Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах

2015 год

1. ОБЪЕКТИВНЫЕ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ОШИБОК

телекоммуникационный сигнал тональный цифровой

При анализе цифровой системы передачи со скоростью В было получено в течение времени ТN_ош ошибок. По результатам анализа вычислить следующие статистические параметры:

- оценку коэффициента ошибок К_ош;

- среднее квадратическое значение s (У абсолютной погрешности оценки коэффициента ошибок К_ош

- относительное значение погрешности d и при заданной доверительной вероятности Р_дов = 0,95 и коэффициенте Стьюдента t_р = 1,2;

- число ошибок N_ош, которое должно быть сосчитано в процессе измерения, чтобы с заданной доверительной вероятностью Р_дов методическая погрешность оценки коэффициента ошибок не превышала заданного значения d_зад;

- оценить требуемое время измерения для оценки коэффициента ошибок K_ош?(1+n)·10^-9, где n - последняя цифра пароля.

K_ош ? (1 + 1) · 10^-9 = 2·10^-9 , где 1 - последняя цифра пароля.

Таблица 1. Исходные данные

1. Вычисление коэффициента ошибок.

Коэффициент ошибок - одна из важнейших характеристик линейного тракта.

Он измеряется как для отдельных участков регенерации, так и для тракта в целом.

Определяется коэффициент ошибок по формуле:

,

где N - общее число символов цифрового сигнала, переданных за интервал измерения Т со скоростью В,

- число ошибочно принятых символов за интервал измерения.

N=T·B=1000·64000=64·10⁶бит=64Мбит

2. Вычисление среднего квадратичного значения абсолютной погрешности оценки коэффициента ошибок.

Так как вычисляется по случайной выборке , то в свою очередь является случайной величиной, которую целесообразно оценивать статистическими параметрами: среднеквадратическим отклонением и относительной погрешностью.

;

3. Вычисляем относительное значение погрешности при заданной доверительной вероятности и коэффициенте Стьюдента .

4. Вычисление числа ошибок , которых должно быть сосчитано в процессе измерения, чтобы с заданной доверительной вероятностью методическая погрешность оценки не превышала заданного значения .

Из вышеприведённых соотношений можно рассчитать необходимое количество ошибочно принятых бит, исходя из заданной погрешности измерения.

;

Оценим требуемое время измерений для оценки .

,

Из приведённых выше выражений можно оценить требуемое время измерения:

;

2. ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ В КАНАЛАХ И ТРАКТАХ

Ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Технические и метрологические характеристики генераторов?

2. Особенности построения генераторов на основе синтезаторов частот?

Ответы:

По виду вырабатываемого сигнала измерительные генераторы делят на следующие группы: 1. Низкочастотные генераторы сигналов (группа Г3) - источники гармонических (синусоидальных) колебаний низких частот (от единиц герц до 300 кГц); 2. Высокочастотные генераторы сигналов (группа Г4) - приборы, вырабатывающие гармонические модулированные и немодулированные колебания высоких и сверхвысоких частот (от 0,1 МГц до десятков гигагерц); 3. Генераторы импульсов (группа Г5) - источники одиночных или периодических видеоимпульсов, обычно прямоугольной формы. 4. Генераторы сигналов специальной формы и генераторы шумовых сигналов. Это генераторы инфранизких частот, генераторы колоколообразных импульсов, генераторы сигналов случайной формы с нормируемыми статистическими параметрами. Измерительные генераторы гармонических сигналов (НЧ и ВЧ) перекрывают диапазон частот от единиц герц до десятков гигагерц. В генераторах ВЧ предусматривают возможность амплитудной (АМ) и в ряде приборов частотной (ЧМ) модуляций. Задающий генератор определяет форму и частоту выходного сигнала. В НЧ генераторах этот блок строят по схеме RC - генератора с плавной и дискретной перестройкой по частоте. В генераторах ВЧ используют LC - генераторы с переключаемыми катушками индуктивности и плавной перестройкой конденсатором.

