8/3/2019 02 Ettus Practical Radios
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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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
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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
O u t l i n e
1
I n t r o d u c t i o n
2
M e a s u r e m e n t s
3
R a d i o A r c h i t e c t u r e s
4
I m p a i r m e n t s
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 >
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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
O u t l i n e
1
I n t r o d u c t i o n
2
M e a s u r e m e n t s
3
R a d i o A r c h i t e c t u r e s
4
I m p a i r m e n t s
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 >
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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
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 >
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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
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 a d i o A r c h i t e c t u r e 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
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M e a s u r e m e n t s
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I m p a i r m e n t s
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
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R a d i o A r c h i t e c t u r e s
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
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I m p a i r m e n t s
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
H a r d w a r e I n h e r e n 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
A r c h i t e c t u r e S p e c i c
D C O s e t
I Q B a l a n c e
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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
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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
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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
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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
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A r c h i t e c t u r e S p e c i c
H a r d w a r e I n h e r e n 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
M a t t E t t u s
< m a t t @ e t t u s . c o m >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
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M e a s u r e m e n t s
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I m p a i r m e n t s
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
N o n - l i n e a r i t y
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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
I n t r o d u c t i o n
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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
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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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
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Q u a n t i z a t i o n
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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
I n t r o d u c t i o n
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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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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
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A r c h i t e c t u r e S p e c i c
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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
I n t r o d u c t i o n
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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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
A r c h i t e c t u r e S p e c i c
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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
I n t r o d u c t i o n
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
http://find/http://goback/8/3/2019 02 Ettus Practical Radios
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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
A r c h i t e c t u r e S p e c i c
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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
I n t r o d u c t i o n
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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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
A r c h i t e c t u r e S p e c i c
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
< m a t t @ e t t u s . c o m >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
I n t r o d u c t i o n
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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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
A r c h i t e c t u r e S p e c i c
A r c h i t e c t u r e S p e c i c
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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
I n t r o d u c t i o n
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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
A r c h i t e c t u r e S p e c i c
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 >
P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
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
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I m p a i r m e n t s
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 >
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I m p a i r m e n t s
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
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P r a c t i c a l S o f t w a r e R a d i o
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