FőoldalRendszerintegrátorValósidejű spektrumanalízis a korszerű rádiós alkalmazások szolgálatában
2013. szeptember 16., hétfő

Valósidejű spektrumanalízis a korszerű rádiós alkalmazások szolgálatában

13-5-h-5-0Többek között a vezeték nélküli kommunikációs rendszerekre is jellemző, hogy a specifikációk teljesítése a megbízhatóságot és teljesítményt illetően egyre nehezebb, betudhatóan annak, hogy az újabb generációs rendszereknél gyakori az igény a többsávos rádiókra, a nagy adatsebességre és az integrált kialakításra
E rendszereknél közös, hogy az egyre összetettebbé váló, időben gyorsabb lefolyású és általánosságban véve is rapszodikusabb viselkedésű jeleik olyan frekvenciatartománybeli mérési megoldást követelnek meg, amely valósidőben, időbeli hézagoktól mentesen működik. Ez a tendencia egyre jellemzőbb a hétköznapibb alkalmazásokra is.

1. ábra. Az Agilent Technologies N9030A PXA-szériás jelanalizátora valós idejű spektrumanalízis közbenAz Agilent Technologies a saját fejlesztésű, valósidejű spektrumanalizátor, ill. spektrumanalízis (összefoglaló néven a továbbiakban: RTSA1) megoldását az újonnan szállított, ill. korábban beszerzett N9030A PXA-sorozatú jelanalizátoraihoz kínálja (lásd 1. ábra). Az elektronikai méréstechnikában ez az első olyan mérőműszeres megoldás, amellyel egy hagyományos (frekvenciasöpréses) jelanalizátor a vásárlást követően felruházható RTSA funkcióval, méghozzá igen költséghatékonyan, hiszen egy új analizátor vásárlásához képest mintegy tizedakkora költséget jelent a beszerzése.

A PXA jelanalizátorra telepített RTSA bővítmény lehetővé teszi, hogy az igen nehezen megfogható jeleket észrevegyük, rögzítsük és elemezzük, laboratóriumi vagy terepi körülmények között egyaránt. A behatóbb jel­analízisre igényt tartók számára jó hír, hogy a PXA RTSA-t természetesen támogatja az Agilent egyedülálló jelanalízis-szoftvere, a 89600 VSA is, amellyel bármilyen összetettségű, akár modulált jelet minden igényt kielégítő részletességgel lehet elemezni.

Mit jelent a valósidejű spektrumanalízis?


2. ábra. A nem valós idejű és valós idejű spektrum­­analízis magyarázata az időbeli mintavételezés és számítási műveletek összefüggése alapjánA „valósidejű spektrumanalízis" értelmezése egyénfüggő, az Agilent a lényegi részre a következő definíciót adja meg. Egy digitális középfrekvenciás fokozattal rendelkező jel-analizátorban a valósidejű működési állapot azt jelenti, amelyben minden jelminta valamely mérési eredmény vagy triggerművelet céljára feldolgozásra kerül (lásd 2. ábra). Jel­analizátornál valósidejű működésről akkor beszélhetünk, ha a számítási teljesítmény elegendően nagy ahhoz, hogy a mintavételezett adatokat a közöttük lévő, időbeli hézagoktól mentesen elemezze a műszer. A 2. ábrán az indexelt CALC jelöléssel feltüntetett számítási műveletek alá értendő az FFT, a teljesítményspektrum számítása, átlagolás, kijelzőfrissítés stb.

A holtidő nélküli analízisen felül egy RTSA-nál elengedhetetlen továbbá a nagy és állandó sebességű mérés, az összetett adatmegjelenítésű kijelző, valamint a frekvencia­maszkos triggerelés (FMT2) támogatása (lásd később). Nagy általánosságban az RTSA-val nyert spektrumfolyamokat kétféleképp lehet felhasználni: a spektrumfolyam elemeit összetett spektrumképpé kombinálhatjuk, vagy egymásra következő összehasonlítást végezhetünk egy határértékeket reprezentáló maszk alapján. Az Agilent PXA RTSA mindkét alkalmazást támogatja.

A valósidejű spektrumanalízis implementálása a PXA jelanalizátorban


Akárcsak a dedikált RTSA-knál, a PXA-alapú megoldásnál is géporientált IC-k és FPGA-k kombinált hálózata alakítja át a mintavételezett jeladatokat spektrumképpé, közel 300 ezer spektrumkép/másodperc sebességgel. A spektrumadatokat a műszer egy igen nagy mennyiségű, hasznos információt tartalmazó adathalmazzá és összesített képpé (pl. jel-/teljesítménysűrűségi és hisztogramképek) egyesíti. További lehetőség emellett, hogy a műszer a spektrumfolyam elemeit egymást követően méri, majd egy határértékekkel és logikai feltételekkel specifikált maszkkal összeveti, és így spektrum- és viselkedésfüggő frekvenciamaszkolásos triggerelést végez. Az RTSA mint méréstechnikai megoldás úgy a leghatékonyabb, ha a spektrumanalizátor hardvere támogatja a nagy analízis-sávszélességet, nagy dinamikatartományt, integrált méréstechnikai műveletek széles skáláját, továbbá nagy észlelési valószínűséggel (POI3) működik.

