Software di ultima generazione per gli oscilloscopi R&S

STRUMENTAZIONE –

La nuova interfaccia software opzionale sviluppata da Rohde & Schwarz per i suoi oscilloscopi RTO, semplifica notevolmente l’analisi di segnali I/Q.

L'analisi di segnali I/Q su oscilloscopio utilizzando un software “fai da te” è cosa molto lunga e laboriosa. Rohde & Schwarz ha elaborato una interfaccia software opzionale per i suoi oscilloscopi RTO che rende molto più facile questo compito. In pochi istanti, la nuova interfaccia RTO-K11 permette di acquisire segnali con modulazione digitale e di inviare i relativi dati I/Q a software di analisi come Matlab o LabView con la possibilità di aggiustare il sampling rate. Senza più bisogno nè di effettuare conversioni di frequenza in banda base, nè di filtrare nè di regolare la frequenza di campionamento, non resta altro da fare che concentrarsi sull'analisi I/Q e sulle concrete operazioni di misura. L'interfaccia software RTO-K11 I/Q tratta in maniera differente tre tipi di segnali d'ingresso: Rf modulati, If in forma complessa I/Q e I/Q complessi in banda base.

- Segnali modulati RF - Dopo la conversione A/D, un oscillatore integrato a controllo numerico provvede alla conversione dei segnali Rf reali modulati, dalla frequenza portante alla banda base. Il segnale viene poi filtrato da un passa basso e successivamente ricampionato a un determinato sampling rate. A questo punto il software memorizza i dati I/Q risultanti. Dal momento che ogni segnale d'ingresso richiede un singolo canale, con un oscilloscopio a quattro canali si possono acquisire fino a quattro segnali Rf in parallelo.

- Segnali complessi I/Q in banda IF - L'oscilloscopio tratta i segnali complessi I/Q in banda If in modo simile a quello dei ricevitori a bassa IF, come quelli utilizzati nei televisori per la ricezione dei segnali con modulazione digitale. I segnali Rf ricevuti vengono convertiti ad un basso valore di If per evitare problemi con l'offset in Dc del convertitore A/D. Dopo la digitalizzazione, lo stadio digitale del ricevitore a bassa If converte il segnale in banda base.
L'oscilloscopio RTO di R&S riporta questi tipi di segnale dalla If alla banda base, dove vengono filtrati in modalità passa basso e poi convertiti con il sample rate richiesto. A differenza del trattamento di segnali Rf reali, in questo caso ogni segnale complesso necessita di due canali dell'oscilloscopio: uno per la componente in fase (I) e l'altro per la componente in quadratura (Q).

- Segnali I/Q nella complex baseband - I segnali I/Q nella complex baseband sono presenti, ad esempio, quando si eseguono misure su un chip che lavora in banda base. Con l'opzione software RTO-K11, questi segnali possono essere acquisiti e convertiti al richiesto sample rate per una successiva analisi. Non è necessaria alcuna deconversione: il segnale deve solamente essere sottoposto a un filtro passa basso e ricampionato. Ciascun segnale della banda base richiede due canali dell'oscilloscopio: uno per la componente I e l'altro per la componente Q: l'RTO può quindi processare due segnali di questo tipo contemporaneamente.

Interfacce generiche I/Q per l'analisi del segnale
Gli oscilloscopi disponibili in commercio sono in grado di rendere solamente il segnale d'ingresso campionato da un convertitore A/D. Prima dell'analisi I/Q vera e propria, è necessario assicurarsi che il segnale sia stato deconvertito in banda base, successivamente filtrato e poi ricampionato al sample rate richiesto: operazione che, oltre a richiedere tempo, può essere soggetta ad errori. L'abbinamento tra l'oscilloscopio RTO e l'interfaccia software RTO-K11 I/Q di R&S rende invece questa procedura più semplice e più veloce. Il software estrae i dati I/Q dal segnale in ingresso e li rende disponibili al sample rate definibile dall'utente; a questo punto, non resta che esportare i dati verso lo strumento di analisi e iniziare il processo di demodulazione. La ricca disponibilità di funzioni di analisi e la comoda operatività fanno del software Matlab lo strumento ideale per l'analisi dei dati I/Q, ma è comunque possibile utilizzare anche altri ambienti come ad esempio LabView.
Rohde & Schwarz offre speciali software opzionali per approfondite analisi del segnale relativamente a particolari metodologie di trasmissione: ad esempio, il software FS-K96 Ofdm per l'analisi vettoriale è ideale per dispositivi utilizzati nel broadcasting digitale o nei sistemi Wlan / WiMax e Lte, mentre il software FS-K112 è più indicato per applicazioni di comunicazione near field. In entrambi i casi sugli oscilloscopi RTO deve essere installata l'interfaccia software I/Q.

Tempi di acquisizione lunghi
grazie alla deconversione di frequenza hardware

Per ottenere i dati I/Q il segnale d'ingresso è convertito da Rf o If alla complex baseband. Nell'RTO di R&S la deconversione avviene con supporto hardware ed è quindi significativamente più veloce di ogni altra implementazione esclusivamente software. Essendo il segnale in banda base, gli utenti dell'interfaccia K11 possono lavorare con sampling rate relativamente bassi: ciò significa poter acquisire i segnali per lunghi periodi di tempo senza dover gestire una grande mole di dati. Poniamo, ad esempio, che si debba demodulare e analizzare un segnale con una larghezza di banda di 80 MHz e una frequenza portante di 3 GHz. Se si utilizza un'interfaccia I/Q software, la larghezza di banda può arrivare all'80% della larghezza di banda di Nyquist. Pertanto, dopo la deconversione hardware in banda base, è sufficiente un sampling rate di 100 milioni di campioni al secondo che, per i dati I/Q del segnale del nostro esempio, corrisponde ad un tempo di acquisizione di 100 millisecondi. Gli oscilloscopi disponibili in commercio che effettuano una deconversione di frequenza software necessitano, per lo stesso segnale, di una frequenza minima di campionamento di 6,1 gigasample per secondo, vale a dire 610 milioni di campioni per un tempo di acquisizione di 100 millisecondi. Un tale volume di dati rende indispensabile un notevole incremento della capacità di memoria, se possibile, oppure lavorare con tempi di acquisizione più ridotti.

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