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• Danny Carrasco

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Maestría en Tecnologías de la Información Mención Gerencia y Administración de Redes Ejercicio práctico 4.1

Análisis en el dominio del tiempo y de la frecuencia de una señal óptica binaria Elaborado por: Dr. Germán Arévalo B. PhD. NOMBRE DE LA ESTUDIANTE: Daniela Carrasco Cayambe. OBJETIVO: El objetivo del taller es la familiarización con las características fundamentales de una señal óptica binaria a través del análisis de la misma en el dominio del tiempo (bits y diagrama del ojo) y de la frecuencia (espectro de la señal). INTRODUCCIÓN Se empleará para esta práctica, a través del software FlexDCA de Keysight, la emulación de una secuencia pseudo randómica de bits (PRBS), y la instrumentación que ofrece Keysight para sus productos DCA (digital communications analizar), a través de hardware especializado y el mencionado software, en una familia osciloscopios de amplio ancho de banda y alta velocidad de muestreo, que incluyen un variado set de funciones matemáticas para el análisis procesamiento de la señal. PRÁCTICA: 1.

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Instale el software FlexDCA provisto en el aula virtual e inicie el programa.

Ingrese en el menú a Setup – Configure Extended Modules .

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Entre a la pestaña Simulation:

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4. En esa ventana escoja un módulo dual óptico: Dual Optical e insértelo en el slot uno (el de la izquierda) en la parte de abajo:

5.

Haga clic sobre el módulo que acabamos de insertar, se abrirá una ventana con detalles de ese módulo:

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En esa ventana haga clic sobre el puerto 1B (vamos a usar ese puerto ya que ofrece mayor ancho de banda). Se abrirá una ventana de configuración de la simulación de este puerto:

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Ahí, haga clic sobre cualquier parte de la zona Data Source, se abrirá una ventana de configuración de los datos a ser simulados, como el tipo de señal, el formato (NRZ, PAM4), el tipo de patrón (¿qué es una PRBS y que diferencia hace el cambio de su longitud?), la velocidad de transmisión (se presentan muchas opciones o se puede digitar una velocidad en esa casilla), la amplitud de la señal y el offset que tienen los datos. Observe los valores que están por defecto, despliegue cada lista para observar las opciones. En la velocidad de transmisión configure una velocidad de 1.0625 Gb/s (que corresponde a la velocidad base de Fiber Channel).

7.

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¿QUÉ ES UNA PRBS? Una PRBS es una secuencia binaria pseudoaleatoria, la cual es difícil de predecir y exhibe comportamiento estadístico similar a una secuencia verdaderamente aleatoria. Una PRBS es una señal periódica y determinista que consiste en una serie de unos y ceros digitales. La duración de los niveles uno o cero es un múltiplo del período de reloj del generador de PRBS. El patrón de unos y ceros es aleatorio dentro del período de repetición del patrón del generado. Se utilizan en las telecomunicaciones, el cifrado, la simulación, la correlación técnica y el tiempo de vuelo espectroscopía.

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8. Haga clic en el filtro (Filter), fíjese en los tipos de filtros que se pueden usar (deje aplicado el filtro Bessel que estaba por defecto), nótese que el ancho de banda por defecto del filtro es de 15 GHz. Baje el ancho de banda a 1GHz -

¿Qué papel cumple el filtro y por que conviene bajar el ancho de banda que estaba por defecto? Deje los valores de la sección Jitter and Noise en sus valores por defecto. El filtro nos permite discriminar una frecuencia determinada de la señal que pasa a través de él, y modifica los valores tanto de su amplitud como su fase.

9.

En la sección de la pantalla (a la derecha del sumador donde confluyen el filtro y el generador de jitter y ruido), haga clic en el botón 1B en la base de la pantalla, para prender el canal (se colocará en azul claro el marco y la base), sobre la pantalla haga clic en Run/Stop (para iniciar el barrido de la señal) y en Auto Scale (para ajustar la escala):

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10.

Cierre todas las sub-ventanas dejando solo la ventana principal del software, si aún no se ve bien el diagrama del ojo, haga clic en el botón TimeBase (abajo) y coloque la base del tiempo en un valor adecuado (p.ej. 200ps/div), puede hacerlo haciendo clic sobre el ícono de disminución (O) de la base del tiempo o digitando el valor deseado.

11.

Compruebe que el tiempo de bit (↔) y la amplitud (↑) corresponden a los valores configurados -

¿Cuál es el tiempo de bit de una señal de 1 Gb/s? Tb=1/BR Tb=1/ (1x109 b/s) Tb=1x10-9 s/bit

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12.

Ahora haga clic en el botón Pattern Lock (abajo) para ver la secuencia de bits en lugar del diagrama del ojo. Cambie la base del tiempo (p.ej a 2 ns/div) para ver una mayor cantidad de bits en la pantalla, haga clic sostenido y arrastre sobre la pantalla para ver otros bits a la derecha:

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13.

