Современная электроника №5/2020

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 5 2020 Измерение коэффициента мощности шума с помощью реальных сигналов Рис. 1. Спектр испытательного сигнала для измерения КМШ В статье рассматривается основанный на спектральной корреляции метод, который позволяет осуществлять более адекватную оценку нелинейных искажений устройств спутниковой связи в отличие от традиционного метода измерения коэффициента мощности шума, который может давать завышенные оценки искажений. Дональд Вандервейт (Keysight Technologies) Коэффициент мощности шума (КМШ) является одним из основных показателей искажений, вносимых активными компонентами, например усилителями. Впервые его стали приме- нять в 1930-х годах для проверки ана- логовых телефонных каналов с частот- ным уплотнением (FDM) и применяют до сих пор, поскольку он позволяет оце- нить интермодуляционные искажения, порождаемые нелинейными компонен- тами. Искажения, определяемые КМШ, являются внутриполосными, поэтому их нельзя отфильтровать. А поскольку они нелинейные, их нельзя скорректи- ровать за счёт предыскажений. В традиционных измерениях КМШ в качестве воздействующего сигна- ла используют шум с распределени- ем, близким к гауссовскому. Однако большинство сигналов, передаваемых по спутниковым каналам связи, име- ют более консервативный профиль мощности, чем у гауссовского шума, с меньшим пик-фактором и более узким переходом в дополнительной функ- ции распределения мощности (CCDF). Врезультате традиционный способизме- ренияКМШможет привестик завышен- нойоценке искажений, возникающих в процессе работы оборудования. Чтобы избежать этихпогрешностей, былпред- ложенметодиспытаний, основанныйна спектральной корреляции, позволяю- щий измерить КМШ с помощью реаль- ных сигналов. В спутниковых каналах связи разра- ботчики всегда стремятся повыситьмощ- ность усилителейпередатчиков. За счёт большеймощности достигается бо ′ льшее отношение сигнал-шум (С/Ш) в приём- нике наземной станции, что, в своюоче- редь, позволяет увеличить скорость пере- дачи данных в канале. Поскольку эти усилители работают на краю линейно- го диапазона, дальнейшее повышение мощности приводит к росту искаже- ний. Относительнымпоказателемкаче- ства усилителя является значение КМШ при заданном уровне мощности. Традиционное измерение КМШ На рисунке 1 показан спектр испы- тательного сигнала для традиционно- го способа измерения КМШ, имеющий постоянное значение спектральной плотности мощности в рабочей поло- се частот исследуемого устройства с просечкой в середине полосы. В области просечки спектральная плот- ность мощности значительно ниже, чем в остальной интересующей обла- сти. Такой испытательный сигнал формируется либо широкополосным генератором шума со специальными фильтрами, либо генератором сиг- налов произвольной формы. Прин- цип измерения очень прост: нели- нейность исследуемого устройства вызывает интермодуляционные иска- жения, которые приводят к перераспре- делению энергии сигнала по спектру как в исследуемой полосе частот, так и за её пределами. Часть этой энергии попадает в область просечки. Посколь- ку изначально уровень сигнала в про- сечке очень мал или равен нулю, можно выделить и измерить интермодуляци- онные искажения, порождаемые иссле- дуемым устройством. Пример результатов, полученных в ходе измерений, показан на рисунке 2. Жёлтая кривая соответствует сигна- лу на входе испытуемого устройства, а голубая – на его выходе. «Пьедестал» определён очень чётко, уровень спек- тральной плотности мощности испы- тательного сигнала (жёлтая кривая) в области просечки очень мал. После прохождения через усилитель (голу- бая кривая) этот уровень в области про- сечки заметно повышается. Отношение мощности сигнала в просечке к мощ- ности «пьедестала» является результа- том измерения КМШ [1]. Уровень искажений сильно зави- сит от мощности сигнала, что прида- ёт особую важность такой характе- ристике испытательного сигнала, как профиль мощности. Испытательный сигнал является широкополосным, мощность сигнала для большинства используемых сигналов изменяется во времени. Существует множество спо- собов сопоставления этих изменений со средним уровнем сигнала, напри- мер используется пик-фактор, рав- ный отношению пиковой мощности к средней (PAPR). Однако в этом слу- чае наиболее полезной характеристи- кой является кривая CCDF (см. рис. 3). Шумовой воздействующий сигнал Шум, создаваемый испытуемым устройством Полоса измерения КМШ