Учебно-методическое пособие по дисциплине Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах

2

План УМД на 2015/16 уч.г.

Учебно-методическое пособие

по дисциплине

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Составитель А.А.Немыкин

Издание стереотипное. Утверждено на заседании кафедры.

Рецензент А.Л.Сенявский, к.т.н., профессор

3

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Изучение дисциплины «Методы и средства измерений в телекоммуникаци-

онных системах» осуществляется на основе программы, утвержденной Мини-

стерством науки и образования Российской Федерации. В содержание изучаемой дисциплины входят изучение законодательных основ метрологического обеспе-

чения телекоммуникаций в Российской Федерации, нормативной базы метроло-

гического обеспечения, классификация видов и методов измерения и контроля в телекоммуникационных системах, особенности измерений в сетях многоканаль-

ной электросвязи, в том числе в цифровых сетях, сетях с ВОЛС, а также принци-

пы действия и вопросы применения средств измерений в телекоммуникациях.

Согласно учебному плану, студенты факультета МЭС направление 11.03.02,

проходящие подготовку по заочной форме обучения, должны прослушать обзор-

ные лекции в объеме 12 ч., выполнить лабораторные работы в объеме 6 ч., выпол-

нить контрольное задание и сдать итоговый экзамен.

Обзорные лекции, посвященные узловым разделам курса, читаются студен-

там во время экзаменационной сессии, тогда же студенты выполняют лаборатор-

ные работы, а также сдают предусмотренный экзамен. Основным видом работы студента-заочника является самостоятельная работа с литературными источника-

ми. Контрольное задание и методические указания по его выполнению приведены в конце пособия.

Бюджет времени студентов-заочников 4 курса направление 11.03.02 по дис-

циплине:

4

ПРОГРАММА КУРСА МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

Часть I МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

1Законодательная база метрологического обеспечения (МО) в Российской Федерации [1] - [3], [6]

1.1 Закон РФ «Об обеспечении единства измерений»: основные положения, государственная метрологическая служба, метрологический контроль и надзор.

1.2 Закон РФ «О техническом регулировании»: основные положения, понятие технического регламента.

1.3 Закон РФ «О связи»: единая сеть связи РФ, положения об измерениях в области связи.

2Метрологическая служба предприятия отрасли «Связь»

2.1Государственная метрологическая служба. Метрологическая служба отрасли «Связь».

2.2Нормативная база МО.

2.3Положение о метрологической службе предприятия отрасли «Связь».

3 Результаты и погрешности измерений [1] - [3]

3.1Характеристики однократных и многократных измерений. Объем выборки. Статистическая обработка результатов измерения.

3.2Погрешности измерений в реальных условиях эксплуатации.

3.3Понятие неопределенности результатов измерения.

4 Классификация измерений [6], [8]

4.1Измерения: определение, классификация, основные особенности.

4.2Анализ, тестирование: определения, классификация, основные особен-

ности.

4.3Мониторинг, диагностика, контроль и прогнозирование: определения, классификация, основные особенности.

5

Часть II МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ

В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ [4], [7]

5 Канал, система передачи и сеть связи: параметры и характеристики

4.1Структура и классификация каналов, систем передачи и сетей связи.

4.2Основные параметры и характеристики каналов, линейных трактов, систем передачи и сетей связи.

6Виды измерений, тестирования и контроля в системах передачи (СП)

[4], [6], [8], [9], [10]

6.1 Виды измерений в СП: классификация, условия, особенности. Средства измерений.

6.2 Виды тестирования в СП: классификация, условия, особенности. 6.3 Виды контроля в СП: классификация, условия, особенности.

7Виды измерений, тестирования и контроля в многоканальных СП

(МСП) [4], [6], [8], [9], [10] 7.1 Особенности измерений, тестирования и контроля в МСП.

7.2 Средства измерений для МСП.

8Особенности измерений в цифровых СП (ЦСП) [4], [6], [8], [9], [10] 8.1 Виды измерений в ЦСП: классификация, условия, особенности. Сред-

ства измерений.

8.2Виды тестирования и контроля в ЦСП: классификация, условия, особен-

ности.

8.3Средства измерений для ЦСП: измеритель коэффициента ошибок, измеритель дрожания фазы.

