应用分享如何用任意波形发生器（AWG）数字调制，实现高效无线通信测试？-电子发烧友网

1、简介

在无线电通信领域，信号正迅速走向全数字化。这一趋势主要是由于与模拟信号相比，数字信号具有更高的频谱效率。为了满足用户日益增长的需求，信号的中心频率、频谱密度和频段都在不断增加；因此，设备在每一次操作中都变得越来越复杂和关键。

在这方面，现代最先进的任意波形和函数发生器可以克服这一问题，提供前所未有的灵活性，为工程师提供了一个强大的工具，用于产生所有类型的信号和数字调制，以测试传输或接收链的不同阶段，如调制器、解调器、混频器、滤波器、放大器、低噪声放大器（LNA）等。

不同阶段需要不同类型的信号，下面我们将介绍一些AWG应用实例：

✓生成比特流和触发输出信号（用于下一阶段同步），以测试编码器系统的性能。

✓生成提供给一个或两个通道的正交基带信号，以测试不同参数（如符号数、传输滤波器类型、噪声电平）的符号传输/接收。

✓生成中频/射频信号，以测试混频器、中频滤波器、发射器放大器和接收器级。

2、数字调制的比特流生成

如今，串行协议因其在距离、抗噪和性能方面的优势，已广泛应用于许多通信标准中。这种通信方式由比特流组成，发射系统将比特流并行化并转换成符号。

使用德思特TS-AWG-5000系列可以生成比特流，并设置频率、振幅、比特形状等所有参数。

3、使用序列发生器生成比特流

使用AWG，您可以将“0”和“1”的位形加载到内存中，然后设置仪器，使其按照精确的序列或外部输入的函数来重现位“0”或位“1”，从而生成依赖于外部源的位流。

作为示例，我们展示了使用序列器和标记通道生成比特流的方法。通道一用于生成比特形状，在本例中，由标记输出生成回零代码和每个比特上的脉冲。通道二包含一个非回零代码，用于触发通道一。这样，图案的定义和位形的定义就脱钩了。

通道1的定序器包含位“0”（波形“BitLow”）和位“1”（波形“BitHigh”）的位形状。条目2和条目3被编程为无限次重复，并在触发事件发生时跳转到另一个波形：当触发上升沿发生时，序列器从位“0”跳转到位“1”；相反，当触发下降沿发生时，序列器从位“1”跳转到位“0”。

第二个通道的序列包含我们想要重现的比特序列，在示例中，它是由一些直流电平队列创建的，其中比特“0”的值为0V，比特“1”的值为300mV，但也可以加载包含比特序列的文件。

在编译比特流时，必须考虑到接收触发器输入需要1.8µs的时间，因此为避免错误，应遵守超过2µs的最小比特周期（500kbps）。通道2音序器的前两个条目是延迟和脉冲：延迟提供启动通道1并使其处于等待状态所需的时间；脉冲提供启动通道1所需的触发器。通道1的第一个定序器入口是另一个0V直流电平，起“等待”作用，在接收到通道2的脉冲上升沿后重现。通道1的第一个波形（0V直流电平）与脉冲波形之间的持续时间差提供了必要的偏移，以确保边缘在波形结束前到达。这种延迟、脉冲和等待状态之间的博弈确保了通道之间的同步。

4、I-Q信号生成

在现代数字通信中，基带信号通常由两个数字信号I（同相）和Q（正交）组成，这两个信号由调制器组合而成。虽然现代通信以数字技术为基础，但输出信号是模拟信号，因此存在该领域的典型问题：设备噪声会降低最大信噪比、非线性、正交误差、I和Q信道不平衡，从而导致符号星座失真和理论性能降低。

使用第三方软件，如NI Labview®或Matlab/Simulink®，可以创建不同类型的基带信号，无论是否存在上述缺陷，并将生成的波形加载到仪器内存中。

通过这种方式，您可以创建并存储同一调制方案的多种变体，并在测试期间调用它们来评估系统性能并找到最佳参数集。

德思特TS-AWG-5000系列可提供多达8个模拟通道、4个标记输出端和多达32个数字输出端，这些输出端与单个仪器的主通道同步；使用混合波形可通过与发送到被测设备的模拟波形同步的数字线标记事件。

5、使用Simulink模块生成I-Q信号

以下Simulink®示例用于在传输和接收链的不同点提供信号：

成形滤波器的改进：成形滤波器是发射端和接收端之间的匹配滤波器，可削减带宽以满足频谱占用的要求，并可避免符号间干扰（ISI）。最常用的滤波器是升余弦滤波器（通常为平方根形式）和高斯滤波器。在滤波器之前提供数字调制（第2点），就可以通过改变设置参数或调制类型来测试滤波器的性能。

●上变频测试：基带信号通常由2个混频器调制，并乘以本地振荡器信号。要测试这些电路，必须在滤波器之后提供I和Q通道（第3点）。

●基带接收链测试：一旦信号返回基带，一些电子电路就会对信号进行解调。

●1:随机数流。

●2(I)、2(Q)：16-QAM直接输出（整形滤波器之前）。

●3(I)、3(Q)：经过减损和提高余弦整形滤波器后的16-QAM信号。

●4(I)、4(Q)：AWGN信道后的16-QAM信号。

Simulink®提供了多个库块，只需将它们组合起来并设置参数，即可建立系统模型。

在本文中，我们将举例说明如何构建一个模型来生成I-Q基带信号，并添加传输滤波器和一些损伤，如I-Q不平衡、AWG N信道噪声（或衰减）。最后将结果导出到Matlab®工作区，并通过使用SCPI命令驱动仪器的脚本加载到仪器内存中。

我们建议在可能的情况下，将所有“至工作区”块的“采样时间”设置为AWG采样周期，在示例中设置为162ps（6.16GS/s）。这样，生成的采样阵列将与AWG架构直接兼容。

遗憾的是，并非所有Simulink模块都支持十进制采样时间，在这种情况下，建议将Simulink采样时间设为1，并将“模拟时间”设为要加载到AWG的采样数量。

6、IF/RF生成

I-Q信号可以使用外部调制器进行合成，但外部调制器可能会增加不必要的失真，此外，如果要改变所分析的调制方案，还需要更换调制器。通过AWG直接合成射频/中频可以克服上述问题。

通过使用NILabview®或Matlab/Simulink®等软件，可以直接创建RF/IF调制信号，并添加不完美信号，最后将结果加载到AWG存储器中。

德思特TS-AWG-5000系列可在基带模式下生成高达2GHz的射频调制信号，过采样率超过4倍，以确保信号具有良好的频谱质量。此外，射频模式选项允许仪器以12.32GS/s的采样率工作，并可生成高达6GHz的射频调制信号。

7、使用Simulink模块生成射频信号

利用所述Simulink模型，可以在传输和接收链的不同阶段生成调制信号：

●发射机射频放大器测试：在正交调制中，射频放大器的线性度非常重要，因为非线性会导致额外的不必要调制，如AM/AM和AM/PM转换。通常使用VNA测量射频放大器的特性，VNA提供正弦波并分析响应。相反，AWG可以直接向放大器提供调制射频信号，从而在实际工作条件下进行测试（Simulink模型的第5点）。最终结果取决于设备的工作点和热效应，因此使用正弦波进行测量可能会得出与放大器实际工作条件不同的结果。