Calibração do ANRITSU MG3700A

No nosso experimento foi necessário realizar uma calibração do gerador de sinais da Arnitsu devido a que este se encontra com um desvio da potencia de transmissão. Foi constatado que quando ao se colocar um sinal piloto de -60dBm, foi observado que o sinal recebido pelo Analisador de espectro era maior ao transmitido, mesmo adicionando a atenuação sofrida pelo cabo 1. Com isso terá que por um valor de offset no MG3700A para compensar esse “ganho”.

Onde para cálculo desse valor de Offset vem da seguinte equação:

Offset = -60 - Pout(Anri) + Perda (4.1)

Através da Tabela 4.3 será mostrada a tabela referente a cada valor de offset para cada frequência medida:

Frequência (MHZ) Potência de Entrada (dBm) Potência de Saída (dBm) Diferença Observada (dB) Offset (dB) 100.00 -60.00 -57.7 0.6 2.9 200.00 -60.00 -57.96 0.75 2.79 300.00 -60.00 -58.01 1.23 3.22 400.00 -60.00 -58.14 1.37 3.23 500.00 -60.00 -58.23 1.30 3.07 600.00 -60.00 -58.38 2.02 3.64 700.00 -60.00 -58.40 1.75 3.35 800.00 -60.00 -58.52 1.47 2.95 900.00 -60.00 -58.65 1.37 2.72 1 000.00 -60.00 -58.62 1.30 2.68 1 100.00 -60.00 -58.72 1.71 2.99 1 200.00 -60.00 -58.66 1.30 2.64 1 300.00 -60.00 -58.67 1.80 3.13 1 400.00 -60.00 -59.00 1.73 2.73 1 500.00 -60.00 -58.74 2.32 3.58 1 600.00 -60.00 -59.07 2.37 3.35 1 700.00 -60.00 -59.34 2.52 3.18

Tabela 4.3: Tabela com os valores de offset

Potência de Entrada (-60dbm)

Potência de saída, Analisador de Espectro (ANRITSU) Perda(dB) = Perda do cabo 1

Com esses valores de offset é possível perceber que esse valor varia por volta de 3dB, um pouco para cima e um pouco para baixo, assim tomamos como média para todas as frequências citadas 3dB. A Figura 4.9 mostrará como foi montado na bancada do LAPROP a calibração tanto dos cabos, tanto do Gerador MG3700A.

Capítulo 5

Resultados

Este capitulo destina-se à exposição dos resultados obtidos ao longo do presente trabalho, buscando a análise da calibração implementada. O experimento descrito na Seção 5.1 e na seção 5.2 tem como objetivo realizar como a calibração do dongle R820T2 foi obtida, buscando a validação do mesmo.

5.1 Calibração (GNURadio)

Primeiramente foi montado um simples analisador de espectro no GRC até para a familiarização do RTL-SDR com o GNURadio selecionado para este trabalho. A Figura 5.1 mostrará como foi feito esse analisador.

Figura 5.1: Analisador no GRC

Na calibração do dongle são utilizados os seguintes elementos:

• Gerador de sinais • Analisador de espectro • Cabos calibrados • Divisor de potência

• Laptop

• Software GNURadio

• Device Under Test (Dongle)

A calibração é feita da seguinte maneira: A saída do MG3700A com potência de saída de -60dBm, foi dividida utilizando um divisor de potência (adicionando uma perda de 3dB), em cada saída do divisor foi posto um dos cabos calibrados (cabo 1 e cabo 2), onde um deles vai para o analisador de espectro e o outro para o dongle que é conectado ao notebook com o GRC instalado. A Figura 5.2 mostra como foi montado na bancada do LAPROP essa calibração.

Figura 5.2: Montagem da calibração do Dongle

A calibração é realizada comparando os valores de potencia recebida no analisador de espectro e no software que coleta os dados através do dongle. A Figura 5.3 representa o sinal recebido pelo dongle com a frequência central em 100MHz, a Figura 5.4 em 500MHz, a Figura 5.5 em 700MHz e a figura 5.6 em 1GHz.

