數(shù)字調(diào)制信號的測試和調(diào)試技術(shù)

安捷倫科技最新推出的MXA系列信號分析儀(圖1)，集傳統(tǒng)的掃頻式頻譜儀和矢量信號分析儀的功能于一身。MXA系列的市場定位是中檔信號分析儀，目前提供4種頻段的產(chǎn)品，都是從20Hz開始，分別到3.6 GHz、8.4 GHz、13.6 GHz和 26.5 GHz。MXA具有極高的測量速度，基于各種通訊標(biāo)準(zhǔn)的測量功能，使其適用于生產(chǎn)線應(yīng)用， 當(dāng)然該產(chǎn)品也非常適合通用研發(fā)和航空、軍工科研。

當(dāng)分析數(shù)字調(diào)制信號時(shí)，分析儀的解調(diào)帶寬是一個(gè)很重要的指標(biāo)，MXA標(biāo)準(zhǔn)配置可以提供高達(dá)10MHz的解調(diào)帶寬，加上B25選件之后，解調(diào)帶寬可以擴(kuò)展的25MHz。當(dāng)然MXA還具備信號分析儀必備的射頻性能，包括：較高的電平和頻率精度、極低的本地噪聲和很寬的動(dòng)態(tài)范圍。

MXA內(nèi)置了很多通訊標(biāo)準(zhǔn)的分析軟件，包括IEEE 802.16e WiMAX、WCDMA、HSDPA/HSUPA以及自動(dòng)相位噪聲測量，并且可以進(jìn)行數(shù)字視頻DV、WiMAX、WLAN和個(gè)人無線通訊PMR系統(tǒng)和組件的調(diào)制分析。而且支持現(xiàn)在流行的藍(lán)牙、GSM、EDGE、TETRA 1和2、TD-SCDMA和 ZigBee.等標(biāo)準(zhǔn)的測試應(yīng)用。

MXA提供廣闊的頻譜分析功能和完整的信號分析功能，并且在兩者之間切換只需零點(diǎn)幾秒。分析無線信號的調(diào)制結(jié)果是有一定的挑戰(zhàn)性的，操作者通常一開始就要面對矢量信號分析。實(shí)際上一開始進(jìn)行頻譜分析，比一開始就分析復(fù)雜的調(diào)制信號更有效，使用MXA信號分析儀，采用以下的3個(gè)步驟，可以有效的測量數(shù)字調(diào)制信號，并排除故障：進(jìn)行基本的頻譜測量；繼續(xù)進(jìn)行頻域和時(shí)域的矢量測量；最終進(jìn)行數(shù)字解調(diào)和調(diào)制質(zhì)量分析，以隔離和確定問題所在。(圖2)

上述的方法非常適合研發(fā)階段，當(dāng)然這個(gè)方法也可以用于產(chǎn)品的試生產(chǎn)階段。該方法有助于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最初階段就發(fā)現(xiàn)問題。

傳統(tǒng)的頻譜測量可以提供諸如：功率、失真、信噪比和相位噪聲等基本的信號特性。傳統(tǒng)的頻譜測量還可以驗(yàn)證變頻操作的頻率和幅度精度。MXA采用全數(shù)字中頻分辨率濾波器，以及全數(shù)字中頻處理，可以提供更準(zhǔn)確、更清晰的信號區(qū)分能力，并提高測量的精度。(圖3)

大多數(shù)數(shù)字調(diào)制信號是隨著時(shí)間變化的，例如射頻脈沖的時(shí)有時(shí)無，以及由于均衡訓(xùn)練和同步序列而引起的信號變化。因此測量信號隨時(shí)間變化的特性，可以更深入的了解信號本身。幸運(yùn)的是MXA可以提供三種分析信號時(shí)間特性的工具：傳統(tǒng)的頻譜分析；結(jié)合安捷倫89601A分析軟件的矢量信號分析功能；許多基于通訊標(biāo)準(zhǔn)的測試設(shè)置，有助于快速測量信號的特性。采用快速傅立葉變換(FFT)和數(shù)字信號處理技術(shù)(DSP)，80601A矢量信號分析軟件提供了豐富的觸發(fā)功能，用于捕捉特定時(shí)間內(nèi)的信號。這些觸發(fā)功能包括：可以調(diào)節(jié)觸發(fā)電平、保持時(shí)間、可調(diào)延遲的正/負(fù)電平脈沖觸發(fā)；可調(diào)的時(shí)間門(time gate)，用于選定被測信號的指定部分；可調(diào)節(jié)的頻率分辨率和分辨率帶寬濾波器的形狀，可以優(yōu)化電平精度和時(shí)間對頻率變換的分辨率；可以為頻譜、占用帶寬、互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)CCDF(complementary cumulative distribution function)和功率譜密度等復(fù)雜測量，提供時(shí)間門功能；可以捕捉并回放單次測量的結(jié)果(高達(dá)42M測量點(diǎn))；可調(diào)節(jié)的FFT記錄時(shí)間，最多可達(dá)409,600點(diǎn)，可以一次測量極長的射頻突發(fā)信號。

