02 ettus practical radios

8/3/2019 02 Ettus Practical Radios

1/32

I n t r o d u c t i o n

M e a s u r e m e n t s

R a d i o A r c h i t e c t u r e s

I m p a i r m e n t s

P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o

W h y T h i n g s D o n ' t A l w a y s M a t c h t h e T e x t b o o k s

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >

E t t u s R e s e a r c h L L C

S e p t e m b e r , 2 0 1 1

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >

http://find/http://goback/


2/32





O u t l i n e

1


2


3


4


H a r d w a r e I n h e r e n t

A r c h i t e c t u r e S p e c i c

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



3/32





O u t l i n e

1


2


3


4




M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



4/32





E s s e n t i a l l y , a l l m o d e l s a r e w r o n g , b u t s o m e a r e u s e f u l .

G e o r g e E . P . B o x

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



5/32





T o p i c s

M a k i n g m e a s u r e m e n t s


R e a l - w o r l d i m p a i r m e n t s

W h a t t h e y a r e

H o w t o r e c o g n i z e a n d d i a g n o s e t h e m

H o w t o x t h e m

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



6/32





S i g n a l s o f I n t e r e s t

S i n e w a v e s ( s i n g l e a n d m u l t i - t o n e s )

F S K

P S K / Q A M

O F D M

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



7/32






H e t e r o d y n e

D i r e c t c o n v e r s i o n

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



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H a r d w a r e i n d e p e n d e n t

A W G N

M u l t i - p a t h

F r e q u e n c y a n d p h a s e o s e t

S y m b o l r a t e a n d t i m i n g o s e t


N o n - l i n e a r i t y

Q u a n t i z a t i o n

P h a s e N o i s e

P a s s b a n d s h a p e a n d g r o u p d e l a y


D C O s e t

I Q B a l a n c e

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



9/32





O u t l i n e

1


2


3


4




M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



10/32





I n t e r p r e t i n g S p e c t r u m A n a l y z e r m e a s u r e m e n t s

W h a t i s N o i s e o o r ?

B a n d w i d t h

M e a s u r i n g p o w e r

P a r s e v a l s t h e o r e m

S c a l l o p i n g l o s s

S p e c t r a l e s t i m a t i o n

A v e r a g i n g

W i n d o w i n g

T h e d i e r e n c e s b e t w e e n s w e p t a n d F F T s p e c t r u m a n a l y z e r s

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



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W i n d o w s

N o n e ( a k a s q u a r e )

N a r r o w e s t B W

M o s t l e a k a g e

H a m m i n g

G o o d n a r r o w B W , h i g h s i d e l o b e s

v o n H a n n ( a k a H a n n i n g ) , B l a c k m a n - H a r r i s

G o o d g e n e r a l - p u r p o s e

F l a t t o p

N o s c a l l o p i n g

W i d e B W

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >




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M e t r i c s a n d D e n i t i o n s

W h a t i s S N R ?

S N R , S N D R , S I N R

C N R ( C / N 0 )

E b / N 0

T h e m i s u n d e r s t o o d N o i s e F l o o r

N o i s e g u r e

W h a t i s S e n s i t i v i t y ?

W h a t i s d y n a m i c r a n g e ?

S F D R

I P 3

P o w e r h a n d l i n g

G a i n c o n t r o l r a n g e

U n i v e r s a l g u r e s o f m e r i t

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >




13/32




E x a m p l e S p e c s

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >




14/32




O u t l i n e

1


2


3


4




M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >




15/32




H e t e r o d y n e

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >




16/32




D i r e c t C o n v e r s i o n

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >




17/32




H e t e r o d y n e V s . D i r e c t C o n v e r s i o n

H e t e r o d y n e i s s i m p l e r

W i d e b a n d e a s i e r i n D i r e c t C o n v e r s i o n

F e w e r s p u r s i n D C , b u t h a r d e r t o x t h e m

R F v s . I F v s . B B F i l t e r i n g

C o m p o n e n t m a t c h i n g c r i t i c a l i n D C

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



18/32



19/32









P h a s e N o i s e

P a s s b a n d S h a p e a n d G r o u p D e l a y

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >




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O u t p u t n o t a m u l t i p l e o f t h e i n p u t

T r a n s f e r f u n c t i o n d e p e n d s o n a m p l i t u d e

P r i m a r y m e c h a n i s m i n s e m i c o n d u c t o r a m p s i s c l i p p i n g

b e h a v i o r a s y o u a p p r o a c h m a x i m u m o u t p u t

V

o u t

= k

1

V

i n +k

2

V

2

i n +k

3

V

3

i n + ...c o s

2

x = 1 +c o s 2 x2

c o s

3

x = c o s (3

x )+3

c o s x s i n

2

x

O u t p u t c o n t a i n s f r e q u e n c i e s n o t i n t h e i n p u t ( h a r m o n i c s a n d

m i x i n g p r o d u c t s )

