安捷伦矢量信号分析基础(中文版)

安捷伦矢量信号分析基础应用指南

目录矢量信号分析 (3)

VSA 测量优势 (4)

VSA 测量概念和操作理论 (6)

数据窗口—泄漏和分辨率带宽 (12)

快速傅立叶变换 (FFT) 分析 (14)

时域显示 (16)

总结 (17)

矢量调制分析 (18)

简介 (18)

矢量调制和数字调制概况 (19)

数字射频通信系统概念 (23)

VSA 数字调制分析概念和操作理论 (26)

灵活定制的或用户定义的解调 (27)

解调分析 (31)

测量概念 (32)

模拟调制分析 (36)

总结 (38)

其他资源 (39)

下载 89600B 软件并免费试用 14 天，与您的分析硬件结合使

用 ; 或通过选择软件工具栏上的File> Recall> Recall Demo>

QPSK>，使用我们记录的演示信号进行测量。立即申请您的

免费试用许可:

/find/89600B_trial

矢量信号分析本应用指南是关于矢量信号分析(Vector Signal Aanlysis) 的入门读物。本

节将讨论 VSA 的测量概念和操作理论 ; 下一节将讨论矢量调制分析，特别是

数字调制分析。

模拟扫描调谐式频谱分析仪使用超外差技术覆盖广泛的频率范围 ; 从音

频、微波直到毫米波频率。快速傅立叶变换 (FFT) 分析仪使用数字信号处理

(DSP) 提供高分辨率的频谱和网络分析。如今宽带的矢量调制 ( 又称为复调制

或数字调制 ) 的时变信号从 FFT 分析和其他 D SP 技术上受益匪浅。VSA 提供快

速高分辨率的频谱测量、解调以及高级时域分析功能，特别适用于表征复杂

信号，如通信、视频、广播、雷达和软件无线电应用中的脉冲、瞬时或调制

信号。

图 1 显示了一个简化的 VSA 方框图。VSA 采用了与传统扫描分析截然不

同的测量方法 ; 融入 FFT 和数字信号处理算法的数字中频部分替代了模拟中频

部分。传统的扫描调谐式频谱分析是一个模拟系统 ; 而 VSA 基本上是一个使

用数字数据和数学算法来进行数据分析的数字系统。VSA 软件可以接收并分

析来自许多测量前端的数字化数据，使您的故障诊断可以贯穿整个系统框图。

图 1. 矢量信号分析过程要求输入信号是一个被数字化的模拟信号，然后使用 D SP 技术处理

并提供数据输出 ; FFT 算法计算出频域结果，解调算法计算出调制和码域结果。

VSA 的一个重要特性是它能够测量和处理复数数据，即幅度和相位信息。

实际上，它之所以被称为“矢量信号分析”正是因为它采集复数输入数据，

分析复数数据，并输出包含幅度和相位信息的复数数据结果。矢量调制分析

执行测量接收机的基本功能。在下一个节“矢量调制分析”中，您将了解到

矢量调制与检波的概念。

在使用适当前端的情况下，VSA 可以覆盖射频和微波频段，并能提供额

外的调制域分析能力。这些改进可以通过数字技术来实现，例如模拟-数字

转换，以及包含数字中频 (IF) 技术和快速傅立叶变换 (FFT) 分析的 D SP。

因为要分析的信号变得越来越复杂，最新一代的信号分析仪已经过渡到

数字架构，并且往往具有许多矢量信号分析和调制分析的能力。有些分析仪

在对信号进行放大，或进行一次或多次下变频之后，就在仪器的输入端数字

化信号。在大部分现代分析仪中，相位连同幅度信息都被保留以进行真正的

矢量测量。另一方面，其它的前端如示波器和逻辑分析仪等对整个信号进行

数字化，同时也保留了相位和幅度信息。VSA 无论作为合成的测量前端的一

部分，还是单独在内部运行或在与前端相连的计算机上运行的软件，它的的

分析能力都依赖于前端的处理能力，无论前端是综合测量专用软件，还是。

VSA 测量优势矢量分析测量动态信号并产生复数数据结果

VSA 相比模拟扫描调谐分析有着独特的优势。一个主要的优势是它能够

更好地测量动态信号。动态信号通常分为两大类 : 时变信号或复数调制信号。

时变信号是指在单次测量扫描过程中，被测特性发生变化的信号(例如突发、

门限、脉冲或瞬时信号)。复数调制信号不能用简单的 AM、FM 或 PM 调制单

独描述，包含了数字通信中大多数调制方案，例如正交幅度调制 (QAM)。

图 2. 扫描调谐分析显示了一个窄带 IF 滤波器对输入信号的瞬时响应。矢量分析使用 FFT 将

大量时域采样转换到频域频谱。

传统的扫描频谱分析1实际上是让一个窄带滤波器扫过一系列频率，按

顺序每次测量一个频率。对于稳定或重复信号，这种扫描输入的方法是可行

的，然而对扫描期间发生变化的信号，扫描结果就不能精确地代表信号了。

还有，这种技术只能提供标量 ( 仅有幅度 ) 信息，不过有些信号特征可以通过

进一步分析频谱测量结果推导得出。

VSA 测量过程通过信号“快照”或时间记录，然后同时处理所有频率，

以仿真一系列并联滤波器从而克服了扫描局限。例如，如果输入的是瞬时信

号，那么整个信号事件被捕获 ( 意味着该时刻信号的所有信息都被捕获和数

字化 ); 然后经过 FFT 运算，得出“瞬时”复数频谱对频率的关系。这一过程

是实时进行的，所以就不会丢失输入信号的任何部分。基于这些，VSA 有时

又称为“动态信号分析”或“实时信号分析”。不过， VSA 跟踪快速变化的

信号的能力并不是无限制的。它取决于 VSA 所具有的计算能力。

VSA缩短测量时间

并行处理为高分辨率 ( 窄分辨率带宽 ) 测量带来另一个潜在的优势：那就

是更短的测量时间。如果你曾经使用过扫描调谐频谱分析仪，就会知道在较

小小频率扫宽下的窄分辨率带宽 (RBW) 测量可能非常耗时。扫描调谐分析仪

对逐点频率进行扫描的速度要足够慢以使模拟分辨率带宽滤波器有足够的建

立时间。与之相反，VSA 可以一次性测量整个频率扫宽。不过，由于数字滤

波器和 D SP 的影响，VSA 也有类似的建立时间。与模拟滤波器相比，VSA 的

扫描速度主要受限于数据采集和数字处理的时间。但是，VSA 的建立时间与

模拟滤波器的建立时间相比通常是可以忽略不计的。对于某些窄带测量，

VSA 的测量速度可以比传统的扫描调谐分析快 1000 倍。

在扫描调谐频谱分析中，扫描滤波器的物理带宽限制了频率分辨率。

VSA 没有这一限制。VSA 能够分辨间隔小于100μHz 的信号。VSA 的分辨率通

常受限于信号和测量前端的频率稳定度，以及在测量上希望花费的时间的限

制。分辨率越高，测量信号所需要的时间 ( 获得要求的时间记录长度 ) 就越长。

时间捕获是信号分析和故障诊断的有利工具

另一个极为有用的特性是时间捕获能力。它使你可以完整无缺地记录下

实际信号并在以后重放，以便进行各种数据分析。捕获的信号可用于各种测

量。例如，捕捉一个数字通信的发射信号，然后既进行频谱分析也进行矢量

调制分析，以测量信号质量或识别信号缺损。

1. 欲了解关于频谱分析的更多信息，请参见安捷

伦应用指南 150《Spectrum Analysis Basics ( 频

谱分析基础 ) ( 英文版5952-0292EN，中文版

5952-0292CHCN)。