Post on 08-Nov-2018
A Metrologia nos Sistemas Não-Lineares de Radiofrequência
Nuno Borges Carvalho
A aula de síntese das provas de agregação de Nuno Borges Carvalho centra‐se na metrologia de rádio frequência, mais especificamente nas técnicas de medida e instrumentação para componentes não lineares.
Esta área de conhecimento é bastante alargada, abrangendo áreas tão distintas como a electrónica, processamento de sinal, instrumentação e sistemas de controlo.
Nesta apresentação iniciar‐se‐á a exposição da área por uma breve resenha histórica dos sistemas de medida e da necessidade de utilização desses mesmos sistemas em componentes rádio, para depois se apresentarem e discutirem os principais sistemas de instrumentação rádio, caso do analisador de espectros, analisador de quadripólos e medidores de potência.
O passo seguinte consistirá na apresentação e discussão dos sinais de excitação para a correcta caracterização e modelação desses mesmos sistemas. Esta secção versa principalmente a correcta compreensão da necessidade de utilização de sinais diferentes do usualmente aplicado em laboratório como seja a sinusóide simples. Apresentar‐se‐ão os sinais de dois tons, multi‐seno e seus factores de mérito e capacidades associadas.
Com o advento dos novos sistemas digitais ao rádio e subsequente utilização de domínios mistos (analógicos e digitais), introduzir‐se‐á a seguir os conceitos básicos de rádio definido por software, SDR, e ainda de rádios cognitivos, CR.
Esta introdução a estes sistemas, permitirá ao ouvinte integrar e compreender as necessidades futuras de instrumentação e medidas para SDR. Apresentam‐se assim algumas quantidades digitais e analógicas a medir em rádio e diversos sistemas ou combinação de sistemas para a medida de front‐ends de SDR e CR.
Finalmente termina‐se a aula com a apresentação de medidas reais e caracterização de um front‐end de SDR para aplicações futuras de rádio cognitivo.
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A Metrologia nos Sistemas Não-Lineares de
RadiofrequênciaRadiofrequênciaNuno Borges Carvalho
nbcarvalho@ua.ptwww.av.it.pt/nbcarvalhoUniversidade de Aveiro
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
1. Introdução
2 Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Índice
earesde R
adiofrequência
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
3. A Importância do Sinal de Excitação
4. Novos Paradigmas – SDR
5. Instrumentação para SDR
2
Nuno Borges C
arvalho
2
5. Instrumentação para SDR
6. Cenários de Medida Reais
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
1. Introduçãoeares
de Radiofrequência
Os sistemas rádio iniciam-se com Tesla, Maxwell, Henry, Marconi,Armstrong…Com o nascimento desta nova tecnologia, a metrologia a si associada surgiuimediatamente pois a medida de alguns parâmetros era fundamental para a
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Nuno Borges C
arvalho
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imediatamente, pois a medida de alguns parâmetros era fundamental para aavaliação da experiência.
Metrologia é definida no International Bureau of Weights and Measures (BIPM) "the science of measurement, embracing both experimental and theoretical
determinations at any level of uncertainty in any field of science and technology."
A Metrologia nos Sistem
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Os sistemas rádio iniciam depois o seupercurso e evolução tecnológica massificadacom a difusão de rádio, radiofonia.
1. Introdução
earesde R
adiofrequência
Nesse tempo a metrologia aplicada ao rádioendereçava tipicamente a medida de potênciaemitida e recebida.
– Potência transmitida;– Qualidade do sinal medido por recurso
à audição;
4
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4
à audição;
3
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
A necessidade de medidas mais específicassurgiu com a segunda guerra mundial e com ainvenção do radar Por exemplo a medida de
1. Introduçãoeares
de Radiofrequência
invenção do radar. Por exemplo, a medida deatrasos utilizando pulsos de RF, caso típico deum radar. Outro tipo de medidas considerava amedida de potência reflectida na carga, ou sejao coeficiente de reflexão, este parâmetropassou a ser muito importante devido à elevadapotência transmitida.
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A Metrologia nos Sistem
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Com o aumento exponencial das transmissões rádio, o espectro radioeléctricocomeçou a estar super povoado, o que aumentou significativamente anecessidade de sistemas de medida fiáveis e robustos, de modo a suportar oslucros das entidades reguladoras do espectro.
1. Introdução
earesde R
adiofrequência
6
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6
Medidas como:
• Largura de banda rádio• SNR, SIR, etc….
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Medidas de campo começam a ser fundamentais, SNR, SIR,SAR.1. Introdução
earesde R
adiofrequência
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7
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Com o advento das comunicaçõesmóveis, a metrologia impôs novosparadigmas:
• Efeito de Doppler
1. Introdução
earesde R
adiofrequência
• Efeito de Doppler• SNR• Intermodulação
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8
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
O próximo passo em rádio comunicações e consequentemente na metrologiaassociada, foi o inicio das comunicações digitais.
• Error Vector Magnitude• Bit Error Rate
1. Introduçãoeares
de Radiofrequência
• Bit Error Rate• Intermodulação
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as Não-Line
Os procedimentos de medida foram então transpostos para níveis deabstracção mais elevados, por exemplo com medidas de QoS em redes decomunicação.
1. Introdução
earesde R
adiofrequência
Medida de QoSMedida de parâmetros de rede
QoS na Perspectiva do UtilizadorC
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Corresponde à percepção de qualidade sentida por um utilizador quando utiliza o serviço.
Indica o grau de satisfação do utilizador em termos de, por exemplo, acessibilidade, retenção e integridade do serviço.
É normalmente expressa em termos de sensações humanas, do tipo, “Excelente”, “Boa”, “Aceitável”, “Pobre” e “Má”
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Com a massificação de novos sistemas, RFID, WLAN, GSM, 3G, a medida dainterferência devida a fenómenos não lineares é fundamental para a gestãomoderna do espectro.
