Távközlési mérések Laboratórium JITTERMÉRÉSEK OPTIKAI VONALSZAKASZOKON

Átírás

1 H Í R A D Á S T E C H N I K A I N T É Z E T Távközlési mérések Laboratórium JITTERMÉRÉSEK OPTIKAI VONALSZAKASZOKON mérési útmutató

2 2 Önálló labor projekt keretében készítette 2010-ben: Mészáros János Styeták Péter Tóth László A 25. Kandó Tudományos konferencián eladásként is bemutatásra került Novemberében

3 Tartalomjegyzék: 3 1. ELMÉLETI ÖSSZEFOGLALÓ 1.1.JITTER JITTER KELETKEZÉSE JITTER MÉRÉSEI MSZEREK ÉS ÖSSZEKÖTTETÉSEK MSZEREK ÖSSZEKÖTTETÉSEK KÁBELEZÉSI ELRENDEZÉS I KÁBELEZÉSI ELRENDEZÉS II AZ OLT SZEREPE A TÁVKÖZLÉSBEN AZ OLTS MKÖDÉSE AZ OLTS FELÉPÍTÉSE AZ ADÓ VEV EGYSÉG A RIASZTÁSOK OKAI MÉRÉSI FELADATOK... 14

4 1. Elméleti összefoglaló Jitter A digitális jel jellegzetes tulajdonsága, hogy a jelsorozat idzítése bizonytalan, a jelsorozat állapotváltásai a névleges idponthoz képest eltérnek. Ez a tulajdonság amennyiben az eltérések rövid idtartamúak a jitter (remegés,dzsitter), mely nem más, mint egy nemkívánatos fázis moduláció. Amennyiben az eltérések lassan változnak akkor a jelenség neve wander (vándorlás). A távközlési hálózaton belül a jitter elsdleges forrásai a hálózatelemek, a multiplex berendezések és a regenerátorok. A jitter eredménye, hogy az órajel visszaállító áramkörök tökéletlen órajelet állítanak helyre minek következtében a dönt áramkörök hibásan is dönthetnek. Jitteres jel: dzsittermentes jel dzsittermodulált jel T2 T3 T4 T5 T6 T8 T9 T10 T11 dzsitteramplitúdó T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 dzsittermoduláló jel t A jitter megadható fázisszögben, idben, vagy a periódusid százalékában (UI Unit Interval, azt adja meg, hogy a jitter az idzítés hányszorosa) nagysága többé-kevésbé véletlenszer idbeli változást mutat. Rendelkezik egy az átvitt jelsorozattól függ és egy attól független komponenssel. Ezeket szisztematikus és nem szisztematikus jitternek nevezik. Szisztematikus Jitter: A regenerátor felépítésétl és a PCM jelfolyam alakjától függ jittert szisztematikusnak nevezzük. A jelalaktól függ rész a "pattern" jitter. Ideális esetben, ha az idzít áramkörben a "tank" áramkör Q-ja végtelen nagy és a hangolás pontos lenne, akkor nem lépne fel a "pattern" jitter. A valóságban a "pattern" jitter a legfontosabb tényez. Függ az idzít áramkör Q- jától, az elhangolódástól, a tankáramkört gerjeszt impulzusok szélességétl és elssorban az impulzusok átlapolódásától. Nem szisztematikus Jitter: Nem szisztematikus jittert okoz a komparálási szint idbeli változása (például a tápfeszültség változására) valamint hosszú regenerátor láncoknál az egyes döntési szintek, az idzít áramkörök