Vuelva a hacer clic en Pattern Lock verá que se presenta nuevamente el diagrama del ojo. Ahora haga clic en el botón del canal 1B, en la esquina inferior izquierda, iluminado en azul claro (O). En la ventana que se abre (que es la misma con la que trabajamos cuando apenas insertamos el módulo dual de canales ópticos) haga clic sobre DataSim (O) y cambie la velocidad a 100 Mb Ethernet (125 Mb/s).

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No olvide hacer clic sobre Run (para iniciar el barrido) y AutoScale (para ajustar mejor la escala), cierre esas ventanas y observe, en la pantalla principal, el diagrama del ojo (cambie la base de tiempo para visualizar mejor si es necesario)

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¿Qué diferencia geométrica se ve en este ojo de una señal a 100 Mb/s con respecto al de la señal de 100 Mb/s y por qué? Los bits son más cuadrados debido a que si capturo más componentes frecuenciales se están capturando bits cada vez más cuadrados. El diagrama de ojo ideal es aquel que tiene un diagrama rectangular.

Vuelva a repetir el proceso del paso anterior para esta vez ver el diagrama del ojo de una señal 9.95328 Gb/s (velocidad de canales STM 64 / OC92 / Gb Ethernet). No olvide cambiar el ancho de banda del filtro a al menos 10 GHz

15.

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¿Por qué el diagrama del ojo está más redondeado? El diagrama de ojo está más redondeado debido al cambio de velocidad de canales y también al cambio ocurrido del ancho de banda.

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16.

En la parte de abajo despliegue las fuciones Math (O) y desde la pestaña Transforms , haciendo clic sostenido y arrastrando, coloque en la zona de trabajo un módulo de transformada de Fourier (O). Cloque como entrada al módulo el canal 1B y como salida una etiqueta del color de su preferencia.

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Vuelva a bajar las funciones matemáticas (haciendo nuevamente clic en Math) pulse el botón Pattern Lock y cámbiese a la pestaña Freq-Mag 1 (O). Cambie la base del tiempo a 10 ns/div.

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Analice las características del espectro de la señal de 10 Gb/s que se observa. El espectro de la señal se puede observar que se corta a 10 GHz.

Sin salir de esa ventana cámbiese la velocidad de transmisión a 1.0625 Gb/s (vea el paso 13)

18. -

¿Qué características y en qué se diferencia este nuevo espectro con respecto al del punto anterior? Se puede observar más componentes frecuenciales, debido a que tiene un nuevo ancho de banda fundamental por lo tanto en 10 GHz se puede observar 9 componente frecuenciales (10 / 1.0625 Gb/s).

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19.

Presione Pattern Lock, verá que el espectro ya no se visualiza bien (esto es porque para observar el espectro de una señal es necesario transformar la secuencia de bits, no el diagrama del ojo)

20.

Vuelva a la pestaña Waveform (O) y cambie la velocidad de transmisión a 41.25 Gb/s. Observe el diagrama del ojo y los bits

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¿Por qué está tan degradada la señal? La velocidad de transmisión se aumentó por lo cual ocurre la degradación de la señal.

Vuelva a una velocidad de transmisión de 9.953 Bg/s (que es el límite para el módulo que estamos usando), y en la sección de configuración de jitter y ruido (O) cambie los valores a 10 ps y el ruido a 50μW respectivamente.

21.

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Observe y comente los efectos del jitter y del ruido en la señal. Se puede observar que el jitter y ruido de la señal se puede observar más cerrado tanto horizontal como verticalmente

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Coloque a continuación sus conclusiones al respecto de esta práctica:

22. -

El Software FlexDCA es un conjunto de paquetes de investigación y desarrollo para software de osciloscopio de muestreo el cual es destinado a profesionales que desean caracterizar su diseño y obtener más información sobre señales para poder observar su rendimiento.

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Las simulaciones realizadas han sido en el dominio del tiempo y frecuencia.

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De acuerdo a las gráficas observadas, podemos notar que un analizador de espectro es una representación gráfica de amplitud de las frecuencias de una señal, en la gráfica el eje horizontal se refiere a las frecuencias, mientras que el eje vertical se refiere a la amplitud, con el espectro que se muestra por el análisis de Fourier.

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El diagrama de ojo es un método utilizado para el análisis del comportamiento de los enlaces de transmisión.

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El diagrama de ojo que hemos visualizado durante la práctica, es un gráfico que muestra la superposición de las distintas combinaciones posibles de bits (unos y ceros) en un rango de tiempo, los cuales nos ayudan al análisis de los diferentes factores que afectan un enlace digital.

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El jitter o es la variabilidad temporal que ocurre durante el envío de señales digitales, es una ligera desviación de la exactitud de la señal de reloj.

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