Microsoft Word - ·Ç±ê×¼ÖÆÊ½ÈýÔØ²¨ÐÅºÅ²úÉú¼°²âÊÔ½â¾ö·½°¸.doc

Size: px

Start display at page:

Download "Microsoft Word - ·Ç±ê×¼ÖÆÊ½ÈýÔØ²¨ÐÅºÅ²úÉú¼°²âÊÔ½â¾ö·½°¸.doc"

值耿
5 years ago
Views:

然而现有的信号源仪表虽然能够合成各种数字调制信号标准通信制式信号甚至各种衰落信号等, 但对于实现非标准协议的通信系统的测试往往比较困难在一次测试过程中, 客户希望对他们设计的有线电视射频端器件性能进行评估, 该射频模块分成正向和反向两个通道, 分别工作于不同频点, 由双工器加以切换选择被测模块框图如图 1 所示图

1 非标准制式三载波信号产生及测试解决方案安捷伦实习应用工程师戴文怡安捷伦应用工程师赵歆翔一. 背景介绍安捷伦应用工程师余弦随着时代的发展, 新的通信技术层出不穷, 除了符合某种特定通信制式的系统外, 很多遵从非标准通信协议的定制系统由于其特有的专用性灵活性等优点也被广泛地研发生产为了对这类系统的工作性能进行测试, 往往需要一个非标准制式的可自定义的复杂信号作为激励然而现有的信号源仪表虽然能够合成各种数字调制信号标准通信制式信号甚至各种衰落信号等, 但对于实现非标准协议的通信系统的测试往往比较困难在一次测试过程中, 客户希望对他们设计的有线电视射频端器件性能进行评估, 该射频模块分成正向和反向两个通道, 分别工作于不同频点, 由双工器加以切换选择被测模块框图如图 1 所示图 1 被测模块原理框图测试项目 : (1) 反向通道的放大器性能馈入反向通道的激励是一个三载波信号, 由中心频点分别在 44MHz 52.5MHz 61MHz 的三个不同符号速率的 16QAM 信号合路而成, 经过双工器和反向放大器后, 该信号最终输出送入频谱分析仪加以测试详见图 1 中紫红色连线所示通路测试指标 : (i) 放大器增益 (ii) EVM: 即误差向量幅度, 指理想无误差信号与实际发射信号的向量差在一段时间内的 RMS 值 EVM 是衡量信号质量的重要参数,EVM 越大说明信号受干扰越大, 恢复出的信号误差越大, 反之则干扰小, 信号误差小图 2 EVM 指标含义示意图

(iii) MER: 即调制误差比, 指符号平均功率与误差平均功率的比值, 是数字电视信号质量的一个重要测试指标 (2) 正向通道的隔离性能馈入正向通道的激励是一个 126.

PCB 布线制板的非理想隔离性能等因素的影响, 使得正向通道不能做到与反向通道完全隔离, 因此需要对这一指标进行测量二. 测试方案本测试的重点在于产生客户所要求的非标准制式的三载波射频信号经过实践, 有两种方案均可以产生该激励信号 1.

仿真软件平台的 PC E4438C 信号源以及 E4440A 频谱分析仪组成相关仪器基本介绍如下 : (1) ADS 电路系统仿真软件 ADS 软件可完成对无线全系统的仿真分析 ; 实现对信号的 DSP 处理, 如 : 滤波压缩相关运算对消等 ;

矢量信号发生器频率范围 :250KHz 6GHz, 最大信号带宽 :80MHz 配有选件 602 的 ESG 实现 RF 频率下的复杂 I/Q 调制这种高性能基带产生器组合了任意波形产生 (ARB 模式 ) 与复杂的实时 I/Q 符号产生 (

