CC BY
24
ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ МЕТОДОМ РЕФЛЕКТОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
DOI 10.24411/2072-8735-2018-10231
Бальдинкинов Алдар Викторович,
МТУСИ, Москва, Россия, a_baldinkinov@mail.ru
Хромой Борис Петрович,
МТУСИ, Москва, Россия, p_khromoy@rambler.ru
Ключевые слова: рефлектометрические измерения, неоднородности волоконно-оптической линии, непрерывное вейвлет-преобразование, погрешность измерений, коэффициенты преобразования.
В настоящее время, волоконно-оптические линии связи пользуются огромной популярностью и постепенно заменяют медные аналоги повсеместно. Они могут использовать как внутри зданий, так и вне, могут объединять огромное количество территорий, а также дешевле медных линий. Но главный плюс использования волоконно-оптических линий заключается в том, что они позволили увеличить скорость передачи данных и расстояние передачи сигнала, не используя при этом ретрансляторы. Все эти преимущества привели к тому, что информационные сети, построенные на данном типе линий, все чаще используются различными организациями и предприятиями. Однако, данная популярность порождает высокие требования к контролю за функционированием таких сетей, и требует постоянного и оперативного отслеживания различных неоднородностей и помех, при их возникновении в линии связи. Традиционным и самым распространенным способом, для обеспечения такого контроля, является использование оптического рефлектометра (ОР) и анализ рефлектометрических измерений, тестируемой оптической линии связи. Предложен современный метод обработки рефлектометрических измерений линий связи, основанный на применении вейвлет-преобразования к данным рефлектограмм. На примере тестовых рефлектограмм и основных типов не-однородностей, которые можно встретить при работе с оптическим рефлектометром, показаны результаты применения данного метода. Метод основывается на использовании непрерывного вейвлет-преобразования в анализе рефлектограмм оптического рефлектометра. Данные полученные после переноса данных рефлектограммы, обрабатываются посредством приложения вейвлет-анализа, после этого строится спектрограмма преобразования, на основе которой вычисляются коэффициенты преобразования. Все это позволяет улучшить визуальное представление неоднородностей на графике ре-флектограммы, а также точнее определять местоположение неоднороднос-тей. Оценка полученных результатов проводится на основе сравнения погрешности измерений, при определении местоположения тестовых неодно-родностей в рефлектограмме.
Информация об авторах:
Бальдинкинов Алдар Викторович, аспирант МТУСИ, Москва, Россия Хромой Борис Петрович, д.т.н, профессор МТУСИ, Москва, Россия
Для цитирования:
Бальдинкинов А.В., Хромой Б.П. Вейвлет-преобразования при определении местоположения неоднородностей методом рефлектометрических измерени // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2019. Том 13. №2. С. 18-24.
For citation:
Baldinkinov A.V., Khromoy B.P. (2019). The use of wavelet transform in the analysis of reflectometry measurement and determining the location of fiber optic line events. T-Comm, vol. 13, no.2, pр. 18-24. (in Russian)
T-Comm ^м 13. #2-2019
Введение
Одним ИЗ ПерСЯСКТИвНЫХ ПОДХОДОВ К нчмерс!IHK) nu
оптических линиях союн, а также обработке полученных результатов, явлносн применение веймег-ярообрдаэования к рсфлектаметрнческнм измерениям, Такие со в честное использование для контроля параметров .пшик связи позволив повысить точность измерений.
Принцип 11 aóo i L.i Ol'
Оптический рефлектометр (ОР) предназначен дни oj¡реле; teJi 1гн расстояния ;ju неодноролнос гей показателя преломления оптического волокна. Его работа основана па детектирование отраженных сигналов вследствие Р ел севе го го рассеяния и Френсленского Отражений, I) ходе диагностики ои-ги чес кого аолокна, оптический рефлектометр посылает в него зондирую гни и импульс. "Зондируюниш импульс - зто световой импульс онрелелейнон амплитуды и длительности. Одновременно с запуском зондирующего импульса, рефлектометр начинает отсчет времени. Распространяясь но оптическому волокну, импульс сталкивается с различными препятствиями (повреждениями, неод иородноетям нот которых происходит отражение части сигнала. Отраженный сигнал распространяется и обратном направлен и и и прем я ere поступления на вход рефлектометра фиксируется. Неоднородности оптического волокна делятся на отражающие (вызванные Френс леве кии отражением! и неотражающие ( вызванн ыс Релсевс к н м рассеянием).
