2.1.1. Máy đo dạng xung
Để đo kiểm dạng xung tín hiệu số có thể sử dụng các máy hiện sóng (oscilloscope) hoặc các thiết bị đo kiểm chất lượng mạng truyền dẫn. Một số hãng sản xuất thiết bị đo kiểm dạng xung như Rohde-Schwarz, HP Agilent, Anritsu, Sunrisetelecom, ….
Tất cả các thiết bị này về cơ bản đều có chung các khối chức năng tương đương và nguyên lý hoạt động. Tuy nhiên mỗi thiết bị khác nhau có thể có dải đo tốc độ xung tối đa khác nhau. Hiện nay trên thị trường có một số thiết bị có khả năng phân tích dạng xung của tín hiệu tới tốc độ bit là 155Mbps đối với tín hiệu điện và 10Gbps đối với tín hiệu quang.
Dưới đây là một số loại thiết bị phân tích dạng xung tín hiệu phổ biến hiện nay:
- Thiết bị Puma 4300 của hãng Consultronics
Hình 2.1: Thiết bị Puma 4300 của hãng Consultronics
Đây là một loại thiết bị dạng cầm tay, cho phép phân tích dạng xung tín hiệu, có bộ nhớ trong để lưu kết quả phân tích. Ngoài ra thiết bị còn có một số tính năng khác như khả năng đo dòng điện một chiều DC, dòng điện cảm ứng xoay chiều AC, đo điện trở kháng (chi tiết xem phụ lục 1, thiết bị Puma 4300).
- GAO PS1042M Portable Digital Oscilloscope
Là một loại osilloscope số được thiết kế nhỏ gọn thích hợp cho việc đo kiểm tại hiện trường.
Hình 2.2: Thiết bị dao động ký số GAO PS1042M
Thiết bị GAO PS1042M cho phép làm việc với băng thông lên tới 40 MHz, tốc độ lấy mẫu 250 Msa/s. Sử dụng thuật toán FFT để phân tích dữ liệu. Thiết bị có khả năng phân tích được các dạng xung tín hiệu có tần số cao. Ngoài ra còn đo được một số tham số như sau: Vpp, Vamp, Vrms, Vmax, Vmin, Vtop, Vbase, Vavg, Freq, Period, Risetime, Falltime, +Width, -Width, Overshoot, Preshoot, +Duty, -Duty (chi tiếp xem phụ lục 1, thiết bị GAO PS1042M)
- Thiết bị E20C của hãng SunriseTelecom
E20C là một thiệt bị chuyên dụng của hãng SunriseTelecom chuyên dùng để đo kiểm các dạng xung tín hiệu số.
Hình 2.3: Thiết bị E20C của hãng SunriseTelecom
Đây là thiết bị đo đa năng của hãng SunriseTelecom, mỗi modul đo có một tính năng riêng. Thiết bị có khả năng phân tích dạng xung tín hiệu E1 và các tham số vật lý của tín hiệu như điện áp xung, biên độ xung, độ rộng xung. Kết quả đo sẽ được đánh giá đạt/không đạt cho dạng xung thu được tham chiếu theo tiêu chuẩn G.703 của ITU-T, (chi tiết tham khảo phụ lục 1, thiết bị E20C).
2.1.2. Quy trình đo dạng xung
Kỹ thuật phân tích dạng xung tín hiệu là một trong những kỹ thuật đơn giản được áp dụng để đánh giá chất lượng tín hiệu. Quy trình phân tích dạng xung tín hiệu được mô tả trong sơ đồ
sau:
Hình 2.4: Quy trình phân tích dạng xung tín hiệu
- Bƣớc 1: Khởi động thiết bị đo
Để đo dạng xung tín hiệu có thể sử dụng loại thiết bị khác nhau như máy hiện dao động (osilloscope) hoặc thiết bị chuyên dụng khác. Trước khi thực hiện bài đo, khởi động thiết bị đo để thiết bị tải các chương trình ứng dụng, các khối phần cứng chạy ổn định, thông thường khoảng thời gian để thiết bị ổn định là từ 5 đến 10 phút. Thiết bị càng chạy ổn định thì kết quả đo càng chính xác, tin cậy.
- Bƣớc 2: Kết nối thiết bị đo với hệ thống cần phân tích
Đối với mỗi hệ thống cần phân tích tín hiệu thì có một kiểu dao diện khác nhau. Tùy vào loại giao diện của thiết bị mà chọn dây đo phù hợp. Thông thường giao diện phân tích tín hiệu điện là giao điện 120Ohm cần bằng hoặc giao diện BNC 75Ohm không cân bằng. Giao diện quang có thể là các giao diện FC, LC hoặc SC.