2 (iii) MER: 即调制误差比, 指符号平均功率与误差平均功率的比值, 是数字电视信号质量的一个重要测试指标 (2) 正向通道的隔离性能馈入正向通道的激励是一个 MHz 的单点频正弦波信号, 经过双工器和正向放大器后, 该信号最终输出送入频谱分析仪加以测试详见图 1 中绿色连线所示通路由于受到双工器非理想的隔离性能的影响正向通道中器件的噪声系数的干扰反向通道的互调产物落入正向通道频带内的干扰以及 PCB 布线制板的非理想隔离性能等因素的影响, 使得正向通道不能做到与反向通道完全隔离, 因此需要对这一指标进行测量二. 测试方案本测试的重点在于产生客户所要求的非标准制式的三载波射频信号经过实践, 有两种方案均可以产生该激励信号 1. 方案一 : 通过安捷伦 ADS 软件编制生成信号 ADS 仿真软件可以自定义各种格式的信号, 并且由仪表接口模块将信号波形下载到 E4438C /E8267D 仪表中, 让它产生符合要求的物理信号, 去激励被测电路该方案主要由带有 ADS 仿真软件平台的 PC E4438C 信号源以及 E4440A 频谱分析仪组成相关仪器基本介绍如下 : (1) ADS 电路系统仿真软件 ADS 软件可完成对无线全系统的仿真分析 ; 实现对信号的 DSP 处理, 如 : 滤波压缩相关运算对消等 ; 完成对信号的模拟信号处理功能, 如 : 放大混频滤波等 ; 帮助建立用户定义的信号处理算法以验证其效能 ; 同时 ADS 还提供了与 Agilent 测试仪表以及 Matlab 的接口, 从而可以方便的实现软硬件的结合 (2) E4438C ESG 矢量信号发生器频率范围 :250KHz 6GHz, 最大信号带宽 :80MHz 配有选件 602 的 ESG 实现 RF 频率下的复杂 I/Q 调制这种高性能基带产生器组合了任意波形产生 (ARB 模式 ) 与复杂的实时 I/Q 符号产生 ( 实时模式 ), 提供全面的基带解决方案常见的应用包括专用波形产生, 单载波和多载波蜂窝通信信号产生,WLAN 和蓝牙信号产生, 以及互调失真测试 (3) E4440A PSA 频谱分析仪频率范围 :3Hz 26.5GHz 绝对幅度精度 :+/-0.24 db 显示的平均噪声电平 (DNAL):-155 dbm/hz 10 khz 偏置时的相噪 :-118 dbc/hz

3 方案一的系统连接如图 2, 图 3 所示 GPIB/LAN Agilent ADS 仿真软件平台 Agilent E4438C 矢量信号源被测模块 Agilent E4440A 频谱分析仪图 3 ADS 仿真软件与测试仪表的连接关系图 3 仪表连接实物图 2. 方案二 : 利用 MATLAB 产生波形文件, 并通过 Agilent Waveform Download Assistant 将信号波形下载到信号源中实物射频接收系统 E4438C 信号源 GPIB/ 网线 MATLAB 软件平台 Agilent E4440A 矢量信号分析仪图 4 MATLAB 平台与测试仪表的连接关系

4 三实现过程首先说明本系统反向通道测试中所需激励信号的具体设计要求, 该复杂信号由 3 个载波信号分量组合而成, 包括 : 信号分量 1: 中心频率 :44MHz, 调制方式 :16QAM, 码速率 8Msps; 信号分量 2: 中心频率 :52.5MHz, 调制方式 :16QAM, 码速率 3.2Msps; 信号分量 3: 中心频率 :61MHz, 调制方式 :16QAM, 码速率 8Msps 图 5 反向通道输入激励信号频谱图 1. 利用 ADS 软件平台获得该复杂信号 (1) 信号的生成根据上述复杂信号的设计要求, 在 ADS 仿真软件中, 利用 ADS 信号处理环境 Ptolemy 仿真环境提供的信号库, 搭建出此信号原理图图 6 为 ADS 信号仿真的设计界面图 6 ADS 信号设计流程图

从设计流程中可见, 三个载波信号各自独立产生, 后经合路器模块组合成一个完整的激励信号

5 从设计流程中可见, 三个载波信号各自独立产生, 后经合路器模块组合成一个完整的激励信号具体的信号产生过程是 : 图 7 信号产生示意图图 8 ADS 仿真得出的三载波信号频谱图 (2) 信号的下载通过 GPIB 连接, 直接将 ADS 软件平台生成信号下载至 E4438C, 通过 E4438C 信号源的 DAC 变换和 IQ 调制完成仿真信号到真实信号的转变 ADS 控制 E4438C 信号参数的模块是 CM_ESG_E4438C_Sink, 通过该模块设定码流起始位和结束位信号的幅度和载频频率下载方式等, 点击 ADS 工具栏中的仿真按钮, 即实现了激励信号的输出

