Передатчик сам превращает I/Q-ошибку в линии для анализатора
У передатчика с I/Q-модулятором есть неприятная привычка показывать свои дефекты там, где их труднее всего отделить друг от друга. Небольшая разница усилений I и Q рождает зеркальную копию сигнала. Ошибка угла между ветвями превращает идеальные 90° в эллипс. Просачивание LO оставляет тон ровно в центре. VSA видит комплексный сигнал и раскладывает эту картину по созвездию, EVM и спектру. Но исследователи из NIWC Pacific пошли от возможностей более простого измерителя: заставили каждую ошибку оставить собственный след в спектре.
Последовательность как измерительный преобразователь
Для этого передатчик временно прекращает передавать полезные данные и получает короткую периодическую последовательность. У паттерна 1010 идеальный BPSK-спектр содержит только нечётные гармоники. Линия в центре, которой там быть не должно, становится прямым индикатором carrier feedthrough. В приведённом измерении она оказалась ниже полезной линии на 26.326 dB. Такой тест превращает DC offset из малозаметной аналоговой неприятности в показание marker delta на анализаторе.
Амплитудный перекос I/Q потребовал более хитрого зонда. Для QPSK авторы выбрали два кода: в одном I меняется быстрее Q, в другом роли ветвей меняются. Их спектры содержат разнесённые тоны, связанные с каждой из ветвей отдельно. Сравнив мощности линий, можно получить gain imbalance без восстановления IQ-выборок. На USRP N210 с намеренно внесённой ошибкой около 1 dB метод дал 0.74–0.79 dB, тогда как VSA для той же установки показал −0.878 dB. Расхождение по модулю не превысило 0.14 dB.
Зеркальный тон выдаёт угол квадратуры
Угол квадратуры извлекают следующим шагом, уже после оценки амплитудного перекоса. Передают тон с известным знаком частоты и измеряют отношение мощности полезной линии к зеркальной. Из image-rejection ratio вычисляется модуль фазовой ошибки: для IRR 24.457 dB и найденного gain imbalance авторы получили 2.0107°, VSA показал 1.8741°. Спектр не сообщает знак перекоса однозначно. Контур калибровки пробует направление цифровой поправки и оставляет то, которое улучшает подавление образа. Этот компромисс особенно красив: прибор измеряет только мощность, а недостающий знак добывается самим действием корректора.
Ручная настройка предыскажений на N210 подняла IRR с 47.9 dB почти до 90 dB; остаточная несущая ушла под noise skirt анализатора, а видимое подавление LO feedthrough выросло на 15 dB. Число почти 90 dB относится к одному тракту и синусоидальному тесту, его нельзя переносить на любой SDR, частоту или температуру. Однако физика метода от этого не меняется: тестовый сигнал спроектирован так, чтобы смешение, которое хотелось измерить, стало измеримой амплитудой.
Где заканчивается внешний анализатор
Автоматическая версия устроена чуть иначе, чем обещает популярная формула «spectrum analyzer вместо VSA». В опубликованной реализации второй RF-вход того же N210 принимает выход передатчика через внешний аттенюатор 30 dB. Embedded Python-блок считает FFT на 8192 точках, находит нужные пики и через PMT обновляет коэффициенты GNU Radio. Внешний анализатор спектра подходит для ручной проверки и наглядного контроля, а замкнутый контур использует SDR как собственный спектральный приёмник.
Измерение, спроектированное сигналом
Именно здесь работа выходит за пределы калибровки одного USRP. Если измеритель не может напрямую показать искомую величину, иногда достаточно изменить эксперимент: выбрать возбуждение, при котором скрытая ошибка обязана перейти в координату, доступную этому измерителю. Спектральная линия оказывается таким же датчиком квадратурного дефекта, как индикатор VSA, только датчик создан последовательностью символов.