7. Методы и средства измерения фазового дрожания

7.1. Понятия джиттера, его классификация и влияние на параметры канала

Как известно, фазовое дрожание (джиттер) определяется как кратковременные фазовые отклонения цифрового сигнала от его идеального состояния во времени с частотами выше 10Гц. Значимой при этом может быть любая удобная и легко определяемая точка сигнала, находящаяся, например, на переднем или заднем фронте импульса. Вторым параметром, тесно связанным с фазовым дрожанием, является дрейф фазы (вандер), который обычно относится к долговременным изменениям фазы сигнала. Хотя не существует стандартизированной границы, отличающей фазовое дрожание от дрейфа фазы, последний обычно рассматривают как фазовые отклонения ниже 10 Гц.

Функция фазового дрожания может быть получена путем графического отображения во времени отклонения положения фронта импульса или выбранной точки синусоидального сигнала на выходе контролируемой системы передачи при воздействии на ее вход сигналом с заданным уровнем фазового дрожания. При этом амплитуда фазового дрожания часто выражается в относительных интервальных единицах ЕИ (UI), а не в единицах абсолютного времени, так как в этом случае результат измерения не зависит от действительной скорости передачи данных, что позволяет осуществить сравнение амплитуды фазового дрожания на различных иерархических уровнях в цифровой системе передачи.

В ВОСП встречаются различные типы дрожания фазы, а именно :

  • случайное дрожание фазы, которое не зависит от передаваемой последовательности и возникает в следствие шумов, создаваемых электронными элементами регенератора;
  • детерминированное фазовое дрожание (собственное), которое представляет собой последовательность смещений, создаваемых схемой восстановления тактовой частоты.

Детерминированное дрожание фазы также может возникать в следствии искажений формы сигнала и преобразований амплитуда – фаза – шум. Учитывая , что между терминалами может быть несколько регенераторов, происходит накопление уровня дрожания фазы в зависимости от их количества. Приняв модель не коррелированного дрожания фазы, считаем, что результирующее дрожание фазы пропорционально квадратному корню из количества регенераторов, в то время как при детерминированном дрожании фазы регенераторов результирующее дрожание обычно пропорционально количеству регенераторов. Последний тип дрожания фазы является детерминирующим в реальных системах с большим числом регенераторов.

Джиттер приводит к отсчету цифровых сигналов в не идеальные моменты времени. Это может привести к единичным или серийным ошибкам. Количество регенерированного сигнала так же в значительной степени определяется устойчивостью системных компонентов к джиттеру. Джиттер также может вызывать проскальзывание битов из-за перегрузки или не догрузки динамических буферов. Теоретически, перед возникновением ошибок в отчете вариация может достигать половины текущей ширены бита, который отсчитывается. На практике, критические значения намного меньше благодаря искажению сигнала и дополнительному шуму.

7.2. Причины возникновения джиттера

В зависимости от причины возникновения, различают систематический и несистематический джиттер. Систематический джиттер зависит от переданной битовой последовательности . Задержки в скремблерах и кодерах являются зависимыми от набора. Линейное искажение может также привести к импульсным переходным помехам, которые также зависят от набора, что вызывает появление джиттера, если выравнивание сигнала не совсем корректно или контуры контроля восстановления сигнала настроены неправильно. Несистематический джиттер вызывается электромагнитным воздействием внутренних и внешних интерфейсных сигналов, таких как переходные помехи, шум, отражения и другие интерфейсные напряжения. В частности, проблемой является интерференция тактирования из-за других системных компонентов.

Проблема джиттера проявляется в SDH больше. Пойнтерные операции вызывают единичные или повторяющиеся фазовые скачки величиной 24 бита. Входные компоненты системы должны удалять их по возможности полностью. Результатом этого процесса является пойнтерный джиттер. Ещё один тип джиттера возникает в результате выполнения стаффинга для подключения плезиохронных сигналам к синхронным сетевым элементам. Биты стаффинга разрывают входной сигнал во время размещения (mapping). Потом восстановление сигнала всегда приводит к джиттеру, известному как джиттер размещения. Следующая группа разновидностей джиттера известна как джиттер выравнивания. Он обусловлен тем, что необходимые позиции выравнивания в плезиохронных структурах цикла появляются только в определенные моменты времени. Результатом этого оказывается фазовая модуляция передаваемого сигнала.

