Historique de l'ACP :
Les mesures d'ACP sont effectuées depuis de nombreuses années. Initialement, l'ACP était utilisée pour les signaux modulés analogiques à bande étroite et mesurait le rapport entre la puissance des canaux supérieur et inférieur et la puissance totale transmise. Cette dernière était définie comme la somme de la puissance de la porteuse et de la majeure partie de la puissance des canaux supérieur et inférieur. Actuellement, cette mesure est définie comme le rapport entre un ou plusieurs intervalles de puissance (supérieur et inférieur) et la puissance totale de la porteuse dans la bande passante du canal.
Les communications mobiles s'appuient sur les mesures d'ACP pour garantir que la puissance rayonnée dans le canal adjacent est limitée, afin que le rapport signal/bruit dans ce canal n'interfère pas avec les communications. Les normes mobiles, telles que W-CDMA, cdma2000® et LTE, établissent des méthodes de mesure et des limites qui définissent l'ACP. Ces normes vont même plus loin et fournissent une appellation descriptive pour la mesure d'ACP. Par exemple, la norme CDMA2000 utilise le terme « puissance relative du canal adjacent (ACPR) », et la norme W-CDMA a adopté le terme « facteur de fuite du canal adjacent (ACLR) » comme appellations plus spécifiques pour la mesure d'ACP. Les normes GSM et EDGE ont des exigences similaires qui utilisent la mesure du spectre RF de sortie (ORFS) pour garantir que la puissance rayonnée sur les canaux adjacents ne dépasse pas certains seuils. La plupart des analyseurs de spectre modernes intègrent des préréglages pour les différentes normes, permettant une configuration rapide des mesures.
Dans les signaux modulés analogiques à bande étroite, le bruit de phase de l'oscillateur local était prédominant pour la puissance sur les canaux adjacents. Actuellement, avec l'introduction des signaux à large bande, la puissance sur les canaux adjacents peut résulter de la combinaison de plusieurs facteurs, notamment le bruit de phase, la distorsion d'intermodulation et le niveau de bruit du système. Ces facteurs affectent également la plage dynamique de l'ACP (Average Channel Ratio) qu'un analyseur de spectre peut atteindre lors de la mesure.
Le résultat de l'ACP peut être exprimé comme suit :
où P<sub>ady</sub> est la puissance sur le canal adjacent et P<sub>channel </sub> est la puissance sur le canal.
La figure 1 est une capture d'écran de l'analyseur de signaux Agilent MXA N9020A effectuant une mesure ACLR (Average Channel Ratio Ratio) d'un signal W-CDMA. La mesure ACLR est définie comme la puissance relative des canaux adjacents et alternés par rapport à la puissance porteuse, mesurée sur une bande passante de 3,84 MHz. L'espacement entre les canaux adjacents et alternés est respectivement de 5 MHz et 10 MHz. Les puissances des canaux sont calculées par la méthode de la puissance intégrée, comme indiqué dans l'équation 2, où tous les points de mesure des canaux (dBm) sont convertis en mW et additionnés à l'aide des paramètres d'intégration appropriés.
Une compensation de puissance est ensuite appliquée pour compenser le filtre en cosinus surélevé utilisé conformément à la norme W-CDMA.
Plage dynamique :
la régénération spectrale des signaux à large bande dans les canaux adjacents et alternés est principalement constituée de produits de distorsion cohérents et non cohérents. Les produits cohérents sont généralement composés de produits de distorsion non linéaires du troisième et du cinquième ordre qui se développent au sein du dispositif testé (DUT). Les produits non cohérents sont de nature similaire au bruit et proviennent du bruit de phase associé à l'oscillateur local (OL) du système ou au niveau de bruit du dispositif.
Les analyseurs de spectre ne sont pas exempts de régénération spectrale. Cependant, l'ampleur de la distorsion générée peut être fortement influencée par les réglages de l'instrument. Les produits de distorsion du troisième et du cinquième ordre générés en interne dans l'analyseur de spectre dépendent du niveau du mélangeur, qui peut être calculé à l'aide de l'équation 3.
