1、簡介

在無線電通信領域，信號正迅速走向全數字化。這一趨勢主要是由于與模擬信號相比，數字信號具有更高的頻譜效率。為了滿足用戶日益增長的需求，信號的中心頻率、頻譜密度和頻段都在不斷增加；因此，設備在每一次操作中都變得越來越復雜和關鍵。

在這方面，現代最先進的任意波形和函數發生器可以克服這一問題，提供前所未有的靈活性，為工程師提供了一個強大的工具，用于產生所有類型的信號和數字調制，以測試傳輸或接收鏈的不同階段，如調制器、解調器、混頻器、濾波器、放大器、低噪聲放大器（LNA）等。

不同階段需要不同類型的信號，下面我們將介紹一些AWG應用實例：

?生成比特流和觸發輸出信號（用于下一階段同步），以測試編碼器系統的性能。

?生成提供給一個或兩個通道的正交基帶信號，以測試不同參數（如符號數、傳輸濾波器類型、噪聲電平）的符號傳輸/接收。

?生成中頻/射頻信號，以測試混頻器、中頻濾波器、發射器放大器和接收器級。

2、數字調制的比特流生成

如今，串行協議因其在距離、抗噪和性能方面的優勢，已廣泛應用于許多通信標準中。這種通信方式由比特流組成，發射系統將比特流并行化并轉換成符號。

使用德思特TS-AWG-5000系列可以生成比特流，并設置頻率、振幅、比特形狀等所有參數。

3、使用序列發生器生成比特流

使用AWG，您可以將“0”和“1”的位形加載到內存中，然后設置儀器，使其按照精確的序列或外部輸入的函數來重現位“0”或位“1”，從而生成依賴于外部源的位流。

作為示例，我們展示了使用序列器和標記通道生成比特流的方法。通道一用于生成比特形狀，在本例中，由標記輸出生成回零代碼和每個比特上的脈沖。通道二包含一個非回零代碼，用于觸發通道一。這樣，圖案的定義和位形的定義就脫鉤了。

通道1的定序器包含位“0”（波形“BitLow”）和位“1”（波形“BitHigh”）的位形狀。條目2和條目3被編程為無限次重復，并在觸發事件發生時跳轉到另一個波形：當觸發上升沿發生時，序列器從位“0”跳轉到位“1”；相反，當觸發下降沿發生時，序列器從位“1”跳轉到位“0”。

第二個通道的序列包含我們想要重現的比特序列，在示例中，它是由一些直流電平隊列創建的，其中比特“0”的值為0V，比特“1”的值為300mV，但也可以加載包含比特序列的文件。

在編譯比特流時，必須考慮到接收觸發器輸入需要1.8μs的時間，因此為避免錯誤，應遵守超過2μs的最小比特周期（500kbps）。通道2音序器的前兩個條目是延遲和脈沖：延遲提供啟動通道1并使其處于等待狀態所需的時間；脈沖提供啟動通道1所需的觸發器。通道1的第一個定序器入口是另一個0V直流電平，起“等待”作用，在接收到通道2的脈沖上升沿后重現。通道1的第一個波形（0V直流電平）與脈沖波形之間的持續時間差提供了必要的偏移，以確保邊緣在波形結束前到達。這種延遲、脈沖和等待狀態之間的博弈確保了通道之間的同步。

4、I-Q信號生成

在現代數字通信中，基帶信號通常由兩個數字信號I（同相）和Q（正交）組成，這兩個信號由調制器組合而成。雖然現代通信以數字技術為基礎，但輸出信號是模擬信號，因此存在該領域的典型問題：設備噪聲會降低最大信噪比、非線性、正交誤差、I和Q信道不平衡，從而導致符號星座失真和理論性能降低。

使用第三方軟件，如NI Labview?或Matlab/Simulink?，可以創建不同類型的基帶信號，無論是否存在上述缺陷，并將生成的波形加載到儀器內存中。

通過這種方式，您可以創建并存儲同一調制方案的多種變體，并在測試期間調用它們來評估系統性能并找到最佳參數集。

德思特TS-AWG-5000系列可提供多達8個模擬通道、4個標記輸出端和多達32個數字輸出端，這些輸出端與單個儀器的主通道同步；使用混合波形可通過與發送到被測設備的模擬波形同步的數字線標記事件。

5、使用Simulink模塊生成I-Q信號

以下Simulink?示例用于在傳輸和接收鏈的不同點提供信號：

成形濾波器的改進：成形濾波器是發射端和接收端之間的匹配濾波器，可削減帶寬以滿足頻譜占用的要求，并可避免符號間干擾（ISI）。最常用的濾波器是升余弦濾波器（通常為平方根形式）和高斯濾波器。在濾波器之前提供數字調制（第2點），就可以通過改變設置參數或調制類型來測試濾波器的性能。

