用矢量信號分析儀檢測非線性失真

作者：Hagen Eckert

移動通信網(wǎng)絡所用功率放大器的一個關鍵性能參數(shù)為非線性失真。但過度的非線性失真會使誤碼率(BER)提高，導致移動通信網(wǎng)絡中所傳輸?shù)恼Z音及數(shù)據(jù)信號質量下降。幸運的是，該矢量信號分析儀不僅可以用于精確地檢測矢量及標量的調制誤差，如誤差向量幅度(EVM)特性，還可用于評估放大器及系統(tǒng)失真特性。因分析儀進行有效測量時亦無需任何特殊檢測環(huán)境或檢測信號，該分析儀可在移動通信網(wǎng)絡正常運行的情況下分析來自基站的沖擊信號。

通常依賴量程可調的伏特計或頻譜分析儀，采用雙音或多音方法1來確定被測器件(DUT)的壓縮點。網(wǎng)絡分析儀采用功率掃描作類似分析。這兩種方法中所用的信號皆為測試信號或是僅僅優(yōu)化用于頻譜帶寬或統(tǒng)計分布的信號，并非實際工作環(huán)境下的信號。

可以利用矢量信號分析儀來測量標量、矢量調制參數(shù)及數(shù)字調制移動無線信號的調制誤差。按現(xiàn)代的理念，因在常規(guī)的測量過程中已收集了所有必要的數(shù)據(jù)，這些設備也應可以測量及評估線性誤差。實際上，只需要一套標準的測試設備，并不需要附加的測量設備或特殊測試信號。

圖1所示為一組典型的、使用矢量信號分析儀進行測量的測試配置。帶同相、正交調制能力的信號發(fā)生器產(chǎn)生一個RF移動無線信號，并將其送至被測器件(DUT，如移動通信輸出放大器)的輸入端。放大器的輸出端通過衰減器(避免儀器工作范圍外的高壓)與矢量信號分析儀(如Rohde&Schwarz公司的FSQ-K70)輸入端相連。甚至可用這一組設備直接測量基站的RF輸出信號。

圖2為矢量信號分析儀的框圖。經(jīng)數(shù)字調制的RF輸入信號通過RF及中頻級(模塊1、2)前往模-數(shù)轉換器的輸入端(模塊3)。IF信號被取樣，并與一復雜基帶信號(模塊4)數(shù)字混頻，經(jīng)數(shù)字濾波(模塊5)后存儲于隨機存取內(nèi)存RAM(模塊6)中。

數(shù)字信號處理器DSP對基帶信號解調至位級(圖2中模塊7)，并產(chǎn)生一個與非失真發(fā)射信號相應的基準信號。信號分析儀僅需了解調制結構及適當濾波(模塊8)。在對中心頻率偏移、相位及符號定時(圖2，同步模塊9)校準后，被測信號的幅度和相位與基準信號相適應，以取得EVM的均方根值(RMS)。在最后一級中，將被測信號與參考信號進行比較(圖2模塊11)。在此時對典型調制誤差(如與時間對應的幅度誤差，與時間對應的相位誤差)進行計算。這些信號用于表示矢量及星座圖或用于在以后計算失真特性。

圖3(a)所示為經(jīng)上升余弦濾波的未失真的16態(tài)正交振幅調制信號的理想星座圖。圖3(b)所示為純幅度失真放大器的輸出信號。兩圖中都標識了復雜基帶信號的矢量圖。實際的星座點(圖3(b))在其理想位置的附近。柵格的曲率一定程度上表示了非線性、基于幅度調制的幅度失真。圖3 (c)所示為幅度-時間特性。理想信號為藍色曲線，實際信號為紅色曲線。為便于識別，用正方形或圓標識符號時間。該理想信號的三個幅度等級用R₁至R3的水平線表示，而測量信號則用D1至D3的水平線表示。

盡管理想信號與實際信號在低電平段其本相吻合，但隨著電平的增大，偏離加大。若用x/y坐標來表示各電平上的失真信號取樣與其對應的理想信號取樣，則所得結果便為調制―振幅特性。為了更好地判定，該電平段也可以表示為直線。特性曲線與對數(shù)線(線性增益)的偏離，即為放大器非線性失真的量度[見Figs.3(a)及3(b)]。

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