皆様こんにちは、ドルフィンシステムの笹生です。
引き続き、USRPなどのソフトウェア無線機での RF 信号レベルとデジタル IQ 信号レベルの関係について調べたいと思います。
今回は USRP 2943R の受信側での入力レベルと IQ 16bit データの関係についてです。
USRP-RIO のサンプル (NI-USRP Simple Streaming) では受信側のレベルに相当する設定で 「Reference Level」という設定があります。
これは ADコンバータ出力の最大振幅が設定した「Reference Level」であるという意味だと解釈しました。
つまり、「Reference Level」=0dBm の設定の時には、0dBm の信号が入力されると、ADコンバータでのデジタル出力が 16bit 整数の最大振幅の+/- 32767 になる設定だと考えます。
実際にはどうなのか以下の様にして検証してみました。
検証：受信レベルとデジタル IQ 信号レベルの関係
送信信号の設定は以下の様にしました。
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信号発生器 |
PXIe-5646R VST |
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送信信号周波数 |
2GHz |
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送信レベル |
-15dBm（USRP RIO の入力 max が -15dBm とされているため） |
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受信信号のレベル |
約-15.4dBm（ケーブル損失約 0.4dB) |
USRPの受信設定は
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対象 USRP |
USRP-2943R (40MHz BW) |
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周波数設定 |
2GHz |
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LO 周波数 |
1.98GHz (DCオフセットの影響を避けるためローカルをずらします) |
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Reference Level |
0dBm |
結果、取得できた受信デジタル IQ 16bit の振幅は約 +/- 4670 でした。
16bit 整数で表現できるの最大振幅は 32767 ですので、4670 ですと
4670/32767=0.1425
でフルスケールにたいして 0.1425 の振幅となります。
これを dB 換算しますと-16.9dB になります。
実際の信号レベルは -15.4dBm ですから、フルスケールの振幅は
-15.4 –(-16.9) = +1.5dBm
の入力レベルで最大振幅に なることが予想されます。
設定は 0dBm でしたから、フルスケールは設定値に対して +1.5dB ほどあることになります。
設定では 0dBm ですが、USRP 2943R の仕様での入力レベル max は -15dBm ですのであまり大きい信号は入力できません。そこで今度は -15dBm の送信信号で ADコンバータの出力が最大振幅になるであろう受信設定の Reference Level を -15dBm にして計測してみます。
Reference level -15dBmで、受信信号 -15.4dBm では、デジタル IQ の振幅は +/- 25728 でした。
25728/32767 =0.7852 → -2.1dB
フルスケールは -15.5-(-2.1)=-13.4 dBm の時になることが予想されます。
設定は -15dBm でしたから、フルスケールは設定値に対して +1.6dB ほどあることになります。
上記から、Reference Level の設定はほぼ想定通り ADコンバータの最大振幅に対しての値ですが、1.5～1.6 dB 程のマージンがあるようです。
まとめ
Reference Level で設定した値は、その信号レベルでデジタル IQ 16bit フルスケールに近い振幅を得ることができ、マージンとして 1.5～1.6 dB 程余裕があることがわかりました。
個々のデバイスによっても多少の違いがあるかもしれません。また機会を見て調査したいと思います。
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