1. Introduçãoeares
de Radiofrequência
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A metrologia de sistemas rádio temum impacto muito importante paramúltiplos sectores associados aoádi
1. Introdução
earesde R
adiofrequência
rádio:
• Investigadores• Operadores de Rede• Entidades Regulamentadoras• Dispositivos não humanos• …
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Nuno Borges C
arvalho
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
1. Introdução
2 Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Índiceeares
de Radiofrequência
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
3. A Importância do Sinal de Excitação
4. Novos Paradigmas – SDR
5. Instrumentação para SDR
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Nuno Borges C
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13
5. Instrumentação para SDR
6. Cenários de Medida Reais
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Instrumentação típica em sistemas de RF inclui:
• Medidores de Potência
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
earesde R
adiofrequência
ed do es de otê c a• Analisadores de Espectros• Analisadores de Redes• Osciloscópios• Medidores de Factor de ruído• Analisadores Vectoriais• Analisadores Lógicos• …
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2. Instrumentação Usual para Sistemas de RFeares
de Radiofrequência
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VSA – Vector Signal Analyzer, SA – Spectrum Analyzer, VNA – Vector Network Analyzer, TG/SA –Tracking Generator, SA, SNA – Scalar NA, NF Mtr. – Noise Figure Meter, Imp. An. – ImpedanceAnalyzer, Power Mtr. - Power Meter, Det. Scope – Diode Detector, Oscilloscope
Copyright: Agilent
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2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Medidor de Potência de RF
earesde R
adiofrequência
16
Nuno Borges C
arvalho
16Copyright: Agilent
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A potência pode ser obtida de:
∫=2/
2)(1limT
dttvp
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RFeares
de Radiofrequência
∫−
∞→2/
)(limT
Tdttv
Tp
Podemos considerar a potência medida num período, se o sinal for periódico,ou então numa janela de tempo.
Sensor de Potência
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17
Medidorde Potência
TermistoresAcopladores Térmicos
Detectores a Diodos Transmissão a DC ou a uma frequência baixa
por PWM
Display
Potência de RF absorvida pelo
sensor
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Um detector a díodos pode ser representado por:
2.5x 10
4
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
earesde R
adiofrequência
( ) ( ) L++≈⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 2
211)( tvktvkeIty TVV
s
A corrente de saída pode ser modelada por:
0 0 2 0 4 0 6 0 8 10
0.5
1
1.5
2
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18
⎠⎝
( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]12sin2
sinsinsin)(2
212
21 ++=+≈ tAktAktAktAkty ωωωω
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
10
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2. Instrumentação Usual para Sistemas de RFeares
de RadiofrequênciaA corrente de saída será assim:
2A
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19
2)( 2
AktyDC ≈
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De um ponto de vista prático, a curva DC é uma função não linear, por issodeverá ser calibrada de acordo com essa não idealidade.
1.4x 10-3
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
earesde R
adiofrequência
0.6
0.8
1
1.2
squarehigher order
20
Nuno Borges C
arvalho
20
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
x 10-3
0
0.2
0.4
11
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Calibração “is the process of establishing the relationship between a measuring
device and the units of measure.”
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RFeares
de Radiofrequência
)(*)()( incorrecçãoinmedidainreal PFPPPP =
21
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21
)()()( incorrecçãoinmedidainreal
A Metrologia nos Sistem
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2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Analisador de Redes
earesde R
adiofrequência
22
Nuno Borges C
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22Copyright: Agilent
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Analisador de Redes
Power and FrequencyControl
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RFeares
de Radiofrequência
- Parâmetros S
- VSWR
- Ganho (Amplitude e Fase)
- Largura de Banda
- Ponto de compressão de 1dB
2.400 GHzdBm
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23
- AM/AM e AM/PM DC
DUT
Sinal de Teste – Sinusoidal
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Incidente Transmitido
DUT
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
earesde R
adiofrequência
REFLETIDO(A)
TRANSMITIDO(B)
INCIDENTE (R)
Separaçãodo Sinal
FonteReflectido
24
Nuno Borges C
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24
RECEPTOR / DETECTOR
PROCESSADOR/ DISPLAY
Copyright: Agilent
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Escalar(sem informação de fase)
Diodo
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Separaçãodo Sinal
Fonte
Incidente
Reflectido
Transmitido
DUT
earesde R
adiofrequênciaReceptor Sintonizado
Vectorial
DC
ACRF
IF = F LO F RF±RF
RECEPTOR / DETECTOR
PROCESSADOR/ DISPLAY
REFLETIDO(A)
TRANSMITIDO(B)
INCIDENTE (R)
25
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Vectorial(magnitude e fase)
Filtro de IF
LO
ADC / DSP
Copyright: Agilent
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2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Analisador de Espectros
earesde R
adiofrequência
26
Nuno Borges C
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26Copyright: Agilent
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Analisador de Espectros
2.400 GHzdBm
DC + 15.00- 05.00
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RFeares
de Radiofrequência
DUT- Ganho (Amplitude)- IMD- Largura de Banda
IP3
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27
- IP3- AM/AM- ACPR-Compressão a 1dB-NPR
Sinais de Teste:• Sinusoidais• Dois-tons• Multiseno• Arbitrários
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SA
Analisador de Espectros
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
earesde R
adiofrequência
VSA
28
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28
RTSA
Copyright: Tektronix
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
5. Analisadores de Espectro II5.1. Tipos de Analisadores
Analógicos
• Analisador de Espectro de Varrimento (SA) (Devido àsua arquitectura)
- Surgiu no comércio no início dos anos 60
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RFeares
de Radiofrequência
g- Desenvolvido para a análise de sinais
analógicos
Digitais
• Analisadores FFT (Devido ao facto de efectuar a passagemdos sinais no domínio do tempo para o domínio da frequênciacom base na computação das FFT’s (Fast Fourier Transform)
29
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29
