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射频波形生成和测量的复杂性


成此类信号并仿真在典型环境中使这些信号劣化的因素,会使问题进一步复杂化(参考文献 4)。而且,如果 QAM 不直接调制主载波,而是调制全部数百个或数千个副载波(每个副载波运载不同信息),而这些副载波又调制主载波,那么信号生成问题就会复杂得令人头脑麻木。不过,现代射频信号发生器——通常在独立PC 上运行的软件包的帮助下——可以轻松地应付这种复杂性。
  能产生已调制射频载波的射频信号发生器,大多数都有一对 DAC,其中一个产生 I(同相)调制信号,另一个产生 Q(正交)调制信号。这种 IQ 方法不仅在概念上简单明了,而且效率也很高:它能使每个DAC的更新速率比合成整个调制波形的单个 DAC 所需的更新速率低一半。因此, 把数模转换功能分给I DAC 和 Q DAC去完成,就能实现更低的 DAC 更新速率,从而能轻而易举地达到所需分辨率。然而,有几种信号发生器的确只使用一个 DAC 来合成所有调制信号。您也许会认为,产生 OFDM 信号的信号发生器将使用大量 DAC,或许是每个副载波使用一个,但仪器制造商们报告说,用数学方法对副载波进行合成并求

和,然后再转换成模拟信号,这样做更为简单。由于系统使用这么多副载波,因此多个 DAC 会带来一些不必要的技术问题,使设计复杂化,并使体系结构变得不经济。
  分析接收到的信号至少和生成测试信号一样复杂。诸如矢量信号分析仪等仪器内的计算功能历来都能进行这种分析。不过,能输出捕获数据的仪器目前已开始面市,分析这些数据集的PC 软件包也可以买到。据软件出版商们说,有几种采集后的分析程序,其分析功能优于传统仪器的分析功能。而且,这些软件包的可编程性比常规仪器高得多,从而更容易从数据中提取正好需要的信息。
  内置 PC
  此外,继数字示波器制造商之后,射频仪器制造商们开始生产内含 PC 硬件的信号分析仪,并提供基于 Windows 的开放式操作环境。 Anritsu 公司的 Signature 射频信号分析仪就是这类仪器中的新产品。该产品的技术要求可与高质量扫频频谱分析仪的相媲美。Signature 射频分析仪把数据直接从其测量硬件送到在分析仪内部 PC 上运行的分析程序。(该程序通常是 The MathWorks 公司的 Matlab,不过有时是该公司的 Simulink。)因此,这一体系结构把数据实时传输到可定制的顶层数学软件,顶层数学软件显示复杂计算结果的速度与仪器采集基本数据的速度一样快。
  这类功能在很多应用场合是很有用的,例如对轿车、飞机和其它运动物体的反射引起的信号损耗进行分析。当您在比较普通的设备中使用同一软件时,只有在您采集到完整的数据集,并把文件导出至一台单独的 PC 之后,您才可以开始进行这种分析。有了内置 PC 和通往分析软件的高速链路,与外部事件的相互关系变得既直接又明显,而在比较普通的设备中,您不仅必须等待结果,而且还要弄清楚为什么会产生这样的结果。
  尽管如此,在信噪比 (SNR) 是关键参数的矢量信号分析仪或频谱分析仪等射频仪器中增加一台 PC,严格而言,是对仪器设计师的惩罚。PC 是声名狼藉的电气噪声源。与局限在 IC 封装内部的信号相反,在 PC 内部印制电路板印制线内传输的大多数信号,其时钟频率要比射频测量中最重要的信号来得低。然而,其谐波很容易进入有关的频率范围。避免这类不需要的信号,就需要考虑采取屏蔽和滤波,这就会增加仪器的成本和重量,有时还会加大仪器尺寸。
  频率变换手段
  产生或分析承载信息的数千兆赫信号的仪器不可避免地要利用变频,而且大多数仪器不止一次地利用变频。(图 2)。外差式变频采用的不是频率倍增,而是混频。混频就是使信号波形倍增,再对结果进行滤波的过程。波形倍增就是调制或解调,并在输入信号的和频和差频上产生新的信号。

图 2,Anritsu 公司的 Signature 信号分析仪的中频 (IF) 部分包括 3 个(可选为 4 个)变频级。第一级上变频为9.5GHz,以避免镜频问题。其余二级进行下变频——最终变为普通中频 10.7 MHz (85.7 MHz-75 MHz-10.7 MHz)。

  滤波历来是在模拟领域内完成的,而目前常常在数字领域内利用DSP 技术来完成。虽然您能够制造出具有模拟滤波器设计师梦寐以求特性的数字滤波器,但数字滤波器需要数字信号,而且,如果信号开始在模拟领域中生存,则在 DSP 之前必须有 ADC。如果没有特殊的体系结构,对 ADC 或在它之前的 T/H(跟踪和保持)电路的分辨率或动态范围的各种限制就会使人们无法制造出合适的数字滤波器。
  即使调制变得更复杂,并具有更高的频谱效率,一些已调制信号占用的带宽也增加了。扫频频谱分析仪,甚至是大量使用 DSP 的仪器,都要顺序检查频域的一个个狭窄部分,从而覆盖很宽的带宽。这种方法的问题在于:它习惯地假定信号的频谱不随时间发生重大变化。然而,如果各个事件来来去去,而且一个有关事件在频率B发生时,频谱分析仪正在检查以频率 A 为中心的窄带宽,则频谱分析仪显示图形中就没有这一事件。
  检查频谱中很宽的一部分
  同时检查频率域中很宽的一部分,这是基于 DSP 的频谱分析仪的工作。包括行业内最大的仪器供应

《射频波形生成和测量的复杂性(第2页)》
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