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SA-Seminar TL
Fall/Winter 2010 S1SA-Seminar TL
Fall/Winter 2010 S1
Darstellung einer (R)Evolution
Tomas Lange, Dipl. Ing.
Produktspezialist RF-/µW & Kommunikationsprodukte
Agilent Technologies Vertrieb Deutschland
SA-Seminar TL
Fall/Winter 2010 S1
Agenda
Die Wichtigkeit der spektralen Überwachung
Evolution des Aufbaus eines Spektrumanalysators (SA)
Signalerkennung & Bewertung durch geschickte
Darstellung
Digitale Demodulation moderner (Allerwelt-)Signale
Bandbreite und andere Qualitätsmerkmale
Vergleich des modernen SA zum EMI Empfänger
EMV Messungen selbst durchführen
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Fall/Winter 2010 S1
Der Konflikt: immer mehr Wireless Serivces
im begrenzten Spektrum
DVB-T Terrestrische TV Ausstrahlung „neben“ LTE Mobilfunkbändern
Emission von Power Line Kommunikation überlagert Kurzwelle
In sog. ISM-Bändern (z.B. 868 MHz, 2,45 GHz etc.) drängeln sich ganz viele lizenzfreie Applikationen
Wir hängen von immer mehr dieser Applikationen ab.
Elektronik wird immer schneller (EMV!), die Spannungslevel sinken (Störfestigkeit!)
Digitale Übertragung kennt keine allmähliche Degradation
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Fall/Winter 2010 S1
Anforderungsprofil an das Messgerät
Es bedarf eines Messgerätes …
Das Leistung über Frequenz messen kann
Das die Integrität der relevanten Services überprüfen kann
z.B. Datendurchsatz, richtige Übertragung, etc.
Das für eine Vielzahl verschiedener Übertragungsnormen
geeignet ist.
Das das Störpotential messen kann (EMV)
…….
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Fall/Winter 2010 S1
Anforderungen an einen SignalanalysatorWhy more than just
“Spectrum“?
Front End,
Signal Down
Conversion
& ConditioningDigital Processing Vector Signal Analyzer Results
Analog Processing Spectrum Analyzer Results
-> Know the RF transmission quality
Amplification
Filtering
Detection
Sampling,
Mathematical
Detection,
Calculations
-> Know the information quality
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Fall/Winter 2010 S1
Agenda
Die Wichtigkeit der spektralen Überwachung
Evolution des Aufbaus eines Spektrumanalysators (SA)
Signalerkennung & Bewertung durch geschickte
Darstellung
Digitale Demodulation moderner (Allerwelt-)Signale
Bandbreite und andere Qualitätsmerkmale
Vergleich des modernen SA zum EMI Empfänger
EMV Messungen selbst durchführen
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Fall/Winter 2010 S1
Modellübersicht Agilent Spektrumanalysatoren
Vom 3 GHz Modell bis
Mikrowelle
Volle Signalanalyse & EMV
Fähigkeiten
Handheld
Klasse
N9340B/N9342C
Etablierte, ältere Modelle,
die weitergebaut werden
(z.B. wg. Systemsupport)
3 GHz
Klassische SA
Fähigkeiten
X-Serie Analyzer
CXA – EXA – MXA – PXA
N9000A, ..10A, ..20A, ..30A
Derzeit 3 und 7 GHz
Klassischer SA +
Eingeschr. Signalanalyse
Einstiegs
Laborgerät
N9320B
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Scalar analysis
Digitizing the video signal
Classic superheterodyne swept spectrum analyzer
Product detector
loss of phase
information
Traditional Spectrum Analyzer
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Hybrider Spektrumanalysator mit digitaler ZF
Some troublesome operations
and conversions are now
fast, accurate DSP
Vector data CAN be preserved
(mag/phase or I/Q)
Digitizing the IF Signal
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Digitale ZF im Agilent PSA (aus 2000)
PSA: der weltweit erste
kommerzielle SA mit
volldigitaler ZF
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Digitale ZF im PXA (2010)
PCI bus (to CPU)
Real-time correction
Downconverter
Resampler
Decimator
Arbitrary channel filter
Flexible output formats:
500 Msamples complex
(at 140 MHz bandwidth)
Single capture Multiple
playback
with 89601A
400 MHz CLK
ADC FPGA300 MHz IF
140 MHz BW (option B1X)2 GB DDR2
SDRAM
Agilent-
Proprietary
ASIC
300 MHz CLK
Xilinx Virtex 5 FPGA
83K logic cells
Room for future growth
I/O
FPGA
PCIe
switch
300 MHz CLK
PCIe connection • IQ, mag/phase
• log mag/phase
• mag squared)
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Future-ready
test instruments
Consistent framework
Broadest set of applications
Stay ready, stay in sync and arrive ahead—with the Agilent X-Series
Drive your evolution
Accelerate to market
Maximize throughput
Expect moreN9000A CXA
N9010A EXA
N9020A MXA
N9030A PXA
Intro Sept 2009
Intro Sept 2009
Intro Sept 2007
Intro Sept 2006
Agilent X-Serie SA
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Hybrider Spektrumanalysator mit digitaler ZF
Güte-Unterschiede
•Güte des Front End mit Mixer (HF!)
