Analizadores de Espectros y COFDM

Introducción: Analizador de Espectras

• El texto trata sobre la práctica de COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) y el uso de analizadores de espectros.
• Jesús García Jiménez de la UPM (Universidad Politécnica de Madrid) es el autor del texto.
• Este trabajo está financiado por la Unión Europea a través del plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia.

Bibliografía sobre analizadores de espectros

• Se mencionan dos fuentes principales para información sobre analizadores de espectros:
  • Nota de aplicación AN 150, "Spectrum Analysis Basics”, disponible en www.keysight.com
  • "Fundamentals of Spectrum Analysis” por Chistoph Rauscher, en la página web de Rohde Schwarz.

Conceptos Básicos

• Se ilustra la relación entre dominio del tiempo y dominio de la frecuencia en mediciones.

Diagrama de Bloques (Analógico) Elemental

• Se describe un diagrama de bloques analógico elemental, que barre el margen de frecuencias de entrada y presenta el nivel encontrado en cada frecuencia.
• Este proceso equivale a desplazar lentamente el filtro de FI (banda estrecha) por el espectro, detectando el nivel de la señal.

Aplicaciones

• Las aplicaciones del analizador de espectros incluyen:
  • Medidas básicas y avanzadas de frecuencia
  • Medidas de potencia (absolutas y relativas)
  • Distorsión lineal y no lineal (armónicos, intermodulaciones)
  • Análisis de osciladores (ruido de fase, estabilidad)
  • Medición de ruido y relaciones S/N
  • Pérdidas de conversión (mezcladores)
  • Análisis de modulaciones

Elección del RBW (1)

• RBW (Resolution BandWidth) es el parámetro básico para medir con un analizador de espectros.
• Inicialmente, es necesario ajustar la aproximación del análisis lo más pequeña posible.
• Una señal de bajo nivel puede perderse bajo la falda de la respuesta a una señal más grande.

Elección del RBW (2)

• En ocasiones interesa un RBW (Resolution BandWidth) grande, cuando convenga integrar el espectro en cierto ancho de banda.
• Un ejemplo es al medir una señal con muchas líneas espectrales muy próximas: COFDM.
• Se indica que RBW (Resolution BandWidth) debe elegirse conjuntamente con el tiempo de barrido.

Elección del RBW (3)

• Si se analiza una sinusoide muy pura, el ancho de banda del filtro FI muy grande.
• El valor óptimo del RBW depende de la señal a observar y a menudo hay que hacer varios intentos.
• Al reducir el RBW disminuye el ruido de fondo.

Elección del Tiempo de Barrido

• El filtro FI necesita tiempo para estabilizar su régimen permanente, y este tiempo está inverso al ancho de banda.
• El filtro FI debe permanecer sintonizado al menos durante su tiempo de integración.
• Fórmula aproximada para el tiempo de barrido: tbarrido ≈ MARGEN DE FRECUENCIAS / RBW^2

Elección del VBW

• VBW (Video BandWidth) es básicamente un filtro paso bajo que suaviza la traza que se ve.
• Afecta solo a la visualización.
• Reduce el ruido en la forma de onda observada.
• Una reducción del VBW aumenta el tiempo de barrido.

Otros Ajustes Básicos

• Nivel de referencia:
  • Representa el valor máximo en la visualización y la potencia máxima esperada.
  • El nivel máximo de señal debe estar ligeramente por debajo del nivel de referencia.
  • Un nivel demasiado alto reduce el margen dinámico e impide ver líneas de nivel reducido, además de recortar la parte superior del espectro.
• Atenuador de entrada:
  • Evita la saturación y no linealidades que pueden impedir la medición.
  • Reducir la atenuación de entrada reduce el ruido de fondo.

Elección del Detector

• Los analizadores de espectros incorporan diferentes tipos de detectores y el texto enlista MAX PEAK, MIN PEAK, AUTO PEAK, SAMPLE, RMS, AVERAGE y otros.
• Cada uno sirve para diversas aplicaciones.
• Para medir potencias en esta práctica, el RMS y el SAMPLE son los más útiles

Medición de Potencia con Analizador de Espectro: Caso General (1)

• Se debe usar un RBW del 1% al 3% del ancho de banda de la señal, lo cual puede requerir tiempos de barrido elevados.
• Los detectores apropiados para medir potencia son los de muestreo (SAMPLE) y los RMS.
• El VBW debe ser unas tres veces el RBW.
• Se recomienda evitar el promediado para no perder señales parecidas al ruido, y también el promediado de trazas por la misma razón.