Figura 5.3: Potencia recebida pelo dongle em 100MHz

Figura 5.5: Potencia recebida pelo dongle em 700MHz

Como é possível ver nessas figuras, existe um parâmetro de ganho RF, que permite variar a potência recebida pelo DUT, porém conforme observado nas experiências, os ganhos não correspondem aos valores medidos. O teste para o ganho 0dB e ganho 8dB que é mostrado na Tabela 5.1.

Frequência (MHZ) SDR Ganho 0 (dB) SDR Ganho 8 (dB) 100 -48.3 -34.7 200 -47.28 -34.35 300 -47.62 -34.01 400 -49.66 -35.71 500 -48.98 -37.41 600 -50.68 -38.43 700 -50 -37.41 800 -51.7 -38.43 900 -51.36 -37.41 1000 -52.38 -39.49 1100 -53.06 -41.15 1200 -53.06 -41.49 1300 -56.46 -45.24 1400 -57.14 -46.26 1500 -57.82 -46.59 1600 -61.9 -51.36

Tabela 5.1: Tabela com os valores Ganho RF

Analisando essa diferença foi feito também um gráfico com os ganhos 0dB, 8dB, 10dB, 12dB que será mostrado na Figura 5.7

Figura 5.7: Gráfico com a tabela dos ganhos

A Figura 5.2 apresenta a diferença entre o valor de potência obtido pelo dongle SDR (dB) e a obtido pelo analisador de espectro (dBm). Esta diferença define o valor que deve ser aplicado à leitura obtida através do dongle para que o valor lido possa ser representado em dBm.

Frequência

(MHZ) Ganho 8 Ganho 0 Ganho 10 Ganho 12 SDRdif(dB) SDRdif(dB) SDRdif(dB) SDRdif(dB)

100 30.08 16.48 32.13 34.51 200 28.98 16.05 30.34 34.42 300 31.44 17.83 33.14 34.5 400 27.51 13.56 28.71 31.59 500 28.81 17.24 32.89 35.29 600 25.27 13.02 28.33 31.05 700 28.33 15.74 30.37 33.09 800 25.87 12.6 27.23 29.61 900 27.63 13.68 28.65 31.03 1000 26.03 13.44 27.73 29.09

Tabela 5.2: Tabela com a diferença entre o SDR(dB) e Panritsu(dBm)

Analisando a tabela acima foi montado um gráfico para melhor análise desses valores e será mostrado na Figura 5.9 .

Figura 5.8: Análise dos valores da diferença entre o SDR(dB) e Panritsu(dBm) Os dados obtidos permitem calibrar a potencia recebida pelo dongle SDR para que está possa ser utilizada tendo como referência o valor obtido pelo analisador de espectro.

5.2 Calibração (Rtl_Power)

Devido ao dongle SDR ser uma ferramenta comercial, está apresenta certos desvios dos valores coletados de acordo com o software de coleta dos dados. Nesta seção a calibração será realizada pelo código Rtl_power.c, utilizando a mesma metodologia de calibração da seção anterior. Conforme dito na seção 4.2 o código Rtl_power.c coleta dados numa determinada faixa de frequências.

A calibração foi realizada da seguinte maneira:

• Foi posto na saída do MG3700A, com uma potência de saída de -60dBm. • Um divisor de potência de 3dB na saída do MG3700A.

• Para cada saída do divisor foi posto os dois cabos calibrados ( cabo 1 e cabo 2). • Cabo 1 foi conectado à entrada do analisador de espectro.

Com o código do Rtl_power.c obtido. A Figura 5.2 já mostra como foi montado na bancada do LAPROP essa calibração.

Como o código em questão gera arquivos de saída, foram gerados vários arquivos de acordo com a faixa de frequencia de analise. A seguir é apresentado o conjunto de comandos utlizados através do prompt para a realização da calibração.

