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1-2021

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Grundlagen Bild 8:

Grundlagen Bild 8: Grafische Darstellung zum ACLR RFSoC-Tool zur Bewertung von HF-Datenkonvertern. Es sind 58,33 dBFS des gemessenen SNR und -151,25 dBFS/Hz des gemessenen NSD dargestellt bei 3,93216 GSPS Abtasttakt für F out = 900 MHz Sinuswelle bei -1 dBFS. Wir überprüfen dies mit der obigen Gleichung: RF-ADC NSD (dBFS) bei 900 MHz = - SNR gemessen [dBFS] - 10 log 10 (f s /2) [Hz] = -58,33 dBFS - 10 log 10 (3,93216 GSPS/2) = -151,33 dBFS/Hz Intermodulationsverzerrung dritter Ordnung (IM3) Jedes komplexe Signal enthält Komponenten mit mehreren Frequenzen gleichzeitig. Nichtlinearität in der Übertragungsfunktion des Wandlers verursacht nicht nur eine Verzerrung eines reinen Tons, sondern auch zwei oder mehr Signalfrequenzen zur Interaktion und Bildung von Intermodulationsprodukten. Im Fall der Interaktion eines Grundtons mit einer Harmonischen des Zweiton-Testsignals spricht man von Intermodulationsverzerrung dritter Ordnung oder IM3. Die 3 folgt aus 1 (Grundton) + 2 (2. Harmonische) = 3. Diese M-Produkte fallen in die Nähe des Nutzsignals. Typischerweise wird der Zweitontest verwendet, um nichtlineares Verhalten (d.h. praktisch IM3) für eine breite Palette von HF-Geräten zu messen, insbesondere Datenkonverter. Dabei wird ein Eingangssignal mit f1 und f2 mit kleiner Trennung in das HF-Gerät (z.B. den ADC) injiziert. Am Ausgang erscheinen lediglich die zwei Töne mit genau den gleichen Frequenzen wie das Eingangssignal, wenn der ADC perfekt linear ist. Beim nichtlinearen ADC treten jedoch die Signale 2f 1 - f 2 und 2f 2 - f 1 als Intermodulationsverzerrungsprodukte hinzu sowie nf 1 und nf 2 als harmonische Komponenten. Ein Zweitontest ist in Bild 6 illustriert. Einige Anwendungen, insbesondere diejenigen, die sich mit der HF-Signalverarbeitung befassen, Bild 9: Anwendungsfall der ACLR-Messung reagieren empfindlicher auf die genannten Intermodulationsprodukte als andere. Zum Beispiel sind in HF-Anwendungen die Produkte dritter Ordnung 2f 1 - f 2 oder 2f 2 - f 1 wichtig, da sie der Eingangsfrequenz am nächsten liegen. Andere Frequenzen können digital herausgefiltert werden. Aus diesem Grund werden andere Szenarien als IM3 normalerweise ignoriert, wenn die IMD (Intermodulation Distortion) für HF-Anwendungen angegeben ist. IM3 kann zu schwerwiegenden Problemen in HF-Kommunikationssystemen führen, auch dann, wenn die zusätzlichen Frequenzen in Bändern neben den modulierten Signalen auftauchen. In einem Empfangspfad kann IM dazu führen, dass Außerbandsignale das interessierende Signal stören. Auf der anderen Seite kann ein schlechter IM3 benachbarte Kanäle beeinflussen. Die M3-Leistung des Zynq UltraScale + RFSoC RF-DAC bei Eingangsfrequenzen um 900 MHz und mit einem Abstand von 20 MHz zwischen den zwei erzeugten Tönen beträgt -85,63 dBc sowohl bei 2f 1 - f 2 als auch bei 2f 2 - f 1 mit -7,26 dBm Eingangspegel, wie in Bild 7 dargestellt. Für den Zynq UltraScale + RFSoC RF-ADC wurde unter ähnlichen Bedingungen ein IM3 von -78,08 dBc ermittelt. Folglich weisen sowohl RF-DAC als auch RF-ADC eine hervorragende Linearität im Zweitontest auf, wodurch die Erzeugung großer neuer Frequenzkomponenten verhindert wird. Adjacent Channel Leakage Ratio (ACLR) Da die Nachfrage nach drahtlosen Anwendungen dramatisch gestiegen ist, wird das zugewiesene Frequenzspektrum immer mehr überfüllt. Heutzutage erfordert die drahtlose Infrastruktur eine immer größere Datenkapazität und Bandbreite zur Bereitstellung von IP-Diensten für mehr Teilnehmer und mehr mobile Geräte. Während der Über- 38 hf-praxis 1/2021

Grundlagen Bild 10: RF-DAC-ACLR-Messung für 64QAM mit 5 x 20 MHz bei 3500 MHz tragung eines Signals durch eine Over-the-Air-Schnittstelle kann Leistung in benachbarte Kanäle entweichen und dadurch die Übertragung in den angrenzenden Kanälen stören und die Gesamtleistung des Funksystems beeinträchtigen. Das ACLR beruht auf einer standardkonformen Spektrumsmessung für den Einsatz in Funksystemen wie 3GPP 5G, LTE und W-CDMA. Wie in Bild 8 gezeigt, charakterisiert es das Verhältnis von modulierter Signalleistung zur Leistung, die davon in benachbarte Kanäle des Kommunikationssystems übertritt. Die Möglichkeit, die Bandbreiten und den Abstand benachbarter Kanäle zu variieren, ist erforderlich, um im Rahmen verschiedener Kommunikationsprotokolle zu messen. Zur Messung des ACLR wird üblicherweise ein moduliertes Signal aus einem entsprechenden Generator oder DAC verwendet. Der Zynq UltraScale + RFSoC beispielsweise integriert entweder 8x8- oder 16x16-DACund ADC-Kanäle. Bild 9 skizziert zeigt den Anwendungsfall der ACLR-Messung (mehr in der Originalveröffentlichung) beim DAC. Bild 10 zeigt die Darstellung des Spektrumanalysators für 5 x 20 MHz Multi- Carrier in 64QAM-Modulation bei 3500 MHz am Senderausgang. Zwischen den Tx1- bis Tx5-Kanälen beträgt die ACLR sowohl des oberen als auch des unteren Nachbarkanals etwa -67 dBc. Für das ACLR des Zynq UltraScale + RFSoC RF-ADC werden 61,42 dBc in der Loopback-Konfiguration von DAC zu ADC gemessen, wie in Bild 11 gezeigt. Mit 40 MHz Offset betragen beide ACLRs -68 dBc. Bild 11: RF-ADC-ACLR für 64QAM mit 5 x 20 MHz bei 3500 MHz im Loopback-Modus Gemäß der 3GPP-Anforderung für eine 5G-NR-Basisstation beträgt die ACLR-Emissionsgrenze für das Gesamtsystem und den Sendepfad -45 dB in Bezug auf das Trägersignal. ◄ hf-praxis 1/2021 39

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