WO2012107600A1 - Procedimiento de generación de señales interferencia y dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento - Google Patents
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Definitions
- the present invention is related to the field of wireless communications, specifically with the performance of tests to measure the signal reception quality of transmitting and receiving devices of radio frequency signals, where the device under test receives radio frequency signals in the presence of interference signals.
- an interference signal generation system is proposed that allows it to be used in transmitting and receiving devices with multiple inputs and multiple outputs (MIMO).
- the procedure for measuring, in the presence of interference, the quality of signal reception in a signal transmitting and receiving device consists in the generation of at least two signals, a desired signal carrying a test message, and an interference signal. Both signals are added, for example in a signal combination and separation network, and transmitted to the transmitter and receiver device to be tested, known as EUT ("Equipment ünder Test"). Said device estimates the message contained in the sum signal that it has received and relays the estimated message to a processor that compares the test message initially transmitted with the message estimated by the device under test, thus being able to determine different reception quality parameters. signal, such as the rate Bit error rate ("Bit Error Rate”) or the packet error rate PER ("Packet Error Rate").
- Bit error rate Bit error rate
- PER Packet Error Rate
- the interference signal is a continuous wave signal located at frequencies that exclude the reception bands of the signal transmitter / receiver device under test are particularly difficult. This is because the interference signal strength is very large compared to the desired signal strength that is close to the sensitivity level of the device under test. Under such conditions, additional interference may occur in the reception band of the device under test that degrades the quality of signal reception, altering the test result. These additional unwanted interferences may be broadband, harmonic, subharmonic and spurious noise caused by the source of interference signal generation, or reverse intermodulation products generated in the system itself by the signal retransmitted by the device under test.
- a common solution to this problem is the placement of a bank of filters at the output of the source of interference signal generation.
- the filter bank consists of a rejection-band filter and a high-pass filter.
- the rejection-band filter is selected when its low-pass cutoff frequency is higher than the center frequency of the interference signal, and the high-pass filter eliminates interference in the receiving band of the device under test when the center frequency of the Interference signal is greater than the cut-off frequency step- under the rejection-band filter.
- a rejection-band filter is required for each service band supported by the system. These filters are expensive and bulky as they are of a high order and employ resonant cavity technology. ⁇ The filter bank requires an additional switch network to select the reception band in which the test is to be performed. The complexity and cost of this switch network increase significantly with the number of bands supported.
- the transmitting and receiving devices of radio frequency signals compatible with the latest wireless communications standards such as the WiMAX standard “Worldwide Interoperability for Microwave Access” (global interoperability for microwave access) and the LTE standard “Long Term Evolution” (long-term evolution), have more than one receiving antenna to support functionalities such as diversity in reception or MIMO (Multiple Input Multiple Output) features.
- MIMO Multiple Input Multiple Output
- a solution to achieve such isolation lies in inserting dimmers between the power divider and the device under test.
- this entails very demanding power specifications for the source of interference signal generation.
- the losses suffered by the desired signal and the interference signal from the power splitter input to each of the antennas Receivers of the device under test are not identical to each other. This is due to component imperfections, manufacturing tolerances and length differences between interconnection cables, which makes it difficult to meet the strict requirements of power uncertainty transmitted to the device under test.
- an interference signal generation system is proposed, of which are used to measure the signal reception quality of wireless transmitting and receiving devices, which may consist of multiple inputs and multiple outputs ("MIMO" Multiple Multiple Input Output)
- MIMO Multiple Multiple Input Output
- the interference signal generation system object of the invention is constituted by a single source of interference signal generation connected to a signal splitter and conditioner block that obtains at its output as many interference signals as antennas the device under test disposes.
- Each interference signal provided by the signal splitter and conditioner block is sent to a respective amplification and isolation block, so that the interference signals thus obtained are summed in respective signal combination and separation networks with the desired signals carrying messages of proof.
- the sum signals obtained are transmitted to the corresponding antenna of the device to be tested.
- the signal splitter and conditioner block eliminates the additional interference caused by the source of interference signal generation and the amplification and isolation blocks attenuate the reverse intermodulation products that originate when the device under test performs a transmission.
- the signal splitter and conditioner block is formed by a first switch that connects with at least one filter that performs the functions of attenuation of the additional interference caused by the source of interference signal generation, connecting this filter in turn with a second switch at whose output a power divider is arranged to divide the interference signal into so many signals such as antennas on reception arrange the device under test.
- the filter of the signal splitter and conditioner block that attenuates the additional interference caused by the source of interference signal generation is a tunable bandpass filter that encompasses the reception bands of the device under test.
- the filter of the signal splitter and conditioner block that attenuates the additional interference caused by the source of interference signal generation is a pass-band filter bank with different tuning frequency ranges, so that they can be cover even wider frequency ranges.
- a low noise amplifier is arranged to compensate for the attenuation caused by the filters themselves.
- the amplification and isolation block consists of a variable gain amplifier, known as VGA ("Variable Gain Amplifier"), which minimizes the level of reverse intermodulation products that originate when the device under test performs a transmission.
- VGA Variariable Gain Amplifier
- a power detector is connected in closed loop followed by an automatic gain control block of said amplifier.
- the output of the variable gain amplifier is connected to a filter bank followed by an attenuator that is used so that the working point of the variable gain amplifier is optimal when it comes to reverse intermodulation.
- said filter bank will be constituted by high-pass filters and low-pass filters, which are used to eliminate harmonics created by the low noise amplifier of the splitter and signal conditioner block and the variable gain amplifier of the amplification and isolation block.
- variable gain amplifier of the amplification and isolation block must have a great rejection of reverse intermodulation products.
- said block is composed of a variable attenuator, a high power amplifier and a second attenuator that makes the high power amplifier work in a region where the level of reverse intermodulation products is very small
- said variable gain amplifier has a square wave converter at its input, in front of the variable attenuator to improve rejection of reverse intermodulation products.
- a system is thus obtained which, due to its constructive and functional characteristics, is of a preferred nature for the application function to which it is intended in relation to the generation of interference signals, solving problems in a simple, efficient and low-cost manner. related to the occurrence of interference additional unwanted, such as broadband, harmonic, subharmonic and spurious noise caused by the source of interference signal generation, as well as the problems derived from the appearance of reverse intermodulation products that degrade the reception quality of the device to be tested.
