Казахской академии транспорта

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
212
Настройка
Ввод
ОС
ФП
ФЦП
УП
 
Рисунок 1 – Схема оптического анализатора спектра 
Рассмотрим  примеры  использования  современных  анализаторов  спектра  для 
измерения  параметров  в  ВОЛС.  Длина  волны  и  спектральная  полоса  оптического 
излучения.
  Важным  классом  измерительного  оборудования  являются  приборы  для 
измерений  длины  волны  и  ширины  спектральной  линии  оптического  излучения - 
анализаторы  спектра  оптического  излучения.  Современные  анализаторы  спектра, 
выпускаемые  несколькими  компаниями,  в  том  числе  и  отечественные,  имеют  примерно 
одинаковые технические характеристики.  
Измерение  дисперсии,  обусловленной  поляризационной  модой.
  Возникновение 
дифференциальной 
групповой 
задержки 
обычно 
вызывает 
ряд 
искажений 
информационного  сигнала,  включая  увеличение  длительности  импульса.  В  этом 
отношении  влияние 
PMD  сходно  с  влиянием  хроматической  дисперсии,  но      есть      и   
существенное различие. Так, хроматическая дисперсия представляет собой относительно 
стабильное  явление,  позволяющее  определить  ее  влияние  на  систему  передачи  путем 
сложения  дисперсии  отдельных  участков  линии  передачи  и,  как  следствие,  может  быть 
скомпенсирована  соответствующим  расположением  компенсаторов.  В  отличие  от 
хроматической  дисперсии, 
PMD  на  любой  длине  волны  сигнала  одномодового 
оптического  волокна  не  является  стабильной,  что,  естественно,  требует  проведения 
статистической оценки и не позволяет осуществить пассивную компенсацию ее влияния. 
Таким  образом, 
PMD  является  фундаментальной  характеристикой  одномодовых 
волоконно-оптических  компонентов,  в  которых  энергия  сигнала  одной  длины  волны 
делится  на  две  ортогонально  поляризованные  моды,  распространяющиеся  с  различной 
скоростью. 
Как  показали  исследования, 
PMD  оказывает  весьма  существенное  влияние  на 
высокоскоростные  системы  передачи,  в  связи  с  чем  становится  актуальным  вопрос  ее 
коррекции  на  линиях  связи.  Так,  в  промышленных  оптических  кабелях  коэффициент 
PMD,  как  правило,  не  превышает 0,5 пс/км,  что  ограничивает  полосу  частот  передачи 
значением 40 ГГц на 100 км. Кабели, установленные несколько лет назад, использующие 
волокно  со  сплющенной  оболочкой,  часто  обладают  более  высоким 
PMD,  что  делает 
проблематичным переход к более высоким битовым скоростям. Кроме того, 
PMD может 
оказывать  влияние  на  функционирование  аналоговых  волоконно-оптических  систем,  в 
том числе систем кабельного телевидения с высокой четкостью. 
Временной  метод  измерения
 PMD, к  которому  относится  интерферометрический 
метод  измерения 
PMD,  основан  на  измерении  автокорреляции  электрического  поля 
световой  волны  или  взаимной  когерентности  двух  сигналов,  излучаемых  одним 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
213
широкополосным источником. Метод основан на прямом измерении временной задержки. 
Свет  от  широкополосного 
LED  или  источника  белого  света  направляется  в  оба  канала 
интерферометра,  а  свет  от  перемещающегося  и  фиксированного  зеркал  накладывается  в 
плоскости  детектора.  Взаимное  влияние  возникает,  когда  длина  двух  ответвлений 
различается  на  величину,  меньшую  когерентной  длины  источника,  а  максимальная 
видимость  имеет  место,  когда  длины  каналов  идентичны.  При  этом  ширина  отклика 
обратно пропорциональна ширине спектра источника, а амплитуда огибающей фототока 
является  функцией  временной  задержки,  создаваемой  движущимся  зеркалом  и 
определяемой выражением [4]: 
τ = 2ΔL/с ,                                                                   (1) 
где 
ΔL – расстояние от зеркала до той точки, в которой оба канала имеют равную длину. 
В  рассматриваемой  схеме  лучи  интерферометра  ортогонально  поляризованы,  а 
перемещение  зеркала  создает  задержку  между  ними,  в  то  время  как  анализатор 
обеспечивает взаимное объединение выходных собственных мод тестируемого устройства 
на фотодиоде. 
Интерферометрический  метод  применим  к  оптическим  компонентам  как  с 
вырожденными  модами,  так  и  к  оптическому  волокну  со  связанными  модами,  где 