К сожалению, джиттер накапливается каждый раз, когда сигнал регенерируется на маршруте передачи. Ясно, что нежелательный джиттер можно снизить в определенных пределах внутри системы компонентов при помощи соответствующей конструкции схемы, но низкочастотный джиттер проходит через систему незамеченным, поскольку регенераторы такта придерживаются вариаций во входном сигнале.

Битовые ошибки возникают, когда временное соотношение между данными и скоростью отсчета, определяемой из данных, нарушается. Джиттер данных в пределах ширины полосы закрытых по фазе цепей (phase-locked loop, PLL) на входе системных компонентов почти полностью добавляется к такту отсчета, поэтому соотношение между тактом и данными сохраняется. Джиттер становится критичным, если его частоты близки к частотам раздела или выходят за пределы полосы пропускания PLL. В этом случае, только часть джиттера передается данным, приводя к искажению временного соотношения. Данные больше не отсчитываются по центру каждого бита. Тогда даже относительно малые амплитуды джиттера могут вызвать битовые ошибки.

7.3. Виды измерений фазового дрожания (джиттера) и их необходимость

Стандарты SONET и SDH включают следующие категории: генерируемое или собственное дрожание фазы, вносимое дрожание фазы и устойчивость к дрожанию фазы. В зарубежной литературе вносимое дрожание фазы обычно ассоциируют с преобразованием дрожания фазы тем или иным устройством, введённым в линию связи.

Реконструкция цифрового сигнала без ошибок зависит от устойчивости системных компонентов к джиттеру, а также от соотношения сигнал/шум. Поскольку измерения битовых ошибок обеспечивают оценку хорошо/плохо по отношению к определенным номинальным пределам, измерения джиттера позволяют обнаружить, происходят ли медленные (иначе говоря, скрытые) изменения. Это позволяет дать общую оценку устойчивости системы или всей сети к ошибкам. В частности, это важный аспект превентивного технического обслуживания для обеспечения качества сети, так как это эффективный способ предупреждения возможных сбоев системы.

7.4. Нормы на фазовые дрожания

В настоящее время определены нормы на максимальное значение дрейфа и дрожание фазы для иерархических стыков цифровых систем передачи, которые должны соблюдаться при всех эксплуатационных условиях независимо от количества оборудования, включенного в тракт перед рассматриваемым стыком [104]. При этом предельные нормы определяются в виде максимальной ошибки временного интервала, выраженного полным размахом фазового дрожания, измеренного на выходе полосовых фильтров.

Предельные нормы на дрейф фазы.

Максимальная ошибка временного интервала на стыках любых сетевых устройств за период наблюдения s > 104 секунд не должна превышать (102 * s + 104) нс. Здесь максимальная ошибка временного интервала ΔT = max[x(t)] – min[x(t)] определяется амплитудным значением изменения времени запаздывания хронирующего сигнала между двумя пиковыми отклонениями относительно идеального хронирующего сигнала в течение времени s и может быть представлена в виде рис. 7.7. При этом полный размах измеряется на выходе полосовых фильтров с частотами среза: нижней f1 и верхней f4, а также нижней f3 и верхней f4, соответственно.

Зависимость максимально допустимой ошибки временного интервала от периода наблюдения представлена на рис. 7.8, а ее сетевая предельная норма для плезиохронной цифровой иерархии приведена в табл. 7.1.

