低成本灵活性高的数字调制信号产生方案 Agilent 低成本灵活性高的数字调制信号产生系统如图一所示 : 图 1 Agilent 低成本灵活性高的数字调制信号产生方案示意图该系统由 N9310A 信号发生器 ( 加 IQ 调制选件 : N9310A-001) 33522B 双通道波形发生器和

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1 Solutions for 技术论文低成本灵活性高的数字调制信号产生方案 Agilent N9310A+33522B 双通道波形发生器简介随着半导体技术的快速发展, 数字调制解调技术在雷达卫星通信数字电视物联网工业和民用的安防系统以及电子消费产品中得到了广泛应用在研发和生产的过程中, 通常需要产生相应的数字调制信号来评估产品接收机的性能指标是否满足需求对于绝大部分采用数字调制技术的射频产品而言, 通常其调制方式单一, 例如 : 物联网中的智能抄表, 通常采用 GFSK 调制方式购买价格昂贵且功能复杂的矢量信号发生器会导致预算紧张, 产品成本太高为此,Agilent 公司提供了一种低成本且灵活性高的数字调制信号产生方案, 本文介绍该方案并且以 GFSK 调制信号的产生作为示例

2 低成本灵活性高的数字调制信号产生方案 Agilent 低成本灵活性高的数字调制信号产生系统如图一所示 : 图 1 Agilent 低成本灵活性高的数字调制信号产生方案示意图该系统由 N9310A 信号发生器 ( 加 IQ 调制选件 : N9310A-001) 33522B 双通道波形发生器和运行在 PC 上产生数字基带波形数据的软件代码构成, 每个部分的功能如下 : a) 产生数字基带波形数据的软件代码该代码具有两个功能 : 一是根据需要的数字调制方式, 运用软件开发平台 ( 比如 : MATLAB) 来产生相应的基带波形数据 ; 二是把生成的波形数据通过 USB 端口 (LAN 或者 GPIB 接口 ) 下载到 33522B 双通道任意波形器的内部存储器中, 并设置 33522B 的参数和功能, 比如 : 样本速率输出幅度打开输出端口等 b) 33522B 双通道波形发生器 33522B 双通道波形发生器根据存储在里面的波形数据和参数设置, 在其 Channel 1 和 Channel 2 分别输出 I 和 Q 信号 c) N9310A 信号发生器通过两根两端都是公头的 BNC 线分别连接 33522B Channel 1 的输出到 N9310A 后面板上的 I 调制输入端口,33522B Channel 2 的输出到 N9310A 后面板上的 Q 调制输入端口, 设置 N9310A 的频率输出功率和打开 IQ 调制功能, 产生所需频段的数字调制信号 2

3 N9310A 射频信号发生器图 2 N9310A 射频信号发生器频率 o 范围 :9 khz 至 3 GHz o 参考时基稳定度 :<±1ppm/ 年老化率电平 o 电平范围 : dbm ( 可设置到 +20 dbm) o 精度 :<±1 db 快速的测试速度 o 频率切换时间和电平切换时间 :<10 毫秒调制功能 o 标配 ( 支持内调制和外调制 ):AM FM ΦM 及 PM o 数字 I/Q 调制选件 :N9310A-001 (20 MHz 带宽 ) 标配的程控接口 o USB 接口 33522B 双通道波形发生器图 B 波形发生器 o 独一无二的 Trueform 技术, 逐点生成任意波形, 可产生比以前更加纯净的信号 o 250 MSa/s 采样率可提供时间分辨率更高的任意波形 o 16 位分辨率和 1 mvpp 至 10 Vpp 幅度可提供更高的幅度精度 o 1 MSa/ 通道标准配置波形存储器和 16 MSa/ 通道可选配置存储器, 可存储您的最长波形 o USB LAN (LXI-C) GPIB 标准接口使仪器可以轻松快捷地连接到 PC 或网络 3 3

4 GFSK 射频调制信号产生示例 1) PC 上需要安装的软件 : o 安装 Agilent 免费的 Agilent IO Libraries Suite 软件 ( 可以在安捷伦公司网站下载 ) o MATLAB 软件, 需要 Instrument Control Toolbox 和 Signal Processing Toolbox 工具包 2) 系统搭建如图 1 的系统框图所示, 在本例中是通过 USB 程控线连接 PC 和 33522B (USB 的 A 端口连接 PC,B 端口连接到 33522B 后面板上的 USB 口 ), 然后通过 2 根两端都是公头的 BNC 线分别把 33522B 的 Channel 1 和 Channel 2 连接到 N9310A 后面板上的 I 和 Q 输入端口为了测试该射频 GFSK 信号, 用 N 型射频电缆将 N9310A 的输出连接到安捷伦 MXA 信号分析仪的射频输入端口, 通过 LAN 线连接 MXA 和 PC, 在 PC 上运行 Agilent VSA 软件解调该 GFSK 信号 3) 信号参数 TI 公司的芯片 CC1121, 被广泛应用于无线智能抄表 (AMR) 和无线智能电网 (AMI) 家庭和楼宇自动化无线警报安全系统以及无线医疗保健等, 本文中 GFSK 信号的关键参数都来自于其数据手册 : 频率 :1 GHz 调制方式 :GFSK 数据速率 :50 kbps 频偏 :20 khz BT:0.5 4) GFSK 基带信号的产生通过运行在 PC 机上 GFSK_N9310A_33522B MATLAB 代码, 生成 GFSK 基带波形数据在运行该代码之前, 用户可以根据自己的实际应用修改以下参数 : o 基带信号的参数 : 符号率峰值频偏和高斯滤波器的 BT 参数 %% GFSK Baseband Signal s parameters symbolrate=50e3; %GFSK s symbol rate freq_dev=25e3; %GFSK s frequency deviation bt =0.5; %3-dB bandwidth-symbol time o 基带码本文利用 MATLAB 的 randi 函数产生 1000 个随机 GFSK 符号, 如果用户需要特定的基带符号, 可以修改 data.m 里面的 01 码, 并去掉其前面和 N=length(data) 前面的 % 号, 同时在 N=1000 和 data=randi([0,1],[n,1]) 前加上 % 号 %% Transmitted data % load data.m; % import baseband symbol % N=length(data); % the number of GFSK symbol N=1000; % the number of GFSK symbol data=randi([0,1],[n,1]); % Generate the random symbols 4

