Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật đo lường trong truyền thông vô tuyến và anten thông minh

Khoa Điện tử Viễn thông và Phòng thí nghiệm Các hệ Tích hợp Thông minh SIS, Trường Đại học Công nghệ đã được đầu tư nhiều hệ thống thiết bị đo như: máỵ phân tích mạng netvvork analyzer,

ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI

đo lường trong truyền thông vô tuyến

Mã số: QC.09.24

Chủ nhiệm đề tài: Trương Vũ Bằng Giang

ĐAI HOC ouoc GIA HÀ NỘI TRUNG TAỊVỊ iHÕNG riN ĨHƯ VIỆN

Q ũ o e o o o c o e y

_ 1 _

M Ụ C L Ụ C

1 Đặt vấn đề

2.1.1 Những khái niệm cơ bản trong việc đo lường anten 8

Báo cáo tóm tắt các kết quả thực hiện đề tài KHCN của ĐHQGHN bằng tiếng

Các minh chứng về kết qur đào tạo và bài báo/báo cáo khoa học

Danh sách những người tham gia thực hiện đề tài (học hàm, học vi, cơ quan công tác):

Danh mục các hình:

Hình 1 Một sổ tính chất cơ bản của anten

Hình 2 Đồ thị bức xạ: (a) Hệ tọa độ cực, (b) Hệ tọa độ vuông góc

Hình 3 Một số mô hình đo đồ thị bức xạ cơ bản

Hình 4 Cấu hình một số mô hình cơ bản

Hình 5 Các thành phần cơ bản trong mô hình ngẩng

Hình 6 Mô hình phản xạ đất

Hình 7 Các mô hình trường gần: (a) phẳng, (b) hình trụ, (c) hình cầu

Hình 8 Sơ đô hệ thông đo lường anten

Hình 9 Sơ đồ ghép nối anten với máy phân tích mạng

Hình 10 Quy trình thực hiện một phép đo anten

Hình 11 Bộ định vị anten cần đo

Hình 12, Toàn bộ hệ đo anten

Hình 13 Đồ thị bức xạ (gain) cùa chận từ nừa bước sóng tại 850 MHz

Hình 14 Đô thị bức xạ (gạin) cùa chấn tử 3/2 bước sóng tại 850 MHz

Hình 15 Mặt nạ xung chuẩn tốc độ 2048kbit/s

Hình 16 Phô công suất của một số loại mã đường

Hình 17 Sơ đô câu tạo máy hiện dao động (osilloscope)

Hình 18 Sơ đô khôi chức năng máy hiện sóng tín hiệu số

Hình 19 Thiệt bị Puma 4300 của hãng Consultronics

Hình 20 Thiệt bị dao động ký số GAO PS1042M

Hình 21 Thiết bị E20C cùa hãng SunriseTelecom

Hình 22 Qụy trình phân tích dạng xung tín hiệu

Hình 23 Kẹt nối trực tiếp đo dạng xung tín hiẹu

Hình 24 Kệt nội câu (bridge) đo giám sát dạng xung

Hình 25 Kêt nối thiết bị đo với cổng đo điểm đo của hệ thống

Hình 26 Màn hình thiết lập phép đo của máy EST-125-Acterna

Hình 27 Kêt quả phân tích dạng xung tín hiẹu ờ dạng đồ thị va bảng

Hình 28 Dạng xuns tín hiệu tại đẩu thu

Hình 29 Thiết bị AT7000

Hình 30 Thiết bị GPIB

3

Hình 31 Thiết bị WaveExpert

Hình 32, Thiết bị đo mắt truyền dẫn MP1026B hãng Anritsu

Hình 33 Quy trình phân tích mẫu mắt tín hiệu

Hình 34 Kết nối xung đồng hồ cho thiết bị đo

Hình 35 Ket quả của phép phân tích mẫu mắt tín hiệu

Hình 36 Độ rộng mắt truyền dẫn

Hình 37 Kết quả hiển thị độ mở mắt tín hiệu

Hình 38 Mau mắt tín hiệu và các giá trị mức “ 1”, “0”

Hình 39 Kết quả minh họa rung pha tín hiệu

Hình 40 Sơ đố khối điều chế ASK

Hình 41 Dạng tín hiệu khi điều chế khóa dịch biên độ ASK

Hình 42 Sơ đồ khối giải điệu chế không kết họp tín hiệu ASK

Hình 43 Sơ đồ khối giải điều chế kết hợp tín hiệu ASK

Hình 44 Sơ đồ khối điều chế FSK

Hình 45 Sơ đồ khối giải điệu chế FSK

Hình 46 Sơ đồ khối giải điều chế FSK

Hình 47 Giản đồ chòm sao với tín hiệu 2 ,4 , 16 và 256-QAM

Hình 48 Sơ đồ khối chức năng bộ điều chế QAM

Hình 49 Sơ đồ khối chức năng bộ giải điêu chể QAM

Hình 50 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động thiết bị phân tích vector tín hiệu sốHình 51 Sự chồng phổ các kí hiệu

Hình 52 Sử dụng băng thông dự trữ để loại bỏ chồng phổ

Hình 53 Thiết bị phân tích vector tín hiệu số Agilent 1680

Hình 54 Thiết bị FSQ-K70 của hãng Rohde-Schwarz

Hình 55 Các bước thực hiện phép phân tích vector tín hiệu điều chế sốHình 56 Sơ đồ kết nối thiết bị qua bộ chia

Hình 57 Sơ đồ kết nối trực tiếp

Hình 58 Màn hình thiết lập các tham số phân tích vector tín hiệu của FSQ70Hình 59 Kết quả phân tích vector tín hiệu QPSK