N o t j u s t a m p l i e r s ( m i x e r s , c a p a c i t o r s , i n d u c t o r s , e v e n

c o n n e c t o r s )

M o r e c o m p l e x m o d e l s

V o l t e r r a S e r i e s

A M - A M a n d A M - P M

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >



M e a s u r e m e n t s H a r d w a r e I n h e r e n t


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T h i r d o r d e r n o n - l i n e a r i t y

T h i r d o r d e r t h e m o s t i m p o r t a n t

T y p i c a l l y m o d e l e d w i t h t h i r d o r d e r i n t e r c e p t ( I P 3 , I I P 3 , O I P 3 )

I n t e r c e p t p o i n t i s t h e [ e x t r a p o l a t e d ] p o i n t a t w h i c h i n t e r m o d

p r o d u c t s w o u l d e q u a l d e s i r e d p r o d u c t s

T y p i c a l l y ~ 1 0 d B a b o v e P 1 d B

D o n ' t a c t u a l l y o p e r a t e a t t h a t p o i n t !

P

I M D

3

= 3 Ps i g n a l

2 I P3

I M D 3 p r o d u c t s i n c r e a s e 3 x a s f a s t a s i n p u t

I M D p r o d u c t s a p p e a r a t 2 f

1

f

2

, 2f

2

f

1

, 3f

1

, 3f

2

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >





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S e c o n d o r d e r n o n - l i n e a r i t y

2 n d o r d e r p r o d u c t s f a l l a t D C , f

1

f

2

,2 f1

, 2 f

2

D C I M D 2 p r o d u c t o f t e n m i s t a k e n f o r D C o s e t

O n l y a p r o b l e m i n c e r t a i n s i t u a t i o n s

B a n d o f i n t e r e s t i s g r e a t e r t h a n 1 o c t a v e

B a n d o f i n t e r e s t i n c l u d e s D C

D i r e c t C o n v e r s i o n r e c e i v e r s

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >





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N o t t o b e c o n f u s e d w i t h d i s c r e t i z a t i o n ( i . e . t i m e s t e p s )

I n h e r e n t i n d i g i t a l s y s t e m s

F i n i t e b i t w i d t h s i n A D C , D A C

C o s t s o f d i g i t a l p r o c e s s i n g , s t o r a g e , t r a n s m i s s i o n

C o s t o f a M u l t i p l y o p e r a t i o n i s p r o p o r t i o n a l t o b i t s ^ 2

E v e n o a t i n g p o i n t n u m b e r s a r e q u a n t i z e d

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >





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Q u a n t i z a t i o n , c o n t ' d

Q u a n t i z a t i o n r e s u l t s i n n o i s e

O f t e n m o d e l e d a s A W G N

B e w a r e o f c o r r e l a t e d q u a n t i z a t i o n n o i s e ( f /fs

M /N )

S N R =6.

0 2N +

1.

7 6d B

N o n - i d e a l A D C / D A C b e h a v i o r c a u s e s s i m i l a r p r o b l e m s t o

c o r r e l a t e d n o i s e

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >





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P h a s e N o i s e

R a n d o m p h a s e p e r t u r b a t i o n s o n a n o s c i l l a t o r

S p e c i e d a s d B c / H z a t a n o s e t f r o m c a r r i e r

i . e . - 1 0 0 d B c / H z a t 1 0 0 k H z o s e t

M o d e l e d b y t h e L e e s o n p h a s e n o i s e e q u a t i o n

S p u r s a r e a r e l a t e d p h e n o m e n o n w i t h s i m i l a r s y m p t o m s

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >





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P h a s e N o i s e , c o n t ' d

A l w a y s c a u s e s s e l f n o i s e

i n c r e a s i n g s i g n a l d o e s n ' t h e l p

- 1 0 0 d B c / H z d o e s n ' t s o u n d l i k e m u c h

O v e r a 1 0 M H z B W s i g n a l t h a t e q u a t e s t o - 3 0 d B c

N o Q A M 2 5 6 f o r y o u !