•Geschwindigkeit und Auflösung des ADC
•Gute HF-mäßige Implementation der
Digitaltechnik
•Clevere Datenverarbeitung in ASICs und
FPGAs
•Mathematische Auswertung
•Geschickte Aufbereitung zur Visualisierung
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X-Serie Eigenschaften
Agilent Confidential
Premium X features available in all units Fast signal analysis measurements
Runs same applications set
Code compatible (also with older analyzers)
Open Windows user interface
Most connectivity options (USB2.0, LAN, GPIB)
License eXpandable features Preamps
IF Bandwidth
Measurement Applications
Hardware eXpandable features More IF Bandwidth
PC & associated peripherals
Future upgrades like tracking generator
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Agenda
Die Wichtigkeit der spektralen Überwachung
Evolution des Aufbaus eines Spektrumanalysators (SA)
Signalerkennung & Bewertung durch geschickte
Darstellung
Digitale Demodulation moderner (Allerwelt-)Signale
Bandbreite und andere Qualitätsmerkmale
Vergleich des modernen SA zum EMI Empfänger
EMV Messungen selbst durchführen
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„EDP“ Enhanced Display Options
2,45 GHz ISM Band:
Konkurrierende Systeme,
mehrere WLAN‘s …
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„EDP“ Enhanced Display Options
2,45 GHz ISM Band:
… teilen sich das Spekrum
mit Diensten wie Bluetooth.
Hier eine Bluetooth
Übertragung mit Frequency
Hopping aktiv
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Fall/Winter 2010 S1
Multi Domain Analysis
Trigger und Analysemöglichkeiten im
Zeitbereich …
… gekoppelt Detaildarstellung in Frequenz-
oder Modulationsbereich erlauben eine
Aussage über die Übertragungsgüte
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Fall/Winter 2010 S1
Agenda
Die Wichtigkeit der spektralen Überwachung
Evolution des Aufbaus eines Spektrumanalysators (SA)
Signalerkennung & Bewertung durch geschickte
Darstellung
Digitale Demodulation moderner (Allerwelt-)Signale
Bandbreite und andere Qualitätsmerkmale
Vergleich des modernen SA zum EMI Empfänger
EMV Messungen selbst durchführen
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Fall/Winter 2010 S1
Grundlagen der Digitalmodulation
Die Darstellung eines elektrischen Signals in Betrag und Phase
oder in komplexen Koordinaten I und Q (In-Phase und
Quadraturanteil) ist eine reine mathematische Transformation.
Der Empfänger muss jeweils
Amplituden- und Phasenzustände
bzw. Änderungen fehlerfrei
detektieren.
