优质信号源对微波与射频设备的重要性

概述

在无线通讯范畴，通讯信号的开展方向是数字化。这一趋势首要是由于与模仿信号比较，数字信号有很好的频谱功率。为了满意日益严苛的对信号中心频率、谱密度和频谱宽度的用户需求，对通讯设备的要求越来越杂乱和严苛。

可是，有些正准备投入运用的测验产品有必要明确地契合商场规范，这些规范要求对组件进行完整地描绘，大多数状况这些测验产品之间都是存在差异的，为通讯设备出产专用测验产品的本钱很贵重并且难以完成。

在这里，恣意波形发生器(Arbitrary Waveform Generators)和函数发生器(Function Generators)能够战胜以上困难，供给从未有过的灵敏性，为工程师供给一台可测验多样化通讯设备的强有力的仪器，加速测验进展，缩短上市时刻。

在本文中，将会以Active Technologies 最新的高档恣意波形发生器/函数发生器为例，解说如今优质信号源为满意鼓励多样化通讯电子设备从而调查呼应并验证设备行为或许查找过错的要求创立生成多样化信号的才能。

需求特别注意现代信号处理与传输形式，比方基带、中心频率、射频和超宽频等，例如扩展频谱是WiFi和WiMAX收发器的根底特性。优质信号源应能够应对出产应战，例如多样化的杂乱性和快速信号，应能够成为每个测验东西箱的中心。

微波数据收发

电磁场能够经过天线到天线传达并且带着信息，不运用线缆发射和接纳信息。可是，环境中存在许多噪声，这些噪声会歪曲在环境中传输的信号波形，导致通讯信号带着的信息丢掉。

影响微波通讯的要素许多，比方信号衰减、失真、通道间串扰，尤其是在室内环境或许楼栋密布的城市中多路径衰减贯穿整个传输带宽。为了处理这些问题，许多处理方案引入了调制技能，例如扩展频谱和高速率数字调制。

这些调制波形十分杂乱，所以运用一台测验仪器完结波形的创立生成是一巨大应战，出产用于专用微波设备的测验仪器会增加本钱和延伸上市时刻。

近年，一种新颖的测验仪器在此范畴占有了一席之地，那就是恣意波形发生器(AWG)和函数发生器(AFG)。它们的首要才能是能够经过直接组成技能创立生成许多波形，或许运用内存贮存每个样本值然后依照挑选的时钟速率再生这些样本值，能够运用采样仪器创立这些样本值或许直接运用专用的运用东西构建这些样本值。

为什么数字调制优于模仿调制?

模仿调制在曩昔被广泛运用，例如起伏、频率和相位调制(AM、FM、PM)。由于模仿调制和解调技能十分简略并且廉价(比方AM，能够简略地运用二极管、%&&&&&%和电阻电路解调)。

对带着信息的载波信号(一般载波频率高于调制波)的起伏、频率或相位别离进行简略地调制，然后进行传输。

可是，由于在传输的信号中没有进行编码，所以完成高信噪比(SNR)的办法是增大发射功率、在更宽的带宽上进行调制、运用高方向性和大尺度天线。可是这些办法都存在一些缺点，增加传输功率不总是可行的，由于增加功率带来的更大的难题是电子电路的杂乱性，电路规划会更大并且需求冷却降温。

为了装备更多的射频链路运用，需求更多数量的通道，一个严厉的规矩分配了能够运用的最大带宽。终究一点，大尺度天线需求更多的结构以确保天线自身的固定(一般与地上坚持较高高度)，并且不答应在每个方向上以同一功率播送信号。

这些原因和数字设备的快速开展证明了一个现实，当今规划出产数字电路的本钱下降了。数字调制技能的呈现，使更高的信噪比、频谱功率和多路传输为了或许(比方CDMA)。

现在的信号源仪器有才能生成一系列波形，包括调制波和载波，并且能够增加环境噪声，编码等，节省了许多研制经费和时刻。

数字调制

运用无线电传输信息，需求分化公共通讯前言以答应不同的非相干数据流。需求运用包括实在有用信息的调制波(相对载波而言频率较低)对载波(一般为射频或微波)进行调制。

载波和调制波能够是模仿或数字信号，大多数状况下为模仿信号。可是如今数字调制也很常见，运用一或多个符号(symbols)改动载波参数(起伏、相位或频率)。

OOK调制

为了更好地舆本领字调制，下面举个比方：开关键控(On-Off Keying ,OOK)调制，一种简略的二进制幅移键控调制(2-ASK)，是包括两符号(symbols)(例如“0”或“1”)的数字起伏调制，所以类似于对载波进行“开”和“关”操控。已调制波形中载波幅值有用部分被编码为“1”，载波幅值无效部分被编码为“0”。符号(symbols)也能够表明频率或相位，当表明频率时称为二进制频移键控调制(2-FSK)，当表明相位时称为二进制相移键控(2-PSK或BPSK)。

