Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Суббота, 25 января
 
 

Это интересно!

Новости

Приглашение к участию в ежегоднике «Живая Электроника России» 2020


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

Влияние канальных эффектов на характеристики систем MIMO

Для реализации преимуществ MIMO в беспроводной связи требуется весьма точное тестирование компонентов и систем MIMO в реальных условиях. Специально созданные с этой целью приборы обеспечивают идеальное инженерное решение, предоставляя быстрый, точный и масштабируемый способ воспроизведения реальных условий и каналов, и позволяют имитировать замирание сигналов MIMO в реальном времени.

Надёжность и энергопотребление встраиваемых беспроводных приложений

Типовое измерение энергопотребления компонентов беспроводной системы с целью оптимального выбора не даёт разработчику полного представления о том, насколько хорошо в том или ином решении минимизирован расход энергии. В статье обсуждается вопрос о том, как, повысив надёжность системы, снизить потребляемую мощность. Статья представляет собой перевод [1].

Выбор радиочастотного ключа — нелегкая задача

В статье описаны различные типы РЧ-ключей, приведены расчетные соотношения. Указаны достоинства и недостатки каждой технологии. Также рассмотрены основные электрические характеристики ключей.

 

12 октября

Воспроизводимое измерение искажений, связанных с нелинейными свойствами широкополосных систем связи

Развитие методов цифровой модуляции и обработки сигналов позволяет использовать коммерческие и военные системы связи для передачи данных со все возрастающей скоростью. Однако по мере увеличения объемов данных, передаваемых во все более широкой полосе частот, снижается качество передачи сигнала, что связано с искажениями, возникающими из-за нелинейности системы передачи. Для оценки нелинейных свойств систем используется метод коэффициента мощности шума (КМШ). В отличие от аналоговых методов, цифровые методы измерения позволяют выполнять легко воспроизводимые точные измерения. Кроме того, цифровой метод ускоряет тестирование и существенно снижает его стоимость.



О

дним из факторов, позволяющих выполнять успешные и воспроизводимые измерения КМШ, является применение детерминированных воздействий, имитирующих шумоподобную природу реальных широкополосных сигналов. Сигналы такого типа воздействуют на коммуникационный канал примерно так же, как и реальные сигналы, выявляя нелинейность и помогая разработчику обеспечить надежную работу системы в реальных условиях. Для создания воздействующих сигналов, позволяющих выполнять достоверные измерения, применяют генераторы сигналов произвольной формы (ГСПФ), позволяющие точно контролировать ключевые параметры воздействия.

Исследование типов искажений

В современных системах связи существуют две основные причины возникновения нелинейных искажений. Одна из них связана с нелинейной зависимостью амплитудно-частотной характеристики от уровня входного сигнала. Другая причина связана с неравномерной зависимостью фазовой характеристики от частоты входного сигнала.
В широкополосных системах эти эффекты могут порождать четыре типа искажений: гармонические искажения; искажения, обусловленные перекрестной модуляцией; фазовые и интермодуляционные искажения. И хотя каждое из них имеет свой источник, все они влияют на входной сигнал. Это приводит к появлению на выходе широкополосного устройства, схемы или системы гармонических или негармонических паразитных составляющих.
В присутствии широкополосного сигнала (или большого числа узкополосных сигналов), например в широкополосных или многоканальных системах, все эти механизмы вносят вклад в интермодуляционные искажения. Поскольку эти искажения шумоподобного сигнала снижают отношение сигнал/шум и увеличивают коэффициент битовых ошибок (BER), они являются основным недостатком широкополосных систем. Шумоподобный характер широкополосных сигналов вызывает проблемы потому, что результирующие шумоподобные искажения ухудшают характеристики системы в широком диапазоне частот.
Эти эффекты подчеркивают важность измерения интермодуляционных искажений в широкополосных системах. Существует несколько способов измерения интермодуляционных искажений, но, к сожалению, разные подходы могут дать сильно отличающиеся результаты.

