?全數(shù)字化趨勢下，怎么測試復(fù)雜通信鏈路？

在無線電通信領(lǐng)域，信號正迅速走向全數(shù)字化。憑借更高的頻譜效率，數(shù)字信號已成為滿足日益增長的數(shù)據(jù)需求的核心。隨著中心頻率、頻譜密度和工作頻段的不斷攀升，通信設(shè)備的正經(jīng)歷前所未有的考驗(yàn)。在每一次操作與信號處理中，系統(tǒng)的復(fù)雜性與關(guān)鍵性都達(dá)到了新高度。

一、徳思特TS-AWG 5000系列：深度賦能通信測試

面對日益嚴(yán)苛的數(shù)字化需求，先進(jìn)的任意波形發(fā)生器（AWG）憑借靈活性，已成為工程師不可或缺的“萬能信號源”。

無論是基礎(chǔ)調(diào)制還是復(fù)雜協(xié)議，徳思特TS-AWG 5000系列 AWG 能精準(zhǔn)模擬，助力完成傳輸或接收鏈中各關(guān)鍵階段的閉環(huán)測試。

不同階段需要不同類型的信號，下面我們將介紹一些徳思特AWG應(yīng)用實(shí)例：

1.生成比特流和觸發(fā)輸出信號（用于下一階段同步），以測試編碼器系統(tǒng)的性能。

2.生成提供給一個或兩個通道的正交基帶信號，以測試不同參數(shù)（如符號數(shù)、傳輸濾波器類型、噪聲電平）的符號傳輸/接收。

3.生成中頻/射頻信號，以測試混頻器、中頻濾波器、發(fā)射器放大器和接收器級。

二、數(shù)字調(diào)制的比特流生成

如今，串行協(xié)議因其在距離、抗噪和性能方面的優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于許多通信標(biāo)準(zhǔn)中。這種通信方式由比特流組成，發(fā)射系統(tǒng)將比特流并行化并轉(zhuǎn)換成符號。

使用德思特TS-AWG 5000系列可以生成比特流，并設(shè)置頻率、振幅、比特形狀等所有參數(shù)。

使用序列發(fā)生器生成比特流

您可以將“0”和“1”的位形加載到內(nèi)存中，然后設(shè)置儀器，使其按照精確的序列或外部輸入的函數(shù)來重現(xiàn)位“0”或位“1”，從而生成依賴于外部源的位流。

作為示例，我們展示了使用序列器和標(biāo)記通道生成比特流的方法。通道一用于生成比特形狀，在本例中，由標(biāo)記輸出生成回零代碼和每個比特上的脈沖。通道二包含一個非回零代碼，用于觸發(fā)通道一。這樣，圖案的定義和位形的定義就脫鉤了。

通道1的序列器包含位“0”（波形“BitLow”）和位“1”（波形“BitHigh”）的位形狀。entry2和entry3被編程為無限次重復(fù)，并在觸發(fā)事件發(fā)生時跳轉(zhuǎn)到另一個波形：當(dāng)觸發(fā)上升沿發(fā)生時，序列器從位“0”跳轉(zhuǎn)到位“1”；相反，當(dāng)觸發(fā)下降沿發(fā)生時，序列器從位“1”跳轉(zhuǎn)到位“0”。

第二個通道的序列包含我們想要重現(xiàn)的比特序列，在示例中，它是由一些直流電平隊(duì)列創(chuàng)建的，其中比特“0”的值為0V，比特“1”的值為300mV，但也可以加載包含比特序列的文件。

在編譯比特流時，必須考慮到接收觸發(fā)器輸入需要1.8μs的時間，因此為避免錯誤，應(yīng)遵守超過2μs的最小比特周期（500kbps）。

通道2序列器的前兩個entry是延遲和脈沖：延遲提供啟動通道1并使其處于等待狀態(tài)所需的時間；脈沖提供啟動通道1所需的觸發(fā)器。

通道1的第一個序列器入口是另一個0V直流電平，起“等待”作用，在接收到通道2的脈沖上升沿后重現(xiàn)。

通道1的第一個波形（0V直流電平）與脈沖波形之間的持續(xù)時間差提供了必要的偏移，以確保邊緣在波形結(jié)束前到達(dá)。

這種延遲、脈沖和等待狀態(tài)之間的博弈確保了通道之間的同步。

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三、I-Q信號生成

在現(xiàn)代數(shù)字通信中，基帶信號通常由兩個數(shù)字信號I（同相）和Q（正交）組成，這兩個信號由調(diào)制器組合而成。雖然現(xiàn)代通信以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，但輸出信號是模擬信號，因此存在該領(lǐng)域的典型問題：設(shè)備噪聲會降低最大信噪比、非線性、正交誤差、I和Q信道不平衡，從而導(dǎo)致符號星座失真和理論性能降低。

使用第三方軟件，如NI Labview?或Matlab/Simulink?，可以創(chuàng)建不同類型的基帶信號，無論是否存在上述缺陷，并將生成的波形加載到儀器內(nèi)存中。

通過這種方式，您可以創(chuàng)建并存儲同一調(diào)制方案的多種變體，并在測試期間調(diào)用它們來評估系統(tǒng)性能并找到最佳參數(shù)集。

德思特TS-AWG 5000系列可提供多達(dá)8個模擬通道、4個標(biāo)記輸出端和多達(dá)32個數(shù)字輸出端，這些輸出端與單個儀器的主通道同步；使用混合波形可通過與發(fā)送到被測設(shè)備的模擬波形同步的數(shù)字線標(biāo)記事件。

