10 07 2007

Phản xạ trong miền tần số (FDR)- một phương pháp hữu hiệu để nhận dạng lỗi trên đường truyền

TÓM TẮT Đường truyền có thể bị gián đoạn bởi lỗi đường dây, cuộn cảm và chỗ rò rỉ cản trở việc truyền dẫn. Những nhà cung cấp dịch vụ điện thoại/ADSL cần phải định vị và sửa chữa những lỗi này nhằm đảm bảo đường truyền dữ liệu tốc độ cao. Nội dung của bài báo này thảo luận về một kỹ thuật được gọi là Phản xạ trong Miền Tần số (FDR) được dùng để định vị một cách chính xác những chỗ hư hỏng trên đường truyền điện thoại/ADSL và xác định biên độ phản xạ gây ra bởi lỗi. Việc đo lường này cho ra một kết quả tương tự như kỹ thuật Phản xạ trong Miền Thời gian (TDR) nổi tiếng, mặc dù các kỹ thuật sử lý tín hiệu số (DSP) ngày nay được áp dụng để cung cấp giải pháp nâng cao và dải rộng hơn 3-4km. Ngoài biên độ phản xạ, kỹ thuật mới còn có thể đo được góc phản xạ, giúp xác định bản chất của lỗi (hở mạch, ngắn mạch, đứt dây, coil,...)

GIỚI THIỆU
Nội dung bài báo này sẽ thảo luận về Phản xạ trong Miền Tần số (FDR) và kết quả thí nghiệm có thể xác minh bằng mã hóa Fortran và Matlab. FDR có thể được sử dụng để đo các khoảng cách đến lỗi thông qua sự phản xạ. FDR là một công cụ có thể dùng để định vị các lỗi trên Waveguides. Waveguides là một chất không đồng nhất được hạn chế và truyền dẫn sóng điện từ. Một tín hiệu sẽ được gửi vào Waveguide và một bộ dò, được đặt tại đầu phát, để bắt những tín hiệu tiếp theo. Bộ dò bắt cả tín hiệu quét đã phát đi và các tín hiệu dội trở lại từ bất kỳ một lỗi nào trên đường truyền. FDR vượt trội hơn TDR (Phản xạ trong miền thời gian) bởi những lý do sau đây: FDR đi được những khoảng cách xa hơn TDR. FDR chi phí thấp hơn TDR. FDR cũng có một hệ thống báo có thể thông báo với người dùng, dựa trên góc phản xạ, về kiểu lỗi nào mà họ đang gặp phải.

[3]Hình 1: Ví dụ về quy trình FDR từ việc gửi tín hiệu quét đến việc nhận được kết quả đầu ra.

Sơ đồ trên là một minh họa cho quy trình FDR. Quy trình được bắt đầu bằng việc gửi một tín hiệu qua đường truyền, nó sau đó được phản xạ ngược trở lại cùng với tín hiệu lỗi. Tiếp theo, cả hai tín hiệu cùng được xử lý thông qua “bộ nối” và tín hiệu lỗi được gửi đến bộ khuếch đại. Bộ khuếch đại phóng đại tín hiệu lỗi và gửi đến “bộ chuyển đổi NI 5122 A/D” xử lý tiếp. Cuối cùng PC sẽ chấn nhận tín hiệu từ bộ chuyển đổi và xử lý, sau đó xuất ra biên độ và pha của lỗi.

