- •Хамадулин э.Ф. Методы и средства измерений в ткс
- •Предисловие
- •2.Измерения в телекоммуникационных системах
- •2.1.Современное состояние измерений в телекоммуникационных системах связи
- •2.2.Классификация измерительной аппаратуры
- •2.3.Свойства классических средств измерений и предъявленные к ним требования
- •2.4.Свойства средств измерений современных телекоммуникаций
- •2.5.Метрологическое обеспечение современных телекоммуникаций
- •3.Основные типы, параметры и характеристики сигналов в ткс
- •3.1.Основные характеристики интерфейса е1
- •3.2.Нормы на стабильность частоты. Джиттер в системах уе1.
- •3.3.Идеализированные испытательные импульсные сигналы
- •3.4.Частотная, импульсная характеристика и спектральная плотность
- •3.5. Определение спектральной плотности при измерениях
- •3.6.Модельное представление параметров импульсных сигналов
- •3.7.Параметры динамических характеристик
- •4. Радиоизмерения
- •4.1.Классификация радиоизмерений
- •4.2.Измерение напряжения и силы тока
- •4.2.1Электроизмерительные приборы
- •4.3.Методы измерения
- •4.3.1Метод непосредственной оценки
- •4.3.2Метод сравнения
- •4.4.Средства измерения (Электромеханические амперметры и вольтметры)
- •4.4.1Магнитоэлектрические приборы
- •4.5.Электромагнитные приборы
- •4.6.Электродинамические приборы
- •4.7.Ферродинамические приборы
- •4.8.Электростатические приборы
- •4.9.Выпрямительные приборы
- •4.10. Аналоговые электронные вольтметры
- •4.11. Автокомпенсационные вольтметры
- •4.12. Измерение токов и напряжений на вч
- •4.13. Термопреобразователи на вч
- •4.14. Основные составляющие погрешности измерения тп
- •4.14.1Температурная погрешность
- •4.14.2Частотная погрешность
- •4.15. Многоэлементный тп фирмы Fluke
- •4.16. Фотоэлектрические измерительные преобразователи тока
- •4.17. Электродинамические приборы
- •4.18. Масштабный измерительный преобразователь на основе пояса Роговского.
- •4.19. Перспективные средства измерений силы переменного тока
- •4.20. Заключение
- •5. Исследование формы и параметров сигнала
- •5.1. Принцип действия электронно-лучевой трубки
- •5.2.Матричная индикаторная панель.
- •5.3. Типы осциллографов
- •5.3.1Универсальный осциллограф
- •5.3.2Цифровые осциллографы
- •5.3.3Запоминающие цифровые осциллографы.
- •5.3.4Двухканальные и двухлучевые осциллографы.
- •5.3.5Скоростные и стробоскопические осциллографы.
- •5.3.6 Стробоскопические осциллографы
- •5.4. Способы отсчета напряжения и временных интервалов в осциллографах
- •5.4.1Цифровое измерение мгновенных значений амплитуды и временных параметров сигнала на входе прибора
- •5.4.2Измерение с помощью калибрационного напряжения на экране элт
- •5.4.3Компенсационный метод измерения периодического импульсного напряжения
- •5.4.4Новые функциональные возможности осциллографов
- •5.4.5Осциллографы с цифровыми измерительными блоками
- •5.4.6Автоматизация осциллографических измерений
- •5.4.7Цифровая коррекция погрешности измерения параметров сигналов
- •5.4.8Технические характеристики семейства цифровых вычислительных осциллографов
- •5.5. Расчет суммарной погрешности измерения осциллографа
- •6. Измерение параметров спектра радиосигналов
- •6.1. Характеристики спектра радиосигналов
- •6.2. Методы измерения характеристик спектра сигналов
- •6.3. Средства измерений характеристик спектра. Классификация, основные характеристики
- •6.3.1Анализаторы спектра параллельного действия
- •6.3.2Гетеродинные анализаторы спектра последовательного типа
- •6.3.3Анализаторы спектра на цифровом фильтре
- •6.3.4Вычислительные анализаторы спектра
- •7. Измерение мощности
- •7.1.Характеристики мощности
- •7.2. Классификация методов измерения мощности
- •7.3. Методы измерения мощности
- •7.3.1 Методы измерения поглощаемой мощности
- •7.3.2 Измерение мощности с помощью терморезисторов
- •7.3.3Болометры и их характеристики.