2. 利用 MATLAB 生成该复杂信号 (1) 信号的生成以产生第一个载波信号为例 : step1: 产生随机比特流 symbol_1 = randint(4,65536); step2: 每 4 个比特合并为一个符号 symbol_signal_1(1,:) =symbol_1(1,:)*8+ symbol_1(2,:)*4+symbol_1(3,:)*2+symbol_1(4,:);

6 2. 利用 MATLAB 生成该复杂信号 (1) 信号的生成以产生第一个载波信号为例 : step1: 产生随机比特流 symbol_1 = randint(4,65536); step2: 每 4 个比特合并为一个符号 symbol_signal_1(1,:) =symbol_1(1,:)*8+ symbol_1(2,:)*4+symbol_1(3,:)*2+symbol_1(4,:); symbol_signal_1 = symbol_signal_1'; step3: 符号映射, 完成 16QAM 调制, 获得基带复信号 modobj = modem.qammod('m',16,'symbolorder','user-defined','symbolmapping', [ ],'inputType','integer'); map_signal_1 = modulate(modobj, symbol_signal_1); 调制后的基带复信号频谱如图 8 所示图 8 MATLAB 仿真得出的 16QAM 调制后基带复信号频谱图 step4: 基带成型滤波 filter_num_1 = firrcos(104,1,0.3,2*sampersyml,'rolloff','sqrt'); filter_data_1 = filter(filter_num_1,1,map_signal_1); 其中滤波器的上采样倍数决定信号带宽, 滤波器滚降因子为 0.3 图 9 为经过滤波处理后的基带复信号频谱图 9 MATLAB 仿真得出的成型滤波后的基带复信号频谱图

7 step5: 基带信号上变频将信号中心频率搬移到 fc 处, 公式为 : 是采样时间间隔 n=(1:length(filter_data_1))'; y = y e π j 2 fcnts n( 上变频后 ) n * data_carry_1 = filter_data_1.* exp(j*2*pi*10e6*n*tstep); step6: 分别产生三个载波的信号后, 将三者合路 output_data = data_carry_1+data_carry_2+data_carry_3; 图 10 为三载波信号合成后的射频信号的频谱, 其中 Ts 图 10 MATLAB 仿真得出的三载波信号合成后的射频信号频谱图 (2) 信号的下载 Matlab 产生的信号可以在 Agilent 信号源中方便的存储并播放方法是通过 Matlab 程序中的语句实现对仪器的控制, 直接运行 Matlab 源程序即可下载到信号源中实现代码如下 : % Setup a connection 建立 PC 与仪器的连接 io = agt_newconnection('tcpip',' '); % 利用 LAN 接口 [status, status_description,query_result] = agt_query(io,'*idn?'); % 连接查询 if (status < 0) 'error in connection' return; end % Generate waveform marker maximum = max( [ real( output_data ) imag( output_data ) ] ); Markers = zeros(2,length(output_data)); Markers(1,:) = sign(real(output_data)); Markers(2,:) = sign(imag(output_data)); Markers = (Markers + 1)/2; [status, status_description] = agt_waveformload(io, output_data, 'carry_3', fs,'play','norm_scale',markers); % 波形下载 if (status < 0) 'error in waveofrmload' return;

end % 仪器参数设定 [status, status_description]=agt_sendcommand(io, 'SOURce:FREQuency 34e6'); % 设定中心频率 [status, status_description] = agt_sendcommand(io, 'POWer -10'); % 设定幅度 [status, status_description] =

