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Mesure des signaux numériques à large bande Kurt est un pro des télécomms à la retraite, passionné depuis toujours par les techniques hautes fréquences. Il a récemment eu la surprise de voir sa réception TV par câble (téléréseau lausannois) perturbée par le rayonnement d'un émetteur voisin. Il a derechef sorti son analyseur de spectre et analysé la situation et a eu la surprise de constater que c'était un émetteur installé sur le toit de la Tour des Infirmières du CHUV (Centre Hospitalier Universitaire Vaudois) voisin qui "entrait" dans le téléréseau et rendait la réception de TF1 impossible. Tous les téléspectateurs de l'immeuble avaient le même problème. Après
investigations et discussions avec l'Autorité de
surveillance, il en est arrivé à la conclusion que l'amplitude
des
champs rayonnés peuvent être largement sous-estimés si les
mesures ne sont pas faites dans toutes les règles de l'art,
surtout s'il s'agit d'émissions numériques pulsées. Voici sa
méthode pour effectuer des mesures fiables.
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Mesure de la
sensibilité utile
Cela va d’un simple récepteur relié au une antenne a une chaîne constitué d’un LNA, d’un convertisseur de fréquence, d’un récepteur et d’un décodeur des signaux reçus.
C’est le niveau de bruit intrinsèque délivré par l’ensemble du système de réception en dessous du quel toute réception est impossible. Ce niveau de bruit peut varier de façon considérable avec la température ambiante auquel sont soumis les différents éléments.
Pour mesurer le Noise Floor d’un système de réception, il
faut utiliser un signal de niveau connu dont les caractéristiques
sont identiques au bruit délivré par le système de réception. Sa
mesure consiste à faire la comparaison entre un niveau de bruit
connu et celui délivré par le système de réception.
Mesure pratique du Noise Floor d’un système de réception Matériel requis
Le récepteur du système doit pouvoir recevoir la modulation d’amplitude AM, la CW ou la BLU. La FM ne convient pas.
Relier les différents éléments selon la fig 1
Selon le niveau ENR délivré par le NG, il faut atténuer sa sortie de 20 a 40 dB afin de ne pas saturer le Rx dont l’AGC aura été mis sur OFF. (Avec un un NG de 51 dB ENR il faut atténuer de 40 dB) Enclencher le NG et régler à l’aide du potentiomètre l’aiguille de l’AcmV sur la dernière division par exemple 10 de l’échelle 100 mV. Ajouter l’atténuateur de 3 dB, et noter la chute de tension ainsi provoquée, faire la même manipulation avec 6 et 9 dB. On peut maintenant facilement extrapoler les variations de l’aiguille entre 0 et 9 dB au dB près. Exemple de calibrage : 0dB = 10 -3dB = 7.5 -6dB = 6 -9dB = 5 Attention cet étalonnage n’est valable que pour ce récepteur et cette bande passante du filtre MF. Le niveau de bruit intrinsèque d’une chaîne de réception ainsi que celui d’un générateur de bruit varie avec la bande passante MF du récepteur et dans une moindre mesure, avec la température des éléments qui les constituent. La référence de base est le bruit d’une résistance de 50W a la température ambiante (18 a 20°C) ramenée à une bande passante de 1 Hz soit –174 dBm / Hz. On exprime le niveau de sortie d’un Noise Generator (NG) en dB ENR (Exess Noise Ratio) soit le niveau de signal délivré par le NG par rapport de celle d’une résistance de 50W, le tout ramené à une bande passante de 1 Hz. Il suffit de connaître la valeur ENR du NG et la bande passante du filtre MF du récepteur pour pouvoir mesurer avec précision le niveau de bruit donc la sensibilité d’une chaîne de réception, ou le gain réel en rapport signal bruit, apporté par un LNA. Cela demande toutefois un peu d’arithmétique. Le niveau délivré par un NG de 51 dB ENR sera donc 174 – 51 = -123 dBm / Hz
L’augmentation du niveau en fonction de
la bande passante MF du Rx se calcule avec la formule:
Par exemple :
Condition préalable : l’AcmV a été calibré en
dB selon la méthode décrite ci-dessus. Il ne reste plus qu’a additionner la valeur des atténuateurs insérés et celle lue sur l’ACmV pour trouver le nombre de dB qui séparent le Noise Floor du récepteur du niveau du Noise Generator. Exemple de mesure: 439.500 MHz - BP MF 9 KHz - NG 51dB ENR - Atténuateurs 46 dB - AcmV 2 dB
Le Noise Floor se trouve a : -83.5 + 48 dB =
-131.5 dBm (0.06mV)
Une précision de mesure de +/- 1dB sur -130 dBm correspond à moins de 1% et une amélioration de 1 dB est négligeable sur le bilan de la transmission. Il faut au moins un gain de 3 dB pour que le résultat soit perceptible. Par contre une amélioration du rapport signal bruit de 6 dB sur le bilan global de la transmission change tout.