5 rezgköreinek az elhangolódásának, 5 stb. a statisztikai szórása. Alapsávi átvitelnél a szisztematikus jitter és ezen belül a "pattern" jitter dominál. A nem szisztematikus jitter hatása rendszerint elhanyagolható. Ennek elssorban az az oka, hogy hosszú regenerátor láncoknál a szisztematikus jitter minden regenerátorban azonos módon lép fel és összegezdik a nem szisztematikus jitter pedig véletlen jelleg és ennek megfelelen statisztikusan összegezdik. Az UI értéke idtartamra átszámítva, a szabványos bitsebességekre: Bit rate 1UI= kbit/s ns A vonatkozó ajánlások a távközl hálózatra illetve a hálózat egyes elemeire adják meg a jitter megengedhet mértékét. Hálózati specifikáció esetén a jitter megengedhet mértéke a hierarchikus csatlakozási pontokra van megadva. A hálózat elemein beszélünk bemeneti-jitter trésrl, kimeneti jitterrl, valamint jitter átvitelrl(transzfer karakterisztikáról). Berendezések dzsitter trése 1.1. Kimenet: Megadja, hogy a berendezés bemenetére érkez dzsitter mentes jelet, milyen mértékben szennyezi, ez az érték nem haladhatja meg 0.5UI-t Bemenet: Azt mutatja meg, hogy a berendezés mennyire ellenálló a dzsitteres jellel szemben Átvitel: Regenerátor esetében fontos, hogy milyen mértékben képes csökkenteni a dzsitter értékét. 1.2.A jitter keletkezése Vegyük például az "a" Ábra szerinti ingaórát. Ideális esetben a null-átmeneteknek pontosan "T" idközönként kell bekövetkezniük, de az állandóan változó légellenállás, csapágysúrlódás, meghajtó impulzus, stb. miatt mindig kis eltéréseket fogunk tapasztalni. A másik példánk a "b" ábra. szerinti, egy generátor által kiadott szinusz jel. A mindig jelen lév zajok a szinusz jelre szuperponálódnak és ez által sztochasztikus módon megváltoztatják a null-átmeneteket. A harmadik példánk a "c" ábra szerinti négyszögjelek komparálása. Ha a négyszögek felés lefutó élei nem végtelenül meredekek, akkor a

6 meredekségtl és az esetleges zajtól függen a komparálás után kapott impulzusszélességekben ingadozás lép fel. A "d" ábra szerinti esetben átlapolódó impulzusok szerepelnek. Jól látszik, hogy a komparálás után a négyszögimpulzusok szélessége ersen fog függeni az átlapolódás mértékétl. És függeni fog attól is, ha a komparálási szint változik az idben. A tárgyalt esetekben a névlegestl való eltérést nevezzük jitternek. Ez lehetett a nullátmenetek idpontja, az impulzusok le- és felfutó éleinek az idpontja, stb. 1.3.Jitter mérései. 6 Pattern Generator g Mérend objektum Hibaarány mér Jitter mér Jitter generátor A legegyszerbb módszer az oszcilloszkópos mérés. Ha egy oszcilloszkóp vízszintes eltérítését jittermentes órajellel triggereljük, a függleges lemezpárra pedig a regenerátor vonali jelet tesszük (például a regenerátor kimen jelét), akkor az ábra szerinti képet kapjuk. A fel- és a lefutó élek egy szélesebb sávot alkotnak. A sávok szélessége adja a jitter csúcstól-csúcsig értékét. Oszcilloszkó p Ha a csúcsértékek ritkán fordulnak el, a sáv szélei elmosódnak és a halvány vonalak nem láthatók. Ezért ez a mérés csak tájékoztató jelleg lehet. Megjegyezzük, hogy a fenti mérés tulajdonképpen a szemábra felvételének felel meg. A jitter pontosabb mérése csak speciális jittert mér mszer segítségvel lehetséges. Ez a jitter mérésen kívül lehetvé teszi a jitter-átvitel mérését is.

7 7 1. BER mérése (Jitter generátor és mér nem szükséges hozzá) Adó oldalon egy szógenerátort használunk, majd a mérend objektumot követen hiba arányt mérünk, ami lehet BER, ES, SES. 2. Bemeneti Jitter toleranciamérés (Jitter generátorral) Az alábbi diagrammon az ITU-G.823-as ajánlása 34 Mbit/sec-os bemeneti jitter trése látható. Az ITU-T elírásai nemcsak a mérend objektumra, hanem a jittert mér mszerre is vonatkoznak (O.171). Szabályozzák - többek között - a generátorok által elállított jitter minimális mértékét a moduláló frekvencia függvényében.