Khi hệ thống đo không có các điểm đo thử thì kết nối thẳng máy đo với đầu ra của tín hiệu (chú ý đến ngưỡng đo của thiết bị đo). Cách đo này thường thực hiện khi kiểm tra hệ thống mới, chưa có dịch vụ hoặc đang trong quá trình thử nghiệm. Ưu điểm của
Bắt đầu đo Thực hiện phép đo khác Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Bước 5 Kết nối máy đo Thiết lập tham số Phân tích kết quả đo Kết thúc
kiểu kết nối này là tín hiệu có công suất lớn. Nhược điểm là mất dịch vụ khi tiến hành đo kiểm.
Hình 2.5: Kết nối trực tiếp đo dạng xung tín hiệu
Kết nối dạng cầu để phân tích dạng xung tín hiệu mà không làm mất dịch vụ. Kiểu kết nối cầu sử dụng bộ chia để chi tín hiệu thành 2 phần, một phần đi vào thiết bị đo kiểm. Cách này dễ thực hiện với tín hiệu điện.
Hình 2.6: Kết nối cầu (bridge) đo giám sát dạng xung
Kết nối thiết bị đo với điểm đo kiểm (test point) của thiết bị truyền tín hiệu. Kiểu kết nối này cũng không làm ảnh hưởng tới dịch vụ nhưng lại phụ thuộc vào loại thiết bị truyền dẫn có hỗ trợ hay không. Phương pháp này thường sử dụng khi thực hiện phân tích dạng xung của tín hiệu quang.
Hình 2.7: Kết nối thiết bị đo với cổng đo điểm đo của hệ thống
- Bƣớc 3: Thiết lập phép đo
+ Kiểu giao diện kết nối. Các loại giao diện phổ biến là 120Ohm cần bằng, BNC 75Ohm không cân bằng, giao diện quang, …
+ Tốc độ xung tín hiệu: chọn đúng loại tốc độ tín hiệu đang sử dụng trên mạng + Loại mã tín hiệu
+ Mặt nạ tín hiệu tiêu chuẩn tham chiếu
Hình 2.8: Màn hình thiết lập phép đo của máy EST-125-Acterna
Xung tiêu chuẩn tham chiếu của mỗi loại mã, mỗi tốc độ xung khác nhau thì khác nhau. Để thiết bị đo tự động đánh giá đạt/không đạt (pass/fail) thì cần chọn đúng loại tiêu chuẩn tham chiếu tương ứng với xung tín hiệu đang cần phân tích.
- Bƣớc 4: Phân tích dạng xung tín hiệu
Kết quả hiển thị trên màn hình của thiết bị phân tích dạng xung tín hiệu bao gồm một đồ thị hiển thị dạng xung của tín hiệu vừa đo và giá trị của các tham số độ rộng xung, tỉ lệ vượt ngưỡng của xung, sườn xung, …Nếu ta chọn các ngưỡng đánh giá phù hợp thì kết quả máy đo sẽ hiển thị là đạt (Pass). Nếu lỗi xảy ra lơn, dạng của tín hiệu bị lệch so với tín hiệu tiêu chuẩn thì thiết bị sẽ trả ra kết quả không đạt (faill).
Bật chế độ hiển thị mặt nạ của xung tín hiệu tương ứng để có cái nhìn trực quan về xung tín hiệu và vị trí tương đối của dạng xung tín hiệu so với mặt nạ tiêu chuẩn
Thao tác để thực hiện phép đo phân tích dạng xung tín hiệu rất đơn giản, sau khi thiết lập tham số cần thiết thì khởi động phép đo và ta sẽ có kết quả cuối cùng mà không cần thêm bất kỳ thao tác nào.
- Bƣớc 5: Kết thúc phép đo
Thực hiện lưu kết quả đo vào bộ nhớ thiết bị hoặc thiết bị nhớ mở rộng. Kết quả đo bao gồm phần đồ thị và phần bảng các giá trị. Thông thường hai kết quả đo này nằm trên cùng một file, một số máy đo thế hệ cũ thì kết quả đo nằm trên hai file riêng biệt.
Tắt tất cả các ứng dụng đang chạy rồi tắt nguồn thiết bị. Để cho thiết bị tắt hoàn toàn và tỏa bớt nhiệt trước khi cất giữ.
2.2. Đo mẫu mắt tín hiệu 2.2.1. Các máy đo mẫu mắt 2.2.1. Các máy đo mẫu mắt
Để phân tích mắt tín hiệu có thể sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau. Cách đơn giản nhất là sử dụng các bộ hiện dao động số (digital osilloscope). Ngoài ra còn có nhiều hãng sản xuất máy đo có các thiết bị chuyên dụng để phân tích mẫu mắt tín hiệu.
