一種矢量信號分析儀計量方法-設計應用

精品文檔-下載后可編輯一種矢量信號分析儀計量方法-設計應用1.當前矢量信號分析儀計量校準方法概述

目前常用的信號分析儀(VSA)計量方法采用標準矢量信號源來進行，優(yōu)點是簡單方便易于操作，缺點是無法保證“標準源”的準確性、穩(wěn)定性和重復性。

國際上的計量機構，如德國PTB、英國NPL、美國NIST采用高速采樣示波器和多載波信號源，通過同步觸發(fā)裝置進行時間和相位同步并進行系統(tǒng)校準，示波器的采樣值，經(jīng)過軟件程序計算后，作為幅度相位參數(shù)基準，從而實現(xiàn)信號分析儀參數(shù)的計量校準。

多載波信號源+示波器+同步器優(yōu)點是將矢量參數(shù)溯源到功率電平、時間和頻率上，缺點是示波器頻率范圍受限，不確定度較大，同步延時在微波測量時帶來較大的相位誤差，系統(tǒng)復雜，引入更多的不確定度。

2.本文提出的計量校準技術

本文提出連續(xù)波頻率偏移法測量信號分析儀的剩余誤差，基于本方法，加入模擬調制測量信號分析儀的測量準確度。

a.連續(xù)波頻率偏移法：計量信號分析儀的載波頻率誤差、功率誤差、矢量信號分析剩余誤差（表征信號分析儀解調各項指標的本底噪聲）；

b.連續(xù)波頻率偏移附加模擬調制法：矢量信號分析儀的誤差矢量幅度EVM、幅度誤差和相位誤差的量值準確度校準和檢定

c.多載波法：矢量信號分析儀的I/Q偏移（載波泄漏）的量值準確度校準和檢定

3.量值定義

3.1.I/Q信號

矢量是一個圖解工具，就是在直角坐標系中用一個旋轉箭頭描述信號，箭頭的長度代表信號峰值幅度，箭頭與橫軸的正半軸夾角為相位，箭頭逆時針旋轉為正方向，每秒鐘旋轉的圈數(shù)為頻率。

將信號進行矢量分解，即分解為峰值幅度相同、頻率相同但相位相差90度的兩個分量。通常采用一個余弦信號和一個正弦信號描述這兩個信號。其中余弦分量為同相分量I，正弦分量為正交分量Q。

3.2.誤差矢量幅度（EVM）

誤差矢量(EV)是實際測量信號（m）與理想無誤差參考信號(R)的矢量差。誤差矢量幅度通常表述為其與參考信號幅度的百分比。

3.3.幅度誤差

實際測量信號（m）與理想無誤差參考信號(R)的幅度差。幅度誤差通常表述為其與參考信號幅度的百分比。

3.4.相位誤差

實際測量信號（m）與理想無誤差參考信號(R)的相位差。

3.5.原點偏移

實際測量信號原點與理想無誤差參考信號原點之間矢量差的幅度。通常表述為其與參考信號幅度的比值（dB）。

3.6.I/Q不平衡

I/Q不平衡包括幅度(增益)不平衡和相位（正交）不平衡。

3.7.載波頻率誤差

實際測量信號頻率與理想無誤差參考信號頻率差。

3.8.平均功率

實際測量信號的平均功率。

4.連續(xù)波頻率偏移法(CWO)

4.1.適用范圍

本方法用來測量和評價矢量信號分析儀的解調分析參數(shù)的剩余固有誤差(VSA噪聲)。

適用于以下數(shù)字調制方式：MSK,PSK,QAM；

適用于頻譜及矢量信號分析儀的以下參數(shù)的計量校準：

頻率誤差，功率電平誤差，剩余EVM，剩余幅度誤差，剩余相位誤差，I/Q原點偏移（載波泄漏），剩余I/Q不平衡，剩余增益不平衡，剩余相位不平衡

4.2.計量校準設備

計量校準設備是合適頻率范圍的射頻微波信號發(fā)生器，溯源標準參數(shù)是頻率和功率。

4.3.連續(xù)波頻率偏移法(CWO)原理

目標是產(chǎn)生校準信號，對應矢量信號分析儀(VSA)的響應數(shù)字解調標準星座點，或其中一部分星座點。根據(jù)I/Q矢量解調原理，通過設置校準信號與VSA中心頻率差對應的I/Q相位差，得到準確的I/Q矢量圖和星座點。

