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 thống.
Hình 2.18: Sơ đồ kết nối thiết bị qua bộ chia
Kết nối trực tiếp với tín hiệu trong trường hợp không có bộ chia tín hiệu. Cách kết nối như vậy thường thực hiện với hệ thống mới triển khai hoặc hệ thống đã xảy ra lỗi mất dịch vụ.
Hình 2.19: Sơ đồ kết nối trực tiếp
- Bƣớc 3: thiết lập tham số
Để thực hiện đo phân tích vector tín hiệu điều chế thì cần thiết lập một số tham số cho máy đo như sau:
+ dải tần làm việc: giá trị của dải tần làm việc phụ thuộc từng công nghệ được sử dung, phụ thuộc vào loại máy đo (dải làm việc của máy đo phải lớn hơn dải tần cần đo thì kết quả mới chính xác).
+ Thiết lập kiểu đều chế tín hiệu: Tùy vào từng hệ thống mà các loại mã điều chế được sử dụng khác nhau. Hiện tại có có một số kiểu điều chế tín hiệu số như sau: ASK, PSK, FSK, QAM, MSK.
+ Thiết lập giá trị ngưỡng cho tín hiệu cần đo
Hình 2.20: Màn hình thiết lập các tham số phân tích vector tín hiệu của FSQ70
+ Chọn kiểu bộ lọc số, thông thường chọn kiểu bộ lọc Gauss + Chọn tần số trung tâm cho phép đo.
+ Chế độ đo: có thể chọn kiểu đo 1 lần, đo lấy giá trị trung bình hoặc kiểu đo liên tục. - Bƣớc 4: Phân tích kết quả đo
+ Chọn chế độ phân tích vector tín hiệu I/Q
+ Phân tích vector tín hiệu dưới dạng chòm sao tín hiệu, căn cứ vào độ tập trung của các chòm sao có thể kết luận được chất lượng của tín hiệu. Nếu các chòm sao có độ tụ cao có nghĩa là chất lượng tín hiệu tốt và ngược lại nếu vị trí phân bố của các chòm sao không tập trung thì tín hiệu bị nhiễu và xác suất xảy ra lỗi cao.
+ Phân tích lỗi điều chế tín hiệu QPSK (thường được sử dụng trong hệ thống 3G- WCDMA), chọn các tham số sau:
Tần số sóng mang : 789 MHz Mức tín hiệu : 0 dBm Kiểu điều chế : QPSK Mã hóa : Không Bộ lọc số : bộ lọc cosin, α = 0.35 Tốc độ ký hiệu : 24.3 ks/s
Mức tín hiệu tham chiếu : 5 dBm
Pha của các mức tín hiệu thông thường tương ứng như sau “00” ⇒ 45°, “01” ⇒ 135°, “10” ⇒ 215°, “11” ⇒ 315°.
Hình 2.21: Kết quả phân tích vector tín hiệu QPSK
Thiết bị đo hiển thị các tham số về khoảng sai số, pha tín hiệu, biến đổi thành phần I/Q, mẫu mắt tín hiệu, vector tín hiệu I/Q, biên độ các thành phần I/Q.
+ Phân tích tín hiệu điều chế trong hệ thống GSM, thiết lập Tần số sóng mang : 935.2 MHz
Kiều điều chế : DMSK
Hệ thống : GSM
Bộ lọc số : Gauß, BT =0.3 Tốc độ ký hiệu : 270.833 kbit/s
Thiết bị phân tích hiển thị các tham số về trường lỗi, lỗi pha, tần số sóng mang lỗi, độ dịch gốc trục I/Q, độ mất cân bằng I/Q.
+ Phân tích lỗi giải điều chế tín hiệu. Phép phân tích cho biết các lỗi về pha, biên độ, sự mất cân bằng các thành phần I/Q, dịch gốc I/Q trong quá trình giải điều chế tín hiệu số.
