用矢量信號(hào)分析儀檢測(cè)非線性失真

作者：Hagen Eckert

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(shù)為非線性失真。但過度的非線性失真會(huì)使誤碼率(BER)提高，導(dǎo)致移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中所傳輸?shù)恼Z音及數(shù)據(jù)信號(hào)質(zhì)量下降。幸運(yùn)的是，該矢量信號(hào)分析儀不僅可以用于精確地檢測(cè)矢量及標(biāo)量的調(diào)制誤差，如誤差向量幅度(EVM)特性，還可用于評(píng)估放大器及系統(tǒng)失真特性。因分析儀進(jìn)行有效測(cè)量時(shí)亦無需任何特殊檢測(cè)環(huán)境或檢測(cè)信號(hào)，該分析儀可在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的情況下分析來自基站的沖擊信號(hào)。

通常依賴量程可調(diào)的伏特計(jì)或頻譜分析儀，采用雙音或多音方法1來確定被測(cè)器件(DUT)的壓縮點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)分析儀采用功率掃描作類似分析。這兩種方法中所用的信號(hào)皆為測(cè)試信號(hào)或是僅僅優(yōu)化用于頻譜帶寬或統(tǒng)計(jì)分布的信號(hào)，并非實(shí)際工作環(huán)境下的信號(hào)。

可以利用矢量信號(hào)分析儀來測(cè)量標(biāo)量、矢量調(diào)制參數(shù)及數(shù)字調(diào)制移動(dòng)無線信號(hào)的調(diào)制誤差。按現(xiàn)代的理念，因在常規(guī)的測(cè)量過程中已收集了所有必要的數(shù)據(jù)，這些設(shè)備也應(yīng)可以測(cè)量及評(píng)估線性誤差。實(shí)際上，只需要一套標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備，并不需要附加的測(cè)量設(shè)備或特殊測(cè)試信號(hào)。

圖1所示為一組典型的、使用矢量信號(hào)分析儀進(jìn)行測(cè)量的測(cè)試配置。帶同相、正交調(diào)制能力的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)RF移動(dòng)無線信號(hào)，并將其送至被測(cè)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衰減器(避免儀器工作范圍外的高壓)與矢量信號(hào)分析儀(如Rohde&Schwarz公司的FSQ-K70)輸入端相連。甚至可用這一組設(shè)備直接測(cè)量基站的RF輸出信號(hào)。

圖2為矢量信號(hào)分析儀的框圖。經(jīng)數(shù)字調(diào)制的RF輸入信號(hào)通過RF及中頻級(jí)(模塊1、2)前往模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端(模塊3)。IF信號(hào)被取樣，并與一復(fù)雜基帶信號(hào)(模塊4)數(shù)字混頻，經(jīng)數(shù)字濾波(模塊5)后存儲(chǔ)于隨機(jī)存取內(nèi)存RAM(模塊6)中。

數(shù)字信號(hào)處理器DSP對(duì)基帶信號(hào)解調(diào)至位級(jí)(圖2中模塊7)，并產(chǎn)生一個(gè)與非失真發(fā)射信號(hào)相應(yīng)的基準(zhǔn)信號(hào)。信號(hào)分析儀僅需了解調(diào)制結(jié)構(gòu)及適當(dāng)濾波(模塊8)。在對(duì)中心頻率偏移、相位及符號(hào)定時(shí)(圖2，同步模塊9)校準(zhǔn)后，被測(cè)信號(hào)的幅度和相位與基準(zhǔn)信號(hào)相適應(yīng)，以取得EVM的均方根值(RMS)。在最后一級(jí)中，將被測(cè)信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較(圖2模塊11)。在此時(shí)對(duì)典型調(diào)制誤差(如與時(shí)間對(duì)應(yīng)的幅度誤差，與時(shí)間對(duì)應(yīng)的相位誤差)進(jìn)行計(jì)算。這些信號(hào)用于表示矢量及星座圖或用于在以后計(jì)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(diào)制信號(hào)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(hào)。兩圖中都標(biāo)識(shí)了復(fù)雜基帶信號(hào)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性、基于幅度調(diào)制的幅度失真。圖3 (c)所示為幅度-時(shí)間特性。理想信號(hào)為藍(lán)色曲線，實(shí)際信號(hào)為紅色曲線。為便于識(shí)別，用正方形或圓標(biāo)識(shí)符號(hào)時(shí)間。該理想信號(hào)的三個(gè)幅度等級(jí)用R₁至R3的水平線表示，而測(cè)量信號(hào)則用D1至D3的水平線表示。

盡管理想信號(hào)與實(shí)際信號(hào)在低電平段其本相吻合，但隨著電平的增大，偏離加大。若用x/y坐標(biāo)來表示各電平上的失真信號(hào)取樣與其對(duì)應(yīng)的理想信號(hào)取樣，則所得結(jié)果便為調(diào)制―振幅特性。為了更好地判定，該電平段也可以表示為直線。特性曲線與對(duì)數(shù)線(線性增益)的偏離，即為放大器非線性失真的量度[見Figs.3(a)及3(b)]。

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