Annons

Planera för rätta frekvenser i radiosystemet

Radiofrekvensplanering (RFP), dvs arbetet med att bestämma frekvenserna, sändarplatserna och parametrarna i ett radiokommunikationssystem, är en viktig del av systemutformningen. Man vill försäkra sig om att få tillräcklig täckning och kapacitet för de tjänster som slutprodukten behöver.

Utgångsvärdena för radiofrekvensplaneringen är specifikationerna för insignalens frekvenser och effekt och för utsignalens frekvenser och effekt. Eftersom dagens kommunikationsutrustningar måste vara små och lätta, ha höga prestanda och överkomligt pris, är målet för kommunikationssystemet att överföra signalen från in- till utport med minsta möjliga antal frekvensändringar (plus enklaste möjliga syntetiserararkitektur) och billigaste filterteknik.

RF-planering
Det finns två delar i frekvensplaneringen: En konstruktionsmetod där man använder så kallade spuriosdiagram och tillhörande algoritmer och en verifieringsteknik som brukar kallas spuriossökning.
Sedan länge har systemkonstruktörerna använt sig av kalkylark för RF-planeringen. Med AWRs radiofrekvensplaneringsmjukvara RFP kan man automatisera och effektivisera konstruktionsprocessen men ändå behålla kalkylarket så att konstruktörerna kan arbeta på ett välbekant sätt.
Radiofrekvensplaneringsverktyget RFP ingår i form av en guide i AWRs systemkonstruktionsmiljö VSS (Visual System Simulator) för radiokommunikationssystem, mobillänkar och militära radiolänkar. Man kan enkelt och effektivt fastställa spuriosfria bandbredder i RF/mikrovågskonstruktioner och få djupare insikt om oönskade signaler eller spurioser som uppkommer inom ett specificerat frekvensintervall.
RFP är inte begränsat till enbart analys av spurioser som uppstår i en grupp blandare. I RF-länkar kan man använda de flesta vanliga komponenter som förekommer inom radiokommunikation, t ex förstärkare, blandare och filter, och de kan vara uppbyggda av olika kommersiellt tillgängliga delar och ha olika egenskaper. Dessutom är antalet omvandlingar i RF-länkarna inte begränsat till två, vilket ofta är fallet hos andra RF-planeringsverktyg.

Spuriosdiagram i RFP

Det grafiska gränssnittet i RFP innehåller flera olika vyer av systemarkitekturen och ger tillgång till inställningar och programverktyg. Gränssnittets huvuddelar, som visas i fig 1, består av ett blockschema och ett diagram som visar nivåerna i schemats olika delar.
I blockschemat ingår element som blandare, filter och förstärkare. Nedanför blocken visas de olika elementens viktigaste parametrar. Parametrarna kan vara låsta, länkade eller editerbara.
Fönstret ”System Response” kan visa budget, spuriosnivåer och spektraldiagram med frekvensband eller enskilda frekvenser. De beskrivs utförligare nedan.

Fig 1. Grafiskt gränssnitt i RFP med olika vyer av systemarkitekturen, möjlighet till inställningar och tillgång till programverktyg.

Om man klickar på någon av blandarna i vyn ”System Diagram”, får man fram utförligare uppgifter om dem.

Fig 2. I vyn System Diagram visas uppgifter om det valda elementets prestanda, i det här fallet en blandare.

Ett klick på knappen ”Spur Chart” tar fram en klassiskt spuriosdiagram för den aktuella blandaren och signalkombinationen.

Fig 3. I vyn ”Spur Chart” presenteras ett klassiskt spuriosdiagram för den angivna blandaren och signalkombinationen.

Diagrammet är välbekant för konstruktörer som använder kalkylarksmetoden för spuriosanalys av blandare. Här används den klassiska blandarekvationen
ωmix = ±n × ωlo  ±m × ωrf             (1)
Ekvationen ger både önskade och oönskade blandningsprodukter som uppkommer vid frekvensändringen när man använder en blandare som drivs av en oscillator. För att ge ökad förståelse av spuriosnivåerna i förhållande till specifikationen har de olika färg. Blandarmodellen kan vara den klassiska modellen som bygger på Hendersontabeller eller en som importerats från blandartillverkarens specifikation. Spuriostabellerna kan även skapas av användaren, kanske baserat på mätning eller härlett från en fullständig kretsbaserad modell.
Spuriosdiagrammen i den form som beskrivs ovan visar att det finns spurioser, men en del konstruktörer föredrar att presentera resultatet i form av ett spektraldiagram. I fig 4 är spuriosekvationerna förbättrade genom att hänsyn tagits till förluster i filtren och till filtreringen av in- och utsignalerna.

Fig 4. Spuriosekvationerna är förbättrade genom att hänsyn tagits till förlusterna och filtreringen i in- och utfiltren.

Rektanglarna i fig 4 anger de önskade och oönskade svaren. Kommentaren bredvid rektangeln anger signalens ursprung.

Fig 5. Önskade och oönskade svar kan alternativt definieras utifrån en spektralplot.

Även ett spektrum med enskilda frekvenser visas (Fig 5). I gränssnittet finns knappar med vilka man snabbt kan ändra signalerna och flytta dem mellan bandkanterna eller placera dem i bandcentrum.

Med RFP kan man skapa komplicerade signalmiljöer. Signalerna klassificeras som önskade eller hot. Störsignaler, en term som ofta används inom elektroniska motmedel, är färgkodade som röda, medan önskade signaler är färgkodade som blåa. Med verktyget Input Signal Bands kan man bygga upp såväl enkla signalscenarier (ett fåtal signaler) som komplicerade signalscenarier (många signaler). Fig 6 visar ett system där konstruktören väljer en av åtta möjliga signaler.

Fig 6. I det här systemet väljer konstruktören en signal av åtta möjliga.

Man kan med lokala oscillatorer följa signaler vid en fast förskjutning. Det möjliggör snabb upptäckt av spurioser vid alla tillstånd hos de lokala oscillatorerna. I en del system, som motmedel och mottagare i övervakningssystem, används en blockkonverterare följd av en skannande lokal oscillator. RFP stöder även denna arkitektur.

Som komplettering till spuriosanalysen har RFP en sökfunktion för lokala oscillatorer och mellanfrekvenser (LO/IF Search utility) som rapporterar spuriosfria områden som hjälp vid planeringen av lokala oscillatorer.

En annan nyckelfunktion hos RFP är möjligheten att skapa en systemlösning med bara några få musklick! Man kan konstruera system genom att för hand lägga till block eller genom att använda upp-/nedkonverterarguiden (Up/Downconverter Wizard, Figur 7) som man öppnar med knappen System Wizard i huvudfönstret.

Fig 7. Man kan konstruera system genom att för hand lägga till block eller genom att använda guiden ”Up/Downconverter”.

Med det här verktyget kan en enkel-, dubbel- eller trippelkonverterare definieras. Om så behövs, kan det första filtret i RF-kedjan vara ett gruppfilter som släpper igenom alla signaler som definierats i fönstret Input Signals.
I varje steg kan man välja upp- eller nedkonvertering, liksom höga eller låga lokala oscillatorer, så att spektruminvertering undviks om det är viktigt i systemet. När den preliminära systemkonstruktionen är klar, kan systemet exporteras till VSS för en mer detaljerad analys av budget och spurioser. Sedan kan man med VSS hantera missanpassning mellan komponenter, hantera brus vid spegelfrekvens och köra yieldanalys och optimering. Man kan välja signaler och mäta bl.a. EVM (error vector magnitude), ACPR (adjacent channel power ratio) och BER (bit error rate).

Grund för systemutformningen
Systemkonstruktion innebär frekvensplanering, budgetplanering och spuriossökning. AWRs RFP-verktyg är ett komplett frekvensplaneringsverktyg som innehåller alla tre aktiviteterna – frekvensplanering, budgetplanering och spuriossökning, alltsamman inom programsviten VSS.
Innehållet i RFP är välbekant för den som använt kalkylark och möjliggör smidig övergång till en mer omfattande verktygsuppsättning. När man använder RFP som det första verktyget vid frekvensplanering i flödet i ett kommunikationssystem, kan man vara säker på att ha en tillförlitlig grund för den totala systemutformningen.

Comments are closed.