Рис. 7.7. Определение максимальной ошибки временного интервала

Рис. 7.7. Определение максимальной ошибки временного интервала

Рис 7.7. Зависимость максимально-допустимой ошибки временного интервала на входе сетевого узла

Рис 7.7. Зависимость максимально-допустимой ошибки временного интервала на входе сетевого узла

Таблица 7.1. Нормы собственного фазового дрожания

Скорость в тракте, кбит/с

Сетевая предельная норма

Полоса измерительного фильтра

Единичный интервал, нс

Полный размах

Полный размах

F1, Гц

F3, Гц

F4, Гц

64

0.25

0.05

20

3

20

15600

2048

1.5

0.2

20

18

100

488

8448

1.5

0.2

20

3

400

118

34368

1.5

0.15

100

10

800

29.2

139264

1.5

0.075

200

10

3500

7.15

Собственное фазовое дрожание имеет место на выходе оборудования при отсутствии приложенного входного фазового дрожания и может быть обнаружено в результате интегрированного измерения фазы и шума на оборудовании SONET/SDH. Уровень генерируемого фазового дрожания не должен превышать 0.01 UI среднеквадратичного значения при измерении с использованием фильтра верхних частот, имеющего граничную частоту, равную 12 кГц. Таким образом, генерируемое фазовое дрожание является показателем фазового дрожания на узле сети или на выходе конкретного устройства. Здесь следует отметить, что генерируемое фазовое дрожание определяется в терминах двойных UI на двух различных полосах частот измерения.

Таблица 7.2.

Скорость, кбит/с

Длина участка, км

Максимальное выходное фазовое дрожание для цифрового участка

Полоса измерительного фильтра

Полосовой фильтр с нижней частотой среза f1 и f3 и верхней частотой среза f4

Полный размах в (f1–f4)

Полный размах в (f3–f4)

f1, кГц

f3, кГц

f4, кГц

2048

50

0.75

0.2

20

18

100

8448

50

0.75

0.2

20

3

400

34368

50

0.75

0.15

100

10

800

139264

280

0.75

0.075

200

10

3500

Данный вид фазового дрожания характерен для синхронных систем передачи, так как в них время ожидания или дрожание тактового сигнала обусловлены нерегулярностью выравнивания цифрового сигнала. Это возникает вследствие процесса подстановки битов и смещения частоты, являющегося следствием преобразования поступающего плезиохронного потока данных в синхронный поток SONET/SDH. Кроме этого, вследствие преобразования полезной нагрузки и урегулирования указателей, связанных с созданием транспортируемой полезной нагрузки SONET/SDH, может возникать и фазовое дрожание времени ожидания.

Сетевая предельная норма на собственное фазовое дрожание для плезиохронной цифровой иерархии приведена в табл. 7.

Нормы на преобразование фазового дрожания.

Преобразование фазового дрожания представляет собой изменение его уровня при передаче с входа на выход тестируемого устройства и определяется отношением амплитуды синусоидального фазового дрожания на выходе оборудования к входному синусоидальному фазовому дрожанию. Характеристики преобразования фазового дрожания помогают удостовериться в том, что оборудование, установленное в системе, не приведет к увеличению уровня фазового дрожания в любой части спектра. Так как ряд последовательно установленных устройств, каждое из которых увеличивает фазовое дрожание, может привести к образованию неуправляемого уровня фазового дрожания, спецификации SONET/SDH определяют поля допуска (допустимые пределы) преобразования последнего для различных скоростей передачи и типов регенераторов. Требования к преобразованию фазового дрожания в схеме восстановления тактовой частоты обычно допускают его небольшое увеличение до данной предельной частоты, за которой фазовое дрожание необходимо ослаблять. Как правило, если есть сбои в оборудовании, они имеют место вблизи граничной частоты схемы восстановления тактовой частоты. Измерение вносимого фазового дрожания осуществляется посредством одновременного определения уровней фазового дрожания на входе и выходе тестируемого устройства.

Рисунок 7.9. Типичная характеристика передачи дрожания фазы

Рисунок 7.9. Типичная характеристика передачи дрожания фазы

Типичная характеристика передачи фазового дрожания приведена на рис.7.9, где значения уровней x и y и частот f1, f5, f6 и f7 определяются конкретным видом оборудования, но в любом случае норма на уровень усиления передачи (увеличения дрожания) не должна превышать 1 дБ.

Устойчивость к фазовому дрожанию.

Данный показатель определяет, насколько приемник способен восстанавливать исходный сигнал при наличии фазового дрожания, и определяется амплитудой поданного на вход оборудования фазомодулированного по синусоидальному закону сигнала, который вызывает соответствующее увеличение ошибок. С этой целью необходимо выполнить измерения BER при наличии соответствующего «дрожащего» сигнала. При этом устойчивость к фазовому дрожанию определяется с использованием полей допуска, каждое из которых определяет область функционирования оборудования, в которой обеспечивается требуемое значение BER.