T o t a l i n t e g r a t e d p h a s e n o i s e o f t e n s p e c i e d

I . e . 1 . 5 d e g r e e s R M S i n a 2 0 k H z t o 8 0 M H z B W

O n T X c a u s e s a d j a c e n t c h a n n e l e m i s s i o n s , b r o a d b a n d n o i s e

o o r

O n R X m i x e s s t r o n g a d j a c e n t s i g n a l s o n t o d e s i r e d s i g n a l

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >





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P a s s b a n d S h a p e

R o l l o a t e d g e s o f p a s s b a n d a r e c o m m o n

c a u s e s l o s s o f s i g n a l e n e r g y

c a n c a u s e i n t e r - s y m b o l i n t e r f e r e n c e ( I S I )

M a n y l t e r s h a v e r i p p l e , l i k e :

S A W l t e r s

C h e b y s h e v l t e r s

P a r k s - M c C l e l l a n F I R l t e r s

A t r a n s f e r f u n c t i o n w h i c h i s n o t a t i n t h e f r e q u e n c y d o m a i n i s

n o t a n i m p u l s e i n t h e t i m e d o m a i n

S p r e a d i n t h e t i m e d o m a i n c a n s m e a r a d j a c e n t s y m b o l s

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >





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G r o u p D e l a y

G r o u p d e l a y i s t h e f r e q u e n c y d e r i v a t i v e o f t h e t r a n s f e r f u n c t i o n :

D () H ()

L i n e a r p h a s e m e a n s c o n s t a n t g r o u p d e l a y

M a n y l t e r s d o n o t h a v e l i n e a r p h a s e :

I I R l t e r s

n o n - s y m m e t r i c F I R l t e r s

a l l a n a l o g l t e r s

N o n - c o n s t a n t g r o u p d e l a y m e a n s d i s p e r s i o n

L i k e I S I , b u t c a n b e w o r s e

4 F S K e x a m p l e

F i l t e r s c a n b e d e s i g n e d t o c o m p e n s a t e f o r g r o u p d e l a y v a r i a t i o n

M a t t E t t u s

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D C O s e t

I Q B a l a n c e

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >





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D C O s e t

C a u s e s

C o m p o n e n t m i s m a t c h

L O l e a k a g e

2 n d o r d e r d i s t o r t i o n

V a r i e s w i t h t i m e , t e m p , f r e q u e n c y , v o l t a g e , m o o n p h a s e , e t c .

P r o d u c e s s e l f i n t e r f e r e n c e

R e m e d i e s

I g n o r e D C ( u s e l o w - I F o r i g n o r e D C b i n i n O F D M )

A C - c o u p l e

H i g h p a s s l t e r ( r e c e i v e r o n l y )

E s t i m a t e a n d s u b t r a c t i n e i t h e r a n a l o g o r d i g i t a l d o m a i n s

m u s t b e d o n e a t t r u e b a s e b a n d

m u c h e a s i e r o n t h e r e c e i v e r

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >








31/32


I Q I m b a l a n c e

M a g n i t u d e i m b a l a n c e c a u s e d b y g a i n m i s m a t c h b e t w e e n p a t h s

P h a s e i m b a l a n c e c a u s e d b y

i m p e r f e c t 9 0 d e g r e e p h a s e s h i f t i n L O

m i s m a t c h e d p h a s e o r g r o u p d e l a y b e t w e e n I a n d Q p a t h s

V a r i e s w i t h t i m e , t e m p , f r e q u e n c y , v o l t a g e , m o o n p h a s e , e t c .

E e c t s

S e l f i n t e r f e r e n c e

O u t o f c h a n n e l l e a k a g e o n t r a n s m i t

S u s c e p t i b i l i t y t o o u t o f c h a n n e l i n t e r f e r e n c e o n r e c e i v e

I n h e r e n t l y n o n - L T I s i n c e i t g e n e r a t e s n e w f r e q u e n c i e s

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >








32/32


F i x i n g I Q I m b a l a n c e

R e m e d y i s

e s t i m a t e t h e r e l a t i v e I a n d Q m a g n i t u d e e r r o r a n d s c a l e

a p p r o p r i a t e l y

e s t i m a t e t h e r e l a t i v e p h a s e a n d r o t a t e c o m p o n e n t s

a p p r o p r i a t e l y

M u s t b e d o n e a t t r u e b a s e b a n d

M u c h e a s i e r o n t h e r e c e i v e r

M a y b e b a s e b a n d f r e q u e n c y s e l e c t i v e

M u s t s c a l e m a g n i t u d e a n d p h a s e d i e r e n t l y f o r d i e r e n t

f r e q u e n c i e s

R e q u i r e s m u l t i - t a p l t e r

M a t t E t t u s

< m a t t @ e t t u s . c o m >


02 ettus practical radios

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