- Figure 1 shows a conventional interference signal generation system for a signal receiving device to be tested.
- Figure 2 shows another conventional interference signal generation system for a transmitter / receiver device with multiple inputs and multiple outputs.
- Figure 3 shows another conventional interference signal generation system for use in transmitter / receiver devices with multiple inputs and multiple outputs.
- Figure 4 shows an interference signal generation system according to the present invention, formed by a single source for generating an interference signal, a signal splitter and conditioner block and a signal amplification and isolation block.
- Figure 5 shows an exemplary embodiment of the splitter and conditioner block of the signal of Figure 4.
- Figure 6 shows another embodiment of the signal splitter and conditioner block of figure 4.
- Figure 7 shows an exemplary embodiment of the amplification and isolation block of the signal of Figure 4.
- Figure 8 shows an exemplary embodiment of a variable gain amplifier of the signal amplification and isolation block
- Figure 9 shows another embodiment of the variable gain amplifier of the signal amplification and isolation block.
- a conventional interference signal generation system for a signal receiving device to be tested is shown in Figure 1, wherein said system is formed by a source of generation of an interference signal (1) that is conditioned by a bank of filters (2) to join in a network (3) of signal combination and separation, together with a desired signal (4) that carries a test message, from a source of generation of said desired signal (4), so that the signal resulting from the sum is sent to the device (5) under test, which estimates the message contained in the sum signal that it has received and relays it to a processor (not shown) that compares the test message initially transmitted with the message estimated by the device (5) under test, thus being able to determine different parameters of signal reception quality.
- the filter bank (2) is composed of a filter (2.1) rejection-band that is selected when its low-cut cutoff frequency is greater than the center frequency of the interference signal (1), and a pass filter (2.2) -high that eliminates unwanted interference in the reception band of the device (5) under test when the center frequency of the interference signal (1) is greater than the low-pass cutoff frequency of the filter (2.1) rejection-band.
- Figure 2 shows another conventional interference signal generation system for a transmitter / receiver device with multiple inputs and multiple outputs, which is formed by a source for generating an interference signal (1) that is conditioned by a filter bank ( 2) whose output is a power splitter (6) that divides the inference signal as many times as receiving antennas (Rx) provide the device (5) under test.
- an antenna (Rx) for signal reception and another antenna (Rx / Tx) for the reception and transmission of signals is represented.
- the range of frequencies are very wide (of the order of 1MHz up to tens of GHz), which requires a resistive implementation of the power divider (6), so there is no isolation necessary to prevent the signal transmitted through the antenna ( Rx / Tx) of the device (5) under test interferes with the signal it receives through the antenna (Rx).
- Attenuators must be placed between the power divider (6) and the device (5) under test, which requires very demanding power specifications for the source of interference signal generation (1).
- the losses suffered by the desired signal (4) and the interference signal (1) from the input of the power splitter (6) to each of the receiving antennas (Rx) of the device (5) under test are not identical between yes.
- the system components must have minimum manufacturing tolerance levels, which makes the equipment significantly more expensive (virtually identical wiring and components are required).
- Figure 3 shows another interference signal generation system related to the prior art, for use in transmitter / receiver devices with multiple inputs and multiple outputs.
- This system is based on replicating the interference signal generation system of Figure 1 according to the number of antennas (Rx) in reception that the device (5) presents under test.
- Said interference signals (1) are summed with desired signals (4) in different networks (3) of combination and separation of signals.
- This solution solves the problem of additional interference caused by the source of interference signal generation (1) and the problem of isolation between the antennas of the device (5) under test.
- the signal level on each antenna of the device (5) under test can be adjusted independently. However, the need to replicate the entire system makes this solution economically unfeasible.
- Figure 4 shows the interference signal generation system object of the invention, which is composed of a single source of generation of an interference signal (1) connected to a signal splitter and conditioner block (7) that eliminates additional interference caused by the source of interference signal generation (1) and obtains at its output as many interference signals (1) as antennas (Rx, Rx / Tx) arrange the device (5) under test, and where each interference signal (1) obtained in The signal splitter and conditioner block (7) is sent to a respective amplification and isolation block (8) that adjusts the power level of the interference signal (1) and attenuates reverse intermodulation products caused by the transmission of the device (5) under test.
- FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the signal splitter and conditioner block (7), which is composed of a first two-way switch (9), a filter (10), a second two-way switch (11) and a power divider (12).
- the first switch (9) is located at the input of the signal splitter block (7), and between the first two paths of both switches (9, 11) the filter (10) is connected.
- This filter (10) is preferably a tunable pass-band filter that encompasses, at least, the set of reception bands of the communication standards to be supported and therefore of the device (5) under test.
- the switches (9, 10) select the filter (10) when the frequency of the interference signal (1) is within the frequency range of the communication standards to be supported and when the frequency of the interference signal is outside the range, the second paths of the switches are short-circuited (9,11).
- the minimum operating frequency of the filter (10) must be less than 700 MHz (fmin ⁇ 700MHz), and the maximum frequency greater than 3 GHz (fmax> 3GHz). So that the filter (10) is selected when the frequency of the interference signal (1) is between the minimum frequency and the maximum reception frequency of the device (5) under test (fRx, min ⁇ f ⁇ fRx, max), while when the frequency of the interference signal (1) is outside this range, the source of interference signal generation (1) connects directly to the power divider (12) .
- the possibility of placing a low noise amplifier (13) at the output of the filter (10) is provided, so that the attenuation caused by the filtered out.
- the filter (10) is made in YIG ("Yttrium Iron-Garnet”) technology, whose range of tuning frequencies covers from 500 MHz to 4 GHz, with just one filter all cellular standards, Bluetooth and bands could be covered of iMAX located below 4 GHz.
- the two switches (9, 11) can have several ways to switch with a bank of tunable pass-band filters (10), such as It is shown in figure 6.
- Figure 7 shows an embodiment of one of the amplification and isolation blocks (8) of the interference signal generation system object of the invention, which is composed of a variable gain amplifier (14) that produces a very high level. in reverse intermodulation and at whose output a power detector (15) is connected in closed loop followed by an automatic control block (16) of the amplifier gain (14), also being connected to the output of said amplifier (14 ) a filter bank (17) followed by an attenuator (18).
