Тестирование и диагностика в инфокоммуникационных системах и сетях

251

РЛС и радиоэлектронное противодействие

Производительность, точность и глубокий анализ характеристик РЛС и средств

РЭБ В современных условиях быстрого развития технологий радиолокации и

радиоэлектронного противодействия для разработки и изготовления специализированного электронного оборудования требуется применение самых передовых технологий и инструментов. Наше инновационное контрольно-измерительное оборудование снижает неопределенность в процессе проектирования и обеспечивает уверенность в качестве постоянно усложняющихся конструкций.

Рекомендуемые приборы и ПО Тестирование приемников/источников сигнала:

Генератор сигналов произвольной формы AWG5000 с ПО RFXpress®

Генератор сигналов произвольной формы AWG7000 с ПО RFXpress®

252

Генератор сигналов произвольной формы AWG70000 с ПО RFXpress®

Анализ передатчиков:

Анализаторы спектра серии RSA600C

Анализаторы спектра серии RSA5000

Осциллографы серии DPO7CCCCDX с ПО SignalVu™

Осциллографы серии DPO5CCC/7CCC с ПО SignalVu™

Генераторы сигналов

Представляя собой образец гибкости, генераторы сигналов Tektronix создают практически неограниченный диапазон стандартных и специальных сигналов - от синусоидальных и импульсных до идеальных и искаженных сигналов.

Анализатор спектра реального времени RSA5000A и B

253

Анализатор спектра реального времени среднего ценового диапазона серии

RSA5000 сочетает лучшие в своем классе РЧ характеристики (полоса пропускания до 110

МГц) с технологией DPX® 3-го поколения. Это обеспечивает достоверность измерений и функциональность, необходимые для повседневной работы, а также для требовательных измерений спектра с широким динамическим диапазоном.

Краткое руководство (печатное), руководство по применению, справочный файл с возможность распечатки, руководство по программированию (на компакт-диске), кабель питания, адаптер BNC-N, клавиатура USB, мышь USB, передняя крышка, гарантия 1 год

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

254

В учебном пособии представлен курс лекций, компьютерые лабораторные работы, копьютерный практикум и задание на самостоятельную работу студентов. Учебное пособие содержит пять глав и три приложения - Глава 1. Методы измерений в системах связи, Глава 2. Радиочастотные измерения, Глава 3. Измерения электрических кабелей, Глава 4. Измерения волоконно-оптических систем передачи , Глава 5. Метрология в NI LABVIEW,

Глава 8. Измерительная техника телекоммуникационных систем. ПРИЛОЖЕНИЯ: П1. Компьютерный практикум, П2. Компьютерные лабораторные работы, П3. Задание на самостоятельную работу.

Компьютерный практикум представлен тестированием и диагностикой модемов сотовых и спутниковых систем связи, а также CRC кодеков и кодеков на базе каскадных кодов. Компьютерные лабораторные работы представлены виртуальной измерительтной лабораторией, комплексом цифровой обработки сизналовы и тестированием и диагностикой иммитаторов системы мобильной связи WiMAX и цифровой системой спутникового телевидения DVB-S2. Задание на самостоятельную работу студентов представлено "Теорией погрешностей и обработки результатов измерений". Результаты самостоятельной работы обсуждаются на групповом семинаре.

ЛИТЕРАТУРА

1.Бакланов И.Г. Тестирование и диагностика систем связи. - М.: ЭкоТрендз,

2001. - 268 с.

2.Иванов А.Б., Засецкий А.В. Контроль качества в телекоммуникациях и связи. Часть1.- М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2001. – 375с.

3.Оптические волокна для линий связи / А.В. Листвин, В.Н. Листвин,

Д.В. Швырков. - М.: ЛЕСАРарт, 2003. - 288 с.

4.Рефлектометрия оптических волокон / А.В. Листвин, В.Н. Листвин.

-М.: ЛЕСАРарт,

2005. - 208 с.

5.Воронцов А.С., Гурин О.И., Мифтяхетдинов С.Х., Нокольский К.К., Питерских С.Э. Оптические кабели связи российского производства. Справочник. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 288 с.

6.Иоргачев Д.В., Бондаренко О.В. Волоконно-оптические кабели и линии связи. - М.: Эко-Трендз, 2002.

7.Гринфилд Девид. Оптические сети. - К.: ООО «ТИД ДС», 2002. – 256 с.

8.Семенов А.Б. Волоконные световоды для оптических кабелей СКС //

Фотон-Экспресс. - 2003. - №5(31). - стр. 22 - 26.