8 8 3. Kimeneti jitter (Jitter generátor nélkül, Jitter mérvel) A mérend objektum után mérhetjük a jitter értékét UI-ben. A Jitter káros hatásai: A vonalszakaszon megnövelheti a hibaarányt A végberendezésben a demodulálás során torzítást okoz Csökkentése: Az okok megszüntetése Kódkonverzió a regenerátorok között (költséges) Jittercsökkent áramkörök (rugalmas tár)

9 2.1. M SZEREK Jitter generator Jitter meter Bit error measuring set Kábelrendez Be Ki

10 KÁBELEZÉSI ELRENDEZÉS I ÖSSZEKÖTTETÉSEK Kábelezési elrendezés I.

11 KÁBELEZÉSI ELRENDEZÉS II. 11

12 optikai csillapító nm nm Visszafordító pont nm 34 Mb/s, HDB3 A három vonalszakasz teljes kihasználása jitter méréshez

13 13 3.AZ OLT SZEREPE A TÁVKÖZLÉSBEN Az OLTS (Optical Line Terminator) a rézvezetéken beérkez 34 Mbit/sec-os HDB3 jelet átalakítja fényimpulzusokká, így egy monomódusú optikai szálon jóval nagyobb távolságot képes áthidalni regenerálás nélkül. A laborban használt OLTS-ek képesek 33km-tl 80km-es távolságot áthidalni.. A keletkez fényimpulzusoknál scrambled NRZ típusú kódolást használ a hosszú "0"-ák illetve a hosszú "1"-ek elkerülésének érdekében. A keletkez fényimpulzus 1310nm hullámhosszúságú. A vonalszakasz végén egy másik OLTS vissza alakítja a fényimpulzusokat elektromos jelekké. A mérés során a jelfeldolgozás illetve a jelátalakítások során fellép jitter-t vizsgáljuk. E OLTS OLTS O Primer PCM 2 Mbit/s 2 CU 34 Mbit/s CU O Optika N*km E Beszéd csatornák Multiplexer 3.1 AZ OLTS MKÖDÉSE A készülék hátulján található F2-es interfészen keresztül érkezik a 34 MBit/s-os jel rézvezetéken. A beérkez jel regeneráláson esik át, majd egy multiplexerhez kerül. A multiplexer további bemenetei: Szerviz csatornák és hiba esetén az AIS (alarm indication signal). A multiplexált jel egy elektromos optikai átalakítóra érkezik, amit az LSA (Automatic laser shotdown Facility) vezérel. Az LSA akkor ad adás engedélyt, ha nincs riasztás egyik interfészen sem. Fordított irányban az optikai elektromos jelátalakító kimenete kerül a regenerátorra majd ezt követen demultiplexálás történik. A hátsó F2- es interfészen kivehet a 34 MBit/s-os jel.

14 AZ OLTS FELÉPÍTÉSE OLTS 34 SMU : Adó vev 34-MBit/s 2: Adó vev 34-MBits/s 3: PCM szerviz telefon 4: PCM szerviz telefon SMU: Signal monitoring Unit 3.3 AZ ADÓ-VEV EGYSÉG: Cable compartment Az ellapon található a riasztásokat jelz ledeket, illetve az optikai interfész is (F1). A ledek jelentése a következ: F1: Loss of signal at F1in interface.(optikai interfész bemenet) F2: Loss of signal at F2in interface (elektromos interfész bemenet) BER: Bit error rate (A beállított határértéknél nagyobb a hibaarány a bemeneten) INT: Internal alarm condition LD: End of line alarm laser diode loop: Test loop is activated Ls/O: Laser cut-off is diasbled 3.4 A RIASZTÁSOK OKAI F2IN: o A HIBAARÁNY KISEBB VAGY EGYENL MINT 10-3 F1IN: o A HIBAARÁNY KISEBB VAGY EGYENL MINT 10-3/10-4 o SZINKRONKIESÉS LASER ALARMS: o A LÉZER DIÓDA MEGHAJTÓ ÁRAMA TÚL NAGY o A LÉZER DIÓDA HMÉRSÉKLETE MAGAS VAGY ALACSONY INTERNAL ALARMS o TÁPEGYSÉG MEGHIBÁSODÁSA o TÁVOLVÉGI RISZÁS

