Diagrama De Ojo

Diagrama de Ojo

Esta técnica muy utilizada en el análisis de formas de ondas en telecomunicaciones digitales, corresponde esencialmente, a un diagrama que muestra la superposición de las distintas combinaciones posibles de unos y ceros en un rango de tiempo o cantidad de bits determinados. Dichas señales transmitidas por el enlace, permiten obtener las características de los pulsos que se propagan por el medio de comunicación, sean estos por medio de fibra óptica, coaxial, par trenzado, enlaces satelitales, etc.

Por ejemplo en una secuencia de 3 bits tenemos una cantidad total de 8 combinaciones posibles, las que pueden ser observadas en la siguiente figura. Notar que en la figura no se consideran las cadenas de 3 unos y 3 ceros consecutivas, ya que, debido a la superposición de las otras combinaciones, quedan determinadas implícitamente. Debido a la capacidad de los diagramas de ojo de representar la superposición de varias señales simultáneamente es que son conocidos como patrones multi-valores, ya que a diferencia de las señales medidas normalmente en un osciloscopio, cada punto en el eje del tiempo tiene asociado múltiples niveles de voltaje.

Análisis de Parámetros de Ojo

Principalmente existen dos tipos de análisis de los diagramas de ojo. El primero se refiere fundamentalmente al análisis de las distintas características de la forma de onda del pulso como son el Risetime, Falltime, overshoot, undershoot y el jitter, que están referidas a cuatro propiedades fundamentales del Ojo, el nivel cero, nivel uno, cruce de amplitud y cruce en el tiempo.

Mientras que el segundo método consiste en la comparación de la máscara medida directamente en el patrón de ojo con una máscara preestablecida (Posteriormente se explicarán las máscaras).

En la siguiente figura es posible observar los diferentes parámetros que constituyen un pulso en un patrón de ojo.

Rise Time/ Fall Time: Se ubican los niveles de cero y uno lógico, luego se obtiene el tiempo relacionado entre el 10% y 90% del valor máximo de amplitud del pulso (nivel uno). El tiempo entre ambos rangos es el que se conoce como Rise Time. De la misma forma se obtiene el Fall Time, en el extremo de descenso del pulso

Propiedades Fundamentales del Ojo

 One Level: Corresponde a la medición del valor promedio del nivel de un uno lógico. Esto se debe a que el diagrama de ojo utiliza métodos estadísticos en la construcción del patrón, es decir, se genera un histograma con los distintos valores del pulso y luego se considera una angosta zona del ancho del pulso, con lo que se logra obtener el promedio del nivel uno de dicho pulso.

 Zero Level: Corresponde a la medida del valor medio del nivel cero lógico. Al igual que en el caso del Nivel Uno las técnicas de medición del nivel cero son las mismas.

 Eye Crossing: Consiste de dos partes, Crossing Time y Crossing Amplitud. El Crossing Time se refiere al tiempo en el que se produce la apertura del ojo y su posterior cierre, mientras que el Crossing Amplitud, está referido al nivel de voltaje en el cual se produce la apertura del ojo y su posterior cierre. Considerando estos dos parámetros se define el Bit Periodo, que corresponde al período entre la apertura y cierre del ojo.

Para entender de mejor forma estas definiciones se presenta un esquemático del diagrama de ojo, con sus respectivos parámetros

Definición de Máscaras

Técnicamente, las máscaras preestablecidas definen regiones específicas en el diagrama de ojo, dentro de las cuales los pulsos u ondas no deben introducirse. Dichas máscaras son muy útiles, ya que se utilizan en el diseño de canales de transmisión, especificando por medio de ellas zonas no permitidas para las señales. Con ello se logra preestablecer un diseño óptimo de enlaces que cumplan ciertas características, ya que si la señal digital que se propaga por el canal se introduce en dichas regiones, se observa n claramente problemas y errores en la transmisión. A continuación se presenta un esquemático de diferentes máscaras.

Jitter

Corresponde básicamente a una desviación de fase respecto de la posición ideal en el tiempo de una señal digital que se propaga en un canal de transmisión. Así como el Crossing Time correspondía al promedio estadístico de una serie de muestras de un histograma, mediante el cual se generaba el diagrama de ojo, el Jitter corresponde a la desviación estándar experimentado por las muestras tomadas de dicho histograma.

El Jitter es un efecto completamente indeseable en cualquier sistema de comunicaciones y por ende introduce una serie de problemas al canal, que de no ser tratado adecuadamente puede degradar completamente la calidad y desempeño del enlace. El Jitter puede causar errores en la recepción de bits (degradar BER), ya que si no es controlado confundirá al receptor y éste no podrá recobrar el reloj de sincronismo en el extremo receptor, además puede producir interferencia intersimbólica (ISI), entre los pulsos que se propagan por el canal, ya que el jitter producirá un desplazamiento de las señales que componen el pulso y por ende se mezclarán, imposibilitando de esta manera el reconocimiento de los niveles respectivos de la señal en el receptor.

Dicho efecto puede ser observado en el siguiente diagrama que muestra un diagrama de ojo cerrado completamente por el efecto del Jitter. Claramente el receptor se verá imposibilitado para recobrar el reloj de sincronismo en el receptor y por ende para recibir adecuadamente la señal transmitida.

En la figura se puede observar un Jitter con 0,5 UI (Unit Interval), o en otras palabras, un desfase de 0,5 veces el Bit Periodo.

Diagrama de Ojo Ideal

El siguiente patrón de ojo, mostrado en la figura, corresponde al obtenido en un enlace óptico ideal, es decir a tasa de transmisión bajas, sin considerar pérdidas por atenuación, sin ningún tipo de ruido en el canal, sin considerar el desplazamiento de fase (jitter), debido por ejemplo en la fibra a la dispersión de velocidad de grupo (dependencia de la velocidad de grupo con la frecuencia). Por ello en un medio ideal el diagrama de ojo que se debiera observar sería el siguiente.

Claramente se puede observar en el patrón de ojo anterior, la perfecta

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