• Главная "RFDesign"
  • Новые статьи
  • Принципы построения ССПО
  • Принципы функционирования ССПО
  • РЧ блок оборудования ССПО
  • РЧ функциональные узлы и радиокомпоненты
  • Основные параметры компонентов РЧ блоков
  • Стандарты и технологии мобильной связи
  • Форум
  • Карта сайта
  • Гостевая книга
  • О сайте

  • Радиопередатчики, тракты передачи РЧ блоков ССПО

  • Частотные и спектральные характеристики передатчиков

  • Основные параметры передатчиков ССПО

  • Векторный анализ сигналов

  • Величина вектора ошибки EVM

  • Измерение величины вектора ошибки

  • Интегральная функция распределения CCDF


  • Синтезаторы частот (Frequency Synthesiser), Основы

  • Прямые цифровые синтезаторы ПЦС (Direct Digital Synthesiser, DDS)

     

    Частотные и спектральные характеристики передатчиков

    Следует подчеркнуть здесь особенности использования терминов, относящихся к частотным характеристикам ССПО.

    В регламентирующих документах ССПО термин “полоса частот” (band) принято относить ко всему спектру частот, отведенному для функционирования системы связи определенного стандарта. Так, например, полоса частот, используемая системами стандарта GSM900, занимает 890 - 915 МГц и 935 - 960 МГц, в то время как термин “канал” (channel) относится к полосе частот, занимаемой в системе только одним пользователем, т.е. 200 кГц в GSM. Таким образом, качество приемопередатчика обычно определяется его параметрами в трех частотных областях: канальной (in-channel), внеканальной (out-of-channel) и внеполосной (out-of-band).

    Рис. 1. Канальные, внеканальные и внеполосные области частот

    Внутриканальные параметры определяют качество связи с оценкой следующих основных характеристик:

    • фазовая ошибка сигнала (Phase error),
    • средняя частотная ошибка (mean frequency error),
    • средняя переданная мощность РЧ несущей (Mean transmitted RF carrier power),
    • зависимость переданной мощности РЧ несущей от времени (Transmitted RF carrier power versus time).

    Внеканальные параметры определяют величину помех, создаваемых данным абонентским оборудованием другим пользователям системы:

    • Спектр, обусловленный модуляцией и широкополосным шумом (Spectrum due to modulation and wideband noise);
    • Спектр, обусловленный процессами коммутации (Spectrum due to switching);
    • Побочные составляющие в диапазонах приема и передачи (Tx and Rx band spurious).

    Внеполосные параметры определяют величину помех, создаваемых системой связи другим пользователям радиоспектра. При этом производят, например, оценку перекрестных (cross band spurious) и широкополосных помех (wideband spurious).

    Нормативными документами Международного Союза Электросвязи ITU введены следующие определения:

    • Нежелательные излучения (unwanted emissions): состоят из внеполосных и побочных излучений.
    • Внеполосное излучение: (Out-of-band Emission) - излучение на частоте или на частотах, непосредственно примыкающих к необходимой полосе частот, которое является результатом процесса модуляции, но не включает побочное излучение.
    • Побочное излучение: (Spurious emissions) - излучение на частоте или на частотах, расположенных за пределами необходимой ширины полосы частот, уровень которого может быть снижен без ущерба для соответствующей передачи сообщений. К побочным относят гармонические и паразитные излучения, интермодуляционные продукты (intermodulation products) и продукты преобразования частот (frequency conversion), но не включают внеполосное излучение.

     

    Основные параметры передатчиков ССПО

    Для того чтобы сформировать технические требования для передающего устройства ССПО, должны быть заранее известны следующие общие параметры системы:

    • Диапазон рабочих частот;
    • Количество формируемых несущих частот;
    • Вид модуляции и точность ее осуществления;
    • Допустимые излучения в рабочей полосе (in-band emissions);
    • Допустимые внеполосные излучения (out-of-band emissions);
    • Ширина полосы частот, занимаемая сигналом;
    • Динамический диапазон формируемого сигнала;
    • Отношение пикового значения сигнала к среднему (peak-to-mean ratio);
    • Максимальная рабочая выходная мощность и мощность, излучаемая в других режимах (дежурный, уменьшения энергопотребления, отключения);
    • Требования к диапазону, точности и методам регулировки выходной мощности;
    • Время перестройки устройства с одного рабочего канала на другой;
    • Общие условия эксплуатации передающего устройства.

    Как правило, детализированные требования, предъявляемые к основным характеристикам передающих устройств, приводятся в соответствующих нормативных документах на ССПО. Например, стандарт [3GPP TS 25.142 V3.4.0 Base station conformance testing (TDD), раздел 15] определяет следующие параметры, подлежащие обязательной проверке при аттестационных испытаниях (тестировании) базовых станций систем подвижной связи третьего поколения UTRA.

    Параметр

    Раздел стандарта

    TS 25.142

    Максимальная выходная мощность

    Maximum output power

    6.2

    Стабильность частоты

    Frequency stability

    6.3

    Динамика выходной мощности

    Output power dynamics

    6.4

    Управление мощностью во внутренней петле

    Inner loop power control

    6.4.1

    Шаги управления мощностью

    Power control steps

    6.4.2

    Динамический диапазон управления мощностью

    Power control dynamic range

    6.4.3

    Минимальная передаваемая мощность

    Minimum transmit power

    6.4.4

    Мощность в основном канале CCPCH

    Primary CCPCH power

    6.4.5.

    Передаваемая мощность в режиме отключения

    Transmit OFF power

    6.5

    Спектр выходного сигнала

    Output RF spectrum emissions

    6.6

    Занимаемая полоса частот

    Occupied bandwidth

    6.6.1

    Внеполосные излучения

    Out-of-band emission

    6.6.2

    Спектральная маска излучений

    Spectrum emission mask

    6.6.2.1

    Коэффициент утечки мощности по соседнему каналу

    Adjacent Channel Leakage power Ratio (ACLR)

    6.6.2.2

    Побочные излучения

    Spurious emissions

    6.6.3

    Обязательные требования

    Mandatory requirements

    6.6.3.2.1

    Совместимость с GSM 900

    Co-existence with GSM 900

    6.6.3.2.2

    Совместимость с DCS 1800

    Co-existence with DCS 1800

    6.6.3.2.3

    Совместимость с UTRA FDD

    Co-existence with UTRA FDD

    6.6.3.2.4

    Интермодуляция в передатчике

    Transmit intermodulation

    6.7

    Модуляция в передатчике

    Transmit modulation

    6.8

    Точность модуляции

    Modulation accuracy

    6.8.1

    Пиковая ошибка кодовой области

    Peak code domain error

    6.8.2

    Векторный анализ сигналов

    Коэффициент битовых ошибок BER является самым лучшим показателем, позволяющим оценить качество приемопередатчика, но BER тестирование не всегда возможно при разработках РЧ блока, ведь для измерения BER наряду с РЧ блоком необходимо наличие информационного тракта (Baseband Section) для полной цифровой обработки принятого сигнала. Кроме того, оценка BER может показать, что проблема качества устройства существует, но она не дает возможности выявить источник проблемы. Альтернативным измерению BER видом тестирования является исследование качества демодулируемого сигнала с помощью векторного анализа.

    Величина вектора ошибки EVM

    Одним из наиболее широко используемых количественных показателей качества модуляции в цифровых системах связи служит величина вектора ошибки EVM (Error Vector Magnitude).

    В общем случае вектор ошибки EV - векторное различие между идеальным опорным сигналом (ideal reference signal) и измеряемым сигналом (measured signal).

    Не следует путать величину (амплитуду) вектора ошибки (magnitude of the error vector) с ошибкой амплитуды (magnitude error), и фазу вектора ошибки (phase of the error vector) с ошибкой фазы (phase error). Графическое изображение этих различий показано на рис. 2 ниже.

    Рис. 2. Графическое представление вектора ошибки EVM

    Вектор ошибки содержит амплитудную и фазовую компоненты. Выражаясь по-другому можно сказать, что вектор ошибки - остаточный шум и искажения, остающееся после того, как удалена идеальная версия сигнала.

     

    Для вычисления величины (амплитуды) вектора ошибки EVM для каждого символа сигнала необходимо найти значения вектора ошибки как разность между идеальным опорным положением сигнальной точки и положением сигнальной точки реального измеряемого сигнала.

    Как правило, величина вектора EVM нормализуется относительно среднеквадратичного значения (root-mean-square, rms) мощности символа:

    EVM = (среднеквадратичное значение вектора ошибки / среднеквадратичное значение мощности символа) x 100 %.

    Значение вектора EVM дает возможность определить источники ошибок и их вклад в процесс формирования и обработки сигналов в цифровых системах. Он чувствителен к любому ухудшению качества сигнала, влияющему на величину и фазовую траекторию демодулируемого сигнала.

    Перед измерением EVM необходимо произвести нормализацию измеряемого сигнала.

    Измерение величины вектора ошибки

    Существует регулярные искажения созвездия, образно говоря, видные глазом: смещение DC, амплитудный и фазовый разбаланс и т.д. Все они при измерении EVM должны предварительно быть скомпенсированы. Т.е. все ошибки, которые можно легко устранить, должны быть устранены. В результате на сигнальном созвездии остаются шумы, дискретные помехи в тракте опорного и принимаемого сигнала и фазовые искажения.

    Практически измерение величины EVM чаще всего происходит с использованием так называемого двухточечного метода. При этом на вход измерителя EVM наряду с исследуемым сигналом подается идеальный опорный сигнал.

    При одноточечном методе опорный сигнал формируется непосредственно из исследуемого (принятого) сигнала.

    Недостатком данного метода является необходимость использования дополнительных устройств и узлов получения исходной символьной последовательности (демодулятор) и формирования опорного сигнала (модулятор).

     

    Интегральная функция распределения CCDF

    К сожалению, временная форма сложных сигналов, используемых в современных ССПО, не позволяет определить степень искажения сигнала из-за свойствененного ей случайного характера и изменчивости. Чтобы извлекать полезную информацию из этого шумоподобного сигнала, необходимо статистическое описание уровней мощности этом сигнале, и дает это широко используемая в настоящее время кривая интегральной функции распределения CCDF (complementary-cumulative-distribution-function).

    Рис. 3. Интегральная функция распределения CCDF для сигналов QPSK (красный) и 16QAM при a=0,5

    Функция CCDF показывает, сколько времени сигнал равен или превышает определенный уровень мощности и отображает, по сути дела, динамику огибающей сигнала.

    Рис. 4. Интегральная функция распределения CCDF для нефильтрованного 16QAM сигналов и при a=0,8; a=0,5 и a=0,3

    Уровень мощности выражается в децибелах относительно средней мощности. Например, каждая из линий поперек сигнала, показанного на рис. 4 представляет уровень удельных мощностей выше среднего уровня.

    С помощью кривых CCDF можно определить ряд важных характеристик при проектировании и эксплуатации РЧ устройств:

    • Определить запас по усилению, требуемый при проектировании компонента.
    • Подтвердить адекватность проектирования устройств, например усилителя мощности, путем сравнения кривых CCDF на его входе и выходе. Если устройство, спроектировано и эксплуатируется правильно, кривые совпадают, если не правильно, то происходит сжатие сигнала, соответственно отношение пикового значения сигнала к среднему уменьшается.

    Однако сжатие сигнала может быть легко обнаружено путем сравнения CCDF входного сигнала и усиленного выходного сигнала, что иллюстрирует рис. 5. Этот эффект делает CCDF хорошим индикатором оценки степени линейности тракта передачи, в частности уровня компрессии сигнала в УМ.

    Рис. 5. Использование интегральной функции распределения CCDF для оценки нелинейности УМ (уровень ограничения 1,8 дБ) при усилении QPSK сигнала

    Для сравнения на рисунке ниже показаны векторные диаграммы на входе и выходе усилителя с ограничением. Эффект ограничения проявляется в “срезании” выбросов сигнальных траекторий по углам диаграммы. Такой метод выявления искажений является все-таки менее наглядным и эффективным по сравнению с CCDF, позволяющим сразу выявлять очень тонкие нарушения в структуре модулированного сигнала. Правда, использование интегральной функции распределения требует наличия необходимой вычислительной мощности и программного обеспечения в измерительном устройстве.

    Рис. 6. Векторные диаграммы на входе и выходе усилителя с ограничением

    Использование большинства из упомянутых характеристик при проектировании РЧ блоков требует достаточно сложных и дорогих измерительных приборов. Имеются несколько измерительных приборов, позволяющие измерять все аспекты линейной и нелинейной характеристик функциональных устройств, выпускаемых ведущими компаниями-производителями (Agilent, Acterna, Rohde&Schwarz). Большинство испытаний может быть выполнено с помощью векторного анализатора. Для более точных испытаний применяют дополнительно цифровые сигнал-генераторы и анализаторы спектра. Однако, грамотный подход при проектировании трактов приема и передачи из готовых компонентов с учетом характеристик, приводимых фирмами-изготовителями, приведет к лучшим результатам.


     
  • Last update on 03/14/2007

    Сайт находится в стадии оформления, информационного наполнения и тестирования. Приносим извинения за возможные неточноcти и некорректную работу. Рады конструктивным замечаниям, предложениям и вопросам, которые можно записать в гостевую книгу или отправить по е-почте.
    |||| Гостевая книга ||||
    Copyright © 1999-2007 Sergey Dinges - Сергей Дингес, RFDesign.ru, email: rfdesign@yandex.ru