- the amplification and isolation block (8) adjusts the interference signal power to reach the specified power level at the input of the device (5) under test.
- the power detector (15) performs a continuous measurement of the power at the output of the amplifier (14) and the automatic control block (16) regulates the gain of the amplifier (14) based on the desired power level in the device (5) and the measurements provided by the power detector (15).
- the attenuator (18) is used so that the working point of the variable gain amplifier (14) is optimal.
- the filter bank (17) of the amplification and isolation block (8) consists of high-pass filters (17.1) and low-pass filters (17.2) (of reduced cost and size) that eliminate the harmonics that may appear in the system.
- an appropriate low-pass filter (17.2) is selected to eliminate the harmonics created by the low noise amplifier (13) and the amplifier (14) of variable gain
- a low-pass filter (17.2) is configured in the filter bank (17) that attenuates the energy content of the interference signal (1) that may appear within the receiving band of the device (5) under test.
- a single high-pass filter (17.1) is activated that fulfills this same mission. This way it is not necessary for the Tunable bandpass filter (10) travels the entire frequency range of the interference signal (1).
- variable gain amplifier (14) is designed to achieve a very low level of noise and intermodulation products in reverse compared to the power of the desired signal (4).
- variable gain amplifier (14) An example of embodiment of the variable gain amplifier (14) is shown in Figure 8, which is formed by a variable attenuator (19), a high power amplifier (20) and a second attenuator (21). It should be noted that the high power amplifier (20) is placed behind the variable attenuator (19) in order to take advantage of the greater linearity of the latter. To ensure that the variable gain amplifier (14) has a great rejection of reverse intermodulation products at frequencies fl and f2, the following should be taken into account:
- the reverse intermodulation product at frequency f2 is attenuated by 2 dB each time the attenuation Lk of the second attenuator (21) rises by dB.
- the explanation for this phenomenon is that the power P2 of the reverse intermodulation product at frequency f2 depends on the following relationship:
- the Pcw power of the interference signal grows ldB and the Peut power of the device (5) is reduced by 1 dB. Therefore, to attenuate the reverse intermodulation product at frequency f2, the attenuation Lk of the attenuator (21) is increased.
- the model of the high power amplifier (20) fits a polynomial of degree greater than three.
- the level of the reverse intermodulation product at fl frequency is no linear relationship between the level of the reverse intermodulation product at fl frequency and the power parameters of the interference signal (1), the power of the device (5) and the attenuation Lk of the attenuator (21).
- This circumstance is used to minimize intermodulation products in power amplifiers that work in high signal conditions.
- the solution consists in setting the working point of the high power amplifier (20) by means of the second attenuator (21) to an output power where the intermodulation products of order three are canceled.
- Figure 9 shows another embodiment of the variable gain amplifier (14), where a square wave converter (22) is arranged at the input of the amplification and isolation block (8) before the variable attenuator (19).
- the interference signal (1) is a continuous wave signal, and to achieve an even greater rejection against the products of reverse intermodulation it is possible to convert this continuous wave signal into a square wave signal by means of said converter square wave (22), which is a limiting amplifier that works in saturation.
- Scw 2 (t) ⁇ STx (t) Scw is the interference signal (1) of continuous wave and STx the signal transmitted by the device (5).
- Scw 2 is the one that causes the appearance of components at frequencies 2-fcw-fTx. Therefore, when using a square wave instead of the continuous wave signal, components cannot appear at a frequency 2 ⁇ fcw-f x because the square wave ideally does not present harmonics of even order.
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Abstract
Procedimiento de generación de señales interferencia y dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento, en donde un señal interferencia (1) se suma en una red (3) de combinación y separación de señales con una señal deseada (4) que porta un mensaje de prueba, siendo enviada la señal suma a un dispositivo (5) a probar. La señal interferencia (1) se genera con una única fuente conectada a un bloque divisor y acondicionador de señal (7) que atenúa interferencias adicionales provocadas por la fuente de generación de señales interferencia (1), a la vez que proporciona tantas señales interferencia (1) como antenas (Rx, Rx/Tx) dispone el dispositivo (5), y en donde cada señal interferencia (1) se envía a un respectivo bloque de amplificación y aislamiento (8) que ajusta el nivel de potencia de la señal interferencia (1) y atenúa productos de intermodulación en reversa provocados por la transmisión de señales del dispositivo (5) bajo prueba.
Description
PROCEDIMIENTO DE GENERACIÓN DE SEÑALES INTERFERENCIA Y DISPOSITIVO PARA LLEVAR A CABO DICHO PROCEDIMIENTO
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con el campo de las comunicaciones inalámbricas, concretamente con la realización de pruebas para medir la calidad de recepción de señal de dispositivos transmisores y receptores de señales de radiofrecuencia, en donde el dispositivo bajo prueba recibe señales de radiofrecuencia en presencia de señales interferencia. En tal sentido, se propone un sistema de generación de señales interferencia que permite ser empleado en dispositivos transmisores y receptores con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) .
Estado de la técnica
El procedimiento para medir, en presencia de interferencias, la calidad de recepción de señal en un dispositivo transmisor y receptor de señales, consiste en la generación de al menos dos señales, una señal deseada que porta un mensaje de prueba, y una señal interferencia. Ambas señales se suman, por ejemplo en una red de combinación y separación de señales, y se transmiten al dispositivo transmisor y receptor de señales a probar, conocido como EUT ("Equipment ünder Test"). Dicho dispositivo hace una estimación del mensaje contenido en la señal suma que ha recibido y retransmite el mensaje estimado a un procesador que compara el mensaje de prueba transmitido inicialmente con el mensaje estimado por el dispositivo bajo prueba, pudiendo determinar asi diferentes parámetros de calidad de recepción de señal, como pueden ser la tasa
de error de bit BER ("Bit Error Rate") o la tasa de error de paquete PER ("Packet Error Rate") .
