使用频谱相关方法更好地进行卫星链路失真测试
应用指南
使用频谱相关方法更好地进行卫星链路失真测试
引言
与地面系统一样，空间通信系统的容量和复杂程度也都在飞速增长。用户对更大容量的需求推动通信系统向更快数据速率和更大带宽演进，进而导致系统设计一步步逼近性能极限。信号功率始终是一个关键指标，而对更宽信道、更大功率的需求则意味着功率放大器要在其非线性工作区域内工作更多时间。这样的后果将会是信号出现失真，系统设计人员需要设法减少失真或避免失真。为了解决这个问题，他们首先需要对失真进行精确、深入的测量。
一种新的失真测量方法
系统设计人员借助三个关键指标 (NPR、ACPR 和 EVM) 来描述元器件或系统中的宽带失真。噪声功率比 (NPR) 是功率放大器等元器件最常用的指标。NPR 测试信号中的许多频率会互相影响，在信号的未使用区域（“陷波”）形成失真产物。这种能量的变化提供了一种衡量系统中非线性失真的方式。邻道功率比 (ACPR) 是一种基于频率的测量，主要显示主信号外部的频谱再生。第三个关键指标是误差矢量幅度 (EVM)，这个指标以符号域为基础，显示在失真、调制误差、相位噪声和其他因素的任意组合影响下符号偏离预期目标的程度。
每一种方法都各有优点，但它们都不能呈现整体情况。NPR 测试信号有标准形式，因此可以用于元器件的比较，但可能不会显示真实信号的失真。EVM 测试使用的是真实信号，但测量是在接收机前面的整个系统上进行，因此很难对剩余 EVM (被测件引入的 EVM) 分量进行测量。是德科技为 PNA-X 矢量网络分析仪开发了一种新方法，该方法使用真实测试信号通过“频谱相关”来隔离和测量被测器件 (DUT) 失真，并提供 NPR、ACPR 和 EVM 测量结果。
调制失真选件 93970xB
Keysight PNA-X 矢量网络分析仪的新调制失真选件能够实施这一测量。该选件可用于所有型号的 N524xB PNA-X 矢量网络分析仪，并且可以作为固件选件添加到满足最低硬件要求的所有仪器中。频谱相关调制失真测量采用的是一种称作频谱相关的方法，利用 PNA-X 体系结构的优势来测量被测器件输入端和输出端的频谱，并根据这些信息隔离出被测器件导致的失真。该失真可进一步分成三个部分：线性频率响应(S21)、压缩失真和非线性失真。压缩失真是元器件中的压缩导致的 S21 变化。非线性失真测量的是不同频率的宽带信号因为混合和相互作用而导致的失真。这是两种截然不同的效果。压缩失真与输入信号相关，但非线性失真与输入信号没有关系。因此，我们可以借助数学相关分析来区分这两种效果。
使用真实信号进行 NPR 测试
利用这种新方法，我们可以持续测量和比较被测器件的输入和输出，从而轻松隔离并消除测试激励中的缺陷。这样做有一个明显的好处，那就是能够摆脱宽带信号源失真的影响对元器件执行剩余测量。另一个好处是能够灵活地选择测试信号。例如利用 NPR 测试，我们再也不必只能使用呈现高斯功率分布的基座/陷波测试激励。我们可以使用单载波 QAM 信号等真实通信信号，或是使用 UFMC 等 5G 候选信号作为测试激励，显示元器件在真实使用时将会出现的失真值。
图 4 显示了使用 64-QAM 信号作为激励进行的 NPR 测量。黄色迹线显示了被测器件的输入，绿色迹线显示了输出，并且包含预期的频谱再生和失真。粉色迹线是失真测量结果，使用频谱相关方法根据输入和输出计算得出。在信号的带宽范围内，这条迹线表示 NPR 陷波本底所在的位置，将这条迹线与输出迹线进行比较，我们可以得到精确的 NPR 值。在信号的带宽范围之外，失真迹线与频谱再生完美重叠，表明 ACPR是这种失真的结果。
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