分析數(shù)字調制方式MSK,PSK和QAM，發(fā)現(xiàn)其矢量星座圖中包含N個原點對稱的星座點，各星座點幅度相同，我們把這些星座點稱為目標星座點。

經(jīng)過頻率和功率電平溯源的信號發(fā)生器產(chǎn)生的校準信號，即輸入VSA的射頻信號為連續(xù)正弦波，其頻率與VSA的中心頻率具有頻率差Δf。

當ΔΦ等于目標星座點相鄰點相位差，Δt=1/fs（fs是VSA的采樣符號速率）時，在I/Q解調矢量圖上，此時的理論I/Q曲線對應一個圓：2·π·Δf·Δt，由此產(chǎn)生的校準信號對應這些目標星座點的標準理想值。

調制方式原點對稱星座點相位差偏移頻率BPSKπ1/2·fsQPSKπ/21/4·fs8PSKπ/41/8·fs3/8Pi-8PSK3π/83/16·fsDQPSKπ/21/4·fsD8PSK3π/83/16·fsPi/4DQPSKπ/41/8·fsOQPSKπ1/2·fsPi/4QPSKπ/41/8·fsQAMπ/21/4·fs

4.4.測試校準方法

信號發(fā)生器的頻率和功率電平為校準溯源參數(shù)，頻率參數(shù)：采用信號發(fā)生器連接外參考標準時鐘源，或者采用頻率計或測量接收機監(jiān)測校準；功率電平參數(shù)：采用功率計或測量接收機監(jiān)測校準。

被測VSA設置為校準目標調制方式，中心頻率在其頻率范圍內選擇，符號速率在其指標范圍內選擇，對應濾波器可不設（矩形），或為升余弦(RC或Cosine)，滾降系數(shù)0.22。

連接信號發(fā)生器與VSA的射頻端口，設置合適的功率電平，它們的頻率偏差按照上表對應的調制方式設置。

讀取VSA的頻率誤差、功率電平誤差及各項解調參數(shù)剩余（固有）誤差，如剩余EVM，剩余幅度誤差，剩余相位誤差，I/Q原點偏移（載波泄漏），剩余I/Q不平衡，剩余增益不平衡，剩余相位不平衡。

5.連續(xù)波頻率偏移附加模擬調制（CWO-MOD）

5.1.適用范圍

矢量信號分析儀的數(shù)字矢量解調參數(shù)的量值準確度校準和檢定：

·EVM、幅度誤差和相位誤差。

5.2.計量校準裝置

計量校準裝置是具有模擬調制功能（AM,FM,PM）的射頻微波信號發(fā)生器，溯源標準參數(shù)是頻率和功率、模擬調制度。

5.3.測試原理

在連續(xù)波頻率偏移法的基礎上，附加可溯源的模擬調制，模擬調制的量值與數(shù)字矢量調制的量值具有準確并的對應關系。

通過連續(xù)波頻率偏移法，在VSA的目標星座點處產(chǎn)生標準參考信號，通過調幅預設幅度失真，通過調頻或調相預設相位失真。以上預設失真值作為標準參考值，從而測量和檢定矢量信號分析儀的數(shù)字矢量解調EVM、幅度誤差和相位誤差的量值準確度。

