Проектирование специальной системы измерения в цифровых системах передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Негосударственное образовательное учреждение

«Международный институт компьютерных технологий»

Кафедра: Сети связи и системы коммуникации

Курсовой проект

По дисциплине «Методы и средства измерения в телекоммуникационных системах»

На тему «Проектирование специальной системы измерения в цифровых системах передачи»

Выполнил: студент гр СКз-11

Кедровский В.В.

Руководитель проекта:

Челядин В.Л.

Липецк, 2014г.



ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

передача система цифровой схема

Проектирование специализированной системы измерения в цифровых системах передачи состоит из ряда последовательных действий:

1. Составить структурную схему и определить оборудование для измерения скорости передачи Е1

2. Определить параметры формы импульса:

- напряжение;

- длительность импульса;

- отношение амплитуд в середине тактового интервала.

Сделать вывод о соответствии формы импульса техническим нормам.

3. Составить структурную схему и определить оборудование для измерения выходного сопротивления ЦСП Е1. Рассчитать максимальное и минимально напряжение при напряжениях U1 и U2 по номеру варианта.

= ;

где U1- напряжение первой гармоники выходного сигнала при номинальной нагрузке .

U2- напряжение первой гармоники выходного сигнала при подключении нагрузки /2.

4. Определить затухание симметрии:

= 20lg(U3/U4)

5. Оценить амплитуду фазового дрожания по глазковой диаграмме и по частотному шаблону. Сделать вывод.

6. Привести основные технические характеристики выбранного измерительного оборудования.



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Структурная схема и состав оборудования для измерения скорости передачи Е1

2. Определение параметров формы импульса

3. Схема структурная для измерения выходного сопротивления ЦСП Е1

4. Определение затухания асимметрии

5. Определение амплитуды фазового дрожания

6. Характеристики выбранного измерительного оборудования

Заключение

Вариант задания произведен в таблице 1.

№	Измерение входного сигнала	Определение затухания асимметрии	Амплитуды и частоты фазового дрожания
	U1	U2	%R	U3	U4	f1	A1	f2	A2	f3	A3	f4	A4
6	3.8	2.75	5	2.7	0.8	0.2	40	25	2	15000	1.9	90000	0.8



Введение

В нормах на электрические характеристики трактов и каналов передачи задают номинальное значение величины и допустимые отклонения от заданного значения. Если отклонения величины в какую либо сторону не ожидаются и не опасны, задают допустимое значение нормируемой величины, которое должно соблюдаться при неблагоприятных условиях и даже при неблагоприятном сочетании влияющих факторов. Значения нормируемых величин, которые должны быть получены в конкретных условиях, определяются расчетом, такие значения называются ожидаемыми. Правильность проектирования и строительства транспортной сети, а также соответствие нормируемой величины ожидаемым значением подтверждают путем сопоставления этих величин с измеренными значениями, полученными с помощью измерительных приборов.

Сказанное выше определяет цели и значение электрических измерений каналов передачи многоканальных цифровых систем, отдельных частей этих каналов и входящих в их состав элементов. Главная цель измерений - подтвердить соответствие электрических характеристик трактов ожидаемым или допустимым значениям.

Цель работы:

- изучение методики подбора измерительного оборудования при проведении измерений в цифровых системах передачи;

- получения навыков анализа результатов измерения в ЦСП;

- приобретения опыта использования современных информационных технологий и систем имитационного моделирования.

Выполнение курсовой работы позволяет студенту приобрести прочные знания и практические навыки в области специализированных измерений в телекоммуникационных системах, а также получение основы для последующего успешного выполнения и защиты выпускной квалификационной работы.

Для выполнения курсовой работы студент должен решить следующий комплекс задач исследовательского и инженерно-практического характера:

1. Ознакомление с заданием и определение темы курсовой работы, согласованной с руководителем;

2. Поиск и изучение информации о состоянии предметной области, инструментальной базы и существующих методик измерений из различных источников (учебная литература, периодические издания, интернет и т.д.);

3. Определение состава оборудования и методик проведения измерений на заданном участке цифровой системы передачи;

4. Расчет параметров и выработка рекомендаций по устранению проблем.



1. Структурная схема и состав оборудования для измерения скорости передачи Е1.

Комплекс измерений параметров потока Е1 предназначен для определения состояния, предупреждения повреждения и накопления статистических данных, используемых при разработке мероприятий по повышению надежности связи.