Измерение интермодуляционных искажений

Простой воспроизводимый подход заключается в применении двухтонального интермодуляционного метода третьего порядка, известного как IP3. Этот метод измеряет искажения третьего порядка, вызванные нелинейными элементами.
Применение узкополосных (например, двухтональных) воздействующих сигналов имеет два основных недостатка: неудобство и несовершенство. Неудобство заключается в том, что широкополосное измерение приходится составлять из длинной последовательности двухтональных тестов. Это отнимает очень много времени. Несовершенство же заключается в том, что узкополосные воздействующие сигналы не похожи на реальные сигналы. В результате поведение тестируемой схемы, устройства или системы отличается от поведения в реальных условиях. Кроме того, этот метод не дает достаточного объема данных для определения BER.
В отличие от этого, метод КМШ использует широкополосные воздействующие сигналы и создает большие пиковые значения, которые нагружают или «высвечивают» коммуникационный канал точно так же, как и реальные сигналы. Этот метод позволяет очень точно воспроизвести интермодуляционные эффекты, связанные с наличием нескольких несущих, и оценить величину BER в условиях «реального трафика». Первое применение метод КМШ нашел еще в 1950-х гг., и в настоящее время он выступает в роли критерия качества для оценки характеристик усилителей мощности, передатчиков и приемников, использующих полупроводниковые приборы или лампы бегущей волны.
Для применения метода КМШ необходим источник сигнала, способный генерировать аддитивный белый гауссов (AGWN) или узкополосный гауссов шум (NBGN). Такие сигналы можно генерировать аналоговыми или цифровыми методами. В любом случае характеристики воздействующих сигналов влияют на качество результатов измерения.
Для измерения КМШ используемый сигнал AGWN или NBGN должен иметь просечку, из которой удалена часть частотного спектра (см. рис. 1). Этот сигнал подается на тестируемое устройство, и результирующий выходной сигнал измеряется анализатором спектра или сигналов. Любая нелинейность тестируемого устройства вызывает появление спектральных составляющих в соответствующей просечке выходного сигнала (см. рис. 2). Рассчитанное значение КМШ представляет собой отношение средней мощности в просечке к средней мощности в эквивалентной полезной полосе входного сигнала.

Рис. 1. Просечка в спектре входного сигнала помогает выявить нелинейности тестируемого устройства.

Рис. 2. Для расчета КМШ используются спектральные составляющие, уменьшающие глубину просечки в выходном сигнале

Сравнение методов и результатов

Хотя разные аналоговые и цифровые методы дают эквивалентные результаты, анализ показал, что цифровые методы лучше в смысле воспроизводимости результатов и скорости тестирования. Эти преимущества важны как в лабораторных условиях, так и в условиях производства.
Аналоговый метод использует в качестве воздействующего сигнала белый шум. Сигнал белого шума является непрерывным, и форма его спектра определяется фильтрами, которые используются для ограничения полосы. В результате получение воспроизводимых результатов для разных тестируемых устройств или испытательных систем весьма затруднено. Отчасти эта проблема решается путем увеличения периода усреднения в измерительном приемнике, но это приводит к увеличению общего времени измерения.
В отличие от этого, цифровой метод использует для генерации воздействующих сигналов ГСПФ, что создает более детерминированные условия, чем белый шум (см. рис. 3). Необходимый воздействующий сигнал содержит серию равноотстоящих дискретных тональных сигналов со случайными фазовыми сдвигами.