Основные требования по отношению к генераторам для синтезатора частот касаются диапазона перестройки частоты и характеристик спектральной чистоты, точнее, характеристик ФШ. Как известно, ФШ генератора определяются шумовыми характеристиками активного прибора (усилителя) и добротностью резонатора. В пределах полосы пропускания резонатора характеристика спектральной плотности мощности (СПМ) ФШ генератора на входе усилителя (рис. 4) определяется по формуле (2) [7]:

,

где - СПМ ФШ, вносимых усилителем; - частота генерации; - нагруженная добротность резонатора.

3. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА КАНАЛОВ ТОНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ МЕТОДОМ ШУМОВОЙ ЗАГРУЗКИ

Ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Имитация реального сигнала в групповом тракте?

2. Основные преимущества метода шумовой загрузки?

3. Требования к фильтрам?

4. Построение измерительной аппаратуры?

Ответы:

1. Белый шум с уровнями мощности, выбранными на основе приведенных соотношений, является удовлетворительной моделью номинального уровня загрузки только в том случае, если полоса частот белого шума ограничена так же, как и полоса частот системы передачи.

Обычно спектр шума ограничивают, пропуская сигнал от генератора через последовательно включенные фильтры нижних и верхних частот. Загрузив тракт белым шумом, имитирующим обычный многоканальный сигнал, необходимо измерить результирующие помехи.

Эти измерения заключаются в поочередном включении ряда полосовых заграждающих фильтров, средние частоты которых находятся в пределах спектра белого шума. Фильтры создают на входе испытательный сигнал, от которого свободны отдельные, так называемые «тихие» каналы.

При отсутствии нелинейных искажений эти каналы должны быть свободны от помех такого рода.

На практике на выходе этих каналов имеются как собственные помехи, так и продукты, связанные с нелинейными искажениями.

На выходе приемного устройства с помощью узкополосного ИУ, настроенного на частоту полосового заграждающего фильтра, измеряются помехи и продукты нелинейных искажений.

Из спектра белого шума с помощью фильтров НЧ и ВЧ формируется спектр, ширина которого занимает полосу, равную полосе частот тракта передачи. Этим испытательным сигналом нагружается аппаратура.

На приемной стороне шум имеет место в любом из каналов. Если из совокупности имеющихся каналов выбрать один, назовем его контрольным, то в нем можно измерить уровень шума L1.

Повторим эксперимент, удалив из исходного спектра с помощью фильтра участок спектра, соответствующий контрольному каналу. На приемной стороне в незагруженном «тихом» канале появятся помехи, уровень которых L2 может быть измерен тем же узкополосным измерителем.

Под помехозащищенностью в этом случае понимается логарифмическое отношение мощности шума в измерительном канале при полной загрузке белым шумом измеряемого тракта к мощности помех в этом канале, при загрузке белым шумом всего тракта, за исключением измерительного канала.

2. Загрузку канала удобно продемонстрировать с помощью белого шума.

Белый шум, имеет однородный энергетический спектр и распределение по закону Гаусса.

3. Специальные требования, предъявляемые к фильтрам

Требования, предъявляемые к фильтрам как к средствам защиты информации от утечки за счет ПЭМИН (специальные требования), приведены в таблице2.

Таблица 2. Специальные требования к фильтрам

где Е - напряженность электрического поля, Н - напряженность магнитного поля. Требования п.п. 4 и 5 таблицы 1 распространяются только на фильтры, которые должны устанавливаться в выделенных помещениях. Значения нижней и верхней частот полосы подавления фильтра могут задаваться в более широких пределах по требованиям технических условий. Рекомендуется для объектовых фильтров полосу подавления задавать в пределах 0,02 - 1000 МГц. Для фильтров, устанавливаемых в экранированных сооружениях, полосу подавления рекомендуется устанавливать в пределах 0,02 - 10 000 МГц. Для объектовых фильтров величину вносимого затухания рекомендуется задавать на уровне не менее 60 - 80 дБ. Основные технические требования к фильтрам, наряду с указанными в п.2, представлены в таблице.

Таблица 3. Основные технические требования к фильтрам

Конструктивные требования, предъявляемые к фильтрам, представлены в табл.4.

Таблица 4. Конструктивные требования к фильтрам

Требования к параметрам комплектующих элементов фильтров представлены в табл. 5.