Hình 60 Kết quả phân tích lỗi giải điều chế tín hiệu GSM/EDGE

Hình 61 Ket quả đo vector lỗi

Hình 62 Kết quả đo vùng vector lỗi

Hình 63 Kết quả lỗi pha điều chế

Hình 64 Lỗi dịch gốc I/Q tín hiệu điều chế

Hình 65 Đồ thị biểu diễn hệ số không cân bàng

Hình 66 Lồi mất cân bàng cầu phương

Hình 67 Giản đồ vector mất cân bằng cầu phương

Hình 68 Đồ thị méo pha tín hiệu

Hình 69 Giản đồ chòm sao thể hiện tín hiệu nhiễu-tín hiệu

Hình 70 So sánh số phép tính phải thực hiện của DFT, FFT và SDFT

Hình 71 Sơ khối chức năng máy phân tích phổ tín hiệu số

Hình 72 Sơ đô chức năng khối thích ứng tín hiệu

Hình 73 Dạng xung tín hiệu của tần số tín hiệu, tần số quét và tần EF

Hình 74 Sơ đồ khối chức năng máy phân tích quang phổHình 75 Thiết bị MTS-8000, hãng sản xuất JDSU

Hình 76 Thiết bị phân tích phổ tín hiệu GSP-830

Hình 77 Thiết bị phân tích phổ tín hiệu GW Instek GSP-810Hình 78 Quy trình thực hiện phân tích phổ tín hiệu

Hình 79 Sơ đồ kết nói thực hiện đo

Hình 80 Biểu diễn SNR của tín hiệu

5

TÓM TẮT NHỮNG KÉT QUẢ CHÍNH CỦA ĐÈ TÀI NGHIÊN c ứ u KHOA HỌC

1 Tên đề tài:

“Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật

đo lường trong truyền thông vô tuyến và anten thông minh”

Mã số: QC.09.24

2 Chủ trì đề tài: PGS TS Trương Vũ Bằng Giang

3 Những kết quả chính:

3.1 K ết q u ã về k h o a học (những đóng góp của đề tài, các công trình khoa học công bố):

- Đề tài đã phân tích, đánh giá vai trò và ứng dụng của các kỹ thuật đo lường trong truyền thông và anten thông minh

- Xây dựng các qui trình ứng dụng các kỹ thuật đo lường trong truyền thông vô tuyến

và anten thông minh dùng cho các phòng thí nghiệm và phòng thực hành vê đo lường Anten và Siêu cao tần, Bộ môn Thông tin Vô tuyến, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội phục vụ nghiên cứu và đào tạo

- Công trình khoa học trong khuôn khổ đề tài:

1 T.V.B Giang, “Input Impedance Charaeteristics of Microstrip Antennas on

Hemispherical Multilayer Structures” in Proc International Con/erence on

Advanced Technologies fo r Communications (ATC2009), pp 211-214, Haiphong,

Vietnam Oct 2009

2 T.V.B Giang, “The Curvature Influence on the Input Impedance o f Microstrỉp

Antennas on Hemispherical Structures”, in Proc 3rd International Conference on

Communications and Electronics (ICCE 2010), Nha Trang, Vietnam, Aug 20103.2 K ết q u ả phục vụ thực tế (các sản phẩm công nghệ, khả năng áp dụng thực tế):

- Sản p h ẩm công nghệ: Các qui trình ứng dụng các kỹ thuật đo lường trong truyền thông vô tuyên và anten thông minh dùng cho các phòng thí nghiệm và phòng thực hành về đo lường Anten và Siêu cao tần, Bộ môn Thông tin Vô tuy én, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội phục vụ nghiên cứu và đào tạo

- K hả năng ứng dụng thực tế của các kết q u ả: Hỗ trợ tích cực về phương pháp cho các nhà khoa học trẻ, học viên và nghiên cứu sinh trong việc triển khai ứng dụng các

kỹ thuật đo lường, phục vụ hiệu quả cho các hoạt động giảng dạy cũng như nghiên cửu thuộc lĩnh vực Kỹ thuật Viễn thông

3.3 Kết quả đào tạo (số lượng sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh làm việc

trong đề tài):

- 01 sinh viên lớp QH-2006-I/CQ-Đ (K51Đ) đã bảo vệ thành công khóa luận tốt nghiệp

- 01 học viên cao học lớp K13Đ2 đã bảo vệ thành công luận văn tốt nghiệp và công nhận học vị thạc sĩ

3.4 Kết quả nâng cao tiềm lực khoa học (nâng cao trình độ cán bộ và tăng cường trangthiết bị cho đom vị):

- Kết quả bồi dưỡng cán bộ: Tạo cơ hội cho các cán bộ trẻ tăng cường khả năng

nghiên cứu, tiếp cận với việc ứng dụng các hệ thống đo lường trong truyền thông vô tuyên và anten thông minh tại Phòng thí nghiệm

- Đóng góp cho việc tăng cường trang thiết bị: Các qui trình ứng dụng các kỹ thuật

đo lường trong truyên thông vô tuyên và anten thông minh dùng cho phòng thí nghiệm thực hành vê đo lường Anten và Siêu cao tần, Bộ môn Thông tin Vô tuyến, Khoa Điện tử - Viên thông, cũng như tại Phòng thí nghiệm Các hệ tich hợp Thông minh, Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội

7

NỘI DUNG BÁO CÁO

1 Đặt vấn đề•

Lĩnh vực Thông tin Vô tuyến tốc độ cao và Anten thông minh (Smart Antenna) đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cửu Hằng năm có rất nhiều các công trình nghiên cứu và báo cáo khoa học về định hướng này được công bố trên các ấn phẩm của IEEE Tại Việt Nam chưa có các phòng thí nghiệm được đầu tư chiều sâu để thực hiện các nghiên cứu trong lĩnh vực nói trên

Tại Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN, hàng năm có một số đề tài QC, một số

đề án hợp tác nghiên cứu triển khai ứng dụng sản xuất, phục vụ đời sống và an ninh quốc phòng và hiện tại có 01 đề tài QG, 01 đề tài KC 2008 về các hệ thống thông tin vô tuyển dải sóng siêu cao tần đang được triển khai thực hiện Ngoài ra, trong chương trình liên kết đào tạo Thạc sĩ Thông tin, Hệ thống và Công nghệ với Trung tâm đại học Pháp (PUF) hiện cũng đang triển khai giảng dạy, nghiên cửu về kỹ thuật siêu cao tẩn Anten thông minh cũng được ứng dụng trong các công nghệ mới nhất hiện nay như WiMAX, MIMO Với những lý đo như vậy, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ đã chọn Thông tin Vô tuyến tốc độ cao và Anten thông minh là hướng nghiên cứu lớn để tập trung ỉực lượng nhằm phát triển hướng nghiên cửu này