Dentro de las pruebas de calidad de recepción de señal, entrañan especial dificultad aquellas en las cuales la señal interferencia es una señal de onda continua situada en frecuencias que excluyen las bandas de recepción del dispositivo transmisor/receptor de señales bajo prueba. Esto es debido a que la potencia de la señal interferencia es muy grande en comparación con la potencia de la señal deseada que se sitúa próxima al nivel de sensibilidad del dispositivo bajo prueba. En tales condiciones, en la banda de recepción del dispositivo bajo prueba pueden aparecer interferencias adicionales que degradan la calidad de recepción de señal, alterando el resultado de la prueba. Estas interferencias adicionales no deseadas, pueden ser ruido de banda ancha, armónicos, subarmónicos y espúreos provocados por la fuente de generación de señales interferencia, o bien productos de intermodulación en reversa generados en el propio sistema por la señal retransmitida por el dispositivo bajo prueba. Una solución común a este problema es la colocación de un banco de filtros a la salida de la fuente de generación de la señal interferencia. El banco de filtros se compone de un filtro rechazo-banda y un filtro paso-alto. El filtro rechazo-banda se selecciona cuando su frecuencia de corte paso-bajo es superior a la frecuencia central de la señal interferencia, y el filtro paso-alto elimina las interferencias en la banda de recepción del dispositivo bajo prueba cuando la frecuencia central de la señal interferencia es mayor que la frecuencia de corte paso-
bajo del filtro rechazo-banda.
Aunque esta solución permite atenuar las interferencias que aparecen en la banda de recepción del dispositivo, presenta numerosos inconvenientes cuando se necesitan realizar pruebas en diferentes bandas de recepción ya que:
• Se necesita un filtro rechazo-banda por cada banda de servicio soportada por el sistema. Estos filtros son caros y voluminosos ya que son de un alto orden y emplean tecnología de cavidades resonantes . · El banco de filtros requiere de una red de conmutadores adicional para seleccionar la banda de recepción en la que se desea realizar la prueba. La complejidad y el coste de esta red de conmutadores crecen significativamente con el número de bandas soportadas.
• Cada vez que hay que realizar una prueba en una banda de recepción diferente es necesario calibrar la respuesta de todo el sistema, desde la fuente de generación de la señal interferencia de onda continua, hasta el dispositivo bajo prueba.
• No resulta sencillo actualizar el sistema para trabajar en nuevas bandas de recepción.
Por otro lado, los dispositivos transmisores y receptores de señales de radiofrecuencia compatibles con los estándares de comunicaciones inalámbricas más recientes, como por ejemplo el estándar WiMAX "Worldwide Interoperability for Microwave Access"
( interoperabilidad mundial para acceso por microondas) y el estándar LTE "Long Term Evolution" (evolución a largo plazo) , poseen más de una antena receptora a fin de soportar funcionalidades como diversidad en recepción o características MIMO (Múltiple Input Múltiple Output). Esto incrementa la problemática, ya que el número de señales interferencia necesarias para probar dichos dispositivos se multiplica. Las soluciones actuales para dispositivos de múltiples entradas y múltiples salidas con diversidad en recepción, van dirigidas a disponer un divisor de potencia a la salida del banco de filtros, para dividir la señal interferencia hacia las distintas antenas de recepción que presente el dispositivo bajo prueba.
Esta solución presenta problemas en pruebas donde la señal interferencia se sitúa fuera de las bandas de recepción del dispositivo. En este tipo de pruebas el rango de frecuencias es muy amplio (del orden de 1MHz hasta decenas de GHz), lo cual obliga a que la implementación del divisor de potencia deba ser resistiva, por lo tanto, no existe el aislamiento necesario para impedir que la señal transmitida por el propio dispositivo bajo prueba interfiera en la señal que recibe .
Una solución para conseguir dicho aislamiento radica en insertar atenuadores entre el divisor de potencia y el dispositivo bajo prueba. Sin embargo, esto conlleva especificaciones de potencia muy exigentes para la fuente de generación de señales interferencia. Además, las pérdidas que sufren la señal deseada y la señal interferencia desde la entrada del divisor de potencia hasta cada una de las antenas
receptoras del dispositivo bajo prueba, no son idénticas entre si. Esto se debe a imperfecciones de componentes, tolerancias de fabricación y diferencias de longitud entre los cables de interconexión, por lo cual, resulta complicado satisfacer los estrictos requisitos de incertidumbre de potencia transmitida hacia el dispositivo bajo prueba.
Para superar estos problemas se conoce una solución basada en replicar las fuentes de generación de señales de interferencia y los bancos de filtros. De esta manera se consigue un buen aislamiento entre las señales transmitidas al dispositivo bajo prueba, y ajusfar el nivel en cada punto de recepción de forma totalmente independiente. El inconveniente de esta solución reside en un importante encarecimiento del sistema, que se agrava notablemente cuando se trata de un equipo que cubre varias bandas de recepción.
Se hace por tanto necesario disponer un sistema de generación de señales interferencia para su aplicación en dispositivos transmisores y receptores de señales de radiofrecuencia con múltiples entradas y múltiples salidas, que permita resolver de una manera sencilla, económica y eficaz los problemas anteriormente mencionados .
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un sistema de generación de señales interferencia, de los que se emplean para medir la calidad de recepción de señal de dispositivos transmisores y receptores inalámbricos, que pueden constar de múltiples entradas y múltiples salidas ("MIMO" Múltiple Input Múltiple
Output). El sistema consigue un gran aislamiento entre las señales interferencia, minimiza los productos de intermodulación en reversa y presenta un bajo coste frente a las soluciones convencionales.
El sistema de generación de señales interferencia objeto de la invención está constituido por una única fuente de generación de señales interferencia conectada a un bloque divisor y acondicionador de señal que obtiene a su salida tantas señales interferencia como antenas disponga el dispositivo bajo prueba. Cada señal interferencia proporcionada por el bloque divisor y acondicionador de señal se envía a un respectivo bloque de amplificación y aislamiento, de manera que las señales interferencia así obtenidas se suman en respectivas redes de combinación y separación de señales con las señales deseadas que portan mensajes de prueba. Las señales suma obtenidas se transmiten a la correspondiente antena del dispositivo que se desea probar. Así el bloque divisor y acondicionador de señal elimina las interferencias adicionales provocadas por la fuente de generación de señales interferencia y los bloques de amplificación y aislamiento atenúan los productos de intermodulación en reversa que se originan cuando el dispositivo bajo prueba realiza una transmisión .