Thiết bị hiện dao động số
- Thiết bị dao động số AT7000
Hình 2.10: Thiết bị AT7000
Thiết bị AT7000 cho phép phân tích tín hiệu với tần số lên tới 100MHz. Sử dụng thuật toán FFT để phân tích các kết quả đo. Ngoài tính năng như một thiết bị hiện dao động, AT7000 còn hiển thị dạng mẫu mắt tín hiệu và một số tham số liên quan tới tín hiệu như: Vpp, Vrms, Vmax, Vmin, Freq, Period, Risetime, Falltime, +Width, -Width (chi tiết tham khảo phụ lục 1, thiết bị AT7000).
Hình 2.11: Thiết bị GPIB
Thiết bị GPIB cũng có tính năng tương tự với thiết bị AT7000 đã nêu trên (chi tiếp tham khảo phụ lục 1, thiết bị GPIB).
- Thiết bị hiện dao động WaveExpert
Hình 2.12: Thiết bị WaveExpert
Thiết bị WaveExpert là một máy đo chuyên dụng dạng dao động ký của hãng LeCroy có dải tần số làm việc lên tới 100GHz, cho phép phân tích mẫu mắt tín hiệu cả cả tín hiệu quang và tín hiệu điện ( phụ lục 1, thiết bị WaveExpert).
Các máy đo chuyên dụng
- Thiết bị đo mắt truyền dẫn MP1026B hãng Anritsu
Hình 2.13: Thiết bị đo mắt truyền dẫn MP1026B hãng Anritsu
Thiết bị đo MP1026B của hãng Anritsu là một máy đo tín hiệu quang dạng cầm tay với dải tần số làm việc lên tới 25GHz và có thể đo đồng thời 2 kênh. Bước sóng làm
việc của thiết bị là 850 nm, 1310 nm hoặc 1550 nm. Đây là một thiết bị hiện đại, cho phép thực hiện đựơc nhiều chức năng đo (phụ thuộc vào modul) thích hợp cho các công tác đo kiểm tại hiện trường (chi tiết tham khảo phụ lục 1, thiết bị MP1026B).
2.2.2. Quy trình đo mẫu mắt tín hiệu
Quá trình phân tích mẫu mắt xung tín hiệu thực hiện theo các bước sau đây:
Hình 2.13: Quy trình phân tích mẫu mắt tín hiệu
- Bƣớc 1: khởi động thiết bị
Để đo mẫu mắt tín hiệu có thể sử dụng loại thiết bị khác nhau như máy hiện dao động (osilloscope) hoặc thiết bị chuyên dụng khác. Trước khi thực hiện bài đo, khởi động thiết bị đo để thiết bị tải các chương trình ứng dụng, các khối phần cứng chạy ổn định, thông thường khoảng thời gian để thiết bị ổn định là từ 5 đến 10 phút. Thiết bị càng chạy ổn định thì kết quả đo càng chính xác, tin cậy.
- Bƣớc 2: kết nối thiết bị đo
Đối với các hệ thống truyền dẫn tín hiệu không có điểm đo kiểm (test point) thì kết nối trức tiếp thiết bị đo với đường truyền tín hiệu cần đo, đối với các hệ thống có điểm đo thì kết nối thiết bị vào điểm đo.
Để đo được mắt tín hiệu thì thiết bị cần có xung đồng hồ tham chiếu. Có thể lấy xung tham chiếu từ hệ thống cần đo hoặc lấy từ bộ dao động của thiết bị đo.
Thực hiện phép đo khác Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Bước 5 Kết nối thiết bị đo Thiết lập tham số Phân tích mẫu mắt tín hiệu Kết thúc Khởi động thiết bị đo
Hình 2.14: Kết nối xung đồng hồ cho thiết bị đo
- Bƣớc 3: thiết lập tham số đo
Các tham số cần thiết lập cho kỹ thuật đo mẫu mắt tín hiệu số bao gồm:
+ Chọn chế độ xung đồng hồ nhịp, nếu sử dụng đồng hồ nội lấy xung nhịp của thiết bị đo thì kết nối như xung chuẩn từ bộ phát tới cổng tham chiếu “ject”.
+ Chọn các chế độ hiển thị kết quả trên màn hình máy đo.
+ Thiết lập độ phân giải cho máy đo, độ phân giải càng cao thì thời gian thực hiện phép đo càng lớn.
- Bƣớc 4: phân tích mắt tín hiệu số
Thao tác dể đo mẫu mắt tín hiệu tương đối đơn giản. Sau khi khởi động phép đo khoảng một phút (tùy loại thiết bị) là ta có kết quả hiển thị trên màn hình.
