HÍRADÁSTECHNIKAINTÉZET
Távközlési mérések Laboratórium
JITTERMÉRÉSEK OPTIKAI VONALSZAKASZOKON
mérési útmutató
2
Önálló labor projekt keretében készítette 2010-ben:
Mészáros János Styeták Péter Tóth László
A 25. Kandó Tudományos konferencián el adásként is bemutatásra került. 2009. Novemberében
3 Tartalomjegyzék:
1.
2.
3.
4.
ELMÉLETI ÖSSZEFOGLALÓ 1.1.JITTER ......................................................................... 4 1.2.JITTER KELETKEZÉSE .................................................. 5 1.3.JITTER MÉRÉSEI........................................................... 6 M SZEREK ÉS ÖSSZEKÖTTETÉSEK ..................................... 9 2.1.M SZEREK.................................................................. 9 2.2.ÖSSZEKÖTTETÉSEK ................................................... 10 2.1. KÁBELEZÉSI ELRENDEZÉS I. ......................... 10 2.2 KÁBELEZÉSI ELRENDEZÉS II. ........................ 11 AZ OLT SZEREPE A TÁVKÖZLÉSBEN ............................... 12 3.1. AZ OLTS M KÖDÉSE............................................... 12 3.2. AZ OLTS FELÉPÍTÉSE .............................................. 13 3.3. AZ ADÓ – VEV EGYSÉG .......................................... 13 3.4. A RIASZTÁSOK OKAI ................................................ 13 MÉRÉSI FELADATOK ....................................................... 14
4
1. Elméleti összefoglaló 1.1. Jitter A digitális jel jellegzetes tulajdonsága, hogy a jelsorozat id zítése bizonytalan, a jelsorozat állapotváltásai a névleges id ponthoz képest eltérnek. Ez a tulajdonság amennyiben az eltérések rövid id tartamúak 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 els dleges 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
T3
T4
T5
T6
T8
T9
T10
T11
dzsitteramplitúdó
T2 T1
T5
T6
dzsittermoduláló jel T7
T8
T9
T10
t
A jitter megadható fázisszögben, id ben, vagy a periódusid százalékában (UI Unit Interval, azt adja meg, hogy a jitter az id zítés hányszorosa) nagysága többé-kevésbé véletlenszer id beli változást mutat. Rendelkezik egy az átvitt jelsorozattól függ és egy attól független komponenssel. Ezeket szisztematikus és nem szisztematikus jitternek nevezik. Szisztematikus Jitter: A regenerátor felépítését l és a PCM jelfolyam alakjától függ jittert szisztematikusnak nevezzük. A jelalaktól függ rész a "pattern" jitter. Ideális esetben, ha az id zít 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 id zít áramkör Qjától, az elhangolódástól, a tankáramkört gerjeszt impulzusok szélességét l és els sorban az impulzusok átlapolódásától. Nem szisztematikus Jitter: Nem szisztematikus jittert okoz a komparálási szint id beli változása (például a tápfeszültség változására) valamint hosszú regenerátor láncoknál az egyes döntési szintek, az id zít áramkörök
5
rezg köreinek az elhangolódásának,
stb. a statisztikai szórása.
Alapsávi átvitelnél a szisztematikus jitter és ezen belül a "pattern" jitter dominál. A nem szisztematikus jitter hatása rendszerint elhanyagolható. Ennek els sorban az az oka, hogy hosszú regenerátor láncoknál a szisztematikus jitter minden regenerátorban azonos módon lép fel és összegez dik a nem szisztematikus jitter pedig véletlen jelleg és ennek megfelel en statisztikusan összegez dik. Az UI értéke id tartamra átszámítva, a szabványos bitsebességekre: Bit rate 1UI= kbit/s
ns
64
15625
2048
488
8448
118
34368
29.1
139264 7.18 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 t résr l, kimeneti jitterr l, valamint jitter átvitelr l(transzfer karakterisztikáról). Berendezések dzsitter t rése 1.1. Kimenet: Megadja, hogy a berendezés bemenetére érkez dzsitter mentes jelet, milyen mértékben szennyezi, ez az érték nem haladhatja meg 0.5UI-t. 1.2. Bemenet: Azt mutatja meg, hogy a berendezés mennyire ellenálló a dzsitteres jellel szemben. 1.3. 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" id közönként 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
meredekségt l és az esetleges zajtól függ en 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 er sen fog függeni az átlapolódás mértékét l. És függeni fog attól is, ha a komparálási szint változik az id ben. A tárgyalt esetekben a névlegest l való eltérést nevezzük jitternek. Ez lehetett a nullátmenetek id pontja, az impulzusok le- és felfutó éleinek az id pontja, stb.