основные состояния поляризации являются функциями длины волны, причем получаемые 
в  результате  измерения  интерферограммы  имеют  существенные  различия.  В  данной 
методике использована аппаратура компании GN Nettest 
PMD-440. 
Измерение  комбинационного  рассеивания,  обусловленного  механическим 
воздействием  на  ОВ.
  В  процессе  строительства  волоконно-оптических  линий  связи 
(ВОЛС)  появляются  задачи,  от  правильного  решения  которых  зависит  надежность  и 
долговечность  сетей.  Использование  новых  технологий  и  оптических  кабелей  (ОК) 
требует постоянной проверки качества строительства. 
При  прокладке  первых  волоконно-оптических  кабелей  (ВОК)  на  сетях  связи 
использовались  измерители  мощности  оптического  излучения.  Однако,  при  массовом 
строительстве ВОЛС возможности этих приборов оказались недостаточными. Появились 
новые унифицированные приборы - оптические рефлектометры, позволяющие определять 
затухание  по  длине  волокна  путем  анализа  рассеянного  назад  излучения.  В  настоящее 
время,  когда  в  эксплуатации  находятся  десятки  тысяч  километров  ВОЛС,  особую 
актуальность приобретает обеспечение их многолетней надежности. Самым эффективным 
методом,  на  котором  базируются  современные  средства  измерения  параметров  для 
определения 
надежности 
ОК, 
является 
метод 
комбинационного 
рассеяния 
(бриллюэновское  рассеяние).  На  его  основе  созданы  бриллюэновские  рефлектометры 
(Brillouin Optical Time Domian Reflectometer), позволяющие не только измерять параметры 
оптических волокон ОВ), но и после специальной математической обработки результатов 
прогнозировать их механические параметры, в том числе предсказывать обрывы. 
Волоконно-оптические  кабели  рассчитаны  на  эксплуатацию  в  течение 25 лет, 
причем,  весь  этот  срок  ОВ  должны  сохранять  свои  свойства  неизменными.  Основное 
условие – отсутствие  механических  напряжений  в  волокнах,  уложенных  в  кабель.  Срок 
службы ОВ определяется процессом роста в них микроскопических трещин. Если волокно 
подвержено натяжению, то трещина начинает лавинообразно расти и ОВ разрывается. 
Можно  выделить  три  диапазона  натяжения:  безопасный,  характеризующийся 
относительным  удлинением  до 0,3%; недопустимый - удлинение  более 0,6%; 
промежуточный - лежащий  в  диапазоне  указанных  значений  и  требующий  до-
полнительного анализа. Незначительное увеличение натяжения волокна может привести к 
многократному  уменьшению  срока  его  службы.  Поэтому  надежность  ВОЛС  нельзя  оце-
нить, не имея достоверной информации о натяжении всех волокон в проложенном кабеле. 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
214
Рассмотрим принципы, лежащие в основе методики измерения. 
Известно,  что  при  распространении  вдоль  волокна  оптического  излучения 
происходит  его  рассеяние  на  оптических  неоднородностях [5,6,7]. Большая  часть 
светового  потока  рассеивается  на  микроскопических  изменениях  плотности  плавленого 
кварцевого  стекла - рэлеевское  рассеяние.  На  его  регистрации  и  обработке  основан 
принцип действия обычных рефлектометров, нашедших широкое применение. 
Другой  вид  неоднородностей  в  волокне  обусловлен  тепловыми  колебаниями 
атомов. Подобно инфракрасному тепловому электромагнитному излучению, в стеклах ОВ 
всегда  присутствуют  гиперзвуковые  волны.  Рассеяние  света  на  подвижных 
неоднородностях  показателя  преломления,  вызванных  этими  волнами,  называется 
бриллюэновским рассеянием. 
Главное  его  отличие  от  рэлеевского  рассеяния - подвижность  неоднородностей. 
Поэтому из-за эффекта Доплера оптическая частота рассеянного сигнала будет отличаться 
от  частоты  лазера  и,  как  следствие,  от  частоты  рэлеевского  рассеяния.  Бриллюэновский 
сдвиг  частот 
ΔυБ  пропорционален  скорости  звука  и  зависит  от  натяжения  волокна, 
подобно  тому  как  натяжение  струны  меняет  тон  ее  звучания.  Измерив  распределение 
величины 
Б  вдоль  волокна,  можно  восстановить  картину  распределения  напряжений  в 
нем.  То  есть,  если  совместить  в  одном  приборе  возможности  рефлектометра  и 
спектрального анализатора, то им можно будет измерять натяжения в волокнах. 
В  первых  образцах  подобных  приборов  регистрация  бриллюэновского  рассеяния 
предполагала  необходимость  доступа  к  обоим  концам  ВОЛС.  Достижения  в  области 
