矢量調(diào)制分析基礎(chǔ)知識(shí)（下）

VSA 數(shù)字調(diào)制分析概念和工作原理

VSA 可被看作是基于軟件的測量接收機(jī)。它實(shí)際上是在數(shù)字調(diào)制解碼時(shí)采用與大多數(shù)數(shù)字無線接收機(jī)相似技術(shù)的 I-Q 接收機(jī)。不同的是，VSA 軟件專為高精度參數(shù)測量和調(diào)制特性顯示而設(shè)計(jì)。還有，VSA 是能夠測量和分析數(shù)字通信發(fā)射機(jī)與接收機(jī)系統(tǒng)幾乎所有方面的測量工具。

圖 7. 帶有射頻前端的 VSA 測量系統(tǒng)的簡化方框圖。對(duì)于其它前端，VSA 軟件將執(zhí)行所給前

端不支持的功能。

圖7 顯示了 Agilent 89600B VSA 的簡化系統(tǒng)方框圖。你可能注意到系統(tǒng)方框中的許多部分與圖6 所示的數(shù)字通信接收機(jī)的類似。通過幾個(gè)階段的超外差式混頻將射頻輸入信號(hào)下變頻為能被 ADC 精確數(shù)字化的中頻信號(hào)。有多種不同類型的前端都可完成這個(gè)過程。有的比如信號(hào)分析儀提供射頻信號(hào)檢測和中頻數(shù)字化。其它的像示波器和邏輯分析儀則提供完全數(shù)字化的基帶信號(hào)。 VSA 所需的輸入是經(jīng)過數(shù)字化的時(shí)間采樣數(shù)據(jù)。隨后，對(duì)這個(gè)數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行矢量 ( 正交 ) 檢測和數(shù)字過濾 ; 如果需要，將其最后一次下變頻為 I 和 Q 基帶信號(hào)格式 (I-Q 時(shí)間數(shù)據(jù) ) 并存儲(chǔ)在 RAM 中。接著就是使用 DSP 算法解調(diào)這個(gè)信號(hào) ; 恢復(fù)載波和符號(hào)時(shí)鐘并應(yīng)用建濾波和解碼 ( 恢復(fù)原始比特 )。幾乎任何一種調(diào)制格式都可被這個(gè) DSP 軟件解調(diào)。

VSA 的實(shí)現(xiàn)與無線接收機(jī)不同，VSA 處理采樣的信號(hào)是基于樣本塊 ; 而無線接收機(jī)是實(shí)時(shí)串行串行數(shù)據(jù)。當(dāng)為 VSA 軟件提供無線接收機(jī)參數(shù)時(shí)，它可以通過 DSP 的處理過程合成這個(gè)接收機(jī)。它能夠提供接收機(jī)的全部功能，甚至包括生成模擬波形。因?yàn)樾盘?hào)實(shí)際上是數(shù)字化的，它可被后期處理并在時(shí)域、頻域或調(diào)制域的任何域中查看。

VSA 數(shù)字解調(diào)

VSA 中數(shù)字解調(diào)過程的核心是數(shù)字解調(diào)。圖8 顯示了 Agilent 89600B 所使用的數(shù)字解調(diào)算法的簡化方框圖。數(shù)字解調(diào)算法提供通用解調(diào)，僅需輸入信號(hào)很少的先驗(yàn)信息即可執(zhí)行解調(diào)，并適用于非常廣泛的調(diào)制格式。解調(diào)器提供載波鎖定、符號(hào)時(shí)鐘恢復(fù)和比特恢復(fù) ( 對(duì)實(shí)際已編碼的 1 和 0 進(jìn)行解碼 )，并生成 I-Q 測量波形。解調(diào)器還能產(chǎn)生理想的 I-Q 波形，這些波形由真實(shí)的已恢復(fù)比特 ( 稱為 I-Q 參考波形 ) 合成。I-Q 測量波形與參考波形的差可得到 I-Q 誤差波形。分析 I-Q 誤差波形可得出調(diào)制質(zhì)量數(shù)據(jù)結(jié)果，該結(jié)果可以通過各種

數(shù)據(jù)格式和顯示輸出進(jìn)行查看。

解調(diào)過程從配置 VSA 基于軟件的解調(diào)器開始。解調(diào)算法必須根據(jù)特定的數(shù)字調(diào)制格式進(jìn)行配置，以恰當(dāng)?shù)亟庹{(diào)和分析信號(hào)。大多數(shù)分析選件提供一組標(biāo)準(zhǔn)預(yù)設(shè)值，例如 GSM、W-CDMA、cdma2000 或 802.11a/b/g，可自動(dòng)配置解調(diào)器。在這些情況下，輸入中心頻率并選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)置，軟件就可以解調(diào)信號(hào)。

靈活配制或用戶定義的解調(diào)

Agilent 89600B VSA 軟件通過一個(gè)通用的、用戶可定義的解調(diào)器提供更多額外功能。它允許針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)格式或故障診斷定制解調(diào)器配置。圖8 的解調(diào)方框圖顯示了內(nèi)部解調(diào)過程 ( 矩形框內(nèi) ) 和用戶可設(shè)的配置參數(shù) ( 橢圓或圓角矩形框內(nèi) )。橢圓框內(nèi)的項(xiàng)目是用于定義測量所需的解調(diào)器的配置參數(shù)。圓角框內(nèi)是用戶可調(diào)節(jié)的輸入?yún)?shù)。解調(diào)算法至少知道調(diào)制格式 (QPSK、FSK 等 )、符號(hào)速率、基帶濾波器類型和濾波器 α/BT 等參數(shù)。這組參數(shù)通常通常足以滿足解調(diào)器鎖定信號(hào)以及很多格式的符號(hào)恢復(fù)的需要。其它格式，像定制的 OFDM 針對(duì)具體格式類型則需要額外的信息。

圖 8. 數(shù)字方框圖

數(shù)字解調(diào)基帶濾波

前面提到，數(shù)字解調(diào)利用基帶濾波來限制帶寬和降低碼間干擾。還有，就像通信接收機(jī)一樣，數(shù)字解調(diào)基帶濾波必須配置的與被測系統(tǒng)匹配，以精確地解調(diào)信號(hào)。這同樣要求濾波器類型 ( 如 Nyquist 或 Gaussian) 與濾波器帶寬系數(shù) (α 或 BT) 匹配。

如圖9 所示， I-Q 測量波形和 I-Q 參考波形具備獨(dú)自的信號(hào)處理路徑和基帶濾波。I-Q 測量波形必須使用與被測系統(tǒng)的接收機(jī)濾波相匹配的基帶濾波。該濾波器稱為測量濾波器或 Meas Filter。I-Q 參考波形必須使用與被測系統(tǒng)的總體 ( 發(fā)射機(jī)和接收機(jī) ) 信道濾波相匹配的基帶濾波。該濾波器稱為參考濾波器或 Ref Filter。參考濾波器能夠仿真總體信道濾波因?yàn)樗脕砗铣煽杀弧巴昝赖摹本€性信道信道響應(yīng)接收的理想的 I-Q 信號(hào)。解調(diào)器必須利用總體系統(tǒng)信道濾波才能精確地合成參考 I-Q 波形。

選擇恰當(dāng)?shù)臑V波

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，基帶濾波可能出現(xiàn)在發(fā)射機(jī)或接收機(jī)上 ; 或者分布在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間，發(fā)射機(jī)中完成一半濾波，接收機(jī)中完成另外一半。這是個(gè)很重要的概念，會(huì)影響到解調(diào)器在處理 I-Q 測量波形和 I-Q 參考波形時(shí)所需的濾波器類型。VSA 軟件的 Meas Filter 代表系統(tǒng)接收機(jī)的基帶濾波，而Ref Filter 代表整個(gè)系統(tǒng)的基帶濾波 ( 接收機(jī)和發(fā)射機(jī)整體的信道濾波 )。

圖 9. 可選的匹配濾波器用于代表發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的濾波。

借助已檢測的比特，再結(jié)合對(duì)調(diào)制類型和濾波的了解，可以確定理想信號(hào)。

選擇正確的解調(diào)基帶濾波可能并不像想象中的那么簡單直接，尤其是對(duì)于分布式系統(tǒng)。例如，北美數(shù)字蜂窩 (NADC) 標(biāo)準(zhǔn)采用分布式濾波 ; 在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中都使用了根升余弦濾波器。參見圖 9。在 VSA 解調(diào)里，針對(duì) I-Q 測量波形使用一個(gè)根升余弦濾波器 ( 與系統(tǒng)接收機(jī)濾波匹配，系統(tǒng)發(fā)射機(jī)含有一個(gè)類似濾波器 )。對(duì)于 I-Q 參考波形，您可以使用一個(gè)升余弦濾波器 ( 與整體系統(tǒng)信道濾波匹配 )。這是因?yàn)槠椒礁?( 升余弦 ) 乘以平方根 ( 升余弦 ) 的結(jié)果就等于升余弦濾波器。

表1 顯示了一些常用的濾波器類型以及測量和參考濾波器基于發(fā)射機(jī)濾波器類型的選擇示例。

表 1. 常用的發(fā)射機(jī)濾波器類型

濾波器 α 和 BT 帶寬時(shí)間產(chǎn)品

可精確代表被測系統(tǒng)的另一個(gè)濾波器參數(shù)是濾波器帶寬系數(shù)，定意為濾波器 α 或 BT。每個(gè)濾波器類型將會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的濾波器帶寬系數(shù) ; Nyquist 濾波器使用 α，高斯濾波器使用 BT。解調(diào)器對(duì)測量濾波器和參考濾波器使用相同的 α 或 BT 值。

根據(jù)具體的應(yīng)用需求，數(shù)字通信使用許多濾波器類型，傳統(tǒng)上，使用Nyquist ( 升余弦 ) 濾波器是因?yàn)樗茏钚』?ISI 。如圖10 所示，Nyquist 濾波器脈沖響應(yīng)的峰值幅度出現(xiàn)在符號(hào)時(shí)刻 t = 0 幅度時(shí)，而在所有其它符號(hào)時(shí)刻為零。也就是說，該響應(yīng)在符號(hào)周期的整數(shù)倍 (1 除以 ?s) 通過零點(diǎn)。這意味著 Nyquist 已過濾的符號(hào)不會(huì)干擾周圍的符號(hào) ( 即符號(hào)間干擾為零 )。雖然Nyquist 濾波器可最大限度地減少 ISI，但對(duì)于有些應(yīng)用 ISI 并不是最重要的標(biāo)準(zhǔn)。另外兩種常用的濾波器類型是高斯濾波器和 Chebyshev 濾波器。高斯濾波器不具備最佳的 ISI 特性，但在平衡載波功率、占用帶寬和符號(hào)時(shí)鐘恢復(fù)方面具有優(yōu)勢(shì)。它通常使用在 GSM ( 全球移動(dòng)通信系統(tǒng) ) 的無線電話系統(tǒng)中。Chebyshev 濾波器具有陡降特性，能夠有效減少對(duì)相鄰信道的功率泄漏。

Chebyshev 濾波器通常應(yīng)用在使用 CDMA ( 碼分多址 ) 調(diào)制方案的無線電話系統(tǒng)中，例如 cdmaOne 和cdma2000。除了這里探討的類型外，數(shù)字通信領(lǐng)域還采用許多其它類型的濾波器。

圖 10. Nyquist 濾波器最大限度地降低符號(hào)間干擾 (ISI)。

Alpha

Alpha (α) 描述了 Nyquist ( 升余弦 ) 濾波器的滾降程度。參見圖 10。Alpha也稱為滾降或多余帶寬因子。α 值較高，則會(huì)增加理論最小值之外的帶寬。調(diào)制原理指出，發(fā)射一個(gè)信號(hào)所需的最小帶寬等于符號(hào)率的一半。不過，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)系統(tǒng)帶寬，需要一個(gè)完美的磚墻式 ( 矩形 ) 濾波器，也就是 α 等于 0，占用帶寬等于符號(hào)率。但磚墻式濾波器并不能實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際中的通信系統(tǒng)一般采用 α 等于 0.3 的濾波器。α 值為 0.3 意味著濾波器將使用比理論最小值多 30% 的占用帶寬。這個(gè)值是頻譜效率和最小 ISI 的一個(gè)很好的折衷。對(duì)于給定 α 的占用帶寬近似等于采樣率乘以 (1 + α)。

BT — 帶寬時(shí)間產(chǎn)品

BT ( 帶寬時(shí)間產(chǎn)品 ) 是高斯濾波器對(duì)應(yīng)的濾波器系數(shù)，描述了這個(gè)濾波器的滾降程度。高斯濾波器通常使用 0.3 ~ 0.5 的 BT 值。

解調(diào)分析

一旦用戶提供了輸入配置，解調(diào)器就利用它們并通過 DSP 以塊狀格式接收來自 VSA 可用樣本存儲(chǔ)器的 I-Q 時(shí)間數(shù)據(jù)。VSA 軟件能夠接收來自外部硬件 ( 例如 Agilent X 系列信號(hào)分析儀或 Infiniium 系列示波器 ) 或記錄文件的I-Q 時(shí)間數(shù)據(jù)。解調(diào)器使用所提供的中心頻率和符號(hào)率鎖定載波，并且從調(diào)制載波上恢復(fù)符號(hào)時(shí)鐘。注意，解調(diào)器參考時(shí)鐘不需要與源時(shí)鐘鎖定。解調(diào)算法自動(dòng)提供載波和符號(hào)鎖定 ; 不必提供額外的源時(shí)鐘輸入。然后信號(hào)通過補(bǔ)償過程應(yīng)用增益和相位校正。補(bǔ)償數(shù)據(jù) ( 例如幅度幅度偏差和 I-Q 偏置誤差數(shù)據(jù) ) 被存儲(chǔ)并可以在誤差匯總表中查看。隨后，應(yīng)用數(shù)字基帶濾波以恢復(fù)基帶 I-Q 波形 (I-Q 測量時(shí)間數(shù)據(jù) )。將已恢復(fù)的 I-Q 波形送入到符號(hào)檢測器，基于具體的調(diào)制格式來嘗試確定發(fā)射的符號(hào)。從符號(hào)塊中，解碼和恢復(fù)串行數(shù)據(jù)比特 (1 和 0)。參考產(chǎn)生器使用已檢測的符號(hào)再結(jié)合調(diào)制格式、符號(hào)率以及特定濾波，從而合成一組理想的 I-Q 參考基帶波形 (I-Q 參考時(shí)間數(shù)據(jù) )。最終將測得的 I/Q 波形和參考 I-Q 波形進(jìn)行對(duì)比，得到一系列誤差特性 ( 與理想波形之間的偏差 )，例如相位誤差、幅度誤差和誤差矢量幅度(EVM)。

I-Q 測量和 I-Q 參考信號(hào)

通過對(duì)比測得的信號(hào)與理想的參考信號(hào)，可以分析 I-Q 調(diào)制信號(hào)的質(zhì)量。參見圖 9。解調(diào)過程會(huì)生成兩個(gè)波形 : I-Q 測量波形和 I-Q 參考波形。 I-Q 測量波形是針對(duì)輸入信號(hào)解調(diào)的基帶 I-Q 數(shù)據(jù)，也稱為 IQ 測量時(shí)間。I-Q 參考波形是如果輸入信號(hào)是理想的 ( 沒有誤差 )，在解調(diào)該輸入信號(hào)后應(yīng)該得到的基帶 I-Q 數(shù)據(jù)，也稱為 IQ 參考時(shí)間。假設(shè)原始的數(shù)據(jù)序列可以被恢復(fù)， I-Q 參考波形從 I-Q 波形恢復(fù)的數(shù)據(jù)比特中采用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出。I-Q 參考波形的產(chǎn)生開始于恢復(fù)已解調(diào) I-Q 測量波形的實(shí)際符號(hào)比特，隨后重建理想的 I 和 Q 狀態(tài)序列。這些狀態(tài)再作為理想的脈沖，并根據(jù)參考信道濾波進(jìn)行基帶過濾，從而生成一個(gè)理想的 I-Q 參考波形。然后對(duì)比 I-Q 測量波形與 I-Q 參考波形，分析輸入信號(hào)的質(zhì)量。從已測波形中減去參考波形得到誤差矢量波形，或 I-Q 誤差波形。這種方法能夠揭示非常微小的信號(hào)變化，并能轉(zhuǎn)化為信號(hào)的質(zhì)量信息，這些信息是傳統(tǒng)調(diào)制質(zhì)量測量方法所不能提供的。

測量概念

現(xiàn)在已解釋了一些數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ)和 VSA 的系統(tǒng)原理，下一步是了解關(guān)于數(shù)字調(diào)制分析測量結(jié)果與用于系統(tǒng)故障診斷的軌跡軌跡顯示。下面的例子顯示了 QPSK ( 正交相移鍵控 ) 的測量結(jié)果，調(diào)制信號(hào)的符號(hào)速率是 50 ksym/s， α 等于 0.35 的根升余弦基帶濾波器。正交表示載波信號(hào)在相差 90°的相位狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。信號(hào)以 90° 為增量在 45° 到 135°、-45° 或 -135° 變化。QPSK 有四個(gè)可用狀態(tài)。每個(gè)狀態(tài)分配一個(gè) 0 ~ 3 的二進(jìn)制值，這要求每個(gè)狀態(tài)有 2 個(gè)比特，也就是每符號(hào)兩個(gè)比特。只要兩個(gè) I 值和兩個(gè) Q 值就可生成四種狀態(tài)，同時(shí)滿足雙比特碼元的要求。

矢量 ( 或 IQ) 圖

矢量示意圖，通常更多地稱為數(shù)字調(diào)制的 IQ 圖，顯示了時(shí)間上各個(gè)時(shí)刻所恢復(fù)的復(fù)雜 I-Q 基帶信號(hào)。它顯示了信號(hào)狀態(tài)以及信號(hào)在符號(hào)之間移動(dòng)時(shí)的跳變過程。從原點(diǎn)到矢量示意圖上某個(gè)點(diǎn)繪制的矢量線對(duì)應(yīng)著此刻的瞬時(shí)電壓。

圖 11a 顯示了前面提到的 QPSK 調(diào)制信號(hào)的 IQ 圖示例。IQ 圖顯示了 4 個(gè)理想的狀態(tài)位置 ( 以十字表示 )，分別是 45°、135°、-45° 和 -135°。還有已檢測的符號(hào)和符號(hào)間的跳變。IQ 圖給出了峰均電壓比，它可用于確定放大器的壓縮情況。

圖 11. QPSK 量圖和星座圖

矢量圖解釋

在 I-Q 平面上查看信號(hào)時(shí)，記住你是在觀察信號(hào)相對(duì)載波的幅度和相位。未調(diào)制的載波是相位參考 (0°)。圖11 中，每個(gè)檢測的符號(hào)都是相對(duì)未調(diào)制載波以不同的幅度和相位進(jìn)行調(diào)制，但頻率與載波一致。如果檢測到符號(hào)頻率與未調(diào)制載波的不同，它的表象是信號(hào)相對(duì)未調(diào)制載波連續(xù)增加或減小相位似的移動(dòng)。還有，數(shù)字調(diào)制屬于三維測量，根據(jù) I ( 同相)/Q ( 正交)分量與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行調(diào)制。而 IQ 圖僅是二維圖，所以與 I-Q 平面 ( 或 CRT屏幕 ) 垂直的時(shí)間參數(shù)無法顯示。

星座圖

圖 11b 顯示了與前面相同的 QPSK 信號(hào)的星座圖。星座圖顯示了與符號(hào)時(shí)鐘同步的載波幅度和相位。這些測量點(diǎn)通常就是檢測判斷點(diǎn)，代表已檢測的符號(hào)。它與 I-Q 圖類似，只是不顯示狀態(tài)間的跳變軌跡軌跡。

理想狀態(tài)下，所有符號(hào)都應(yīng)顯示為單點(diǎn)，并集中在理想狀態(tài)位置處 ( 以十字坐標(biāo)顯示 )。理想狀態(tài)是指信號(hào)沒有誤差時(shí)的符號(hào)位置。不過由于信號(hào)的損傷及其它調(diào)制誤差會(huì)造成偏差，符號(hào)會(huì)分散在理想狀態(tài)位置的周圍。

89600B VSA 允許你在理想狀態(tài)周圍放置一個(gè)定義好的誤差限制圈。顯示的實(shí)際已檢測符號(hào)與理想狀態(tài)可以幫助您直觀地了解信號(hào)質(zhì)量。星座圖有助于識(shí)別幅度不平衡、正交誤差或相位噪聲等信號(hào)損傷。

誤差矢量幅度 (EVM)

在數(shù)字通信系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的調(diào)制質(zhì)量指標(biāo)是誤差矢量幅度(EVM)。誤差矢量是指在給定時(shí)間的理想?yún)⒖夹盘?hào)和所測信號(hào)之間的矢量差。參見圖 12。誤差矢量是一個(gè)復(fù)參量，包含幅度和相位分量。不要將誤差矢

量幅度與幅度誤差、誤差矢量相位與相位誤差相混淆。

圖 12. 誤差矢量幅度 (EVM); 實(shí)際測得的信號(hào)與理想?yún)⒖夹盘?hào)的差異

EVM 定義為在符號(hào)時(shí)鐘跳變時(shí)刻誤差矢量的均方根 (rms)。按照慣例EVM 通常歸一化為最外面符號(hào)的幅度或符號(hào)平均功率的平方根。EVM 測量在有些通信標(biāo)準(zhǔn)中也稱為相對(duì)星座誤差 (RCE)，各種相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)于任意

數(shù)字調(diào)制格式中影響信號(hào)的幅度和相位軌軌跡路的損傷都十分敏感。因此，EVM 是一種分析診斷通信系統(tǒng)基帶、中頻或射頻部分中的故障的理想測量工具。

圖13 是圖12 中定義的調(diào)制質(zhì)量測量的示例。誤差矢量時(shí)間數(shù)據(jù) ( 軌跡A) 是根據(jù) I-Q 測量信號(hào)和 I-Q 參考信號(hào)上相應(yīng)符號(hào)點(diǎn)計(jì)算出的誤差矢量幅度。誤差矢量頻譜數(shù)據(jù) ( 軌跡 B) 顯示了誤差矢量時(shí)間數(shù)據(jù)的頻譜。也就是說，誤差矢量時(shí)間數(shù)據(jù)被加窗并FFT 以生成誤差矢量頻譜軌跡。這種格式能夠揭示使得制載波偏離理想路徑的多余信號(hào)的頻譜成分。如果這些誤差成分是確定的，它們會(huì)以頻譜軌跡的形式顯示在誤差矢量頻譜上。測量這些頻譜，可以更深入地了解這些誤差信號(hào)的本質(zhì)與來源。頻率峰值通常會(huì)對(duì)應(yīng)方框圖中某處的一個(gè)信號(hào)。I-Q 幅度誤差 ( 軌跡 C) 和 I-Q 相位誤差 ( 顯示 D) 顯示了 I-Q 測量信號(hào)和 I-Q 參考信號(hào)間的誤差。I-Q 幅度誤差顯示幅度誤差，I-Q相位誤差顯示相位誤差。

圖 13. 軌跡 A ( 誤差矢量時(shí)間 ) 顯示了符號(hào)點(diǎn)處的誤差矢量幅度。軌跡 B ( 誤差矢量頻譜 ) 顯示

了誤差矢量時(shí)間數(shù)據(jù)的頻譜。軌跡 C (IQ 幅度誤差 ) 是測量 IQ 波形和 IQ 參考波形的幅度差。

軌跡 D (IQ 相位誤差 ) 是測量 IQ 波形和 IQ 參考波形的相位差。

符號(hào)表 / 誤差匯總

符號(hào)表 / 誤差匯總測量結(jié)果可能是數(shù)字解調(diào)最強(qiáng)大的工具了。你可以看到解調(diào)比特，以及所有解調(diào)符號(hào)的誤差統(tǒng)計(jì)。例如，查看 rms EVM 值可以幫助你快速評(píng)估調(diào)制精度。還有其它很多有價(jià)值的誤差報(bào)告。圖14 顯示了前面使用的 QPSK 信號(hào)的符號(hào)表 / 誤差匯總數(shù)據(jù)。標(biāo)記讀數(shù)顯示的是符號(hào)表中突出顯示的比特對(duì)應(yīng)的值，代表符號(hào) 3，數(shù)值為 2 (“10”的二進(jìn)制值 )?？梢钥闯鲞@個(gè)值與 QPSK 調(diào)制所需的雙比特碼元一致。誤差表顯示了適用于 QPSK 調(diào)制信號(hào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與誤差數(shù)據(jù)。其它誤差值為其它格式所用。我們已經(jīng)討論了一些基本的調(diào)制測量，但還有很多定性顯示和定量測量并未涉及。

圖 14. 符號(hào)表 / 誤差匯總數(shù)據(jù)提供解調(diào)比特及所有已解調(diào)信息的誤差統(tǒng)計(jì)。

模擬調(diào)制分析

矢量調(diào)制分析可以提供的另一種重要的測量工具是模擬調(diào)制分析。模擬調(diào)制產(chǎn)生 AM、FM 和 PM 解調(diào)結(jié)果，類似于調(diào)制分析的輸出，允許你查看幅度、頻率和相位特性對(duì)時(shí)間的關(guān)系。這些模擬調(diào)制分析能力增強(qiáng)了 VSA 已有的數(shù)字調(diào)制分析功能，提供完整的分析數(shù)字通信系統(tǒng)的測量解決方案。例如，可使用模擬調(diào)制能力分析像 FSK ( 頻移鍵控 ) 這樣的有意調(diào)制 ; 像相位噪聲或AM-PM 轉(zhuǎn)換這樣的無意調(diào)制 ; 或者像頻率或相位穩(wěn)定或脈沖成形過程這種單脈沖信號(hào)參數(shù)。

解調(diào)信號(hào)的過程看上去挺復(fù)雜，但矢量調(diào)制和 I-Q 調(diào)制過程的基礎(chǔ)特性使得解調(diào)變得簡單。前面提到的矢量或 IQ 圖 ( 圖2 和 11) 顯示了調(diào)制載波相對(duì)未調(diào)制載波的瞬時(shí)幅度和相位，這有助于顯示數(shù)字調(diào)制特性。不過它還提供了一個(gè)簡單的方法來查看模擬調(diào)制信號(hào)特性，例如圖15 所示的 AM、PM 和 FM 調(diào)制。未調(diào)制連續(xù)波 (CW) 信號(hào)簡單地顯示為一個(gè)幅度與相位恒定的固定點(diǎn)。AM 信號(hào)的軌跡經(jīng)過原點(diǎn)沿著固定線路，只有信號(hào)幅度發(fā)生改變。FM 信號(hào)的軌跡是以原點(diǎn)為中心的圓圈，瞬時(shí)頻率偏差由相位變化率給出。PM 與 FM 的軌跡類似，當(dāng)然，相位的相對(duì)變化是關(guān)鍵參數(shù)。在矢量調(diào)制中，幅度和相位可同時(shí)改變，矢量軌跡會(huì)在幅度和相位上都發(fā)生變化。

圖 15. I-Q 示意圖中 I-Q 平面上的模擬調(diào)制特性。

傳統(tǒng)上，為了查看載波調(diào)制波形 ( 調(diào)制包絡(luò) )，應(yīng)當(dāng)通過檢波移除載波并將結(jié)果波形顯示在幅度對(duì)時(shí)間的示波器上。不過，取代在載波上檢測調(diào)制的思想，在矢量調(diào)制中，我們將載波“搬移”或“下變頻”到 0 Hz 之后再在剩下的部分里查看調(diào)制。頻移的直觀圖將顯示利用基本三角恒等式載波上幅度和相位變化是如何被“檢測”的。

圖 16. 調(diào)制通過搬移載波頻率 (fc) 至 0 Hz 測量。當(dāng)數(shù)字 LO 頻率等于調(diào)制載波頻率時(shí)，正交檢

波器的輸出 — I(t) 和 Q(t) 時(shí)域波形 — 就是載波上的調(diào)制。

如圖16 所示，復(fù)調(diào)制載波信號(hào)以 (V(t) = A(t)Cos[2πfct + ?(t)]) 表示，頻率fc 是用于頻率轉(zhuǎn)換的正交混頻器 ( 或正交檢測器) 的輸入。為恢復(fù)基帶調(diào)制信號(hào)，首先通過設(shè)置 LO 頻率為 fc 將載波下變頻至基帶 (0 Hz)。隨后基帶信號(hào)經(jīng)過低通濾波，只留下差頻。這個(gè)過程生成實(shí)部 I(t) 和虛部 Q(t) 時(shí)域波形，表示

已調(diào)制載波信號(hào)與未調(diào)制 LO 信號(hào)的幅度和相位差，以載波為參考。這是載波調(diào)制以 I(t) 和 Q(t) 分量 ( 直角坐標(biāo) ) 表示的形式，而不是幅度 A(t) 和相位 ?(t)。前面提到 I-Q 解調(diào)執(zhí)行極坐標(biāo)—直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。不過，通過對(duì) I(t) 和 Q(t) 分量應(yīng)用一些運(yùn)算和簡單的三角恒等式，我們也能夠獲得瞬時(shí)幅度 A(t) 或相位

?(t) 這些載波上的變化。這就是 AM 和 PM 調(diào)制。

幅度調(diào)制 AM 是載波幅度 A(t) 隨時(shí)間的變化，由 I(t) 和 Q(t) 的平方和開平方根得出。

AM = A(t) = sqrt[I2(t) + Q2(t)]

相位調(diào)制 PM 是相位 ?(t) 隨時(shí)間的變化，等于 [Q(t)/I(t)] 的反正切。頻率調(diào)制 FM 是相移對(duì)時(shí)間 d?/dt 的導(dǎo)數(shù)。即，F(xiàn)M 是 PM 的導(dǎo)數(shù):

PM = ?(t) = arctan[Q(t)/I(t)]

FM = PM 的導(dǎo)數(shù) = (d?/dt)

從 I(t) 和 Q(t) 開始，通過應(yīng)用基本三角恒等式，我們完成了載波的第一階解調(diào)，能夠查看 AM、PM 和 FM 調(diào)制。實(shí)際中，VSA 軟件使用精密的解調(diào)算法再結(jié)合頻率和相位誤差校準(zhǔn)程序，可以精確地將有意和無意調(diào)制從載波上分離出來。模擬解調(diào)可使 PM、FM 與 AM 完全分離。同樣地，AM 也可與 PM、FM 完全分離。

總結(jié)

本文介紹了運(yùn)用在基于軟件的矢量信號(hào)分析中的矢量 / 數(shù)字調(diào)制技術(shù)和數(shù)字調(diào)制分析的基本原理。描述了數(shù)字 ( 矢量或 I-Q) 調(diào)制和常見數(shù)字調(diào)制格式。VSA 架構(gòu)類似于數(shù)字通信系統(tǒng)，因此我們也描述了無線接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的方框圖，介紹了生成、發(fā)射、接收以及恢復(fù)原始數(shù)字信息的過程。隨后，我們著眼于 VSA 數(shù)字解調(diào)方框圖并描述了每個(gè)功能及正確解調(diào)信號(hào)并進(jìn)行測量的相關(guān)解調(diào)參數(shù)。帶有矢量調(diào)制分析功能的 VSA 提供強(qiáng)大的專業(yè)測量能力，允許你貫穿整個(gè)數(shù)字系統(tǒng) ( 系統(tǒng)使用 I 和 Q 信號(hào) ) 的方框圖進(jìn)行表征和故障診斷。通過借鑒本章節(jié)內(nèi)容，針對(duì)你的通信系統(tǒng)，你將更加明確地選擇所需的測量儀器和必備工具?，F(xiàn)在，VSA 既可作為嵌入式專用軟件運(yùn)行在信號(hào)分析儀，示波器和邏輯分析儀上，也可作為獨(dú)立軟件與多種測量前端和仿真軟件兼容。