Spectrum sweep와 IQ capture는 같은 ADC 데이터를 어떻게 다르게 사용할까?

Complex downconversion

N9020B의 LO가 center frequency fc를 기준으로 RF를 downconvert하면, 관심 대역의 각 성분은 baseband에서 fRF−fc만큼 회전하는 complex phasor가 된다.

xRF(t)
  → attenuator / preamp / mixer + LO(fc)
  → anti-alias / analysis-bandwidth filter
  → ADC / digital quadrature
  → I[0]+jQ[0], I[1]+jQ[1], ... I[N−1]+jQ[N−1]
       ├─ time: I, Q, |x|, phase, burst envelope
       └─ FFT: complex spectrum, power, channel integration, demodulation

Spectrum trace에서 사라지는 정보

일반 SA trace는 detector와 trace math를 지난 power-versus-frequency다. 다음 정보는 보통 복원할 수 없다.

• Sample이 발생한 정확한 시간 순서
• I/Q의 signed value와 instantaneous phase
• Burst 시작 전후의 envelope 변화
• 서로 다른 spectral component 사이의 phase 관계
• 같은 평균 spectrum을 가진 두 waveform의 symbol trajectory 차이

IQ capture는 이 정보를 유지하지만 finite bandwidth, finite record와 ADC quantization이라는 새로운 조건을 가진다. IQ라고 해서 입력 RF 전체를 무한히 기록하는 것은 아니다.

Carrier frequency와 sample rate는 서로 다른 축이다

• Carrier / center frequency를 바꾸면 RF 대역 중 어느 구간을 baseband로 옮길지가 바뀐다.
• Analysis bandwidth를 바꾸면 한 acquisition에 포함되는 RF 폭과 anti-alias filter가 바뀐다.
• Sample rate를 바꾸면 time spacing과 representable baseband range가 바뀐다.
• Record length를 바꾸면 capture duration과 FFT frequency spacing이 바뀐다.

Carrier를 3.5 GHz에서 3.6 GHz로 옮겨도 baseband sample rate가 자동으로 100 MHz 증가하는 것은 아니다.

IQ capture setup 순서

1. PA waveform의 occupied bandwidth와 필요한 adjacent margin을 정한다.
2. B1X analysis bandwidth 안에서 필요한 RF 구간을 포함하도록 center와 IF bandwidth를 정한다.
3. 예상 peak를 기준으로 attenuation·preamp·range를 정하고 ADC clipping을 확인한다.
4. 어떤 event를 시간 t=0으로 둘지 정한다: free-run, RF envelope, external marker 또는 video level.
5. Burst 전 baseline이 필요하면 negative delay/pre-trigger 영역을 확보한다.
6. Thermal droop나 long burst를 보려면 record duration을, subcarrier를 세밀히 보려면 coherent duration과 FFT bin spacing을 확보한다.
7. Single acquisition으로 arm하고 trigger event 뒤 완료를 기다린다.
8. I/Q array, exact sample interval, center frequency, trigger source·delay, front-end state와 overload status를 함께 저장한다.

이 v1의 remote boundary: Swept SA에서 event와 front end를 먼저 검증한다

*IDN?
*OPT?
ABOR
*CLS
INST:SEL SA
CONF:SAN:NDEF
INIT:CONT OFF
FREQ:CENT 3.5 GHZ
POW:GAIN OFF
POW:ATT:AUTO OFF
POW:ATT 30 DB
TRIG:SAN:SOUR EXT1
TRIG:SAN:SOUR?
INIT:IMM
*OPC?
SYST:ERR?

이 페이지의 가상 lab은 B1X complex capture를 교육 모델로 재현하지만, v1 SCPI console은 N9060 Swept SA command tree만 구현한다. 실제 IQ Analyzer remote acquisition은 installed application·firmware에 따라 result form과 data packing이 달라 별도 command catalog가 필요하다. 따라서 확인하지 않은 BASIC, waveform-fetch 또는 89600 VSA command를 N9020B sequence에 섞지 않는다. 먼저 같은 external trigger와 front-end state를 Swept SA에서 검증하고, 실제 IQ automation은 공식 IQ Analyzer reference의 exact mode·measurement·result query를 별도 adapter로 고정한다.

Trigger를 목적에 맞게 고른다

Trigger가 잡혔다는 사실은 원하는 RF symbol boundary와 일치한다는 뜻이 아니다. SG marker definition, cable delay와 waveform segment offset을 known signal로 측정해 보정한다.

Capture 결과 검증 checklist

• Returned scalar count가 2N이고 [I0,Q0,I1,Q1,…] 순서인지 확인한다.
• Exact Fs 또는 sample interval을 instrument에서 읽는다. 화면 입력값으로 재계산해 추측하지 않는다.
• N/Fs가 요청한 event를 충분히 포함하는지 확인한다.
• I/Q magnitude peak와 overload status를 함께 확인한다.
• First/middle/last sample과 FFT carrier 위치를 front panel view와 spot-check한다.
• Trigger index와 delay sign convention을 synthetic pulse로 검증한다.
• Window, FFT normalization과 dB reference를 data artifact에 기록한다.

Spectrum과 IQ를 같은 시험에서 연결하는 방법

먼저 wide-span SA로 harmonic·unexpected spur 위치와 safe level을 찾는다. 그 다음 관심 carrier 주변을 IQ로 capture해 envelope, phase, EVM 또는 AM-AM/AM-PM을 분석한다. 마지막으로 같은 front-end state와 reference plane에서 SA channel power/ACP를 교차 확인한다. 세 결과는 같은 timestamp만으로 같아지지 않고, center·bandwidth·attenuation·trigger·waveform state가 같아야 연결된다.

|x[n]|=√(I[n]²+Q[n]²);   φ[n]=atan2(Q[n],I[n])

F_s = 1.25·IFBW

T_capture=N/F_s;   Δt=1/F_s

Δf=F_s/N=1/T_capture

f_RF=f_c+f_BB

Window와 leakage

Record의 시작과 끝이 반복 파형 경계에서 이어지지 않으면 rectangular FFT는 energy를 여러 bin으로 퍼뜨린다. Window를 적용하면 leakage는 줄지만 main-lobe width와 coherent gain이 바뀐다. Spectrum power를 비교할 때는 window type, normalization, equivalent noise bandwidth를 함께 기록한다. “IQ FFT가 SA trace와 다르다”는 사실만으로 어느 쪽이 틀렸다고 결론 내리지 않는다.

완료 전 자기 설명

1. SA trace 한 점과 IQ sample 한 점은 각각 무엇을 저장하는가?
2. Carrier frequency, analysis bandwidth, sample rate와 record length 중 무엇이 RF 위치·시간 간격·duration을 바꾸는가?
3. 160 MHz IFBW에서 nominal IQ-pair sample rate는 얼마이며, 2 MSa record의 duration은 얼마인가?
4. External trigger를 써도 waveform symbol boundary를 별도로 검증해야 하는 이유는 무엇인가?
5. 같은 IQ record의 FFT와 swept spectrum이 달라질 수 있는 measurement 조건은 무엇인가?