- •7.3.4Термисторы и их характеристики.
- •7.3.5Терморезисторные мосты.
- •7.3.6Погрешности терморезисторного метода.
- •7.3.7 Термоэлектрический метод измерения мощности
- •7.3.8Калориметрические методы измерения мощности
- •8.Радиочастотные измерения
- •8.1. Средства измерений напряженности электромагнитного поля.
- •8.2. Измерители напряженности поля
- •8.3. Измерители напряженности слабых полей
- •8.4. Инп сильных электромагнитных полей
- •8.5. Измерительные приемники
- •8.6.Измерительные антенны
- •8.6.1Штыревая антенна
- •8.6.2Дипольные антенны
- •8.6.3Логопериодические антенны
- •8.6.4Рамочные антенны
- •8.6.5Рупорные антенны
- •8.6.6 Биконическая антенна
- •9. Измерение частоты
- •9.1.Основные определения
- •9.2. Резонансные частотомеры
- •9.3.Электронно-счетные частотомеры
- •10. Измерительные генераторы. Классификация и метрологические характеристики измерительных генераторов свч.
- •10.1. Принципы генерирования сигналов свч
- •10.2. Типовые схемы генераторов сигналов свч
- •10.3. Структурные схемы генераторов свч
- •10.4.Цифровые измерительные генераторы низких частот
- •10.4.1Принципы аппроксимации.
- •10.5. Генераторы шумовых сигналов
- •10.6. Импульсные генераторы
- •11. Измерение шумов и помех
- •11.1. Измерение коэффициента шума
- •11.1.1Определение коэффициента шума
- •11.2.Методы измерения шумовых параметров радиоэлектронных устройств
- •11.3. Измерители коэффициента шума
- •11.4.Помехи и шумы в каналах передачи информации
- •11.5.Измерение радиопомех
- •11.6.Измерение напряжения радиопомех
- •11.7.Измерения напряженности поля радиопомех
- •11.8.Методика измерения напряжения радиопомех
- •11.9.Методика измерения напряженности поля радиопомех
- •12.Измерения в цифровых системах передачи
- •12.1.Работа мультиплексоров в цифровом потоке е1
- •12.2. Анализ процедур демультиплексирования
- •12.3.Измерения параметров физического уровня е1
- •11. 4. Приборы для измерения в цифровых каналах связи
- •11.5. Анализ ошибок в цифровых системах передачи
- •12.4.Методы и принципы измерений в широкополосных сетях связи атм
- •12.5.Измерения, проводимые с остановкой связи
- •12.6.Измерение коэффициента ошибок сигнала atm и проверка функционирования системы передачи
- •12.7.Универсальный сетевой анализатор
- •12.8. Измерения atm, проводимые с остановкой связи
- •12.9.Тестирование соединений atm и мониторинг заголовков
- •12.10.Измерение времени задержки ячеек
- •12.11.Ввод сигналов атм
- •12.12.Тестирование систем передачи атм без остановки связи
- •12.13.Анализ загрузки и каналов пользователей
- •12.14.Интернет: критический режим работы шлюзов
- •12.15.Требования, предъявляемые к тестовому оборудованию atm
- •13.Измерения на волоконно-оптических линиях связи
- •13.1.Измерение потерь на волоконно-оптической линии связи
- •13.2.Измерение коэффициента затухания оптической линии.
- •13.3.Методы определения неоднородностей оптической линии
- •13.4.Характеристики оптических рефлектометров
- •Р ис. 12.6 Прием мертвой зоны otdr
- •Р ис. 12.7 Определение величины мертвой зоны по затуханию
- •Разрешающая способность otdr
- •Точность измерений оптического рефлектомера
- •13.5.Функциональные параметры otdr
- •Длительность импульса
- •Длина волны otdr
- •Диапазон
- •Интервал усреднения результатов
- •Параметры волокна
- •13.6.Процедуры измерений
- •Р ис. 12.9 Пример изображения результатов измерения параметров волокон otdr
- •Выполнение измерений возвратных потерь
- •Р ис. 12.11 Пример измерения orl на рефлектограмме анализатора
- •13.7.Измерение хроматической дисперсии волокна
- •Р ис. 12.12 Хроматическая дисперсия
- •13.8.Измерение поляризационной модовой дисперсии (пмд)
- •Интерферометрический метод
- •Р ис. 12.14 Тестирование пмд методом фиксированного анализатора
- •13.9.Измерительная техника, используемая при эксплуатации восп Оптические измерители мощности
- •Р ис. 12.16 Характеристики зависимости выходного сигнала фотодиода от длины волны принимаемого сигнала
- •Стабилизированные источники оптического сигнала
- •Р ис. 12.18 Спектральная характеристика лазерного и светодиодного источника Светодиодные оптические источники
- •13.10.Визуальные дефектоскопы
- •13.11.Анализаторы затухания в оптическом кабеле
- •13.12.Перестраиваемые оптические аттенюаторы
- •13.13.Оптические рефлектометры
- •Р ис. 12.21 Принципиальная схема рефлектометра
- •Литература
6.2. Методы измерения характеристик спектра сигналов
В настоящее время известны два основных метода измерения характеристик спектра сигналов: вычисление преобразований Фурье (5.2) цифровыми средствами и получение преобразований Фурье как результата воздействия исследуемого процесса f(t) на избирательный четырехполюсник. Функциональные схемы устройств, реализующих метод вычисления преобразований Фурье, приведены на рис. 5.2 и 5.3
Рис. 5.16. Функциональная схема устройства, реализующего вычисление модуля спектра.
Рис. 5.17. Функциональная схема устройства, реализующего вычисление аргумента спектральной функции.
Для измерения модуля и аргумента текущего частотного спектра (рис. 5.2 и 5.3) необходим ключ (Кл), отключающий в момент отсчета текущего спектра исследуемую функцию f(t) от схемы, чтобы в соответствии с (5.2) и (5.6) осуществить обрыв f(t) в момент т и прекратить интегрирование. Фактически текущий частотный спектр определяется не для функции f(t), а для функции f1(t) (рис. 5.4), равной f(t) до времени τ и нулю для t > τ.
Изменяя частоту (рис. 5.3 и 5.2), измеряют модуль и аргумент текущего спектра на разных частотах. Для получения одинаковых начальных фаз напряжений Usinωt и Ucosωt на всех частотах их источник синхронизируют ключом.
Для измерения спектральной функции S(ω) с использованием схем, изображенных на рис. 5.2 и 5.3, время интегрирования должно превышать длительность исследуемого процесса f(t).
Для рассмотрения второго метода измерения спектральных характеристик оценим реакцию U(t) четырехполюсника на воздействие процесса f(t), которая определяется обратным преобразованием Фурье:
(5.8)
Рис. 5.18. Эпюры входных напряжений процессов:
f(t) – анализируемого; f1(t) – процесса, по которому определяется текущий частотный спектр; f2(t) – процесса, по которому вычисляется напряжение на выходе однорезонансного контура.
где К (ω) = |К(ω)|еjφ(ω)— передаточная функция (частотная характеристика); |К(ω)| — амплитудно-частотная характеристика (АЧХ); |φ(ω)| — фазочастотная характеристика четырехполюсника (ФЧХ).
Умножим правую часть (5.2) на e-jωτ и еjωτ:
(5.9)
Интеграл в правой части (5.9) можно рассматривать как интеграл наложения (Дюамеля). В общем случае интеграл наложения записывается следующим образом:
(5.10)
где U (τ) — мгновенное значение напряжения на выходе четырехполюсника в момент т; H(t) — переходная функция; h(t) — импульсная характеристика четырехполюсника.