Таблица 7.3.

Скорость, кбит/с

Полный размах в единичных интервалах

Частота, Гц

ПСП

А0

А1

А2

А3

f0

F10

f9

f8

f1

f2

f3

f4

64

1.15

0.25

0.05

*

1.2·10-5

*

*

*

20

600

3000

20

211-1

2048

36.9

1.5

0.2

18

1.2·10-5

4.88·10-3

0.01

1.667

20

2400

18000

100

215-1

8448

152

1.5

0.2

*

1.2·10-5

*

*

*

20

400

3000

400

215-1

34368

618

1.5

0.15

*

*

*

*

*

100

1000

10000

800

223-1

139264

2506.6

1.5

0.15

*

*

*

*

*

200

500

10000

3500

223-1

* - значения уточняются; значение А0 (18 мкс) представляет относительное фазовое смещение поступающего сигнала относительно собственного хронирующего сигнала, полученного с помощью эталонного генератора. Абсолютное значение А0 (21 мкс) составляет на входе оборудования в предположении, что максимальный дрейф тракта передачи между двумя узлами равняется 11 мкс. Согласно G.811, разница в 3 мкс соответствует такому же допуску на долговременное отклонение фазы национального эталонного задающего генератора.

Как правило, для каждой скорости передачи задается соответствующее поле допуска устойчивости к входному фазовому дрожанию, а в некоторых случаях и два поля с тем, чтобы была возможность оценивать влияние различных типов регенераторов. При этом разница между полем допуска и действительной кривой устойчивости оборудования представляет собой запас по фазовому дрожанию и характеризует его с точки зрения проходит/не проходит. Обычно при тестировании по устойчивости к фазовому дрожанию используется метод, заключающийся в ослаблении мощности сигнала без фазового дрожания до тех пор, пока не возникнут ошибки или не будет достигнуто определенное значение BER. Стандарты SONET/SDH устанавливают определенные значения фазового дрожания и частотных диапазонов, в пределах которых можно проводить измерения на совместимость оборудования.

7.5. Методы измерения фазового дрожания

Джиттер в цифровом сигнале определяется в терминах амплитуды и частоты. В общем случае джиттер измеряется в единичных интервалах (Unit intervals, UI), как показано на рис. 7.10. Амплитуда джиттера – величина расстояния от пика до пика функции передачи фазы. Если соотнести единичный интервал с длиной тактового периода, он независим от формы импульса двоичного сигнала. Он также не зависит от битовой скорости, так как привязан к тактовому периоду. Это позволяет прямое сравнение амплитуд джиттера на различных иерархиях цифрового сигнала. Джиттер обычно выражается величинами расстояний между пиками и обозначается индексом pp (peak-to-peak).

Рис.7.10. Определение единичного интервала (UI)

Величина джиттера может быть оценена должным образом только в том случае, если установлена ширина полосы, используемая для взвешивания имеющегося спектра джиттера. В противном случае, диапазон частоты джиттера и, следовательно, возможные эффекты его воздействия на поведение передачи не могут быть определены точно. Поэтому обычно выполняют два измерения с использованием разных взвешивающих полосовых фильтров. Этот метод даёт гораздо меньше информации, чем селективное по частоте измерение спектра джиттера, но позволяет получить полезные результаты с небольшими затратами. ITU-T определяет два взвешивающих фильтра для измерения джиттера, охватывающих верхние компоненты низкочастотного джиттера и нижние компоненты низкочастотного джиттера (рис. 7.11). Альтернативно, селективный анализ сигнала можно провести при помощи анализатора спектра.