用于编码的符号(symbols)数量影响通讯的能量功率(多少有用信号被接纳器正确地解码)和频谱功率(为完成指定比特率的带宽宽度)。可是前者越高，后者就会越低，所以要权衡两者。接纳器以较低的信噪比捕获和正确读信号的才能在逐步进步，所以可削减能量功率以支撑更大的频谱功率。正由于如此，被传输的波形的杂乱度越来越高，只要快速灵敏的信号源仪器能生成高比特率信号。

另一种在现代通讯体系中占有一席之地的调制办法是一种特别的起伏调制，叫做正交起伏调制(QAM)。这中调制办法的具体操作是，将两个参数相同但只不同相的信号相混合，所以也称为I/Q调制，由于其间一个信号正交另一个信号，“I”通道是余弦信号，“Q”通道是正弦信号。

为了运用相干解调以更好的接纳信号和使TX / RX同步，不只振幅，频率和相位也能够进行正交调制。

I/Q 发射器

I/Q 接纳器

被广泛运用的I/Q调制是正交相移键控(QPSK)，这种调制办法有很好的频谱和能量功率。在现代通讯体系中，高杂乱度的波形随处可见。QPSK技能使频谱带宽得到了充分运用。由于假如信噪比满意，那么为了取得较高的数据速率能够不占用一切可用的频谱带宽 。

其他的体系，例如蓝牙技能、现已提及过的WLAN，通讯信号能够从载波频率跳动到其他频率以扩展频谱，下降单频段发射功率(无线设备的有用辐射能量是受限制的，所以将相同的能量扩展到更宽的频域能够削减均匀发射功率并且不会下降信噪比)。

为了更好地满意日益严苛的传输需求，一些通讯体系除了频分多址和时分多址(别离为FDMA和TDMA)也运用码分多址(CDMA)技能，编码规模能够掩盖更长的符号(symbols)序列。一起，要求更高的带宽和更快的调制解调速度(现实上，CDMA运用16符号(symbols)编码，为了坚持相同的有用比特率，比较不运用CDMA需求16倍的带宽)。

还需求注意的是数字信号的码型对通讯体系终究的功能具有重要意义。由于终究的信号频谱是码型的傅里叶变换，若运用近似矩形(一般代表一个bit，不或许准确到无限挨近纯矩形，由于那需求无限带宽)，频谱看起来更像是同步。在更宽的带宽上传输能量并且会影响频率附近的通道。

广泛运用的滤波办法是升余弦，概括看起来像是滑润的矩形。滑润因子用参数α表明，与终究信号的带宽成份额，可是也会超越和改动原始符号(symbols)的星座图。

从以上的评论能够得知，考虑频谱和功率的前提下创立一个信号波形会带来许多杂乱的操作，若想测验一切的通讯设备那么有必要有一台彻底定制的信号源仪器。

可是，若运用恣意波形发生器(AWG)，那么生成恣意波形的信号就不是不或许的了，恣意波形发生器具有高带宽(1GHz以上)和14位或16位高分辨率(笔直电压精度为全量程的1/(2^14)或1/(2^16))。

运用AWG生成基带信号(TX)：Arb Rider AWG-4022 and AT-AWG-GS

运用AWG生成基带信号(RX)：Arb Rider AWG-4022 and AT-AWG-GS

运用AWG生成IF信号(TX)：Arb Rider AWG-4022 and AT-AWG-GS

运用AWG生成IF信号(RX)：Arb Rider AWG-4022 and AT-AWG-GS

市面上也有一系列其他装备的AWG，比方，时钟信号为10、20或50GHz，高时钟速率使信号源设备能够支撑超宽频、可靠地抗多路径搅扰，所以在坚持ADC高分辨率的一起能够在室内环境很好地运转作业，并且能够以较高的时刻精度进行过采样。

运用AWG生成RF信号(TX)：Arb Rider AWG-4022

运用AWG生成RF信号(RX)：Arb Rider AWG-4022

常见的数字调制完成

在近年的数字革新的推进下，并得益于DSP和FPGA本钱的下降，工程师开端开展软件无线电，运用数字采样和滤波(像FIR和IIR，有限和无限呼应滤波器)构建无线电设备。如今，这些技能被运用在各式各样的范畴中。

除了之前提及的WLAN(原被称为802.11)和蓝牙(用于无线PAN，归于802.15 IEEE规范)，要特别注意大城市的网络，比方移动电话通讯，它依赖于数字调制，从前期的版别，如GSM(例如GSM，G代表高斯，这意味着脉冲整形滤波器具有高斯谱呼应)到像运用CDMA和SSS正交相位和起伏调制的HSDPA和LTE这样的现代完成。

在许多城市，电视和无线电OTA传输逐步向数字调制方向开展，运用编码技能的优势进步抗噪才能，充分运用频谱带宽。典型代表是DVB(地上站和卫星电视流运用的数字调制方法)和DAB(数字音频播送)。

这些调制技能的另一首要运用是国防，不只用于通讯(像TETRA，差人、消防和戎行的专用通讯规范)，并且还用于点对点加密和多路半双工传输，运用一种特别类型的差分正交PSK调制(pi/4)，星座图不是正交的而是45°延时。

在无线电勘探和定位(RADAR)范畴，数字调制被用于进步信号掩盖规模和准确度(将会在下期文章中评论)。

下面是上文举例运用的AWG首要参数：