Khoa Điện tử Viễn thông và Phòng thí nghiệm Các hệ Tích hợp Thông minh (SIS),

Trường Đại học Công nghệ đã được đầu tư nhiều hệ thống thiết bị đo như: máỵ phân tích mạng (netvvork analyzer), máy đo tương thích điện từ (EMC), máy phân tích phổ (spectrum analyzer), máy phân tích tín hiệu số (digital signal analyzer), máy tạo dạng sóng bất kỳ (arbitrary waveform/function generator) Để có thể nghiên cứu sâu, nhất là có thể chế tạo thử nghiệm các sản phẩm siêu cao tần cũng như anten thông minh cần phải sử dụng các thiết

bị hiện đại nói trên thì việc ứng dụng các hệ đo trong truyền thông vô tuyến và anten thông minh để phục vụ các công tác nghiên cứu và đào tạo trong lĩnh vực này là hết sức cấp thiết

và nhằm đảm bảo hiệu quả đầu tư cho nhà nước Mặt khác, các hệ thống thiết bị đo nêu trên cần phải được sử dụng và vận hành một cách khoa học, đúng qui trình mới đem lại hiệu quả như mong muôn

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng các kỹ thuật đo lường trong truyền thông vô tuyến và

anten thông minh” nhằm thực hiện mục tiêu trên.

2 Các nội dung nghiên cứu và kết quả

2.1 Đo lường anten

2.1.1 Những khái niệm cơ bản trong việc đo lường anten.

Các anten được thiết kế chủ yếu ìà để tạo ra sự phân bố năng lượng theo một đặc trưng biết trước trong không gian với độ suy hao và phản xạ là tối thiểu Sự phân bố đó là

“đặc trưng bức xạ” của anten Thông thường, phân bố bao gồm một vùng (độ rộng chùm) tập trung độ chiếu xạ cao vào một mục tiêu hoặc để kết nối đến hệ thống khác với phạm vi lởn

nhất Trong vùng búp sóng chính, 10% lỗi tương đương với 20% lỗi trong công suất phát vì thế việc đo các mức cao phải rất chính xác Thông thường, phát xạ theo các hướng khác vói búp chính cẩn giảm mạnh để tránh ảnh hưởng đán việc chiếu xạ, giao thoa với các hệ thống khác hoặc bị giao thoa bời các hệ thống khác Do đó yêu cầu thực hiện đo đạc ở mức rất thấp

ở các cạnh và mặt sau của anten Mặc dù không có tính quyết định về dung lượng như độ tăng ích, mức búp bên góp phần cấu thành thông số thiết kế dải đo anten nhạy hay không Các thông số khác của anten cũng nên quan tâm là độ phân cực, hướng chùm, độ sâu búp không, hệ số phản xạ hoặc hệ số điện áp sóng đứng (VSWR-Voltage Standing Wave Ratio) Các thông số được mô tả trong Hình 1

Boresight angle

Độ

Hệ số điện áp

sóng đứng (VSWR)

Hình 1 Một số tính chất cơ bản của anten

Ngoại trừ tính chât phàn xạ, dạng dữ liệu anten được chấp nhận một cách rộng rãi làdạng đồ thị bức xạ Tùy thuộc vào ứng dụng, thường là một trong số 3 loại Loại mô tả rõ nétnhắt là biêu diễn dưới dạng các tọa độ cực (Hình 2(a)j bói góc quay của anten đưạc biêudiễn mô, cách trực tiếp Loai phô thông nhất (Hình 2(b)) là đồ thị hình chữ nhật vói gócphương vị là hoành độ và các mức là tung độ Mặc dù các đồ thị bức xạ biểu diễn về mặtbiên độ n h ^ g vói nhiều cách xú lý dù liệu, thòng sô pha lá rất quan trọng Tuy nhiên, pha thường không biểu diễn bàng đồ thị

sâu búp không (Null)

(a) Độ Độ (b)

Hình 2 Đồ thị bức xạ: (a) Hệ tọa độ cực, (b) Hệ tọa độ vuông góc

Với mỗi loại đồ thị, biên độ có thể coi là điện thế tý đối, hoặc công suất tỷ đối, hoặc là

dB Điện áp và công suất rất hiếm khi được sử dụng, trừ trường hợp trong các biểu đồ cực, bởi chúng cho ta rất ít thông tin chi tiết tại các mức thấp

2.1.2 Một sổ mô hình đo lường anten

Tiêu chí xuyên suốt quá trình xây dựng mô hình là pha và biên độ phải đồng nhấttrong khoảng khẩu độ cần đo Một số mô hình được xây dựng bởi các phương thức khácnhau như minh họa trong Hình 3 Mô hình ngẩng và mô hình mặt đất là các mô hình đo đạc trường xa và phụ thuộc vào từng anten cụ thể để tạo ra mặt phẳng pha Các mô hình nhỏ (compact ranges) mô phòng mô hình kích thước vô hạn bằng các bộ phàn xạ, thấu kính, loa hoặc dãy để có thể tạo ra mặt phẳng pha từ nguồn Các mô hình trường gần tận dụng ưu điểm về khả năng tính toán của các mô hình hiện đại để tính toán đồ thị bức xạ từ dữ liệu khảo sát thu được từ khẩu độ anten

Hình 3 Một số mô hình đo đồ thị bức xạ cơ bán:

(a) Mô hình ngẩng, (b) Mô hình phản xạ đât, (c) Mô hình nhỏ (Compact range-Hệ đo trong nhà)

Mô hình ngấng tránh được hiện tượng phản xạ do mặt đẩt nàm ngoài búp sóng chính của nguồn hoặc anten đo Các mô hình phản xạ đất thì ngược lại, nguồn được đặt phía trên một bề mặt phẳng vì thế tất cả tia phàn xạ đều đến từ một điểm ảnh Các mô hình nhỏ và trường gần thườnẹ sử dụng trong môi trường trong nhà, và cần sử dụng số lượng lớn vật liệu hấp thụ nhằm hạn chế sự phản- xạ

