上回在《高性能信号记录和回放解决方案》中介绍了使用便携式信号分析仪FieldMaster Pro MS2090A如何在现场录制并还原复杂调制信号。本文将从探讨数字调制信号分析的基本定义开始，介绍数字调制信号的产生和分析过程以及分析方法，最后介绍如何使用安立提供的信号分析工具MX280005A Vector Signal Analysis ，方便灵活的分析复杂的数字调制信号的特征参数。

调制信号按照调制信号类型分为模拟(电压)和数字(编码)两种。不论是模拟调制还是数字调制信号分析，为了全面分析他们的各项参数，需要在不同测量域中分析。例如在频域，分析信号的带宽、谐波、功率等参数；在时域，分析信号的包络特征、时间参数，抖动等；在调制域，分析信号的幅度/相位误差、误码率等参数。数字调制信号的产生(调制)和分析(解调)离不开I (In phase) 和 Q(Quadrature)，下面将对IQ的产生和分析做个简单介绍。

什么是IQ?

IQ调制是数字调制信号常用的实现方式。数字编码是数字调制信号的调制对象，在调制前，需要将基带信号进行数字编码[1]后输出两路正交的I和Q数字信号。再经过基带滤波器(脉冲成形滤波器)，以及IQ调制器，将两路并行的正交数字信号调制为一路串行的数字信号，经过DAC变换后，再上变频到载波频率并通过天线发射传送出去。

图1数字基带IQ调制实现框图

经过DAC后的基带信号，具备了相位和幅度信息。类似模拟调制，数字编码的变化映射到矢量坐标系中(正交IQ坐标)，用幅度、频率和相位三个基本要素表征信号的特征。而频率和相位，当时间为变量时，也建立起来关系图片得到调制信号的表达式：

数字调制信号对信号的幅度、相位或频率三要素的一种，或是多种同时进行调制。调制信号不是变化幅度或者相位，就是幅度和相位一起变化。因此，在IQ坐标中，数字基带信号(编码)的变化，会随着编码。

IQ坐标分别用I实部(横坐标)和Q虚部(纵坐标)表示，每个符号到坐标系原点的距离表示幅度，与横坐标的夹角表示相位。I路和Q路信号叠加后的幅度和相位映射到图上，形成符号的星座图显示。

图 2 IQ坐标(星座)表示基带信号(符号)的幅度、相位及频率的变化

例如PSK(Phase ShiftKeying)调制仅仅调制相位而幅度保持不变。而QAM(Quadarture AmplitudeModulation)调制, 是幅度和相位同时变化，可以携带更多的编码信息，16/32/64/256/1024/2056 QAM 等，实现宽带调制，因此在移动通信中较为常见。

图 3 PSK和QAM调制典型的IQ星座图

VSA通常采用基于软件的接收机构架。VSA将I/Q数据重新采样，还原出信号的幅度，相位/频率信息。并根据所测量的信号参数，内建出标准参考信号进行比较测量，得到EVM等关键参数。

图4 信号接收机结构和VSA框架 (绿色)

调制域分析

数字调制信号的调制域分析，在不同的观测坐标系中，可以得到比特、符号、信道等特征参量。例如在星座图(Constellation)中从IQ坐标映射观测信号传输的相关特性，例如信道失真(符号串扰，叠加噪声等)，以及I/Q基带失真(增益、相位、符号偏移等)。

图5 星座图IQ基带和信道失真参数 (上)

VSA通过输入的信号参数，内建标准参考信号，与输入信号(数字I/Q)作比较，得到和参考信号在相位(频率)和幅度上的误差，称之为EVM (ErrorVector Magnitude, 矢量误差)，一般用dB或者%表示。EVM不仅能够表征发射信号的质量，也可以用来评估信号传播路径所叠加的噪声，以及干扰造成的影响。如下图所示，蓝色为实际发射信号的矢量坐标，绿色为参考信号矢量坐标，将两个坐标点相连的红线，表示它们之间的误差矢量，包括幅度和相位。

图6  EVM在IQ坐标中表示及EVM的表示方法

将IQ映射到符号周期和幅度坐标中，就形成了眼图(Eye Diagram)。通过眼图可以观察码间串扰和噪声的影响，体现数字信号整体的特征，从而估计系统的优劣程度。特别对与高速互联系统信号完整性分析十分重要。同时，使用眼图，也能够对接收滤波器的特性加以调制，以减小码间串扰，改善系统的传输性能。

图 7(a) 眼图的关键指标参数

图 7(b) 眼图对于系统性能的优劣评估

(上为2-PSK无干扰；下为信道叠加多径干扰后的眼图)

还有一种常用的测试为格栅图(Trellisdiagram)，是将符号映射到相位坐标中(wiped phase), 给出符号到符号之间的相位变化。Trellis图显示特别适用于排查在I/Q调制器或者映射算法中是否存在丢失的转换、代码或者盲点。

图8 VSA软件中给出的π/4 DQPSK Trellis 图

安立VSA工具软件包

安立VSA MX280005A提供多种标准数字调制类型，特别是内置了多种常用的标准信号类型，例如DVB(S/S2)、TETRA等，简化了解调参数设置。

灵活的数据导出方式。VSA工具包MX280005A软件，通过网线和MS2090A连接，不仅支持在线IQ数据读取和分析，通过外置U盘，实现离线I/Q分析，方便远程技术分析支持。

图 9 VSA和MS2090A连接方式

VSA内置灵活的参数设置，用来描述被测信号和参考信号的特征。针对信号调制方式，滤波器类型，帧结构，时隙长度，关键字搜索和同步条件等做详细的设置。对于内置的标准信号类型，VSA预置了常规的设置，方便使用。

图10 信号参数设置及标准信号预设值(Tetra)

VSA工具包提供多种分析功能，例如星座图、眼图、I/Q相位和幅度误差….VSA支持在线和离线数据分析。通过千兆以太网口与MS2090A建立连接，实时控制MS2090A的设置参数，并自动读取I/Q数据到PC进行在线分析。

图11 VSA支持多种分析功能及多种显示结果显示 (π/4 DQPSK)

总结

I/Q数字信号，是建立在数字和射频模拟量之间的桥梁。安立公司在高性能信号分析仪MS2090A平台上，加入了对数字调制信号的IQ捕获，并可配合VSA工具包软件分析捕获的IQ数字信号。可用于实验室，甚至外场对发射信号的质量，以及传输信道干扰进行快速和准确的评估，提高信号传输质量。

关键词:数字调制 信号分析 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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