Hình 2.22: Kết quả phân tích lỗi giải điều chế tín hiệu GSM/EDGE
- Bƣới 5: lưu kết quả đo
Sau khi hoàn tất phép đo, thực hiện lưu kết quả đo để phục vụ báo cáo và thống kê số liệu. Các file kết quả thường được lưu dưới dạng định dạng riêng, tùy theo mỗi loại thiết bị đo của nhà sản xuất và phần mềm của nhà sản xuất. Có thể xuất file dưới dạng ảnh hoặc sử dụng phần mềm để chuyển về các định dạng phổ biến. Các kết quả đo có thể mở lại trên các phần mềm chuyên dụng trên máy tính để thuận tiện cho người phân tích. Một số thiết bị đo cho phép kết nối trực tiếp máy đo với thiết bị in để in kết quả đo.
- Bƣớc 6: kết thúc
Tắt nguồn máy đo sau đó ngắt các kết nối giữa máy đo với hệ thống. Chú ý để máy đo tắt hoàn toàn và để thêm một khoảng thời gian để máy xả bớt nhiệt trước khi bảo quản thiết bị đo.
2.4. Phân tích phổ tín hiệu
2.4.1. Các thiết bị phân tích phổ tín hiệu
Các hãng sản xuát máy phân tích phổ tín hiệu phổ biến hiện nay là HP Agilent, JDSU, Rohde-Schwarz, Inritsu, SunriseTelecom, … Sau đây là một số loại được dùng phổ biến tại thị trường Việt Nam:
Hình 2.23: Thiết bị MTS-8000, hãng sản xuất JDSU
MST-8000 là thiết bị chuyên dụng của hãng JDSU sử dụng để thực hiện các bài đo phân tích phổ tín hiệu quang. Tùy vào modul mà thiết bị có nhiều tính năng khác nhau như phân tích phổ tín hiệu OSA, đo tán sắc màu CD, đo tán sắc phân cực mode PMD,… Dải bước sóng làm việc của thiết bị là 850nm, 1310nm và 1550nm, với khả năng phân tích tín hiệu quang cho các mạng GSM, EDGE, CDMA, DWDM, SDH, …. (chi tiết xem phụ lục 1, thiết bị MST-8000).
- Thiết bị GSP – 830
Hình 2.24: Thiết bị phân tích phổ tín hiệu GSP-830
Mộ số tham số kỹ thuật của thiết bị như sau: + Dải tần 9KHZ ~3GHz
+ Nhiễu pha tín hiệu -80dBc/Hz tại 1GHz + Khoảng thời gian quét 50ms ~ 25.6s
+ Khoản phân giải 3kHz, 30kHz, 300kHz, 4MHz + Độ chính xác ±15%
+ Độ chính xác ±1dB
+ Bảo vệ quá tải +30dBm, ±25VDC + Độ phẳng tần số ±1dB
+ Độ tuyến tính biên độ ±1dB trên 70dB
+ Mức nhiễu trung bình <-135±1dBm:1M~15MHz <-149dBm:15M~1GHz
<-146dBm:1G~3GHz
+ Điều chế giao thoa bậc 3 <-70dBc + Độ méo hài <-60dBc
+ Màn hình LCD mầu 6.4" TFT, + Độ phân giải: 640 x 840
+ Giao diện RS-232C; USB; VGA Output; GPIB (tùy chọn) + Nguồn cung cấp AC 100 ~ 240V, 50/60Hz
+ Kích thước 330(W) x 170(H) x 340(D) mm + Trọng lượng 6kg
- Thiết bị GW Instek GSP-810
Hình 2.25: Thiết bị phân tích phổ tín hiệu GW Instek GSP-810
GSP là máy phân tích phổ tổng hợp kĩ thuật số, Sử dụng cho với phân tích tín hiệu radio RF dải tần lên tới 1GHz. Được thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, đa chức năng và đặc biệt giá rẻ.
+ Dải tần hoạt động 150KHz ~ 1GHz
+ Độ phân giải của phép đo 2kHz ~ 100MHz/div + Màn hình hiển thị LCD rộng, dễ quan sát.
+ Chức năng Hold xác định Min/Max/ Trung bình của phép đo. + Chức năng nhớ 9 lần đo liên tiếp.
+ Kết nối máy tính dễ dàng thông qua công giao tiếp RS_232. + Chế độ bảo vệ cao áp đầu vào 30 dBm, ± 25VDC.