Một số trường hợp riêng phát sinh khi các phương pháp cơ bàn không phù hợp Một

số anten thì quá lớn và mong (có lẽ phù hợp trong vũ trụ) do đó chúng không thể quay được Trong trườna hợp đó việc di chuyên nguỏn (Hình 4(a)) là thích hợp Có thế lẳp đật các anten

khác tại vị trí mà nguồn sóng trời phù hợp cho việc đo kiểm đơn giản nhất (Hình 4(b)) Trong trường hợp radar, dữ liệu bức xạ quan trọng có thể đạt được bằng cách quan sát sự di

Anten cần đo (AUT-Antenna Ưnder Test) được gá trên một bệ có một hoặc nhiều trục quay Lối ra anten điều khiển một máy thu (thường khá nhạy), dải hẹp để triệt nhiễu và có độ

tuyến tính cao Lối ra máy thu có thể là dạng tưong tự hoặc số đề điều khiển một máy ghi và thường là máy tính đê lưu dữ liệu.

Mô hình ngẩng phụ thuộc vào chiều cao tháp đo sao cho phản xạ đất nằm ngoài búp chính cua anten nguồn và anten cần đo Các góc này phụ t h u ộ c v à o chiều dài của mô hình

Thông thường, chiều dài tối thiêu của mô hình cho mặt pha phàng là 2D IX uong đó D ụ

kích thước lớn nhất của anten Hạn chế gây ra chú yếu là do các trục quay Von cac anten cơ

lòn, 2D2IX có thề hàng ngàn feet gây khó khăn trong việc tháp đo làm sao đù cao đê có góc

rộng

Hình 5 Các thành phần cơ bản trong mô hình ngẩng

Mô hình phản xạ đất.

Xét một mô hình phán xạ đất ở đó bề mặt giữa các tháp đo là phẳng như minh họa trên Hình

6 Anten nguồn được đặt trên một bề mặt và bề mặt này hoạt động giống như mặt gương Tia phán xạ xem như đến từ một nguồn ảnh và tín hiệu kết hợp có tâm biểu kiến gẩn mật đất phía dưới anten nguồn Phan xạ đất ơ vị trí khác sẽ không đi tới anten cân đo Trong mô hình

này tháp đo cao và anten cao là không cần thiết, nhưng anten nguồn và anten cần đo phải có chiều cao sao cho nguồn và ảnh của nó tạo thành một chùm có đình tại vị trí anten đo.

Hình 6 Mô hình phản xạ đất Các mô hình trường gần.

Các mô hình trường gần đã được phát triển nhanh chóng thay thế cho các mô hình đo ngoài trời và tạo nên một sự thay đổi rõ rệt trong việc thiết kế các mô hình đo đó là đưa máy tính vào xử lý số liệu, số liệu được thu thập từ một trong số các hệ tọa độ như minh họa trên Hình 7 đã chi ra Đồ thị bức xạ trường xa có thể tính toán từ dữ liệu trường gần

Với hệ tọa độ cầu, để quay anten đo như trong mô hình trường xa là hợp lý và khá thuận tiện Tuy nhiên, việc tính toán đồ thị bức xạ từ dữ liệu trường gần trên bề mặt cầu là khá dài Với hệ tọa độ trụ, cả đầu đo và anten đo đều di chuyển và việc tính toán đơn giản hơn Trong hệ phẳng anten đo là cố định, ngoại trừ trường hợp khẩu độ lớn Việc tính toán là đơn giản và có thể thực hiện một cách nhanh chóng

(c)

Hình 7 Các mô hình trưởng gần: (a) phẳng, (b) hình trụ, (c) hình cầu

Tất cả các kỹ thuật đo trường gần yêu cầu việc kiểm soát lỗi một cách nghiêm ngặt để

có thể cho kết quả như mong đợi sổ lượng các phép đo lớn và tốn thời gian

2.1.3 Quy trình đo lường anten

Tại Phòng thí nghiệm Anten, Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ,

hệ thống đo lường anten được xây dựng sử đụng máy phân tích mạng Mô hình hệ thống đáp ứng được các yêu cầu đòi hòi của phép đo trường xa của các anten có tần số công tác nằm trong dải tần máy phân tích mạng

Biên độ hàm truyền cùa hệ thống anten có thể thu được bàng cách đo tham số S21 trên hai cổng cùa máy phân tích mạng Hệ thống đo lường sẽ hoạt động như sau:

Trước hết, tham số băng tần hoạt động, trở kháng vào của AUT sẽ được xác định băng cách đo tôn hao phản xạ tại đầu vào của anten Trên cơ sở băng tần hoạt động của anten,

ta sẽ chọn tẩn số mà tại đó ta thực hiện đo giản đồ hướng của anten Tiếp đến, AƯT và anten phát sẽ được gan vào hai cổng của máy phân tích mạng Công suất phát có thể thay đổi từ - lOdBm cho tới +10dBm Giá trị S12 (với anten phát gắn vào cổng 2) của ma trận tán xạ được ghi lại ứng với mồi góc quay cùa AƯT trong các mặt phẳng E và H, từ đó cho phép hiển thị giản đồ bức xạ cùa anten đó Việc điều khiển góc quay của AƯT được thực hiện nhờ một motor bước

Đê đàm bảo tính chính xác trong mô hình đo đạc, trước khi thực hiện các phép đo cần phai thực hiẹn hiẹu chinh cac thông sô của cáp nôi cũng như các conector dùng để gắn các anten với các cổng máy phân tích mạng Các khâu kiểm tra giá trị hiệu chinh cũng như chuyển đổi qua lại giữa các chế độ đo đạc (S ll và S I2) được thực hiện một cách tự động trên phân mềm điều khiển hệ thống

15

TớiR37Ố5CG

Bộ địnli vị

T ớiA U T

^ Tới antea pliảt

Hình 8 Sơ đồ hệ thống đo lường anten

Hình 10 Quy trình thực hiện một phép đo anten

17

Hình 12 Toàn bộ hệ đo anten

19

Phép đo thử nghiệm hệ thống được thực hiện trong phòng thí nghiệm Bộ môn Thông tin Vô tuyến AƯT trong hai trường hợp đo lần lượt là một chấn tử nửa bước sóng và chấn tử 3/2 bước sóng Dải tần đo được chọn từ 850 MHz đến 950 MHz Phép đo là dạng chiếu xạ trực tiếp, có nghĩa là đáp ứng đầu tiên đến hệ đo là đáp ứng mong muốn từ AUT (với đường