Medición de Potencia con Analizador de Espectro: Caso General (2)

• Las potencias se miden n puntos y, si se mide en dBm, se deben pasar a mW.
• Fórmula para calcular la potencia total P = 10 log( (BWch / BN,IF) * (1 / (1 + n)) * Σ Pi ) en dBm, donde:
  • BWch es el ancho de banda de la señal,
  • BN,IF es el ancho de banda de ruido del filtro de FI (aprox. RBW),
  • n es el número de muestras,
  • Pi es la potencia de cada muestra en mW.

Medición de Potencia con Analizador de Espectros: Señal OFDM

• Manualmente: similar a la medida de potencia de ruido.
• Se usa una marca en el centro del espectro para obtener el nivel de potencia en dBm que muestra el Analizador de Espectros (Pmed).
• La potencia integrada resulta ser: Ptotal (dBm) = Pmed (dBm) + 10 log (7.61 * 10^6 / RBW)
• Automáticas: Se selecciona esta opción, se puede conocer directamente la potencia y ancho de banda ocupada

Introducción: Medidores Potencia

• La segunda parte del texto se enfoca en la medición de potencias.

Bibliografía sobre Medición de Potencias

• Se listan cuatro partes de "Fundamentals of RF and Microwave Power Measurements", disponibles en la página web de Keysight.

Tecnologías Más Usuales

• Se describen las tecnologías usuales para la medición de potencias:
  • Termistores
  • Termopares
  • Diodos
  • Analizador de espectros
• Se describe el bolómetro: Usa un elemento que absorbe energía electromagnética y se calienta, cuya temperatura se mide mediante un termistor.
• Ventajas del bolómetro: fácil de usar, fiable en un amplio rango de frecuencias.
• Hoy se usan otros procedimientos para medir potencia.

Primera Parte: Medición de Potencias

• Se inicia la parte práctica de las mediciones de potencia.

Medición con el Bolómetro

• Ajuste la salida del generador de señal a 810 MHz con una potencia de -10dBm.
• Conecte la salida directamente al bolómetro, luego anote la lectura y proceda a montar luego el circuito.
• Se debe repetir la medición con el circuito montado y anotar los resultados.
• Se pide extraer conclusiones de la comparación entre ambas medidas.

Con el Analizador de Espectros

• Se pide ajustar el generador de señal a 810 MHz con potencia de -10dBm. Se
• Luego se debe conectar este señal al analizador de espectros.

Medidas Manuales con el Analizador de Espectros

• Ajustar la salida del generador de señal a 810 MHz con una potencia de -10dBm.
• Conectar la salida al analizador de espectros, configurándolo adecuadamente y activando el promediado de video.
• Se debe tomar nota del RBW.
• Se debe medir la potencia en dBm con una marca posicionada en el centro del espectro.
• Se usar la ecuación Ptotal (dBm) = Pmed (dBm) + 10 log (7.61 * 10^6 /RBW).

Medidas Automáticas con el Analizador de Espectros

• Ajustar la salida del generador a 810 MHz con potencia de -10dBm, conectar señal a espectros, y activar de promedio.
• En el ménú del instrumento se debe seleccionar CHANEL POWER Y OCCUPIED BANDWIDTH
• Se pide comparar resultados con las mediciones de bolómetro y manuales.

Segunda Parte: Medición de Precisión de Frecuencias

• En esta sección se aborda la medición de precisión de frecuencias.

Comprobación de la Linealidad del Amplificador de Ganancia Variable

• Diagrama de la configuración para comprobar la linealidad del amplificador consta de una antena, amplificador de ganancia y analizador de espectros.