Измерения производятся в следующих случаях:

- при инсталляции оборудования;

- при проведении приемо-сдаточных испытаний;

- во время эксплуатации оборудования при выполнении профилактических, контрольных и аварийных измерений.

Целью измерений выполняемых во время инсталляции оборудования является достижение ее соответствия существующим нормам и стандартам.

Приемо-сдаточные измерения проводятся приемными комиссиями для проверки качества выполнения работ и соответствия параметров стандартам и другим нормативным документам. Эксплуатационные измерения проводятся техническим персоналом в процессе текущей эксплуатации оборудования. Их принято делить на профилактические, аварийные и контрольные.

Профилактические измерения выполняются с целью выявления и устранения в процессе эксплуатации отклонений параметров от установленных норм. Программа и методики этих измерений в основном схожи с программами и методиками приемо-сдаточных испытаний. Правила проведения профилактических измерений определяются соответствующими стандартами и руководствами. Периодичность измерений этого вида зависит от условий эксплуатации, состояния контролируемых объектов и требований по поддержанию эксплуатационной готовности.

Аварийные измерения проводятся с целью определения характера и места повреждения. Основными требованиями к аварийным измерениям являются высокая скорость и точность определения характера аварии.

Контрольные измерения осуществляются после окончания ремонтных и аварийных работ. Их целью является определение качества выполнения ремонтно-восстановительных работ. Обычно они включают в себя весь комплекс проверок параметров потока Е1 и выполняются по правилам и методикам, принятым для проведения приемо-сдаточных измерений.

Затухание асимметрии входа приборов, предназначенных для измерения в ОЦК ЕО и цифрового потока Е1, должны быть не менее 36 дБ в полосе частот от 13 до 256 кГц - для Е0 и не менее 34 дБ в полосе частот от 102 до 2048 кГц - для цифрового потока Е1.

Параметры измерительного сигнала должны соответствовать параметрам импульсов, нормируемых на входе Е0 и потока Е1 с учетом требований к затуханию соединительного станционного кабеля.

Приемная часть измерительной аппаратуры должна быть рассчитана на прием и обработку сигналов с параметрами, нормируемыми на выходе соответствующего стыка с учетом затухания соединительного кабеля.

Выбор приборов осуществляется исходя из вида измерений и типа подлежащих измерению трактов.

Все измерения потока Е1 делятся по уровням семиуровневой модели OSI на измерения параметров физического, канального и сетевого уровня.

Проверка скорости передачи цифрового сигнала производится путем измерения тактовой частоты по рис. 2.1 с помощью частотомера при подаче на вход цифрового канала испытательного сигнала, имеющего бесцикловую структуру.



Рис. 1.1 Схема измерения скорости передачи цифрового сигнала

Рекомендуемые средства измерений скорости передачи цифрового сигнала Е1 приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

№	Средство измерения
1.	Частотомер ЧЗ-85/3
2.	Генератор импульсов Г5-91

Частотомер работает в режиме цифровой шкалы. Особенность режима цифровой шкалы заключается в том, что задается диапазон значений, близкий к измеренной частоте, в ходе которого проводится измерение. Знак перед цифровым значением Fпч указывает на операцию, которую выполняет частотомер. Если знак «+», то частота Fпч прибавляется к измеренной частоте, если знак «-«, то вычитается. Время измерения частоты в данном режиме равно 0.1 с.

Наиболее полно подходит для данного измерения, выделяя основной сигнал из заданного спектра.

Принцип работы частотомера - классический: измерения количества импульсов входного сигнала за фиксированный интервал времени. Таким интервалом выбрана 1 секунда, что обеспечивает точность отсчета - 1 Герц. Этого вполне достаточно для большинства целей.

Генератор импульсов Г5-91: для проверки цифровых систем передачи информации, устройств вычислительной техники и электронной техники, применяются для обнаружения неисправностей в цифровых системах передачи информации или других объектах при экспериментальных работах, настройке и ремонте изделий.

