Mess und Prüftechnik bis 6 GHz für Anwendungen. National Instruments CER

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1 Mess und Prüftechnik bis 6 GHz für Anwendungen im Bereich Ultra Wide Band Christian Gindorf National Instruments CER

2 Typische RF Applikationen Mobiltelefone GSM 0,5 bis 1,9 GHz 200 khz pro Kanal UMTS 1,9 bis 2,2 GHz Bandbreiten etwa 5 MHz Digitaler Rundfunk DVB T/C 0,2 bis 0,9 MHz 8 MHz Bandbreite pro Bouquet (ca. 4 TVl) Kanäle) DAB 0,2 und 1,45 GHz 5 MHz pro Bouquet (mehrere Radiosender) Drahtlose Netzwerke Bluetooth 2,4 GHz 80 MHz Frequenzbereich WiMAX 3,5 GHz Kanalbandbreite bis 20 MHz WLAN 2,4 bis 5,8 GHz Bandbreiten von 20 bis 40 MHz pro Kanal

3 Was wird getestet? Spektrale Analysen Frequenzen, Leistungen, Bandbreiten Physical Layer Test Modulationsfehler MER, EVM Bitfehlerrate Timing (von Datenpaketen) Funktionstest Test von Radios, Fernbedienungen usw. Call Processing (Mobiltelefone)* MAC Layer/Protokolltest*

4 Die RF Plattform von National Instruments 2,7 GHz Vektorsignalgenerator (NI PXI 567x) 6,6 GHz CW Generator (NI PXI 565x) 2,7 GHz Vektorsignalanalysator (NI PXI 566x) 3 GHz Vorverstärker (NI PXI 5690) RF Schaltmodule Shlt dl und MultiplexerM l IF Transceiver for SDR 6 GHz True RMS Power Meter (NI PXI 254x, 255x, 259x) (NI PCI 5640R) (NI USB 5680)

5 RF Standards im Vergleich Performance WiMAX WiMAX 6 GHz Platform WiMAX DVB T GSM WCDMA a/g b RFID GPS ZigBee TPMS ISM Band Bluetooth Current Platform 1 GHz 2 GHz 3 GHz 4 GHz 5 GHz 6GHz Frequenz

6 Die neuen 6,6 GHz RF Messgeräte von NI Vektorsignalanalysator PXIe 5663 Frequenzbereich von 10 MHz bis 6,6 GHz Bandbreiten bis 50MHz Kaskadierbar für MIMO Applikationen Vektorsignalgenerator PXIe 5673 Frequenzen e von 85 MHz bs6,6 bis GHz Bandbreiten bis 100 MHz OSP für Interpolation, künstliche Signalfehler Kaskadierbar für MIMO Applikationen

7 Details zum Signalanalysator PXIe 5663 Frequenzbereich: 10 MHz bis 6,6 GHz, Bandbreite: 50 MHz (3 db) Nutzbarer Dynamikbereich (SFDR) von 80 db Typ. Linearität: ±0,35 35dB (20 MHz Bandbreite) Typ. Amplitudengenauigkeit von ±0,65 db (bei 23±5 C) Typ. Rauschpegel kleiner 158 dbm/hz (bei 1 GHz) Typ. Phasenrauschen: < 112 dbc/hz (10 khz / 1 GHz) Preise (September 2008): PXIe 5663 mit 64 MB RAM: 20, PXIe 5663mit 256MBRAM: 22,

8 Komponenten des 6,6 GHz RF Analyzers PXI 5652 CW Generator Dient als Local Oscillator (LO) zum Heruntermischen des Eingangssignals PXIe 5601 Downconverter Mischt mit dem LO das Eingangssignal in einem Schritt (Single Stage) auf eine ZF von 187 MHz PXIe 5622 Digitizer Di it li i t d ZF Si l it 150 MS/ Digitalisiert das ZF Signal mit 150 MS/s und 16 Bit Auflösung

9 Architektur des 6,6 GHz RF Analyzers PXIe 5601: Downconverter PXIe 5622: Digitizer Single Stage Downconversion 16 bit Eingangsbereichg g in 1 db Schritten einstellbar 150 MS/s RF Eingang ADC DDC PXI Express PXI ms Tuning

10 Was bedeutet Single Stage? Signale werden in einem Schritt (direkt) vom RF ins Basisband umgesetzt Ermöglicht einen kostengünstigen Aufbau, gute RF Eigenschaften Eigenschaften, hohe Bandbreiten Der PXIe 5663 besitzt allerdings keinen Pre Selection FilteramEingang, der unerwünschte Frequenzbereiche (Harmonische) ausblendet. Für Signalanalysen aus der Luft ist ein geeigneter g Filter am Eingang zu verwenden!

11 Single und Multi Stage Downconverter Single Stage Downconversion Multi Stage Downconversion ADC 1 Stage= 1 Mixer (PXIe 5663) 3 Stage= 3 Mixer (PXIe 5661) Signal Unerwünschte Signalanteile Signal Unerwünschte Signalanteile

12 Vergleich des PXI 5661 und PXIe 5663 (neu!) PXI 5661 PXIe stage super het Architecture Single stage het 9 khz Min Frequency 10 MHz 2.7 GHz Max Frequency 6.6 GHz 20 MHz Bandwidth (3 db) 50 MHz 142 dbm/hz Typical Noise Floor (2 GHz)* 158 dbm/hz ±0.9 db Typical Flatness (20 MHz) ± 0.65 db 95 dbc/hz at 10 khz Typical Phase Noise (1 GHz) 110 dbc/hz at 10 khz Up to 75 db Dynamic Range Up to 77 db 20 ms Typical Tuning Speed 11 ms 24% 2.4% EVM for W CDMA 08% 0.8% NO Phase Coherent Acquisition YES *Note: Theoretical noise floor for any device is 174 dbm/hz

13 Geschwindigkeitsvergleich g mit anderen RF Analysatoren Messzeit in Sekunden CCDF EVM ACLR OBW Gesamt Geschwindigkeits Zuwachs insg. Mittelwerte Instrument A Instrument B NI PXI 5663 mit NI PXIe M NI PXIe 5663 mit NI PXIe ,505 0,510 0,488 0,330 0,384 3,142 3,130 0,822 0,577 0,519 3,070 3,100 0,200 0,174 0,168 4,554 4,540 0,217 0,188 0,167 11,270 11,280 1,727 1,269 1,070 NI PXI 5663 mit NI ,56 fach 8,88 fach 10,53 fach

14 Details zum Signalgenerator PXIe 5673 Frequenzbereich: 85 MHz bis 6,6 GHz, RF Bandbreite > 100 MHz Ausgangspegel bis +10 dbm Pegellinearität: +/ 0,75dB (im Bereich von +5 bis 90 dbm bei 15 bis 35 C) Typ. Phasenrauschen von 112 dbc/hz (bei 1 GHz, 10 khz Offset) Adjacent Channel Leakage Ratio (ACLR): 66 dbc (WCDMA ähnliche Signale) Typ. Trägerunterdrückung: 64 dbc bei 2,4 GHz Preise (September 2008): PXIe 5673mit 128MBRAM: 21, PXIe 5673 mit 512 MB RAM: 23,799.00

15 Komponenten des 6,6 GHz RF Generators PXIe 5450 I/Q Signalgenerator Erzeugt das I/Q Basisbandsignal mit bis zu 400 MS/s und 16 bit Auflösung PXIe 5611 I/Q Vector Modulator Mischt das I/Q Signal mit dem LO direkt (Single Stage) in denrf Bereich PXI 5652 CW Generator Di t l L lo ill t (LO) Dient als Local Oscillator (LO) zum Mischen des I/Q Signals

16 Architektur des 6,6 GHz RF Generators PXI 5450: 2 channel AWG 16 bit, 400 MS/s PXI 5611: Upconverter Single Stage Upconverter On the fly attenuation DAC 90 RF Ausgang DAC PXI 5652: RFCW Source

17 Vergleich des PXIe 5672 und PXIe 5673 (neu!) PXI 5672 PXI stage super het Architecture Direct RF Upconversion 250 khz Min Frequency 85 MHz 2.7 GHz Max Frequency 6.6 GHz 20 MHz Bandwidth (1 db) 100 MHz 120 dbm/hz Noise Floor at 0 dbm 141 dbm/hz ±0.80 db Typical Level Accuracy ± 0.75 db 95 dbc at 10 khz Phase Noise (1 GHz) 110 dbc at 10 khz 75 dbc IM3 at 6 dbm 50 dbc 18 ms Tuning Speed 7.5 ms 1.5% EVM for W CDMA 0.8% NO Phase Coherency YES

18 Vergleich von Carrier and Image Suppression mit anderen Geräten Trägerunterdrückung ist wichtig für hohe Modulationsstufen wie 256 QAM NI 5673 SMU200 Carrier Suppression(1 GHz) 64 dbc 65 dbc Image Suppression (1 GHz) 70 dbc 71 dbc Carrier Suppression (2 GHz) 64 dbc 60 dbc Image Suppression (2 GHz) 71 dbc 69 dbc Carrier Suppression (3 GHz) 64 dbc 57 dbc Image Suppression (3GHz) 63 dbc Carrier Suppression (5 GHz) 60 dbc 45 dbc Image Suppression (5GHz) 63 dbc 68 dbc

19 Vergleich der EVM Daten mit anderen Geräten auf dem Markt EVM (Error Vector Magnitude) ist ein Maß für die Modulationsgüte Modulationsverfahren NI 5663 & NI 5673 FSG & SMU QAM at 5.36 MS/s at 1.0 GHz 0.47% 0.63% 256 QAM at 5.36 MS/s at 2.0 GHz 0.48% 0.86% QPSK at 3.84 MS/s at 1.0 GHz 0.40% 0.65% QPSK at 3.84 MS/s at 2.0 GHz 0.44% 0.66% 64 QAM at 20 MS/s at 2.4 GHz 0.25% 1.09% 64 QAM at 20 MS/s at 5.0 GHz 0.25% 2.01%

20 Einsatzgebiete der neuen 6,6 GHz RF Geräte Physical Layer Test von WLAN a, b, g und n WiMax e Bluetooth, ZigBee GPS, GSM/EDGE/WCDMA DVB C, DVB T, ISDB T MIMO Systeme (Kaskadierung von Generatoren und Analysatoren) Aufzeichnen & Wiedergeben (Streaming) von Signalen mit hohen Frequenzen und Bandbreiten (mit externem Filter)

21 Zusammenfassung Deutlich schnellere Messungen als Boxed Geräte Schnellere Spektrum Sweeps S eeps Schnellere Messungen an EVM, ACLR, OBW Softwaredefinierte Architektur deckt viele Anwendungen ab Alliance Partner bieten Lösungen für Standards Alleinstellung durch Streaming und Kaskadierbarkeit für MIMO Neue 6,6 GHz Geräte liefern viel genauere Messwerte Deutlich besser als Boxed Geräte gleicher Preisklasse bzw. Gleiche Leistung bei viel geringeren Kosten