Таблица 5. Требования к комплектующим элементам фильтров

Указанные конструктивные требования и требования к комплектующим элементам должны быть отражены в технических условиях на фильтр. В комплект поставки фильтра должна входить документация, включающая в себя паспорт, техническое описание и инструкцию по эксплуатации. Техническое описание и инструкция по эксплуатации должны содержать правила установки и монтажа фильтра. Правила проведения сертификационных и аттестационных испытаний и их методы определяются действующими нормативно-техническими документами Гостехкомиссии России.

4. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗМЕРЕНИЙ В ЦИФРОВЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ

Ответьте письменно на следующие вопросы:

1. Измеряемые параметры в цифровых системах передачи?

2. Особенности построения цифровых систем передачи с точки зрения измерений?

3. Требования к метрологическим характеристикам средств измерений?

Ответы:

1. Различают два вида показателей цифровых каналов и трактов - показатели ошибок и показатели дрожания и дрейфа фазы.

Показатели ошибок цифровых каналов и трактов являются статистическими параметрами, и нормы на них определены с соответствующей вероятностью их выполнения.

2. Основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми:

Высокая помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.

Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи. В пределах каждого регенерационного участка искажения передаваемых сигналов оказываются ничтожными. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины линии в 100 раз для сохранения неизменным качества передачи информации достаточно уменьшить дли-ну регенерационного участка лишь на несколько процентов.

Стабильность параметров каналов ЦСП. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются, в основном, устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть оборудования ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых. Этому также способствует отсутствие в ЦСП влияния загрузки системы на параметры отдельных каналов.

Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов. При вводе дискретных сигналов непо-средственно в групповой тракт ЦСП скорость их передачи может при-ближаться к скорости передачи группового сигнала. Если, например, при этом будут использоваться временные позиции, соответствующие только одному каналу ТЧ, то скорость передачи будет близка к 64 кбит/с, в то время как в аналоговых системах она обычно не превышает 33,6 кбит/с.

Возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми системами коммутации являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети, обладающей высокими показателями надежности и качества.

Требования к ЦСП определены в рекомендациях МСЭ-Т серий G. и М.

3. Средства измерения электросвязи (СИЭ) подлежат обязательной сертификации в системе сертификации "Электросвязь".

К СИЭ относятся средства измерений специального назначения, разработанные и (или) применяемые для измерений преимущественно в технике связи. Средства измерений (СИ) общего применения, не относящиеся к СИЭ, не подлежат сертификации в системе "Электросвязь".

Решение о том, относится ли СИ к СИЭ, принимается метрологами операторов связи, а в сложных случаях -- головной организацией метро логической службы (или базовыми организациями).

Общие правила и порядок сертификации СИЭ (подача заявки, заключение контрактов или договоров, выдача и оформление сертификата и т.п.) должны соответствовать "Основным положениям обязательной сертификации технических средств электросвязи ВСС России".

Заявку на проведение сертификации СИЭ должен подавать изготовитель, продавец или владелец (оператор) данного вида СИЭ. Сертификационные испытания по заявке оператора проводятся, когда поставщик отказался от проведения сертификации или не присутствует на Российском рынке. Сертификат соответствия при этом распространяется только на конкретные экземпляры СИЭ, указанные в заявке.

Сертификацию СИЭ проводят аккредитованные испытательные центры (ИЦ) технических средств и систем электросвязи, в область аккредитации которых входят средства измерения (измерительная техника) электросвязи. В случае сложной измерительной техники предпочтение должно отдаваться испытательным центрам головной и базовых организаций метрологической службы отрасли.

После вынесения решения УС Минсвязи России о сертификации заказчику выдается Сертификат соответствия по установленной форме. На основании полученного сертификата изготовитель (поставщик) обязан маркировать изделия, в том числе СИЭ, знаком сертификата, в нем указанным, в соответствии с ОСТ 45.02-97.

Действие сертификата на СИЭ, приобретенные в период срока действия сертификата, распространяется на весь срок службы данного СИЭ.