Таблица 1.2. - Параметры канала Е1

№	Название параметра	Значение параметра
1	Скорость передачи, кбит/с	2048 х (1±50х)
2	Номинальная форма импульса на выходе	Прямоугольная
3	Номинальная форма импульса любой полярности, В	3.0
4	Максимальное пиковое напряжение в отсутствии импульса, В	(0,0±0,3)
5	Номинальная длительность одиночного импульса, нс	244
6	Номинальное сопротивление на входе (выходе), Ом	120
	Симметричное Коаксиальное	75
7	Затухание несогласованности на входе, более, дБ, в полосе частот: - от 51 до 102 кГц - от 102 до 2048 кГц - от 2048 до 3072 кГц	12 18 14
8	Затухание несогласованности на выходе, более, дБ	10
9	Отношение амплитуд импульсов разной полярности в середине импульса	От 0,95 до 1,05
10	Отношение длительностей импульсов разной полярности на уровне номинальной амплитуды	От 0,95 до 1,05
11	Максимальное затухание станционного кабеля на входе, на частоте 128 кГц, дБ	6
12	Помехозащищенность на входе, более, дБ	18

Вывод: В ходе измерения сигнала Е1, путем его подачи с генератора импульсов на цифровой канал и измерения частотомером, отклонения скорости передачи цифрового сигнала не превысило стандартного параметра, приведенного в таблице 1.3.

Таблица 1.3 Допустимые отклонения значений скоростей передачи цифрового сигнала.

№	Проверяемый параметр	Е1, 2048
1	Отклонение бит/сек	102,4



2. Определение параметров формы импульсов

Измерение параметров импульса цифрового сигнала на выходе стыка производят с помощью генератора испытательных сигналов (ГИС) и осциллографа с полосой пропускания не менее удвоенной тактовой частоты ЦСП. При проведении измерений в каналах Е1 должна использоваться согласующая симметричная схема рис. 2.1. Нагрузочное сопротивление согласующей схемы для Е1 равно 120 Ом.

Рис. 2.1. Схема для измерения параметров формы импульса

Форму импульсов контролируют путем сравнения изображения на экране осциллографа с шаблонами. Рекомендуемые средства измерения параметров формы импульса цифрового сигнала на выходе ЦСП приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1

№	Средство измерения1
1	Частотомер ЧЗ-85/3
2	Генератор импульсов Г5-91

При эксплуатационных измерениях анализ формы импульса чрезвычайно информативен, все возможные неисправности на физическом уровне, будь то нарушение работы линейных устройств, повреждения кабеля или интерференция от внешних источников электромагнитного излучения - все это может отразиться на форме импульса. Например, плохой контакт в системе передачи приводит к появлению шумовых составляющих в импульсе.

3. Схема структурная для измерения выходного сопротивления ЦСП Е1.

Измерение выходного сопротивления следует проводить прибором с высокоомным и симметричным входом. Для этой цели может использоваться осциллограф или избирательный измеритель уровня, включенный по схеме рис. 3.1. Точность резистора не хуже 10%.

Rн

Рис. 3.1 Схема измерения выходного сопротивления

Рекомендуемые средства измерения параметров формы импульсов цифрового сигнала на выходе ЦСП приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

№	Средства измерения
1	Осциллограф GOS-6200 INSTEK

Рассчитаем максимальное и минимальное выходное сопротивление.

Ниже приведены выходные сопротивления, измеренные в осциллографах.

= = =25.979 (Ом)



4. Определение затухания асимметрии

Определение затухания асимметрии выхода проводится по схеме рис. 4.1

R1

U3

U4

R2

Rн

Рис. 4.1 Схема измерения затухания асимметрии

При определении затухания асимметрии резисторы R₁ и R₂ (точность 0,5-1 %) подбираются так, чтобы разность была менее 0,1% и выполнялось условие R₁=R₂=R_H/2, где R_H - сопротивление нагрузки, равное номинальному значению для E₁ R_H=120 Ом.

Затухание асимметрии в диапазоне частот от 102 до 2048 кГц должно быть не менее 34 Дб

(2)

Линейный сигнал потока E1 должен иметь амплитуду 3 В (симметричный интерфейс 120 Ом) или 2,37 В (коаксиальный интерфейс 75 Ом). В реальной практике измерения уровня сигнала выполняются двумя способами:

- непосредственно измеряется уровень сигнала в В или в дБм;

- измеряется относительное затухание сигнала в дБ.

С точки зрения практики оба метода являются эквивалентными. Для измерения уровня сигнала или затухания анализатор подключают к потоку Е1 высокоомно и производят измерения.



5. Определение амплитуды фазового дрожания по глазковой диаграмме и по частотному шаблону

Фазовые дрожания могут существенно снижать качество передачи цифрового сигнала. Отклонение цифрового сигнала от его идеального положения во времени приводит к появлению ошибок в цифровом потоке в точках регенерации сигнала.

