МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева

Институт автоматики и телекоммуникации

Кафедра Радиотехники, электроники и телекоммуникации

«Утверждаю»

Директор ИАиТ

______________Бейсембаев А.А

«___» __________ 2001

Методические указания по выполнению лабораторной работы студента

по дисциплине

«Методы и средства измернеия в телекоммуникационных системах»

050719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2011

Лабораторная работа №1

Измерение параметров волоконно-оптических линий связи

с помощью оптических рефлектометров

Измерение коэффициента ошибок в каналах

волоконно-оптических линий связи

Цель работы:

изучить методику импульсных измерений в волоконно-оптических линиях связи, ознакомиться с принципами работы оптических рефлектометров, приобрести навыки построения и чтения оптических рефлектограмм, изучить методику измерений коэффициента ошибок в каналах волоконно-оптических линий связи.

Задание №1

Схематически построить рефлектограмму волоконно-оптической линии связи по следующим условиям:

- длина измеряемого участка – А;

- на расстоянии В и С от начала участка находятся соединительные муфты (механическое соединение волокон);

- на расстоянии D от первой муфты наблюдается сильный изгиб волокна;

- на расстоянии Е от второй муфты волокно повреждено (имеется трещина);

- на конце линии обрыв.

Рефлектограмма должна быть выполнена с выполнением пропорций, с указанием расстояний, контрольных точек, событий.

Задание №2

Рассчитать параметры волоконно-оптической линии связи по данным, полученным с помощью оптического рефлектометра:

Рисунок.1.1.

Известные параметры линии:

- длина линии L;

- начальный уровень сигнала (в точке А) P_A;

- собственное затухание волокна α_ОВ;

- потери на событии 1 α₁;

- потери на событии 2 α₂;

- потери на событии 3 α₃;

- потери на событии 4 α₄.

Перечень вычислений:

- рассчитать общие потери энергии сигнала во всей линии;

- рассчитать общие потери энергии сигнала на участке АБ длиной l₁, содержащем событие 1;

- рассчитать длину участка БВ, содержащем событие 2, если общие потери на этом участке составляют α_БВ;

- рассчитать средние потери энергии сигнала на участке ВГ длиной l₂, содержащем события 3 и 4.

По результатам расчетов построить правильнуюрефлектограмму линии с указанием расстояний, контрольных точек, уровней сигнала, типов событий. Проверить соответствие всех параметров линии друг другу.

Геометрические размеры событий пренебрежимо малы. Все расчеты потерь производить с учетом собственного затухания волокна и потерь на событиях.

Задание №3

Вычислить длину оптического волокна (оптический путь сигнала в волокне) в линии двумя способами и найти абсолютную и относительную погрешность расчета во втором случае.

Способ 1: L = (t*c)/(2*n).

Способ 2: L = n₀/n₁*L₀

Обозначения:

- L – измеренная длина;

- t – время распространения оптического импульса по оптическому волокну от разъема рефлектометра до конца волокна и обратно;

- c– скорость света в вакууме (3*10⁸ м/c);

- n – эффективный групповой показатель преломления оптического волокна;

- L₀ – истинная длина;

- n₁ – показатель преломления, установленный оператором;

- n₀ – истинный показатель преломления.

Таблица 1.1

Варианты по заданию

Вариант	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
Событие 1	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т
Событие 2	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И
Событие 3	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М	И	Т	М
Событие 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

Условные обозначения: М – муфта, И – изгиб, Т – трещина.

Задание №4

По заданному значению Q-фактора рассчитать значение коэффициента битовых ошибок по формуле (1 - 11).

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

Задание №5

Рассчитать значение коэффициента битовых ошибок по формуле (1 - 11), предварительно вычислив по заданным значениям уровней сигнала и среднеквадратичных отклонений значение Q-фактора по формуле (1 - 9).

Q= _(1.2)

Задание №6

По заданному значению уровня достоверности принимаемого сигнала CL рассчитать требуемое количество передаваемых битов сигнала по формуле в статье 2 в случае отсутствия ошибок в последовательностях.

Таблица 1.2

Варианты поуровня достоверности принимаемого сигнала

Вариант	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
μ1, дБ	24	33	17	42	31	28	19	21	14	17	40	30	35	22	29
μ0, дБ	11	17	3	25	22	17	10	9	5	11	27	20	14	10	19
σ1	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
σ0	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

Контрольныевопросы

1. Назначениеоптическогорефлектометра.

2. Принципыработыоптическогорефлектометра.

3. Основныефункциональныеузлырефлектометра.

4. Сутьрелеевскогорассеяния.

5. Сутьфренелевскогоотражения.

6. «Мертваязона» отражения.

7. Параметрырефлектометрическихизмерений.

8. Неотражающиесобытия.

9. Условноеобозначениенеотражающегособытия.

10. Отражающиесобытия.

11. Условноеобозначениеотражающегособытия.

12. Условноеобозначениеконцаволокна.

13. Измерение потерь между двумя точками по рефлектограмме.

14. Определение средних потерь на участке линии.

Список литературы:

брошюра «Оптические рефлектометры. Основные характеристики и принципы работы» (ТОО «Компания Оптиктелеком», 2005).

Статья №1 – «Протяженные ВОЛС на основе EDFA» (Р.Р.Убайдуллаев, LightwaveRussianEdition, №1 2003).

Статья №2 – «Особенности измерения коэффициента ошибок» (Д.Редд, LightwaveRussianEdition, №1 2005).

Лабораторная работа № 2 Джиттер в системах телекоммуникаций: основные понятия, методы и средства измерения

Цель: познакомиться с понятием джиттера, его характеристиками, получить сведения о методах и средствах измерения джиттера.

Джи́ттер (англ. jitter — дрожание) — нежелательные фазовые и/или частотные случайные отклонения передаваемого сигнала. Возникают вследствие нестабильности задающего генератора, изменений параметров линии передачи во времени и различной скорости распространения частотных составляющих одного и того же сигнала.

Интервальная единица (UI)

Интервальной единицей (UI, unitinterval) называют отрезок времени, обратно пропорциональный частоте следования данных. Этот термин часто используется при исследованиях джиттера.

Расстояние междумаксимальным и минимальным значениями джиттера называется амплитудой джиттера и измеряется в единичных интервалах (UnitInterval, UI). Один UI соответствует одному периоду тактовой частоты.

1 UI = 1/(число импульсов на фрейм * f) (2.1)

UI используется в нескольких спецификациях на джиттер в стандарте AES3.

Например, длина UI в секундах для частоты 96 кГц вполовину меньше, чем UI для 48 кГц. Требования по джиттеру для передачи и приема находятся в тех же пропорциях.

Межсимвольная интерференция

Рисунок 2.1. Межсимвольные помехи сигнала AES3 Черным цветом: 1-1-1 Серым цветом: 1-1-0 Синим цветом: 1-0-0 Голубым цветом: 0-1-0 Пунктирным синим: 0-0-0

На рис.2.1 показаны варианты сигнала формата AES3, с различными данными в первых трех битах, от 1-1-1 до 0-0-0. Данные закодированы по схеме, под названием двухфазная маркировка (bi-phasemark), также известная как манчестерский код или частотно-модулированное кодирование (Manchestercode, FM code), с обязательной сменой уровня перед каждым следующим битом и двукратной сменой уровня в случае "1".

Отношение сигнала к каждому отдельному боковому довеску, в дБ:

R_{singlesideband} = 20 log₁₀( Jω_i/4 ) [дБ] (2.2)

Таков результат воздействия синусоидальных компонент джиттера. Используя анализ Фурье, более сложные сигналы могут быть разложены на синусоидальные компоненты, к которым может быть применена эта формула.

Для удобства формулу можно преобразовать сложением уровней обеих боковых полос для вычисления суммарной ошибки и, используя rms значение уровня джиттераJ_n в наносекундах и частоты f_i в кГц, получаем:

R_{doublesideband} = 20 log₁₀( J_n f_i) - 104 дБ (2.3)

Рисунок 2.2. Спектр теста джиттера (J-test) после моделирования прохождения по кабелю

Это низкочастотное взаимное чередование в значениях 22 битов производит компоненты джиттера на 250 Гц и на нечетных гармониках этой частоты. Рис. спектра 2.2, полученный с помощью AudioPrecisionSystemTwo, иллюстрирует это (здесь используется 384-семпловая версия сигнала снизкой частотой 125 Гц). Межсимвольная интерференция вызвана моделированием прохождения сигнала по кабелю. Надо учитывать, что ось амплитуды на графике откалибрована в секундах rms. Тест производился на 48 кГц. Компонент на 125 Гц имеет амплитуду 19.91 нс. Амплитуда наблюдаемого джиттер в интерфейсе составила примерно 35 нс, показан график джиттера той части сигнала, где амплитуда имеет меньшее значение.

Джиттер - один из параметров оценки качества передачи цифрового сигнала.

Визуальное представление о величине джиттера дает рис.1.3.  

Рисунок 2.3. Джиттер при разных скоростях обмена для витой пары длиной 500 метров

На рисунке 8а приведена формула для расчета джиттера. Интервальной единицей называется промежуток времени, обратно пропорциональный частоте передачи данных. Максимальный временной сдвиг или амплитуда джиттера - это максимальное значение смещения по времени (обычно измеряется в наносекундах или пикосекундах). Большое значение джиттера может привести к потере битов и сбою в работе устройства, если ничего не принято для коррекции и устранения ошибок.

 

Рисунок 2.4. Джиттер (Jitter) и его измерение

Задание №1

Нужно определить интервальную единицу UI, а также сравнить результаты, полученные при разных частотах, если дано следующее: UI определяется как минимальный номинальный временной интервал в выбранной схеме кодирования. Для сигнала в стандарте AES3 при передаче данных частотой (дано по варианту) содержатся: 32 бита в субфрейме и 64 бита во фрейме, что дает 128 импульсов на фрейм после применения для кодирования двухфазной модуляции.

Таблица 2.1

Варианты к заданию №1

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
f1,кГц	36	23	56	42	34	37	67	49	53	31	45	78	57	32	47
f1,кГц	72	46	112	84	68	74	134	98	106	62	90	156	114	64	94

Задание №2

Построить график межсимвольной интерференции сигнала, если даны следующие данные по варианту

Таблица 2.2

Варианты к заданию №2

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1 сигнал	001	010	000	010	011	001	111	110	101	010	111	001	010	000	010
2 сигнал	110	100	101	111	000	010	001	010	111	100	001	010	111	101	100
3 сигнал	101	111	011	100	110	101	011	011	001	101	010	101	100	011	111

Задание №3

По рис.1.2 найти отношение сигнала к каждому отдельному боковому довеску по этой формуле:

R_{singlesideband} = 20 log₁₀( Jω_i/4 ) [дБ]

Для удобства формулу можно преобразовать сложением уровней обеих боковых полос для вычисления суммарной ошибки и, используя rms значение уровня джиттераJ_n в наносекундах и частоты f_i в кГц, получаем:

R_{doublesideband} = 20 log₁₀( J_n f_i) - 104 дБ

Таблица2.3

Варианты по спектру теста джиттера (J-test) после моделирования прохождения по кабелю

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
f,kHz	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

Задание №4

По варианту вычислить джиттер, построить его график, после начертить визуальное представление о величине джиттера при разных скоростях обмена для витой пары длиной 500 метров

Таблица 2.4

Варианты по джиттеру (Jitter) и его измерению

№	Макс. врем. сдвиг, нс	Интервальнаяединица	Скоростьсигнала
1	12	56	500
2	20	64	600
3	31	75	700
4	40	84	800
5	24	55	900
6	11	60	1000
7	23	89	1500
8	36	95	1600
9	15	78	1700
10	30	80	1800
11	14	96	1900
12	24	84	2000
13	40	100	2500
14	36	99	2600
15	23	95	3500

Контрольныевопросы:

1. Чтотакоеджиттер?

2. Классификация джиттера: виды и причина их появления

3. В чем отличие джиттера от вандера?

4. Чтотакоеинтервальнаяединица?

Список литературы:

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

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

3. Интернет.