Ganho 0 : • rtl_power -f 99.5M:100.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste0_1k_10s.csv • rtl_power -f 199.5M:200.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste2_1k_10s.csv • rtl_power -f 299.5M:300.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste3_1k_10s.csv • rtl_power -f 399.5M:400.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste4_1k_10s.csv • rtl_power -f 499.5M:500.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste5_1k_10s.csv • rtl_power -f 599.5M:600.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste6_1k_10s.csv • rtl_power -f 699.5M:700.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste7_1k_10s.csv • rtl_power -f 799.5M:800.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste8_1k_10s.csv • rtl_power -f 899.5M:900.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste9_1k_10s.csv • rtl_power -f 999.5M:1000.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste10_1k_10s.csv Ganho 8: • rtl_power -f 99.5M:100.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste0_1k_10s.csv • rtl_power -f 199.5M:200.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste2_1k_10s.csv • rtl_power -f 299.5M:300.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste3_1k_10s.csv • rtl_power -f 399.5M:400.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste4_1k_10s.csv • rtl_power -f 499.5M:500.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste5_1k_10s.csv • rtl_power -f 599.5M:600.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste6_1k_10s.csv • rtl_power -f 699.5M:700.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste7_1k_10s.csv • rtl_power -f 799.5M:800.5M:1k -i 10s -g 0 -1 teste8_1k_10s.csv • rtl_power -f 899.5M:900.5M:1k -i 10s -g 8 -1 teste81_1k_10s.csv • rtl_power -f 999.5M:1000.5M:1k -i 10s -g 8 -1 teste91_1k_10s.csv

Fazendo uma análise similar a feita na seção 5.1 separei algumas frequências como o sinal de -60dBm saindo do MG3700A aparecerá em .csv ( formato aceito pelo excel) onde analisei os dados utilizando o software Matlab e dois gráficos foram gerados: um para o ganho 0 e outro para ganho 8. A Figura 5.10 representa o sinal recebido pelo dongle com a frequência central em 100MHz, a Figura 5.9 em 300 MHz, a Figura 5.10 em 500MHz , a Figura 5.11 em 700MHz e a Figura 5.12 em 1GHz.

Figura 5.9: Potência recebida pelo dongle com os dois ganhos em 100 MHz

Figura 5.11: Potência recebida pelo dongle com os dois ganhos em 500 MHz

Figura 5.13: Potência recebida pelo dongle com os dois ganhos em 1000 MHz

Analisando os valores de pico, que vão da frequência central de 100MHz até chegar a 1 GHz, foi gerada a Tabela 5.3.

Frequência (MHz) Ganho 0 (dB) Ganho 8 (dB) Panrits (dBm) SDR SDR Analisador de Espectro 100.00 -14.03 -0.06 -64.78 200.00 -13.38 0.96 -63.33 300.00 -17.95 -1.87 -65.45 400.00 -16.77 -2.48 -63.22 500.00 -14.65 -0.6 -66.22 600.00 -16.04 -3.21 -63.7 700.00 -20.49 -5.32 -65.74 800.00 -20.48 -6.96 -64.3 900.00 -17.18 -3.42 -65.04 1000.00 -17.8 -4.78 -65.82

Na Figura 5.14 apresenta em formato gráfico os valores da tabela anterior.

Figura 5.14: Gráfico dos ganhos no Rtl_Power

A Tabela 5.4 representa os valores de calibração que deve ser aplicada a cada frequência para que o valor coletado pelo dongle possa ser lido me dBm. Este é calculado como a diferença entre o valor de potência do SDR e a potência obtida pelo analisador.

