Trois mesures RF à maîtriser

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Aurélien Vincent
il y a 6 ans
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1 Trois mesures RF à maîtriser Olivier LAURENT Ingénieur avant-vente

2 Sommaire Puissance RF Linéarité (compression, IM3, IP3) Qualité de la modulation (EVM)

PXIe-5630 Analyseur de réseaux vectoriels Puissance Puissance

3 Outils de l ingénieur RF NI USB-5681 Wattmètre en valeur efficace NI PXIe-5663 Analyseur de signaux vectoriels NI PXIe-5630 Analyseur de réseaux vectoriels Puissance Puissance Linéarité Fréquence Phase Paramètres S Puissance et gain délais de groupe

4 1) Mesure de puissance RF

Mesure de puissance : VSA vs Wattmètre Caractéristiques du VSA Temps de mesure très court Puissance absolue : bonne précision Puissance relative : excellente précision

5 Mesure de puissance : VSA vs Wattmètre Caractéristiques du VSA Temps de mesure très court Puissance absolue : bonne précision Puissance relative : excellente précision NI PXIe-5663 VSA Caractéristiques du wattmètre Temps de mesure plus long Puissance absolue : excellente précision Puissance relative : excellente précision NI USB-5681

6 Puissance relative vs absolue Puissance absolue Capacité d un instrument à mesurer la puissance d un signal RF Puissance relative Capacité d un instrument à mesurer le delta de puissance entre différents signaux (ou différentes composantes d un même signal)

7 Puissance crête vs moyenne PAPR (peak to average power ratio) constant et faible pour signaux continus (CW) PAPR plus élevé pour signaux modulés GSM (GMSK) < 1 db PAPR EDGE (8-PSK) ~ 3 db PAPR OFDM (WLAN, WiMAX, LTE) PAPRs > 10 db Puissance moyenne mesurée dans le domaine fréquentiel ou temporel Puissance crête mesurée en temporel uniquement

8 Puissance signal CW en fréquentiel -6,01 dbm

9 Puissance signal CW en temporel (Bursté)

10 Signal EDGE en temporel Crête = +2dBm Moyenne = -3,5 dbm

11 Signal WLAN en temporel Les signaux OFDM ont un PAPR plus élevé que les autres types de signaux modulés

12 Utilisation dans LabVIEW d un wattmètre Face-avant logicielle Scope mode Slot mode RMS vs Time API de programmation Mesures automatiques

13 Calcul de puissance moyenne dans LabVIEW VSA configuré en mode zéro-span (= temporel) Puissance calculée à partir de la magnitude (r) des samples IQ RMSPower dbm log 50 * r log 20 r 2 2

moyennant Linéarité Inhérent à l appareil de mesure Minimisé en utilisant l

14 Minimiser l incertitude sur la mesure ROS (ou VSWR) Minimisé en adaptant l impédance de la ligne (atténuateur) Bruit Distribution gaussienne Minimisé en moyennant Linéarité Inhérent à l appareil de mesure Minimisé en utilisant l appareil dans sa plage de fonctionnement nominale Zéro offset Minimisé par calibration de l appareil Démo

15 Astuce 1 : utilisation d atténuateur Atténue la puissance des signaux réfléchis Réduit l impact du VSWR À utiliser de part et d autre de l UUT Typiquement si l UUT a un mauvais VSWR Atténuateur de bonne qualité = coefficient de réflexion faible Générateur de signaux PA Analyseur de signaux

16 VSWR et incertitude Démo

17 Astuce 2 : atténuation du bruit Plus de points = meilleure répétabilité Augmenter le moyennage ou le temps d ouverture

18 Astuce 3 : utilisation du VSA en mode Zéro-Span Méthode hybride : VSA + wattmètre VSA pour la rapidité des mesures Wattmètre pour calibrer la mesure (précision) Générateur de signaux PA VSA Wattmètre

19 Répétabilité du VSA (NI PXIe-5663E)

Exemple : Etalonnage du VSA pour le test de PA Générateur de signaux PA VSA Wattmètre Étape 1 : Etalonnage de la source avec le wattmètre Étape 2 : Etalonnage du VSA avec la source

20 Exemple : Etalonnage du VSA pour le test de PA Générateur de signaux PA VSA Wattmètre Étape 1 : Etalonnage de la source avec le wattmètre Étape 2 : Etalonnage du VSA avec la source et le wattmètre Mesure l offset de puissance entre le VSA et le wattmètre Opération répétée pour différentes fréquences et puissances Étape 3 : mesure de puissance du PA avec le VSA

21 2) Mesures de linéarité

22 Fondamentaux de la linéarité La non-linéarité produit de la distorsion Un signal 2 tons est généralement utilisé pour les mesures Mesures effectuées sur les produits de distorsion d ordre 3 Entrée PA Sortie