●上變頻測試：基帶信號通常由2個混頻器調制，并乘以本地振蕩器信號。要測試這些電路，必須在濾波器之后提供I和Q通道（第3點）。

●基帶接收鏈測試：一旦信號返回基帶，一些電子電路就會對信號進行解調。

●1:隨機數流。

●2(I)、2(Q)：16-QAM直接輸出（整形濾波器之前）。

●3(I)、3(Q)：經過減損和提高余弦整形濾波器后的16-QAM信號。

●4(I)、4(Q)：AWGN信道后的16-QAM信號。

Simulink?提供了多個庫塊，只需將它們組合起來并設置參數，即可建立系統模型。

在本文中，我們將舉例說明如何構建一個模型來生成I-Q基帶信號，并添加傳輸濾波器和一些損傷，如I-Q不平衡、AWG N信道噪聲（或衰減）。最后將結果導出到Matlab?工作區，并通過使用SCPI命令驅動儀器的腳本加載到儀器內存中。

我們建議在可能的情況下，將所有“至工作區”塊的“采樣時間”設置為AWG采樣周期，在示例中設置為162ps（6.16GS/s）。這樣，生成的采樣陣列將與AWG架構直接兼容。

遺憾的是，并非所有Simulink模塊都支持十進制采樣時間，在這種情況下，建議將Simulink采樣時間設為1，并將“模擬時間”設為要加載到AWG的采樣數量。

6、IF/RF生成

I-Q信號可以使用外部調制器進行合成，但外部調制器可能會增加不必要的失真，此外，如果要改變所分析的調制方案，還需要更換調制器。通過AWG直接合成射頻/中頻可以克服上述問題。

通過使用NILabview?或Matlab/Simulink?等軟件，可以直接創建RF/IF調制信號，并添加不完美信號，最后將結果加載到AWG存儲器中。

德思特TS-AWG-5000系列可在基帶模式下生成高達2GHz的射頻調制信號，過采樣率超過4倍，以確保信號具有良好的頻譜質量。此外，射頻模式選項允許儀器以12.32GS/s的采樣率工作，并可生成高達6GHz的射頻調制信號。

7、使用Simulink模塊生成射頻信號

利用所述Simulink模型，可以在傳輸和接收鏈的不同階段生成調制信號：

●發射機射頻放大器測試：在正交調制中，射頻放大器的線性度非常重要，因為非線性會導致額外的不必要調制，如AM/AM和AM/PM轉換。通常使用VNA測量射頻放大器的特性，VNA提供正弦波并分析響應。相反，AWG可以直接向放大器提供調制射頻信號，從而在實際工作條件下進行測試（Simulink模型的第5點）。最終結果取決于設備的工作點和熱效應，因此使用正弦波進行測量可能會得出與放大器實際工作條件不同的結果。

● 接收器射頻部分測試：射頻部分主要由濾波器、低噪聲放大器(LNA)、混頻器和載波恢復電路組成；該部分只能傳輸所需的信號。在本Simulink示例（模型的第6點）中，我們在與載波的不同距離處添加了兩個干擾信號，以測試接收器的性能。

● 接收器鏈測試：射頻調制信號可用于測試整個接收器鏈，提供不同損傷的調制信號并觀察接收器的性能（模型第6點）。

● 均衡器測試：現代接收機可根據信號功率在多個天線之間切換，或將多個信號合并以獲得最佳信號。

可以用相同的射頻信號加載AWG信道，但信號的振幅或相位不同；這樣就可以測試均衡器的性能。對于這種測試，AWG排序器非常有用，因為它可以創建一個波形

該Simulink模型是前一個模型的擴展：在基帶部分之后，我們添加了兩個乘法器來模擬混頻器，并添加了兩個正弦函數來模擬本地振蕩器。

此外，在射頻生成部分之后，我們還增加了兩個正弦函數來模擬載波附近的干擾信號。

8、使用射頻模式生成射頻無線信號

德思特TS-AWG-5000系列任意波形發生器可在基帶模式下工作，實時采樣率為6.16GS/s，或在射頻模式下工作，插值采樣率為12.32GS/s。使用射頻模式，可以生成射頻無線信號和高達6GHz的調制脈沖。

通過內部調制器和上變頻器，可以生成單載波或雙載波的射頻信號（單載波和雙載波模式）；使用這種模式，可以在兩個頻率之間輕松切換，并實時增加不同頻率之間的幅度和偏移等損耗。

審核編輯 黃宇

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