מאת: Sylvia Reitz. משקף תנודות (אוסצילוסקופ) R&S® RTO של חברת Rohde & Schwarz הוא משקף התנודות היחיד בשוק עם ממשק להעברת נתוני קלט ופלט אל תוכנת ניתוח. בשילוב עם אפשרות השימוש בתוכנת R&S® RTO- K11, משקף התנודות מבצע הרכשה של אותות שמאופננים באופן ספרתי ומייצא את נתוני הקלט והפלט המתאימים עם קצב דגימה שניתן לכוונון אל תוכנת ניתוח, כמו למשל ®MATLAB או LabVIEW. המשקף מנתח אותות OFDM ו-NFC עד לפרט האחרון, באמצעות כלים מיוחדים מבית היוצר של חברת Rohde & Schwarz.
עקרונות הפעולה של מצב הדגימה I/Q שלR&S® RTO
ממשק תוכנת R&S® RTO-K11 I/Q תומך בכניסה של האותות הבאים אל משקף התנודות R&S® RTO:
אותות ת”ר (RF) אמיתיים
אותות תב”ם (IF) בתבנית I/Q מורכבת (במופע זהה ובמופע ניצב)
אותות תבנית I/Q מורכבת (במופע זהה ובמופע ניצב) בפס הבסיס
לאחר המרה מאנלוגי לספרתי, המשקף R&S® RTO ממיר אותות ת”ר אמיתיים מאופננים מתדירות גל הנושא אל תדירות פס הבסיס, באמצעות מתנד מבוקר באופן מספרי (NCO), (ראה איור 1). האות עובר סינון במסנן נמוכים, ולאחר מכן עובר דגימה חוזרת בקצב הדגימה המוגדר. נתוני I/Q שמופקים נשמרים בזיכרון. מאחר שלכל אות כניסה יש צורך בערוץ נפרד של משקף התנודות, דגם של ארבעה ערוצים יכול לבצע הרכשה במקביל של עד ארבעה אותות ת”ר אמיתיים.
משקף התנודות פועל באופן דומה עבור אותות I/Q מורכבים בפס תדר הביניים. אותות כאלו עוברים עיבוד, למשל על ידי מקלטי תדר ביניים נמוך. רכיבים אלו יכולים לשמש למשל במכשירי טלוויזיה, לצורך קליטה של אותות מאופננים באופן ספרתי. הם ממירים את אותות ת”ר הנקלטים, לאות תב”ם נמוך, על מנת למנוע בעיות עם היסט המתח הישר של הממיר מאנלוגי לספרתי. לאחר ההמרה לספרתי, המעגלים הספרתיים של מקלט התב”ם הנמוך, ממיר את האות לפס הבסיס.
המשקף R&S® RTO ממיר לתדירות כלפי מטה את הסוגים האלו מתדר הביניים לפס הבסיס, שם הם עוברים סינון במסנן נמוכים ומומרים לקצב הדגימה הדרוש (איור 2). בניגוד לעיבוד של אותות כניסה אמיתיים בת”ר, יש צורך בשני ערוצים של משקף התנודות עבור כל אחד מאותות הכניסה: ערוץ אחד עבור הרכיב שנמצא במופע (I) וערוץ נוסף עבור הרכיב שנמצא במופע ניצב (Q).
אותות I/Q בפס הבסיס המורכב קיימים למשל כאשר המשתמש מבצע מדידות על שבב של פס הבסיס. באמצעות אפשרות התוכנה R&S® RTO-K11 אפשר לבצע הרכשה של אותות אלו ולהמיר אותם לקצב הדגימה הנדרש לצורך ניתוח נוסף. אין צורך בהמרה לתדירות נמוכה יותר. כל שנדרש הוא להעביר את האות במסנן מעביר נמוכים, ולהמיר אותו לקצב הדגימה (איור 3). שני ערוצי משקף תנודות נדרשים עבור כל פס בסיס – האחד עבור האות שבמופע (I), ואחד נוסף עבור האות שבמופע ניצב (Q). משקף R&S® RTO בעל ארבעה ערוצים יכול לעבד שני אותות בפס הבסיס בו זמנית.
ממשק I/Q גנרי
לניתוח אותות
משקפי תנודות הנמכרים באופן מסחרי, מפיקים במוצא רק את אות הכניסה שנדגם על ידי הממיר מאנלוגי לספרתי. לפני ניתוח I/Q הממשי, על המשתמשים לוודא שתדירות האות מומרת כלפי מטה אל פס הבסיס, ושהאות עובר סינון ומומר אל קצב הדגימה הנדרש – פעולות שטומנות בחובן אפשרות לשגיאות, והן צורכות זמן.
בעזרת משקף התנודות R&S® RTO הופך התהליך הזה למהיר יותר ולקל יותר. ממשק התוכנה R&S® RTO-K11 לניתוח I/Q מפיק את נתוני I/Q מאות הכניסה ומספק את הנתונים האלו בקצב דגימה שניתן להגדרה על ידי המשתמש. על המשתמשים לייצא בפשטות את הנתונים לתוך כלי הניתוח והם יכולים להתחיל מייד בפענוח האפנון. הטווח הרחב של פונקציות הניתוח והפעולה הנוחה של תוכנת ®MATLAB הופכים אותה לכלי המתאים ביותר לניתוח נתוני I/Q. אפשר גם להשתמש בסביבות תכנון אחרות כגון LabVIEW.
לצורך שידור נתונים, המשתמשים מבצעים את ההגדרות הנדרשות בתוכנת
R&S® RTO-K11 בעזרת פקודות פשוטות ומועטות בשליטה מרחוק או על ידי הפעלה ידנית של התוכנה. את הנתונים אפשר לשמור בזיכרון USB נשלף או על כונן קשיח של המשקף R&S® RTO במגוון של תבניות כגון CSV או XML. עבור משימות ניתוח מיוחדות, חברת Rohde & Schwarz מציעה את תוכנת ניתוח האותות הווקטורי R&S® FS-K96 OFDM ואת התוכנה R&S® FS-K112 לניתוח של התקשורת בשדה הקרוב (NFC). שתי האפשרויות תומכות בנתחי ספקטרום של Rohde & Schwarz כמו למשל, R&S® FSW, R&S® FSV או במשקף התנודות R&S® RTO עם ממשק התוכנה R&S® RTO-K11 המותקן במשקף לאותות I/Q אשר משמש במהלך הרכשת אותות.
זמן הרכשה ארוך שמקורו בהמרת תדירות כלפי מטה שנתמכת בתוכנה
בדרך לנתוני I/Q התוכנה R&S® RTO- K11 ממירה את אותות הכניסה, מת”ר או מתב”ם לפס הבסיס המורכב. במשקף R&S® RTO משימה זו ממומשת בחומרה ועל כן, מתבצעת מהר יותר מאשר בחישובים מבוססי תוכנה. קצב הדגימה שנוצר כתוצאה יכול להיות נמוך באופן יחסי, מאחר שאחרי המרת התדירות כלפי מטה יש לדגום רק את האותות שבפס הבסיס. כך מתאפשר למשתמשים לבצע הרכשה של אותות במהלך פרקי זמן ארוכים, מבלי שיהיה צורך לנהל כמויות גדולות של נתונים.
למשל, נניח שיש לאפנן ולנתח אות עם רוחב פס של 80 מגה הרץ ותדירות גל נושא של 3 ג’יגה הרץ. כאשר משתמשים בממשק התוכנה R&S® RTO-K11 לאותות I/Q, רוחב הפס יכול להגיע עד 80% מרוחב הפס לפי Nyquist. לכן, לאחר ההמרה מבוססת החומרה כלפי מטה אל פס הבסיס, די בקצב דגימה של 100 מגה דגימות בשנייה. הממשק R&S® RTO-K11 תומך בעומק זיכרון מרבי של 10 מגה דגימות, אשר מתאים לזמן הרכשה של 100 מילי שניות עבור נתוני I/Q של האות שבדוגמה.
למשקפי תנודות שנמכרים באופן מסחרי, אשר משתמשים בהמרה מבוססת תוכנה של תדירות כלפי מטה, יש צורך בקצב דגימה מזערי של 6.1 ג’יגה דגימות בשנייה עבור אותו אות (שבדוגמה). לזמן הרכשה של 100 מילי שניות, נדרשים 610 מגה דגימות. כמות גדולה כזו של נתונים מאלצת את המשתמשים להשקיע בהרחבת עומק הזיכרון (אם בכלל אפשר) או להתפשר על זמני הרכשה קצרים יותר.
דוגמה: ניתוח של אות על פי 802.11ac
התקן 802.11ac הוא חלק מתקן 802.11 רשתות LAN אלחוטיות, והוא מבוסס בעיקרו על תקן 802.11n. כתוצאה משיטות אפנון מסדר גבוה יותר (264QAM) וכתוצאה מרוחבי פס גבוהים יותר (80 מגה הרץ ו- 160 מגה הרץ), התקן 802.11ac מגיע לתפוקת נתונים גבוהה יותר בפס 5 ג’יגה הרץ.
המשקף R&S® RTO יכול לשמש לצורך הרכשה של נתונים כדי לפענח את האפנון של אותות בתקן 802.11ac בעת בדיקות משדרים, אם אות WLAN נמצא בפס הבסיס או בפס תב”ם. תוכנת ניתוח האותות הווקטורי R&S® FS-K96 OFDM יכולה לשמש כדי לפענח את האפנון של האות ולנתח אותו. אפשרות זו כוללת קובצי קונפיגורציה תואמי תקנים עבור תקני תקשורת מבוססי OFDM כגון 802.16 (WiMAXTM) והתקנים IEEE 802.11a / g / n / ac
(WLAN). אפשר גם לבצע ניתוח של אותות OFDM קנייניים, כמו אלו המשמשים למשל ביישומים צבאיים.
איור 4 ואיור 5 מציגים את תוצאות הניתוח של אות בתקן 802.11ac ברוחב 80 מגה הרץ, שהורכשו על ידי המשקף R&S® RTO ועברו ניתוח באמצעות התוכנה R&S® FS–K96. הודות למאפיינים יוצאי הדופן של מעגלי הממשק של R&S® RTO הושג EVM כולל מצוין של – 42 dB באופן מעשי ברמה של נתח האותות בטווח אמצעי.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת איסטרוניקס
