Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра метрології та стандартизації
РЕФЕРАТ
На тему:
"Сигнатурний аналіз. Вимірювання параметрів і характеристик волоконно-оптичних ліній зв'язку та їх компонентів"
МІНСЬК, 2008
Сигнатурний аналіз. Загальна характеристика
Використовувана для відшукання несправностей сигнатура - це число, що складається з чотирьох знаків (цифр або букв) 16-річного коду (кілька видозміненого).
Сигнатура хоча і умовно, але однозначно характеризує роботу певного сайту або точки схеми контрольованого пристрою.
Приклади сигнатур представлені на малюнку 1.
1.
Сигнатурний аналіз зводиться до співставлення реальної сигнатури конкретного вузла або точки схеми з зразковою сигнатурою цього ж сайту або точки, зазначеної у технічній документації на цей пристрій. Розбіжність сигнатур свідчить про ненормальний або неправильному функціонуванні пристрою.
Принцип формування сигнатури
Для проведення сигнатурного аналізу цифрових систем з мікропроцесорами необхідний випробувальний сигнал, що представляє собою двійкову послідовність. Цю послідовність, звану даними, виробляє за спеціальною діагностичній програмі мікропроцесор, що знаходяться усередині досліджуваного пристрою.
З цієї послідовності в свою чергу формується випробувальний сигнал, званий тест-послідовністю. Вона має строго певну довжину, яка залежить від числа біт, ув'язнених у ній.
Необхідну довжину тест-послідовності встановлюють за допомогою стробирующий імпульсу, змінюючи його тривалість.
Принцип формування сигнатури з тест-послідовності за допомогою сигнатурного аналізатора пояснює малюнок 2.
Сигнатура формується в схемі, яка містить 16-розрядний регістр зсуву, що складається з 16 тригерів, чотири послідовно соедіненннних суматора за модулем два і ланцюга зворотного зв'язку.
Тест-послідовність може бути будь-якої довжини, але в кінці циклу обробки аналізується лише шістнадцяти бітове число, зафіксоване в регістрі. Це число, виражене у трохи видозміненому шестнадцатиричном коді і являє собою сигнатуру даної тест-послідовності. Так як число біт тест-послідовності набагато більше числа знаків сигнатури, то говорять, що сигнатурний аналізатор здійснює стиснення інформації.
У наведеній схемі такі особливості:
1) до початку роботи всі тригери регістру перебувають у стані логічного "0";
2) має місце наступна закономірність: якщо на других входах усіх чотирьох суматорів за модулем два знаходиться біт "0" або у парного числа суматорів біт "1", то біт, поданий на вхід схеми, передається на вхід D регістра без зміни. Якщо біт "1" є на других входах непарного числа суматорів, то на вхід регістра передається біт, протилежний вхідному.
Малюнок 3.
Сигнатурний аналіз володіє високою вірогідністю, що підтверджується наступними висновками:
1 Ймовірність того, що у двох однакових двійкових послідовностей будуть однакові сигнатури дорівнює одиниці.
2 Імовірність одержання однакових сигнатур для двох двійкових послідовностей, що відрізняються тільки одним бітом, дорівнює нулю.
3 Імовірність одержання однакових сігнатру для двох двійкових послідовностей, що відрізняються кількома бітами, не перевищує 0,000015.
Структурна схема сигнатурного аналізатора
Структурна схема сигнатурного аналізатора представлена на малюнку 3.
ФВВ - формувач часових воріт;
ФТП - формувач тест-послідовності;
ФДКС - формувач двійкового коду сигнатури;
БП - блок пам'яті;
СОІ - схема одноразового вимірювання.
У наведеній схемі аналізатора виконується три основних операції:
1) формування тест-послідовності;
2) формування сигнатури;
3) відображення сигнатури.
Перша операція протікає в такий спосіб. З досліджуваного пристрою через пробник в аналізатор надходять сигнали трьох видів: тактові імпульси, сигнали запуску ПУСК і сигнали зупинки СТОП. Фронт сигналу ПУСК готує регістр зсуву формувача сигнатур до прийому тест-послідовності і задає фронт тимчасових воріт, а фронт сигналу СТОП - їх зріз. Таким чином інтервал часу, що розділяє фронти сигналів ПУСК і СТОП визначає тривалість часових воріт як показано на малюнку 4.
Отриманий стробирующий імпульс (тимчасові ворота) і тактові імпульси подаються в формувач тест-послідовності, в який через пробник даних також надходить послідовність даних з досліджуваного пристрою.
У моменти збігу фронтів тактових імпульсів з бітами даних утворюються біти тест-послідовності. Причому на її структуру не впливають жодні зміни даних у проміжках між фронтами тактових імпульсів.
Довжину тест-послідовності (число біт у ній) можна змінювати, змінюючи інтервал часу між імпульсами ПУСК і СТОП. Довжину тест-послідовності (число біт у ній) можна змінювати, змінюючи інтервал часу між імпульсами ПУСК і СТОП.
Синхронізація роботи всіх вузлів аналізатора здійснюється тактовими імпульсами досліджуваного пристрою.
Сформований двійкове число, що визначає сигнатуру, надходить у два блоки пам'яті (БП). БП1 зберігає це число протягом одного циклу вимірювання. Це число перетворюється дешифратором в чотиризначний шістнадцятковий код - сигнатуру, який і висвічується на дисплеї. БП2 зберігає результати формування сигнатур, отриманих за два цикли вимірювання наступні один за іншим. Якщо сигнатури не збігаються, то на дисплеї висвічується напис: "Нестабільна сигнатура". Це дозволяє виявити випадкові збої в роботі досліджуваного пристрою.
Вимірювання параметрів і характеристик волоконно-оптичних ліній зв'язку та їх компонентів
Загальні відомості. Вимірювані параметри
Основними характеристиками оптичних кабелів (ОК) та оптичних волокон (ОВ) є: дисперсія та затухання (поглинання).
Дисперсія
У ОВ виникає кілька типів дисперсії: модів (багатомодова, межмодовая) і хроматична (внутрімодовая, спектральна).
Модовая дисперсія виникає внаслідок того, що кожна мода проходить різний шлях по ОВ, як показано на малюнку 5, а отже має різну швидкість вздовж осі волокна.
Швидкість світла, що поширюється в волокні, залежить від довжини хвилі. Отже, імпульс, що займає кінцеву смугу довжини хвиль в спектрі, буде розширювати через те, що його складові з різними довжинами хвиль будуть розповсюджуватися з різними швидкостями. Це явище називається хроматична дисперсією, яка складається з матеріальної дисперсії і хвильової дисперсії.
Матеріальна дисперсія викликається залежністю групової швидкості світла від довжини хвилі. Ця залежність зумовлена тим, що показник заломлення скляних волокон змінюється зі зміною довжини хвилі. Матеріальна дисперсія позначається, якщо передається сигнал має широкий спектральний інтервал. На малюнку 6 показано уширення імпульсу в наслідок матеріальної дисперсії (а - вхідний іпульс, б - вихідний імпульс).
Волноводная дисперсія за своєю дією подібна матеріальної, але виникає внаслідок залежності фазової та групової швидкостей кожної моди світлової хвилі від довжини хвилі. У загальному випадку вона мала в порівнянні з іншими видами дисперсій.
Згасання (поглинання)
При розповсюдженні по ОВ сигнал загасає внаслідок оптичних втрат, які пропорційні довжині світловода. Згасання вимірюється в децибелах на одиницю довжини і на практиці застосовуються від 0.2 дБ / км до 10дБ/км.
Згасання обумовлено трьома основними причинами:
1) поглинання світла домішками (в якості домішок виступають іони металів і гідроксильні іони ОН через наявність води в склі);
2) розсіювання світла;
3) втрати на випромінювання на микроизгибов ОВ.
Існує два основні механізми розсіювання світла в ОВ. Перший з них - релєєвськоє розсіювання, яке викликається неоднорідністю діелектричних властивостей внаслідок хаотичного розподілу молекул в аморфному склі.
Другий механізм пов'язаний з технологічними неоднорідностями на поверхні розділу серцевини й оболонки. Внаслідок цього промені світла, що падають на поверхню під деяким кутом, відображаються під різними кутами, що призводить до змішання мод.
Микроизгибов оптичного волокна викликають втрати світла внаслідок випромінювання, але ці втрати невеликі, якщо радіус вигину більше деякого критичного значення.
Для вимірювання загасання в основному використовують два методи:
1) зворотного розсіювання;
2) метод прямого вимірювання загасання.
Метод зворотного розсіювання
Даний метод вимірювання знайшов широке застосування у вигляді можливості одночасного вимірювання кількох параметрів ОВ, щодо високої швидкості вимірювання з одного кінця лінії, а також достатньою для більшості завдань точності. Принцип вимірювання параметрів ОВ методом зворотного розсіювання заснований на спостереженні потоку зворотного розсіювання (ПОР), що виникає внаслідок відображення зондуючого сигналу при його проходженні по ОВ від розсіяних і локальних неоднорідностей. Цей метод дозволяє вимірювати загасання ОВ, функції розподілу загасання по довжині ОВ і розподілу локальних неоднорідностей, місця обриву, а також визначити дисперсію і групове час проходження сигналу по волокну.
На практиці метод зворотного розсіювання реалізується в оптичних рефлектометра, що реєструють потік зворотного розсіювання і вимірюють його параметри.
ЛІТЕРАТУРА
Метрологія та Електровимірювання в телекомунікаційних системах: Підручник для вузів / А.С. Сігов, Ю.Д. Бєлік. та ін / Під ред.В.І. Нефедова. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Вищ. шк., 2005.
Бакланов І.Г. Технології вимірювань у сучасних телекомунікації. - М.: ЕКО-Трендз, 2007.
Метрологія, стандартизація і вимірювання в техніці зв'язку: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Б.П. Кульгавого. - М.: Радіо і зв'язок, 2006.