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使用Simulink模塊生成I-Q信號

以下Simulink?示例用于在傳輸和接收鏈的不同點(diǎn)提供信號：

成形濾波器是發(fā)射端和接收端之間的匹配濾波器，可削減帶寬以滿足頻譜占用的要求，并可避免符號間干擾（ISI）。最常用的濾波器是升余弦濾波器（通常為平方根形式）和高斯濾波器。在濾波器之前提供數(shù)字調(diào)制（第2點(diǎn)），就可以通過改變設(shè)置參數(shù)或調(diào)制類型來測試濾波器的性能。

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● 上變頻測試：基帶信號通常由2個混頻器調(diào)制，并乘以本地振蕩器信號。要測試這些電路，必須在濾波器之后提供I和Q通道（第3點(diǎn)）。

● 基帶接收鏈測試：一旦信號返回基帶，一些電子電路就會對信號進(jìn)行解調(diào)。

1:隨機(jī)數(shù)流。

2(I)、2(Q)：16-QAM直接輸出（整形濾波器之前）。

3(I)、3(Q)：經(jīng)過減損和提高余弦整形濾波器后的16-QAM信號。

4(I)、4(Q)：AWGN信道后的16-QAM信號。

Simulink?提供了多個庫塊，只需將它們組合起來并設(shè)置參數(shù)，即可建立系統(tǒng)模型。

在本文中，我們將舉例說明如何構(gòu)建一個模型來生成I-Q基帶信號，并添加傳輸濾波器和一些損傷，如I-Q不平衡、AWG N信道噪聲（或衰減）。最后將結(jié)果導(dǎo)出到Matlab?工作區(qū)，并通過使用SCPI命令驅(qū)動儀器的腳本加載到儀器內(nèi)存中。

我們建議在可能的情況下，將所有“至工作區(qū)”塊的“采樣時間”設(shè)置為AWG采樣周期，在示例中設(shè)置為162ps（6.16GS/s）。這樣，生成的采樣陣列將與AWG架構(gòu)直接兼容。

遺憾的是，并非所有Simulink模塊都支持十進(jìn)制采樣時間，在這種情況下，建議將Simulink采樣時間設(shè)為1，并將“模擬時間”設(shè)為要加載到AWG的采樣數(shù)量。

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四、IF/RF生成

I-Q信號可以使用外部調(diào)制器進(jìn)行合成，但外部調(diào)制器可能會增加不必要的失真，此外，如果要改變所分析的調(diào)制方案，還需要更換調(diào)制器。通過AWG直接合成射頻/中頻可以克服上述問題。

德思特TS-AWG 5000系列可在基帶模式下生成高達(dá)2GHz的射頻調(diào)制信號，過采樣率超過4倍，以確保信號具有良好的頻譜質(zhì)量。此外，射頻模式選項(xiàng)允許儀器以12.32GS/s的采樣率工作，并可生成高達(dá)6GHz的射頻調(diào)制信號。

使用Simulink模塊生成射頻信號

通過使用NILabview?或Matlab/Simulink?等軟件，可以直接創(chuàng)建RF/IF調(diào)制信號，并添加不完美信號，最后將結(jié)果加載到AWG存儲器中。

利用所述Simulink模型，可以在傳輸和接收鏈的不同階段生成調(diào)制信號：

● 發(fā)射機(jī)射頻放大器測試

在正交調(diào)制中，射頻放大器的線性度非常重要，因?yàn)榉蔷€性會導(dǎo)致額外的不必要調(diào)制，如AM/AM和AM/PM轉(zhuǎn)換。通常使用VNA測量射頻放大器的特性，VNA提供正弦波并分析響應(yīng)。相反，AWG可以直接向放大器提供調(diào)制射頻信號，從而在實(shí)際工作條件下進(jìn)行測試（Simulink模型的第5點(diǎn)）。最終結(jié)果取決于設(shè)備的工作點(diǎn)和熱效應(yīng)，因此使用正弦波進(jìn)行測量可能會得出與放大器實(shí)際工作條件不同的結(jié)果。

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● 接收器射頻部分測試

射頻部分主要由濾波器、低噪聲放大器(LNA)、混頻器和載波恢復(fù)電路組成；該部分只能傳輸所需的信號。在本Simulink示例（模型的第6點(diǎn)）中，我們在與載波的不同距離處添加了兩個干擾信號，以測試接收器的性能。

● 接收器鏈測試

射頻調(diào)制信號可用于測試整個接收器鏈，提供不同損傷的調(diào)制信號并觀察接收器的性能（模型第6點(diǎn)）。

● 均衡器測試

現(xiàn)代接收機(jī)可根據(jù)信號功率在多個天線之間切換，或?qū)⒍鄠€信號合并以獲得最佳信號。

可以用相同的射頻信號加載AWG信道，但信號的振幅或相位不同；這樣就可以測試均衡器的性能。對于這種測試，AWG排序器非常有用，因?yàn)樗梢詣?chuàng)建一個波形。

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該Simulink模型是前一個模型的擴(kuò)展：在基帶部分之后，我們添加了兩個乘法器來模擬混頻器，并添加了兩個正弦函數(shù)來模擬本地振蕩器。

此外，在射頻生成部分之后，我們還增加了兩個正弦函數(shù)來模擬載波附近的干擾信號。

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五、使用射頻模式生成射頻無線信號

德思特TS-AWG 5000系列任意波形發(fā)生器可在基帶模式下工作，實(shí)時采樣率為6.16GS/s，或在射頻模式下工作，插值采樣率為12.32GS/s。使用射頻模式，可以生成射頻無線信號和高達(dá)6GHz的調(diào)制脈沖。

通過內(nèi)部調(diào)制器和上變頻器，可以生成單載波或雙載波的射頻信號（單載波和雙載波模式）；使用這種模式，可以在兩個頻率之間輕松切換，并實(shí)時增加不同頻率之間的幅度和偏移等損耗。

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德思特任意波發(fā)生器產(chǎn)品家族