El bloque divisor y acondicionador de señal está formado por un primer conmutador que conecta con al menos un filtro que realiza las funciones de atenuación de las interferencias adicionales provocadas por la fuente de generación de señales interferencia, conectando este filtro a su vez con un segundo conmutador a cuya salida se dispone un divisor de potencia para dividir la señal interferencia en tantas
señales como antenas en recepción disponga el dispositivo bajo prueba.
Según una realización preferente, el filtro del bloque divisor y acondicionador de señal que atenúa las interferencias adicionales provocadas por la fuente de generación de señales interferencia, es un filtro paso- banda sintonizable que abarca las bandas de recepción del dispositivo bajo prueba.
Según otro ejemplo de realización, el filtro del bloque divisor y acondicionador de señal que atenúa las interferencias adicionales provocadas por la fuente de generación de señales interferencia es un banco de filtros paso-banda con rangos de frecuencias de sintonía distintos, de modo que se pueden cubrir intervalos de frecuencia aún más amplios.
Se ha previsto que a la salida del filtro paso- banda sintonizable, o a la salida de cada uno de los filtros del banco, se disponga un amplificador de bajo ruido para compensar la atenuación provocada por los propios filtros. El bloque de amplificación y aislamiento está constituido por un amplificador de ganancia variable, conocido como VGA ("Variable Gain Amplifier") , que minimiza el nivel de los productos de intermodulación en reversa que se originan cuando el dispositivo bajo prueba realiza una transmisión. A la salida del amplificador de ganancia variable se conecta en lazo cerrado un detector de potencia seguido de un bloque de control automático de la ganancia de dicho amplificador. Asimismo, la salida del amplificador de ganancia variable se conecta a un banco de filtros
seguido por un atenuador que se emplea para que el punto de trabajo del amplificador de ganancia variable sea óptimo en lo que se refiere a intermodulación en reversa .
Se ha previsto que dicho banco de filtros se constituya por filtros paso-alto y filtros paso-bajo, los cuales se emplean para eliminar los armónicos creados por el amplificador de bajo ruido del bloque divisor y acondicionador de señal y el amplificador de ganancia variable del bloque de amplificación y aislamiento .
El amplificador de ganancia variable del bloque de amplificación y aislamiento debe presentar un gran rechazo ante los productos de intermodulación en reversa. Para ello, según un ejemplo de realización, dicho bloque se compone de un atenuador variable, un amplificador de alta potencia y un segundo atenuador que consigue que el amplificador de alta potencia funcione en una región donde el nivel de los productos de intermodulación en reversa es muy reducido. Según otro ejemplo de realización, dicho amplificador de ganancia variable, presenta un conversor de onda cuadrada a su entrada, delante del atenuador variable para mejorar el rechazo ante los productos de intermodulación en reversa.
Se obtiene asi un sistema que por sus características constructivas y funcionales resulta de carácter preferente para la función de aplicación a la que se halla destinado en relación con la generación de señales interferencia, resolviendo de una manera sencilla, eficaz y con un bajo coste los problemas relacionados con la aparición de interferencias
adicionales no deseadas, como ruido de banda ancha, armónicos, subarmónicos y espúreos provocados por la fuente de generación de señales interferencia, asi como los problemas derivados de la aparición de productos de intermodulación en reversa que degradan la calidad de recepción del dispositivo a probar.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un sistema convencional de generación de señales interferencia para un dispositivo receptor de señal que se desea probar.
La figura 2 muestra otro sistema convencional de generación de señales interferencia para un dispositivo transmisor/receptor con múltiples entradas y múltiples salidas .
La figura 3 muestra otro sistema convencional de generación de señales interferencia para su empleo en dispositivos transmisores/receptores con múltiples entradas y múltiples salidas.
La figura 4 muestra un sistema de generación de señales interferencia de acuerdo con la presente invención, formado por una única fuente de generación de una señal interferencia, un bloque divisor y acondicionador de la señal y un bloque de amplificación y aislamiento de la señal.
La figura 5 muestra un ejemplo de realización del bloque divisor y acondicionador de la señal de la figura 4.
La figura 6 muestra otro ejemplo de realización
del bloque divisor y acondicionador de la señal de la figura 4.
La figura 7 muestra un ejemplo de realización del bloque de amplificación y aislamiento de la señal de la figura 4.
La figura 8 muestra un ejemplo de realización de un amplificador de ganancia variable del bloque de amplificación y aislamiento de la señal
La figura 9 muestra otro ejemplo de realización del amplificador de ganancia variable del bloque de amplificación y aislamiento de la señal.
Descripción detallada de la invención
En la figura 1 se muestra un sistema convencional de generación de señales interferencia para un dispositivo receptor de señal que se desea probar, en donde dicho sistema está formado por una fuente de generación de una señal interferencia (1) que es acondicionada por un banco de filtros (2) para sumarse en una red (3) de combinación y separación de señales, junto con una señal deseada (4) que porta un mensaje de prueba, proveniente de una fuente de generación de dicha señal deseada (4), de manera que la señal resultante de la suma se envía al dispositivo (5) bajo prueba, el cual hace una estimación del mensaje contenido en la señal suma que ha recibido y la retransmite a un procesador (no representado) que compara el mensaje de prueba transmitido inicialmente con el mensaje estimado por el dispositivo (5) bajo prueba, pudiendo determinarse así diferentes parámetros de calidad de recepción de señal.
El banco de filtros (2) se compone de un filtro (2.1) rechazo-banda que se selecciona cuando su frecuencia de corte paso-bajo es superior a la frecuencia central de la señal interferencia (1), y un filtro (2.2) paso-alto que elimina las interferencias no deseadas en la banda de recepción del dispositivo (5) bajo prueba cuando la frecuencia central de la señal interferencia (1) es mayor que la frecuencia de corte paso-bajo del filtro (2.1) rechazo-banda.
Esta solución aportada por el banco de filtros (2) permite atenuar las interferencias que puedan aparecer en la banda de recepción del dispositivo (5) provocadas por la fuente de generación de señales interferencia (1), sin embargo, presenta numerosos inconvenientes cuando se necesitan realizar pruebas en diferentes bandas de recepción del dispositivo (5).
