數(shù)字或矢量調(diào)制可以提供更高的頻譜效率、更高的數(shù)據(jù)安全性、更高質(zhì)量的通信。但其代價(jià)是系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)試?yán)щy度提高。

將矢量信號(hào)分析(VSA)添加到示波器，可以減少必需的測(cè)試儀器，并通過(guò)在單個(gè)儀器中整合分析來(lái)簡(jiǎn)化測(cè)試過(guò)程。本文將介紹矢量信號(hào)和有效測(cè)量這種信號(hào)所需的分析工具。

矢量狀態(tài)測(cè)量

矢量或正交信號(hào)的產(chǎn)生通過(guò)在每一符號(hào)發(fā)送過(guò)程中發(fā)送多個(gè)位碼，從而實(shí)現(xiàn)高頻譜密度?？紤]用每個(gè)發(fā)送符號(hào)對(duì)兩個(gè)數(shù)字位進(jìn)行編碼的正交相移鍵控(QPSK)。這兩個(gè)位可以選用00、01、10和11這四個(gè)值中的任意一個(gè)。

QPSK使用相位調(diào)制來(lái)對(duì)這些值進(jìn)行編碼，為兩位數(shù)值中的每一個(gè)分配一個(gè)獨(dú)特相位。通過(guò)將數(shù)據(jù)流分解成稱(chēng)為同相(I)和正交(Q)分量的兩個(gè)正交分量，即可產(chǎn)生相移。再這些具有固定90°相差的分量上添加不同的幅度權(quán)重，可以產(chǎn)生任何可能的相位。在QPSK中，組合加權(quán)的I和Q分量以產(chǎn)生45°、135°、225°和315°的相移。這可以通過(guò)在X-Y顯示中交叉繪制I和Q分量來(lái)視覺(jué)呈現(xiàn)。如圖1所示，即使用了Teledyne LeCroy VectorLinQ軟件選項(xiàng)。

圖1：交叉繪制QPSK信號(hào)的I和Q分量，產(chǎn)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換或軌跡圖，以顯示每個(gè)編碼雙對(duì)(bi-pair)的相位和幅度，以及狀態(tài)之間的過(guò)渡路徑。參考(理想)狀態(tài)如“x”標(biāo)記，測(cè)量狀態(tài)以紅色顯示。

圖1顯示在左邊的兩個(gè)網(wǎng)格中獲得的I和Q分量的波形；右側(cè)X-Y圖中是QPSK信號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換或軌跡。軌跡圖上的綠色“×”符號(hào)標(biāo)記理想或參考狀態(tài)位置，并可由用戶(hù)定制。紅色區(qū)域顯示測(cè)量狀態(tài)位置。藍(lán)色軌跡顯示狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換路徑。相關(guān)的X-Y圖是星座圖。稍微深入細(xì)節(jié)，星座和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖之間的區(qū)別是：星座圖具體顯示了恢復(fù)的符號(hào)時(shí)鐘時(shí)間(紅點(diǎn))處的信號(hào)位置。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖顯示了這些點(diǎn)以及軌跡(信號(hào)從一個(gè)符號(hào)到下一個(gè)符號(hào)的遵循路徑)。

理想情況下，測(cè)量的狀態(tài)位置應(yīng)處于參考狀態(tài)之下。它們的位置與理想位置不同的程度可通過(guò)錯(cuò)誤矢量幅度(EVM)參數(shù)來(lái)測(cè)量，該參數(shù)也顯示在設(shè)置對(duì)話(huà)框的左上方。顯示為EVM的數(shù)值是在該采集期間捕獲的所有數(shù)字狀態(tài)的幅度誤差的RMS值。它同時(shí)也顯示相位差，等于每個(gè)狀態(tài)的信號(hào)矢量與理想?yún)⒖际噶恐g的相位差。顯示為相位差的值是在信號(hào)采集期間捕獲的所有狀態(tài)的RMS。

調(diào)制載波

I和Q分量用于相位調(diào)制載波進(jìn)行傳輸。矢量信號(hào)分析儀能夠采集和解調(diào)這樣的信號(hào)用于矢量分析，如圖2所示。

圖2：解調(diào)和分析100MHz載波上的QPSK信號(hào)，顯示處理信號(hào)時(shí)的時(shí)間和頻譜圖。

圖2是處理有關(guān)分析調(diào)制RF載波處理的“故事板”(Story Board)。如同左上格柵中的軌跡M1所示的信號(hào)源，就是一種已經(jīng)被1M符號(hào)/秒的QPSK信號(hào)相位調(diào)制了的100MHz RF載波。緊臨該信號(hào)源的右側(cè)網(wǎng)格是調(diào)制載波的快速傅里葉變換(FFT)。FFT提供信號(hào)的頻域或頻譜圖。它顯示一個(gè)頻譜峰值，表示以100MHz為中心的源信號(hào)。顯示屏底部的對(duì)話(huà)框顯示由模板控制的VSA軟件處理流程。

有兩個(gè)默認(rèn)模板：一個(gè)用于基帶I和Q處理；另一個(gè)用于RF處理，如圖2所示。其過(guò)程從100MHz為中心的帶限(band-limiting)高斯濾波器開(kāi)始。其后是正交混頻器，其中信號(hào)與100MHz本地振蕩器混頻、并下變頻至基帶。