đi ngắn nhất) Phép đo được thực hiện trong phòng do vậy đường đi dài nhất của tín hiệu đa

đường có thể là đường phản xạ từ bức tường phía sau AƯT (trong phép đo này bức tường

phía sau cách AƯT một khoảng 1.5 m nên đường đi dài nhất là khoảng 3 m t ừ tường trờ lại AƯT)

Sau khi hiệu chuẩn máy phân tích mạng, AUT được nối với một cổng của nó Bằng cách đo tham số SI 1, ta có thể xác định được dải tần công tác của AƯT Trong trường hợp này băng tần của AUT là khoảng 132 MHz tương ứng với suy hao phản hồi (retum loss) nhỏ hơn -lOdB Bảy điểm đo lần lượt là: 850, 860, 870, 880, 890, 900, 910, 920, 930, 940, 950 (MHz)

Anten phát chuẩn được nối với cổng thứ hai của máy phân tích mạng Phần mềm hệ

đo sẽ điều khiển sự định vị của AUT và số liệu đo sẽ được lưu vào một file số liệu, số liệu sau đó được xử lý bằng cách sử dụng FFT, IFFT, các bộ lọc và các hàm xử lý tín hiệu

Chẩn tử nửa bước sóng.

Đồ thị bức xạ cùa chấn tử nửa bước sóng (trước khi lọc) ở tần số 850 MHz được vẽ trên Hình 13 (đường nét đút) Từ đồ thị này, ta có thể nhận ra ràng tín hiệu đa đường đã ảnh hưởng nhiều đến kết quả đo (đồ thị bị méo ờ điểm xung quanh 90° và có điểm bất thường tại khoảng 160°)

2.1.5 Các kết quả đo

20

Góc phương vị (Độ)

Hình 13 Đồ thị bức xạ (gain) của chẩn tử nửa bước sóng tại 850 MHz

Sừ dụng các hàm lọc với các đặc trưng khác nhau để lọc số liệu miền thời gian sẽ loại

bò được các tín hiệu đa đường Đồ thị bức xạ cùa chấn tử sau khi lọc được vẽ trên Hình 13 (đường nét liền) Các điểm bất thường (trên đồ thị trước khi lọc) đã bị loại bỏ sau khi lọc và dạng đồ thị phù hợp với lý thuyết

21

Chẩn tử 3/2 bước sóng.

Tại tần số 850 MHz, giản đồ hướng đo được xuất hiện một loạt các điểm dị thường so với lý thuyết, Theo lý thuyết, giản đồ hướng của chấn tử 3/2 bước sóng có 4 búp sóng chính

và 2 bước sóng phụ (Hình 14)

Hình 14 Đồ thị bức xạ (gain) của chẩn tử 3/2 bước sóng tại 850 MHz

Giản đồ bức xạ đo được (trước khi lọc) xuất hiện những điểm dị thường tại các góc quay: 37.5, 223.5 và 270 độ Thêm vào đó, tăng ích tại các điểm null cũng có sự thay đổi lớn

Do vậy, có thể nói rằng tín hiệu đa đường đã làm biến dạng búp sóng của chấn tử 3/2 bước sóng so với lý thuyết Sau khi số liệu đo được xử lý nhờ bộ lọc phần mềm, một số điểm dị thường đã bị loại bỏ (thuật toán lọc đã được điều chỉnh với đặc trưng hàm lọc tối ưu nhất đề lọc bỏ tất cả các tín hiệu đa đường)

2.2 Đo lường và phân tích dạng xung tín hiệu

2.2.1 Định nghĩa

Trong truyền thông, tín hiệu phải đi qua nhiều phần tử truyền dẫn, qua nhiều môi trường Một tiêu chuẩn được đưa ra để đàm bảo tính tin cậy của thông tin nhận được đó là hình dạng

của xung tín hiệu thu được phải đảm bảo nàm ưong một khoảng giơ! hạn xac đ| ạt nạ xung là tiêu chuẩn xác định khoảng dung sai về định thòi (timing) và bien đọ cua xung u được sau quá trình truyền dẫn Mặt nạ xung cho biêt các giới hạn tham so vạt ly như sượn xung, độ rộng xung, biên độ, điểm quá hạn (overshoot), điềm dươi ngưcmg (undershoot) cua một xung tín hiệu Hình 15 thể hiẹn mặt nạ xung của tín hiệu tốc độ 2048 kbps với các ngưỡng được khuyến nghị trong tiêu chuẩn G.703 của ITƯ-T.

Phần không aian nằm 2Ĩừa hai đường biên trong và ngoài là phần giới hạn tin cậy của tín hiệu tại phía đầu thu Khi tín hiệu thu được có dạng xung nàm trọn trong khoảng giới hạn cùa hai biên thì tín hiệu đó mới đảm bào cho các bộ quyết định biết được bit đó là “0” hay

“ 1” Mặt khác, dạng xung còn là cãn cứ để đánh giá chất lượng của một mạng truyền dẫn Căn cứ vào việc đôi chiếu các tham số khi phân tích dạng xung với mặt nạ xung tiêu chuân người ta có thê đánh giá đạt/không đạt (pass/fail) cho một mạng truyền dẫn Mỗi tốc độ bit, mồi loại mã đường truyèn sẽ có một dạng xung đặc trưng riêng Do đó, khi đánh giá chât lượng cùa mạna truyền dần cần phải chọn mặt nạ xung tiêu chuẩn phù hợp

23

J OM

/fĩ/iA /ố Phổ công suất của một sổ loại mã đường

2.2.2 Nguyên lý đo dạng xung tín hiệu

Nguyên lý đo dạng xung dựa trên nguyên lý của dao động ký Khi tín hiệu đi qua bộ phân tích, nhiều chu kỳ tín hiệu sẽ được chập lại để cho ra một dạng sóng đứng của tín hiệu,