15 15 4. MÉRÉSI FELADATOK 1) Kapcsoljuk be a mérmszereket. Az optikai vonalszakaszok a laboratóriumi fkapcsolóval automatikusan bekapcsolásra kerülnek. Ha a jitter-mér hardware hibát jelez és sípol, akkor váltsunk át az EDGE gombbal a TRAIL állapotra. 2) Ellenrizzük le az optikai vonalszakaszok aktív múködését a szolgálati telefonok használatával. Csöngessünk át az { 1 } OLT ból (RING gomb) a { 2 } OLT egységbe,beszélgetéssel ellenrizzük a fizikai összeköttetés meglétét. 3) A jitter-generátor és jitter-mér rendszer ellenrzése. Ellenrizzük le a kábelezési elrendezés alapján a valóságos összeköttetéseket. Ha kell, javítsunk. A jitter-generátoron állítsunk be kb/s-os kimeneti sebességet, 2exp23 1 PRBS értéket, HDB3 kimeneti kódot és szinuszos jitter-modulációt. A Bit Error Measuring Set hiba-arány mér készüléken ugyanezen értékeket állítsuk be. A kijelz alatt pedig az EVALUATION esetébeb 10exp8 méréshatárt és ismétld mérés érdekében a REP led világítson és az alatta lév gombbal indíthatjuk a mérést. Állítsunk be egyenként 1; 10; 100; 1k; 10k; 100k {Hz} jitter- frekvenciákat és növelve a jitter-amplitúdót : UI-t, vizsgáljuk meg a Bit Error Measuring Set mszer meddig tud mérni, azaz mekkora UI értéknél jelez bithibákat és Sync.Loss. állapotot. Közben figyeljük meg a határértékhez tartozó szemábrákat. 4) Az ( 1 )OLT egység bemeneti jitter-trésének felvétele. Állítsunk be egyenként 1; 10; 100; 1k; 10k; 100k {Hz} jitter- frekvenciákat és növelve a jitter-amplitúdót : UI-t, jegyezzük fel mikor gyullad ki az { 2 } OLT egységen (jobb alsó) a BER led. 5) Az elz mérést ismételjük meg úgy, hogy a az { 1 } és { 2 } OLT egységeket összeköt optikai szálba 7; 15; 22 db-es csillapítókat iktatunk be. 6) Mérjünk kimeneti hibaarányt és kimeneti jitter-t, UI-t jitter mentes jellel meghajtott vonalszakaszokon: a) { 1BE } és { 6KI } között b ) { 6BE } és { 1KI } között c) { 1BE } és { 1KI } között (teljes összeköttetés) Mit tapasztalunk? 7) Mérjünk kimeneti hibaarányt és kimeneti jitter-t, UI-t { 1BE } és { 1KI } között (teljes összeköttetés) különböz jitter-frekvenciákon úgy, hogy megvizsgáljuk

16 16 adott bemeneti jitter-amplitúdó esetén mekkora lesz a kimeneti jitter-amplitúdó értéke. Elfordulhat-e olyan eset, hogy a kimeneti jitter kisebb lesz, mint a bemeneti? 8) Állítsunk be khz jitter-frekvenciát és UI= 0.5 jitter-amplitúdót teljes összeköttetésen mérve. Az oszcilloszkópon szépen látszik a jitter. Mérjük meg a kimeneti a jitter értékét szinuszos- és négyszög-jellel modulált jitter-generátor esetére. 9) Változtassuk meg a kábelezési elrendezést az alábbi ábra szerint. Ilyenkor az oszcilloszkópot másképp kötözzük be. Mit tapasztalunk és mi a magyarázata?