Frequência (MHz) Ganho 0 (dB) Ganho 8 (dB) SDRdif SDRdif 100.00 -50.75 -64.72 200.00 -49.95 -64.29 300.00 -47.5 -63.58 400.00 -46.45 -60.74 500.00 -51.57 -65.62 600.00 -47.66 -60.49 700.00 -45.25 -60.42 800.00 -43.82 -57.34 900.00 -47.86 -61.62 1000.00 -48.02 -61.04

Analisando a tabela acima foi montado um gráfico para melhor análise desses valores e será mostrado na Figura 5.15 .

Capítulo 6

Conclusão

Neste trabalho foi realizada a calibração de um equipamento comercial de recepção de sinais de TV digital no formato Europeu (DVB-T), com o objetivo de poder utilizar este como um medidor de sinal confiável. Devido à forma como este dispositivo é manipulado para realizar outras funções recebe o nome de Software Defined Radio (SDR). O SDR consiste basicamente em um rádio em que o processamento digital do sinal é realizado totalmente em software, restando ao hardware apenas a captação do sinal pela antena ou pelo código e a digitalização do mesmo, conforme discutido no Capı_{́tulo 2.}

A plataforma Dongle e GNURadio/Python/C foi utilizado para se fazer a calibração e assim a implementação de um analisador de espectro em uma ferramenta open source, no caso foi utilizado um Rtl_SDR, devido ao fato desta plataforma ser indicada ao meio científico. Por se tratar de um software de código aberto e também ser um facilitador perante ao entendimento do usuário em questão, contudo, deixa a desejar no quesito documentação. A falta de documentação prejudicou por vezes o correto entendimento do funcionamento de certos blocos. O funcionamento básico tanto do GNURadio quanto da plataforma dongle foi detalhado no Capı_{́tulo 3.}

Na metodologia de calibração dos dispositivos SDR, alguns passos anteriores foram realizados. Foi necessária a realizar a calibração de dois cabos que seriam utilizados para o trabalho e também uma análise mais técnica dos equipamentos utilizados para a calibração dos mesmos, buscando uma familiarização com a plataforma SDR utilizada e também dos equipamentos em questão. Toda essa análise foi descrita no Capítulo 4, e no capitulo 5 foi apresenta os valores obtidos da calibração do dongle SDR como um todo. Na etapa de calibração foi utilizado dois códigos (GNU Radio Companion e Rtl_Power.c) de processamento de dados devido a que algumas variações do sinal recebido foram observadas.

Dos dados coletados foi possível observar que o valor de ganho especificado pelo SDR não corresponde ao valor observado na medição, o que justifica a calibração do dispositivo utilizando os diferentes parâmetros de ganho. No GNU Radio Companion essa variação é de:

• Ganho 0: Variação de 4.08 dB • Ganho 8: Variação de 5.09 dB • Ganho 10: Variação de 5.44 dB • Ganho 12: Variação de 6.46 dB

A variação da potência recebida para o Rtl_power é menor e praticamente a mesma, o que mostra que além de maior confiabilidade é menos sensível a variações de ganho:

• Ganho 0: Variação de 3.77 dB • Ganho 8: Variação de 4.72 dB

É importante ressaltar sobre os valores de ruído, que no GNURadio independentemente do valor do ganho, se estabilizou entre -79dB e -81dB, já no Rtl_Power se estabilizou entre -46dB e -49dB. Isto é de grande importância na utilização do dispositivo nas medições de ocupação de espectro. Foram gerados valores de calibração do dispositivo SDR para cada valor de frequência nas faixas que vão desde 100 MHz até 1 GHz.

Como um todo, o presente trabalho se demonstrou gratificante pois permitiu a consolidação dos conhecimentos adquiridos em variadas disciplinas do curso de Telecomunicações e também a utilização de tais conhecimentos para a calibração e implementação de um analisador de espectro em um dongle. Como trabalhos futuros podem-se listar: o desenvolvimento de blocos no GNURadio responsáveis pela otimização do analisador de espectro, como ficar implementado toda essa análise em um Raspberry e também uma possível calibração em frequência.

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