đó chính là hình dạng của xung

Đe đo dạng xung của tín hiệu, thông thường ta sử dụng thiết bị hiện sóng (oscilloscope) Máy hiện sóng tín hiệu về cơ bản là một thiết bị hiển thị đồ thị được sử dụng để vẽ ra đồ thị của một tín hiệu Trong hầu hết các ứng dụng, đồ thị chỉ ra tín hiệu thay đối thế nào theo thời gian: trục dọc (Y) biểu diễn điện áp và trục ngang (X) biểu diễn thời gian Cường độ hay độ sáng của sự hiển thị đôi khi được gọi là trục (Z)

Cấu tạo của một oscilloscope giống như một màn hình ti vi Một oscilloscope cũng gồm một đèn điện tử (Cathode Ray Tube), mặc dù kích thước và hình dạng khác nhau nhưng nguyên lí hoạt động thì giống nhau Bên trong ống là chân không Chùm điện từ được phát

ra từ cathode được làm nóng ở phía sau ống chân không được gia tốc và làm cho hội tụ bởi một hay nhiều anodes đập vào phía trước ống làm một điểm trên màn hình phủ photpho của ống phát sáng

Chùm điện tử được bẻ cong, được làm lệch nhờ điện áp đặt vào các bản cực cố đình trong ống chân không Các bản cực lái theo chiều ngang hay các bản cực X tạo ra chuyên động của chùm điện tứ theo phương ngang Như sơ mô tả trong sơ đồ chức năng, chúng được liên kết với một khối hệ thống gọi là “chu kì cơ sở” Khối này tạo ra một sóng dạng răng cưa nhìn thấy được trên màn hình oscillocope Trong khi tăng pha của xung răng cưa, điểm sáng được điều khiển ở cùng tốc độ từ ừái tới phải ra phía trước của màn hình Trong suốt quá trình giảm pha, chùm điện tử quay lại nhanh chóng từ trái qua phải và điêm trên màn hình được đề trắng để không hiển thị lên màn hình Theo cách này, “chu kì cơ sở” tạo

ra trục X của đồ thị tín hiệu trên màn hình của oscilloscope

Độ dốc cùa sự sai pha thay đổi theo tần số của xung răng cưa và được điều chinh sù dụng núm điêu khiển TTME/DIV để thay đổi thang đo của trục X Việc màn hình chia thành các ô vuông cho phép thang đo trục ngang có thể được biểu diễn theo giây, mili giây hay micro giây trên môt phép chia (đơn vị chia)

Hình 17 Sơ đồ cấu tạo máy hiện dao động (osỉlloscope)

Tín hiệu được hiển thị được kết nối với đầu vào Chuyển mạch DC/AC thường được giữ

ở vị trí DC để có sự kết nối trực tiếp với bộ khuếch đại Y

Ớ vị trí AC chuyên mạch mở một tụ điện được đặt ở đường dẫn tín hiệu ngăn cản tín hiệu một chiều qua nó nhưng lại cho phép tín hiệu xoay chiều đi qua

Bộ khuếch đại Y được nối vào các bản cực Y để mà tạo ra trục Y trên đồ thị của tín hiệu hiến thị trên màn hình cùa oscilloscope Bộ khuếch đại Y có thế được điều chinh thông qua

25

núm điều chỉnh VOLTS/DIV để kết quả hiển thị hoặc quá bé hoặc quá lớn làm cho phù hợp với màn hình và có thể được nhìn thấy rõ ràng Thang đo thường sử dụng là V/DIV hay là mV/DIV.

Mạch kích được sử đụng để làm trễ tín hiệu “chu kì cơ sở” để đồng bộ phần của tín hiệu

ra hiển thị trên màn hình mỗi lần vết chuyển động qua Hiệu ứng này cho ta hình ảnh ổn định trên màn hình làm cho nó dễ dàng được đo và giải thích tín hiệu

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị hiện sóng tương tự và thiết bị hiện sóng số

về cơ bản là giống nhau Nguyên lý hiện sóng là giống nhau Osilloscope số khác osilloscope tương tự là nó có thêm bộ xử lý tín hiệu số nên quá trình xử lý tín hiệu có phần phức tạp hơn

- Sơ đề khối chức năng của một thiết bị hiện sóng số như sau:

Hĩnh 18 S ơ đồ khối chức năng máy hiện sóng tín hiệu số

- Quá trình xử lý tín hiệu trong thiết bị hiện sóng như sau:

Khi nối đầu dò của máy oscilloscope số vào mạch điện; hệ thống dọc sẽ điều chinh biên

độ cùa tín hiệu

Tiếp tới, bộ chuyển đổi tương tự/số trong hệ thống thu thập lấy mẫu tín hiệu ở các thời điểm rời rạc và chuyển đổi điện áp tín hiệu ở các điểm này thành giá trị số, gọi là các điểm lấy mẫu Xung lấy mẫu của hệ thống ngang quy định bộ ADC lấy mẫu bao nhiên lần Tốc độ

mà ở đó xung “ticks” được gọi là tốc độ lấy mẫu và đirơc đo bàng số mẫu trên giây

Các điểm mẫu từ ADC được lưu trừ trong bộ nhớ như là các điểm dạng sóng Có nhiều hơn một điểm mẫu có thể cấu thành nên một đi êm dạng sóng.