Analízis-sávszélesség


Minél nagyobb egy jel sávszélessége és frekvenciatartománybeli kiterjedése, annál nagyobb analízis-sávszélességre van szükség a jelanalizátoron. A valósidejű méréseknél jelenleg akár 160 MHz-et is támogató PXA RTSA megfelel minden mai, korszerű rendszerekben használt, szélessávú jelek által támasztott követelményeknek (lásd pl. 802.11ac szabványú WiFi rádiók). Ez a 160 MHz-es, holtidőmentes sávszélesség nemcsak a szimpla RTSA-nál, hanem természetesen az FMT-nél, holtidő nélküli időmérésnél és IF-triggerelésnél a valósidejű magnitúdószámításnál is rendelkezésre áll. Néhány másik, hasonló analizátortól eltérően a PXA RTSA minden esetben holtidő nélküli adatokat gyűjt az akár 160 MHz analízis-sávszélességgel bezárólag. Ezáltal a felhasználó minden esetben biztos lehet benne, hogy a valósidejű módban folyamatos rögzítés történik, így az időszakos, ill. időben nagyon gyorsan változó jelekről mindig rendelkezésre állnak a részletes mérési adatok.

Dinamikatartomány


A PXA RTSA-nál a teljes, 160 MHz-es analízis-sávszélességen elérhető, -75 dBc SFDR4 lehetővé teszi a kis-amplitúdójú, időszakosan és ritkán megjelenő jelek nagy pontosságú mérését olyan esetekben is, amikor nagy amplitúdójú jelek is jelen vannak a mérés során. A dinamikatartományt jelentősen kiterjeszti a PXA jelanalizátor eredendően alacsony saját zajszintje, amely nagyon kis amplitúdójú jelek esetén még tovább is bővíthető az analizátorhoz rendelhető, érzékenységet javító, kiszajú jelút („low-noise path") opcióval. A PXA jelanalizátor minden körülmények között alacsony zajszintje nagy hatásfokkal segíti elő a kisamplitúdójú jelek zajtól történő elkülönítését.

Az észlelési valószínűség (POI)


Mint láthattuk, a POI az RTSA-k egyik kulcsfontosságú műszaki paramétere, és alapvetően befolyásolja a valósidejű analízis-képességet. A PXA RTSA képes akár az 5 ns időtartamú jelek érzékelésére is, a 3,57 µs rövidségű jelek pedig 100% POI-val detektálhatók, teljes amplitúdópontosság mellett. A holtidőmentes analízis csak egyik eleme a POI-nak, amely utóbbit egy valós műszer esetében befolyásolják továbbá az analizátor és a feldolgozórész dinamikatartománya (beleértve az érzékenységet), a mintavételezési sávszélesség, a feldolgozás folyamatossága, valamint az FFT feldolgozási átlapolása (amely kompenzálja az ablakozófüggvények formáját).

Integrált jelanalízis-képességek


3. ábra. Valós idejű spektrummérés indítása tranziensesemény hatására az FMT használatával a 89600 VSA szoftverbenBizonyos esetekben elegendő csupán megtalálni az időszakosan, nagy ritkasággal előforduló jeleket, hiszen gyakran elégséges megoldást jelent a feladatra nézve megállapítani a jel puszta jelenlétét (illetve esetleg spektrális alakját). Más esetekben a jel megtalálása valójában csak az első lépés megtételét jelenti a probléma megoldása felé vezető úton. A PXA RTSA és a VSA vektorjel-analizátor szoftver együttes használatával a valósidejű mérésnél megtalált jelek behatóan elemezhetők és demodulálhatók, a valósidejű FMT pedig lehetővé teszi, hogy a VSA mérési funkcióit (beleértve a demodulálást és időmérést) csak a nagyon időszakos megjelenésű jelekre összepontosítsuk (lásd 3. ábra). Ezek a funkciók különösen hatékonyak akkor, ha modulált tranzienseket, frekvenciaugrásos jeleket, frekvenciabeállást, jelforrások (pl. feszültségvezérelt oszcillátorok) nemkívánatos tranzienseit stb. kell mérnünk. A VSA szoftver lehetővé teszi azt is, hogy egy adott jel több jellemzőjét vizsgáljuk nagy részletességgel, egyetlen nézetben (lásd a 3. ábra felső részén a jel időben kapuzott spektrumát, illetve a 3. ábra alján kékkel a teljesítmény-burkológörbét és zölddel az időbeli jelalakot).