Một số lỗi điển hình:
– Hở mạch
– Đoản mạch
– Tách cặp
– Cuận cảm

Bốn bước tiếp cận:

Hình 2: Quá trình vênh tầng số

1. Làm vênh trục tần số
• Hiệu quả của vênh tầng số
• Hằng số pha β
• Thừa số làm vênh = β/ω
• ω = 2πf
• Khoảng cách đến lỗi

Hình 3: Bộ lọc thông thấp

2. Bù cho tổn thất cao tần
• Dùng bộ lọc thông thấp và bộ lọc thông cao để bù tổn thất

Hình 4: Bộ lọc thông cao

3. Số liệu Window
• Vị trí của lỗi, xác định bởi Biến đổi Fourier
• Trải phổ
• f* = β/(2πf)

4. Dùng biến đổi Fourier để tính toán khoảng cách lỗi
Biến đổi Fourier được dùng để xác định ra vị trí của một lỗi bằng cách định lượng tốc độ biến đổi của “dấu vết”. Như đã giải thích trước, nếu đường truyền có một lỗi, “dấu vết” nhận được sau máy dò là một vết hình sin có tốc độ là một biến tỷ lệ với khoảng cách đến vị trí của lỗi. Nếu có nhiều hơn một lỗi trên đường truyền, kết quả sẽ là một sự pha trộn giữa các vết hình sin với biên độ giảm dần và chu kỳ tăng dần, mỗi vết tương ứng với một lỗi. Có thể xác định được khoảng cách đền từng lỗi bằng cách tìm ra tốc độ biến đổi của mỗi hình sin trọng “vết pha trộn” này. Do đó có thể giải quyết trong trường hợp có nhiều hơn một lỗi.

Kết quả thí nghiệm
Ta có thể dựng một mẫu và xác định vị trí các lỗi trên các đường dây điện thoại thực tế. Hình 5 cho thấy phép đo của một đường dây với một mạch hở tại 1200m. Phép đo chỉ ra một đỉnh tại 1200.3m với một góc là 2’. Hình 6 cho thấy kết quả của một phép đo từ một mạch bị đoản mạch tại 1200m và kết quả đo được là 1200.3m, nhưng lần này là với một góc 180”. Hình 7 chỉ ra một phép đo xa hơn. Đây là một mạch hở tại 3200m nhưng vẫn được nhận dạng chính xác bất chấp khoảng cách xa. Cuối cùng, hình 8 cho thấy kết quả của phép đo một đường truyền có 2 chỗ gián đoạn. Nó có một mối rò gỉ tại 1200m và một mối kết thúc bằng một mạch hở tại 400m. Trong hình này ta có thể thấy rằng, kỹ thuật này có thể phát hiện cả những chỗ gián đoạn trên cùng một đường điện thoại và, bằng cách đo góc, nó cũng có thể chỉ ra loại gián đoạn. Chú ý: đỉnh nhỏ tại 2000m bị gây ra bởi lần phản xạ thứ hai tại chỗ rò gỉ.

Hình 5 : Hở mạch tại 1200m

Hình 6: Đoản mạch tại 1200 m

Hình 7: Hở mạch tại 3200 m

Hình 8: 400m cầu nối ở đoạn rò rỉ 1200m

KẾT LUẬN
Kỹ thuật do phản xạ FDR cho một giải pháp tốt hơn và có thể đo được các khoảng cách xa hơn với các kỹ thuật Time domain reflectometry (TDR) nhu đã miêu tả trên đây. Bên cạnh ưu điểm chi phí thấp hơn, kỹ thuật này còn có ưu điểm tiên tiến hơn là nó có thể đo được góc phản xạ của điểm gián đoạn. Với kỹ thuật này, người ta có thể xác định được bản chất của các lỗi riêng biệt.
——————-
* Trường ĐH Florida

THAM KHẢO:
[1]http://www.birds-eye.net/definition/f/fdr-frequency_domain_reflectometry.shtml
[2] Bordas Stephane P. “Numerical Simulation of Measured Time Domain Reflectometry Signatures” Northwestern University, Evanston, IL. Dec. 1998
[3] Fujimoto J.G., Huber R., Taira K., Wojtkowski M. “ Amplified, frequency swept lasers for frequency domain reflectometry and OCT imaging design and scaling principles” Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA.

Trần Vũ Nam *

Tác giả

.

View all posts

(Visited 8 times, 1 visits today)