Multi-tone linearity characterization techniques and metrics for nonlinear dynamic RF systems

Abstract

Linearity quantifies how much a system drifts from the ideal linear operation. Unfortunatelly, the technical ability to characterize linearity is incomplete. Measuring nonlinear dynamics, and relating linearity metrics measured with different test signals has always been a problem. As telecommunication technologies transcend the limits of radio frequency hardware by occupying broader bandwidths, moving to higher carrier frequencies, and using a more deversified set of modulated signals, the time to overcome these linearity characterization limitations runs short. This work addresses both problems. It explains how nonlinear dynamic effects manifest under broadband excitation, presenting a technique to measure them: swept noise power ratio. And defines a framework to compare linearity when using different signals. This framework consists of a clear understanding of how the system under test and the test signal influence linearity metrics, and of the expected linearity metric, a linearity metric definition that, regardless of the system and signal, enables a seamless linearity evaluation.

A linearidade quantifica quanto um sistema diverge do funcionamento linear ideal. Infelizmente, a capacidade técnica para caracterizar linearidade é incompleta. Medir dinâmica não linear e relacionar métricas de linearidade medidas com sinais de teste diferentes sempre foi um problema. À medida que as tecnologias de telecomunicação transcendem os limites do hardware de rádio frequência ao ocuparem bandas mais largas, ao se moverem para frequências portadoras mais elevadas, e ao usarem sinais modulados cada vez mais diversificados, o tempo para ultrapassar estas limitações de caracterização de linearidade fica curto. Este trabalho aborda ambos problemas. Ele explica como os efeitos de dinâmica não linear se manifestam sob excitação banda-larga, apresentando uma técnica para os medir: a razão de potência de ruído varrida. E define uma plataforma para comparar linearidade quando diferentes sinais de teste são usados. Esta plataforma consiste numa clara compreensão de como o sistema sob teste e o sinal de teste influenciam a métrica de linearidade esperada, independentemente do sistema e do sinal, permitindo uma avaliação de linearidade despercebida.