8 end % 仪器参数设定 [status, status_description]=agt_sendcommand(io, 'SOURce:FREQuency 34e6'); % 设定中心频率 [status, status_description] = agt_sendcommand(io, 'POWer -10'); % 设定幅度 [status, status_description] = agt_sendcommand(io, 'MODulation on'); % 打开调制开关 [status, status_description] = agt_sendcommand(io, 'OUTPut on'); % 打开射频输出开关这里值得注意的是, 在 MATLAB 产生信号的过程中, 分别将三载波信号上变频至 10MHz,18.5MHz 以及 27MHz 的频点上 ; 送入信号源时, 再将信号波形整体做 34MHz 的上变频, 最终将信号中心频点调整到设计要求的 52.5MHz 四测试结果 1. 信号源输出测试不论是通过 ADS 软件还是 MATLAB 平台产生的信号波形, 下载到信号源后, 都可以输出符合设计要求的三载波激励信号, 将信号源输出信号直接送入频谱分析仪观测图 11 是由 ADS 软件所产生的波形经过信号源发射后在频谱仪上输出的频谱图图 11 ADS 产生的三载波信号在频谱仪上输出的频谱图图 12 是由 MATLAB 平台所产生的波形经过信号源发射后在频谱仪上输出的频谱图

9 图 12 MATLAB 产生的三载波信号在频谱仪上输出的频谱图 2. 反向通道测试 (1) 增益测试 : 在频谱测试模式下, 选定待测信号的中心频率和积分带宽后, 测量得到三个载波信号各自的功率值 (2) 信号调制质量测试 : 在频谱仪的数字调制模式下, 选定解调方式为 16QAM, 载波中心频率以及相应的符号速率后, 得到图 13 所示解调分析测试结果, 从而测得各载波信号的 EVM 及 SNR 值图 13 反向通道信号解调分析测试结果表 1 为经过反向通道的增益为 27dB 的放大器后, 分别对中心频率为 44M 52.5M 及 61M 的三个载波信号的测试结果表 1 反向通道测试数据功率 (dbm) EVM(%) SNR(dB) 44M M M 正向通道隔离测试输入频率为 MHz 的单点频正弦波信号, 测试一定频偏处信号的功率相对于主瓣信号功率的衰减情况, 以获得系统对于隔离正反通道性能的好坏图 14 为正向通道隔离测试结果, 主要观察 147.3MHz 频点处信号的功率, 它相对于主瓣功率的衰减为 = 56.34dBuV

10 图 15 新样机隔离测试结果图五总结本文从一个实际的测试需求出发, 给出了完整的测试解决方案分别介绍了测试的应用背景测试方案的设计与实现, 并给出测试结果的分析本文重点在于阐述客户所要求的非标准制式的三载波不同符号速率的 16QAM 调整信号的产生过程, 实践证明, 使用 ADS 软件和 MATLAB 平台均可以生成该信号波形, 并通过这些软件与安捷伦测试仪器之间的无缝连接将该自定义信号下载仪器中输出, 以实现对实际系统的测试与验证希望本文能对其他测试系统中非标准制式的自定义复杂电子信号的获取有所帮助

实验内容 : 熟悉 5253C 2G/3G/4G 通信模拟器和 5252A 基站综合测试仪操作方法和步骤 ; 配置 MSK/FSK 调制信号, 记录解调结果 ; 调制信号误差矢量幅度的测量与分析实验二 : 通用 PSK 数字调制解调实验实验目的 : 学生通过对仪表的操作熟悉 PSK 调制信号的配

实验内容 : 熟悉 5253C 2G/3G/4G 通信模拟器和 5252A 基站综合测试仪操作方法和步骤 ; 配置 MSK/FSK 调制信号, 记录解调结果 ; 调制信号误差矢量幅度的测量与分析实验二 : 通用 PSK 数字调制解调实验实验目的 : 学生通过对仪表的操作熟悉 PSK 调制信号的配移动通信测试系统. 9208B 移动通信实验教学系统产品概述随着现代科学技术的发展, 无线移动通信已成为国防现代化国民经济建设以及人们日常生活中必不可少的一部分, 应用极为广泛在航空航天技术领域中, 通信是信息传递控制指令测试数据等各种重要信息的传输工具随着卫星通信移动通信个人通信等技术的飞速发展, 培养具有通讯理论和实际知识的人才也成为学校和社会共同的迫切需要然而, 仅仅靠学习理论来培养人才明显是不够的