无线收发系统测试方案-频谱分析仪使用

相对于有线通信来说，无线通信有着无需传播介质，无需布线、成本低廉，适应能力强等优点。因此无线收发系统被广泛应用在在现代社会中，包括物联网、无线通信设备、遥控器、智能家居、工业自动化、医疗设备等领域。它们为人们提供了更加便捷、灵活的通信方式，促进了信息交流和设备之间的互联互通。

那么如何确保无线系统在信息发射、传输以及接收的环节中不出错，就需要进行多方面的测试，例如发射测试、接收测试，还有天线测试。本文将介绍RIGOL 产品在无线收发测试中的应用。

无线收发测试

无线系统收发测试主要包含三部分：

1. 无线信号发射测试，是对设备发射的无线信号质量进行测试和评估的过程。

2. 无线信号接收测试，是对无线设备接收信号能力进行测试和评估的过程。

3. 天线测试，如下图所示。

图 2.1 无线收发测试

测试挑战

1. 无线传输中调制是必不可少的一环，但不同的产品、不同环境及不同应用所涉及的调制也五花八门，例如模拟调制AM，FM多用于多用于无线广播电台；简单的数字调制ASK， FSK多用于遥控器、遥控钥匙、ETC、停车收费系统、门禁、无线抄表等应用中；除此之外还有较复杂的数字调制，如QAM，QPSK，OQPSK，4FSK 等等，此类复杂调制多用于有标准的通信协议中，如手机通信，Zigbee，Bluetooth，WiFi 等等。

2. 复杂的数字调制多数是瞬时信号，间歇性发射，信号活跃时间短，而普通扫频式频谱仪无法完整捕获信号。

3. 大多数的复杂调制有自己特有的协议方式，例如Zigbee，Bluetooth，WiFi 等，常规的IQ调制无法模拟这个信号。

解决方案

发射测试

发射测试主要包含频率、功率、解调等测试，所以常用频谱仪来测试。和常用的模拟和扫频频谱仪相比，RIGOL的RSA系列实时频谱仪在9KHz~6.5GHz频率范围内能很好地满足发射测试中的应用需求。

表 4.1 扫频模式和实时模式测试对比

通过对比我们可以看到，RIGOL实时频谱仪POI时间7.45us，可以很好的捕获无线测试瞬时信号，显示还原信号最真实的频率分布谱线，同时频谱仪的高级测量功能包含高级测量功能，可以快速测试时域功率、邻道功率、多通道功率、占用带宽、发射带宽、载噪比等参数，满足无线信号的多种专用参数测试需求。

图 4.1 RIGOL 频谱仪扫频，实时和高级测量功能

同时，RIGOL实时频谱仪还包含ADM解调功能和VSA信号分析功能：

AMD解调功能能解调分析 AM，FM，PM 信号的调制参数，通过对解调参数的分析， 能更好的判断发射设备的性能。

VSA 信号分析功能，能解调分析常见的IQ调制信号，包括 ASK，FAK，PSK，QAM信号，这样就能对一些复杂数字调制信号进行分析，观察信号的星座图，眼图等参数，测试解调数据以及EVM。

图 4.2 RIGOL 频谱仪信号解调和分析功能

接收测试

接收灵敏度测试是无线系统中测试技术最复杂的部分。业内往往使用误码仪直接测试，但是误码仪的测试频率范围、调制方式等都收到限制，而且成本非常高昂。RIGOL 推出的接收灵敏度测试方案测试流程如下：

图 4.3 RIGOL 接收灵敏度测试方案

该方案有以下优点：

数据长度更长，RIGOL的DG函数任意波形发生器提供最高 512M 的数据长度，可以模拟100Mbit速率的数据长达50ms，更加接近于真正的随机序列数据；

射频信号功率、频率范围广，本案例中信号调制主要由RIGOL的DSG家族产品实现，该系列产品可以提供1.5GHz~20GHz的频率选择范围，功率更可以低至-130dBm，基本覆盖绝大多数应用场景；

调制方式可选择性高，RIGOL提供的射频信号源均可以选配IQ调制功能，可以有效模拟如QAM，QPSK，OQPSK，4FSK等复杂调制信号；

成本极低，以433MHz的FSK调制接收灵敏度为例，我们称之为“最小系统”，相对于 误码仪测试成本下降十倍以上。

图 4.4 接收灵敏度测试方案最小系统

天线测试

天线作为无线收发系统中的一个重要载体，承担着发射信号、接收信号的重要作用。天线测试中，驻波比是最重要的一个测试参数。天线驻波比测试大多采用矢网来完成，但是成本较高， 而且对矢网的利用率比较低。RIGOL 测试天线驻波比有两种可选方案：

一种是 DSA-TG 系列频谱仪加电桥来完成天线驻波比测试，该方案可以实现 7.5GHz范围内的天线测量。

图 4.5 DSA+电桥测试天线驻波比

另一种则是则是在发射测试中用到的 RSA5000N 系列实时频谱仪，该机器不仅可以完成发射测试中的ADM模拟解调、VSA矢量信号解调，还具有简单的VNA矢网模式，可以轻松胜任6.5GHz频率范围内天线驻波比测试。这两种方案相对于专业矢网来说，都有效的节约了综合成本，可以完成多项测试。

图 4.6 RSA5065N VNA模式测试天线驻波比