RIGOL插入變頻器對SNR和誤碼率惡化的量化測量

變頻器可以將輸入頻率轉(zhuǎn)換到更高或者更低的頻段，一般稱為上變頻或者下變頻;混頻器則可以將輸入信號(hào)與本振信號(hào)混頻，得到兩者的和或差，有時(shí)候也會(huì)有多個(gè)信號(hào)混合。這種功能讓變頻器和混頻器在射頻電路中不可或缺，它在通信系統(tǒng)、射頻電路設(shè)計(jì)和信號(hào)處理等領(lǐng)域中扮演著重要的角色。

與放大器一樣，對混頻器和變頻器執(zhí)行的許多測量通常都是射頻測試，例如增益、增益平坦度、群時(shí)延、增益和相位壓縮和噪聲系數(shù)(SNR)。

圖 1.1 無源混頻器以及有源混頻器經(jīng)典示例

測試原理

在表征組件或子系統(tǒng)如何降低經(jīng)過器件信號(hào)的信噪比(SNR)時(shí)，用戶經(jīng)常采用噪聲系數(shù)(NF)測量法(單位：dB)。造成SNR下降的原因可能是損耗、有源器件產(chǎn)生的額外噪聲或兩者共同作用。噪聲系數(shù)(或線性表示的噪聲因子)的定義為輸入SNR除以輸出SNR，它同樣適用于放大器和變頻器。如果放大器或變頻器處于理想狀態(tài)，那么輸出噪聲將等于輸入噪聲乘以器件增益，這樣在輸入端和輸出端會(huì)得到相同的SNR。

本案例中，客戶主要使用0.95-2.15GHz的變頻器，需要構(gòu)建一個(gè)具有穩(wěn)定SNR和誤碼率測量鏈路。基于這樣一個(gè)穩(wěn)定的鏈路方案，來評價(jià)插入被測設(shè)備(變頻器、混頻器)后，對SNR和誤碼率惡化的量化測量。因此需要確定輸入SNR以及經(jīng)過變頻器設(shè)備的輸出SNR。本案例將詳細(xì)講解如何利用RIGOL產(chǎn)品對變頻器噪聲系數(shù)進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)該測量需求。

圖 2.1 插入變頻器對 SNR 和誤碼率惡化的量化測量接線圖

與此同時(shí)還需要測量EVM，通過計(jì)算實(shí)際發(fā)射信號(hào)與理想無誤差基準(zhǔn)信號(hào)之間的向量差來評估信號(hào)的誤差情況，從而全面衡量調(diào)制信號(hào)的幅度誤差和相位誤差。RIGOL的矢量信號(hào)分析應(yīng)用軟件(VSA)可以在時(shí)域中解調(diào)被測器件的輸出信號(hào)。測試波形的載波經(jīng)過了一定數(shù)量的符號(hào)和特定格式的調(diào)制，對于每個(gè)解調(diào)符號(hào)，軟件都要計(jì)算與理想符號(hào)的誤差幅度。再將該誤差歸一化到最外層符號(hào)的幅度或平均符號(hào)功率的平方根。然后使用均方根求和，合并所有的符號(hào)誤差。得到總體 EVM值。

在整個(gè)測試過程中還需要繼續(xù)誤碼率測試，來對解調(diào)數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)比對，得到準(zhǔn)確的誤碼率值，來綜合評價(jià)該器件對誤碼率惡化的影響。

測試挑戰(zhàn)

1. 信號(hào)源：選擇合適的信號(hào)源進(jìn)行測試，確保信號(hào)源的頻率范圍和功率符合測試要求。該信號(hào)源需要輸出特定調(diào)制信號(hào)，然后來進(jìn)行加噪輸出。

2. 數(shù)據(jù)處理：輸出端對測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗头治?，?jì)算得到正確的噪聲系數(shù)值，并且實(shí)現(xiàn)對變頻器輸入端信號(hào)的解碼，進(jìn)行誤碼率測試等。

3. 通用測量一般需要誤碼儀或者信號(hào)分析儀來實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用局限，成本較高。

解決方案

為了解決上述問題，RIGOL推出了以DSG836A和RSA5065N為核心產(chǎn)品的解決方案。該方案不僅可以滿足發(fā)射端信號(hào)調(diào)制和添加噪聲的需求，而且接收端的頻譜儀可以用來測試EVM、SNR、誤碼率以及變頻器增益等其他參數(shù)。

1. 輸入端信號(hào)生成DSG836A輸出頻率范圍9kHz-3.6GHz，輸出功率范圍-110dBm~+13dBm，可以生成多種調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)變頻器輸入端信號(hào)的生成。

圖 4.1 DSG836A 射頻信號(hào)源

Ultra IQ Station上位機(jī)則內(nèi)置了多種數(shù)字調(diào)制模式，支持用戶通過上位機(jī)導(dǎo)入 0,1碼元數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行IQ調(diào)制，通過USB或者LAN連接把該信號(hào)下載到DSG IQ 系列信號(hào)源中;上位機(jī)還具有.mat文件導(dǎo)入功能，便于用戶通過matlab直接編碼調(diào)制生成復(fù)雜信號(hào)的IQ波表;通過該上位機(jī)的噪聲設(shè)置功能，準(zhǔn)確添加噪聲，實(shí)現(xiàn)輸入端信號(hào)的SNR設(shè)置。