оптического  усиления  и  акустической  модуляции  позволили  разработчикам  японской 
фирмы Ando создать  мобильный  прибор - AQ8602, который  позволяет  тестировать 
волокно  с  одной  стороны.  Внешне  этот  прибор  похож  на  обычный  рефлектометр,  его 
динамический  диапазон  чувствительности  достигает 30 дБ,  а  пространственное 
разрешение - 2 м. 
Бриллюэновский  рефлектометр AQ8602 работает  следующим  образом:  излучение 
лазера,  работающего  на  длине  волны  λ = 1,55 мкм  и  стабилизированного  по  частоте, 
проходит через частотосдвигатель, где приобретает сдвиг частоты 
ΔυБ. Частотосдвигатель 
также  выполняет  функцию  амплитудного  модулятора  излучения  и  в  волокно  вводится 
импульс необходимой длительности. 
Появившийся  сигнал  бриллюэновского  рассеяния,  сдвинутый  по  частоте  на 
дополнительную  величину 
ΔυБ,  возвращается  на  фотодетектор,  на  который  попадает  и 
идущий  непосредственно  от  лазера  опорный  гетеродинный  сигнал.  В  результате  на 
фотодетекторе происходят биения с разностной частотой 
Δυ÷ΔυБ, что позволяет одновре-
менно  с  рефлектограммой  регистрировать  натяжение  волокна.  Например,  если  сдвиг  в 
частотосдвигателе  соответствует  бриллюэновскому  сдвигу  частоты  в  волокне  без 
напряжений, то прибор фиксирует обычную рефлектограмму, а при наличии локального 
растяжения волокна - провал, вызванный расстройкой гетеродина. 
Программное  обеспечение  рефлектометра  позволяет  восстановить  распределение 
напряжения  вдоль  волокна  по  следующему  алгоритму.  Сначала  измеряется  набор 
рефлектограмм  при  различных  сдвигах  частоты 
Av.  Затем  определяется  положение 
максимума  кривой  рассеивания  для  каждой  длины  волокна,  которое  и  соответствует 
бриллюэновскому сдвигу частоты 
ΔυБ. Далее компьютер по сдвигу частоты рассчитывает 
натяжение волокна. Коэффициент пропорциональности зависит от температуры, волокна 
и  показателя  преломления,  эти  данные  должны  быть  введены  в  программу  заранее. 
Типичное  значение  коэффициента  пропорциональности  составляет  порядка  одного  про-
цента удлинения волокна на 500 МГц сдвига частоты. 
Точность  относительных  измерений  в  бриллюэновской  рефлектометрии,  как  и  в 
обычной,  выше  точности  абсолютных  измерений.  Поэтому  измеряемую  линию 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
215
целесообразно  пристыковать  к  дополнительной  катушке  со  свободно  уложенным 
волокном с нормированными параметрами. 
Вывод. 
Из  известных  методов  сравнения,  предназначенных  для  измерения 
затухания,  рассмотренных  в  данной  статье,  при  производстве  кабеля  используют  метод 
обрыва,  который  является  более  точным,  чем  метод  измерения  вносимого  затухания, 
используемый, в основном, в процессе строительства и эксплуатации ВОЛС. 
При решении задач определения места повреждения подземной кабельной линии, 
дистанционные  методы  измерения,  и,  прежде  всего,  импульсные  методы,  играют 
существенную  роль  за  счет  значительного  сокращения  времени  обнаружения  места 
повреждения. 
ЛИТЕРАТУРА 
1.  Научно-технический  отчет  № 1121 по  ОКР  «Разработка  средства  измерения 
коэффициента затухания в световоде и кабеле в пределах (1 - 20) дБ на длинах волн 0,85; 1,3; 1,6 
мкм» / Рег. № Ф15441/1002399 ЦНИИИА - Саратов, 2007, – 52 с. 
2.  Заркевич  Е.А.,  Скляров  О.К.,  Устинов  С.А.  Приоритеты  и  тенденции  развития 
волоконно-оптической связи. – М.: Электросвязь, 2010. – № 5 – 27 с. 
3.  Карпова  Г.  П.  Аппаратура,  оборудование,  кабели,  провода  и  материалы – М.: 
Московский метрополитен., 2009. – 184 с. 
4.  Берлин Б.З., Брискер А.С., Иванов В.С. Волоконно-оптические системы связи на ГТС: 
Справочник. – М.: Радио и связь, 1994. – 160 с. 
5.  Научно-технический  отчет  № 992 по  ОКР  «Разработка  аппаратуры  для  контроля 
профиля  показателя  преломления  в  поперечном  сечении  оптического  волокна» / Рег.  № 
Ф11433/9002432 ЦНИИИА - Саратов, 2007. – 46 с. 
6.  Научно-технический  отчет  № 1982 по  ОКР  «Разработка  установки  для  измерения 
коэффициента полного затухания в единичном волокне и волоконно-оптическом кабеле» / Рег. № 
Ф11446/9002431 ЦНИИИА - Саратов, 2009. – 80 с. 
7. 
Листвин  А.В.,  Листвин  В.Н.,  Швырков  Д.В.  Оптические  волокна  для  линий  связи. – 
М.: ЛЕСАРарт, 2008. – 206 с.
 
