Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2025, № 8 · RADIO ENGINEERING

Method for evaluating the frequency offset of an embedded local oscillator in retranslator from its nominal value using OFDM signal

N.O. Kuzmin1, S.S. Zhuravlev1, A.A. Savin1, E.V. Andronov1, K.N. Roshin1, E.D. Morozov1

1 LLC Scientific and production company «TESART», Tomsk, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2025.8.9 UDC 621.396 EDN ABDVJJ

Abstract

The rapid modernization of radio-electronic equipment leads to increasing demands and constraints. Such devices must undergo rapid testing for compliance with these limitations. This necessitates the search for methods and techniques for measuring device characteristics that meet metrological requirements. This work presents a technique for measuring the frequency offset of a built-in oscillator of a communication satellite transponder relative to its nominal value using a polyharmonic signal. The measurement setup is described, consisting of two generators, the device under test (DUT), and a digital oscilloscope. The generator, whose signal is fed to the radio frequency input of the mixer, is connected to the digital oscilloscope via its output and synchronization input (synchronization is implemented using the vector signal generator). A signal with a frequency adjusted for the deterministic error (in the form of a constant offset over the measurement time interval) is set on the local oscillator. The signal is recorded on a digital oscilloscope, with subsequent transformation to the frequency domain using the VSA module. There, the frequency offset is calculated using the phase increment values. An experiment was conducted to measure the frequency offset of the vector signal generator. Various deterministic errors were set in the range from -1 kHz to 1 kHz, with 3 measurements performed for each value. It was found that when using external synchronization from the vector signal generator, the dependencies of the frequency offset on the set deterministic errors have a similar character for each realization. For the setup using external synchronization from the vector signal generator, it was observed that the dependencies of the frequency offset on the set deterministic errors differ for each realization. The instrumental error, reflecting the accuracy of the proposed method, was obtained. Also, the frequency offset error values corresponding to a real system with a built-in local oscillator are presented.

  • vector signal generator
  • embedded local oscillator
  • frequency offset
  • digital oscilloscope
Аннотация (на русском)

Методика оценки смещения частоты встроенного генератора ретранслятора относительно номинального значения с применением полигармонического сигнала

Стремительная модернизация радиоэлектронных средств приводит к росту требований к ним. Такие устройства должны быстро проходить тестирование на соответствия ограничениям. Для этого необходимо отыскивать способы и методы измерения характеристик устройств, обеспечивающие метрологические требования. В работе представлен метод измерения смещения частоты встроенного генератора ретранслятора спутника связи относительно номинального значения с применением полигармонического сигнала. Рассмотрена измерительная установка, в нее входит два генератора, исследуемое устройство (смеситель) и цифровой осциллограф. Синхронизация генератора, высокочастотный сигнал которого поступает на радиочастотный вход смесителя, и цифрового осциллографа осуществляется опорным сигналом генератора. Для имитации смещения частоты на гетеродинный вход смесителя подается сигнал с детерминированной ошибкой, постоянной на интервале измерения. Сигнал регистрируется на цифровом осциллографе, и затем выполняется переход в частотную область с помощью модуля VSA . Далее, используя значения приращения фазы, вычисляется смещение частоты. Детерминированная ошибка задавалась в диапазоне от -1 кГц до 1 кГц. Для каждого значения проводилось 3 измерения. При использовании синхронизации по векторному генератору сигналов получены ошибки установки частоты относительно номинальных значений, отражающие систематическую ошибку предложенного метода измерения.

For citation

Kuzmin N.O., Zhuravlev S.S., Savin A.A., Andronov E.V., Roshin K.N., Morozov E.D. Method for evaluating the frequency offset of an embedded local oscillator in retranslator from its nominal value using OFDM signal // Journal of Radio Electronics. – 2025. – No. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.8.9

References

  1. Волков Р. В., Саяпин В. Н., Севидов В. В. Локализация земных станций по радиосигналам спутников-ретрансляторов //Инновационная деятельность в Вооруженных Силах Российской Федерации. - 2016. - С. 70-75.
  2. Holma H., Toskala A., Nakamura T. (ed.). 5G technology: 3GPP evolution to 5G-advanced. - John Wiley & Sons, 2024.
  3. Chowdhury M. Z. et al. 6G wireless communication systems: Applications, requirements, technologies, challenges, and research directions //IEEE Open Journal of the Communications Society. - 2020. - Т. 1. - С. 957-975.
  4. Дансмор Д. П. Настольная книга инженера. Измерения параметров СВЧ-устройств с использованием передовых методик векторного анализа цепей //Москва: Техносфера. - 2018.
  5. Ермоленко И. А., Кононов Е. А. Метод измерения флуктуационной нестабильности частоты колебаний высокочастотных генераторов с преобразованием колебаний в диапазон низких частот //Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. - 2009. - №. 4. - С. 50-56.
  6. Габриэльян Д. Д. и др. Метод оценки частот в системе генераторов //Физические основы приборостроения. - 2012. - Т. 1. - №. 2. - С. 72-77.
  7. Shibasaki Y. et al. Analysis and design of multi-tone signal generation algorithms for reducing crest factor //2020 IEEE 29th Asian Test Symposium (ATS). - IEEE, 2020. - С. 1-6.
  8. Van Nee R. D. J., Prasad R. OFDM for wireless multimedia communications. - 2000.
  9. Measuring on generic OFDM Signals [Электронный ресурс]. - URL: https://scdn.rohdeschwarz.com/ur/pws/dl_downloads/dl_application/application_notes/1ef65/1EF65.pdf (дата обращения: 10.10.2024).
  10. Manoliu L. et al. Frequency and Phase Investigation of the Local Oscillator Offset in a W-Band Satellite Communication Link //2023 53rd European Microwave Conference (EuMC). - IEEE, 2023. - С. 360-363.
  11. M9383B VXG-m Microwave Signal Generator [Электронный ресурс] - URL: https://www.keysight.com/us/en/product/M9383B/vxg-m-pxie-microwave-signal-generator.html (дата обращения: 12.10.2024).
  12. Infinium MXR B-series [Электронный ресурс] - URL: https://www.keysight.com/us/en/assets/3123-1557/data-sheets/Infiniium-MXR-B-Series.pdf (дата обращения: 12.10.2024).
  13. Measuring Group Delay of Frequency Converters with Embedded Local Oscillators [Электронный ресурс] - URL: https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-01676/application-notes/5989-7385.pdf (дата обращения 15.10.2024).
  14. Stickle K. System and method of VNA S-parameter measurement with a remote receiver: пат. 10386444 США. - 2019.