a) Vector Signal Analyser (VSA)Surgiu no início dos anos 90Desenvolvido para a análise de sinais complexos
(Digitais)b) Real Time Spectrum Analyser (RTSA)Surgiu recentemente no mercadoDesenvolvido para a análise de sinais dinâmicos
A Metrologia nos Sistem
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5. Analisadores de Espectro II5.1. Tipos de Analisadores
Real Time Spectrum Analyser (RTSA)
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Analisadores emTempo Real
Analisadores deVarrimento
earesde R
adiofrequência
TEMPO
30
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30
FREQUÊNCIA FREQUÊNCIA
Copyright: Tektronix
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line0
Traditional SweptArchitecture
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Real Time Spectrum Analyser (RTSA)eares
de Radiofrequência10
dB/Div
0dBm
31
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31
Centro 1 GHz Span 1MHz
-100dBm
Copyright: Tektronix
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2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
RF Sinal Amostado Espectro Digital Histograma Pixel Temp. Grading
Real Time Spectrum Analyser (RTSA)
earesde R
adiofrequência
DiscreteFourier
Transform
ConversorAnalógico
RFpara
Digital
DisplayColor
Grading
PixelBuffer
Memory
9 kHz—
14 GHz
100 Mspsor
300 Msps(Opt. 110)
48,828 DFT/s 1464 DFT/Frame 33 Frame/s
Real-Time Spectrum Analysis(DFT Computation is Completed Before Next Sample Set)
32
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32
Micro-Processor
ADC Corrections DDC/Decimation
DPX™ Memory
DPX™
Copyright: Tektronix
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as Não-Line
Osciloscópios – para o domínio analógico
2 400Oscilloscope
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RFeares
de Radiofrequência
2.400- 00.53 + 15.00
Permite simultaneidade de medida dos sinais de
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33
Permite simultaneidade de medida dos sinais de entrada e saída
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Analisadores LógicosLogic Analyzer
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
earesde R
adiofrequência
0.400+ 1GHz
ADC
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Analisa a sequência de bits num sistema digital
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
1. Introdução
2 Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Índiceeares
de Radiofrequência
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
3. A Importância do Sinal de Excitação
4. Novos Paradigmas – SDR
5. Instrumentação para SDR
35
Nuno Borges C
arvalho
35
5. Instrumentação para SDR
6. Cenários de Medida Reais
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
3. A Importância do Sinal de Excitação
Um sistema não linear não goza da propriedade da sobreposição, por isso aresposta de um sistema não linear a uma certa excitação de entrada, nãopode ser obtida da sobreposição de qualquer outra.
earesde R
adiofrequência|Y(ω)|Non Linear
Systemx(t) y(t)
ωω1
|X(ω)|
36
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36
2ω1 ω3ω1ω1ωω1
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
3. A Importância do Sinal de ExcitaçãoUm sistema não linear não goza da propriedade da sobreposição, por isso aresposta de um sistema não linear a uma certa excitação de entrada, nãopode ser obtida da sobreposição de qualquer outra.
earesde R
adiofrequência
Non LinearSystem
x(t) y(t)ωω1
|X(ω)|
|X(ω)|
2ω1 ω3ω1ω1
|Y(ω)|
|Y(ω)|
ωω1
|X(ω)|
ω2
37
Nuno Borges C
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37
ωω2
| ( )|
ω2 2ω1 ω3ω1
|Y(ω)|ωω1 ω2ω2-ω1
2ω1-ω2 2ω2-ω1
2ω1 2ω2
ω2+ω1
3ω1 3ω2
2ω1+ω2 2ω2+ω1
1 2
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
O melhor sinal para utilizar como excitação de um sistema não linear é o sinal para o qual o sistema foi projectado para operar numa situação real.
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
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Nuno Borges C
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38
20
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
-10
0
DEP SimilarPotência Média Similar
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
-70
-60
-50
-40
-30
-20
Out
put P
ower
[dB
m]
Potência Média Similar
Regeneração de Espectro Diferente???
AWGN Saída
W-CDMA Saída
39
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39
-90
-80
-10000 -7500 -5000 -2500 0 2500 5000 7500 10000
Frequency-900MHz [KHz]
AWGN Entrada
AWGN SaídaW-CDMA Entrada
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Qual deverá ser então o sinal de excitação a utilizar num laboratório paracaracterização de sistemas rádio genéricos?
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
• Uma única sinusóide (Um tom ?)
• Duas sinusóides (Dois tons ?)
• Ruído Gaussiano ?
• Sinais Multi-seno ?
• Outros sinais ?
40
Nuno Borges C
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40
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A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Um seno, normalmente referido como um tom
( )tA ωcos
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência|Y(ω)|
( )tA ωcos
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41
2ω1 ω3ω1ω1
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Num sistema linear, um tom é suficiente para a sua completa caracterização
)()()( ωφωω jjejHjH =
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
0.6
0.7
0.8
0.9
1
tude
|H(jω)| ( )
0
50
100
150180
se
H(jω) (º)
Linear System
H(jω)x(t) y(t)
42
Nuno Borges C
arvalho
42
4 5 6 7 8 9 10 11 120
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Frequencyf (GHz)
Am
plit
-180-150
-100
-50
0
4 5 6 7 8 9 10 11 12Frequency
f (GHz)
Phas
22
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Num sistema não linear, pode-se seguir a mesma estratégia para um nível depotência constante. Quando o nível de potência varia, então a funçãotransferência também variará, a esta nova função de transferência chama-seFunção Descritiva Sinusoidal de Entrada
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
),( ωjAHEsta função é agora dependente da frequência e da potência de entrada.
4º
5º
φ (º)
1 dB
GP (dB)
6
8
10
43
Nuno Borges C
arvalho
43
-1º-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
0
1º
2º
3º
Input PowerPin (dBm)
Phas
e
Pin (dBm)
Pin1dB
Pow
er G
ain
-15-2
0
2
4
6
-10 -5 0 5 10 15 20 25Input Power
AM/PMAM/AM
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
No entanto o método de sinusóide simples, apenas excita a portadora a RFvariando a potência e a frequência.O Sistema não linear vai criar distorção harmónica que pode ser caracterizadapor:
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
2ω 3ωω
|Y(ω)|Total Harmonic Distortion - THD
44
Nuno Borges C
arvalho
44
2ω1 ω3ω1ω1
( ) ( )[ ]
( ) ( )( )[ ]∫
∫ ∑
+
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡+
=
∞
=T
ioio
T
riroiro
dtAtAAT
dtAtrAAT
THD
0
211
0
2
2
,cos,1
,cos,1
ωφωω
ωφωω
23
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
No entanto o método de sinusóide simples, apenas excita a portadora a RF variando a potência e a frequência.
