使用实时频谱分析仪调试和检定宽带RF系统

应用指南

使用实时频谱分析仪调试和

检定宽带RF系统

引言

无线设备的迅猛增长及人们对更高数据速率的无限需求给射频(RF)频谱带来了重大的压力。随着对RF器件和系统的带宽要求不断提高，可利用的频谱已经成为一个严峻的挑战。系统设计和操作人员必须尽可能高效地利用每赫兹的RF频谱，同时还必须特别注意，避免干扰比以前距离更近、更流行的信号。当然，所有这些都必须尽快、以最低的资本开支实现，这给工程设计带来了典型的两难困境。这些相互矛盾的要求正推动着射频RF通信领域进行重大创新。数字信号处理的最新发展与模数转换(ADC)和数模转换(DAC)技术进步相结合，产生了新一代的网络和系统。现在，可以使用数字控制环路控制RF频谱失真，其频谱性能和效率与模拟技术相比要高得多。在技术允许的情况下，沿着RF链向上推进数字电路，实现了成本优势，提高了制造效率。昨天的窄带、单载波、三重转换系统正被数字信号处理(DSP)和DAC实现的宽带多载波发射机所代替，这些技术为RF放大器生成直接IF、甚至生成直接RF输出。现在，波形已经以数字

方式进行预失真，以实现最大效率和严格的频谱控制。

尽管其优点有目共睹，但这些新型RF 系统和技术也给调试和检验系统的设计工程师和系统操作人员带来了新的挑战。调试RF设计现在要求能够从DSP生成的基带到宽带数字调制RF输出跟踪信号。这些数字生成的RF 信号产生了新的瞬变问题，而前几代RF 测试设备是不能发现、触发和测量这些瞬变问题的。此外，优化宽带系统、特别是在发送链中使用数字预失真(DPD)的系统，要求创建预失真的波形。这就要求信号分析仪不仅能够以矢量方式捕获发送带宽，还要实现高保真度捕获，其是发送带宽的3-5倍。

图1. 在测量矢量信号参数时，RTSA 必须在Tx/Rx 对中作为接收机使用。

发送方框图 接收方框图

基带发射-DSP

基带接收-DSP

RF/IF 滤波器，用于杂散辐射和干扰控制

频谱整形滤波器，用于频谱控制。这种滤波器组合在RTSA上称为系统滤波器或参考滤波器。可以选择滤波器对，以使码间干扰达到最小

数据编码，符号映射，I-Q 发生

本应用指南考察了现代RF 系统的特点，演示了怎样使用泰克RSA6100A系列实时频谱分析仪(RTSAs)调试和检定这些系统。我们将介绍发射机的基本矢量和频谱测量、调试高带宽系统及检定宽带DPD 系统。

检定数字调制信号：常用测量和测量相关

矢量测量

在使用RTSA测量被调制信号的矢量参数时，测试设备作为发送/接收(Tx/Rx)对中的接收机操作。图1说明了通用Tx/Rx 链的组成部分及RTSA 代替Rx 功能所发挥的作用。

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在RTSA 上的信道滤波器

接收链从调节到接收频率的低噪声RF放大器开始。对许多实验室测量来说，RTSA中并不需要放大器，因为发射机直接连接到测试仪器上，信号并不通过空中传输。在空中测量中，RSA6100A系列提供了一个内置前置放大器，为直到3 GHz的小信号提供30 dB的增益。在图1中，接收机的混频器和ADC被代以RTSA的混频器链和ADC。尽管RTSA包含一个用于杂散辐射和干扰信号控制的中频(IF)滤波器，但其带宽就是仪器的捕获带宽，可能包含测量中有不想要的信号。

"系统滤波器"或"参考滤波器"是Tx/Rx链中的频谱整形滤波器组合(参见表1)。它代表着整个链条的理想频谱形状，但它可以在发射机和接收机之间分开。例如，升余弦系统滤波器可以分成在发射机和接收机中都使用根升余弦(RRC)。这使得发射机能够实现希望的频谱形状，同时为接收机提供某种抑制杂散辐射信号的手段。通过使用奈奎斯特滤波器，如一对根升余弦（RRC）滤波器，在系统中就不会产生码间干扰(ISI)。对数字调制信号进行矢量测量要求传输完全相同的数据流，也就是说，必须把进入信号与相同调制类型的理想信号进行比较。为此，信号分析仪必需知道、并能够复现信号的调制参数，包括：

-频率

-符号速率

-调制类型

-发送/接收滤波器

-发送的符号值

系统发送滤波器接收滤波器

(参考滤波器)(测量)

升余弦升余弦无

(3GPP), 升余弦升余弦根升余弦根

(3GPP2), IS-95定义IS-95发送滤波器IS-95接收滤波器(同等) (GSM), 高斯高斯无

表1. 常用的系统滤波器及其组成部分。RTSA的参考滤波器与Tx-Rx对的系统滤波器类似，RTSA的测量滤波器设置成等于系统的Rx滤波器。

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测量指标定义

频率误差信号测得的载波频率与用户设置的分析仪中心频率之间的频率差

矢量幅度误差(EVM)测得的信号与分析长度上理想的参考信号之间的误差矢量归一化的RMS值。EVM通常在符号或码片上测得，可以用百分比或dB为单位表示。EVM通常在频率误差最佳拟合

估算后测得，其中已经去掉了固定的相位偏置。其在分析长度上进行这些估算

幅度误差测得信号与参考信号幅度之间的RMS幅度差

相位误差测得的信号与理想的参考信号之间的RMS相位差

原点偏置在符号时间上测得的信号的DC偏置的幅度。它表明了载波馈通信号的幅度

增益失衡信号生成路径中I通道和Q通道之间的增益差。增益失衡的星座图会显示宽度与高度不同的图形

正交误差I通道和Q通道之间的正交误差。这一误差显示了I通道Q通道之间偏离完美I/Q调制预计理想90度的相位差。具有正交误差的星座图会显示I部分泄漏到Q中，反之亦然Rho (ρ)测得信号与理想参考信号归一化后的相关功率。与EVM一样，Rho是衡量调制质量的指标。在实践中，Rho的值小于1；在理想接收机中的理想信号测得值等于1

表2. 矢量测量指标定义摘要

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