概述

今天，随着测量仪表技术的发展，工程师已经能够在实验室使用一些测量仪表获得较真实的电磁测试环境，对产品的信号接收、抗干扰等性能进行更准确和全面的测试评估。

真实信号的模拟需要使用信号采集和回放设备。对于频率较低的信号采集，可以直接使用数据采集卡，如果频率高于6 GHz， 考虑到成本，以及ADC采集速率和位数的限制，通常会采用带下变频单元的信号分析仪替代，回放设备采用带I/Q调制器的矢量信号源。

信号采集

随着微波芯片和高速处理器的小型化发展，便携式信号分析仪的性能和测量速度已经有了飞跃性的提高，同时增加了更多的实用测量功能。不仅能够满足严苛的室外使用环境，也能够满足实验室内的常规测量要求，不仅降低了使用成本，还提高了使用效率。

安立公司最新的便携式信号分析仪平台Field Master Pro MS2090A，具备完整的IQ信号记录，以及频谱回放功能，拥有高达110 MHz采集带宽，最高频率达54 GHz。

图1 MS2090A 便携式高性能信号分析仪

MS2090A 采用高分辨率高带宽ADC作为中频采样处理前端，分辨率14 bit，单路I/Q最大采样率200MSPS。采用欠采样和抽样技术，提高ADC分辨率，改善信噪比，提高信号质量。

图2 MS2090A ADC path

采样率和I/Q比特关系

高的采样率，以及更多的I/Q bit 都能够显著降低ADC的量化噪声。但是，更高的采样率，或者更多的I/Q bit 意味着需要更快的总线传输速率，以及更大的磁盘空间。在实际应用中，需要平衡这两者的矛盾，以达到信号质量和数据总线传输速率的平衡。由于I/Q采样率仅仅需要等于信号的模拟带宽就足以重建信号。

安立工程师通过更多的实验数据表明，10bit的I/Q数据分辨率，在高于100MSPS的采样率对有效模拟带宽内的量化噪声有明显的优化作用。如果采样率进一步降低到12.5 MHz以下，32bit I/Q分辨率对量化噪声有更明显的改善。下表中给出了不同采样率，最优的I/Q bit设置，以及对应的数据块模式最大的存储深度。

表1 MS2090A最佳的采样率和I/Q bit设置

表2 不同采样率，I/Q分辨率对应的数据块模式存储深度(单位秒)

IQ信号输出和存储

Field Master Pro MS2090A支持两种IQ数据输出模式。数据块(IQ Capture)模式和连续数据流(IQ Streaming)模式。

表3 两种信号存储模式的对比

图3 两种信号存储模式的输出示意图：(a) IQ数据块模式；(b) IQ数据流模式

由于连续数据流模式需要外部存储器配合，所以安立针对不同的信号测量需求，提供了一整套的解决方案。

方案一：使用外部高速USB 3.0 SSD，接收I/Q数据流。MS2090A拥有3个USB 3.0 Type A接口(文件传输，以及IQ data 输出)，以及1个Type C接口 (支持USB-TMC协议)。信号带宽受限于外部SSD的最高写入速率，例如使用三星 T5 SSD，ext4/exFAT 格式，最大写入速度为260 MB/s。如果以10bit  I/Q数据分辨率，采样率100MSPS模式下，理论最大可连续写入80 MHz 模拟带宽信号数据。

图4 配合外部SSD方案连接器图

方案二：通过仪表上的千兆网口，直连外部PC。此方案最大捕获模拟带宽受限于网口的最大传输速率125 MB/s. 优点是系统配置简单。同时安立提供免费的MX280006A IQ采集软件工具，使得系统搭建更加无忧。此方案可以实现10bit I/Q分辨率, 采样率50MSPS模式下, 理论最大可传输40 MHz 模拟带宽的信号数据。

图5 网线IQ数据输出方案(模拟带宽<=40MHz)

方案三：通过PCIe高速接口，输出到外部SSD阵列。MS2090A 具备1个标准PCIe接口，传输速率可达到800 MB/s。搭配安立提供的MA25101A 套件，以及MX280006A IQ采集软件工具，可轻松搭建一套高速IQ数据接收和存储系统。可以实现16bit I/Q分辨率, 采样率200MSPS模式下, 理论最大可传输110 MHz 模拟带宽的信号数据。网口连接实现对仪表的远程控制。

图6 使用MA25101A套件搭建的宽带IQ数据接收和存储系统

方案四：搭配第三方高速数据记录设备。安立公司和X-COM (Bird)公司合作开了便携式宽带数据记录系统。该系统实现16bit I/Q分辨率, 采样率200MSPS模式下, 理论最大可传输110 MHz 模拟带宽的信号数据。内置最大15 TB高速存储磁盘阵列，并可配合X-COM公司的信号分析软件，实现对海量IQ数据回放，搜索，信号分析等功能。

图7 搭配XCOM IQC5000B的宽带信号记录和分析系统  (上：实物；下：连接框图)

信号回放

MS2090A的IQ数据文件输出格式为*.dgz & *.dgzm，其中*.dgzm 文件存储的是当前采集的设置参数，例如中心频率，采样率，带宽，以及I/Q数据的格式，字节顺序(MS2090A采用低位在前)等信息。而 *.dgz 文件保存的是采集的I/Q数据内容。保存后的IQ数据，将格式转换为*.txt或其它格式文件后，导入VSG (MG3710E)的基带发生器中进行播放。安立通用矢量信号源MG3710E，调制带宽高达160 MHz，输出频率覆盖至6 GHz。可以满足大部分无线通信设备测试要求。

图8 IQ replay系统框图

图9 调制类型：256 QAM 波形重建后，EVM<1.67%

图10 调制类型：Π/4 DQPSK；采样率6.25M；EVM<7% (32 bit) vs EVM<10.5% (16 int)

总结

MS2090A 为用户提供了一种高性能，方便携带，低成本的信号记录方案。使得信号记录不再需要携带沉重的台式设备，也不需要为数据采集卡搭建负载的下变频前端。配合安立或或其它矢量信号发生器产品，就能够实验室“逼真”的还原负载的空间电磁场环境，让您的测试更加高效和便捷。

关键词:高性能信号记录 回放 解决方案

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来 源：安立通讯科技Anritsu

编辑：清风

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