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
|Y(ω)|
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Nuno Borges C
arvalho
45
2ω1 ω3ω1ω1Não há excitação
de banda base Não há regeneração de espectrodentro da banda
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Em sumário um teste de um tom pode:
Caracterizar a compressão de ganho e o desvio de fase(Função Descritiva Sinusoidal)
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
Caracterizar o grau da distorção harmónica
Mas não consegue:
Apresentar nenhuma regeneração de espectro dentro da banda
46
Nuno Borges C
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46
Excitar componentes de banda base
24
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
)cos()cos()( 2211 tAtAtx ii ωω +=
A saída será :
No caso de dois tons, o sinal de entrada consiste em:3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
A saída será :
( ) Ζ∈+=+= ∑∞
= , and wherecos)( 21
1nmnmtAty r
rrorroNL ωωωφω
Permite assim caracterizar as grandezas que um tom já permitia e além disso todas as componentes dentro da banda.
|Y(ω)|
47
Nuno Borges C
arvalho
47
ωω1
|Y(ω)|
ω2ω2-ω1
2ω1-ω2 2ω2-ω1
2ω1 2ω2
ω2+ω1
3ω1 3ω2
2ω1+ω2 2ω2+ω1
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
A caracterização com variação de potência é extremamente importante numteste a dois tons, pois permitem obter informação detalhada sobre adistorção de intermodulação, IMD. Especialmente para sinal fraco, pode-seobter por exemplo o ponto de intercepção de 3ª ordem.
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
-10 20
-40
-20
0
20
40
PFund(ω2)1dB/dB
3dB/dB
Pout(dBm)
Pin(dBm)0 IP3i10 30
IP3
Out
put P
ower
-10 20
-20
0
20
40
PFund(ω2)1dB/dB
2dB/dB
Pout(dBm)
0
IP2i
10 30
IP2
Pin(dBm
Out
put P
ower
48
Nuno Borges C
arvalho
48
-100
-80
-60
PIMD(2ω2-ω1)-60
-402dB/dB
P(ω2-ω1)
( )( )
( )( )12
221
122 ωω
ωωω
ω−
=−
=≡P
PP
PPP
IMRIMD
fund
25
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Neste cenário apenas se excita uma única frequência de banda base porcada teste de dois tons. Se o sistema for dinâmico, pode-se tentar estudá-lofazendo uma variação da frequência de separação dos dois tons, esperandoque o teorema da sobreposição funcione…
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
|Y(ω)|
49
Nuno Borges C
arvalho
49
ωω1 ω2ω2-ω1
2ω1-ω2 2ω2-ω1
2ω1 2ω2
ω2+ω1
3ω1 3ω2
2ω1+ω2 2ω2+ω1Apenas uma única frequência
é excitada ou harmónicas desta
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Em sumário um teste de dois tons pode:
Além do que já se tinha com um tomMedir os a Função Descritiva de Dois Tons
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
Medir os a Função Descritiva de Dois TonsObter informação de dentro da bandaExcitar os efeitos de memória lenta a uma frequência determinada
Mas não consegue:
Excitar toda a memória lentaApresentar valores de pico da envelope diferentes
50
Nuno Borges C
arvalho
50
26
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
( )∑=
+=Q
qqqq tAtx
1cos)( θω
Um teste muito popular para sistemas dinâmicos é a excitação multi-seno.
ωωω Δqq )1(0 −+=em que
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
=q 1Neste caso não só a amplitude e a separação entre tons na frequência éimportante, mas também a relação de amplitude e fase de cada tom conta.
mpl
itude
mpl
itude
10
8
6
4
2
0
2
10
8
6
4
2
0
51
Nuno Borges C
arvalho
51
Am
time
Am
time
-2
-4
-6
-8
-10
-2
-4
-6
-8
-100 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
10 Tons de Fases Aleatórias 10 Tons de Fases Iguais
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Neste caso a saída será uma combinação de todos os tons de entrada:
( )∑=
+=R
rrrr tAty
1
cos)( φω
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
onde MaxQqQQqqr Ordemmmmmmm ≤++++++++= −−− 101100 , LLLL ωωωω
plitu
de [U
]
Um sinal típico de saída será:
52
Nuno Borges C
arvalho
52
BaseBan
d ω RF
Δω
ω2ω RF
3ω RF
Am
p
27
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
O sinal dentro da banda, permitir-nos-á caracterizar a regeneração deespectro e por isso medir factores como Adjacent Channel Power Ratio,ACPR, ou Noise Power Ratio, NPR.
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
ut P
ower
[dBm
] input spectrum
output spectrum
53
Nuno Borges C
arvalho
53
ω
Out
pu
L U
ω0 ωU2ωU1ωL2ωL1
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Á banda base, uma selecção cuidada da separação entre tons deve serrealizada de forma a excitar as características mais importantes do sistema.
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
Am
plitu
de [U
]
54
Nuno Borges C
arvalho
54
BaseBan
d ω RF
Δω
ω2ω RF
3ω RF
28
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Em sumário um teste multi-seno pode:
Além do que já se conseguia com dois-tonsExcitar efeitos de memória lenta de forma mais eficiente
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
Excitar efeitos de memória lenta de forma mais eficienteCriar sinais com relações de pico diferentes
Deveremos ter cuidado com:
A definição do número de tons e da separação entre elesA definição da relação de fase entre os tons
55
Nuno Borges C
arvalho
55
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Nem só sinais com amostragem discreta na frequência foram utilizados, sinaiscom espectro continuo também, um desses exemplos é o Ruído Branco comDistribuição Gaussiana, (White Gaussian Noise, WGN). Estes testes permitiramconcluir:
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência2 – A não periodicidade dos estímulos de ruído colocam diversosproblemas ao uso de técnicas de processamento digital do sinal. Porisso prefere-se os sinais periódicos.