Medición de Precisión de Frecuencias

• Se debe usar una señal captada por la antena.
• Se debe ajustar la potencia de salida del amplificador al mínimo.
• En el analizador de espectros, se debe seleccionar la frecuencia central de un canal RF con un span de 10 MHz.
• Aumentar lentamente la potencia hasta alcanzar -20 dBm. Medir con el analizador en modo automático.
• Seleccionar la frecuencia de la portadora o usar como frecuencia central. Usar un span de 20 kHz o menor y RBW de 300 Hz y VBW 100 Hz, "video average on".
• Retocar los ajustes hasta ver la portadora cero con claridad. Medir su frecuencia f0 con una marca.
• Los siguientes procesos se deben repetir para la portadora central y para la portadora en 6816.
• Se debe comprobar si FC=(F0+F1)/2, Y QUE (F1-F0)=7.61 MHz

Tercera Parte: Medidas de Calidad en el Transport Stream

• La tercera parte se enfoca en las medidas de calidad en el Transport Stream.

Montaje para la Medida

• El montaje para estas medidas incluye una antena, amplificador de ganancia variable, spliter, atenuador variable, un analizador de espectros, y medidor de campo Promax HD Ranger 2.

Introducción: Divisores de Potencia "Spliter"

• En esta parte se introducen los divisores de potencia, también conocido como "spliter"

Introducción Divisores de Potencia Z99SC-62-S+

• Se muestran características típicas de rendimiento del divisor de potencia Z99SC-62-S+ de Mini-Circuits y hojas de datos del fabricante.
• Se puede acceder para mayor información en el internet.

Medidas Sobre el Transport Stream

• Son muy importantes.
• Las unidades de presentación se obtienen del TS.
• Se clasifican según la intensidad de sus efectos, teniendo:
  • Prioridad 1: Grandes dificultades para decodificar.
  • Prioridad 2: Posibilidad parcial de decodificar.
  • Prioridad 3: Errores en la información suplementaria o de servicio
• Consulte las transparencias 27 a 35 sobre el Transport Stream.

Medidas Sobre El Transport Stream

• Se listan los errores de prioridad 1 donde MEDICION es el tipo de falla, y el nombre del Error es: TS_sync_loss, Sync_byte_error PAT_Error, PMT_Error, Continuity_Coun_Error, PID_Error.

Medidas Sobre El Transport Stream

• Se listan los errores de prioridad 2 donde MEDICION es el tipo de falla, y el nombre del Error es: Transport_Error, PRC_Error, CRC_Error, PCR_Accuracy_Error PTS_Error y CAT_Error

Medidas Sobre El Transport Stream

• Se listan los errores de prioridad 3 donde MEDICION es el tipo de falla, y el nombre del Error es: Repetition error, NIT error, SDT error, EIT error, RST error, TDT error, Unreferenced PID

Desarrollo de la Medida

• Paso a paso para ejecutar la medida:
  • Seleccionar un canal de RF en el medidor de campo.
  • Seleccionar la frecuencia central del canal en el analizador de espectros
  • Fijar la ganancia del amplificador a un valor apropiado.
  • Medir la potencia con analizador de espectro.
  • Seleccionar en el medidor de campo la opción alarmas del TS.
  • Aumentar la atenuación del atenuador variable observando las alarmas y la calidad de la imagen.
• Anotar atenuaciones y valores de VBER, potencia, C/N, las alarmas del TS, impresiones de imagen y comentar los resultados.

Cuarta Parte: Efectos de las No Linealidades BER,MER

• En esta sección se discuten los efectos de las no linealidades traducidas en Bit Error Ratio (BER) y Modulación Error Ratio (MER).

Efecto De Las No Linealidades Sobre Una Señal COFDM

• Distorsiones fuera de banda: dispersión espectral e interferencias sobre canales adyacentes.
• Distorsiones en la Banda de la Señal: intermodulación entre las subportadoras y distorsiones en amplitud y fase, consultar transparencias 28 a 40 del documento COFDM-3.

Montaje para la Medida con un Amplificador en Zona Saturada

• IMPORTANTE: La alimentación del amplificador no debe superar los 5 voltios.
• Es necesario la conexión elementos como: Antena, Amplificador de ganancia, analizador de espectro.

Introducción: Amplificador

• En esta sección se introduce al amplificador.

Amplificador

• Se muestran la imagen del amplificador ZX60-V62+.

Punto de Compresión

• Muestra conceptos de punto punto de saturación en amplificadores, como: - Estado sólido - Potencia.

