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射频放大器复调制性能分析

作者:admin 发布时间:2019-08-20 10:32

  跟着各种现有的和新的信号协议与调制办法应用于新式的无线通讯规范,新一代射频测验仪器需求选用包括软件无限电(SDR)在内的新式数字架构完成计划去测验新的信号传输机制。新的仪器有必要具有发生和剖析多种类型调制信号的灵敏性,有必要可以在这些调制类型之间进行快速切换。因而,新的射频仪器有必要可以快速而准确地丈量多种不同调制格局的EVM指标。本文咱们将剖析这些新式仪器是如何准确丈量EVM,从而对射频放大器功用进行充分的特征剖析。
  射频功率放大器
  给出了一个简化的通讯体系,其间输入信号可所以语音或者数据。现代的大部分体系都把一切的模拟信号进行了数字化处理,因而该通讯体系实践上是全数字的。
  功率放大器是信号发射器的最终一级。这里任何幅值或相位失真都会直接影响整个体系的通讯质量。
  为了完成最佳的功用,功率放大器一般尽或许地作业在最大的线性功率输出下。在最大的线性输出功率之上是增益紧缩区,当功率放大器进入此紧缩区时,就会出现幅值和相位失真现象。诸如OFDM之类的调制办法可以发生具有较顶峰-均比的信号。这会迫使设计者“补偿”功率放大器的平均功率作业点,以保证峰值功率不会使放大器进入增益紧缩区。关于多路信号调制办法和多路径外部环境,保证功率放大器远离增益紧缩区是比较困难的。
  可是,功率放大器不是影响EVM的唯一组件。发射器的调制模块具有幅值和相位偏移以及载波泄漏,一切这些要素都会增大EVM差错。在接收器端,前置放大器、下变频器和解调器都会影响EVM差错。
  关于EVM
  EVM表征的是调制精度,是衡量现代无线通讯体系中数字调制质量的一项要害指标。EVM是发射信号的理想的丈量重量I(同相位)和Q(正交相位)(称为基准信号“R”)与实践接收到的丈量信号“M”的I和Q重量幅值之间的矢量差。EVM适用于每一个发射和接收的符号。
  经过EVM值可以调查到信号的质量,这是眼图或BER等丈量功用指标无法表征的。EVM与误码率成正比,可是它比眼图或BER测验的速度更快,并且可以提供更多可供调查判别的信息。
  EVM和信噪比(SNR)以及信号与噪声加失真比(SNDR)也有直接的联系。咱们可以经过EVM判别通讯体系不同层次引进的实践差错,这可以协助设计者查找某些具体的问题。
  EVM的丈量
  EVM丈量的树立给出了一种典型的EVM丈量设置。待测器材(DUT)是用于发射契合GSM/EDGE移动通讯规范信号的功率放大器。咱们以测验其EDGE调制的EVM功用。
  咱们运用一台矢量信号发生器(VSG)发生具有所需频率、幅值和EDGE调制的射频信号。该射频信号经过待测的功率放大器进行发送,并在矢量信号剖析仪(VSA)中进行解调,VSA负责丈量并核算EVM。
  VSG和VSA的基准频率时钟连接在一起。这种办法消除了两台仪器之间的相对频率差错,大大加快了丈量速度。这两台仪器经过它们的LAN(LXI)或GPIB端口与一台电脑相连。
  在这个比如中,咱们将在放大器的作业频率范围上和输入功率的范围上丈量EVM,以剖析功率放大器的EVM是如何受频率和输入功率巨细的影响的。
  经过鼠标、剖析仪的触摸板或者电脑遥控的办法,很简单操控新式射频仪器的用户界面。
  在这个丈量比如中,频率一直坚持在500MHz,而射频输入功率以0.1dB为步长从-40dBm改变到-20dBm。这样将有201个幅值步长(即丈量点),每个步长的丈量需求耗时200ms。直流偏压坚持不变。调制信号是一个8PSKEDGE信号,在丈量峰值EVM时,对每个幅值步长取20次丈量结果的平均值。
  用矢量信号剖析仪测验EVM与输入功率联系给出了具体的丈量结果。其间下面的一幅图表示放大器增益与输入功率的联系(蓝线),该图显现标称增益约为19.5dB。它在输入功率为-28~-30dBm时开始下降。放大器增益在输入功率为-23.5dBm时下降1dB,在-20dBm时下降3dB。
