Grundlagen der Spektrumanalyse.pdf - Ing. H. Heuermann

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Grundlagen der Spektrumanalyse Häufige Messungen und Funktionserweiterungen 6.3.2 Wichtige Parameter bei der Nachbarkanal- Leistungsmessung Neben der Kanalbandbreite (channel bandwidth) des Nutzkanals und der Nachbarkanäle sind auch die Kanal-Abstände (channel spacing) wichtige Parameter bei der Nachbarkanal-Leistungsmessung. Unter dem Kanalabstand versteht man die Differenz zwischen der Kanalmittenfrequenz des Nutzkanals und der des jeweiligen Nachbarkanals. Ebenso ist die Anzahl der Nachbarkanäle, in denen die Kanalleistung gemessen werden soll, von Bedeutung. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick darüber, welche Kanäle abhängig von der Kanalanzahl zu messen sind: Anzahl der Kanäle Zu messende Kanalleistung 0 Nur Nutzkanal 1 Nutzkanal und oberer/unterer Nachbarkanal (upper / lower adjacent channel) 2 Nutzkanal und unterhalb sowie oberhalb des Nutzkanals je zwei benachbarte Kanäle (adjacent channels + 1. alternate channels) 3 Nutzkanal und unterhalb und oberhalb des Nutzkanals je drei benachbarte Kanäle (adjacent channels + 1. alternate channels + 2. alternate channels) Wie in Bild 6-21 dargestellt, haben die verschiedenen Nachbarkanäle abhängig von ihrer Lage zum Nutzkanal verschiedene Bezeichnungen. Die Anzahl der Kanäle ist in diesem Beispiel auf zwei eingestellt. Ref -10 dBm -20 -30 -40 1RM * cl2 CLRWR -50 -60 -70 -80 -90 -100 Att 10 dB * RBW 30 kHz * VBW 300 kHz * SWT 100 ms Center 2.1 GHz 2.546574363 MHz/ Span 25.46574363 MHz Tx Channel Power cl2 cl1 Adjacent Channel Lower Upper Alternate Channel Lower Upper cl1 C0 -7.34 dBm -58.75 dBc -59.24 dBc -59.32 dBc -58.84 dBc C0 cu1 cu1 cu2 Bandwidth 3.84 MHz Bandwidth 3.84 MHz Spacing 5 MHz Bandwidth 3.84 MHz Spacing 10 MHz Bild 6-21 Lage von Nutzkanal und Nachbarkanälen im Frequenzbereich, hier bei einem W-CDMA-Signal 6.3.3 Meßdynamik bei Nachbarkanal-Leistungsmessungen (siehe auch Kapitel 5.5, Dynamikbereich) Die erzielbare Meßdynamik bei der Bestimmung der Nachbarkanalleistung mit einem Spektrumanalysator wird von drei Faktoren bestimmt (eine ausreichende Filterselektion zur Unterdrückung des Nutzkanals sowie ein ideales Meßsignal werden hier vorausgesetzt): • Thermisches Eigenrauschen des Analysators Hier ist der Signal-Rausch-Abstand anzusetzen, der mit der jeweiligen Geräteeinstellung (Meßpegel am Analysator, HF-Dämpfung, Referenz- Pegel) erzielt wird. • Phasenrauschen des Analysators • Intermodulationsprodukte (spectral regrowth) Entscheidend sind Intermodulationsprodukte, die in die Nachbarkanäle fallen. Dies ist ein bestimmender Faktor vor allem bei Messungen an breitbandigen CDMA-Systemen. cu2 A PRN 204 205
Grundlagen der Spektrumanalyse Häufige Messungen und Funktionserweiterungen L N,rel , L IM3,rel , L PN,RBW / dB –40 –50 –60 –70 –80 –90 Die Leistung im Nachbarkanal ergibt sich durch lineare Addition dieser einzelnen Beiträge. Die Anteile durch das thermische Rauschen und durch Intermodulationsprodukte sind abhängig vom Pegel am Eingang des ersten Mischers des Spektrumanalysators. Während der Einfluß des thermischen Eigenrauschens umgekehrt proportional mit dem Mischerpegel zurückgeht, nehmen die Intermodulationsprodukte überproportional zu. Die Summe aller Leistungsanteile ergibt die in Bild 6-22 dargestellte unsymmetrische „Badewannenkurve“. Zu jedem Mischerpegel läßt sich ein maximal erzielbarer Dynamikbereich angeben. L Sum L PN,RBW L IM3,rel L N,rel 40 50 60 70 80 90 Dynamikbereich / dB derungen, die an ein Kanalleistungsfilter gestellt werden. Analoge ZF-Filter für Analysatoren sind üblicherweise als synchron abgestimmte 4- oder 5-Kreis-Filter realisiert, die ein optimiertes Einschwingverhalten aufweisen, um möglichst kurze Sweepzeiten zu erreichen. Die Selektionseigenschaften dieser Filter sind mit einem Shape-Faktor von ca. 12 für 4- kreisige Filter bzw. etwa 9,5 für 5-kreisige Filter eher mäßig und reichen in der Regel nicht aus, um bei Messungen im Nachbarkanal das Signal im Nutzkanal ausreichend zu unterdrücken. Auch digital realisierte Auflösefilter von modernen Spektrumanalysatoren, die in der Regel als Gauss-Filter ausgeführt sind, sind trotz besserer Selektionseigenschaften (Shape- Faktor 4,6) nicht als Kanalfilter geeignet. Spektrumanalysatoren bieten deshalb üblicherweise zur Bestimmung der Nachbarkanalleistung die Integration der Leistung im Frequenzbereich an. Dabei wird die Auflösebandbreite im Vergleich zur Kanalbandbreite sehr klein eingestellt; üblich sind 1% bis 3% der Kanalbandbreite, um eine ausreichende Selektion zu erreichen. Der Spektrumanalysator sweept über den zu betrachteten Frequenzbereich, je nach Anzahl der zu messenden Nachbarkanäle z.B. vom Beginn des unteren Nachbarkanals bis zum Ende des oberen Nachbarkanals (vgl. auch Bild 6-21). –100 100 Ref 10 dBm Att 40 dB * RBW 30 kHz VBW 300 kHz * SWT 100 ms Delta 2 [T1] 2.15 dB 1.23000000 MHz –110 110 10 Marker 1 [T1] -14.11 dBm 0 999.38300000 MHz A –120 120 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 1 2 L mix,opt Mischerpegel / dBm -20 Bild 6-22 Dynamikbereich unter Berücksichtigung von thermischem Rauschen, Phasenrauschen und Intermodulationsprodukten 3. Ordnung -30 PRN 6.3.4 Meßverfahren zur Bestimmung der Nachbarkanalleistung mit einem Spektrumanalysator -40 -50 -60 6.3.4.1 Integration der Leistung im Spektralbereich (integrated bandwidth method) -70 -80 Die ZF-Filter von Spektrumanalysatoren sind üblicherweise in einem relativ groben Raster mit Stufen von 1, 3 oder 1, 2, 3, 5 ausgeführt und entsprechen außerdem in ihren Selektionseigenschaften nicht den Anfor- -90 Center 1 GHz 150 kHz/ Span 1.5 MHz Bild 6-23 Veranschaulichung der Kanalleistungsmessung durch Integration 206 207
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