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數(shù)字調(diào)制信號分析解決方案


  來源: 安立通訊科技Anritsu 時間:2022-03-22 編輯:清風(fēng)
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上回在《高性能信號記錄和回放解決方案》中介紹了使用便攜式信號分析儀FieldMaster Pro MS2090A如何在現(xiàn)場錄制并還原復(fù)雜調(diào)制信號。本文將從探討數(shù)字調(diào)制信號分析的基本定義開始,介紹數(shù)字調(diào)制信號的產(chǎn)生和分析過程以及分析方法,最后介紹如何使用安立提供的信號分析工具M(jìn)X280005A Vector Signal Analysis ,方便靈活的分析復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制信號的特征參數(shù)。


調(diào)制信號按照調(diào)制信號類型分為模擬(電壓)和數(shù)字(編碼)兩種。不論是模擬調(diào)制還是數(shù)字調(diào)制信號分析,為了全面分析他們的各項參數(shù),需要在不同測量域中分析。例如在頻域,分析信號的帶寬、諧波、功率等參數(shù);在時域,分析信號的包絡(luò)特征、時間參數(shù),抖動等;在調(diào)制域,分析信號的幅度/相位誤差、誤碼率等參數(shù)。數(shù)字調(diào)制信號的產(chǎn)生(調(diào)制)和分析(解調(diào))離不開I (In phase) 和 Q(Quadrature),下面將對IQ的產(chǎn)生和分析做個簡單介紹。


什么是IQ?


IQ調(diào)制是數(shù)字調(diào)制信號常用的實現(xiàn)方式。數(shù)字編碼是數(shù)字調(diào)制信號的調(diào)制對象,在調(diào)制前,需要將基帶信號進(jìn)行數(shù)字編碼[1]后輸出兩路正交的I和Q數(shù)字信號。再經(jīng)過基帶濾波器(脈沖成形濾波器),以及IQ調(diào)制器,將兩路并行的正交數(shù)字信號調(diào)制為一路串行的數(shù)字信號,經(jīng)過DAC變換后,再上變頻到載波頻率并通過天線發(fā)射傳送出去。


圖1數(shù)字基帶IQ調(diào)制實現(xiàn)框圖


經(jīng)過DAC后的基帶信號,具備了相位和幅度信息。類似模擬調(diào)制,數(shù)字編碼的變化映射到矢量坐標(biāo)系中(正交IQ坐標(biāo)),用幅度、頻率和相位三個基本要素表征信號的特征。而頻率和相位,當(dāng)時間為變量時,也建立起來關(guān)系圖片得到調(diào)制信號的表達(dá)式:



數(shù)字調(diào)制信號對信號的幅度、相位或頻率三要素的一種,或是多種同時進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制信號不是變化幅度或者相位,就是幅度和相位一起變化。因此,在IQ坐標(biāo)中,數(shù)字基帶信號(編碼)的變化,會隨著編碼。


IQ坐標(biāo)分別用I實部(橫坐標(biāo))和Q虛部(縱坐標(biāo))表示,每個符號到坐標(biāo)系原點的距離表示幅度,與橫坐標(biāo)的夾角表示相位。I路和Q路信號疊加后的幅度和相位映射到圖上,形成符號的星座圖顯示。


圖 2 IQ坐標(biāo)(星座)表示基帶信號(符號)的幅度、相位及頻率的變化


例如PSK(Phase ShiftKeying)調(diào)制僅僅調(diào)制相位而幅度保持不變。而QAM(Quadarture AmplitudeModulation)調(diào)制, 是幅度和相位同時變化,可以攜帶更多的編碼信息,16/32/64/256/1024/2056 QAM 等,實現(xiàn)寬帶調(diào)制,因此在移動通信中較為常見。


圖 3 PSK和QAM調(diào)制典型的IQ星座圖


VSA通常采用基于軟件的接收機(jī)構(gòu)架。VSA將I/Q數(shù)據(jù)重新采樣,還原出信號的幅度,相位/頻率信息。并根據(jù)所測量的信號參數(shù),內(nèi)建出標(biāo)準(zhǔn)參考信號進(jìn)行比較測量,得到EVM等關(guān)鍵參數(shù)。


圖4 信號接收機(jī)結(jié)構(gòu)和VSA框架 (綠色)


調(diào)制域分析


數(shù)字調(diào)制信號的調(diào)制域分析,在不同的觀測坐標(biāo)系中,可以得到比特、符號、信道等特征參量。例如在星座圖(Constellation)中從IQ坐標(biāo)映射觀測信號傳輸?shù)南嚓P(guān)特性,例如信道失真(符號串?dāng)_,疊加噪聲等),以及I/Q基帶失真(增益、相位、符號偏移等)。


圖5 星座圖IQ基帶和信道失真參數(shù) (上)


VSA通過輸入的信號參數(shù),內(nèi)建標(biāo)準(zhǔn)參考信號,與輸入信號(數(shù)字I/Q)作比較,得到和參考信號在相位(頻率)和幅度上的誤差,稱之為EVM (ErrorVector Magnitude, 矢量誤差),一般用dB或者%表示。EVM不僅能夠表征發(fā)射信號的質(zhì)量,也可以用來評估信號傳播路徑所疊加的噪聲,以及干擾造成的影響。如下圖所示,藍(lán)色為實際發(fā)射信號的矢量坐標(biāo),綠色為參考信號矢量坐標(biāo),將兩個坐標(biāo)點相連的紅線,表示它們之間的誤差矢量,包括幅度和相位。

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