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优质信号源对微波与射频设备的重要性

时间:08-16 来源:虹科电子测试测量 点击:

比特率的带宽宽度)。但是前者越高,后者就会越低,所以要权衡两者。接收器以较低的信噪比捕获和正确读信号的能力在逐渐提升,所以可减少能量效率以支持更大的频谱效率。正因为如此,被传输的波形的复杂度越来越高,只有快速灵活的信号源仪器能生成高比特率信号。

另一种在现代通信系统中占据一席之地的调制方法是一种特殊的幅度调制,叫做正交幅度调制(QAM)。这中调制方法的具体操作是,将两个参数相同但只不同相的信号相混合,所以也称为I/Q调制,因为其中一个信号正交另一个信号,"I"通道是余弦信号,"Q"通道是正弦信号。

为了使用相干解调以更好的接收信号和使TX / RX同步,不仅振幅,频率和相位也可以进行正交调制。

I/Q 发射器

I/Q 接收器

被广泛使用的I/Q调制是正交相移键控(QPSK),这种调制方法有很好的频谱和能量效率。在现代通信系统中,高复杂度的波形随处可见。QPSK技术使频谱带宽得到了充分利用。因为如果信噪比足够,那么为了获得较高的数据速率可以不占用所有可用的频谱带宽 。

其他的系统,例如蓝牙技术、已经提及过的WLAN,通信信号可以从载波频率跳跃到其他频率以扩展频谱,降低单频段发射功率(无线设备的有效辐射能量是受限制的,所以将相同的能量扩展到更宽的频域可以减少平均发射功率并且不会降低信噪比)。

为了更好地满足日益苛刻的传输需求,一些通信系统除了频分多址和时分多址(分别为FDMA和TDMA)也使用码分多址(CDMA)技术,编码范围可以覆盖更长的符号(symbols)序列。同时,要求更高的带宽和更快的调制解调速度(事实上,CDMA使用16符号(symbols)编码,为了保持相同的有效比特率,相比不使用CDMA需要16倍的带宽)。

还需要注意的是数字信号的码型对通信系统最终的性能具有重要意义。因为最后的信号频谱是码型的傅里叶变换,若使用近似矩形(通常代表一个bit,不可能精确到无限接近纯矩形,因为那需要无限带宽),频谱看起来更像是同步。在更宽的带宽上传输能量并且会影响频率相近的通道。

广泛使用的滤波方法是升余弦,轮廓看起来像是平滑的矩形。平滑因子用参数α表示,与最终信号的带宽成比例,但是也会超过和改变原始符号(symbols)的星座图。

从以上的讨论可以得知,考虑频谱和功率的前提下创建一个信号波形会带来很多复杂的操作,若想测试所有的通信设备那么必须有一台完全定制的信号源仪器。

然而,若使用任意波形发生器(AWG),那么生成任意波形的信号就不是不可能的了,任意波形发生器具有高带宽(1GHz以上)和14位或16位高分辨率(垂直电压精度为全量程的1/(2^14)或1/(2^16))。

使用AWG生成基带信号(TX):Arb Rider AWG-4022 and AT-AWG-GS

使用AWG生成基带信号(RX):Arb Rider AWG-4022 and AT-AWG-GS

使用AWG生成IF信号(TX):Arb Rider AWG-4022 and AT-AWG-GS

使用AWG生成IF信号(RX):Arb Rider AWG-4022 and AT-AWG-GS

市面上也有一系列其他配置的AWG,比如,时钟信号为10、20或50GHz,高时钟速率使信号源设备能够支持超宽频、可靠地抗多路径干扰,所以在保持ADC高分辨率的同时可以在室内环境很好地运行工作,并且可以以较高的时间精度进行过采样。

使用AWG生成RF信号(TX):Arb Rider AWG-4022

使用AWG生成RF信号(RX):Arb Rider AWG-4022

常见的数字调制实现

在近年的数字革命的推动下,并得益于DSP和FPGA成本的降低,工程师开始发展软件无线电,使用数字采样和滤波(像FIR和IIR,有限和无限响应滤波器)构建无线电设备。现今,这些技术被应用在各种各样的领域中。

除了之前提及的WLAN(原被称为802.11)和蓝牙(用于无线PAN,属于802.15 IEEE标准),要特别注意大城市的网络,比如移动电话通信,它依赖于数字调制,从早期的版本,如GSM(例如GSM,G代表高斯,这意味着脉冲整形滤波器具有高斯谱响应)到像使用CDMA和SSS正交相位和幅度调制的HSDPA和LTE这样的现代实现。

调制应用
MSK,GMSKGSM,CDPD
BPSK深空遥测,有线调制解调器
QPSK,π/4 DQPSK卫星,CDMA,NADC,TETRA,PHS,PDC,LMDS,DVB-S,电报,有线调制解调器,TFTS
DQPSKCDMA,卫星
FSK,GFSKDECT,RAM移动数据,AMPS,CT2,ERMES, 地面移动,公共安全
8,16 VSBATV,广播,电报
8 PSK卫星,飞机,宽带视频监控系统
16 QAM数字微波,调制解调器,DVB-C
32 QAM地面微波
64 QAM调制解调器,DVB-C, 宽带机顶盒,,MMDS,DVB-T
256 QAM调制解调器,DVB-C(欧洲),数字视频(美国),DVB-T2

在很多城市,电视和无线电OTA传输逐渐向数字调制方向发展,利用编码技术的优势提高抗噪能力,充分利用频谱带宽。典型代表

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