9 Измерений в волоконно-оптических СП (ВОСП) [4], [6], [8], [9], [10] 9.1 Виды измерений в ВОСП: классификация, условия, особенности. Сред-

ства измерений.

9.2 Виды тестирования и контроля в ВОСП: классификация, условия, особенности.

9.3 Средства измерений для ВОСП.

10 Автоматизация измерений [4], [5]

10.1Виды и современные направления автоматизации измерений.

10.2Стандартные интерфейсы для автоматизации измерений в МСП.

10.3Автоматизация процесса поверки средств измерений.

6

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ

Лекция 1 (2 ч). Законодательная и нормативная база МО в РФ. Особенности МО в отрасли «Связь» [1] - [3], [7].

Лекция 2 (2ч). Обработка результатов измерений. Погрешности в реальных условиях эксплуатации. Понятие неопределенности измерений [4], [5].

Лекция 3 (2 ч). Основные понятия в области измерений. Классификация из-

мерений и контроля. [4], [5], [6], [8], [9].

Лекция 4 (2 ч). Измерения в аналоговых МСП [4], [6], [8], [9], [10].

Лекция 5 (2 ч). Измерения в цифровых МСП [4], [6], [8], [9], [10].

Лекция 6 (2 ч). Измерения в ВОСП [4], [6], [8], [11].

СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Занятие 1 (2 ч). Поверка средств измерений.

Занятие 2 (2 ч). Средства измерений для МСП.

Занятие 3 (2 ч). Автоматизированные системы измерений.

7

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» ( www.gost.ru )

2Закон РФ «О техническом регулировании» (www.gost.ru )

3Закон РФ «О связи» (www.minsvyaz.ru )

4Метрологическое обеспечение систем передачи: Учебное пособие для вузов / Б.П. Хромой, В.Л. Серебрин, А.Л. Сенявский и др.; Под ред. проф.

Б.П. Хромого. – М.: Радио и связь, 1991.

5 Метрология, стандартизация и измерения в технике связи / Под ред.

Б.П.Хромого. - М.: Радио и связь, 1986.

Дополнительная

6 Иванов А.Б. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи.

Ч. I . – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 2000.

7 Бакланов И.А. Технологии измерений в современных телекоммуника-

циях. – М.: - Эко-Трендз, 1997.

8 Бакланов И.А. Методы измерений в системах связи. – М.: - Эко-

Трендз, 1999.

9 Бакланов И.А. Технологии измерений первичной сети. – М.: - Эко-

Трендз, 2000.

10 Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, из-

мерения. – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999.

8

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КУРСА

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

ВТЕЛЕКОММУНИКАЦИЯХ

1КАНАЛ, СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ И СЕТЬ СВЯЗИ

ИИХ КОНТРОЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Втелекоммуникационных системах информация, представленная в виде электрических сигналов, передается между оконечными абонентскими устрой-

ствами (ОАУ) с помощью электромагнитных колебаний, распространяемых по соединительным линиям, связанным с каналами электросвязи, представляющими собой совокупность среды распространения и технических средств, обеспечива-

ющих передачу информации. В зависимости от вида сообщения каналы подразде-

ляются на телефонные, телеграфные, передачи данных, факсимильные, звукового вещания, видеотелефонные и телевизионные и, как правило, строятся на основе определенного набора стандартных каналов универсального назначения, называ-

емых каналами передачи.

Комплекс технических средств, обеспечивающих образование каналов, но-

сит название системы передачи (СП), а при создании некоторой совокупности ка-

налов, построенных на основе общего принципа, например, частотного (ЧРК) или временного разделения каналов (ВРК) — многоканальных систем передачи

(МСП). В зависимости от вида передаваемых сигналов СП делятся на аналоговые и цифровые, а по типу среды распространения этих сигналов — на проводные си-

стемы и радиосистемы передачи. Аппаратура одной или нескольких систем пере-

дачи совместно с общей для них средой распространения представляет собой ли-

нию передачи — радиорелейную, тропосферную, проводную или спутниковую, а

узлы связи и соединяющие их линии передачи образуют сети связи. Очевидно,

что контроль СП должен осуществляться в точках стыка оборудования с соедини-

тельными линиями, каналом электросвязи и каналом передачи, образуя тем са-

мым одноименные виды контроля.

