Moderní měřicí technika ve výuce: analýza bezdrátové komunikace

Moderní měřicí technika popisovaná v tomto článku je základem při vývoji a ověřování funkčnosti aplikací, jejichž součástí je bezdrátový datový přenos. Pro základní prezentaci problematiky bezdrátové komunikace a její analýzy byly použity výukové vysílací a přijímací moduly. V rámci analýzy lze zkoumat signály v časové oblasti, frekvenční oblasti, dále je možné analyzovat základní parametry signálů, vzájemné ovlivňování signálů – interference, rušení signálů, parametry filtrů, zesilovačů, směšovačů, generátorů, antén a dalších funkčních prvků, ze kterých je vysílač a přijímač složený. Prezentovaná měřicí technika umožňuje měřit a analyzovat analogově a digitálně modulované RF signály a dekódovat výsledné demodulované signály. Mezi základní typy modulací analyzovatelných signálů lze zařadit analogové modulace AM, FM, PM, digitální modulace OOK, ASK, FSK, MSK, PSK, QAM, OFDM, komunikační standardy GSM, DECT,CDMA. Mezi popisovanou měřicí techniku pro bezdrátovou komunikaci patří:

• signálový analyzátor AGILENT N9010A analyzující signály od frekvence 9 kHz do frekvence 3,6 GHz
• programový modul AGILENT Vector Signal Analyzer 89600SPC-HE1 pro komplexní analýzu a demodulaci RF signálů
• vektorový analyzátor pro zjištění parametrů systému od frekvence 300 kHz do frekvence 1,5 GHz.

Výukový vysílací modul ME1000 N9320B-TR1 je složený ze základních funkčních prvků pro bezdrátové vysílání RF signálů. Vstupní signál vysílače je mezifrekvenční IF signál 50 MHz s maximální šířkou frekvenčního pásma 1 MHz. Pomocí směšovače a generátoru harmonického signálu 818 MHz je signál namodulován na frekvence 768, 868 MHz. Pásmovým filtrem jsou potlačeny nežádoucí frekvenční složky, zatímco zesilovačem je zvýšen výkon frekvenčních složek signálu v okolí vysílané frekvence 868 MHz maximálně o 1 mW (do 50 Ω zátěže). Výkonový zesilovač, směšovač a generátor harmonického signálu jsou aktivní obvody, které jsou řízeny pomocí řídicí jednotky připojené přes USB do počítače (PC). Pomocí aplikace na PC – RF Trainer Control Panel lze nastavovat parametry vysílače.

Obr. 1 Výukový vysílací modul ME1000

Obr. 2 Uživatelská aplikace výukového vysílacího modulu

Výukový přijímací modul ME1000 N9320B-TR1 je tvořen ze základních funkčních prvků pro bezdrátové přijímání RF signálů. Anténou je přijímán modulovaný RF signál o frekvenci nosné 868 MHz s maximální šířkou frekvenčního pásma 1 MHz, který je RF pásmovou propustí dále v přijímači zpracováván. Přijatý signál je zesílen nízkovýkonovým zesilovačem a pomocí směšovače, generátoru harmonického signálu 818 MHz a pásmové propusti na IF frekvenci je signál demodulován na mezifrekvenci 50 MHz. Výkonový zisk přijímače lze regulovat pomocí IF zesilovače maximálně na 3 mW (do 50 Ω zátěže). Nízko-výkonový zesilovač, směšovač, generátor harmonického signálu a IF zesilovač jsou aktivní obvody, které jsou řízeny pomocí řídicí jednotky připojené přes USB do počítače (PC). Pomocí aplikace na PC – RF Trainer Control Panel lze nastavovat parametry přijímače.

Obr. 3 Výukový přijímací modul ME1000

Obr. 4 Uživatelská aplikace výukového přijímacího modulu

Signálový analyzátor AGILENT N9010A je moderní přístroj, který umožňuje analyzovat signály od frekvence 9 kHz do frekvence 3,6 GHz. Tento přístroj se využívá pro pokročilou analýzu vysokofrekvenčního RF signálu v časové oblasti, pro měření a analýzu RF signálu ve frekvenčním spektru. Signálový analyzátor obsahuje nástroje pro demodulaci modulovaného vysokofrekvenčního signálu (Vector Signal Analyzer 89600SPC-HE1) a měření elektromagnetické kompatibility EMC (N9010AK-EMC).

Obr. 5 Signálový analyzátor AGILENT N9010A	Obr. 6 Graf frekvenčního spektra FM modulovaného signálu
Obr. 7 Graf frekvenčního spektra zpracovaného quasi-peak detektorem pro EMC	Obr. 8 Vektorový analyzátor AGILENT E5061A
Obr. 9 Graf amplitudového frekvenčního přenosu měřeného systému	Obr. 10 Graf fázového frekvenčního přenosu v polárních souřadnicích

Vektorový analyzátor AGILENT E5061A je využíván pro analýzu detailních parametrů systémů s generováním rozmítaného vysokofrekvenčního RF signálu od frekvencí 300 kHz do frekvencí 1,5 GHz. Analýzy systémů jsou zejména určeny k výpočtu výkonu, zisku, testování zesílení, testování filtrace, analýzy antény a kabelů, testování směšovačů, elektronických obvodů. Dále se vektorový analyzátor používá pro měření složek fáze, skupinového zpoždění, impedance, časových parametrů odezvy, amplitudového a fázového přenosu systému, měření odrazu, zjištění poruchy přenosového vedení. Vektorový analyzátor využívá syntetizovaný frekvenční zdroj poskytující známý generovaný harmonický signál, který je rozmítán v daném rozsahu frekvencí či úrovně vysílacího výkonu.