Порядок проведения сертификации СИЭ в системе "Электросвязь" должен соответствовать отраслевому РД 45.054-2000 "Организация и порядок проведения сертификации средств измерения электросвязи".

5. ИЗМЕРЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО ЗАТУХАНИЯ

1. Измерители уровня обозначаются: широкополосные - ИУ-1, избирательные - ИУ-2 и универсальные - ИУ-3.

Диапазон частот на который рассчитан ИУ, должен соответствовать диапазону каналов и трактов EACC, для которых рассчитан ИУ.

Допускается расширение диапазонов частот относительно номинальных если это требуется при настройке соответствующих каналов и трактов в том случае если они зависят от частоты.

Основная погрешность ИУ или ее составляющие согласно ГОСТ 23854-79 должны нормироваться пределом допускаемых значений в дБ на частотах, указанных ТУ на ИУ конкретного типа. К составляющим основной погрешности ИУ относятся: погрешность калибровки, погрешность ступенчатой регулировки пределов измерения, погрешность на оцифрованных отметках шкалы аналоговых ИУ или погрешность, зависящая от показаний цифровых ИУ. Основную погрешность нормируют в виде составляющих, когда ее значение превышает ±0,2 дБ.

Дополнительные погрешности ИУ нормируются в децибелах пределом допускаемой погрешности при измерении напряжения питания и пределом допускаемой погрешности на каждые 10°С при изменении температуры окружающего воздуха в рабочих условиях помещения.

Неравномерность частотной характеристики ИУ следует нормировать в номинальном диапазоне частот ИУ относительно частоты калибровки или частоты, указанной в стандартах или ТУ на ИУ конкретного типа. Если ИУ предназначен для различных каналов и трактов ЕАСС, имеющих рабочие диапазоны частот в пределах нормируемого диапазона, то нормирование следует выполнять также в каждом из этих диапазонов.

Затухание побочных спектральных составляющих (промежуточных, зеркальных, комбинационных) ИУ-2 и ИУ-3 нормируют в виде разности показаний на частоте сигнала, подаваемого на вход, и частотах, соответствующих промежуточной, зеркальной или частоте комбинационной составляющей.

Уровень собственных шумов нормируется в виде показаний ИУ или отклонения стрелки в мм в рабочем диапазоне частот, или отсутствии сигнала на входе.

Основная погрешность на входе на частоту ИУ-2 и ИУ-3 в избирательном режиме нормируется пределом допускаемых значений в абсолютных или относительных значениях частоты пределом допускаемой дополнительной погрешности при изменении напряжения питания и пределом допускаемой погрешности на каждые 10°С при изменении температуры окружающего воздуха в рабочих условиях применения.

Нестабильность показаний ИУ-2 и ИУ-3 в избирательном режиме во времени в нормальных условиях применения нормируются в виде предела отклонения показаний за время, выбираемое из ряда: 5, 15, 30 минут, 1 час.

Время установления показаний ИУ не должно превышать 10 с.

Для аналоговых ИУ без термопреобразователей и термосопротивлений время установления показаний не должно превышать 4 с.

Для цифровых ИУ указывается время измерения при внутреннем запуске.

2. На вход передающей части канала в точку с номинальным относительным уровнем минус 13 дБо от измерительного генератора подается сигнал частотой 1020 Гц с уровнем минус 23 дБм, т.е. на 10 дБ ниже номинального.

На выходе приемной части канала в точке с номинальным относительным уровнем 4 дБо устанавливается уровень минус 6 дБм.

Измерения выполняются в течение трех суток. В период измерений запрещается проводить регулировки усиления и в измеряемом канале ,и в трактах, в которых он образован. При выполнении измерений отсчет показаний должен проводиться 1 раз в час. По результатам измерений вычисляется средняя величина остаточного затухания (уровня приема) и среднеквадратическое отклонение затухания от среднего значения.

3. Для определения максимального отклонения остаточного затухания (усиления) от номинального значения, отсчеты показаний проводятся в течение любого часа через минуту.

Из полученных данных определяется число отсчетов, при которых превышалась допустимая максимальная величина отклонения. При этом допускается, что 5% показаний от общего числа отсчетов могут превышать норму.

Размещено на Allbest.ru