Фазовые дрожания приводят к снижению качества декодируемых аналоговых сигналов в устройствах цифро-аналогового преобразования. Различают систематические и случайные фазовые дрожания. В большинстве цифровых систем преобладают систематические фазовые дрожания.

Исследование глазковых диаграмм позволяет провести детальный анализ цифрового сигнала по параметрам: джиттеру передачи данных и джиттеру синхронизации. Максимальная ширина области пересечения с осью времени определяется как пиковое фазовое дрожание или джиттер передачи данных Djpp. Джиттер можно измерять в относительных единицах.

D% = Djpp/T, (3)

Где Т - интервал передачи символа.

Нормируемые характеристики фазового дрожания обычно представляются в виде шаблонов нормируемой области АЧХ. Шаблоны для определения допусков фазового дрожания определяют его как минимально возможное значение, которое является приемлемым для технических средств ЦСП, и не вызывает ухудшения показателя ошибок в заданных пределах в целом.

Оптимальные соотношения между эффективным допуском фазового дрожания на входе оборудования ЦСП и соответствующим шаблоном допуска представлены на рис. 5.1.

Таким образом, шаблон допустимого фазового дрожания представляет собой нижний предел максимально допустимого уровня фазового дрожания, допустимых для оборудования на заданной частоте, определяется как все ее значения, за исключением той амплитуды, которая вызывает ухудшения показателя ошибок выше заданных пределов.

Таблица 5.1 Значения, получившиеся в ходе расчетов

Значение параметра /скорость, Кбит/с	Сетевая предельная норма	Полоса измерительного фильтра
	А1	А2	А3	А4	Полосовой фильтр с частотами
					F1	F2	F3	F4
2048	39	1.6	0.3	0.3	0.1	30	15000	90000

Таблица 5.2 Предельные нормы

Значение параметра /скорость, кбит/с	Сетевая предельная норма	Полоса измерительного фильтра
	А1 полный размах U1	А2 полный размах U1	Полосовой фильтр с нижней частотой
			F1	F3	F4
64	0.25	0.05	20 Гц	3 кГц	20 кГц
2048	1.5	0.2	20 Гц	18 кГц	10 кГц

Согласно (3):

.

Вывод: Результат измерений показал незначительное отклонение измерения фазового дрожания в виде джиттера от идеальной нормы.



6. Характеристики выбранного измерительного оборудования

Характеристики частотомера ЧЗ-85/3 приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 Технические характеристики частотомера ЧЗ-85/3

Характеристики	Параметры	Значения
Каналы 1,2	Диапазон частот Диапазон периодов Диапазон временных интервалов Фазовый сдвиг Длительность импульсов Скважность Счет импульсов	0,14 мГц - 150 МГц (каналы 1,2) 100 МГц - 1,5 ГГц канал 2 (с опцией 6) 7 нс - 7000с 20 нс - 7000с 0-3600 >20 нс при периоде следования не более 100 с 1 - 99 % при периоде следования не более 100 с 0 - 1х1012
Канал 3	Диапазон частот	100 МГц - 500 МГц 100 МГц - 1,5 ГГц (опция 3) 100 МГц - 2,5 ГГц (опция 4) 100 МГц - 3 ГГц (опция 5) 1,5 ГГц - 9 ГГц (опция 6)
Параметры входа	Входное сопротивление Входное напряжение Связь по входу	1 МОм//45 пФ и 50 Ом (каналы 1 и2) Диапазон частот до 100 МГц: 30 мВ - 1,5 В Диапазон частот 100 МГц - 1,5 ГГц: 50 мВ - 1,5 В Диапазон частот 1,5 ГГц - 9 ГГц: 30 мВ - 1 В Каналы 1 и 2: открытый и закрытый вход Канал 3: закрытый вход, 50 Ом
Погрешность	Погрешность опорного генератора Разрешение по частоте	±1х10-7 9 разрядов (время счета - секунда)
Общие данные	Разрядность индикатора Интерфейс Опции Напряжение питания Габаритные размеры (ШхВхГ) Масса Комплект поставки	Максимально 12 RS-232C Расширения частотного диапазона 1,5...9 ГГц (опции № 3-6) Интерфейс GPIB (КОП) 115/230 В; 50/60 Гц 255х100х370 мм 2 кг Шнур питания (1), измерительный кабель (2), кабель RS-232, CD диск с ПО, руководство по эксплуатации

Основные параметры осциллографа GOS-6200 INSTEK.

