用矢量信號分析儀檢測非線(xiàn)性失真(一)

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )所用功率放大器的一個(gè)關(guān)鍵性能參數為非線(xiàn)性失真。但過(guò)度的非線(xiàn)性失真會(huì )使誤碼率(BER)提高，導致移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )中所傳輸的語(yǔ)音及數據信號質(zhì)量下降。幸運的是，該矢量信號分析儀不僅可以用于精確地檢測矢量及標量的調制誤差，如誤差向量幅度(EVM)特性，還可用于評估放大器及系統失真特性。因分析儀進(jìn)行有效測量時(shí)亦無(wú)需任何特殊檢測環(huán)境或檢測信號，該分析儀可在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )正常運行的情況下分析來(lái)自基站的沖擊信號。

通常依賴(lài)量程可調的伏特計或頻譜分析儀，采用雙音或多音方法1來(lái)確定被測器件(DUT)的壓縮點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò )分析儀采用功率掃描作類(lèi)似分析。這兩種方法中所用的信號皆為測試信號或是僅僅優(yōu)化用于頻譜帶寬或統計分布的信號，并非實(shí)際工作環(huán)境下的信號。

可以利用矢量信號分析儀來(lái)測量標量、矢量調制參數及數字調制移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信號的調制誤差。按現代的理念，因在常規的測量過(guò)程中已收集了所有必要的數據，這些設備也應可以測量及評估線(xiàn)性誤差。實(shí)際上，只需要一套標準的測試設備，并不需要附加的測量設備或特殊測試信號。

圖1所示為一組典型的、使用矢量信號分析儀進(jìn)行測量的測試配置。帶同相、正交調制能力的信號發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)RF移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信號，并將其送至被測器件(DUT，如移動(dòng)通信輸出放大器)的輸入端。放大器的輸出端通過(guò)衰減器(避免儀器工作范圍外的高壓)與矢量信號分析儀(如RohdeSchwarz公司的FSQ-K70)輸入端相連。甚至可用這一組設備直接測量基站的RF輸出信號。

圖2為矢量信號分析儀的框圖。經(jīng)數字調制的RF輸入信號通過(guò)RF及中頻級(模塊1、2)前往模-數轉換器的輸入端(模塊3)。IF信號被取樣，并與一復雜基帶信號(模塊4)數字混頻，經(jīng)數字濾波(模塊5)后存儲于隨機存取內存RAM(模塊6)中。

數字信號處理器DSP|0">DSP對基帶信號解調至位級(圖2中模塊7)，并產(chǎn)生一個(gè)與非失真發(fā)射信號相應的基準信號。信號分析儀僅需了解調制結構及適當濾波(模塊8)。在對中心頻率偏移、相位及符號定時(shí)(圖2，同步模塊9)校準后，被測信號的幅度和相位與基準信號相適應，以取得EVM的均方根值(RMS|0">RMS)。在最后一級中，將被測信號與參考信號進(jìn)行比較(圖2模塊11)。在此時(shí)對典型調制誤差(如與時(shí)間對應的幅度誤差，與時(shí)間對應的相位誤差)進(jìn)行計算。這些信號用于表示矢量及星座圖或用于在以后計算失真特性。

圖3(a)所示為經(jīng)上升余弦濾波的未失真的16態(tài)正交振幅調制信號的理想星座圖。圖3(b)所示為純幅度失真放大器的輸出信號。兩圖中都標識了復雜基帶信號的矢量圖。實(shí)際的星座點(diǎn)(圖3(b))在其理想位置的附近。柵格的曲率一定程度上表示了非線(xiàn)性、基于幅度調制的幅度失真。圖3 (c)所示為幅度-時(shí)間特性。理想信號為藍色曲線(xiàn)，實(shí)際信號為紅色曲線(xiàn)。為便于識別，用正方形或圓標識符號時(shí)間。該理想信號的三個(gè)幅度等級用R₁至R3的水平線(xiàn)表示，而測量信號則用D1至D3的水平線(xiàn)表示。

盡管理想信號與實(shí)際信號在低電平段其本相吻合，但隨著(zhù)電平的增大，偏離加大。若用x/y坐標來(lái)表示各電平上的失真信號取樣與其對應的理想信號取樣，則所得結果便為調制―振幅特性。為了更好地判定，該電平段也可以表示為直線(xiàn)。特性曲線(xiàn)與對數線(xiàn)(線(xiàn)性增益)的偏離，即為放大器非線(xiàn)性失真的量度[見(jiàn)Figs.3(a)及3(b)]。

實(shí)際上，可用理想信號與實(shí)際信號的信號比或用理想信號與實(shí)際信號間差值信號的對數值來(lái)描述失真特性。若用x/y坐標描繪每個(gè)信號差值樣本與理想信號，則所得結果即為AM/AM失真特性(基于振幅的振幅失真)。將所有的測試點(diǎn)標入特性曲線(xiàn)中。這樣，特性曲線(xiàn)與水平0-dB線(xiàn)間的偏離即為非線(xiàn)性失真量，見(jiàn)[圖3(e)和圖3(f)]。將相位誤差看作AM/PM特性曲線(xiàn)理想幅度的函數(基于振幅的相位失真)，從而可得到相位誤差。

在分析儀工作過(guò)程中，用解調位（比特）重建理想信號。這樣就無(wú)需知道之前的發(fā)射數據序列或理想I/Q取樣。根據以上所述方法，通過(guò)比較理想信號與測量信號，即可確定實(shí)際特性。這使得放大器可在以后的精確工作模式上被測量。

為計算調制誤差，分析儀通過(guò)將符號時(shí)間的EVM的有效值(RMS)最小化來(lái)適配測量信號。有關(guān)這類(lèi)的適配，在常見(jiàn)的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)標準(如EDGE)中有具體描述。

作者：Hagen Eckert