Входящий в состав системы передачи линейный тракт (ЛТ) также состоит из совокупности технических средств, обеспечивающих передачу сигналов в по-

9

лосе частот или со скоростью, соответствующей данной СП, и в зависимости от среды распространения бывает кабельный, в том числе на основе сверхпроводя-

щих и волоконно-оптических кабелей, радиорелейный, спутниковый или комби-

нированный, а в зависимости от сигнала — аналоговый или цифровой.

В системах с ЧРК линейный тракт обеспечивает передачу сигналов в полосе частот, определяемой номинальным числом каналов тональной частоты (ТЧ), в то время как в цифровых СП он обеспечивает передачу сигналов со скоростью,

определяемой номинальным числом цифровых каналов данной системы.

Наиболее важными контролируемыми параметрами для ЛТ МСП с ЧРК яв-

ляются следующие: диаграммы внешних уровней, частотная характеристика не-

равномерности остаточного затухания, собственные помехи и помехи от внеш-

них источников, помехи от параллельно работающих трактов, помехи между каналами от нелинейных переходов.

Цифровой линейный тракт (ЦЛТ) представляет собой совокупность техни-

ческих средств, обеспечивающих передачу цифровых сигналов в пределах данной ЦСП, и состоит из однородных участков и пунктов объединения и разделения цифровых сигналов. К основным контролируемым параметрам, характеризующим ЦЛТ и ЦСП в целом, относятся: максимальная дальность связи, скорость переда-

чи, достоверность передачи, надежность ЦЛТ. К электрическим контролируе-

мым параметрам ЦЛТ относятся вид линейного кода и тактовая частота, веро-

ятность ошибки одиночного регенератора, амплитуда импульсов на передаче,

ток и напряжение дистанционного питания. Для обеспечения требуемых харак-

теристик ЛТ ЦСП в местах стыков необходимо контролировать соответствие установленным нормам формы импульсов, коэффициента ошибок, дрожания фа-

зы (джиттер). К нормируемым в зависимости от скорости передачи параметрам относятся входное сопротивление, амплитуда и длительность импульса, а также вид кода. Кроме этого, в точках стыка нормируется и форма импульса, для чего используется специальный шаблон.

Контроль волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) включает опре-

деление соответствия установленным нормам отношения сигнал/шум, коэффици-

10

ента ошибок, чувствительности приемного устройства, а в оптических стыках устройств с оптическим волокном (ОВ) аппаратуры ЛТ ВОСП: спектральных ха-

рактеристик, уровня мощности оптического излучения, коэффициента гашения,

характеристик формы и фазового дрожания оптического сигнала на передаче,

диапазона перекрываемого затухания, суммарной дисперсии, затухания отраже-

ния кабельного оборудования, коэффициента дискретного отражения между точками передачи и приема, чувствительности и уровня перегрузки приемного устройства, дополнительных потерь оптического тракта, коэффициента от-

ражения приемного устройства, допустимого фазового дрожания оптического сигнала на приеме, коэффициента передачи фазового дрожания регенератора.

В многоканальных ВОСП с ЧРК требуется также контроль: мощности ка-

нала, общей оптической мощности, центральной длины волны канала и каналь-

ных интервалов, перекрестных помех, поляризационной модовой дисперсии, а при использовании оптических усилителей — коэффициента усиления, шума оптиче-

ского усилителя, центральной длины волны, полосы пропускания и амплитудно-

частотной характеристики усилителя.

Помимо каналов ТЧ, в современных системах передачи предусматриваются типовые групповые тракты, представляющие собой совокупность устройств,

обеспечивающих передачу суммарного многоканального сигнала в нормализо-

ванной полосе частот (в системах с ЧРК) или в нормализованном цифровом пото-

ке (в ЦСП). Параметры и характеристики канала ТЧ и групповых трактов опреде-

лены в настоящее время государственным стандартом. Условно их можно разде-

лить на следующие группы: параметры входа и выхода канала или тракта; па-

раметры и характеристики остаточного затухания; параметры, связанные с изменением фаз передаваемых сигналов; параметры, определяющие уровень по-

мех; параметры, определяющие качество передачи сигналов дискретной инфор-

мации и др.

Цифровые каналы в зависимости от скорости передачи подразделяются на низкоскоростные, среднескоростные и высокоскоростные, а по точности соблю-

дения скорости передачи — на прозрачные асинхронные, асинхронные и син-