Рис. 6.1. Внешний вид осциллографа GOS-6200 INSTEK

Характеристики осциллографа GOS-6200 INSTEK приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2. Технические характеристики осциллографа GOS-6200 INSTEK

Параметры	Значения
Характеристики	Параметры	Значения
Канал вертикального отклоенения	Полоса пропускания	0...200МГц (-3дБ) (0...20МГц при 2мВ/дел)
	Коэф. Отклонения (Коткл)	2м/дел...5В/дел (шаг 1-2-5)
	Погрешность установки Коткл	±3% при размере изображения 5 дел
	Регулировка Коткл	Плавное перекрытие в 2,5 раза
	Время нарастания	? 1,75нс (? 17,5нс при 2мВ/дел)
	Входной импеданс	1 Мом/25пФ
	Задержка изображения	Обеспечивает возможность наблюдения переднего фронта
	Макс. входное напряжение	400 В (DC+ACпик, до 1кГц)
	Режим работы	Канал 1, канал 2, канал 2 инвестированный, каналы 1+2, каналы 1 и 2 прерывисто/поочередно
Канал горизонтального отклонения	Коэф. развертки А (основная)	20нс/дел...0,5с/дел (шаг 1-2-5), растяжка х10
	Коэф. развертки В (задерж-ая)	20нс/дел...50мс/дел (шаг 1-2,5), растяжка х10
	Погрешность установки Краз	±3 % (±5% при растяжке х10)
	Регулировка Кразв	Плавное перекрытие в 2,5 раза
	Задержка запуска развертки В	1 мкс...5с, плавная регулировка
	Режимы запуска разверток	Автоколебательный, ждущий
	Режимы работы разверток	А,В,А подсвеченная В регулировка
	Режимы запуска разверток	Автоколебательный, ждущий
	Режимы работы разверток	А,В,А подсвеченная В
Синхронизация	Источники синхронизации	Канал 1, канал 2, сеть, ТВ-сигнал, внешний, внешний 1:10
	Фильтры синхронизации	Связь по AC/DC, ФНЧ, ФВЧ, фильтр шумов квантования
	Уровень внеш. синхронизации	До 400В (DC+Аспик, до 1кГц)
	Вход внешней синхронизации	1МОм/25пФ
	Выход сигнала синхронизации	Напряжение 25мВ/дел на 50 Ом, частота 0...10МГц
Автоматические измерения	Функции	Частота, период, длительность импульса, скважность
	Частотный диапазон	50Гц...200МГц
	Формат индикации	6 разрядов
	Погрешность измерения	±0,01% (1кГц...200МГц), ±0,05% (50Гц...1кГц)
X-Y вход	Полоса пропускания	0...500кГц (-3дБ)
	Коэффициент отклонения	2мВ/дел...5В/дел (±3%), внеш. 0,1В/дел (± 5%), внеш. 1:10 1В/дел (± 5%)
	Разность фаз X-Y	?3? в диапазоне 0...50 кГц
Z-вход	Частотный диапазон	0...5МГц
	Чувствительность	?5В (макс. до 30В DC+Аспик, до 1кГц)
	Входное сопротивление	5кОм
ЭЛТ	Размер изображения	8х10дел. (1 дел.=10мм)
	Напряжение ускорения	14,5 кВ
Общие данные GOS-6200	Напряжение питания Потребляемая мощность Габаритные размеры Масса	100В/120В/230В ± 10%, 50/60 Гц, 90 ВА 310 х 150 х 485 мм 9,5 кг

Основные параметры генератора импульсов Г5-91.

Рис. 6.2. Внешний вид генератора импульсов Г5-91

Генераторы импульсов Г5-91 используются для проверки цифровых систем передачи информации, устройств вычислительной техники и электронной техники, применяются для обнаружения неисправностей в цифровых системах передачи информации или других объектах при экспериментальных работах, настройке и ремонте изделий.

Технические характеристики:

Режим импульсов 2 - 150 МГц

Uвых 2,4 В с 0,24 В

Длительность импульсов: Т <=1,5 нс с 5%



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении данного курсового проекта изучены методики подбора измерительного оборудования. При проведении измерения в цифровых системах передачи, получен навык анализа результатов измерения в ЦСП, приобретен опыт использования современных информационных технологий.

Размещено на Allbest.ru