Рис. 7.11. «Взвешивание» джиттера при помощи полосовых фильтров

Рис. 7.11. «Взвешивание» джиттера при помощи полосовых фильтров

На рис. 7.12 показана структурная схема измерителя джиттера. Сигнал с джиттером, который нужно измерить, может содержать длинные последовательности нулей. Поскольку для обычного метода измерения джиттера требуется непрерывный сигнал, для передачи возможно большего джиттера входного сигнала сигналу с регулярными изменениями состояния используется конвертор набор/такт. Как следствие, конвертор набор/такт строится на базе закрытой по фазе цепи (PLL), которая передает быстрые изменения в цифровой сигнал. Эта конверсия улучшает характеристики джиттера сигнала, но добавляет собственный джиттер конвертора набор/такт. Медленная PLL используется для задания измерителю тактового сигнала, свободного от джиттера (или, вернее, со сниженным джиттером). Функцию зависимости джиттера по времени получают простым сравнением фазы. Затем она фильтруется, и пиковые положительные и отрицательные значения определяются отдельно. Цифровая обработка отфильтрованной временной функции делает возможным обнаружение быстрых изменений в пиковом значении джиттера (например, пойнтерный джиттер). Вместо этого производители оборудования используют аналоговые фильтры, что увеличивает время отклика. Это означает, что происходит усреднение сигнала, и реальное пиковое значение нельзя определить точно.

Рис. 7.12. Структурная схема измерителя джиттера

Рис. 7.12. Структурная схема измерителя джиттера

На выходе демодулятора получают функцию зависимости джиттера по времени для дальнейшей обработки. Если подать её на селективный вольтметр или анализатор спектра, то можно точно определить спектр джиттера.

Собственное фазовое дрожание данных и тактовых импульсов и преобразование фазового дрожания могут быть измерены непосредственно с помощью высокоскоростного цифрового осциллографа. Как показано на рис. 7.13, независимый от фазового дрожания сигнал запуска развертки осциллографа обеспечивается источником тактового сигнала (таймером 2), частота которого зафиксирована на уровне частоты источника тактового сигнала (таймера 1). При этом таймер 1, модулируемый генератором фазового дрожания, управляет генератором тестовых кодов, который подает данные, подверженные фазовому дрожанию, на тестируемое устройство для измерения преобразования фазового дрожания. Входной и выходной сигналы в этом случае могут быть проанализированы с использованием встроенных гистограммных функций осциллографа. Однако метод измерения с использованием осциллографа имеет несколько ограничений. Во-первых, максимальная амплитуда фазового дрожания, которая может быть измерена, ограничивается до 1 UI. Во-вторых, из-за высокого уровня собственных шумов, вызванных использованием широкой полосы частот, этот метод обладает низкой чувствительностью. Кроме этого, данный метод не дает никакой информации относительно спектральных характеристик или временной функции фазового дрожания. Наконец, метод требует дополнительного источника тактовых сигналов для создания сигнала запуска осциллографа.

Рис 7.13. Схема измерения дрожания фазы с помощью осциллографа

Рис 7.13. Схема измерения дрожания фазы с помощью осциллографа

Многие ограничения измерения фазового дрожания с помощью осциллографа могут быть преодолены использованием фазового детектора (рис. 7.14), который сравнивает фазу восстановленного тактового сигнала тестируемого устройства или оборудования со свободным от фазового дрожания источником тактового сигнала. В этом случае напряжение на выходе фазового детектора пропорционально фазовому дрожанию сигнала с восстановленной тактовой частотой, причем диапазон фазового детектора может быть расширен за пределы 1 UI с использованием делителя частоты.

Рисунок 7.14. Схема измерения фазового дрожания фазовым детектором

Рисунок 7.14. Схема измерения фазового дрожания фазовым детектором

Собственное фазовое дрожание в этом случае измеряется путем подключения к выходу фазового детектора вольтметра с соответствующими полосовыми фильтрами или радиочастотного анализатора спектра. Для измерения преобразования фазового дрожания к выходу фазового детектора может быть подключен также низкочастотный анализатор спектра.

Метод фазового детектора создает основу для множества устройств измерения фазового дрожания, отличается простотой использования и обеспечивает быстрое измерение собственного фазового дрожания. Однако существует несколько ограничений в использовании данного метода. Система измерения фазового дрожания, использующая фазовый детектор, обычно состоит из специального устройства, работающего только на определенных скоростях передачи данных. Кроме этого, точность измерения преобразования фазового дрожания при помощи анализатора спектра может быть недостаточна для того, чтобы гарантировать точность, соответствующую требованиям используемого стандарта. Наконец, этот метод требует использования дополнительного источника тактового сигнала в качестве образцового сигнала для фазового детектора.