Первый член (5.10) учитывает воздействие незакончившегося процесса f(t) после момента отсчета т (рис. 5.4). Если процесс прерывают в момент t = τ, как это требуется при моделировании выражения (5.2), то первый член (5.10) не нужен [f(t)= 0], тогда
(5.11)
Сопоставляя (5.9) и (5.11), преобразование Фурье (5.9) для текущего спектра с точностью до масштабного коэффициента, а можно представить в виде (5.11) как результат воздействия исследуемого процесса f(t) на избирательный четырехполюсник с импульсной характеристикой
(5.12)
Импульсной характеристикой вида (5.12) обладают четырехполюсники, АЧХ которых описываются δ-функцией Дирака К(ω) = δ(ω–ω0). Такой импульсной характеристикой обладает идеальный одиночный резонансный контур. У этого контура время установления огибающей τфр->0 независимо от полосы пропускания. Импульсную характеристику и переходную функцию реальных избирательных систем можно записать в символической форме:
(5.13)
где a(t) и b(t) — огибающие, времена нарастания и спада которых зависят от полосы пропускания или, точнее, от передаточной функции К(ω). Для реального одиночного резонансного контура
(5.14)
где α = R/2L — множитель затухания; R, L — сопротивление и индуктивность контура. Подставив (5.12) в (5.13), получим
(5.15)
Сопоставив (5.15) с (5.9), с учетом (5.3) – (5.6) найдем модуль и аргумент S(ω)Тид:
(5.16)
(5.17)
Функциональная схема устройства, реализующего этот метод, представлена на рис. 5.5
Сигнал f(t) через ключ подводят к двум идеальным контурам с импульсными характеристиками hид1=αcosωt и hид2=αsinωt. Для измерения модуля напряжения на контурах квадрируют, суммируют и извлекают квадратный корень, а для измерения аргумента выполняют обратное тригонометрическое преобразование отношения напряжения на контурах, В момент отключения f(t) мгновенные значения выходных напряжений схемы соответствуют модулю и аргументу текущего спектра для определенного ω0 [(5.4) и (5.5)].
Рис. 5.19. Функциональная схема устройства, реализующего метод определения модуля и аргумента спектральной функции с помощью одиночного резонансного контура.
Для измерения спектральной функции S(ω) по этой схеме (рис.5.5) напряжение на выходах схемы отсчитывают после окончания процесса f(t). Анализируя особенности измерений текущего спектра по этой схеме и абстрагируясь от технической реализации идеальных одиночных резонансных контуров, можно подсказать пути упрощения схемы в тех случаях, когда не нужно измерять аргумент текущего спектра. После отключения процесса f(t) от схемы переменное напряжение на идеальных контурах не меняется и для измерения модуля текущего спектра достаточно измерить переменное напряжение на контуре, т.е. достаточна схема с одним идеальным контуром.
Модуль спектральной функции закончившегося процесса можно измерить в одноканальной схеме с идеальным контуром без ключа, поскольку после окончания процесса переменное напряжение на контуре не зависит от времени (а = 0) и положения ключа, так как нет внешних воздействий.
Практически аппаратурный частотный спектр не соответствует ни полному (5.1), ни текущему (5.2) спектрам, так как реализовать бесконечные пределы интегрирования невозможно.
Практически для анализа непрерывных процессов используют весовые функции («окна»), которые ограничивают процесс, подвергаемый анализу. Используются прямоугольные «окна», «окна» Тьюки, Хэмминга, Бартлета, Парзена и др.
Анализ с использованием весовой функции («окна») выполняется согласно (5.11):
(5.18)
где а (τ - t) - весовая функция, которая как бы вырезает часть процесса f(t) (рис. 5.6).
1 – весовая функция; 2 – процесс f(t); 3 - а(t) f(t) – взвешенный процесс f(t)
Применение фильтров с ограниченной полосой пропускания и конечной длительностью окна приводит к определенным погрешностям, которые можно учитывать.
Уменьшение полосы пропускания анализирующего фильтра при увеличении протяженности «окна» приближает спектральную функцию взвешенного участка процесса f(t)a(τ – t) к спектральной функции процесса f(t), и при Тф >>Тпрц (Тпрц — длительность процесса) они совпадут.
Разновидностью первого метода является метод вычисления коэффициентов Фурье (5.7) как суммы выборочных значений сигнала, взятых через промежутки времени Δt на интервале -Т/2 <t< Т/2 и умноженных на sin и cos аргумента kω0τ, с последующим вычислением амплитуды и фазы спектральных составляющих.
Разновидностью второго метода является дисперсионный анализ, где роль анализирующих фильтров выполняет дисперсионная линия задержки.