1 – Um teste com WGN é suficiente para obter toda a informaçãocomportamental que permite extrair um modelo não linear dinâmicocompleto. [Schetzen, 1980].
3 Felizmente provou se que a resposta a sinais ruidosos é comparável à
56
Nuno Borges C
arvalho
56
3 – Felizmente provou-se que a resposta a sinais ruidosos é comparável àresposta do sistemas a diversas realizações de excitações multiseno,nas quais as fases são aleatoriamente alteradas de realização pararealização [Schouckens & Pintelon, 2001].
4 – No entanto a excitação Gaussiana pode por vezes não ser a soluçãoóptima para a excitação de alguns sistemas [Apparin, 2001].
29
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
A função densidade de probabilidade, pdfx(x)
Como as medidas típicas no laboratório são valores médios, exemplo dapotência de saída, espectro de potência etc. :
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
{ } ∫∞
∞−== dxxpdfxsxEP xin )()( 22
{ } ∫∫∞
∞−
∞
∞−=== dxxpdfxfdyypdfysyEP xNLyout )()()()( 222
57
Nuno Borges C
arvalho
57
É intuitivo pensar que mais importante do que a media, será a trajectóriaque esses mesmos sinais de excitação realizam e a sua distribuiçãoestatística, ou seja a probabilidade com que cada valor é atingido, i.e., afunção pdfx(x) ou ccdfx(x).
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
A conclusão anterior levou a que muitos engenheiros abandonassem amedida de Peak-to-Average Ratio como uma métrica fiável para distorçãonão linear;
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
e levou a que os fabricantes de equipamento fornecessem informaçãosobre a estatística dos sinais gerados, tipicamente a função de distribuiçãocumulativa complementar, ccdfx(x).
58
Nuno Borges C
arvalho
58
CCDF PLOT
30
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line-10
Two-tone Distribution
Impacto da estatística numa não linearidade
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
Am
plitu
de
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20 IMR=31dB
59
Nuno Borges C
arvalho
59
Frequency (x100MHz)9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
-100
-90
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line-10-10
Uniform Distribution Gaussian Distribution
Impacto da estatística numa não linearidade
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
Am
plitu
de
Am
plitu
de
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20 ACPR=38dB ACPR=31dB
60
Nuno Borges C
arvalho
60
9 9.5 10 10.5 11 11.5 12-100
-90
Frequency (x100MHz)Frequency (x100MHz)9 9.5 10 10.5 11 11.5 12
-100
-90
Densidade espectral de potência de um sinal multi-seno quando atravessauma não linearidade, (a) sinal multi-seno de distribuição uniforme e (b)sinal multi-seno de distribuição normal.
(a) (b)
31
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Diferentes sinais de excitação apresentam diferentes comportamentosestatísticos.
0.07
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
0.03
0.04
0.05
0.06
Gaussian
Uniform
Prob
abili
ty D
ensi
ty
61
Nuno Borges C
arvalho
61
-30 -20 -10 0 10 20 300
0.01
0.02Two-Tone
Amplitude
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
O mesmo acontece para sinais reais de telecomunicações sem fios.
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Pro
babi
lity
[%]
Single Mode Wi-FiSingle Mode WiMAXWi-Fi + WiMAXSingle Mode W-CDMAW-CDMA + 4xGSM1800
4
6
8
10
12
Pro
babi
lity
[%]
Single Mode Wi-FiSingle Mode WiMAXWi-Fi + WiMAXSingle Mode W-CDMAW-CDMA + 4xGSM1800
62
Nuno Borges C
arvalho
62
0 2 4 6 8 10 1210-6
10-5
PAPR [dB]
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 10
2
Amplitude [U]
32
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Se considerarmos um multi-seno como:
Padrões estatísticos de multi-senos
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
( ) kAAtAtx k
K
kkkk ∀=+= ∑
=:;cos)(
1φω
63
Nuno Borges C
arvalho
63
As fases podem ser escolhidas de forma a obter um sinal multi-seno comuma pdf pré-determinada.
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Criação de multi-senos com pdfs específicas
1 – Sintetize-se um sinal ruidoso com uma estatística pré-determinada,pdf, e reordene-se os valores de amplitude instantâneos por ordemcrescente. Este vector representa um sinal com uma estatística pré-
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
crescente. Este vector representa um sinal com uma estatística prédeterminada [J. Schouckens and T. Dobrowiecki, 1998]
-50
0
50
100
150
200
Ampl
itude
[U
]
-50
0
50
100
150
200
Ampl
itude
[U
]
64
Nuno Borges C
arvalho
64
-250 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
-200
-150
-100
time [s]
A
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-250
-200
-150
-100
time [s]
A
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
33
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
2 – Sintetize-se um sinal multi-seno com valores de amplitude por tomiguais e com um número de tons pré-determinado.
Criação de multi-senos com pdfs específicas
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
0
20
40
60
80
100
tude
[U
]
0
20
40
60
80
100
tude
[U
]
3 – Reordene-se a sua amplitude por ordem crescente, guardando asposições temporais de onde vieram. Este é o vector das amplitudes damulti-seno.
65
Nuno Borges C
arvalho
65
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-100-80
-60
-40
-20
0
time [s]
Ampl
it
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-100-80
-60
-40
-20
0
time [s]
Ampl
it
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
4 – Substitua-se agora as amplitudes do sinal multi-seno pelas do sinalestatístico pretendido, mantendo o padrão temporal anteriormente
Criação de multi-senos com pdfs específicas
3. A Importância do Sinal de Excitação
earesde R
adiofrequência
p , p pguardado. Este é o sinal com a estatística pretendida.
-50
0
50
100
150
200
mpl
itude
[U
]
66
Nuno Borges C
arvalho
66
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-250-200
-150
-100
time [s]
A
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
34
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
5 – Calcule-se a DFT deste sinal, e restaure-se as amplitudes do sinalmulti-seno guardando as fases que se obtiveram. A potênciai t d é i i l à t did E t i l lti
Criação de multi-senos com pdfs específicas
3. A Importância do Sinal de Excitaçãoeares
de Radiofrequência
integrada é assim igual à pretendida. Este passa a ser o sinal multi-seno pretendido.
20
-10
0
10
20
30
Amp l
itude
[U
]
67
Nuno Borges C
arvalho
67
6 – Repita-se o processo até um erro aceitável da estatística pretendida.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100-30
-20
time [s]-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
1. Introdução
2 Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Índice
earesde R
adiofrequência
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
3. A Importância do Sinal de Excitação
4. Novos Paradigmas – SDR
5. Instrumentação para SDR
68
Nuno Borges C
arvalho
68
5. Instrumentação para SDR
6. Cenários de Medida Reais
35
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
RADIO CONVENCIONAL
SOFTWARE DEFINED RADIO
COGNITIVE RADIO
4. Novos Paradigmas – SDReares
de Radiofrequência
CONVENCIONAL• Suportam um número
fixo de sistemas.• A capacidade de
reconfiguração é decidida no projecto inicial.
• Podem suportar múltiplos serviços, mas estes são escolhidos no design
DEFINED RADIO• Suportam
dinamicamente vários sistema, protocolos e interfaces.
• Capacidade de interface com diversos sistemas.
• Arquitectura de RF convencional e de Software
• Podem criar as suas próprias formas de onda.
• Pode negociar novos interfaces.
• Ajusta-se de modo a garantir a QoSrequerida pelo serviço.
• Arquitectura Software.• Inteligente• Atento
69
Nuno Borges C
arvalho
69
escolhidos no design.• Arquitectura de RF e
Banda base tradicional.
• Não são actualizáveis
Software.• Reconfiguráveis.• Mecanismos de
actualização (Up-grade)
Atento• Aprende• Observa• Mecanismos de
actualização
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
SOFTWARE DEFINED RADIORádio no qual o processamento dos sinais é totalmente digital.Rádio no qual uma série de parâmetros de transmissão são definidos
4. Novos Paradigmas – SDR
earesde R
adiofrequência
Definição original de Joseph Mitola1:“A software radio whose channel modulation waveforms are defined in software. That is,
f t d l d di it l i l t d f di it l t l i
Rádio no qual uma série de parâmetros de transmissão são definidospor software
Rádio que tem capacidade para operar em multi-banda e multinormaRádio reconfigurável por software.
70
Nuno Borges C
arvalho
70
waveforms are generated as sampled digital signals, converted from digital to analog via awideband DAC and then possibly upconverted from IF to RF. The receiver, similarly, employsa wideband Analog to Digital Converter (ADC) that captures all of the channels of thesoftware radio node. The receiver then extracts, downconverts and demodulates the channelwaveform using software on a general purpose processor.”1 Joe Mitola, “The software radio arquitecture,” IEEE Communications Magazine, vol.33, nº5, pp. 26-38,May 1995
36
A Metrologia nos Sistem
as Não-LineSOFTWAREDigital
Sistemas Software Defined Radio Actuais
HARDWARE HARDWARE
Futuros Sistemas Software Defined Radio
Digital
4. Novos Paradigmas – SDReares
de Radiofrequência
g
FiltroPassa Banda
ADC/DACDSP
Rádio Frequência
(R.F)
FrequênciaIntermédia
(I.F)
BandaBase
Antena
LNA
g
71
Nuno Borges C
arvalho
71
Banda DSP
ADC – Conversor Analógico/DigitalDAC – Conversor Digital/AnalógicoDSP – Processador de Sinal Digital
LNA – Amplificador de baixo ruído
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Rádio que tem capacidade de “sentir” o ambiente espectral.Tem capacidade de se adaptar às alterações do canal de format áti di â i
CONCEITO COGNITIVE RADIO
4. O Cognitive Radio - CR
earesde R
adiofrequência
automática e dinâmica.
Para isso deve:SENTIR o ambiente espectral.
DETECTAR a presença/inexistência de utilizadores.
ADAPTAR-SE aos níveis de potência, banda de frequência e esquemade modulação de modo a evitar interferir noutros sistemas e garantir aqualidade de serviço (QoS) pretendida.
72
Nuno Borges C
arvalho
72
qualidade de serviço (QoS) pretendida.
Definição original de Joseph Mitola (1999):“A radio that employs model based resoning to achieve speciefied level of competence in radio-related domains”
37
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
OPORTUNISTA NA UTILIZAÇÃO DO ESPECTROUTILIZAÇÃO MAIS EFICIENTE DO ESPECTRO
4. O Cognitive Radio - CReares
de Radiofrequência
73
Nuno Borges C
arvalho
73
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Identificação de fontes de sinalInterferentes
Não autorizadas
4. O Cognitive Radio - CR
earesde R
adiofrequência
Verificação de conformidades
??74
Nuno Borges C
arvalho
74
??
38
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Sinais tipicamente digitais
• A sua configuração varia de acordo com o esquema de modulação
4. Novos Paradigmas – SDReares
de Radiofrequência
• Problemas graves de relação potência pico valor médio
75
Nuno Borges C
arvalho
75
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Transmitido Recebido
Conversão I/Q-Tensão
4. Novos Paradigmas – SDR
earesde R
adiofrequência
76
Nuno Borges C
arvalho
76
39
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
ERROR VECTOR MAGNITUDE (EVM)
4. Novos Paradigmas – SDReares
de Radiofrequência
0011 0010
0111 0110
77
Nuno Borges C
arvalho
77
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
TRANSMISSÃO RECEPÇÃO
DigitalAnalógico
Digital
4. Novos Paradigmas – SDR
earesde R
adiofrequência
)
78
Nuno Borges C
arvalho
78
Classificação
Pré-processamento do sinal:•Estimar Largura de Banda•Estimar Frequência da portadora•Nível de sinal/Nível de ruído
40
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
4. Classificação da Modulação X4.5. Estudos Desenvolvidos
4.5.4. Cicloestacionariedade4. Novos Paradigmas – SDR
Cicloestacionariedade
earesde R
adiofrequência
M it d d fí i d l ã t l
79
Nuno Borges C
arvalho
79
Magnitude da superfície da correlação espectral para:
A) BPSK com código Manchester.
B) MSK
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
1. Introdução
2 Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Índice
earesde R
adiofrequência
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
3. A Importância do Sinal de Excitação
4. Novos Paradigmas – SDR
5. Instrumentação para SDR
80
Nuno Borges C
arvalho
80
5. Instrumentação para SDR
6. Cenários de Medida Reais
41
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
As propostas para SDR implicam o uso de conversores Analógico-Digitais eDigitais-Analógicos para a conversão entre domínios..
Por isso no novos rádios deve-se medir não só no domínio analógico, mastambém no domínio digital
5. Instrumentação para SDReares
de Radiofrequência
também no domínio digital.
Num receptor de SDR ideal teremos:
Antena
ANALÓGICO DIGITAL
81
Nuno Borges C
arvalho
81
ADC/DACDSP
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
A parte analógica inclui um amplificador epor vezes um filtro sintonizável.
Por isso factores de mérito tradicionaiscontinuam a ser importantes exemplo:
Antena
ANALÓGICO
ADC/DACDSP
DIGITAL
5. Instrumentação para SDR
earesde R
adiofrequência
continuam a ser importantes, exemplo:
Factor de Ruído
Largura de Banda
VSWR d E t d16dB
15dB14dB
1.1dB
1.6dB
2.1dB
2.6dB
3.1dB
ISC
82
Nuno Borges C
arvalho
82
VSWR de Entrada
Ganho
IMD, IP3
14dB
13dB
42
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Conversores tipo ADC’s e DAC’s impõemfactores de mérito diferentes como:
Antenna
ANALOG
ADC/DACDSP
DIGITAL
5. Instrumentação para SDReares
de Radiofrequência
Ganho estático e Offset
Não linearidade diferencial e integral
Histerese,
Distorção harmónica
83
Nuno Borges C
arvalho
83
Distorção harmónica
Espúrias
SFDR, SINAD, IMD
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Receptor de sub-amostragem passa banda
5. Instrumentação para SDR
earesde R
adiofrequência
Utiliza o circuito de amostragem para transladar o sinal para a 1ª zona
84
Nuno Borges C
arvalho
84
g p pde Nyquist ;
Maximização das capacidades de processamento de sinal → Recepçãomulti-banda;
Utilização obrigatória para sistemas passa-banda → banco de filtrossintonizáveis;
Largura de banda analógica do amostrador deve incluir a portadora de RF.
43
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Soluções visionárias apontam para a utilização de PWM para a construção de um transmissor completamente digital
Idealmente não consome DC, obtendo uma eficiência de 100%.
5. Instrumentação para SDReares
de Radiofrequência
Actualmente não é possível implementar um transmissor a frequências elevadas.
No entanto tem sido utilizado em versões de transmissores EER,
85
Nuno Borges C
arvalho
85
transmissores EER, conhecidos como transmissores polares;
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
A indústria de metrologia para SDR criou algumas soluções de medida às quais chamou Mixed Signal Oscilloscopes (MSOs):
Operam como um osciloscópio com a vantagem de ter canais digitais;
5. Instrumentação para SDR
earesde R
adiofrequência
Permitem a correlação temporal dos sinais analógicos e digitais num mesmo instrumento;
Neste momento apenas permitem amostragem assíncrona e utilizam um relógio interno para amostragem.
86
Nuno Borges C
arvalho
86• Agilent Technologies Inc., www.home.agilent.com
• Tektronix Inc., www.tek.com
44
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Grande parte dos factores de mérito podem ser medidos utilizando combinações de instrumentação digital e analógica.
5. Instrumentação para SDReares
de Radiofrequência
( ) reftntn VNi .22 )()( +⋅⋅⋅+
87
Nuno Borges C
arvalho
87ANALÓGICO DIGITAL
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Alguma soluções passam pela combinação de equipamento