 
 
УДК  621.395.34 
Марданова Наталья Юрьевна – магистрант (г. Алматы, КазАТК) 
ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭХА В СЕТЯХ IP-ТЕЛЕФОНИИ И МЕТОДЫ 
АНАЛИЗА ЕГО МЕШАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 
Электрическое  эхо  в  совокупности  с  другими  эффектами,  вызванными  его 
некорректным  подавлением,  превратилось  в  настоящее  время  в  доминирующий  фактор 
мешающего воздействия в сетях voip. Развитие цифровых методов обработки сигналов и 
цифровой элементной базы открыло новые возможности подавления эхосигналов, однако, 
борьба  с  мешающими  воздействиями    эффекта  электрического  эха  в  одну  из  наиболее 
важных  проблем.  Вызвано  это  тем  обстоятельством,  что  шум  практически  исчез  из 
цифровых  телефонных  соединений,  унеся  с  собой  эффект  маскирующего  действия  на 
остаточный  эхосигнал.  Стремление  к  экономии  средств  и  к  передаче  максимально 
возможного  трафика  выдвинули ip-телефонию  на  лидирующие  позиции  по  степени 
мешающего воздействия эффекта электрического эха. 
Проблемам  исследования  мешающего  воздействия  эффекта  электрического  эха  и 
разработки средств его снижения посвящено большое количество работ, но по-прежнему, 
эта задача не теряет своей актуальности. В данной работе будет проведено теоретическое 
исследование  механизма  восприятия  человеком  сигналов  электрического  эха,  а  также 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
216
проведен анализ основных методов субъективной оценки  качества телефонной передачи. 
Мешающее  воздействие  эффекта  электрического  эха  определяется  рядом  факторов,  к 
основным  из  которых  относятся  общее  время  распространения  эхосигнала,  вид 
импульсивной характеристики эхотракта, шумы канала. 
Механизм субъективного восприятия и мешающего воздействия эха слушающего и 
эха  говорящего  имеют  существенные  отличия.  Эхо  говорящего  не  воспринимается 
говорящим  абонентом  как  собственная  речь,  поскольку  абонент  обычно  не  узнает  в 
эхосигнале свой собственный голос, в то время как эхо слушающего человека отчетливо 
воспринимается как повтор одного и того же сигнала. 
В  восприятии  эхосигналов  человеком  остается  много  вопросов.  Главным  из 
которых, заключается в том, почему эхо вообще мешает разговору? И не просто мешает, а 
эквивалентно  «гладкому»  шуму  примерно  в 25 раз  большей  мощностью [1]. Вторым 
вопросом, так же не имеющим, убедительных объяснений является вопрос, почему эхо не 
мешает  разговору  при  малых  значениях  времени  задержки,  а  даже  наоборот  делает 
разговор  более  комфортным.  Еще  один  вопрос-это  зависимость  степени  мешающего 
воздействия эффекта электрического эха от  времени задержки эхосигналов. В результате 
экспериментов  выявили,  что  значительное  влияние  на  степень  мешающего  воздействия 
эха оказывает не только затухание эхосигналов, но и вид его частотной зависимости [2].  
На сегодняшний день существует достаточное количество различных методик  для 
анализа и оценки мешающего воздействия эффекта электрического эха. 
К  субъективным  методам  относятся  метод  мнений,  метод  заметности,  метод 
затруднений, метод оценки по тесту «напряженность внимания» и др.  
Метод  мнений,  изначально  ориентирован  на  интегральную  оценку  качества 
телефонной  передачи  для  широкого  круга  мешающих  факторов.  Данный  метод 
преследует  цель  максимально  подробного  воссоздания  эксплуатационных  условий  при 
лабораторных исследованиях. Подготовленный персонал в качестве субъектов испытаний 
используется  в  целях  диагностики  оборудования,  выявления  номенклатуры  значимых,  с 
точки  зрения  обеспечения  качества,  параметров  системы  и  определения  условий 
проведения  эксперимента,  а  неподготовленный  для  получения  конкретных  оценок 
качества  телефонной  передачи  в  заданных  условиях.  Однако  метод  мнений  имеет  свои 
минусы.  Неудобство  их  использования  заключается  в  отсутствии  математического 
аппарата, 
поддерживающего 
конструктивные 
виды 
обработки 
информации, 
представленной  в  баллах  абонентской  оценки.  Так,  например,  эти  оценки  весьма 
затруднительно  использовать  в  качестве  критериев  оптимизации  алгоритмов  управления 
эхоподавляющими устройствами на сетях связи. 
Методы  абонентской  оценки,  метод  мнений,  оценка  по  тесту  «напряженности 
внимания»,  метод  заметности  эха  в  совокупности  составляют  аппарат  для  подробного 
следования качества телефонной передачи.  
С точки зрения использования для разработки критерия оптимизации параметров и 
управления эхоподавляющих устройств, эти методы обладают двумя недостатками. Один 
из  которых  на  оценки,  полученные  этими  методами,  значительное  влияние  оказывают 
внешние  условия  проведения  эксперимента,  такие  как,  порядок  и  границы  изменения 
различных  параметров,  влияющих  на  качество,  количество  и  состав  одновременно 
влияющих факторов, порядок опроса абонентов и т.д. [3]. Второй недостаток заключается 
в  неудобстве  обращения  с  результатами  измерений,  выраженный  в  баллах  абонентской 
оценки. 
В  связи  с  неудовлетворенностью  существующими  методами  оценки  и 
прогнозирования  качества,  МСЭ  ввел  понятие  показателя R качества  телефонной 
передачи с упором на ее диалоговый характер, учитывающее совместное воздействие на 

