Свежее...

<> Современные технологии National Instruments для радиоизмерений: от радиолокации до систем программно-определяемого радио

31 мая - 1 июня 2016 года в Конгресс-центре МТУСИ, г. Москва, ст. метро «Авиамоторная», ул. Авиамоторная, 8а пройдет двухдневный семинар на тему: «Современные технологии National Instruments для радиоизмерений: от радиолокации до систем программно-определяемого радио»


<> The Characteristics and Causes of Phase Noise (p.30), Gary Breed

<> New Components Call for a Hardware Comparison of Receiver Architectures (PDF, c.24), Todd Nelson

<> Fundamentals of Digital Quadrature Modulation (PDF), Ken Gentile

 

 

 

Размещена на сайте и доступна для скачивания компьютерная программа "Радиодизайнер - Инструменты", содержащая:

= Калькулятор логарифмических и электрических величин

= Программа расчета интермодуляционных продуктов на выходе смесителей/преобразователей сигналов

 Программный комплекс "Вектор". Версия 5.0 Печать

Программный комплекс "Вектор". Версия 5.0

Современные стандарты на системы связи, особенно на системы подвижной связи, подвергаются непрерывному совершенствованию, переработке. Переход к использованию таких компьютеризированных измерительных комплексов позволит оперативно реагировать на стремительно изменяющуюся ситуацию в теории и технике систем и устройств телекоммуникаций и решать задачи обучения современным телекоммуникационным технологиям в образовательных учреждениях, где вопросы обеспечения современным оборудованием в условиях недостаточного финансирования стоят наиболее остро. При использовании программного комплекса необходимые изменения в процессы измерений и тестирования могут вноситься достаточно быстро. Это происходит, как правило, или путем подключения к основной программе новых библиотек, или путем разработки новых версий уже используемых библиотек. Широкое использование программного комплекса позволит в максимально короткие сроки внедрять в образовательные программы последние достижения в области связи, решать задачи обучения современным телекоммуникационным технологиям в образовательных учреждениях, а также в быстро внедрять в образовательные программы последние достижения в этой области. Разработанный программный комплекс по своим функциональным возможностям не имеет аналогов в России.
Программа векторного формирования (генерации) сигналов «Вектор-VSG», предназначена для формирования отсчетов квадратурных составляющих модулированных сигналов, используемых в наиболее распространенных стандартах и технологиях связи: многотоновые, GMSK, 8-PSK; EDGE, QAM (4, 8, 16, 32, 64, 128, 256-QAM), 16-PSK, 64-PSK с возможностью записи их в файлы популярных форматов – ASCII, бинарный. Программный комплекс позволяет создавать непакетированные сигналы с различными видами модуляции, пакетированные сигналы систем GSM и EDGE, сигналы с введенными искажениями различного вида: шумов тракта формирования сигнала и тракта опорного сигнала, сдвига постоянной составляющей сигнала (DC offset), фазовой ошибки (Phase error); разбаланса амплитуд и фаз (IQ imbalance); частотного сдвига (Frequency deviation). При этом могут быть использованы предмодуляционные фильтры различного рода, в том числе стандартные, применение которых регламентировано соответствующими нормативными документами [1,2]. Программа векторного анализа сигналов «Вектор-VSA» позволяет производить всесторонний анализ сигналов, вычисление различных их параметров и характеристик. Работа с программой осуществляется с использованием ряда окон. При этом могут быть выбраны различные формы отображения сигнала: сигнальное созвездие или векторная диаграмма, временное отображение сигнала в виде графиков, амплитудные и фазовые спектры и т.д.
При анализе сигналов, при необходимости, производится их демодуляция, восстановление тактовых последовательностей, получение копии исходного сообщения и т.д. Программа позволяет рассчитывать ряд характеристик сигналов, одним из которых является вектор сигнала ошибки EVM. Требования на величину этого параметра входит составной частью во все современные стандарты на цифровые системы связи. Отсчеты анализируемых сигналы могут быть заданы в виде файлов различного формата (pcm, txt) и при необходимости программно переконвертированы.