23 Non-linéarité dans un PA : point de compression 1dB Pout P sat Ideal Amplifier Pin vs. Pout = 1:1 1 db Compression Non-Ideal Amplifier Pin

24 Démo : compression 1 db Démo

25 Distorsion d intermodulation d ordre 3 (IM3) Produit de distorsion de 3ème ordre Distorsion d intermodulation (IM3) Produits de distorsion de 2ème ordre Produits de distorsion de 3ème ordre ƒ 1 + ƒ 2 2ƒ1 + ƒ2 ƒ1 + 2ƒ2 ƒ 2 - ƒ 1 2ƒ 1 - ƒ 2 2ƒ 2 ƒ 1 ƒ 1 ƒ 2 2ƒ 1 2ƒ 2 3ƒ 1 3ƒ 2 Fréquence Signal deux tons à des fréquences ƒ 1 et ƒ 2

26 Interception d ordre 3 (TOI) Mesure théorique Au-delà du point de saturation de l amplificateur Spécifié en dbm Power TOI 1 db Gain Max Power Produces 3 db of Distortion Intermodulation Distortion 2ƒ 1 - ƒ 2 ƒ 1 ƒ 2 2ƒ 2 ƒ 1 Frequency

27 TOI sur un graphe de compression TOI Pout Fundamental Power Ideal Amplifier Pin versus Pout = 1:1 Third-Order Distortion 3:1 Slope Pin

28 Simulation de TOI Démo

29 Adjacent Channel Power (ACP) et non-linéarité Mesure de la puissance du canal adjacent au canal utilisé Exprimé sous forme de ratio Pourquoi cette mesure? Quantifier les interférences possibles Vérifier que la puissance est transmise dans la bande d intérêt ACP mesuré sous différentes formes : GSM : Output RF Spectrum (ORFS) W-CDMA : Adjacent Channel Leakage Ratio (ACLR) ZigBee : Spectrum Mask

30 Mesure d ACP avec le SFP RFSA

31 ACP Cause : non-linéarité du circuit (compression, IM3) La longueur du Pulse shaping filter affecte aussi l ACP La compression (distorsion) augmente l ACP

32 3) Qualité de modulation (EVM)

33 Amplitude du vecteur d erreur (EVM) Mesure la qualité de la modulation d un signal Encapsule les erreurs de multiples sources Non-linéarité du système Le bruit gaussien (AWGN) Bruit de phase Erreurs de quadrature Utilisé pour des modulations en quadrature BPSK, QPSK, 8-PSK, etc. QAM (4, 16, 64, 256, etc.)

34 Comprendre un diagramme de constellation Le graphe de constellation représente les symboles dans le plan IQ Perturbations visibles Chaque point est un symbole Étalement des symboles dus aux perturbations (ici AWGN)

35 Q Mesure EVM ΔQ Symbole mesuré ΔI Symbole idéal V EVM rms (ΔI) 2 ( Q) V 2 Ө I

36 EVM comme mesure RMS Le bruit affecte chaque symbole aléatoirement (non répétable) Mesure répétable si faite sur un grand nombre de symboles EVM RMS EVM 2 symbol1 EVM 2 symbol 2 n... EVM 2 symbol n Symbole 1 Symbole 2 Symbole 3 Symbole 4 Contribution du bruit à l erreur Emplacement du symbole idéal

37 Porteuse simple Fréquence Sous-porteuse OFDM EVM par symbole, par sous-porteuse Symbole No. 1 Symbole No. 2 Symbole No. n EVM peut être mesuré par : RMS EVM (2 dimensions) RMS par sous-porteuse (tous les symboles) RMS par symbole (toutes les sousporteuses) Symbole No. 1 Symbole No. 2 Symbol e No. n EVM peut être mesuré par : RMS EVM (tous les symboles) Par symbole (valeur seule) Temps (nombre de symboles)

38 Conversion EVM : % en db Les nouveaux systèmes OFDM mesurent l EVM en db Le SNR limite souvent l EVM en OFDM car sousporteuses très proches EVM % EVM db 20log 100 EVM (%) EVM (db) 0.5% -46 db 1.0% -40 db 2.0% -34 db 5.0% -26 db

39 Distorsion et signaux modulés Démo

40 À retenir Mesures de puissance RF Matériel : VSA ou wattmètre Amélioration des mesures : atténuateurs, moyennage et calibrage pour la précision VSA en mode zéro-span pour la vitesse Mesures de linearité Matériel : VSA Compression 1dB, TOI, ACP Mesure de la qualité de modulation EVM grandeur fondamentale des systèmes de communication Sensible à tous les types de perturbation

41 Aller plus loin Plate-forme RF NI : Formation sur les fondamentaux des mesures RF :

42 Restez connecté(e) NI ni.com/community facebook.com/nifrance twitter.com/nifrance

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