  上面的一幅图表示EVM与功率的联系。标识了“失真线(DistortedPlot)”的红线是放大器的EVM,显然,跟着功率放大器进入增益紧缩区,EVM快速下降。在线性区中EVM只要不到1%。在1dB的紧缩点EVM增长到20%左右,在3dB的紧缩点EVM增长到40%以上。
射频放大器复调制性能分析
  上面一幅图还显现了其他一些信息。标识了“基准线(BaselinePlot)”的绿线是剖析仪的固有EVM噪声。它的EVM约为1%,远远优于所测紧缩区中功率放大器的EVM。
  在这个丈量比如中,剖析仪在大约40秒的时刻内进行了4020次准确的EVM丈量。
  频率以10MHz为步长从400MHz改变到2.5GHz。这个试验中包括211个频率丈量步长(即丈量点),每个步长的丈量耗时约220ms。射频输入功率稳定在-30dBm。直流偏压坚持不变。同样,调制信号是8PSK的EDGE信号,对每个频率步长取20次丈量结果的平均值。
  EVM与射频频率联系给出了更具体的丈量结果。下面的一幅图给出了放大器增益与频率之间的联系(蓝线),该图标明在400~500MHz的频率范围内,增益约为19.5dB,而在高频下增益大幅度衰减,在2.5GHz下约为10dB。
  上面的一幅图给出了EVM与频率之间的联系。该图标明EVM并不随频率而衰减。
  并且,剖析仪固有的EVM噪声比较功率放大器的EVM功用相同好,或者好得多。
  这里,剖析仪在大约46秒的时刻内进行了4220次准确的EVM丈量。
  在这个比如中,DUT在其频率范围内都可以提供很好的调制质量。因为EDGE接收器不仅可以检测相位调制,即使是在幅值下降的情况下也依然可以正确解调信号。EDGE运用8PSK调制信号,标明,它对EVM下降的敏感性较低。
  尽管没有给出测验结果,可是咱们有必要在一定的偏压范围内对功率放大器的EVM进行特征剖析,以决议EVM在哪个位置达到无法接受的水平。这关于将要用于移动产品中的器材尤其重要。当EVM达到阻挠接收器正确解调发射信号的水平时,这时的偏压值决议了移动设备有必要关机的电池电压。产品出产过程中有必要查验在规则的电池低阈值电平之上移动设备是否依然可以正常作业。
  更复杂的是丈量OFDM传输的EVM功用,OFDM传输实践上是一组作业在不同频率下的副载波,每个副载波传输一个唯一的符号,并且一起进行传输。这种调制办法将发生多个星图,运用多种调制技术。在任意时刻点上,根据传输中各个符号状况的相位,组合的符号状况或许发生非常大或者非常小的功率输出。这便是设置功率放大器作业点尽或许减少功率放大器在增益紧缩区内作业的要害所在。正如EVM与功率之间联系的剖析结果所示,作业在增益紧缩区会严重下降EVM和调制质量。
  SDR的优势
  在SDR中,快速而强壮的数字处理电路取代了传统的模拟电路。因为可以经过更改固件而不是硬连线电路来改变丈量功用,因而这种设计愈加灵敏。根据SDR架构的产品也愈加小巧、愈加牢靠,本钱更低。
  对测验本钱的影响
  除了可以提高丈量质量之外,选用SDR架构的测验仪器还有很多办法可以下降测验的本钱。
  首要,丈量时刻缩短。先进的数字架构可以加快丈量速度,而专门的合成器电路则加快了调谐时刻。假如VSG和VSA选用相同的架构并选用协同作业的设计办法,那么体系集成时刻也随之缩短了。
  一起,仪器灵敏的数字架构意味着可以经过软件的办法增加新的丈量功用,而不用改动硬件。
  结语
  功率放大器和其他元件的相位和幅值失真直接影响着通讯质量。EVM是衡量通讯质量的一项要害指标,它的首要优势在于,丈量速度比BER测验更快,比较眼图或BER测验可以提供更多的确诊信息。可是,EVM不是只是一个数值,而是作业功率巨细、作业频率和直流偏压的函数。此外,在OFDM传输中,EVM是由多个信号组合而成。因而,有必要在一定的参数范围内对发射器(或功率放大器)的功用进行特征剖析和测验,以保证设备可以运用户获得牢靠、正常作业。
  新一代射频仪器,例如吉时利的射频测验系列仪器,选用了数字架构和SDR等立异技术,兼容已有的和新式的高产能传输技术。这使得这类仪器可以完成很高的丈量精度,一起大大提高了仪器的性价比,下降了测验本钱。