La figura 2 muestra otro sistema convencional de generación de señales interferencia para un dispositivo transmisor/receptor con múltiples entradas y múltiples salidas, el cual queda formado por una fuente de generación de una señal interferencia (1) que es acondicionada por un banco de filtros (2) a cuya salida se sitúa un divisor de potencia (6) que divide la señal inferencia tantas veces como antenas de recepción (Rx) disponga el dispositivo (5) bajo prueba.
En dicha figura 2 se representa el caso más sencillo de un dispositivo (5) con dos antenas, una antena (Rx) para la recepción de señales y otra antena (Rx/Tx) para la recepción y transmisión de señales. En este tipo de dispositivos y para las pruebas en las cuales la señal interferencia (1) se sitúa fuera de las bandas de recepción del dispositivo (5), el rango de
frecuencias es muy amplio (del orden de 1MHz hasta decenas de GHz) , lo cual obliga a una implementación resistiva del divisor de potencia (6), por lo que no existe el aislamiento necesario para impedir que la señal transmitida a través de la antena (Rx/Tx) del dispositivo (5) bajo prueba interfiera en la señal que recibe a través de la antena (Rx) .
Para conseguir el aislamiento requerido se deben situar atenuadores entre el divisor de potencia (6) y el dispositivo (5) bajo prueba, lo que obliga a especificaciones de potencia muy exigentes para la fuente de generación de señales interferencia (1) . Además, las pérdidas que sufren la señal deseada (4) y la señal interferencia (1) desde la entrada del divisor de potencia (6) hasta cada una de las antenas (Rx) receptoras del dispositivo (5) bajo prueba no son idénticas entre si. Para evitar esto los componentes del sistema deben presentar unos niveles de tolerancia en su fabricación mínimos, lo cual encarece notablemente el equipo (se necesitan cableado y componentes prácticamente idénticos).
La figura 3 muestra otro sistema de generación de señales interferencia relacionado con el Estado de la Técnica, para su empleo en dispositivos transmisores/receptores con múltiples entradas y múltiples salidas. Este sistema se basa en replicar el sistema de generación de señales interferencia de la figura 1 según el número de antenas (Rx) en recepción que presente el dispositivo (5) bajo prueba. Esto implica disponer una fuente de generación de señal interferencia (1) y un banco de filtros (2) por cada antena (Rx) . Dichas señales interferencia (1) se suman con señales deseadas (4) en distintas redes (3) de
combinación y separación de señales. Esta solución resuelve el problema de las interferencias adicionales provocadas por la fuente de generación de señales interferencia (1) y el problema de aislamiento entre las antenas del dispositivo (5) bajo prueba. Además, el nivel de señal en cada antena del dispositivo (5) bajo prueba se puede ajustar de forma independiente. Sin embargo la necesidad de replicar todo el sistema hace que esta solución sea económicamente inviable.
La figura 4 muestra el sistema de generación de señales interferencia objeto de la invención, que se compone de una única fuente de generación de una señal interferencia (1) conectada a un bloque divisor y acondicionador de señal (7) que elimina interferencias adicionales provocadas por la fuente de generación de señales interferencia (1) y obtiene a su salida tantas señales interferencia (1) como antenas (Rx, Rx/Tx) disponga el dispositivo (5) bajo prueba, y en donde cada señal interferencia (1) obtenida en el bloque divisor y acondicionador de señal (7), se envía a un respectivo bloque de amplificación y aislamiento (8) que ajusta el nivel de potencia de la señal interferencia (1) y atenúa productos de intermodulación en reversa provocados por la transmisión del dispositivo (5) bajo prueba. Las señales interferencia (1) se suman en respectivas redes (3) de combinación y separación de señales junto con señales deseadas (4), y las señales suma resultantes se envían a su respectiva antena (Rx o Tx/Rx) del dispositivo (5) bajo prueba. El dispositivo (5) bajo prueba retransmite finalmente la señal recibida hacia un procesador (no representado) donde se calculan los parámetros que miden la calidad de recepción de señal.
La figura 5 muestra un ejemplo de realización del bloque divisor y acondicionador de señal (7), el cual se compone de un primer conmutador (9) de dos vías, un filtro (10), un segundo conmutador (11) de otras dos vías y un divisor de potencia (12) . El primer conmutador (9) está situado a la entrada del bloque divisor de señal (7), y entre las dos primeras vías de ambos conmutadores (9, 11) está conectado el filtro (10) . Este filtro (10), es preferentemente un filtro paso-banda sintonizable que abarca, al menos, el conjunto de bandas de recepción de los estándares de comunicaciones que se desean soportar y por tanto del dispositivo (5) bajo prueba. Asi, los conmutadores (9, 10) seleccionan el filtro (10) cuando la frecuencia de la señal interferencia (1) se encuentra dentro del rango de frecuencias de los estándares de comunicaciones que se desean soportar y cuando la frecuencia de la señal interferencia se encuentra fuera de dicho rango se cortocircuitan las segundas vías de los conmutadores (9,11) .
Por ejemplo, si se pretende asegurar la compatibilidad con distintos estándares cuyas bandas de recepción se ubican entre una frecuencia mínima de recepción de 700 MHz ( fRx, mín=700MHz ) y una frecuencia máxima de recepción de 3GHz ( fRx, máx=3GHz ) , la frecuencia mínima de funcionamiento del filtro (10) debe ser inferior a 700 MHz ( fmín<700MHz ) , y la frecuencia máxima superior a 3 GHz (fmáx>3GHz) . De modo que el filtro (10) se selecciona cuando la frecuencia de la señal interferencia (1) está comprendida entre la frecuencia mínima y la frecuencia máxima de recepción del dispositivo (5) bajo prueba
(fRx,min<f<fRx,máx) , mientras que cuando la frecuencia de la señal interferencia (1) está fuera de dicho rango la fuente de generación de la señal interferencia (1) conecta directamente con el divisor de potencia (12) .
Tal y como se muestra en el ejemplo de realización de la figura 5, se ha previsto la posibilidad de situar un amplificador (13) de bajo ruido a la salida del filtro (10), de manera que se puede compensar la atenuación provocada por el filtrado.