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Fall/Winter 2010 S1
Es gibt ein Toleranzbereich und eine harte (Fehl)-
Entscheidungsgrenze für Zustände
HF-Fehldetektion kann höchstens über Codierung
abgefangen werden. Fehlerkorrekturalgorithmen =
Overhead vs. Datenrate
Der Summenfehler aller detektierten Zustände ist
ein häufiges Gütekriterium (EVM = Error Vector
Magnitude)
Grundlagen der Digitalmodulation (2)
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Fall/Winter 2010 S1
Bluetooth Technical OverviewCharacteristic Specification
Frequency range
(ISM radio band)
USA/Europe: 2402 + (0…78) MHz
France: 2454 + (0…22) MHz
Channel BW 1 MHz / 79 carriers
Frequency Hopping FHSS with 1600 hops/s (in normal operation)*
Modulation and Signaling Rate Basic Rate: GFSK at 1Mb/s
EDR: /4-DQPSK at 2Mb/s or 8PSK at 3Mb/s
Transmit power
(3 Power Classes)
Nominally < 0 dBm, 0 dBm, +20 dBm
Reference sensitivity - 70 dBm
Notes: * Hop speed may vary, depending on packet length
Access code Header Payload
G F S K
Basic Data
Rate Packet
Format
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Fall/Winter 2010 S1
Transmit Analysis (Basic Bluetooth and Low Energy)
One button combined measurements with Multiple results
Radio Stand is Basic/LE:
• Output Power (in Time domain)
Peak power
Average Power
• Modulation Characteristics
∆F1 avg，∆F2 avg，Min ∆f1/ ∆f2 max，
Max ∆F1/ ∆F2 max, ∆F2 > 115 kHz,
∆F2/∆F1 Ratio
• ICFT (Initial Carrier Frequency
Tolerance)
• Carrier Frequency Drift
Frequency drift, Max Drift Rate
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Transmit Analysis (EDR)
Automatically EDR signal detection, combined measurement results:
• Relative Transmit Power
GFSK Avg Power
DPSK Avg Pwer
Relative power
• Freq Stability and
Mod Accuracy
Freq Offset ωi/ ω0, ωi+ω0
RMS DEVM(differential DVM)
Peak DEVM
99% DEVM
• Differential Phase Decoding
BER
Bit Errors
Guard Interval
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Fall/Winter 2010 S1
DVB-T Transmit Analysis
Measurements:
Channel Power (Shoulder Attenuation, Spectrum Mask with adjacent analog TV)
Spectrum Emission Mask
ACP, CCDF, Spurious Emissions
Modulation Accuracy- Constellation, MER/EVM
- TPS decoding
- Frequency Error, Mag Error, Phase Error
- Quadrature Error, Amplitude Imbalance, Carrier Suppression, Phase Jitter
- BER before Viterbi, before RS, after RS
- Channel Frequency Response
- Channel Impulse Response
• Radio Std: DVB-T (and DVB-H)
• Bandwidth: 5/6/7/8 MHz
• Auto Detection
• Modulation: QPSK/16QAM/64QAM
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Fall/Winter 2010 S1
Agenda
Die Wichtigkeit der spektralen Überwachung
Evolution des Aufbaus eines Spektrumanalysators (SA)
Signalerkennung & Bewertung durch geschickte
Darstellung
Digitale Demodulation moderner Signale
Bandbreite und andere Qualitätsmerkmale
Vergleich des modernen SA zum EMI Empfänger
EMV Messungen selbst durchführen
SA-Seminar TL
Fall/Winter 2010 S1
Auswahl des richtigen Analyzer
(Informations-)Bandbreite des Nutzsignals
Signal-/Rausch Verhältnis bei der Messung -> Empfindlichkeit des Analysators
Verzerrungsfreier Dynamikbereich (bedingt z.B. durch effektivebits des Digitizers)
Speichertiefe des ZF-Digitzers -> Je nach Bandbreite ergibt sich die maximale Realtime-Aufzeichnungslänge
Auswertung mit fertigen, erprobten Tools/Applications möglich? Ggf. Verarbeitung der Rohdaten in Matlab o.ä.