A valósidőben mért jeladatok teljes körű bemérése


Ha teljesen ki szeretnénk aknázni az RTSA-ban rejlő lehetőségeket, érdemes még tüzetesebben megvizsgálni a hisztogramot vagy jelsűrűségmérést, illetve az FMT-t.

Hisztogram vagy jelsűrűségmérés


Az RTSA-ban az informatív, megjelenített képeket összesített statisztikákból állítják elő úgy, hogy feltüntetik az egyes mérési eredmények (pl. egy adott amplitúdó egy adott frekvencián) előfordulásának gyakoriságát. Ez a hisztogramos mérési mód tehát megjeleníti a frekvencia szerinti előfordulási gyakoriságot, ezért úgy is lehet rá tekinteni, mint az előfordulási valószínűség előzmények szerinti mérésére. Ebben a módban színnel vagy intenzitással kódolt formában látjuk az eredményeket, amely fokozható a digitális tárolóoszcilloszkópok világából ismert perzisztenciamóddal is, amellyel a legfrissebb és régebbi események látványosabban elkülöníthetők. Egy külön megjelenítési rétegen ábrázolhatók további adatok is, mint például az átlag. Ez a megjelenítési mód elősegíti, hogy a műszer használói a ritka eseményekre, tranziensekre összpontosítsanak, és elkülönítsék őket az elvárt viselkedéstől. A perzisztenciajellemzők és a színkódos súlyozás változtatásával a specifikus megfigyelések könnyedén kiemelhetők.

Az FMT és alkalmazása


Ha egy bizonyos jelet keresünk, az FMT-vel van lehetőségünk a nagy sebességű spektrumfolyam összevetésére egy felhasználó által definiált spektrummaszkkal. Ennek megsértésekor egy triggeresemény zajlik le. Az FMT még jobb hatásfokú lehet abban az esetben, ha logikai feltételekkel paraméterezzük (pl. jel kilépése a maszkból vagy újra­belépése a maszkba).

A PXA RTSA-nál a maszk lehet alsó és felső határértékek kombinációja, amely numerikusan vagy grafikusan is leírható. Az analizátor felhasználhatja a mérési adatokat is a maszk automatikus előállítására, amely természetesen igény esetén módosítható. Az eljárás egyszerűsíthető, ha a maszkot az élő adatokkal párhuzamosan megjelenítjük. Az FMT-vel egymást követő triggerek is generálhatók relatív nagy gyakorisággal, ugyanakkor pedig olyan helyzetekre is kiválóan alkalmas, amikor két megfigyelendő esemény között percek vagy akár órák telnek el. A VSA szoftverrel támogatott mérőrendszer esetén triggerelés előtti és utáni késleltetések is beállíthatók, amely alkalmas az esemény kezdetének és végének, illetve természetesen a közbeeső részek rögzítésére is.

A kombinált RTSA létjogosultsága


A mai gazdasági környezetben szinte mindenhol igen szigorúak a beszerzési szabályok, így nagyon nehezen szerezhetők be olyan nagy értékű, dedikált műszerek, mint egy RTSA. Ennek egyik következménye, hogy a műszerhasználókat rákényszerítik arra, hogy a már használatban lévő műszereket mind teljesebben használják ki.

Ez utóbbi az egyik legfőbb oka annak, hogy az Agilent az RTSA-megoldását utólag is telepíthető műszeropcióként kínálja PXA-sorozatú jelanalizátoraihoz, amelyek hardvere maximálisan alkalmas az ilyen kifinomult alkalmazások kezelésére. A PXA egyetlen készülékben egyesíti a hagyományos jelanalizátort és az RTSA-t, és mindkét esetben csúcskategóriás megoldást ajánl.

4. ábra.Az eggyel kisebb kategóriás N9020A MXA-sorozatú jelanalizátorok felhasználói számára jó hír, hogy az Agilent nyáron bejelentette, hogy idén ősztől erre a műszercsaládra is kiadja az RTSA-opciót (lásd 4. ábra). A 89600 VSA szoftverrel szintén kompatibilis, és akár 160 MHz analízis-sávszélességet támogató MXA-val a felső-középkategóriás spektrumanalizátorok felhasználói számára is elérhetővé válik egy igen költséghatékony, nagy teljesítményű RTSA-megoldás.

A Medexpert Kft. honlapja

Az Agilent kapcsolódó honlapja

1: Real-Time Spectrum (Signal) Analyzer
2: Frequency Mask Triggering
3: Probability Of Intercept: annak a valószínűsége, hogy az RTSA az adott időtartamú jeleket észleli és méréseket hajt végre rajta.
4: Spurious-Free Dynamic Range: zavarójelmentes dinamikatartomány, vagyis az alapjel aránya a legerősebb kimeneti zavarójelhez.

Tudomány / Alapkutatás

tudomany

CAD/CAM

cad

Járműelektronika

jarmuelektronika

Led technológia

Led technológia

Rendezvények / Kiállítások

Mostanában nincsenek események
Nincs megjeleníthető esemény