Рис. 3. Для создания воздействующего сигнала с требуемыми характеристиками при выполнении измерений по методу КМШ используется векторный генератор сигналов и генератор сигналов произвольной формы

Наиболее подходящие ГСПФ позволяют создавать сигналы, точно воспроизводящие полезный трафик системы и в то же время обеспечивающие воспроизводимость измерения. Для этого ГСПФ должен обеспечивать управление ключевыми параметрами воздействующего сигнала: числом спектральных линий и расстоянием между ними, общей формой спектра, глубиной и шириной просечки (рекомендуется 1—10% от общей полосы шумового сигнала) и такими статистическими характеристиками как комплементарная интегральная функция распределения (CCDF).
Цифровой метод обладает тремя важными преимуществами. Во-первых, это точность: поскольку КМШ является относительным измерением, он позволяет избавиться от многих погрешностей. Базовая точность измерения определяется динамической точностью анализатора спектра или сигналов, который используется для измерения выходного спектра тестируемого устройства.
Два других преимущества заключаются в воспроизводимости результатов и сокращении времени тестирования. В таблице 1 показаны три группы измерений, выполненные с различными параметрами. Во всех случаях КМШ демонстрирует стабильные результаты с очень малым стандартным отклонением.

Таблица 1. Зависимость воспроизводимости результатов КМШ от времени тестирования

 

Группа 1

Группа 2

Группа 3

Число усреднений

64 (ср. кв., экспоненциальное)

256 (ср. кв., экспоненциальное)

64 (ср. кв., экспоненциальное)

Полоса мощности, кГц

200

200

300

Число точек

401

401

1601

Полоса видеофильтра, кГц

24

24

5,9

Минимальный КМШ

38,71

39,11

39,53

Максимальный КМШ

39,99

39,72

39,98

Средний КМШ

39,43

39,40

39,74

Стандартное отклонение

0,23

0,10

0,073

Время тестирования, с

2,5

12

3,5

Время измерения меняется, но основным определяющим фактором является число усреднений. Отсюда следует, что основным компромиссом метода КМШ является зависимость необходимой стабильности показаний от ожидаемой производительности испытательной системы.


Характеристики воздействующих сигналов по методу КМШ


Восемь ключевых параметров, определяющих эффективность воздействующего сигнала КМШ:
– средняя мощность;
– полоса сигнала;
– ширина просечки;
– форма спектра в полосе пропускания;
– статистические характеристики шума;
– пиковое значение шумового сигнала;
– плотность вероятности (PDF);
– комплементарная интегральная функция распределения (CCDF).
Созданный цифровыми методами синтетический шум обладает требуемыми характеристиками как во временной, так и в частотной области. Во временной области шум имеет конечный период повторения и воспроизводимую зависимость амплитуды от времени. В частотной области шум имеет конечный спектр. Он также обладает ограниченным разнесением спектральных линий, которое эквивалентно обратной величине от периода повторения во временной области.
Правильный выбор генератора сигналов и анализатора спектра зависит от измеряемой полосы. Потребуется также программное обеспечение, способное создавать широкополосные многотональные сигналы и загружать их в совместимый генератор сигналов.

Заглядывая в будущее

По мере развития методов цифровой модуляции и обработки сигналов, скорости передачи данных в коммерческих и военных широкополосных системах будут постоянно возрастать. Перспективные системы на основе LTE и WiMAX™ будут стимулировать расширение полосы и улучшение характеристик, что приведет к дальнейшему росту значимости измерений по методу КМШ.

Литература

1. «Улучшенные методы измерения искажений в широкополосных устройствах», рекомендации по применению компании Agilent, публикация №5989-9880EN.
2. «Определение параметров сигналов с цифровой модуляцией по кривым CCDF», рекомендации по применению компании Agilent, публикация №5968-6875EN.
3. «Применение ПО Agilent Signal Studio для измерения по методу коэффициента мощности шума», технический обзор компании Agilent, публикация №5988-9161EN.
4. «Коэффициент мощности шума: теория и применение», Стан Сунахан, ведущий инженер-системотехник; компания Lockheed Martin Missiles & Space, Саннивейл, Калифорния; 20-я международная конференция и выставка по спутниковым системам связи AIAA, 12—15 мая 2002 г., Монреаль, Квебек, Канада.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Стив Петтис, инженер по развитию рынка, Agilent Technologies; Пит Зайсел, инженер-конструктор, Agilent Technologies .



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2020 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты