优质信号源对微波与射频设备的重要性

概述

在无线通信领域，通信信号的发展方向是数字化。这一趋势主要是因为与模拟信号相比，数字信号有很好的频谱效率。为了满足日益苛刻的对信号中心频率、谱密度和频谱宽度的用户需求，对通信设备的要求越来越复杂和苛刻。

然而，有些正准备投入应用的测试产品必须明确地符合市场标准，这些标准要求对组件进行完整地描述，大多数情况这些测试产品之间都是存在差异的，为通信设备生产专用测试产品的成本很昂贵并且难以实现。

在这里，任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generators)和函数发生器(Function Generators)可以克服以上困难，提供从未有过的灵活性，为工程师提供一台可测试多样化通信设备的强有力的仪器，加快测试进度，缩短上市时间。

在本文中，将会以Active Technologies 最新的高级任意波形发生器/函数发生器为例，讲解现今优质信号源为满足激励多样化通信电子设备进而观察响应并验证设备行为或者查找错误的要求创建生成多样化信号的能力。

需要特别注意现代信号处理与传输模式，比如基带、中心频率、射频和超宽频等，例如扩展频谱是WiFi和WiMAX收发器的基础特性。优质信号源应能够应对生产挑战，例如多样化的复杂性和快速信号，应能够成为每个测试工具箱的核心。

微波数据收发

电磁场可以通过天线到天线传播并且携带信息，不使用线缆发射和接收信息。然而，环境中存在很多噪声，这些噪声会扭曲在环境中传输的信号波形，导致通信信号携带的信息丢失。

影响微波通信的因素很多，比如信号衰减、失真、通道间串扰，尤其是在室内环境或者楼栋密集的城市中多路径衰减贯穿整个传输带宽。为了解决这些问题，很多解决方案引入了调制技术，例如扩展频谱和高速率数字调制。

这些调制波形非常复杂，所以使用一台测试仪器完成波形的创建生成是一巨大挑战，生产用于专用微波设备的测试仪器会增加成本和延长上市时间。

近年，一种新颖的测试仪器在此领域占据了一席之地，那就是任意波形发生器(AWG)和函数发生器(AFG)。它们的主要能力是可以通过直接合成技术创建生成大量波形，或者使用内存储存每个样本值然后按照选择的时钟速率再生这些样本值，可以使用采样仪器创建这些样本值或者直接使用专用的应用工具构建这些样本值。

为什么数字调制优于模拟调制？

模拟调制在过去被广泛使用，例如幅度、频率和相位调制(AM、FM、PM)。因为模拟调制和解调技术非常简单并且廉价(比如AM，可以简单地使用二极管、电容和电阻电路解调)。

对携带信息的载波信号(通常载波频率高于调制波)的幅度、频率或相位分别进行简单地调制，然后进行传输。

然而，因为在传输的信号中没有进行编码，所以实现高信噪比(SNR)的方法是增大发射功率、在更宽的带宽上进行调制、使用高方向性和大尺寸天线。然而这些方法都存在一些缺陷，增加传输功率不总是可行的，因为增加功率带来的更大的难题是电子电路的复杂性，电路规模会更大并且需要冷却降温。

为了配置更多的射频链路应用，需要更多数量的通道，一个严格的规则分配了可以使用的最大带宽。最后一点，大尺寸天线需要更多的结构以保证天线本身的固定(通常与地面保持较高高度)，并且不允许在每个方向上以同一功率广播信号。

这些原因和数字设备的快速发展证明了一个事实，当今设计生产数字电路的成本降低了。数字调制技术的出现，使更高的信噪比、频谱效率和多路传输为了可能(比如CDMA)。

现在的信号源仪器有能力生成一系列波形，包括调制波和载波，并且可以添加环境噪声，编码等，节省了大量研发经费和时间。

数字调制

使用无线电传输信息，需要分解公共通信媒介以允许不同的非相干数据流。需要使用包含真实有用信息的调制波(相对载波而言频率较低)对载波(一般为射频或微波)进行调制。

载波和调制波可以是模拟或数字信号，大多数情况下为模拟信号。但是现今数字调制也很常见，使用一或多个符号(symbols)改变载波参数(幅度、相位或频率)。

OOK调制

为了更好地理解数字调制，下面举个例子：开关键控(On-Off Keying ,OOK)调制，一种简单的二进制幅移键控调制(2-ASK)，是包含两符号(symbols)(例如"0"或"1")的数字幅度调制，所以类似于对载波进行"开"和"关"控制。已调制波形中载波幅值有效部分被编码为"1"，载波幅值无效部分被编码为"0"。符号(symbols)也可以表示频率或相位，当表示频率时称为二进制频移键控调制(2-FSK)，当表示相位时称为二进制相移键控(2-PSK或BPSK)。

用于编码的符号(symbols)数量影响通信的能量效率(多少有效信号被接收器正确地解码)和频谱效率(为实现指定