5. Instrumentação para SDR
earesde R
adiofrequência
88
Nuno Borges C
arvalho
88
• Tektronix Inc., www.tek.com
45
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
5. Instrumentação para SDR
Alguma soluções passam pela combinação de equipamentoeares
de Radiofrequência
89
Nuno Borges C
arvalho
89
• Agilent Technologies Inc., www.home.agilent.com
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
5. Instrumentação para SDRNo entanto é ainda possível de utilizar sistemas de domínio mistoanalógico-digital.
earesde R
adiofrequência
Canal Analógico
(Analisador de Redes)
CanalDigital
(Analisador Lógico)
90
Nuno Borges C
arvalho
90
• P. Cruz, N.B. Carvalho, K.A. Remley, and K.G. Gard, “Mixed Analog-Digital Instrumentation forSoftware Defined Radio Characterization”, IEEE Intl. Microwave Symp., Atlanta, June 2008
Receptores SDR Transmissores SDR
a óg co
46
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Os factores de mérito usuais podem ser medidos como usualmente
)(ωV
5. Instrumentação para SDReares
de Radiofrequência
)()()(
)( 11 ωωω
ωρ Dinc
ref SVV
==
∫ −+⋅⋅⋅+2/
)()( .].22[1)(
Ttj
reftntn dteV
TVNi ω
ω
91
Nuno Borges C
arvalho
91
∫−
−
−== 2/
2/
2/
).(1)()(
)( T
T
tjinc
T
inc
digL
dtetvT
TVV
Hωω
ωω
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
1. Introdução
2 Instrumentação Usual para Sistemas de RF
Índice
earesde R
adiofrequência
2. Instrumentação Usual para Sistemas de RF
3. A Importância do Sinal de Excitação
4. Novos Paradigmas – SDR
5. Instrumentação para SDR
92
Nuno Borges C
arvalho
92
5. Instrumentação para SDR
6. Cenários de Medida Reais
47
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Logic Analyzer
10MHz
Implementação Laboratorial
5. Medidas Reaiseares
de Radiofrequência
0.400
+ 1GHz
Logic Analyzer
Oscilloscope
9 00
Rx -
Base
Ban
d P
roce
ssin
g U
nit
A GCCo nt rol
P ow erD e te c to r
... ...101011
... ...110101
Trigger
Trig
ger
93
Nuno Borges C
arvalho
93
Control ComputerGPIBGPIB
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Solução para sincronização (Trigger):
O sinal de trigger sofre de arrastamento (drift) temporalErros costumam surgir pela utilização de sinais não síncronos
5. Medidas Reais
earesde R
adiofrequência
Solução: Utilização de um trigger embebido no sinal deexcitação
94
Nuno Borges C
arvalho
94
48
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
0 350 0 350
Sinal CW
5. Medidas Reaiseares
de Radiofrequência
200 300 400 500 600 700 800 900 1000
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
Gai
n [d
B]
Input Frequency [kHz]200 300 400 500 600 700 800 900 1000
150
200
250
300
Ang
le [º
]
-10 -5 0 5 10 15
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
Gai
n [d
B]
Input Power [dBm]-10 -5 0 5 10 15
50
100
150
200
250
300
Ang
le [º
]
95
Nuno Borges C
arvalho
95
Input Frequency [kHz] Input Power [dBm]
Ganho é constante com a frequência
Fase decresce de forma contínuaPode-se representar curvas AM-AM (azul) e
curvas AM-PM (verde)
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Função de Transferência de dois-tons
0 5 250 250Amplitude Fase
5. Medidas Reais
earesde R
adiofrequência
-10 -5 0 5 10 15
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
Gai
n [d
B]
Input Power [dBm]-10 -5 0 5 10 15
-20
-15
-10
-5
0
|H3(W
2,W2,-W
1)| [d
B]
-10 -5 0 5 10 15
50
100
150
200
Ang
le [º
]
Input Power [dBm]-10 -5 0 5 10 15
50
100
150
200
H3(W
2,W2,-W
1) [º]
96
Nuno Borges C
arvalho
96
p [ ]
A FT de primeira ordem é equivalente às curvas AM-AM / AM-PM
A FT de terceira ordem apresenta um aumento significativo da distorção na compressãoda ADC
49
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Medidas de dois tons
-10
0
5. Medidas Reaiseares
de Radiofrequência
-50
-40
-30
-20
Pout
[dB
m]
Upper Fund. PowerUpper IMD Power
97
Nuno Borges C
arvalho
97
-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10
-70
-60
Pin [dBm]
Upper IMD Power
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Utilização de multi-senos
Tipo de Sinal PAPR [dB]
Uniforme 2.1266
N l 8 5184
5. Medidas Reais
earesde R
adiofrequência
10-2
10-1
100
ility
[%]
UniformNormalConstant Phase
0.1
0.15
0.2
bilit
y [%
]
UniformNormalConstant Phase
Normal 8.5184
Fase Constante 20.0000
98
Nuno Borges C
arvalho
98
0 5 10 15 2010-5
10-4
10-3
PAPR [dB]
Prob
ab
-100 -50 0 50 100-0.05
0
0.05
Amplitude [U]
Prob
ab
50
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Medidas Multi-seno
Potência Fundamental
5. Medidas Reaiseares
de Radiofrequência
-10
-5
0
5
ut [d
B]
Normal
-10
-5
[dB
]
Fase Constante
99
Nuno Borges C
arvalho
99
-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10-25
-20
-15
Pin [dBu]
Pou
SimulatedMeasured
-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10-25
-20
-15
Pin [dBu]
Pout
[
SimulatedMeasured
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Potência de Canal
Adjacente
5. Medidas Reais
Medidas Multi-seno
earesde R
adiofrequência
-50
-40
-30
-20
-10
t [dB
]
Normal
-30
-20
-10
0
dB]
Fase Constante
100
Nuno Borges C
arvalho
100
-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10-100
-90
-80
-70
-60
Pin [dBu]
Pout
SimulatedMeasured
-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10-80
-70
-60
-50
-40
Pin [dBu]
Pout
[d
SimulatedMeasured
51
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line0
5
UniformNormal
20
-10
Medidas Multi-seno
5. Medidas Reaiseares
de Radiofrequência
25
-20
-15
-10
-5
0
Pout
[dB
m]
Constant Phase
70
-60
-50
-40
-30
-20
AC
P [d
Bm
]
UniformNormalConstant Phase
101
Nuno Borges C
arvalho
101
-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15-25
Pin [dBm]
-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15
-70
Pin [dBm]
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Medidas WiMax
• 64-QAM (¾)• BW = 3 MHz
Potência Canal Adjacente
Potência Fundamental
5. Medidas Reais
earesde R
adiofrequência
• PAPR = 9.5266 dB
-10
-5
0
5
ut [d
B]
-35
-30
-25
-20
-15
-10
t [dB
]
102
Nuno Borges C
arvalho
102
-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10-25
-20
-15
Pin [dBu]
Pou
SimulatedMeasured
-50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10-60
-55
-50
-45
-40
35
Pin [dBu]
Pout
SimulatedMeasured
52
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
0
Medidas WiMAX
5. Medidas Reaiseares
de Radiofrequência
-40
-30
-20
-10
Pout
[dB
m]
103
Nuno Borges C
arvalho
103
-45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10
-50
Pin [dBm]
Fund. PowerAdj. Chan. Power
A Metrologia nos Sistem
as Não-Line
Carlos Baptista – ANACOMHugo Gomes – IPLJoão Paulo Martins – ITJosé Carlos Pedro - UAJ é P d B ANACOM
Agradecimentos
earesde R
adiofrequência
José Pedro Borrego – ANACOMKate Remley – NISTKevin Gard – NCSUMichael Steer – NCSUPedro Cabral – UAPedro Cruz – ITPedro Lavrador – UA
104
Nuno Borges C
arvalho
104