基本的數(shù)字調(diào)制信號分析的參數(shù)包括：矢量幅度誤差(EVM)，相對星座圖誤差(RCE)，I/Q誤差等等。另外對于數(shù)字解調(diào)而言，正確的檢測出符號速率，判斷接收機(jī)的符號時(shí)鐘是否鎖定也很重要。

基本的數(shù)字解調(diào)要求需要正確的設(shè)置分析儀的頻率和時(shí)間參數(shù)，否則無法正確解調(diào)?；緮?shù)字解調(diào)分析會(huì)產(chǎn)生很多評估調(diào)制質(zhì)量的參數(shù)，例如；矢量幅度誤差、相對星座圖誤差、調(diào)制誤差比 (MER)，還有直接和I/Q誤差有關(guān)的參數(shù)，如I/Q偏移、正交偏移和幅度增益不平衡。頻率和幅度的穩(wěn)定度可以通過各個(gè)矢量誤差分量和基本的頻率誤差參數(shù)來評估。

MXA內(nèi)置的通訊標(biāo)準(zhǔn)測試程序是學(xué)習(xí)數(shù)字調(diào)制分析的一個(gè)很好的起點(diǎn)。由于各項(xiàng)參數(shù)都已經(jīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置好，可以減少設(shè)置的時(shí)間以及參數(shù)設(shè)置的錯(cuò)誤。每一個(gè)程序都能顯示出該項(xiàng)測試最關(guān)心的參數(shù)，并給出方便的圖表顯示，還可以支持用戶自定義的限制線和pass/fail測試功能。(圖4)

采用圖形方式顯示矢量誤差對排除故障非常有用。分析誤差和時(shí)間的關(guān)系就是一個(gè)很好的起點(diǎn)。MXA內(nèi)部可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的參考信號，并計(jì)算出參考信號和實(shí)際測得信號之間的矢量差，然后顯示出每一個(gè)符號或者每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的矢量誤差。矢量誤差顯示的是參考信號和實(shí)際測得信號之間的差值(參考信號已經(jīng)去掉)。

測量矢量誤差隨時(shí)間的變化關(guān)系，可以揭示開/關(guān)事件、脈沖干擾、自動(dòng)增益控制 (AGC)電路和快衰落現(xiàn)象等問題。這對于分析WiMAX(固定和移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn))之類，調(diào)制方式在不同射頻突發(fā)之間會(huì)變化的信號特別有用。由于這些誤差是矢量，可以通過FFT轉(zhuǎn)換到頻域，用于分析矢量頻譜誤差。

標(biāo)記點(diǎn)聯(lián)動(dòng)(Marker coupling)功能是同一現(xiàn)象(圖5)，用不同的測量方法進(jìn)行分析的一個(gè)有效方法。MXA的89601A軟件，允許用戶在4到6條不同的軌跡線上設(shè)置聯(lián)動(dòng)的Marker，這幾條軌跡線可以是不同的測量值(如頻域、時(shí)域或I/Q域)。例如，一個(gè)時(shí)間軸上的矢量誤差的峰值(用一個(gè)Marker表示)，可以找出其對用的星座圖或矢量圖上的點(diǎn)(用聯(lián)動(dòng)的Marker表示)，由此就可判斷：這個(gè)矢量誤差是由符號轉(zhuǎn)換還是由幅度異常(例如幅度壓縮)導(dǎo)致。

測量和排除故障的最后一步，一般牽涉到高級的解調(diào)分析，用于排除復(fù)雜的故障，例如WiMAX和OFDMA的故障。高級的解調(diào)分析技術(shù)包含：解調(diào)指定時(shí)間和指定頻率范圍內(nèi)的信號，采用自適應(yīng)均衡、可配置導(dǎo)頻跟蹤(主要針對OFDM)等技術(shù)。MXA的89601A軟件都支持上述的高級解調(diào)技術(shù)。并且89601A軟件及可以在儀器上運(yùn)行，也可以通過USB、LAN和GPIB接口，在外部計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

有些高級的調(diào)制技術(shù)利用了自適應(yīng)均衡技術(shù)，來抵抗多徑和選擇性衰落。對于采用上述技術(shù)的系統(tǒng)，通常既要測量均衡之后的信號質(zhì)量，也要分析均衡之前的信號。當(dāng)分析系統(tǒng)整體性能的時(shí)候，需要均衡；但是測試和優(yōu)化組件的“原始性能”的時(shí)候，是不需要均衡的。MXA的89601A軟件及包含通用的自適應(yīng)均衡，也包含如WiMAX標(biāo)準(zhǔn)特定的均衡功能。

MXA加上89601A矢量信號分析軟件可以稱得上“三項(xiàng)全能”選手，該系統(tǒng)可以為設(shè)計(jì)和問題分析提供：高速頻譜分析；高級矢量信號分析；基于各種通訊標(biāo)準(zhǔn)的測量功能。可以快速和簡單的分析當(dāng)代無線通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制信號。