混頻器的輸出被低通濾波，僅保留基帶信號(hào)分量。該濾波器實(shí)際上與發(fā)射器端一種相同的濾波器相匹配，以減少符號(hào)間干擾(ISI)。請(qǐng)注意眼圖正好在時(shí)鐘點(diǎn)(眼中心)“重合在一起”。這是匹配的奈奎斯特(Nyquist)濾波的一種表現(xiàn)。當(dāng)然，在發(fā)射器上使用這種濾波器，也有助于減少占用信道帶寬。

該過(guò)程的下一步是載波估算器。該算法估算并補(bǔ)償載波中的殘余頻率偏移。其后是個(gè)均衡器，用于校正信號(hào)中任何與頻率相關(guān)的失真。最后，相位估算器測(cè)量載波源和本地振蕩器之間的相位差。結(jié)果輸出包含基帶I和Q信號(hào)。

圖左頂部的第二個(gè)網(wǎng)格顯示I分量。其下是I分量的放大視圖。Q信號(hào)分量在圖左側(cè)頂部向下數(shù)的第四個(gè)網(wǎng)格中顯示。其放大視圖位于左側(cè)的底部網(wǎng)格。

緊挨著I和Q分量的右側(cè)是這些信號(hào)的光譜圖。請(qǐng)注意：這些解調(diào)信號(hào)的頻譜已經(jīng)從0Hz開(kāi)始頻移到基頻。
解調(diào)的I和Q分量是攜帶數(shù)字信息的不歸零(NRZ)信號(hào)。緊挨著I和Q變焦軌跡的右側(cè)是每個(gè)分量的眼圖。眼圖有助于驗(yàn)證這些信號(hào)的完整性。

X-Y顯示提供對(duì)I和Q分量以及我們討論過(guò)的測(cè)量參數(shù)的視覺(jué)分析。目前有十四種不同的參數(shù)可用。
共有六種可用于信號(hào)操作的處理功能塊。這些處理工具允許該軟件使用PSK、QAM、Circular QAM、ASK或FSK調(diào)制來(lái)處理基帶或RF載波。還有一個(gè)自定義的MATLAB過(guò)程，允許用戶(hù)使用MATLAB編寫(xiě)自己的自定義處理函數(shù)。

正交幅度調(diào)制

為了提高數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的頻譜效率，必須提高每個(gè)傳輸符號(hào)(荷載)的位數(shù)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的方式之一是通過(guò)調(diào)制載波相位和振幅，對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼。這就是正交幅度調(diào)制，即QAM。

最常見(jiàn)的格式是16QAM，其中每個(gè)符號(hào)傳輸?shù)?位編碼為16種不同的振幅和相位組合。從QPSK移植到16QAM，可在不增加所需帶寬的情況下，讓數(shù)據(jù)速率倍增；通過(guò)引入較低幅度的符號(hào)狀態(tài)這種做法，意味著這種設(shè)計(jì)中的SNR裕度變得更緊。

RF調(diào)制16QAM信號(hào)的VectorLinQ視圖如圖3所示。

圖3：16QAM信號(hào)的分析，包括星座圖和參數(shù)。

相同的處理方式已被應(yīng)用于搭配此例中所使用的25MHz載頻。在這種情況下，并未示出軌跡路徑，僅顯示測(cè)量狀態(tài)位置和參考狀態(tài)；這就是星座圖。從星座圖可以看出，有16種狀態(tài)表示4個(gè)位的所有可能值。眼圖現(xiàn)在有4個(gè)層級(jí)和3個(gè)中度的眼睛開(kāi)口。還要注意，顯示屏底部顯示13種與矢量相關(guān)的測(cè)量參數(shù)。

VSA軟件最多支持8個(gè)同時(shí)處理流。這可實(shí)現(xiàn)多種操作，例如比較不同處理情況的結(jié)果。

考慮圖4所示的雙流處理。

圖4：使用8種處理流中的2種，以比較不同基帶濾波器對(duì)解調(diào)器性能的影響。

在本例中，使用兩種不同的處理設(shè)置(每個(gè)流各對(duì)應(yīng)一個(gè))對(duì)1GHz、8-PSK信號(hào)實(shí)施RF下變頻和解調(diào)。除了下變頻后使用的基帶濾波器，兩種過(guò)程基本上是相同的。流1(圖4左側(cè))采用500MHz高斯濾波器；而流2(圖中右側(cè))使用40MHz的根升余弦濾波器。眼圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的并排對(duì)比顯示使視覺(jué)分析相當(dāng)容易，而測(cè)量參數(shù)則提供定量數(shù)據(jù)。

在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中比較狀態(tài)矢量的離差(dispersion)表明：流2的濾波器產(chǎn)生更緊密的分組。并且比較EVM參數(shù)測(cè)量值，流1的EVM為5.8％，流2的EVM表現(xiàn)更好，為1.3％。眼圖還顯示了流2的濾波器配置可產(chǎn)生更寬的開(kāi)口。

結(jié)論

在示波器上處理、顯示、測(cè)量和分析矢量調(diào)制信號(hào)的能力是一種強(qiáng)大的工具。使用矢量調(diào)制信號(hào)時(shí)要考慮的關(guān)鍵特性包括：用于確定信號(hào)矢量幅度精度的星座和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；用于驗(yàn)證頻率內(nèi)容的相位和頻譜視圖；以及用于確認(rèn)信號(hào)完整性的眼圖。具有對(duì)RF載波進(jìn)行解調(diào)并提取基底I和Q信號(hào)分量的能力，使這些工具相得益彰。