+ Ổn định ở tần số cao ± 10ppm
2.4.2. Quy trình phân tích phổ tín tín hiệu
Quy trình phân tích phổ của tín hiệu điện hay một tín hiệu quang đều có các bước tiến hành tương tự nhau. Sử dụng thiết bị đo kiểm để phân tích tín hiệu số gồm có 5 bước [11,12]:
Hình 2.26: Quy trình thực hiện phân tích phổ tín hiệu
- Bƣớc 1: Khởi động thiết bị đo
Khởi động thiết bị đo, chờ cho thiết bị khởi động các modul chức năng cần thiết cho bài đo. Thông thường thời gian khởi động và chờ cho thiết bị họat động ổn định là khoảng 10 phút.
- Bƣớc 2: Kết nối vật lý
Kết nối thiết bị đo với hệ thống cần phân tích phổ. Đối với tín hiệu điện thì giao diện kết nối có thể là giao diện không cân bằng BNC 75Ohm, giao giện cân bằng 120Ohm. Với tín hiệu quang, giao diện kết nối là giao diện FC, LC hoặc SC.
Tùy vào phương thức đo mà có thể có các cách kết nối thiết bị với hệ thống khác nhau.
+ Đo kiểm in-service tức là kỹ thuật đo không làm gián đoạn dịch vụ trong quá trình đo. Hệ thống cần phân tích tín hiệu phải hỗ trợ các điểm đo thử (test point, monitering port). Nguyên tắc của kiểu đo này là tín hiệu được đưa qua một bộ chia tín hiệu (thông thường là các bộ chia 95/5) để chích một phân tín hiệu đưa vào thiết bị đo. Mô hình kết nối thực hiện đo in-servide phân tích phổ tín hiệu được mô tả như sau:
Khởi động thiết bị đo Kết nối vật lý Thiết lập tham số máy đo Phân tích phổ tín hiệu Thực hiện phép đo khác
Bước 1 Bước 2 Bước 3 Bước 4 Bước 5
Kết thúc phép đo
Hình 2.27: Sơ đồ kết nối thực hiện đo
- Bƣớc 3: thiết lập các tham số đo
Trước khi tiến hành phép đo cần thiết lập các tham số cho máy đo. Việc phân tích tín hiệu điện hay tín hiệu quang về cơ bản các tham số cần thiết lập là giống nhau, chỉ khác nhau về giá trị của từng tham số. Căn cứ vào từng loại tín hiệu cần phân tích mà ta có các giá trị thiết lập sao cho phép đo thực hiện được chính xác nhất.
- Sweeps
Chế độ quét phổ tần số, thông thường có ba chế độ:
+ Chế độ liên tục (Continuous): thực hiện đo và hiển thị kết quả theo thời gian thực
+ Chế độ thực hiện một lần (Single): thực hiện một lần đo và hiển thị kết quả + Chế độ lấy kết quả trung bình của nhiều lần đo (Statistics): thực hiện đo nhiều lần và thống kê để lấy kết quả trung bình. Số lần đo được thiết lập bởi người dùng.
- Averaging
Chế độ lấy trung bình, bao gồm: No, Weak, Average, Strong. Chức năng này có thể giảm mức nhiễu một giá trị tời 5 dB. Khi tín hiệu thu được lấy trung bình, một đồ thị dạng thanh biểu thị trạng thái bậc của trung bình được hiển thị góc dưới bên phải của màn hình.
- Resolution
Độ phân giải của bộ lọc. Đối với mỗi thiết bị đo, độ phân giải là tham số thể hiện sự chính xác của máy đo. Thiết bị có độ phân giải càng cao thì độ chính xác càng lớn. Tùy vào loại tín hiệu phân tích mà đặt độ phân giải phù hợp
- Type
Mỗi tín hiệu cần khảo sát sẽ có một kiểu đo tương ứng phù hợp. Giả sử khi phân tích phổ tín hiệu quang của hệ thốn SDH thì chọn kiểu đo SDH, tương tự chọn kiểu đo WDM cho hệ thống WDM, …
- Channel Detection
Phát hiện kênh, bao gồm các lựa chọn
- Grid:
Nền hiển thị dạng ô lưới để tham chiếu kết quả phép đo.