Các điểm dạng sóng cấu thành nên một bản ghi dạng sóng, s ố điểm sóng được dùng để tạo nên một bản ghi dạng sóng được gọi là độ dài bản ghi Hệ thông kích khởi quy đinh điem bắt đầu và điểm kết thúc bản ghi Màn hình nhận các điêm bản ghi này sau khi chung được lưu trữ trong bộ nhớ

Tùy thuộc vào khà năng của máy oscilloscope, việc xử lý thêm các điểm mẫu có thể được tiến hành để làm nâng cao chất lượng hiên thị Bộ tiên kích khởi có thê hữu ích cho phép xem các sự kiện trước điểm kích

2.2.3 Quy trình đo dạng xung tín hiệu

a 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 đẫn 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 tổc 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 lOGbps 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 19 Thiết bị Puma 4300 của hăng Consultronics

Đây là một loại thiẻt bị^dạng câm tay, cho phép phân tích dạng xung tín hiệu, có bộ nhớ trong đê lưu kêt quả phân tích Ngoài ra thiêt bị còn có một số tính năng khác như khả năng

đo dòng điện một chiêu DC, dòng điện cảm ứng xoay chiêu AC, đo điện trở kháng (chi tiết xem phụ lục 1, thiêt bị Puma 4300)

27

- 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 20 Thiểí b ị dao động ký số GAO PSỈ042M

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 dừ liệu Thiết bị có khả năng phân tích được các dạng xung tín hiệu có tần sổ cao Ngoài ra còn đo được một số tham số như sau: Vpp, Vamp, Vrrns, vmax, Vnún, Vt0p, Vbase, Vavg, Freq, Period, Risetime, Falltime, +Width, -Width, Overshoot, Preshoot, +Duty, 'Duty

- 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 21 Thiết bị E20C của hãng SunrìseTelecom

Đây là thiết bị đo đa năng của hãng SunriseTelecom, mỗi modul đo có một tính năng riêng Thiết bị có khả năng phần 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 Két quả đo sẽ được đánh giá đạưkhông đạt cho dạng xung thu được tham chiếu theo tiêu chuẩn G.703 của ITƯ-T.

b 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

Hình 22 Quy trình phân tích dạng xung tín hiệu

- Bước 1: Khởi động thiết bị đo

Để đo dạng xung tín hiệu có thể sừ 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 úng dụng, các khối phần cứng chạy ổn định, thông thường khoáng thời gian đẽ thièt bị ôn định là từ 5 đán 10 phút Thiết bị càng chạy ổn định thì kết quả đo càng chính xác, tin cậy

- Bước 2: Kêt nôi thiết bị đo với hệ thống cần phân tích

29

Đôi với mỗi hệ thông cần phân tích tín hiệu thì có một kiểu dao diện khác nhau Tùy vào loại giao điện của thiết bị mà chọn dây đo phù hợp Thông thường giao diện phân tích tín hiệu điện là giao điện 1200hm cần bằng hoặc giao diện BNC 750hm không cân bàng 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 kiểu kết nổi này là tín hiệu có công suất lớn Nhược điểm là mất dịch vụ khi tiến hành đo kiểm

DSXMON Out

Hình 23 Kết nổi 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

DSXMGN Out

In

H ình 24 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

O u t

Hình 25 Kết nổi thiết bị đo vói cổng đo điểm đo của hệ thống

- Bước 3: Thiết lập phép đo

Để thực hiện đo dạng xung tín hiệu cần thiết lập các tham số sau:

+ Kiểu giao điện kết nối Các loại giao diện phổ biến là 1200hm cần bằng, BNC 750hm không cân bàng, giao diện quang,

+ Tốc độ xung tín hiệu: chọn đúng loại tốc độ tín hiệu đang sử dụng trên mạng

P Õ la r iĩà Kbps

E1 Le-ve 1

►75n/LINB 75^1200 +CÉ 2048

Lew»l L«u»l - CRL QK

8*36 mự

l ỗ ; 5 d i

Hình 26 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 tirơns ứng với xung tín hiệu đang cẩn phân tích

- Bước 4: Phàn tích dạns xung tín hiệu

Kết quả hiên thị trên màn hình của thiết bị phân tích dạng xung tín hiệu bao gồm môt đồ thị hiên thị dạng xung cua tín hiệu vừa đo và giá trị cùa các tham số độ rộng xung tỉ lệ vượt ngưỡng cùa xung, sườn xung, .Nếu ta chọn các ngưỡng đánh giá phù hợp thì kết quả máy

đo sẽ hiên thị là đạt (Pass) Nêu lỗi xay ra lơn, dạng của tín hiệu bị lệch so với tín hiệu tiêu chuàn thì thiẻt bị sẽ tra ra kèt quá không đặt (faill)

31

Bật chê độ hiên thị mặt nạ của xung tín hiệu tương ứng để có cái nhìn trực quan về xung tín hiệu và vị trí tương đôi của dạng xung tín hiệu so với mặt nạ tiêu chuẩn

CflL OK Results Pase tc i Pulse Shape*

Se-tup P rin t Run

Hình 27 K ết quả phân tích dạng xung tín hiệu ở dạng đồ thị và bảng

Thao tác để thực hiện phép đo phân tích dạng xung tín hiệu rất đơn giản, sau khi thiết lập tham số cẩn thiết thì khởi động phép đo và ta sẽ có kết quả cuối cùng mà không cần thêm bất

kỳ thao tác nào

- Bước 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 quà 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 giừ

2.2.4 Các kết quả khi phân tích dạng xung

Phép phân tích dạng xung thông thường sẽ hiển thị cho biết các tham số như sau:

- Đánh giá chất lượng xung tín hiệu

Khi thực hiện đo dạng xung của một tín hiệu tức là mang so sánh tín hiệu cần đo kiểm với một tiêu chuẩn nào đó thì kết quả đầu tiên ta quan tâm là tín hiệu đó có đạt tiêu chuẩn hay không Nếu xung của tín hiệu nằm trọn giữa hai đường biên giới hạn của mặt nạ xung thì có nghĩa là xung của tín hiệu cân đo kiêm đạt các giá trị mà tiêu chuân đã khuyên nghị (khuyến nghị G.703 ITƯ-T) Trong trường hợp còn lại, khi xung tín hiệu có phần nằm ngoài hai đường giới hạn của mặt nạ xung tiêu chuẩn thì có nghĩa là xung tín hiệu chẩt lượng không tốt *

- Hiền thị thời gian sườn lên và sườn xuống cùa xung tín hiệu

Cho biết thời gian kéo dài của sườn lên và sườn dưới cùa xung tín hiệu Theo lý thuyết thì mồi bit thông tin được biểu diễn bằng một xung tín hiệu, đó là các xung vuông Tuy

nhiên, vì môi trường truyền dẫn là không lý tưởng, cùng với các yếu tố gây nhiễu khác mà xung tín hiệu không còn là xung vuông mà có dạng xung như sau:

Clock signal

Hình 28 Dạng xung tín hiệu tại đầu thu

Khi xung tín hiệu thay đổi trạng thái ứng với các mức logic “ 1” và “0” thì gọi là sườn xung Phép phân tích dạng xung sẽ tham chiếu dạng xung tín hiệu cần đo kiểm với xung tiêu chuan tương ưng Neu sươn cua xung tin hiệu vân năm trọn trong hai đường giới hạn tiêu chuân thì có thể kết luận xung đó đạt tiêu chuẩn

- Biên độ đinh của xung

Là điện áp cao nhất ứng với trạng thái logic “ 1” của tín hiệu Mỗi loại mã đường truyền khác nhau thì có mức điện áp danh định khác nhau

- Độ rộng xung tín hiệu

Cho biết độ rộng của xung tín hiệu tại điểm có điện áp bàng >/2 điện áp đinh danh định

- Phân [răm diện tích xung vượt ngưỡng định mức

Cho biét ti lệ phần trân diện tích xung có biên độ vượt ra khòi nguõng danh định cùa từng loại xung Bao gồm phần trăm diện tích nằm cao hcm ngưõng (overshoot) và phân trăm xung nám tháp hơn nguỡng (undcrshoot) Khái niệm '-overshoot" là chi phần diện tích xung

33

năm ngoài giá trị danh định, undershoot là phần diện tích chưa chạm tới ngưỡng danh định Giả sử với xung tín hiệu HDB3 có biên độ trên danh định là 2.73V thì phần diện tích cao hơn 2.73V là “overshoot”

2.3 Phân tích mẫu mắt

23.1 Định nghĩa

Tín hiệu băng gốc khôi phục lại ờ đầu thu nếu được đưa vào một máy hiện sóng có tốc

độ quét ngang đúng bàng 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 pattem)

Ở đầu ra phần băng gốc của hệ thổng (sau ỉọc 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 vói tốc độ bít (hay Symbol nếu là tín hiệu nhiêu mửc) của tín hiệu thì trên màn hiển thị của oscilloscope, các tín hiệu sẽ đứng

"đừng” lại, trùng lên nhau Nếu xem tín hiệu mức dương là mí mất bên trên, tín hiệu mức âm

là mí mắt bên dưới, ta sẽ được một ảnh như một mắt người mở Mầu mất 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

2.3.2 Quy trình đo mẫu mắt

a Các máy đo mẫu mắt

Để phân tích mắt tín hiệu có thể sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau Cách đơn giàn nhất là sử dụng các bộ hiện dao động số (digital osilloscope) Ngoài ra còn có nhiêu hãng sản xuất máy đo có các thiết bị chuyên dụng để phân tích mẫu măt tín hiệu

34

Thiết bị hiện dao động số

- Thiầ bị dao động số AT700Ơ

Hình 29 Thiết bị AT7000

Thiết bị AT7000 cho phép phân tích tín hiệu với tần sổ lên tới 100MHz Sử dụng thuật toán FFT đế phân tích các kết quả đo Ngoài tính năng như một thiết bị hiện dao động, AT700Q 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)

Thiết bị hiện dao động WaveExpert

Hình 31 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 mẳt 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 32 Thiết b ị 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 sổ 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)

b Quy trình đo mẫu mắt tín hiệu

Quá trình phân tích mẫu mắt xung tín hiệu thực hiện theo các bước sau đây:

Bước 1

Bước 2

Thực hiện

khác

Bước 4

Bước 5

Hình 33 Quy trình phân tích mẫu mắt tín hiệu

- Bước 1: khởi động thiết bị

Để đo mẫu mẳt 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

- Bước 2: kêt nôi thiêt 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

Đẻ đo được mắt tín hiệu thì thiết bị cần có xung đồng hồ tham chiếu Có thế lấy xung tham chiếu từ hệ thống cần đo hoặc lấy từ bộ dao động của thiết bị đo

Khởi động thiết bị đo

thiết bj đo

Thiết lập tham so

Phân tích mâu m ít tín hiệu _ _ /

►

37

Hĩnh 34 Kết nổi xung đồng hồ cho thiết bị đo

- Bước 3: thiết lập tham số đo

Các tham số cần thiết lập cho kỳ 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 thìkết 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 then gian thực hiện phép đocàng lớn

- Bước 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

Ket quả phân tích mẳt 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 quà khác để đánh giá chất lượng hệ thống

- Hệ sổ 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:

- Ti số lỗi bit BER

Là tỉ sổ giừa số bít lỗi và tổng số bít đã phát đi Các bít lồi 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 ti số lỗi bít được xác định như sau:

n _ trungbinhmuc'Y-trungbinhmuc"Q"

muc'T danhdinh + muc" 0" danhdinh

BER =

- Độ rung pha cùa 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

- Bước 5: Kết thúc phép đo

Các thiết bị hiển thị dạng sóng trước đây không có khả nãng lưu trữ kết quà đo Do đó sau khi phân tích cần ghi chép lại kểt 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 hồ trợ bộ nhớ trong hoặc thè nhớ cắm thêm để lưu kết quả đo dưới dạng file mềm sổ kết quả đo có khả năng lưu trữ tùy thuộc vào dung lượng thè nhớ mà máy hỗ trợ

Tất tất các các tiến trình đang chạy trước khi tắt nguồn thiết bị đo Để cho thiết bị tắt hẳn

và tòa bớt nhiệt trước khi cất giữ thiết bị

2.3.3 Kết quả phân tích mẫu mắt

Thông thường, khi phân tích một kết quà của đo mẫu mẳt sẽ cho biết về các tham số sau:

• Biên độ mẫu mắt

• Biên độ mớ của mắt

• Phần trăm mở của mẫu mắt

• Chiều cao đinh mẫu mẳt

• Ti số lỗi bít BER (Bit Error Ratio)

• Chi số chất lượng Q cùa tín hiệu

• Rung pha của tín hiệu (Jitter)

• Độ mờ ngang: cùa măt tín hiệu

Kết quả của hiển thị của thiết bị phân tích mầu mắt tín hiệu hiển thị như hình

vẽ-39

Hình 35 Kết quả của phép phân tích mẫu mắt tín hiệu

Theo kết quả hiển thị của thiết bị đo phân tích mầu 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