L'augmentation de l'atténuation, qu'elle soit interne ou externe, diminue les produits de distorsion cohérente générés en interne par l'analyseur de spectre, du fait de la réduction du niveau du mélangeur. Cependant, cette augmentation a un effet néfaste : elle accroît le niveau de bruit de l'analyseur. L'optimisation de la plage dynamique lors des mesures PCA s'en trouve complexifiée.
Pour optimiser les paramètres de l'analyseur de spectre en termes de plage dynamique
, il est essentiel de comprendre la dynamique associée aux différents produits de distorsion avant de rechercher les réglages optimaux. Les produits de distorsion du troisième ordre apparaissent principalement dans les canaux adjacents, tandis que ceux du cinquième ordre prédominent dans les canaux alternés. Lorsque le niveau du mélangeur diminue et que l'atténuation augmente, le produit de distorsion du cinquième ordre décroît beaucoup plus rapidement que celui du troisième ordre (rapport 5:1 contre 3:1). Ceci entraîne une chute rapide des produits de distorsion cohérente des canaux alternés jusqu'au niveau de bruit de l'analyseur, tandis que ceux des canaux adjacents restent supérieurs à ce niveau. L'augmentation de l'atténuation nuit alors aux performances de l'ACP dans les canaux alternés, car elle accroît le niveau de bruit.
La meilleure méthode pour optimiser la réduction de la distorsion cohérente dans les canaux adjacents sans perturber la plage dynamique des canaux alternatifs consiste à utiliser des corrections ou des amplifications de bruit. Dans un premier temps, l'atténuation doit être augmentée afin de réduire les produits de distorsion internes dans les canaux adjacents, jusqu'à ce que les résultats de l'ACP ne soient plus affectés par une atténuation supplémentaire. À ce niveau d'atténuation, nous pouvons être certains de mesurer les performances de l'ACP du dispositif testé dans les canaux adjacents. Nous pouvons ensuite appliquer des corrections ou des amplifications de bruit pour réduire le bruit incohérent présent dans les canaux alternatifs, qui provient du niveau de bruit de l'analyseur de spectre.
Si le bruit de phase est le facteur limitant, les analyseurs de spectre modernes permettent d'optimiser le bruit de phase dans l'environnement immédiat ou à des points plus éloignés lors de la mesure d'étalons tels que Tetra, où le bruit de phase est prépondérant.
Incertitude de mesure :
Comme pour la plupart des mesures de distorsion non linéaire, telles que les harmoniques, le point de coupure du troisième ordre (TOI) et l’inversion du second harmonique (SHI), il convient de veiller à ce que les produits d’intermodulation internes n’annulent pas les produits de distorsion du dispositif testé (DUT). Cela peut se produire lorsque les produits de distorsion internes ont une amplitude proche de celle du DUT, mais sont déphasés de 180°. Si vous observez une nette amélioration de vos résultats d’ACP suite à de légères modifications de l’atténuation ou du niveau d’entrée, il s’agit de la cause la plus probable. Lorsque les amplitudes des produits de distorsion du DUT et des produits de distorsion internes sont égales, l’incertitude de mesure varie de +6 dB à –∞. L’incertitude de vos résultats de mesure sera plus faible lorsque les produits de distorsion de l’analyseur de spectre sont inférieurs de plusieurs dB à ceux du DUT. Pour éliminer ces incertitudes, il peut être nécessaire, dans certains cas, d’utiliser un analyseur de spectre plus performant.
Les analyseurs de signaux Agilent série X intègrent la fonction Adjust for Minimum Clip, qui permet de régler automatiquement le niveau du mélangeur en fonction du niveau du signal d'entrée. Ce niveau est optimisé pour offrir une plage dynamique optimale sans incertitude de mesure excessive.
Vitesse et répétabilité :
lors d'une mesure ACP par balayage accordé, la plupart des analyseurs de spectre modernes utilisent un détecteur de moyenne ou RMS pour mesurer la puissance dans les canaux. La variation observée sera exprimée comme suit :
Où
et
est le temps de balayage de l'analyseur de spectre.
Dans de nombreux cas, la bande passante du canal, la bande passante de résolution (ABR) et le trajet de balayage sont fixés en fonction de la norme ACP mesurée. Si des résultats reproductibles sont requis, le temps de balayage doit être augmenté, ce qui allonge la durée totale de la mesure.
Option Puissance Rapide Agilent :
les analyseurs de signaux Agilent série X proposent une option Puissance Rapide permettant des mesures de puissance rapides, telles que la puissance du canal, la puissance du canal adjacent, la bande passante occupée et le gain X-dB (option FP2). Les mesures de puissance sont d'abord accélérées au niveau matériel par l'intégration de calculs FFT en temps réel dans le code FPGA. La valeur RMS moyenne de chaque résultat FFT est ensuite calculée pour obtenir le spectre en temps réel sur lequel les résultats de puissance sont calculés. Cette fonctionnalité SCPI permet aux utilisateurs d'effectuer des mesures telles que l'ACP directement depuis le matériel. Par exemple, un résultat ACLR conforme à la norme W-CDMA peut être demandé par programmation à partir de la mesure de l'amplitude du vecteur d'erreur (EVM). Avec un temps d'acquisition de 1 ms, la durée totale de la mesure est de 3 ms.
La méthode Fast Power améliore la répétabilité car tous les canaux sont mesurés simultanément sur une bande passante beaucoup plus large. Par exemple, nous pouvons calculer la répétabilité de la mesure ACLR par balayage illustrée à la figure 1. La configuration de mesure utilise un temps de balayage de 3 ms, une bande passante de résolution de 100 kHz et une bande passante de canal de 3,84 MHz sur un trajet de 25 MHz. Cette mesure par balayage dure 13 ms au total. Nous pouvons calculer la répétabilité de cette mesure à l'aide de l'équation 4.
Nous pouvons maintenant comparer la répétabilité et le temps de mesure de cet exemple de balayage avec ceux de la méthode Fast Power, qui utilise un temps d'acquisition de 1 ms et un temps de mesure total de 3 ms. Pour la méthode Fast Power, nous pouvons utiliser la relation suivante :
Par conséquent, la répétabilité de Fast Power est :
En résumé, la fonction Fast Power permet des mesures ACLR quatre fois plus rapides et neuf fois plus répétables que la mesure par balayage.
La figure 2 présente différentes valeurs de répétabilité pour les temps d'acquisition des mesures ACLR avec balayage accordé et Fast Power. Les courbes bleue et rouge correspondent aux résultats théoriques de l'équation 4.
Les mesures par balayage accordé offrent toujours une plage dynamique plus étendue grâce à l'utilisation d'un filtre FI analogique à bande passante étroite. Ce filtre à bande passante FI étroite délivre une puissance de crête bien plus faible (observable au niveau du CAN) que lorsque toute la bande passante est mesurée simultanément, comme avec la fonction Fast Power. Si la plage dynamique est un critère essentiel, il convient d'utiliser la mesure ACLR par balayage accordé. Dans un environnement de test automatisé où la vitesse et la répétabilité des mesures sont primordiales et où la plage dynamique maximale n'est pas le facteur prédominant, l'option Fast Power des analyseurs de signaux Agilent série X est nettement supérieure aux autres méthodes.
Résumé :
Cet article aborde plusieurs points relatifs à la réalisation de mesures ACP. Avec l'évolution des normes de modulation, d'autres mesures, telles que le masquage d'émission spectrale (SEM), permettront aux utilisateurs d'obtenir une meilleure compréhension de la linéarité de leur dispositif sous test (DUT). Ces mesures, combinées à des mesures de distorsion linéaire telles que l'amplitude du vecteur d'erreur (EVM), permettront aux utilisateurs finaux de l'équipement de bénéficier de meilleures communications et d'une utilisation plus propre du spectre limité.
Auteur : Bob Nelson, Agilent Technologies, Inc.
Remarque : cdma2000 est une marque de certification américaine déposée appartenant à la Telecommunications Industry Association.