圖 4.2 DSG 調(diào)制類型

2. 輸出端信號(hào)測試

信號(hào)經(jīng)過變頻器之后在輸出端通過RIGOL的RSA5065N來進(jìn)行測試。

RSA5065N實(shí)時(shí)頻譜儀頻率范圍9kHz-6.5GHz，底噪低至-165dBm/Hz，可以實(shí)現(xiàn)微小噪聲的測量。同時(shí)機(jī)器可以選配VSA解調(diào)功能，對變頻器輸出的IQ調(diào)制信號(hào)進(jìn)行精確測量，得到誤碼率，EVM等測量參數(shù)。

先對信號(hào)調(diào)制參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，選擇調(diào)制類型，碼元，碼率等參數(shù)，可以獲得星座圖、解調(diào)結(jié)果、頻譜跡線等測量結(jié)果。測量結(jié)果包括EVM，SNR等參數(shù)。

圖 4.3 QAM 信號(hào)解調(diào)

同時(shí)可以通過導(dǎo)入發(fā)射端的編碼數(shù)據(jù)，機(jī)器內(nèi)部軟件通過對解碼數(shù)據(jù)和導(dǎo)入數(shù)據(jù)作對比，直接得到誤碼率結(jié)果，如下圖所示。

圖 4.4 信號(hào)誤碼率測試

接下來修改信號(hào)源輸出端信號(hào)的質(zhì)量，通過DSG的上位機(jī)來加入噪聲，把變頻器插入電路，進(jìn)行測試插入前后的對比。

圖 4.5 加噪后的 16QAM 信號(hào)

可以看到，在輸入端修改了輸入信號(hào)的質(zhì)量，添加了噪聲，然后在輸出端明顯SNR變大。這樣就可以輕松測試輸出信號(hào)在不同的SNR下器件對其影響的準(zhǔn)確量化。

3. 變頻器其他參數(shù)測試通過RSA5065N自帶的簡單矢網(wǎng)功能還可以測試變頻器增益、增益平坦度、群時(shí)延、增益和相位壓縮參數(shù)。

小結(jié)

通過RIGOL DSG836A和RSA5065N能快速的構(gòu)建一個(gè)具有穩(wěn)定SNR和誤碼率測量鏈路?；谶@樣一個(gè)穩(wěn)定的鏈路方案，來評價(jià)插入被測設(shè)備(變頻器、混頻器)后，對SNR和誤碼率惡化的量化測量。

儀器支持

RIGOL DSG800系列射頻信號(hào)源

DSG800系列射頻信號(hào)源提供了全面的調(diào)制解決方案，標(biāo)配 AM/FM/?M，選配脈沖調(diào)制功能、脈沖序列發(fā)生器，并且DSG821A和DSG836A標(biāo)配 I/Q調(diào)制功能，所有的調(diào)制都支持外部源和內(nèi)部源。此外，為滿足生產(chǎn)線的應(yīng)用需求，DSG800在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段都經(jīng)歷了苛刻的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以保證其高度的穩(wěn)定性和可靠性。DSG800系列面板布局清晰、易于操作，可輸出穩(wěn)定、精確、純凈的信號(hào)，且其具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，是通信、計(jì)算機(jī)、儀器儀表、研發(fā)、教育、生產(chǎn)和維修等眾多領(lǐng)域的理想工具。

產(chǎn)品支持：

RIGOL DSG800系列

射頻信號(hào)源

產(chǎn)品特點(diǎn)：

■ 最高頻率1.5 GHz/2.1 GHz/3 GHz/3.6 GHz

■ 幅度精度典型值≤ 0.5 dB

■ 輸出功率-110 dBm至+20 dBm

■ 高信號(hào)純凈度，相位噪聲典型值< -112 dBc/Hz@20 kHz

■ 標(biāo)配AM/FM/?M模擬調(diào)制

■ 選配脈沖調(diào)制，高達(dá)70 dB通斷比，選配脈沖序列發(fā)生器

一直以來，普源精電專注于電子設(shè)計(jì)、測試、生產(chǎn)、優(yōu)化，提供為滿足客戶需求的廣泛解決方案及產(chǎn)品組合，并通過強(qiáng)化在硬件、算法及軟件方面的技術(shù)實(shí)力，緊密對接客戶需求和市場動(dòng)態(tài)，持續(xù)探索提升產(chǎn)品應(yīng)用的行業(yè)覆蓋性。

未來，公司將進(jìn)一步聚焦客戶應(yīng)用，圍繞通信、新能源、半導(dǎo)體等前沿科技賽道，加強(qiáng)高端產(chǎn)品和解決方案的部署，形成從技術(shù)到產(chǎn)品、從時(shí)域到頻域、從通信到新能源半導(dǎo)體的全方位解決能力，為客戶解決測試挑戰(zhàn)和創(chuàng)造核心價(jià)值。