Si el filtro (10) se realiza en tecnología YIG ("Yttrium Iron-Garnet") , cuyo rango de frecuencias de sintonía cubre desde 500 MHz a 4 GHz, con sólo un filtro se podrían abarcar todos los estándares celulares, Bluetooth y las bandas de iMAX situadas por debajo de los 4 GHz. Para trabajar en bandas de frecuencias aún más amplias, los dos conmutadores (9, 11) pueden presentar varias vías para conmutar con un banco de filtros (10) paso-banda sintonizables , tal y como se muestra en la figura 6.
La figura 7 muestra un ejemplo de realización de uno de los bloques de amplificación y aislamiento (8) del sistema de generación de señales interferencia objeto de la invención, el cual se compone de un amplificador (14) de ganancia variable que produce un nivel muy bajo de intermodulación en reversa y a cuya salida se conecta en lazo cerrado un detector de potencia (15) seguido de un bloque de control automático (16) de la ganancia del amplificador (14), estando igualmente conectado a la salida de dicho amplificador (14) un banco de filtros (17) seguido por un atenuador (18) .
El bloque de amplificación y aislamiento (8) ajusta la potencia de la señal interferencia para que alcance el nivel de potencia especificado a la entrada del dispositivo (5) bajo prueba. Para ello, el detector de potencia (15) realiza una medición continua de la potencia a la salida del amplificador (14) y el bloque de control automático (16) regula la ganancia del amplificador (14) en función del nivel de potencia deseado en el dispositivo (5) y de las medidas aportadas por el detector de potencia (15) . El atenuador (18) se emplea para que el punto de trabajo del amplificador (14) de ganancia variable sea óptimo.
El banco de filtros (17) del bloque de amplificación y aislamiento (8) está constituido por filtros (17.1) paso-alto y filtros (17.2) paso-bajo ( de coste y tamaño reducidos) que eliminan los armónicos que puedan aparecer en el sistema. En función de la frecuencia de la señal interferencia en el banco de filtros (17), se selecciona un filtro (17.2) paso-bajo apropiado para eliminar los armónicos creados por el amplificador (13) de bajo ruido y el amplificador (14) de ganancia variable. Cuando la frecuencia de la señal interferencia (1) es menor que la frecuencia mínima de recepción del dispositivo (5) ( fcw<fRx, mín) , en el banco de filtros (17) se configura un filtro (17.2) paso-bajo que atenúa el contenido energético de la señal interferencia (1) que puede aparecer dentro de la banda de recepción del dispositivo (5) bajo prueba. Para frecuencias de la señal interferencia (1) que sean mayores que la frecuencia de recepción máxima (fcw>fRx,máx) se activa un único filtro (17.1) paso-alto que cumple con esta misma misión. De esta manera no es necesario que el
filtro (10) paso-banda sintonizable recorra todo el rango de frecuencias de la señal interferencia (1).
Cuando el dispositivo bajo prueba transmite una señal, ésta llega hasta la salida del amplificador (14) de ganancia variable. Debido al comportamiento no lineal de dicho amplificador (14), se producen dos productos de intermodulación en reversa que pueden degradar la calidad de recepción del dispositivo (5). Estos productos de intermodulación en reversa responden a las siguientes ecuaciones: f1=2 · fcw-fTx ; f2=2- fTx-fcw; donde fl y f2 son las respectivas frecuencias de los productos de intermodulación en reversa, fcw es la frecuencia de la señal interferencia (1) y fTx es la frecuencia de la señal transmitida por el dispositivo (5) .
Con el objeto de no afectar a las pruebas para medir la calidad de recepción de señal, el amplificador (14) de ganancia variable se diseña para conseguir un nivel de ruido y de los productos de intermodulación en reversa muy bajo en comparación con la potencia de la señal deseada (4).
En la figura 8 se muestra un ejemplo de realización del amplificador (14) de ganancia variable, que está formado por un atenuador variable (19), un amplificador de alta potencia (20) y un segundo atenuador (21). Es de resaltar que el amplificador de alta potencia (20) se sitúa tras el atenuador variable (19) a fin de aprovechar la mayor linealidad de este último.
Para conseguir que el amplificador (14) de ganancia variable presente un gran rechazo a los productos de intermodulación en reversa a frecuencias fl y f2, conviene tener en cuenta lo siguiente:
Por un lado el producto de intermodulación en reversa a frecuencia f2 se atenúa 2 dB cada vez que la atenuación Lk del segundo atenuador (21) sube un dB. La explicación de este fenómeno se encuentra en que la potencia P2 del producto de intermodulación en reversa a frecuencia f2 depende de la siguiente relación:
Pcw (dBm) + 2-Peut (dBm) - Lk (dB) donde Pcw y Peut son las potencias a la salida del amplificador de la señal interferencia (1) y el dispositivo (5) bajo prueba, respectivamente, y Lk es la atenuación del atenuador (21) . Según dicha relación, al incrementar la atenuación
Lk en 1 dB, la potencia Pcw de la señal interferencia crece ldB y la potencia Peut del dispositivo (5) se reduce en 1 dB. Por lo tanto para atenuar el producto de intermodulación en reversa a frecuencia f2 se aumenta la atenuación Lk del atenuador (21).
Por otro lado, la teoría de un sistema no lineal de tercer orden predice que la potencia Pi del producto de intermodulación en reversa a frecuencia fl es independiente de la atenuación Lk.
El comportamiento del producto de intermodulación en reversa a frecuencia fl depende de la siguiente relación :
Pi = 2 -Pcw (dBm) + Peut (dBm) - Lk (dB)
donde Pcw y Peut son las potencias de la señal interferencia (1) y el dispositivo (5) bajo prueba, respectivamente, y Lk es la atenuación del atenuador (21) .
Sin embargo, en una situación real, el modelo del amplificador de alta potencia (20) se ajusta a un polinomio de grado superior a tres. Como resultado, no existe una relación lineal entre el nivel del producto de intermodulación en reversa a frecuencia fl y los parámetros de potencia de la señal interferencia (1), la potencia del dispositivo (5) y la atenuación Lk del atenuador (21) . Esta circunstancia se aprovecha para minimizar los productos de intermodulación en amplificadores de potencia que trabajan en condiciones de gran señal. La solución consiste en fijar el punto de trabajo del amplificador de alta potencia (20) por medio del segundo atenuador (21) a una potencia de salida donde se cancelen los productos de intermodulación de orden tres.