ОР устанавливает не тс параметры работы рефлектометра, при анализе тестируемо™ ибслз,
Р я*
с
-го
-îc
1 /
1 /
л
7х- ?
WI
ID
Огранен» ШЧИТМН Фр***п4
Рис I. Структурная елчгма оптического рефлектометра
Результат измерении рефлектометр представляет и виде I-рафика, который называется рефлектшраммой. Типовая рефлектограмма рефлектометра приведена на рисунке 2. Вертикальная шкала определяет уровень рассеянного (отраженного) сигнала и логарифмических единицах. Горизонтальная ось соответствует расстоянию от рефлектометра до тестируемой области волокна. Так как в ОР реально m меряется врем*, го расстояние определяется пересчётом с масштабный коэффициентом примерно равным 10 мке/км. учитывающим. что свет проходит по волок■ ту ло тестируемой точки в прямом и обратном направлении, lïa рисунке обозначены: I начало линии (оптический рать£м); 2 - соединитель: 3, 4. 6. 7, S - сварные соединения: 5 - трещина в волокне (отражающая ffiоднородность); 9 коней линии (торен волокна); ¡(1 ■■ шумьг 11 ].
ОР напрямую подключаются операторамн к липни пере-лачи ланных. при анализе возникших повреждений, или неодно рол постай в кабеле. Но. к сожалению, как и любое другое измерительное оборудование ОР имеет погрешность в своих измерениях, а также имеется человеческий фактор, и погрешности или ошибки могут возникнуть, когда оператор
s » jo L ей
Рис 1, Рефпектфраммаимпульсного рефлекточе!ра
Для решения этой проблемы» в последнее время предлагается несколько вариантов применения вей влет-прсобразования i!l!l) в работе ОР, первый вариант :!ак_тшча-ется в применении измененного зондирующею импульса, основанною на вен влетах, а второй варнаш, подразумевает использование ííl I для анализа полученных данных рефле-тограммы ОР. Первый вариант h.mcci все основания в будущем измени ib работу О Р. но сейчас он мало распространен, так как ОР, который применяет измененный зондирующий импульс, значительно дороже аналогов, в которых используют классический иш зондирующего импульса. К свою очередь, второй вариант применения ИМ можсе быть осуществлен при совсем небольших затратах, так как вей влеты широко представ лен а в доступных приложениях для персональных компьютеров, а данных рефлектограммы можно перевести в нужный для анализа формат. Данный вариант будет рассмотрен ангаром в этой сгатье,
Примгнониевсйьлст-преобразовании
НИ - тто очень molhhoc средство анализа данных, которое нсцбДьзуется во множестве приложениях обработки сигналов. БII основано на наборе сшналов, которые были получены от базового материнского оси влета, после изменения временных характеристик, tí отличии от классическою преобразования Фурье, Rl I наиболее эффективно использует окопное преобразования сигнала, для низких частот сигнала используется широкое окно, а дтя высоких частот, узкое окно. Широкое окно предоставляет хорошую частотную характеристику н низкую временную, в то время как, узкое окно предоставляет хорошую низкочастотную характеристику. Вей влет иол из позволяет обнаружить нарушения непрерывности в данных рефлектограмыы и строить, согласно анализу, график спектрограммы НИ [3, ? j.
Пример применении 1Ш
11а основе нескольких примеров, рассмотрим применение вейвлет-преобразования, в анализе лаиньгх рефлектограммы и определении местоположения нсоднородностси, а также на сколько это улучшит результаты измерений. 11 ери им таким примером будет рефлектог рамма с неопределенност ями
T-Comm Vol.13. #2-2019
7Т\
T■Comm Vol.l3. #2-2019
Т-Сотт Том 13. #2-2019
Как внлно но результатам измерений, Применение БП НМсет схож: le. л hhoi ла и Наиболее tOHKÚC результаты, как !i Случае с BI1 «Ьиортогональиын вейвяет i.3», и сравнении с теми результатами, которые были получены поели применения ОР.
Последним примером, который будет рассмотрен н данной статье, будет тесто вея рефпекгограмма с наличием шумов. Основными источниками шумов, в волокон ио-оптической лИИаи, являются различного рода помехи (флук-туапнонные, меженм вольные, переходные), которые возникают, например, из-за нееовершеиных элементов схемы передачи данных, собственных шумов лазеров, повреждения волоконно-оптического кабеля и г,л. lía рефлейрграмме данные шумы, могу-! скрыть от глаз оператора неоднородности в кабеле, и соответственно, со временем, привести к возможному oópuny связи, на канале передачи данных.
Для этого примера, была взя га тестовая рефлектограмма, в Которой бМлИ зафиксировали лпе НСОДКОрОДНоСтИ, первая цеоднородность была заложена на расстоянии 354 м, вторая на расстоянии 1 км м. К этой рефлекторам ме был добавлен шум. при этом соотношение сигнал/шум, в лапной случае равно 2П ilR. lía рисунке 10 представлен анализ рефлекзчираммы с использованием программного OI'.
Ичч оийлл: S^.sn1 HtTki;
f 11 Vi'- MÍ 1 ||Р| ÉÉf : и ¡"rnl LULKIJ L w ÜL IhUÁÍ'JLI |||i
l.jni/ann/tilu 11АГ:2п
JHH4.1 PííMM : 1.43 Лил». рас ст.: IV JÍÍHT. «mi. : IB В ÍLшлеи не : d.no Ucpwpimr ; Í'ÍB Ijiyn 1.М9Я un Itorepn í ---- — Kn Отрдхеши» : ---_— s- I»
П5 hUpHCp di —,— --.—i 1-2 №|ive[ <19 ---.--- - kn ---.--- B/Mn —.—
fiL III. Анализ тесто bol! рефл е ктОгрп иыи при использовании программного О!"
1 lo результатам анализа, ирн наличии шума в оптической ли пни связи, программный Ор зафиксировал зал сгиньте тестовые неоднородности со следующей погрешностью измерений (табл. К).
Таблица К
Данные анализа программы «AQ~9.i2»
1 !омер неоднородлости Действительное значение, м Погрешность, м
1 551 3
7 ¡294,2 3,S
Теперь просмотрим результаты измерений; ирн использовании 1IHII, КОТорЫС olí ли использованы ранее. Па рису икс i I представлены графики коэффициентов НВП, а в табл. (>. представлена результата измерений и иогрешноетеR, при измерении местоположения заданных тестовых неоднород-постен.
-L
U
гг-
К К
±_
Гпс II. Графики коэффициентов НВП
Таблица 9
Результаты измерении при нсполмонаннн не Л ел ei -п рсоор азованмй
Тип НВП Овршлпни.' ueciüiitNHMCHiM АбСОЛЩТННИ « <1 И1 L'.-ll.' uaj rioipciiiiiuci ь ишерпши
Нйшшрод-носп. NÍIl « 1 koLiiiiq№.i' ПОСТ1. Jtó, ы Абпмлшк ПОфСШ ГОСТЬ, 1 ч ABcallDTHát IlLirfKUl- ностк, 2 ч
«Хааря 348 1290 6 8
«Добеши ™ 350 129L 4 7
«БВ» 1.3 352 12W 2 3
Как и в предыдущем примере, применение НВП для анализа рефлектограммы и определения местоположения нсод-нородностей, позволило улучшить результаты измерений, несмотря даже на присутствие шумов.
Выводы
Применение вейвлет-анализа в работе ОР имеет большой потенциал, и как показало сравнение результатов измерений, может облегчить и улучшить определение местоположения неоднородностей и обрывов в оптических линиях связи, в независимости от типа неоднородностей, а также наличия шумов. Прибавив к этому широкий функционал вейвлет-анализа, которым располагает приложение &МаМаЬ», мы получаем в итоге множество способов анализа данных реальных рефлектограмм, и возможность их улучшения в дальнейших работах.