Benutzerfreundlichkeit des Analyzers und der Applikationen –die Technik ist schon komplex genug
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Fall/Winter 2010 S1
Agenda
Die Wichtigkeit der spektralen Überwachung
Evolution des Aufbaus eines Spektrumanalysators (SA)
Signalerkennung & Bewertung durch geschickte
Darstellung
Digitale Demodulation moderner Signale
Bandbreite und andere Qualitätsmerkmale
Vergleich des modernen SA zum EMI Empfänger
EMV Messungen selbst durchführen
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Fall/Winter 2010 S1
EMI Messempfänger Unterschiede
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Fall/Winter 2010 S1
EMI: Verbleibende Empfänger - Unterschiede Vorselektion
Nur bei teuren „Compliance“ Geräten
Bei Messungen in Schirmkabine zu 99,x% überflüssig
Bei Nahfeldfmessungen in 99,x% überflüssig
Suggeriert Schutz vor Übersteuerung der aber nur in speziellen
Situationen wirklich hilft
Hohe HF-Energie übersteuert Mischer,
Mischer kann in Kompression gehen
time
Leistungsschalter
frequency
Breites HF-
Spektrum
frequency
Großteil der Energie
bei einer Frequenz
time
Große Signal-
amplituden
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Fall/Winter 2010 S1
EMI: Verbleibende Empfänger - Unterschiede
Sweep oder Scan/Step (oder besser Beides )
„Schräges Transportband“ vs. lange Treppe
Ganz oft kurz messen vs. einmal pro Punkt länger messen
Immer wieder nachschauen vs. darauf vertrauen dass einmal
lange genug nachgeschaut wurde
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Fall/Winter 2010 S1
EMI Übersichtsmessung
• Sweep oder Step
• Bis 3 Traces & Det.
gleichzeitig hier z.B.
Pk. & AV
• Limit & Margin Test
• Schneller
Einzelsweep, viele
Durchläufe in Max-
Hold
• Lin. oder Log.
Frequenzachse
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Fall/Winter 2010 S1
EMI Messung mit der X-Serie
Log Display
Peak List
Auto-detect peaks
Limit Delta
Realtime
Meters
with any 3
Simultaneous
Detectors
SA-Seminar TL
Fall/Winter 2010 S1 EMI Roadmap
8/27/2010Page 34
EMI App. Messung: Strip Chart
• X = Zeitachse, rollt
nach links, rechts
aktuelle Messwerte
• Bis zu 3 simultane
Detektoren
aufgetragen
• Dokumentation des
Zeitverhaltens
eines Signals zur
Korrelation mit
Funktionsablauf
z.B. für Klickratenanalyse bei Haushaltsgeräten
Patent
Applied
For
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Fall/Winter 2010 S1
Agenda
Die Wichtigkeit der spektralen Überwachung
Evolution des Aufbaus eines Spektrumanalysators (SA)
Signalerkennung & Bewertung durch geschickte
Darstellung
Digitale Demodulation moderner Signale
Bandbreite und andere Qualitätsmerkmale
Vergleich des modernen SA zum EMI Empfänger
EMV Messungen selbst durchführen
SA-Seminar TL
Fall/Winter 2010 S1
EMV hat eigentlich viele Gesichter …
• EMI Receiver RF Measurement
• Powerline Harmonics
• Flicker
• …
Emissions
Conducted
Measurements
Immunity
Radiated
Measurements
• EMI Receiver RF Measurement
• Precompliance close field
probing
• EMS coupled RF exposure
• Burst
• Surge
• …
• EMS RF radiated exposure
• ESD
• …
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Fall/Winter 2010 S1
EMV Messungen: HF Emission (EMI)Conducted Emissions
LISNLimiter
Commercial Frequency Range 9 kHz to 30 MHz
DUTX-Analyzer
Radiated Emissions
3, 10, or 30 meters
Commercial Frequency Range 30 MHz to 18 GHz (40 GHz)
Antenna DUTX-Analyzer
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Fall/Winter 2010 S1
EMI: eine Grundausrüstung
ESD gun
• Agilent X-Serie Analyzer mit EMC Application
• Nahfeldsondensatz
• …
Netznachbildung
(LISN)
SA-Seminar TL
Fall/Winter 2010 S1
Danke für Ihr Interesse an modernen Signalanalysatoren!
Für Fragen & Anregungen erreichen Sie mich auch unter