Kết quả phân tích mắt tín hiệu trực quan, cho phép người thực hiện có thể đọc được ngay các kết quả đo. Tuy nhiên thông qua mẫu mắt tín hiệu ta có thể suy thêm ra được một số kết quả khác để đánh giá chất lượng hệ thống.
- 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 sô Q được xác định như sau: Q = danhdinh muc danhdinh muc uc trungbinhm uc trungbinhm " 0 " " 1 " " 0 " " 1 "
- 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 ngượic lại.
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 2 exp 2 Q Q BER
- 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 tin hiệu định thời trong một khoảng thời gian ngắn với sự dịch chuyển tần số lớn hơn 10Hz.
- Bƣớc 5: Kết thúc phép đo
Các thiết bị hiển thị dạng sóng trước đây không có khả năng lưu trữ kết quả đo. Do đó sau khi phân tích cần ghi chép lại kết quả đo để phục vụ công tác báo cáo, tổng hợp. Các thiết bị osilloscope số và các thiết bị đo chuyên dụng hiện đại đều hỗ trợ bộ nhớ trong hoặc thẻ nhớ cắm thêm để lưu kết quả đo dưới dạng file mềm. Số kết quả đo có khả năng lưu trữ tùy thuộc vào dung lượng thẻ nhớ mà máy hỗ trợ.
Tắt tất các các tiến trình đang chạy trước khi tắt nguồn thiết bị đo. Để cho thiết bị tắt hẳn và tỏa bớt nhiệt trước khi cất giữ thiết bị.
2.3. Phân tích vector tín hiệu điều chế 2.3.1. Các thiết bị phân tích vector 2.3.1. Các thiết bị phân tích vector
- Thiết bị Agilent 1680
Hình 2.15: Thiết bị phân tích vector tín hiệu số Agilent 1680
Thiết bị Agilent 1680 có dải tần làm việc là 200MHz và có thể nâng cấp lên 800MHz. Sử dụng hệ điều hành Windows®PC nên rất thân thiện với người sử dụng. Tuy nhiên thiết bị có hạn chế về bộ nhớ đệm (thông thường bộ nhớ đệm là 1-4Mb) và thời gian thực hiện phép đo dài(thời gian giữa 2 lần quét là 17s).
Hình 2.16: Thiết bị FSQ-K70 của hãng Rohde-Schwarz
Đây là dòng thiết bị hiện đại của hãng Rohde-Schwarz với dải tần làm việc lên tới 40GHz hoặc có thể nâng cấp tới 120GHz. FSQ-K70 cho phép phân tích các tín hiệu điều chế số BPSK, QPSK, OQPSK, π/4 DQPSK, 8PSK, D8PSK, 3π/8 8PSK, (G)MSK, 2, 4, (G)FSK, 16, 32, 64, 128, 256 (D)QAM, 8VSB. Các tham số thiết bị phân tích được phân tích I/Q, mẫu mắt tín hiệu, Vector tín hiệu, chòm sao, lỗi điêu chế, lỗi dòng bit giải điều chế, phân tích phổ, nhiễu bộ khuếch đại, … (chi tiết xem phụ lục 1, thiết bị FSQ-K70).
2.3.2. Quy trình phân tích vector
Phân tích vector tín hiệu điều chế số là một kỹ thuật đo đòi hỏi người thực hiện phải có nhiều kinh nghiệm cũng như kiến thức để thao tác và phân tích kết quả đo. Quy trình thực hiện phép phân tích gồm 6 bước [7]:
Hình 2.17: Các bước thực hiện phép phân tích vector tín hiệu điều chế số
- Bƣớc 1: bắt đầu đo
Hầu hết các thiết bị phân tích vector đều khá phức tạp về cấu tạo và phần mềm điều khiển
do đó thời gian khởi động thiết bị là tương đối mất thời gian. Đợi thiết bị khởi động hết các modul cần thiết cho phép đo. Chọn chức năng đo vector tín hiệu.
- Bƣớc 2: Kết nối máy đo
Có hai cách kết nối máy đo với hệ thống cần phân tích tín hiệu.
Kết nối thiết bị đo với hệ thống thông qua một thiết bị chia tín hiệu. Có thể dùng coupler hoặc một số thiết bị trong hệ thống có các điểm giám sát (test point). Phương
Bắt đầu đo Kết nối máy đo Thiết lập tham số Phân tích kết quả đo Thực hiện phép đo khác
Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Bước 5
Kết thúc Lƣu kết
quả đo
pháp này có ưu điểm là không làm mất dịch vụ nhưng lại làm suy giảm tín hiệu của hệ