Amplificador ZX60-V62+

• Se listan las especificaciones del amplificador ZX60-V62+, con diferentes condiciones y unidades de medición.

Comprobación de la Linealidad del Amplificador de Ganancia Variable

• Se compara una antena, analizador de espectro para poder comprobar la linealidad del amplificador.

Linealidad del Amplificador de Ganancia Variable. Desarrollo de la Medida

• Seleccionar un canal de RF en el medidor de campo
• Selecionar la frecuencia central del canal en el analizador de espectros
• Aumentar la ganacia del amplíficador de ganancia variable anotado - Potencia la ganancia del amplificador de ganancia variable anotando con los espectros y el HD RANGER 2 - C/N mediante el HD RANGER 2 - NIvel de hombreas, mediante el analizador de exprectos HD RANGER 2 - CBER. VBER. MER. Medidor HD RANGER 2
• Anote los valores medidos y extraer conclusiones sobre la linealidad del amplificador de ganancia variable

Amplificador en Zona Saturada:

• Se debe seleccionar un canal RF en el medidor del campo Seleccionar la frecuencia central del canal en el analizador de espectros
• La ganancia del amplificador de ganancia variable hay que observarla: -Potencia en los espectros y el HD RANGER 2 C/N en el HD RANGER 2 Nivel de sombrereros, en el espectro y HD RANGER 2 CBER, VBER, MER en el medidor HD RANGER 2
• Anota la información y hacer la linealización en saturacion

Qué Sentido Tiene Esta Comprobación

• La finalidad, es saber que utilidad podrá tener este montaje.

Quinta Parte: Mediciones de Linealidad (Hombreras)

• La quinta parte se enfoca en las mediciones de linealidad (hombreras).

Efecto de las No Linealidades sobre Una Señal COFDM

• Distorsiones fuera de Banda: Dispersión espectral e interferencias sobre canales adyacentes.
• Distorsiones en la Banda de la Señal: Intermodulacion entre las subportadoras, consultar transparencias 28 a 40 del documento COFDM-3.

Montaje Para La Medición de Las Hombreras

• Precaucion: la aliementacion debe ser menor a 5 voltios
• Estructura señal al montarte con la alimentación.

Procedimiento de Medición de Las Hombreras (1)

• Ajustes de los de salida señal con RF ON
• Situar una señal de referencia en OdbM antes de conectar la amplificación
• Configuradar el analizador para visualizar la señales DVB-T

Procedimiento de Medición del Hombreas (2)

• Ajustar la salida en -25 DMB y aumentar en saltos de 1, sin sobrepasar los -16
• Señale las frecuencias en las portadoras que es el punto central

Sexta Parte

• la sexta parte se muestra toda la parte de Simulación De Redes SFN

Introducción:

• Las Redes SFN se Basan En Transtimir la misma Information
• Las senales seran identidcas en frecuencia y tener retardo En las senales, se debe usar material disponible.

Introducción

• Una forma de obtener transparencia en lo que se analiza
• Las condiciones de los tipos de retardo señal, y potencia se debe entender

Procedimiento De Medición

• Partir desde los -25DBM aumentar los 1 DBM sin pasarlos, y anotar los resultados
• usar la frecuencia como centro para una mayor ayuda

Caso 1:

• Un retardo, con su respectivo atenuador

Caso 2

• Un resultado, pero sin la atenuación
• el análisis, sobre el amplio espectro y los resultados.

Simulacion con dos retardos

• *Las redes SFN
• Tres filtors, con material disponible
• En estas figuras se ha usado material disponible en las hojas de caracteristicas

SSIMULACION DE UNA RED SFN (TRES RETARDOS)

• El montaje tiene: un generador con filtro
• El amplificador es ultra plano y contiene sus caracteristicas Y el resultado sera 3 #FILTROS SAW
• *VENTAJAS:
• *FILTROS SAW
• *INCONVENIETES

•INTRODUCEN MUCHO

• FACIL DE PRODUCIR

• POCO ENVEJECIMIENTO.

• ALTAS PERDIDAS DE INSERCION EN LA BANDA DE PASO

• IMPEDANCIA DE ENTRADA Y SALIDA ELEVADA

• *RETARDO •LO VAMOS A USAR PARA SIMULAR ECOS