Литература
!. Хромой Б.П Метрология и измерения в телекоммуникационных системах (Том 2). М.: ИРИАС, 2008. 560 с.
2. Дьяконов в.П. Справочник по применению системы PC MATLAB. М.: Физматлит. 1993. 112 е.
3. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. Солоп-I Ipecc. 2005. 448 с.
4. Смоленцев Н.К. Основы теории вей влетов. Вейвлеты в MATLab. ДМ К-пресс. 2005. 304 с.
5. Яковлев А Н. Введение в вейвлет-преобразования. Новосибирск: НГТУ. 2003. 104 с.
6. Портнов Э.Л., Фатхулин Т.Д. Анализ разрабатываемых технологий для достижения максимальных скоростей передачи информации в современных DWDM системах // REDS: Телекоммуникационные устройства и системы, 2015, Т. 5. № 2. С. 177-179.
7. Портной Э.Л.. Мариносян Э.Х. Определение отношения сигнал/шум для высокоскоростных систем передачи // Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. 2013. № I. С. 139-141.
8. Манонина И.В. Определение оптимальных параметров для вей влет-обработки рефлектограмм // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2016. Т. 8, № 5. С. 28-38.
THE USE OF WAVELET TRANSFORM IN THE ANALYSIS OF REFLECTOMETRY MEASUREMENT AND DETERMINING THE LOCATION OF FIBER OPTIC LINE EVENTS
Aldar V. Baldinkinov, MTUCI, Moscow, Russia, a_baldinkinov@mail.ru Boris P. Khromoy, MTUCI, Moscow, Russia, p_khromoy@rambler.ru
Abstract
In this article, a modern method for processing reflectometry measurements of communication lines, based on the application of wavelet transform to the trace data is claimed. Using the examples of test reflectograms and the main types of fiber optic line events that can be met when working with an optical reflectometer, the results of applying this method are shown. This method is based on the usage of a continuous wavelet transform in the analysis of reflectograms of an optical reflectometer. The data, which was obtained after the transfer of the trace data, is processed by the application of wavelet analysis, then the conversion spectrogram is built, on the basis of which the conversion coefficients are calculated. All this, allows improving the visual representation of the fiber optic line events on the trace graph, as well as more accurately determining the location of them. Evaluation of the obtained results is carried out on the basis of a comparison of measurement errors, in determining the location of test optic line events in the trace.
Keywords: reflectometry measurements, fiber optic line events, continuous wavelet transform, measurement error, wavelet-transform coefficients.
References
1. Khromoy B.P. (2008). Metrology and measurements in telecommunication systems (Volume 2). Moscow: IRIAS. 560 p.
2. Dyakonov V.P. (1993). Reference book on the use of PC MATLAB system. Moscow: Fizmatlit. 112 p.
3. Dyakonov V.P. (2005). Wavelets. From theory to practice. Moscow: Solon-Press. 448 p.
4. Smolentsev N.K. (2005). Fundamentals of Wavelet Theory. Wavelets in MATLab. DMK-press. 304 p.
5. Yakovlev A.N. (2003). Introduction to wavelet transform. Novosibirsk: NSTU3. 104 p.
6. Portnov E.L., Fatkhulin T.D. Analysis of the developed technology to maximize data transmission rates in today's DWDM systems // REDS. 2015. Vol. 5. No. 2, pp. 177-179.
7. Portnov E.L., Marinosyan E.H. (2013). Determination of signal-to-noise ratio for high-speed transmission systems. Proceedings of the North Caucasus branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 139-141.
8. Mamomina I.V. (2016). Determination of optimal parameters for wavelet processing of traces. H-ES Research. Vol. 8. No. 5, pp. 28-38.
Information about authors:
Aldar V. Baldinkinov, Postgraduate student, MTUCI, Moscow, Russia Boris P. Khromoy, Doctor of science, professor MTUCI, Moscow, Russia