9.Семенов А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях. - М.:

255

КомпьютерПресс, 1998. - 302 с.

10.http://ni.com/russia

11.http://www.tektronix.ru

12.Модуляция, кодирование и моделирование в телекоммуникационных системах:

Учебное пособие / Голиков А. М. – 2016. 516 с. Режим доступа: https://edu.tusur.ru/training/publications/6088

13. Тестирование и диагностика в инфокоммуникационных системах: Сборник лабораторных работ / Голиков А. М. – 2012. 147 с. Режим доступа: https://edu.tusur.ru/training/publications/1126

14. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах:

Методические указания по практическим и семинарским занятиям / Голиков А. М.

– 2009. 83 с . Режим доступа: https://edu.tusur.ru/training/publications/1029

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ТЕСТИРОВАНИЕ И ДИАЛНОСТИКА ИКС

(КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРАКТИКУМ)

П1.1. Модемы сотовой связи FSK, MSK GMSK и численный анализ вероятности символьной ошибки с использованием ПО LabVIEW [12]

Частотная манипуляция (FSK)

Значениям «0» и «1» информационной последовательности соответствуют определённые частоты синусоидального сигнала при неизменной амплитуде. Частотная манипуляция весьма помехоустойчива, поскольку помехи телефонного канала искажают в основном амплитуду, а не частоту сигнала. Однако при частотной манипуляции неэкономно расходуется ресурс полосы частот телефонного канала. Поэтому этот вид модуляции применяется в низкоскоростных протоколах, позволяющих осуществлять связь по каналам с низким отношением сигнал/шум.

Существует также подвид этой модуляции GFSK. Принцип работы модулятора GFSK

похож на FSK, за исключением того, что сначала полоса импульсов (-1, 1) проходит через фильтр Гаусса для сглаживания, что обеспечивает уменьшения ширины его спектра, а уже после попадает в FSK. Фильтрация Гаусса — один из самых распространенных способов уменьшения ширины спектра.

На рисунке ниже приведен график двоичной бинарной последовательности нулей и единиц и, соответствующий ему, график частотно-манипулированного сигнала. Низкому

256

уровню бинарного двоичного сигнала соответствует частота 1 КГц, а высокому - частота 0,5

КГц несущего сигнала синусоидального типа.

Рис. П1.1. Частотная манипуляция В программной комплексе можно осуществить многопозиционную частотную

модуляцию (MFSK) задав в поле M-FSK нужный уровень от 2 до 64. В бинарной FSK

модуляции, т.е. при M=2, два двоичных числа представляются сигналами двух различных частот, расположенных около несущей. Бинарная частотная модуляция менее восприимчива к ошибкам, чем амплитудная модуляция.

Более эффективной, но и более подверженной ошибкам, является схема многочастотной модуляции (Multiple FSK - MFSK), в которой используется более двух частот. В этом случае каждая сигнальная посылка представляет более одного бита. Переданный сигнал MFSK (для одного периода передачи сигнальной посылки) можно определить следующим образом:

si Acos(2 fit), 1 i M

Здесь

fi fc (2i 1 M ) fd ,

где fc - несущая частота; fd - разностная частота; M - число различных сигнальных

посылок 2L ; L - количество битов на одну сигнальную посылку.

На рис. 1.24 представлен пример схемы MFSK с М=4. Входной поток битов кодируется

по два бита, после чего передается одна из четырех возможных двухбитовых комбинаций.

Для уменьшения занимаемой полосы частот в модуляторах сигналов с фазовой модуляцией применяют сглаживающие фильтры. Применение сглаживающих фильтров приводит к увеличению эффективности использования полосы, но в то же время из-за сглаживания уменьшается расстояние между соседними сигналами, что приводит к снижению помехоустойчивости.

257

Рис. П1.2. Использование частоты схемой MFSK (M = 4)

Построение графиков глазковой диаграммы и ее вид дает много информации о джиттере сигнала, так же, как и о многих других его параметрах. Например, множество отдельных фронтов и спадов говорит о вероятном присутствии джиттера, зависящего от данных.

Глазковая диаграмма не просто предоставляет множество информации, она удобна простотой применения и тем, что может применяться для измерений в любой цепи с реальными данными.

Рис. П1.3. Параметры глазковой диаграммы По индикаторной диаграмме можно выполнить ряд важных измерений:

•чем больше открыт глазок, тем легче различать логические 1 и 0;

•ширина открытия глазковой диаграммы (время между пересечениями линий логической 1 с логическим 0 и логического 0, с логической 1) показывает временной интервал, в течение которого сигнал может быть замерен без ошибки из-за межсимвольного влияния;

258

• псевдослучайной последовательности битов и отображения сигналов на запоминающем осциллографе получается структура, которая называется индикаторной (глазковой)

диаграммой (eye diagram). Типичная индикаторная диаграмма приведена на рис. 3.

•высота открытия глазка измеряет запас помехоустойчивости на выходе приемника;

•ширина линий глазка к точках пересечения в углах глазка является мерой флуктуации в системе передачи. Флуктуации вызываются разбросом времени включения и выключения лазера; искажением импульса оптическим волокном и шумом. Флуктуации выражаются в пикосекундах, градусах или в процентах интервала бита;

•толщина линий импульса наверху и внизу глазка пропорциональна шуму и искажениям

всистеме передачи; время перехода сигнала в схеме глазка с верхнего уровня (логического

0) в нижний (логическая 1) и наоборот указывает времена подъема и спада системы

передачи. Они обычно замеряются между отметками 10 и 90%;

•времена подъема и спада важны для оценки чувствительности системы к синхронизации замеров (sample timing). Чем больше времена подъема и спада сигнала, тем более чувствительна система к ошибкам синхронизации;

•чтобы обеспечить Системе максимальную невосприимчивость к шуму, лучшим временем для замеров уровня сигнала является время, когда высота открытия индикаторной диаграммы максимальна.

Джиттер или фазовое дрожание цифрового сигнала данных — 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.

В цифровых системах проявляется в виде случайных быстрых изменений местоположения фронтов цифрового сигнала во времени, что приводит к рассинхронизации и, как следствие, искажению передаваемой информации. Например, если фронт имеет малую крутизну или «отстал» по времени, то цифровой сигнал как бы запаздывает, сдвигается относительно значащего момента времени — момента времени, в который происходит оценка сигнала.

Джиттер является одной из основных проблем при проектировании устройств цифровой электроники, в частности, цифровых интерфейсов. Недостаточно аккуратный расчет джиттера может привести к его накоплению при прохождении цифрового сигнала по тракту и, в конечном счёте, к неработоспособности устройства.

Причины возникновения джиттера:

Фазовые шумы петли ФАПЧ (фазовой автоподстройки частоты) устройства,

синхронизируемого внешним сигналом. Джиттер, вызываемый ФАПЧ, проявляется при

259

прослушивании материала с записывающего устройства, синхронизируемого от воспроизводящего устройства.

АЦП. В современных цифровых системах звукозаписи и воспроизведения основным источником джиттера является АЦП. Нынешние полностью цифровые студийные синхронизаторы достаточно совершенны и часто вносят джиттер меньший, чем АЦП.

Описание прибора с FSK модуляцией (манипуляцией)

Рис. П1.4. Интерфейс прибора c FSK модуляцией

Message Symbols – показывает количество передаваемых символов.

M-FSK – показывает уровень модуляции. Доступны режимы: 2,4,8,16,32,64

FSK Deviation (Гц) – отклонение по частоте частотной модуляции.

Eb/N0отношение сигнал/шум

Frequency offset –задержка по частоте

TX Filter – выбор фильтра для передатчика. Доступны следующие: Gaussian, Raised Cosine, Root Raised Cosine

Symbol Rate – порядок символов.

Symbol Phase Continuity –продолжительность фазы импульса. Соответственно режимы Continuous(Конечная), Discontinuous (Бесконечная).

Transmitted Bits – переданные биты.

Received Bits – принятые биты.

BER Trigger Found – Вероятность шибки

единицах измерения частоты.

 Сокращения: TX – Передатчик, RX – Приемник

Исследование линии передачи с FSK модуляцией

Предварительная фильтрация

Сравним спектры сигналов и их помехоустойчивость при использовании фильтра Гаусса и без фильтра

Без фильтра при соотношении сигнал/шум = 80

Рис. П1.5. Спектр переданного (слева) и принимаемого (справа) сигнала Как видно из рисунка П1.5, спектр почти не изменился, но в нем присутствует высокий

уровень боковых лепестков, что может повлиять на соседние каналы, также придется выделить более широкий канал в линии передачи, что не всегда является позволительным и выгодным.

Рис. П1.6. Глазковая диаграмма Без использования фильтра в сигнал не вносятся дополнительные искажения

следовательно джиттер и помехи минимальны.

Применение фильтра Гаусса. При соотношении сигнал/шум = 80, BT 0,5