5.4.測試校準方法

信號發(fā)生器的校準溯源參數(shù)包括，頻率和功率電平，模擬調制頻率和調制度。

·頻率參數(shù)：采用信號發(fā)生器連接外參考標準時鐘源，或者采用頻率計或測量接收機監(jiān)測校準；·功率電平參數(shù)：采用功率計或測量接收機監(jiān)測校準；·模擬調制參數(shù)：調制度分析儀或測量接收機監(jiān)測校準。

被測VSA設置為校準目標調制方式，中心頻率在其頻率范圍內選擇，符號速率在其指標范圍內選擇，其數(shù)值遠大于信號發(fā)生器模擬調制頻率，測量點數(shù)遠大于符號率與調制頻率的比值。對應濾波器可不設（矩形），或為升余弦(RC或Cosine)，滾降系數(shù)0.22。

連接信號發(fā)生器與VSA的射頻端口，設置合適的功率電平，它們的頻率偏差Δf按照上表對應的調制方式設置。

設置調幅(AM)調制方式，調制頻率遠小于符號率，預設調制度作為校準參考標準值，以調制度分析儀或測量接收機的AM調制度讀數(shù)為基準(am%)，同時讀取剩余調相PM調制度(pm°)。

讀取VSA的幅度誤差Emag%，其峰值(Peak)對應am%的峰值(PK)，均方根值(RMS)對應am%的均方根值(RMS)。

幅度誤差測量準確度：Emag%-am%。

讀取VSA的誤差矢量幅度EVM%，理論參考由AM調制度am%和剩余pm構成

·AM校準信號的AM調制度，對應幅度誤差設定值

EVM_am~am%

·AM校準信號的剩余調相為pm°，對應誤差

EVM_pm=2·sin(pm·π/360)*100%

·參考均方根值，均方根值EVM測量準確度：

EVM=SQRT(EVM_am^2+EVM_pm^2)≈EVM_am=am%

設置調相(PM)調制方式，調制頻率遠小于符號率，預設調制度作為校準參考標準值，以調制度分析儀或測量接收機的PM調制度讀數(shù)(pm°)為基準，同時讀取剩余調幅am%。

·PM校準信號的PM調制度，對應相位誤差設定值

EVM_pm~2·sin(pm·π/360)*100%

·AM校準信號的剩余調相為am，對應誤差

EVM_am~am%

·參考均方根值，均方根值EVM測量準確度：

EVM=SQRT(EVM_am^2+EVM_pm^2)≈EVM_pm

6.連續(xù)波頻率偏移多載波法

6.1.適用范圍

矢量信號分析儀的原點偏移（本振泄漏）量值準確度校準和檢定：

6.2.計量校準裝置

計量校準裝置是多載波信號發(fā)生器或并供參考的獨立的兩臺信號發(fā)生器，溯源標準參數(shù)是頻率和功率。

6.3.測試原理和方法

在連續(xù)波頻率偏移法的基礎上，在VSA的目標星座點處產(chǎn)生標準參考信號，在VSA中心頻點輸入另一個連續(xù)波信號，代表本振泄漏電平，泄漏電平與參考信號電平之比，即原點偏移。

信號發(fā)生器產(chǎn)生兩個不同頻率和電平的信號，輸入VSA。

6.4.測試校準方法

信號發(fā)生器的頻率和功率電平為校準溯源參數(shù)，頻率參數(shù)：采用信號發(fā)生器連接外參考標準時鐘源，或者采用頻率計或測量接收機監(jiān)測校準；功率電平參數(shù)：采用功率計或測量接收機監(jiān)測校準。

被測VSA設置為校準目標調制方式，中心頻率在其頻率范圍內選擇，符號速率在其指標范圍內選擇，對應濾波器可不設（矩形），或為升余弦(RC或Cosine)，滾降系數(shù)0.22。

連接信號發(fā)生器與VSA的射頻端口，信號發(fā)生器產(chǎn)生兩個不同頻率和電平的信號，輸入VSA。通過連續(xù)波頻率偏移法，設置載波頻率，在VSA的目標星座點處產(chǎn)生標準參考信號；在