A modo de resumen, es posible incrementar la atenuación Lk del atenuador (21) para minimizar el nivel de los productos de intermodulación en reversa que aparecen en las antenas del dispositivo (5) bajo prueba como consecuencia del comportamiento no-lineal del amplificador de alta potencia (20). Esto permite, además, atenuar el ruido que introducen los amplificadores del sistema propuesto.
En la figura 9 se muestra otro ejemplo de realización del amplificador (14) de ganancia variable, donde se dispone un conversor de onda cuadrada (22) a la entrada del bloque de amplificación y aislamiento (8) antes del atenuador variable (19). En los ejemplos
anteriores se ha considerado que la señal interferencia (1) es una señal de onda continua, y para conseguir un rechazo aún mayor contra los productos de intermodulación en reversa es posible convertir esta señal de onda continua en un señal de onda cuadrada mediante dicho conversor de onda cuadrada (22), que se trata de un amplificador limitador que trabaja en saturación .
El fundamento de esta solución se basa en que el producto de intermodulación en reversa a frecuencia fl es el más potente de los que produce el amplificador (14) de ganancia variable. Por lo tanto, conviene atenuarlo lo máximo posible. La explicación del origen de este producto de intermodulación se halla en el polinomio que caracteriza el comportamiento no lineal del amplificador de alta potencia (20), donde surge un producto de tercer orden de la forma:
Scw2 (t) · STx (t) siendo Scw la señal interferencia (1) de onda continua y STx la señal transmitida por el dispositivo (5) .
El término Scw2 es el que provoca la aparición de componentes a frecuencias 2-fcw-fTx. Por lo tanto, al usar una onda cuadrada en vez de la señal de onda continua, no pueden aparecer componentes a una frecuencia 2 · fcw-f x porque la onda cuadrada idealmente no presenta armónicos de orden par.
Claims
1.-. Procedimiento de generación de señales interferencia, que se emplea para generar una señal interferencia (1) que se suma en una red (3) de combinación y separación de señales con una señal deseada (4) que porta un mensaje de prueba, siendo enviada la señal suma a un dispositivo (5) a probar provisto con múltiples antenas (Rx, Rx/Tx) de recepción y transmisión/recepción de señal, caracterizado en que la señal interferencia (1) se genera por una única fuente de generación de señales interferencia (1), la cual está conectada a un bloque divisor y acondicionador de señal (7) que atenúa interferencias adicionales provocadas por la fuente de generación de señales interferencia (1), proporcionando dicho bloque divisor y acondicionador de señal (7) a su salida tantas señales interferencia (1) como antenas (Rx, Rx/Tx) dispone el dispositivo (5), y en donde cada señal interferencia (1) obtenida en el bloque divisor y acondicionador de señal (7) se envía a un respectivo bloque de amplificación y aislamiento (8), el cual ajusta el nivel de potencia de la correspondiente señal interferencia (1) y atenúa productos de intermodulación en reversa provocados por la transmisión de señales del dispositivo (5) bajo prueba, dirigiendo las señales interferencia (1) a respectivas redes (3) donde se suman con señales deseadas (4).
2.-. Dispositivo para llevar a cabo el procedimiento de la primera reivindicación, que se emplea para generar una señal interferencia (1) que se suma en una red (3) con una señal deseada (4) que porta un mensaje de prueba, para enviar la señal suma a un dispositivo (5) a probar provisto con múltiples antenas (Rx,Rx/Tx) de recepción y transmisión/recepción de señal, caracterizado en que comprende una fuente de generación de señales interferencia (1) conectada a un bloque divisor y acondicionador de señal (7) que presenta tantas salidas de señales interferencia (1) como antenas (Rx, Rx/Tx) dispone el dispositivo (5), yendo conectado a cada salida de dicho bloque divisor y acondicionador de señal (7) un respectivo bloque de amplificación y aislamiento (8) de cada señal de interferencia (1) .
3. -. Dispositivo, de acuerdo con la segunda reivindicación, caracterizado en que el bloque divisor y acondicionador de señal (7) está constituido por un primer conmutador (9) que conecta con al menos un filtro (10), y que a su vez conecta con un segundo conmutador (11) a cuya salida va conectado un divisor de potencia (12) que distribuye la señal interferencia (1) entre las antenas (Rx, Rx/Tx) del dispositivo (5) bajo prueba.
4. -. Dispositivo, de acuerdo con la segunda reivindicación, caracterizado en que el bloque de amplificación y aislamiento (8) está constituido por un amplificador (14) de ganancia variable, a cuya salida va conectado en lazo cerrado un detector de potencia (15) seguido de un bloque de control automático (16) de la ganancia del amplificador (14); estando además conectada la salida del amplificador (14) a un banco de filtros (17) seguido por un atenuador (18).
5. -. Dispositivo, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado en que el filtro (10) es un filtro paso-banda sintonizable que abarca las bandas de recepción del dispositivo (5) bajo prueba.
6.-. Dispositivo, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado en que el filtro (10) es un banco de filtros paso-banda sintonizable .
7.-. Dispositivo, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado en que a la salida del filtro (10) del bloque divisor y acondicionador de señal (7) se dispone un amplificador (13) de bajo ruido que compensa la atenuación provocada por el filtro (10) .
8. -. Dispositivo, de acuerdo con la cuarta reivindicación, caracterizado en que el banco de filtros (17) del bloque de amplificación y aislamiento (8) se compone de filtros (17.1) paso-alto y filtros (17.2) paso-bajo.
9. -. Dispositivo, de acuerdo con la cuarta reivindicación, caracterizado en que el amplificador (14) de ganancia variable del bloque de amplificación y aislamiento (8) consta de un atenuador variable (19), un amplificador de alta potencia (20) y un segundo atenuador (21) que ajusta el punto de trabajo del amplificador de alta potencia (20) para minimizar el nivel de productos de intermodulación en reversa y atenúa el ruido que introducen los amplificadores del sistema
10. -. Dispositivo, de acuerdo con la cuarta y novena reivindicaciones, caracterizado en que el amplificador (14) de ganancia variable presenta un conversor de onda cuadrada (22) a su entrada delante del atenuador variable (19) para atenuar productos de intermodulación en reversa.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 11858326 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 11858326 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |