Phân tích mẫu mắt

1.1. Phân tích dạng xung cơ bản

1.1.4. Phân tích mẫu mắt

Tín hiệu băng gốc khôi phục lại ở đầu thu nếu được đưa vào một máy hiện sóng có tốc độ quét ngang đúng bằng tốc độ symbol thì các xung băng gốc sẽ đứng lại trên màn hình, chồng lên nhau và có dạng của một mắt người nên gọi là mẫu mắt (eye pattern).

Ở đầu ra phần băng gốc của hệ thống (sau lọc thu băng gốc, trước lấy mẫu quyết định bít truyền là “1” hay “0”), các hệ thống luôn có một điểm đo, từ đó dẫn tín hiệu vào một oscilloscope. Nếu tần số quét của oscilloscope bằng với tốc độ bít (hay symbol nếu là tín hiệu nhiều mức) của tín hiệu thì trên màn hiển thị của oscilloscope, các tín hiệu sẽ đứng "dừng" lại, trùng lên nhau. Nếu xem tín hiệu mức dương là mí mắt bên trên, tín hiệu mức âm là mí mắt bên dưới, ta sẽ được một ảnh như một mắt người mở. Mẫu mắt với vô số tín hiệu đi vào oscilloscope thì chồng lên nhau và cho phép chúng ta nói về mức độ méo của tín hiệu và độ dự trữ tạp âm.

Gọi giá trị đỉnh dương của tín hiệu không méo lý tưởng là 1 còn giá trị đỉnh âm của tín hiệu không méo lý tưởng là -1 thì độ mở mẫu mắt (eye opening) lý tưởng sẽ là (2/2)x100% = 100%, trong trường hợp thực tế thì độ mở mẫu mắt sẽ là khoảng trắng lớn nhất giữa các đường cong tín hiệu âm và dương, chia 2 và tính theo phần trăm.

Mẫu mắt càng mở (số % càng lớn) thì chất lượng tín hiệu càng tốt. Ngược với “mắt mở” được gọi là “mắt đóng”.

Mẫu mắt được gọi là còn mở nếu độ “mở mắt” (eye opening) còn lớn hơn 0. Mẫu mắt được gọi là đóng nếu độ mở của mắt bằng 0, khi đó dự trữ tạp âm bằng 0. Khi mẫu mắt nhỏ hơn một giá trị ngưỡng dưới (thí dụ: độ mở < 20-30%, tùy theo hệ thống có mã chống nhiễu hay không, tín hiệu nhị phân hay nhiều mức...) thì hệ thống sẽ mất dịch vụ. Mẫu mắt được xem là bình thường, chấp nhận được nếu độ mở > 50%, trong thực tế thì còn yêu cầu lớn hơn nữa, thí dụ độ mở > 75-80% [5].

b, Nguyên lý phân tích mẫu mắt

Nguyên lý phân tích mẫu mắt xung tín hiệu được dựa trên cơ sở của nguyên lý máy hiện sóng. Trong máy dao động ký, có một bộ

c, Kết quả phân tích mẫu mắt

Thông thường, khi phân tích một kết quả của đo mẫu mắt sẽ cho biết về các tham số sau [5, 6]:

 Biên độ mẫu mắt

 Biên độ mở của mắt

 Phần trăm mở của mẫu mắt

 Chiều cao đỉnh mẫu mắt

 Tỉ số lỗi bít BER (Bit Error Ratio)

 Chỉ số chất lượng Q của tín hiệu

 Rung pha của tín hiệu (Jitter)

 Độ mở ngang của mắt tín hiệu

Kết quả của hiển thị của thiết bị phân tích mẫu mắt tín hiệu hiển thị như hình vẽ:

Hình 1.12: Kết quả của phép phân tích mẫu mắt tín hiệu

Theo kết quả hiển thị của thiết bị đo phân tích mẫu mắt tín hiệu ta có thể phân tích được các tham số về tín hiệu như sau:

- Độ rộng mắt

Là khoảng thời gian mà tín hiệu thu được lấy mẫu không xảy ra lỗi. Trên đồ thị đó là khoảng cách trong lòng mẫu mắt.

Hình 1.13: Độ rộng mắt truyền dẫn Giá trị tính của độ rộng mắt được tính như sau:

Độ rộng mắt = Tcắt 2 -3độ dịch cắt 2 –T cắt 1 -3độ dịch cắt 1 (1-5) trong đó:

+ Tcắt 1: thời điểm xảy ra điểm giao nhau thứ nhất + Độ dịch cắt 1: khoảng thời gian xê dịch khỏi Tcắt 1 + Tcắt 2: thời điểm xảy ra điểm giao nhau thứ 2

+ Độ dịch cắt 2: khoảng thời gian xê dịch khỏi Tcắt 2 - Chiều cao mắt

Được tính toán như sau:

Biên độ mắt = Pđỉnh -3độ dịch đỉnh + -Pnền -3độ dịch nền (1-6) trong đó:

+ Pđỉnh là đỉnh trội nhất trong biểu đồ của tín hiệu mức cao, + Pnền là đỉnh trội nhất trong biểu đồ của tín hiệu mức thấp, + Độ dịch đỉnh là khoảng dịch trung bình của mức tín hiệu cao, + Độ dịch nền là khoảng dịch trung bình của mức tín hiệu thấp.

Công thức tính chiều cao mắt tín hiệu có thể được tính theo mức của các bít “1” và mức của bít “0” như sau:

Chiều cao mắt tín hiệu = mức “1” -3 độ dịch mức “1” + mức “0” -3 độ dịch mức “0”

trong đó:

+ Mức “1” là giá trị trung bình của mức tín hiệu cao tương đương mức logic “1”, + Độ dịch mức “1’ là khoảng dung sai của mức tín hiệu cao ứng với mức logic

“1”,

+ Mức “0” là giá trị trung bình của mức tín hiệu thấp ứng với mức logic “0”, + Độ dịch mức “0’ là khoảng dung sai của mức tín hiệu thấp ứng với mức logic

“0”.

- Biên độ mắt tín hiệu

Đó là giá trị sai khác nhau giữa mức logic “1” và mức logic “0”. Đó là khoảng công suất mang thông tin không bao gồm nhiễu của tín hiệu. Công thức xác định như sau:

Biên độ mắt = mức “1” – mức “0” (1-7)

trong đó:

+ Mức “1” là giá trị trung bình của mức tín hiệu logic “1”, + Mức “0” là giá trị trung bình của mức tín hiệu logic “0”.

- Độ nhạy của hệ thống với định thời lỗi

Độ nhạy của hệ thống khi định thời lỗi hiển thị tỉ lệ đóng của mắt. Đó chính là sườn lên của tín hiệu mức cao.

- Khoảng lấy tức thời tốt nhất

Là thời điểm chiều cao của mắt tín hiệu cao nhất, đây là thời điểm tốt nhất để thiết bị quyết định tín hiệu thu được là mức “1” hay mức “0”.

- Biên độ nhiễu

Là khoảng sai khác giữa mức tín hiệu “1” và biên độ cho phép thiết bị quyết định rõ ràng

- Tỉ số tuyệt đối

Là tỉ số giữa năng lượng xung khi tín hiệu có mức logic là bít “1” và bit “0”. Công thức xác định như sau:

Tỉ số tuyệt đối = Pđỉnh/Pcơ sở

Trong đó:

+ Pđỉnh: là đỉnh cao nhất trong biểu đồ mắt tương ứng với mức tín hiệu logic “1”, + Pcơ sở: là phần thấp nhất trong biểu đồ mắt tương ứng với mức tín hiệu logic “0”.

- Rung pha

Là những biến đổi trong khoảng thời gian ngắn của tín hiệu số so với đồng hồ đồng bộ tiêu chuẩn. Hay nói các khác đó là sự chênh lệch đo được giữa tín hiệu thu

được và tín hiệu lý tưởng. Biến đổi ngắn hạn là những biến đổi có tần số biến đổi lớn hơn hoặc bằng 10Hz.

- Hệ số độ mở mẫu mắt

Là tỉ số so sánh giữa độ mở của mẫu mắt thực tế so với mẫu mắt lý tưởng (truyền dẫn không có nhiễu). Công thức xác định như sau:

Hệ số độ mở mẫu mắt =

danhdinh muc

danhdinh muc

uc trungbinhm uc

trungbinhm

"

0

"

"

1

"

"

0

"

"

1

"



 (1-8)

trong đó:

+ trung bình mức “1” là giá trị trung bình ứng với mức logic “1” của tín hiệu thực, + trung bình mức “0” là giá trị trung bình ứng với mức logic “0” của tín hiệu thực, + mức “1” danh định là giá trị danh định của tín hiệu logic mức “1” lý tưởng, + mức “0” danh định là giá trị danh định của tín hiệu logic mức “0” lý tưởng.

Hình 1.14: Kết quả hiển thị độ mở mắt tín hiệu

Trong hình 1.14 minh họa độ mở của mắt tín hiệu là vùng nằm trong đường bao bởi các dạng xung của tín hiệu. Một tín hiệu có độ mở càng lớn thì sự khác biệt giữa các mức “1” và mức “0” càng lớn, chất lượng tín hiệu càng tốt.

- Hệ số chất lượng xung Q

Hệ số chất lượng xung là đại lượng đánh giá chất lượng của xung tín hiệu sau khi truyền đi trên mạng truyền dẫn. Đối với bất kỳ mạng truyền tin nào, chỉ số Q càng lớn tức là mức tin cậy của tín hiệu truyền đi càng cao. Công thức xác định hệ số Q được xác định như sau:

Q =muc danhdinh muc danhdinh uc trungbinhm uc

trungbinhm

"

0

"

"

1

"

"

0

"

"

1

"



 (1-9)

Hình 1.15: Mẫu mắt tín hiệu và các giá trị mức “1”, “0”

- Tỉ số lỗi bit BER

Là tỉ số giữa số bít lỗi và tổng số bít đã phát đi. Các bít lỗi ở đây là các bit “1”

nhưng bộ quyết định của thiết bị thu lại quy định là bit “0” hoặc ngược lại. Công thức xác định BER được xách định như sau:

 (0/1) (1/0)

2

1 P P

BER  (1-10)

trong đó:

+ P(0/1) là xác suất lỗi của các bít “1” nhưng bộ quyết định ở phía đầu thu lại nhận dữ liệu đó là bít “0”,

+ P(1/0) P(0/1) là xác suất lỗi của các bít “0” nhưng bộ quyết định ở phía đầu thu lại nhận dữ liệu đó là bít “1”.

+ P(1/0) và p(0/1) được xác định như sau:

(1-11)

Từ đó ta cũng rút ra mối quan hệ giữa hệ số phẩm chất Q và tỉ số lỗi bít được xác định như sau:

 2 exp 2

2

Q Q BER



 







(1-12)

- Độ rung pha của tín hiệu

Là sự sai lệch về thời của tín hiệu tại điểm đường nằm ngang nằm cách đều ngưỡng giới hạn trên và giới hạn dưới. Rung pha là sự sai lệch của tín hiệu định thời trong một khoảng thời gian ngắn với sự dịch chuyển tần số lớn hơn 10Hz.

Hình 1.16: Kết quả minh họa rung pha tín hiệu

Trên kết quả minh họa, độ rung pha của tín hiệu được đo là khoảng rộng của điểm cắt trên đường nằm ngang.