Может возникнуть вопрос: почему нельзя использовать радиочастотный анализатор спектра для прямого наблюдения за спектром данных. Это связано с тем, что вследствие сложных последовательностей данных в спектрограмме будет присутствовать определенное количество линий, значительно затрудняющих анализ результатов измерений. Обычно анализатор спектра подходит только для измерения дискретных компонентов фазового дрожания в сигнале с восстановленной тактовой частотой и не может использоваться для измерения собственного выходного фазового дрожания сетевых элементов.

В настоящее время измерение фазового дрожания может осуществляться также посредством измерителей частоты и временных интервалов по фронтам цифровых импульсов с последующим преобразованием временной и фазовой информации в цифровую форму. Данные методы могут использоваться для непосредственного измерения собственного фазового дрожания сигнала с восстановленной тактовой частотой при наличии входного сигнала без фазового дрожания в качестве эталона.

Рисунок 7.15. Измерение фазового дрожания цифровым анализатором.

Рисунок 7.15. Измерение фазового дрожания цифровым анализатором.

Однако этот метод измерения фазового дрожания обладает ограниченными возможностями измерения преобразования фазового дрожания и контроля устойчивости оборудования к фазовому дрожанию.

Всесторонне решение проблемы измерения фазового дрожания представляют приборы, основанные на использовании образцовых сигналов (рис. 7.15). Обычно эти приборы функционируют, выбирая образцовые интервалы времени с последующим анализом отобранных данных методами обработки цифрового сигнала. Таким образом, данные устройства обладают встроенной функцией фазовой демодуляции и включают генератор тестовых кодов, детектор ошибок и источник сигнала тактовой частоты, а для модуляции фазового дрожания в них используется генератор синтезированного сигнала.

7.6. Техника измерения и тестирования фазового дрожания

В зависимости от рассмотренных методов и средств измерения фазового дрожания различаются и подходы к процедурам измерений, реализующим данные методы, однако имеется ряд общих черт, позволяющих изложить технику измерений фазового дрожания с единых позиций, что, в свою очередь, позволит при необходимости модифицировать приведенные ниже приемы измерений к имеющемуся оборудованию.

7.6.1. Измерение выходного фазового дрожания

Измерения выходного фазового дрожания выполняются с использованием либо сигнала реальной нагрузки, либо управляемых испытательных последовательностей, каждый из которых имеет свою специфику.

Измерение выходного фазового дрожания при реальной нагрузке. Данный метод заключается в демодуляции, избирательной фильтрации и измерении эффективного или амплитудного значения синусоидального фазового дрожания реальной нагрузки на выходе сетевого стыка в определенном интервале времени. С этой целью может быть использовано, например, устройство, представленное на рис. 7.14, в соответствии с которым [14] для измерения фазового дрожания необходимо выполнить следующую последовательность процедур:

1.    Убедиться, что измеряемый объект работает без ошибок.

2.    Выбрать нужный фильтр измерения фазового дрожания и измерить выходное фазовое дрожание в данной полосе частот, регистрируя истинное значение амплитуды полного размаха, возникающей в течение заданного интервала времени.

3.    Повторить предыдущую операцию для всех нужных фильтров измерения фазового дрожания.

Измерение собственного фазового дрожания с использованием управляемых цифровых последовательностей.

Основной метод измерения собственного фазового дрожания заключается в подаче на испытываемое оборудование управляемой испытательной последовательности без фазового дрожания (рис. 7.13, 7.14). Этот метод обычно используется в лабораторных и заводских условиях, а также при выводе испытуемого объекта из эксплуатации. Последовательность процедур измерения при этом включает:

1.    Подключение генератора управляемой цифровой последовательности и подтверждение, что измеряемый объект работает без ошибок.

2.    Выбор необходимого фильтра и измерение фазового дрожания в установленной полосе частот, регистрацию значения амплитуды полного размаха, имеющего место в течение заданного интервала времени.