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Modification de
l'ORNI pour évaluer les antennes proches les unes des autres Berne, 09.12.2008 - Le Tribunal fédéral avait examiné en 2007 s'il fallait évaluer séparément ou ensemble les émetteurs de téléphonie mobile voisins les uns des autres. L'arrêt du tribunal nécessite une modification de l'ordonnance sur la protection contre le rayonnement non ionisant (ORNI). Le DETEC a lancé ce jour la consultation, qui dure jusqu'à fin février 2009.A quelle proximité doivent se trouver deux stations de base de téléphonie mobile pour être traitées comme une installation commune? C'est cette question que le Tribunal fédéral a examinée en détail dans un cas de recours fin 2007. Selon la réponse à cette question, c'est plus ou moins de rayonnement de téléphonie mobile qui est admissible dans les lieux à utilisation sensible comme les logements. Jusqu'à présent, la pratique suivie en matière d'exécution de la législation s'est appuyée sur une recommandation de l'Office fédéral de l'environnement (OFEV) datant de 2002. Le Tribunal fédéral la juge utile sur le principe mais il y a constaté certaines lacunes. Il conclut qu'il faut soit changer fondamentalement la pratique, soit créer dans l'ordonnance une base explicite qui permette de maintenir la procédure. La modification de l'ORNI opte pour la seconde possibilité. La procédure d'évaluation suivie jusqu'à présent a donné de bons résultats dans la grande majorité des cas. Elle sera ainsi maintenue dans ses grandes lignes, mais ses défauts seront corrigés. Il ne sera donc pas nécessaire de faire une nouvelle évaluation des quelque 10 000 antennes existantes.
La même question se pose pour les lignes à haute tension. L'ordonnance va définir ici aussi à quelle distance maximale deux lignes parallèles doivent se trouver pour être évaluées comme une seule installation. L'ordonnance est en outre complétée avec les précisions qui s'imposent après neuf ans d'application et qui ont déjà été introduites par la recommandation. Les valeurs limites fixées par l'ORNI restent inchangées. Le Département fédéral de l'environnement, des transports, de l'énergie et de la communication (DETEC) a lancé ce jour la consultation sur la révision de l'ORNI qui durera jusqu'à fin février 2009.
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Service de radiocommunication |
Valeur limite d'immission |
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GSM 900, GSM-Rail |
42 V/m |
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GSM 1800 |
58 V/m |
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61 V/m |
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61 V/m |
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Tetrapol, TETRA |
28 V/m |
Valeurs limites d'installation
Le mode d'exploitation dans lequel un maximum de conversations et de données est transféré, l'émetteur étant au maximum de sa puissance est déterminante.
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GSM 900, GSM-Rail |
GSM 1800, UMTS, WLL |
Valeur limite de l'installation |
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X |
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4 V/m |
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X |
X |
5 V/m |
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X |
6 V/m |
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Test d’un analyseur
de spectre Introduction La bande passante minimum du filtre d’analyse Resolution Bandwidth ou RBW permet d’analyser des détails fins d’un signal mais ceci au détriment de l’affichage correct de la valeur de l’amplitude du signal. Si la RBW sélectionnée est plus étroite que la largeur du spectre a examiner, l’analyseur ne reçoit qu’une partie de l’énergie du signal et de ce fait donne une indication de niveau sous-évaluée. A l’inverse si on choisit une RBW beaucoup plus large que le signal a mesurer; on va ajouter le bruit de bande et le bruit intrinsèque de l’analyseur au signal, ce qui provoque une sur-évaluation de l’amplitude du signal. Pour mesurer correctement le niveau d’un signal, la RBW doit être égale à la bande passante à – 3 ou – 6 dB du signal. (- 3 dB si les flancs sont raides et – 6 dB s’ils sont doux) Ceci est particulièrement important pour les signaux numériques à large bande tels que la DAB, la TNT, l’UMTS et les générateurs de bruit (NG). Il faut en outre tenir comptes des impératifs suivants: 1. La RBW maximum disponible des analyseurs de spectre dépasse rarement 1 MHz ce qui ne permet pas de mesurer directement l’amplitude de signaux qui dépassent cette valeur et dans ce cas il faut avoir recours à des calculs qui sont décrits plus loin. 2. Tous les analyseurs ne réagissent pas de la même manière aux signaux numériques a large bande. Plusieurs sources parlent d’une correction pouvant aller jusqu'à +3dB.
Lorsqu’on compare le spectre d’une transmission numérique à large bande avec le signal délivré par un générateur de bruit, on constate une grande similitude. (Voir Fig. 1 et 2) La mesure de leur amplitude devrait de ce fait répondre aux même lois physiques.
La référence de base est le bruit d’une résistance de 50W à la température ambiante (18 a 20°C) ramenée à une bande passante de 1 Hz soit –174 dBm / Hz. On exprime le niveau de sortie d’un Noise Generator (NG) en dB ENR (Exess Noise Ratio) soit le niveau de signal délivré par le NG par rapport de celle d’une résistance de 50W, le tout ramené à une bande passante de 1 Hz. Il suffit de connaître la valeur ENR du NG et la bande passante du filtre de résolution (RBW) de l’analyseur pour pouvoir déterminer avec précision le niveau affiché. Cela demande toutefois un peu d’arithmétique. Le niveau délivré par un NG de 51 dB ENR sera donc 174 – 51 = -123 dBm/Hz Niveau injecté en dBm = Niveau du NG en dBm/Hz + 10 Log de la RBW en Hz.Voir tableau 1 ci-dessous qui a été élaboré avec les formules ci dessus. RBW NG AS RBW NG AS RBW NG AS
kHz
dBm dBm kHz dBm dBm
kHz dBm dBm 1 -123 -93 10 -123 -83 100 -123 -73 2 -123 -90 20 -123 -80 200 -123 -70 3 -123 -88 30 -123 -78 300 -123 -68 4 -123 -87 40 -123 -77 500 -123 -66 5 -123 -86 50 -123 -76 1'000 -123 -63 6 -123 -85 60 -123 -75 2'000 -123 -60 7 -123 -84.5 70 -123 -74.5 3'000 -123 -58 8 -123 -84 80 -123 -74 5'000 -123 -56 9 -123 -83.5 90 -123 -73.5 10'000 -123 -53 Tableau 1: Variation du niveau affiché sur l’analyseur de spectre en fonction de la RBW Remarque : Si par exemple on mesure un signal qui a une BP de 5 MHz avec une RBW de 1 MHz, il faudra ajouter la différence en dB que l’on trouve entre la RBW 1MHz et 5 MHz soit 7 dB.
Mode d’analyse : AVERAGE (AVG) Nombre de mesures : 32 ou plus. Couplage RBW / SWEEP TIME : Auto ou Coupled. (Vérifier qu’il n’y a pas de Flag UNCAL) L’analyseur aura été préchauffé et calibré au préalable selon les procédures du constructeur. (Pour autant que l’instrument dispose de cette cette fonction) Tests de la linéaritéOn choisi le SPAN maxi et une RBW comprise entre 3 et 9 KHz. L’examen de cette courbe montrera les zone à examiner plus attentivement avec SPAN de 1 a 10 MHz. Une ondulation de +/- 3 dB est normal même pour des instruments haut de gamme. Testes de la réactivité aux signaux numériques a large bande de l’instrument. On note le niveau affiché par l’analyseur pour chaque RBW disponible et ceci sur les fréquences les plus basses et les plus hautes et quelques fréquences intermédiaires. On compare les résultats au tableau qui aura été établi en fonction de la sortie ENR en dB/Hz du générateur de bruit utilisé qui doit toutefois avoir linéarité exemplaire (+/- 1 a 2 dB)
Kurt Ritter HE9DYY |