В реализованной в настоящее время версии 5.0 программного комплекса векторного формирования и анализа сигналов “Вектор” добавлен ряд новых важных функциональных возможностей:

  • генерация сигнала OFDM, генерация пакетированных сигналов стандарта GSM и EDGE;
  • статическая регулировка мощности сигнала в таймслотах;
  • динамическая регулировка мощности – рампинг;
  • имитация многолучевого канала связи.


Следует особо отметить ряд новых функциональных возможностей, реализованных в последней версии программы, связанных с использованием статистических характеристик модулированного сигнала:

  • автоматическое определение вида модуляции,
  • компенсация ряда искажений модулированного сигнала (постоянной составляющей, частотной и фазовой ошибок),
  • определение величины вектора ошибки EVM и его временных зависимостей,
  • получение интегральной функции распределения уровней сигнала CCDF.


Возможность получения вектора ошибки и функции вектора ошибки реализована при разработке и программной реализации программного модуля универсального демодулятора для основных видов модуляции в программе векторного анализа VSA.



К сожалению, временная форма сложных сигналов, используемых в современных системах связи, не позволяет определить степень искажения модулированного сигнала из-за свойствененного ей случайного характера и изменчивости. Чтобы извлекать полезную информацию из такого шумоподобного сигнала, необходимо использовать статистическое описание уровней мощности в этом сигнале, с получением широко используемых в настоящее время для оценки качества модулированных сигналов величина вектора ошибки EVM (Error Vector Magnitude)и графика интегральной функции распределения уровней сигнала CCDF (complementary-cumulative-distribution-function).
Одним из наиболее широко используемых количественных показателей качества модуляции в цифровых системах связи является величина вектора ошибки EVM. В общем случае вектор ошибки EV - векторное различие между идеальным опорным сигналом (ideal reference signal) и измеряемым сигналом (measured signal), что иллюстрирует рисунок 1.



Рис. 1. Графическое представление вектора ошибки EVM


При вычислении величины (амплитуды) вектора ошибки EVM для каждого символа сигнала на определенном интервале измерений необходимо найти значения вектора ошибки как разность между идеальным опорным положением сигнальной точки и положением сигнальной точки реального измеряемого сигнала. Далее находится среднее (среднеквадратичное) значение вектора ошибки EVM. Так как амплитуда символов в сигнальном созвездии может быть различной, величина вектора EVM, как правило, нормализуется относительно среднеквадратичного значения (root-mean-square, rms) мощности символа:
EVM = (среднеквадратичное значение вектора ошибки / среднеквадратичное значение мощности символа) x 100 %.
Величина вектора ошибки EVM чувствительна к любому ухудшению качества сигнала, влияющему на величину и фазовую траекторию вектора сигнала. Существует регулярные искажения созвездия, образно говоря, видные глазом: смещение DC, амплитудный и фазовый разбаланс и т.д. Все они при измерении величины EVM не должны учитываться, их необходимо предварительно 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. Перед измерением EVM необходимо произвести нормализацию измеряемого сигнала.
Регулярные, систематические (линейные) искажения сигнального созвездия, например, разбаланс квадратурных каналов, сдвиг по напряжению, частотная ошибка - не должны учитываться при нахождении EVM, так как такие искажения достаточно легко устраняются (компенсируются) при обработке сигнала в цифровом бейсбенд тракте, что и реализовано в программе VSA (рис. 2).




Рис. 2. Процесс компесации ошибок различного рода при определении величины вектора ошибок EVM


Возможна оценка вектора EVM и в логарифмических величинах – дБ. Особенности определения величины вектора ошибки EVM можно найти в нормативных документах на конкретный стандарт связи. Практически измерение величины EVM чаще всего происходит с использованием так называемого двухточечного метода. При этом на вход измерителя EVM, как это показано на рис. 3, наряду с исследуемым сигналом подается идеальный опорный сигнал, который может быть взят с тестирующего оборудования.



Рис. 3. Двухточечный и одноточечный метод измерения EVM


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). В программном комплексе реализован одноточечный метод универсального алгоритма определения величины вектора ошибки EVM для различных видов цифровой модуляции и, кроме того, программный блок нахождения временных зависимостей величины вектора ошибки EVM, разрабатывается методика использования этих зависимостей при тестировании радиоборудования для различных видов цифровой модуляции.


