Optische MIMO-Übertragung – Programm zur Signalanalyse

Ein Kabel, viele Signale: MIMO macht’s möglich. MIMO steht dabei für „Multiple Input Multiple Output“ und besagt, dass über ein Medium wie einen Lichtwellenleiter mehrere Signale (Moden) parallel übertragen und ausgewertet werden können. Bei der stetig wachsenden Anzahl technischer Geräte im Haushalt eine platz- und (hoffentlich) kostensparende Sache.

Im Rahmen der Lehrveranstaltung „Communication Technologies and Multirate Systems“ des Masterstudiengangs Multimedia Engineering sollte für Multirate-Lichtwellenleiter eine Software entwickelt werden, mit dessen Hilfe die Auswertung solcher Signale durchgeführt werden kann. Dafür wurde das Projekt in drei Bereiche unterteilt:

Ziel des Programms ist es, den Kern des Lichtwellenleiters unter verschiedensten Bedingungen (Kratzer, Verschmutzungen) automatisiert zu erkennen, die parallel eintreffenden Signale mit Hilfe von Masken zu trennen und die Leistung über der Zeit zu erfassen. Als Mikroskop wurde die USB-Kamera Agilent Video Microscope N3988A verwendet, die Programmierung erfolgte in Matlab.

Auswahl des Videomikroskops
Auswahl des Videomikroskops

Da es heutzutage häufig vorkommt, dass an einem PC bereits eine Webcam angeschlossen ist, muss dem Anwender die Möglichkeit gegeben werden, die korrekte Kamera auszuwählen. Dazu wird zunächst über eine kleine Routine jedes angeschlossene optische Gerät erkannt. Anschließend wird geprüft, ob die Geräte Videosignale verarbeiten können, so dass alle anderen optischen Geräte ausgeschlossen werden. Dem Anwender wird dann, wie im Bild zu sehen, eine Liste angezeigt, aus der die entsprechende Kamera auszuwählen ist.

Nach der Auswahl der Kamera erscheint das Hauptfenster. Hier kann der Anwender nun aus verschiedenen Funktionen wählen:

  • Kamerabild anzeigen
  • Bild aufnehmen/Bild laden
  • Kern erkennen
  • Maske für Filterung auswählen
  • Video aufnehmen/Video laden
  • Leistungsanalyse starten
Programm nach durchgeführter Analyse
Programm nach durchgeführter Analyse

Die Reihenfolge der möglichen Aktionen ist dabei vorgegeben. Zunächst muss ein Bild vom Lichtwellenleiter aufgenommen oder geladen werden. Die Aufnahme ist im Fenster oben rechts zu sehen.  Anschließend kann die Kernerkennung durchgeführt werden. Der erkannte Kern wird unter dem Screenshot dargestellt und kann ggf. in der Größe oder Position korrigiert werden.
Wahlweise hat der Anwender nun die Option, ein Video von der Signalübertragung aufzunehmen oder zu laden. Eine „Live-Analyse“ ist aufgrund von Geschwindigkeits-problemen in Matlab nicht möglich.

Ist der Kern erkannt und eine Aufnahme der Signale vorhanden, so muss eine passende Maske gewählt werden, welche die einzelnen Signale separiert. Erst jetzt kann eine Analyse durchgeführt werden, dessen Ergebnis in einem Diagramm im unteren Programmbereich ausgegeben wird. Zusätzlich ist es möglich, die Ergebnisse in Form einer Datei für die Weiterverarbeitung abzuspeichern.

Die dynamische Kernerkennung wurde von Markus Berg durchgeführt und wird hier genauer beschrieben. Das Erzeugen von Masken und Auswerten der Signale übernahm Andreas Kiewel.

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