3.    Повторение предыдущей операции для всех требуемых фильтров измерения фазового дрожания.

7.6.2. Измерение преобразования фазового дрожания

Измерение преобразования фазового дрожания выполняется путем сравнения фазовых дрожаний, вводимых в линейный тракт, с возникающими в нем фазовыми дрожаниями. При этом измерения проводятся на стоечной станции посредством измерителя фазового дрожания, например, с разрешающей способностью, равной 0.001 · Т в диапазоне (0.005 - 20) · Т, где Т = 1/F, n · Т – тактовый интервал измерения; n = 1,2,3…N.

Перед измерением на передающей станции вначале по измерителю оптической мощности устанавливают необходимый уровень оптического излучения, а на генераторе испытательных сигналов – калиброванную частоту и калиброванный уровень фазового дрожания, причем данные параметры задаются исходя из технических условий на аппаратуру линейного тракта системы передачи. Затем, изменяя значение i-ого фазового дрожания J, на генераторе, полученное на выходе фазовое дрожание определяют по формуле

, (7.1)

где

; ;

и - соответственно погрешность измерения и среднее значение фазового дрожания при пяти и более измерениях, проведенных с интервалом 3 мин.

7.6.3. Измерение допустимого фазового дрожания

Как было отмечено выше, допустимое значение фазового дрожания определяется как амплитуда синусоидального фазового дрожания, которое при подаче на вход тракта или аппаратуры вызывает заданное ухудшение показателя ошибок. Естественно, что допустимое отклонение фазового дрожания зависит от амплитуды и от частоты поданного фазового дрожания, а нормированное ухудшение показателя ошибок может выражаться либо увеличением BER, либо моментом времени появления ошибок. Несмотря на кажущуюся идентичность данных критериев, они не являются равнозначными. Так, первый метод позволяет определить (независимо от условий) воздействие фазового дрожания на схему решения – ее способность точно восстанавливать хронирующий сигнал из информационного потока с фазовым дрожанием и другими факторами ухудшения качества передачи, как, например, искажение импульсов, переходное затухание, шум и др.

Второй метод рекомендуется использовать в тех случаях, когда необходимо выдерживать динамически меняющуюся скорость входного цифрового информационного сигнала, например, осуществляя цифровое выравнивание при выходе из синхронизма в асинхронной цифровой аппаратуре группообразования.

Здесь следует отметить, что эталонный хронирующий сигнал для фазового детектора может быть получен выделением тактовой частоты из принимаемого сигнала или от внутреннего генератора передающей части прибора.

Тестирование фазового дрожания по критерию увеличения BER. Критерий увеличения BER для измерения допустимого значения фазового дрожания на заданной частоте определяется как амплитуда фазового дрожания, удваивающего BER, что обусловлено определенным уменьшением отношения сигнал/шум. Процедура измерения согласно данному методу [104] делится на два этапа:

1.    В зависимости от отношения сигнал/шум в эталонных точках измеряемого объекта определяются два значения BER, для чего при нулевом фазовом дрожании сигнал либо ослабляется, либо к нему добавляется шум, при котором имеет место первоначальное значение BER, затем ослабление или шум снижаются до момента, когда BER уменьшится в два раза.

2.    На определенной частоте в испытательный сигнал вводится фазовое дрожание, значение которого увеличивается до получения первоначально задаваемого BER, реализуя тем самым воспроизводимую меру допустимого фазового дрожания схемы решения и повторяя данный процесс на различных частотах с тем, чтобы результат измерения соответствовал постоянному допуску синусоидального входного фазового дрожания для испытываемого объекта в требуемом диапазоне частот.

На рис. 7.16 представлена схема измерения, применяемая для метода по критерию увеличения BER, где устройства, отмеченные пунктиром, обеспечивают большую точность установки частот и возможность контроля амплитуды генерируемого фазового дрожания.

Рис. 7.16. Схема измерения допустимого фазового дрожания по критерию увеличения ошибок

Рис. 7.16. Схема измерения допустимого фазового дрожания по критерию увеличения ошибок

Согласно данной схеме, для измерения допустимого значения фазового дрожания необходимо выполнить следующую последовательность процедур:

1.    Убедиться, что измеряемый объект работает без ошибок.