- Permanent:
Tự động phát hiện kênh. Trong chế độ này, kênh luôn được phát hiện mà không cần đo tham khảo.
- Signal threshold
Ngưỡng phát hiện kênh sử dụng. Để phân biệt giữa nhiễu và kênh truyền tín hiệu. Ta cần thiết lập ngưỡng cho máy đo.
+ Auto: ngưỡng được xác định tự động
+ Manual: ngưỡng được thiết lập bằng phím hướng hoặc Edit key.
- SNR parameters
Để điều chỉnh các tham số này, vào dòng OSNR. Một menu con được hiển thị bao gồm:
+ SNR method: thiết lập con trỏ tham chiếu mức nhiễu được tính (bên trái đỉnh, bên phải đỉnh hoặc cả trái cả phải).
+ S <->N distance khoảng cách giữa đỉnh của kênh và con trỏ tham chiếu mức nhiễu + Auto: khoảng cách được xác định theo khoảng giữa các kênh
+ Khoảng cách giữa các kênh.
+ Noise Acq. Bandwidth: băng thông tham chiếu được sử dụng để đo nhiễu. + Tiêu chuẩn 100 pm.
+ Giá trị nằm giữa 10 pm và 10 000 pm.
- Splitter compensation
Khi phép đo được thực hiện sau một bộ chia tách, cần phải bù suy hao cho bộ chia tách này. Chuyển đến dòng Splitter compensation để vào menu con:
- Gain Tilt và Slope
No/Yes: kích hoạt chức năng đo giá trị tối đa độ lệch (dB) của độ lợi (gain) và độ dốc (dB mỗi nm) của độ lợi và hiển thị trên đồ thị
- Grid
Lựa chọn lưới đồ thị bằng menu con
- Alarm
Kích hoạt các bảo cảnh: 1) Báo cảnh chung
+ Max. variation level : mức ngưỡng chênh lệch công suất cực đại giữa các kênh. Chọn No hoặc thiết lập ngưỡng từ 0.1 đến 60 dB
+ Max. SNR variation: mức ngưỡng chênh lệch SNR cực đại giữa các kênh. Chọn No hoặc thiết lập mức ngưỡng từ 0.1 đến 60 dB
+ Max composite p.: mức ngưỡng công suất tổng hợp tối đa. Chọn No hoặc thiết lập ngưỡng từ -59.9 dBm đến +20 dBm
2) Báo cảnh kênh
+ Maximum drift: dịch chuyển tối đa. chọn Yes/No
+ Min. Level (channel): mức công suất tối thiểu của kênh. Chọn Yes/No + Max. Level (channel): mức công suất tối đa của kênh. Chọn Yes/No + Min. SNR: mức SNR tối thiểu. Chọn Yes/No
+ Channel number: số kênh. Từ «001» đến số kênh tối đa. + Value of channel: Hiển thị bước sóng của kênh được chọn
+ Delta F: Khoảng tần số. Thiết lập từ 0 đến 2 THz (mặc định 2 THz)
+ Min. P: Mức công suất tối thiểu. Thiết lập từ -80 dBm đến +9.9 dBm (dưới mức ngưỡng tối đa)
+ Max. P: Mức công suất tối đa. Thiết lập từ -79.9 dBm đến +10 dBm (trên mức ngưỡng tối thiểu)
+ Min. SNR: Mức ngưỡng SNR tối thiểu. Thiết lập từ 0 đến 50 dB
- Wavelength range
Thiết lập dải bước sóng đo
- Table Notes
Thiết lập các mục trong kết quả hiển thị. Có thể ghi chú cho mỗi kênh.
- Unit
Đơn vị cho trục x có thể chọn: + Tần số THz
+ Bước sóng nm
Bƣớc 4: Thực hiện phân tích phổ tín hiệu
Sau khi thiết lập các tham số cần thiết, ta tiến hành phép đo phân tích phổ tín hiệu. Khởi động phép đo và đợi quá trình đo kết thúc, trên màn hình thiết bị đo sẽ cho biết phổ của tín hiệu cần đo.
Để biết công suất của một dải tần số nào đó, ta thực hiện di chuyển hai con trỏ A