מדידת רעש, החלפת LO, בדיקת מתח של מקלט, מדידת הספק, אפיון CCDF ו-PAPR ומדידה של דפוס אנטנה ממלאים תפקידים קריטיים בתקציב קישור, קצב שגיאות סיביות ודרישות SNR.
מאת בוב באסטון, Wireless Telecom Group
מערכות לוויין במסלול נמוך (LEO) נפרסות למקרי שימוש קריטיים למשימה בקצב מואץ. זה מביא לדרישות בדיקה קריטיות קשורות, שאם לא יבוצעו בצורה מדויקת, עלולות להוביל לירידה בביצועי המערכת. באמצעות שער כדוגמה, מאמר זה בוחן את המדידות ואת סוג הציוד הנדרש לבדיקת שכבה פיזית מעלה ומטה.
פריסות לווין נעות בין מסלול גיאוסטציונרי (GEO) ומסלול כדור הארץ בינוני (MEO) ועד LEO. שיעורי הפריסה של לווייני LEO ממשיכים לעלות. לדוגמה, למערכת SpaceX Starlink יש כיום כ-3,500 לוויינים במסלול נמוך של כדור הארץ. בדצמבר 2022, ה-FCC אישר את הפריסה של 7,500 לוויינים מהדור הבא. בשל השהיה הנמוכה של מערכות LEO, הן הופכות למערכת הבחירה עבור יישומים אזרחיים וצבאיים, כולל, אך לא רק, 5G ותקשורת צבאית בשדה הקרב. השימוש האוקראיני במערכת Starlink, למרות שהוא מוגבל, הוא דוגמה עדכנית לזו האחרונה. השימוש במערכות LEO לפעולות מסוג זה מוביל לדרישה לבדיקות דיוק גבוהות כדי להבטיח פעולה אמינה.
תחנות קרקע, המכונה גם שערים בעת חיבור לרשת היבשתית, הן מרכיב מפתח בפעולת למעלה ולמטה, כפי שמוצג ב- איור 1. המודולים השונים הכוללים את נתיבי ה-uplink וה-downlink דורשים מגוון בדיקות כדי להבטיח פעולה אמינה. בדיקה כזו עשויה להתבצע במהלך הפיתוח והייצור של המודולים, במהלך האינטגרציה, כחלק מאיתור תקלות ובמהלך ניטור תפעולי. איור 2 מציג תרשים בלוקים מפושט של נתיבי ה-RF והמיקרוגל בשער ודוגמאות היכן ישמש ציוד בדיקה להערכת ביצועי השכבה הפיזית.
לוח 1 מציג מידע נוסף ואת החשיבות של ביצוע מדידות בנקודות המוצגות באיור 2.
|
||||||||||||||||||||||||||||
| טבלה 1. שישה מקרי שימוש קריטיים לאימות ביצועי השכבה הפיזית של ה-uplink וה-downlink. |
לאחר מכן, נסתכל על מקרי שימוש אלו ביתר פירוט.
מדידת רעש פאזה
גורמים רבים תורמים לביצועים של קישורים למעלה ולמטה של לוויינים וכמה מהם, כגון טוהר האות של המתנדים המקומיים, משפיעים על שגיאות סיביות. רעש פאזה מוגזם מגדיל את גודל וקטור השגיאה (EVM) ועלול להוביל לסמל ולפיכך לשגיאות סיביות מכיוון שמיקום נקודות הכוכבים בדיאגרמת IQ חוצה את גבולות החלטת הסמלים כפי שמוצג ב- איור 3.
בעת ביצוע מדידה זו, שאל את עצמך אם אתה צריך לבצע מדידות רעש פאזה מוחלטות של המתנד המקומי (LO) כדי למדוד רעש נוסף ממגברים.
החלפת LO
החלפת LO היא טכניקה חשובה בעת בדיקת ממירי מעלה וממירים מטה במערכות תקשורת. זה מאפשר לך להעריך שרשראות אותות מבלי שהמאפיינים של ה-LO מסווים את הביצועים שלהם. טכניקה זו גם מאפשרת לך לקבוע אם ה-LO הוא המקור לבעיות כאשר המערכת אינה פועלת כראוי.
בדיקת מאמץ למקלט
בין אם בשער ובין אם בלוויין, חשוב לבצע בדיקת מאמץ על המקלט כדי לוודא שניתן לקבל אותות ולנתק אותו בצורה נכונה בתנאים לקויים. כדי להבטיח שהביצועים שנצפו במעבדה משוכפלים לאחר הפריסה, מקלטי תקשורת לוויינים חייבים לפעול בתנאי הפרעות RF בעולם האמיתי. בדיקות אלו מבוצעות ב-IF וב-RF. כאשר מבוצע ב-IF, תצטרך:
- מחולל רעש של יחס אות לרעש (SNR) להגדרת רמות של SNR או Eb/No
- בודק שיעור שגיאות סיביות (BERT). ה-Uplink IF מועבר בחזרה אל ה-downlink IF דרך מחולל ה-SNR. אם הבדיקה היא בתדרי RF/מיקרוגל, יהיה צורך גם במתרגם לולאת בדיקה כדי להשלים את הלולאה בחזרה. איור 4 מציג את מערך הבדיקה הכללי עבור שני המקרים.
כדי לבצע את הבדיקה, מחולל ה-SNR מוסיף כמות מדויקת של רעש כדי להפיק את רמת ה-SNR הרצויה. רמת הרעש מוגברת עד שמגיעים למגבלת שיעור השגיאה הרצויה, כפי שמפוקחת על ידי ה-BERT. בנוסף, מחולל אותות עשוי לשמש להזרקת אות מפריע.
בדיקת כוח פלט, רווח ודחיסה
זה מביא אותנו לאחת ממדידות ה-RF והמיקרוגל הבסיסיות ביותר: כוח. מדידת הספק יכולה גם לחשוף כמה בעיות קריטיות שעלולות להשפיע על ביצועי המערכת. איור 5 מציג הגדרה להערכת הביצועים של מגבר ההספק הגבוה (HPA).
בנוסף למדידת רווח והפסד החזרה, חיישן הספק P2 מספק מדד לרמת הספק המוצא. אתה יכול גם להשתמש בהגדרה זו כדי להעריך את מידת דחיסת האות הנגרמת על ידי ה-HPA.
היסטורית, קישורי לוויין השתמשו בפורמטים של אפנון של יחס הספק נמוך בין שיא לממוצע (PAPR). עם זאת, יישומים חדשים יותר, כגון רשתות 5G לא יבשתיות (NTN), דורשות שימוש בסכימות אפנון מסדר גבוה יותר ו-OFDM. המשמעות היא שה-PAPR של האות יהיה גבוה יותר, ויהיה צורך לדאוג שדחיסת המגבר לא תעוות את הפסגות המובילות לסמל ומכאן לשגיאות סיביות. היו מספר מחקרים על ההשפעה של הפחתת PAPR על שיעור שגיאות סיביות עקב דחיסת אות. מחקר של Usman וחב' הראה שהפחתת ה-PAPR מ-10 dB ל-~4dB תדרדר את ה-BER מ-~8 x 10-4 ל-~1.3 x 10-3 עבור SNR של 10 dB במקלט. זה מדגיש את החשיבות של הכרת ההשפעה של עיוות מגבר הספק על PAPR ושל אמצעים לצפות בו בבירור.
אתה יכול להעריך את אי-ליניאריות המגבר ודחיסה באמצעות חיישני הספק לזיהוי ממוצע או מנתחי רשת כדי לקבל עלילה של POUT לעומת PIN. עם זאת, זה לא חושף את ההשפעה על ה-PAPR של אות m-QAM OFDM מורכב. למרבה המזל, יש פתרון פשוט שתוכל ליישם. זה נועד להשתמש בחיישני שיא הספק בקצב דגימה גבוה עם רוחב פס וידאו רחב יותר מערוץ האות הנמדד. דגימות הספק אלו משמשות לקביעת ה-PAPR האות ועקומות של פונקציית הפצה משלימה (CCDF). עקומת CCDF היא גרף של ההסתברות לאות מאופנן החורג מ-PAPR ספציפי. ההגדרה פשוטה ומשתמשת בחיישני כוח P1 ו-P2 המוצגים באיור 6; החיישנים חייבים למדוד שיא ולא רק הספק ממוצע. שימוש בחיישנים אלה, יחד עם תוכנת הניתוח המתאימה, מספק את ה-CCDF בכניסה וביציאה של המגבר ובכך חושף את הפחתת ה-PAPR.
איור 6 מציג תוצאה זו באמצעות חיישני כוח שיא Boonton RTP5000 ותוכנת Boonton Power Analyzer. ציר ה-y מראה את ההסתברות לחרוג מרמת ה-PAPR המצוינת על ציר ה-x. איור 6 מראה שב-99.99% מהמקרים, לאות הכניסה יש PAPR של ~9.4dB בעוד שדחיסת המגבר הפחיתה את אות המוצא PAPR ל~7.4dB, מה שעלול להוביל לשגיאות סיביות.
מדידת תבנית אנטנה
לבסוף, בואו נסתכל על מדידת דפוס האנטנה. בין אם האנטנה היא צלחת מנווטת מכנית או פאנל של מערך שלבים מנווט אלקטרונית עם יכולת גישה מרובה קרן מרחבית ויכולת להפנות אפס לעבר מפריעים, עליך לאפיין את תבנית האנטנה. זה מיוצג בדרך כלל על ידי חלקות קוטב במישורי אזימוט ונטייה. חיישני כוח מספקים דרך פשוטה ונוחה לבצע מדידות אלו.
האנטנה מותקנת על פטיפון. חיישן כוח אחד מחובר להזנה שלו ומנטר את רמת הספק השידור כדי להבטיח שהיא נשארת קבועה במהלך סיבוב האנטנה. חיישן כוח שני, מחובר לצופר בעל עוצמה סטנדרטית, נמצא בשדה הרחוק של האנטנה. המדידות שנלקחו מחיישן הספק זה משמשות להפקת עלילות דפוס האנטנה. כדי לקבל שילוב אופטימלי של רזולוציה זוויתית ומהירות מדידה, רצוי לבחור בחיישן כוח המספק קצב מדידה מהיר.
נגענו במספר מדידות מפתח בשכבות פיזיות שעוזרות לספק ביטחון שהמערכת הבודדת חוסמת והמערכת הכוללת, כאשר היא נפרסת, יפעלו בצורה מהימנה. טכניקות המדידה המוצגות כאן אינן חלות רק על שערים. אתה יכול ליישם טכניקות דומות על מסופים ולוויינים.
בוב בוקסטון הוא מנהל מוצר ב-Wireless Telecom Group, חברת בדיקות ומדידה המורכבת מהמותגים Boonton, Noisecom ו-Holzworth. בוב מילא בעבר תפקידים במו"פ וניהול מוצר עבור MACOM, Marconi, Advantest, Tektronix ו-Anritsu. חוויות המחקר והפיתוח שלו כללו תתי-מערכות מיקרוגל ותכנון סינתיסייזר. בוב הוא בעל תואר שני במיקרוגלים ואופטיקה מודרנית מאוניברסיטת קולג', לונדון ותואר שני במנהל עסקים מאוניברסיטת ג'ורג' פוקס, ניוברג אורגון. הוא מהנדס מוסמך וחבר במוסד להנדסה ו טכנולוגיה.