2.    При отсутствии фазового дрожания увеличить шум (ослабить сигнал) до получения не менее 100 ошибок по битам в сек.

3.    Зарегистрировать соответствующий BER и отношение сигнал/шум.

4.    Увеличить отношение сигнал/шум на определенную величину.

5.    Установить частоту входного фазового дрожания на нужное значение.

6.    Регулированием амплитуды фазового дрожания достичь первоначального значения BER, зарегистрированного в 3.

7.    Зарегистрировать амплитуду и частоту поданного входного фазового дрожания и повторить операции 4, 5 с числом частот, достаточным для определения характеристики допустимого фазового дрожания.

Тестирование фазового дрожания по критерию появления ошибок. Критерий появления ошибок для измерения допустимого значения фазового дрожания определяется на заданной частоте как наибольшая амплитуда фазового дрожания, при увеличении которой в последовательных 30-секундных интервалах измерений имеют место не более двух секунд с ошибками. Данный метод заключается в регулировке частоты фазового дрожания испытательного сигнала, обеспечивающего тот или иной критерий появления ошибок, и включает [14] следующие этапы:

1.    Исключение амплитуды фазового дрожания, при которой прекращается безошибочная работа измеряемого объекта.

2.    Измерение отдельных секунд с ошибками в течение 30 секунд при каждом увеличении амплитуды фазового дрожания, начиная с области, установленной в первом пункте.

3.    Определение наибольшей амплитуды фазового дрожания, при которой общее число секунд с ошибками не превышает двух.

Аналогично рассмотренному выше методу, процесс повторяется для такого количества частот, при котором результат измерения будет точно отражать допустимое входное синусоидальное фазовое дрожание в необходимом диапазоне частот.

На рис. 7.17 представлена схема измерения, применяемая для метода по критерию появления ошибок, согласно которой для измерения допустимого значения фазового дрожания необходимо выполнить следующую последовательность процедур:

1.    Убедиться, что измеряемый объект работает без ошибок.

2.    Установить частоту входного фазового дрожания на нужное значение и отрегулировать амплитуду последнего на 0 единичных интервалов полного размаха.

3.    Увеличить амплитуду фазового дрожания с помощью грубой регулировки для определения области амплитуд, в которой прекращается безошибочная работа, а затем уменьшить амплитуду фазового дрожания до уровня, при котором начинается эта область.

4.    Зарегистрировать число секунд с ошибками в 30-секундном интервале.

5.    Плавно увеличить амплитуду фазового дрожания, повторяя процедуру до удовлетворения критерия появления ошибок.

6.    Зарегистрировать отображаемую измерительным устройством амплитуду и повторить операции 2-5 с числом частот, допустимым для определения характеристики допустимого фазового дрожания.

Рис. 7.17. Схема измерения допустимого фазового дрожания по критерию появления ошибок

Рис. 7.17. Схема измерения допустимого фазового дрожания по критерию появления ошибок

Тестирование на соответствие допустимого фазового дрожания установленным нормам. Так как норма определяет ту область, в которой оборудование должно работать без снижения нормированного показателя ошибок, разность между нормой, задаваемой шаблоном, и измеренной характеристикой допуска оборудования показывает запас по фазовому дрожанию. Тестирование на соответствие норме осуществляется путем установления частоты и амплитуды фазового дрожания по шаблону с последующим контролем за отсутствием нормированного снижения показателя ошибок. Измерение производится для числа точек шаблона, удовлетворяющего критерию соответствия нормам во всем диапазоне частот шаблона, и включает следующую последовательность процедур:

1.    Проверку, что измеряемый объект работает без ошибок.

2.    Установку амплитуды и частоты фазового дрожания согласно одной из точек шаблона.

3.    Подтверждение отсутствия секунд с ошибками при измерении по критерию появления ошибок или подтверждение, что нормированное снижение показателя ошибок не достигнуто при измерении по критерию ухудшения BER.

4.    Повторение операций 2-3 по достаточному числу точек шаблона для того, чтобы удостовериться в соответствии шаблону допуска на фазовое дрожание.

Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.