	18	12	15	16	19	21
D, км	11	12	8	10	13	12	15	13	9	9	8	12	14	12	11
Е, км	11	10	9	15	14	13	17	12	14	10	11	15	18	17	13
α1, дБ	0,25	0,23	0,20	0,19	0,26	0,24	0,22	0,18	0,21	0,22	0,19	0,18	0,23	0,20	0,22
α2, дБ	0,09	0,11	0,12	0,1	0,08	0,15	0,14	0,13	0,09	0,11	0,16	0,08	0,1	0,11	0,12
α3, дБ	0,17	0,21	0,20	0,19	0,18	0,22	0,23	0,16	0,24	0,17	0,21	0,23	0,19	0,24	0,20
α4, дБ	0,14	0,27	0,15	0,16	0,20	0,21	0,19	0,22	0,24	0,13	0,26	0,21	0,24	0,19	0,22
αОВ, дБ/км	0,17	0,16	0,19	0,15	0,18	0,19	0,14	0,2	0,13	0,15	0,17	0,19	0,21	0,16	0,14
αБ-В, дБ	0,87	0,73	0,98	0,93	1,07	1,33	0,78	1,13	0,69	1,03	1,50	1,16	1,21	1,20	1,00
l1, км	7	9	6,5	8,3	5	8	5,3	8,5	7,5	7,9	8,2	6,1	6,7	7,7	6,8
l2, км	8,4	9,1	9	10,2	7,5	11,8	8,1	8,5	7,9	10	9,9	8,2	8	9,5	8,9
L, км	20	22	20	24	18	26	18	22	20	24	26	20	20	24	22
PА, км	30	28	32	30	34	32	28	34	34	28	30	32	28	32	30
оқиға 1	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т
оқиға 2	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И
оқиға 3	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М
оқиға 4	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т
t, нс	24	31	26	19	20	25	28	33	24	29	22	30	24	27	26
n	1,47	1,46	1,45	1,47	1,46	1,45	1,47	1,46	1,45	1,47	1,46	1,45	1,47	1,46	1,45
n1	1,48	1,44	1,46	1,45	1,47	1,48	1,44	1,45	1,47	1,43	1,45	1,44	1,46	1,44	1,47
n0	1,47	1,46	1,45	1,47	1,46	1,45	1,47	1,46	1,45	1,47	1,46	1,45	1,47	1,46	1,45
L0, км	50	62	71	28	46	53	81	33	48	61	53	42	71	64	55

Тапсырма 4.

Берілген Q-факторы мәні бойынша биттік қате коэффицентін ( 1-11) формуласы бойынша есептеу керек.

BER(Q)=1/2erfc( ) _(1.1)

Тапсырма 5.

Алдынала сигналдың деңгейінің берілген мәнін есептей және (1-9) формуласы бойынша Q-фактор мәннің орташаквадраттық ауытқуын есептеп биттік қате коэффицентін ( 1-11) формуласы бойынша есептеу керек.

Q= _(1.2)

Тапсырма 6.

Қабылданатын CL сигналдың сенімділік деңгейінің берілген мәні бойынша сигналдың талаб етілген берілетін бит санын 2-статьядағы формула бойынша тізбекте қате болмағанда есептеу керек.

1.2-кесте

Сигналдың сенімділік деңгейі бойынша нұсқаулар

Нұсқа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Q , дб	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
	24	33	17	42	31	28	19	21	14	17	40	30	35	22	29
	11	17	3	25	22	17	10	9	5	11	27	20	14	10	19
	0.7	0.5	0.4	0.11	0.15	0.9	0.2	0.5	0.3	0.9	0.14	0.8	0.7	0.5	0.9
	0.4	0.9	0.2	0.1	0.09	0.2	0.12	0.8	0.6	0.9	0.7	0.5	0.1	0.8	0.4
CL, %	75	82	79	89	91	90	88	96	85	99	85	84	92	93	97

Бақылау сұрақтары:

1. Оптикалық рефлектометрдің жұмыс істеу принципі

2. Рефлектометрдің негізгі функционалды түйіндері

3. Релеевтік шашырау дегеніміз не?

4. Френелевтік шағылысу дегеніміз не?

5. Рефлектометрлік өлшеулердің параметрлері

Қолданылатын әдебиеттер тізімі:

1. Қ.И.Сәтбаев атындағы ҚазҰТУ 050719 «Радиотехника, электроника және телекоммуникация» мамандығына студенттеріне арналған «Телекоммуникация жүйесіндегі өлшеу әдістері мен құралдары» пәнінің оқу-әдістемелік кешені.

2. Бакланов И.Г. Технология измерений в современных телекоммуникациях. – М; Эко- Тренз, 1997.

3. Контроль качества в телекоммуникационных системах связи. Под редакцией Иванова А.Б. Компания САЙРУС Системс, 2001.

4. Интернет.

5. №1-статья – “EDFA негізіндегі ұзақ ВОЛС” (Р.Р.Убайдулллаев , Lightwave Russian Edition , №1 2003).

6. №2-статья –“ Қате коэффицентін өлшеу ерекшеліктері” (Д . Редд, Lightwave Russian Edition , №1 2005 ).