Следует отметить, что величина вектора ошибки лишь дает количественную оценку качества модулированного сигнала, но не отображает вид нарушения целостности, не дает возможности определения источника и характера этого нарушения. Более «тонким» механизмом анализа качества модулированного сигнала является уже упоминавшаяся интегральная функция распределения уровней сигнала CCDF. Эта статистическая характеристика показывает, сколько времени сигнал равен или превышает определенный уровень мощности и отображает, по сути дела, динамику огибающей сигнала.
Функция CCDF имеет строго индивидуальный вид для каждого из видов модуляции, что позволяет использовать ее для оценки качества формируемого сигнала. Любое повреждение целостности сигнала приводит к изменению вида функции. В отличие от использования величины вектора EVM, анализ вида CCDF позволяет не только оценить степень повреждения сигнала, но и указать на характер и источник этого повреждения. Вид функции CCDF зависит от информационного наполнения сигнала, поэтому она может быть использована для комплексного тестирования трактов и каналов. Для этого необходимо знать канонический вид функции для тестируемого канала, зафиксировать и правильно интерпретировать отличия полученной функции CCDF от канонического вида.




Рис. 4. Функция распределения CCDF для QPSK сигнала с предмодуляционной фильтрацией и сигнала с ограничением (нижний рисунок)


С помощью кривых CCDF можно определить ряд важных характеристик при проектировании и тестировании РЧ устройств. Например, сжатие (ограничение) сигнала может быть легко обнаружено путем сравнения CCDF входного сигнала и усиленного выходного сигнала, что иллюстрирует рис. 4. Как можно видеть, эффект ограничения проявляется в “срезании” выбросов сигнальных траекторий по углам векторной 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. Этот эффект делает CCDF хорошим индикатором оценки степени линейности тракта передачи, в частности уровня компрессии сигнала в УМ.



Введение описанных функций программного комплекса “Вектор” позволяет существенно расширить области его применения, в том числе в учебном процессе по ряду новых направлений, перспективных с точки зрения организации новых лабораторных работ, которые могут быть использованы в учебном процессе университетов по целому ряду дисциплин по направлениям Телекоммуникации, Радиотехника.

Литература
1. 3GPP TS 25.101. Technical Specification 3rd Generation Partnership Project; User Equipment (UE) radio transmission and reception (FDD).
2. Using Vector Modulation Analysis in the Integration, Troubleshooting, and Design of Digital RF Communications Systems, Agilent Product Note 89400-8, literature number 5091-8687E.

  • Вконтакте
  • Facebook
 
© 2009 РадиоДизайн и РЧ технологии. RF Design | 1999-2013 RF Design, Сергей Дингес, Sergey Dinges, RD3BY, email: rfdesign@yandex.ru
Locations of visitors to this page

- Click on a block below to learn about it!  Ӱ᫲ ౨歠, ౨歭髨, Receiver, Rx  Ӱ᫲ র楠謠Tx  Ӱ᫲ 鮲樠 Ჲﲠ  Ҳᮤᱲ, 涭אַ䩨 䀧蠢 coords=11,218,130,250 href=  Ѡ婮র楠ࡱ餭ᬮ⬠ᥨ舘汴檱, 鱭塨檱  Ա缾㠠ᨤ欥 ᫲ 㶮宻塐נ��쨬 Front End Modul, FEM  Ա鬨欨 ͮ謠Ԍ, Power Amplifier, PA  Ҭ沨欨 衯毡ᨮ㡲欨 ї 餭ᬮ⬠Mixers   ͮ崫ﱻ ї ⬮믢, Modulators  ĥᳮ, ౠ㬿死塭ᰰ禭馬 (ēͩ, Voltage Controlled Oscillator (VCO)   Ҩ衲ﱻ Ჲﲬ Frequency Synthesizers  ї 鬨欨 ��謠Power Amplifiers  Ҩ死 䀧謠ﲭ ௱玲鿠  Ҩ死 䀧謠鯭鱮㡭饠