1.3.Jitter mérései. Pattern Generator g
Mérend objektum
Hibaarány mér Jitter mér
Jitter generátor
Oszcilloszkó p
A legegyszer bb módszer az oszcilloszkópos mérés. Ha egy oszcilloszkóp vízszintes eltérítését jittermentes órajellel triggereljük, a függ leges 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.
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 m szer segítségvel lehetséges. Ez a jitter mérésen kívül lehet vé teszi a jitter-átvitel mérését is.
7
1. BER mérése (Jitter generátor és
mér nem szükséges hozzá)
Adó oldalon egy szógenerátort használunk, majd a mérend objektumot követ en 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 t rése látható. Az ITU-T el írásai nemcsak a mérend objektumra, hanem a jittert mér m szerre is vonatkoznak (O.171). Szabályozzák - többek között - a generátorok által el állított jitter minimális mértékét a moduláló frekvencia függvényében.
8
3. Kimeneti jitter (Jitter generátor nélkül, Jitter mér vel) 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)
2.1. M SZEREK
Jitter generator
Jitter meter
Bit error measuring set
Kábelrendez
Be
Ki
2.2.1. KÁBELEZÉSI ELRENDEZÉS I.
2.2. ÖSSZEKÖTTETÉSEK
Kábelezési elrendezés I.
2.2.1. KÁBELEZÉSI ELRENDEZÉS II.
11
optikai csillapító
1
2
1310 nm
4
3 1310 nm
Visszafordító pont
6
5 1310 nm
34 Mb/s, HDB3
A három vonalszakasz teljes kihasználása jitter méréshez
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-t l 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.
OLTS
OLTS
E
O
Optika N*km
CU 1 2 3
2 Mbit/s 2
O
Primer PCM
E
34 Mbit/s CU
30
34 Beszéd csatornák
3.1
Multiplexer
AZ OLTS M KÖDÉSE
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 követ en demultiplexálás történik. A hátsó F2es interfészen kivehet a 34 MBit/s-os jel.
14
3.2
AZ OLTS FELÉPÍTÉSE OLTS 34 SMU
1
2
3
4
Cable compartment
1: 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:
Az el lapon 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 H MÉRSÉKLETE MAGAS VAGY ALACSONY INTERNAL ALARMS o TÁPEGYSÉG MEGHIBÁSODÁSA o TÁVOLVÉGI RI SZÁS
15
4. MÉRÉSI FELADATOK 1) Kapcsoljuk be a mér m szereket. Az optikai vonalszakaszok a laboratóriumi f kapcsolóval automatikusan bekapcsolásra kerülnek. Ha a jitter-mér hardware hibát jelez és sípol, akkor váltsunk át az EDGE gombbal a TRAIL állapotra. 2) Ellen rizzük le az optikai vonalszakaszok aktív mú ködését a szolgálati telefonok használatával. Csöngessünk át az { 1 } OLT –ból (RING gomb) a { 2 } OLT egységbe,beszélgetéssel ellen rizzük a fizikai összeköttetés meglétét. 3) A jitter-generátor és jitter-mér rendszer ellen rzése. Ellen rizzük le a kábelezési elrendezés alapján a valóságos összeköttetéseket. Ha kell, javítsunk. A jitter-generátoron állítsunk be 34368 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 ismétl d 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 m szer 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-t résének 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 el z 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
adott bemeneti jitter-amplitúdó esetén mekkora lesz a kimeneti jitter-amplitúdó értéke. El fordulhat-e olyan eset, hogy a kimeneti jitter kisebb lesz, mint a bemeneti? 8) Állítsunk be 0.005 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?