5 o GFSK 基带波形数据如果需要把产生的基带波形数据直接下载到 33522B, 就需要修改代码中的 33522B 的程控地址, 点击电脑屏幕右下角的 (Agilent IO Control), 运行 Agilent Connect Expert, 在 Instrument I/O on this PC 下面就会显示连接到 PC 的 33522B 的 VISA 地址, 用该地址替换下面单引号的地址即可 %% Send IQ data to arb vaddress = [ USB0::0x0957::0x2C07::MY ::0::INSTR ]; %build visa address string to connect 修改好上面的参数后, 运行该代码, 基带波形数据就会根据输入参数来产生并自动下载到 33522B 存储器里面,33522B 其它的输出设置比如 : 输出幅度打开输出开关等参数在软件中已经设置好, 因此, 运行该代码,33522B 就会输出 GFSK 基带信号需要说明的是该代码运行后, 会自动在该目录下生成 GFSK_SymbolRateXkbps_ FreqDevYkHz.csv 的波形数据文件, 其中的 X 代表符号率值,Y 代表频偏值 ; 如果没有连接 33522B 或者 33522B 的地址设置不正确, 就会弹出如图 4 所示的 33522B 连接错误的提示框, 点击 OK, 然后通过 U 盘将生成的.csv 拷贝到 33522B, 以便产生该 GFSK 基带信号, 以本文前面所述的信号参数为例, 具体的操作步骤如下 : 图 B 连接错误提示框 a. GFSK 波形文件加载将拷贝有 GFSK_SymbolRate50kbps_FreqDev25kHz.csv 波形数据文件的 U 盘插入到 33522B 前面板上的 USB 接口, 装载该波形数据文件的按键操作序列为 : 按屏幕下面 Arb 对应的菜单按键 -> 按下 Arbs 对应的按键 -> 按 Import Data 对应的菜单按键 ->Select Data File-> 顺时针旋转前面板上的旋钮到 External-> 按旋钮下面的右键 -> 旋转旋钮选中该波形文件 -> 按 Select 对应的按键 -> 按 Single 对应的按键, 切换到 IQ-> 按 Next -> 按 Import Data, 屏幕提示 Importing Data File..., 等待出现 Do you want to load the file? 提示信息, 按 Yes 对应的按键, 此时,GFSK 波形文件加载完毕 b. 设置 33522B 参数 i. Sample Rate 33522B 的 Sample Rate 等于符号率 (symbol rate) 和过采样因子 (of) 的乘积, 在这个示例中, 符号率为 50 kbps, 过采样因子为 64, 因此 Sample Rate 为 3.2 MSa/s, 设置步骤为 : 按下 Sample Rate 对应的按键 -> 输入 3.2, 按下 MSa/s 对应的按键 ii. Amplitude 按下 Amplitude 对应的按键 -> 输入 1, 按下 Vpp 对应的按键 c. 使能 33522B 的输出按下 Channel Setup 上方的 1 键 -> 按下 Output 对应的按键, 切换其状态由 Off 到 On 通过上面的操作,33522B 就会输出所需的 GFSK 基带信号注 : 请点击这里进入该 MATLAB 代码的下载网页 5

6 5) N9310A 信号发生器的操作 o 设置 N9310A 频率的操作如下 : 按下 [Frequency]->[ 1 ]->{GHz} o 设置 N9310A 输出幅度的操作如下 : 按下 [Amplitude]->[-10]->{dBm} o 使能 IQ 调制功能的操作如下 : 按下 [I/Q]->{I/Q On} o 打开射频输出开关 : 按下 [RF On/Off], 此时在屏幕上可以看到 RF ON 提示信息注意, 如果该提示信息上面的字符为 MOD OFF, 请按 [MOD On/Off] 开关, 使该提示字符为 MOD ON 6) 信号解调该信号经过 Agilent VSA 软件解调后的结果如图 5 所示其中 FSK Error 为 2.7%, 频偏为 khz 图 5 GFSK 解调结果 65 6

7 结论通过前面的系统配置和 GFSK 调制信号的示例介绍, 很显然, 这样的数字调制信号产生系统不但成本低, 而且灵活性高, 不同的用户可以根据自己的数字调制信号需求, 开发相应的基带数据波形产生软件即可, 这套系统为通用的数字调制设备的研发和生产提供了高效可靠并且成本低的解决方案典型仪器配置波形发生器 : 33522B 波形发生器, 30 MHz, 2 通道 33522B-MEM 16 采样 / 通道存储器 33522B-IQP IQ 基带信号播放器射频信号发生器 : N9310A 射频信号发生器,9 khz-3 GHz N9310A-001 IQ 调制选件 7 7

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CHCN_8-14_K.indd 是德科技三个理由让您选择深存储快响应示波器应用指南介绍 1. 更长的波形捕获时间 = / 1 1 Mpts 10 GSa/s 1 2 100 Mpts 10 1. = / 1 Mpts 10 GSa/s 1 ms 2. = / 100 Mpts 10 GSa/s 10 ms 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts 3 3. 3 12.5 Mpts 3 300 Kpts? Agilent