 
 
ҚазККА Хабаршысы № 6 (73), 2011 
 
 
 
217
качество  основной  группы  мешающих  факторов,  была  разработана  Е-модель, 
базирующаяся на эмпирических зависимостях. 
Согласно [4], значение 
R может быть вычислено в соответствии с выражением: 
A
I
I
I
R
R
e
d
k
+
−
−
−
=
0
,                                                      (1) 
где 
R
0
-
 исходное значение показателя качества, характеризующее только отношение сигнал / 
шум  в  телефонном  канале; 
I
k
 - показатель,  характеризующий  снижение  качества  телефонной 
передачи, вызванное влиянием факторов, проявляющихся в той или иной степени синхронно с 
речевыми  сигналами,  таких,  как  искажения  (шум)  квантования,  неоптимальный  уровень 
местного  эффекта,  низкий  уровень  громкости; 
I
d
  -  показатель,  характеризующий  мешающее 
воздействие факторов, связанных с задержкой распространения сигналов, в том числе влияние 
эхосигналов  на  говорящего  и  слушающего  абонентов; 
I
e
-  показатель,  учитывающий 
использование  в  соединении  дополнительного  оборудования,  допускающего  заметное  для 
абонентов  ухудшение  качества  передачи  речи,  главным  образом,  оборудование 
статистического и интерполяционного сжатия речевых сигналов; 
А-показатель, позволяющий 
учесть положительный эффект от предоставления дополнительных возможностей (таких, как 
мобильность  соединения,  связь  с  труднодоступными  районами,  многосторонний  разговор  и 
др.),  компенсирующих  для  абонента  снижение  качества  телефонной  передачи  другими 
факторами. 
Показатель 
I
d
, описываемый выражением: 
dd
dle
dte
d
I
I
I
I
+
+
=
,                                                          (2) 
где I
dte
-показатель, характеризующий мешающее воздействие эхосигналов на говорящего 
абонента  (эха  говорящего); 
I
dle
-
  показатель,  характеризующий  мешающее  воздействие 
эхосигналов  на  слушающего  абонента  (эха  слушающего);  I
dd
-  показатель, 
характеризующий  мешающее  действие  «чистой»  задержки;  обеспечивает  возможность 
линейного  эквивалентного  независимого  учета  вклада  мешающего  воздействия 
эхосигналов на говорящего и слушающего абонентов в общее значение показателя 
R [4] . 
Таким  образом,  показатели 
I
dte
  и 
I
dle
  могут  служить  базой  для  сравнительного 
анализа мешающего воздействия эха говорящего и эха слушающего. 

жүктеу/скачать 8,59 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: