插入变频器对SNR和误码率恶化的量化测量
插入变频器对SNR和误码率恶化的量化测量
引言
变频器可以将输入频率转换到更高或者更低的频段，一般称为上变频或者下变频；混频器则可以将输入信号与本振信号混频，得到两者的和或差，有时候也会有多个信号混合。这种功能让变频器和混频器在射频电路中不可或缺，它在通信系统、射频电路设计和信号处理等领域中扮演着重要的角色。与放大器一样，对混频器和变频器执行的许多测量通常都是射频测试，例如增益、增益平坦度、群时延、增益和相位压缩和噪声系数(SNR)。
图1.1无源混频器以及有源混频器经典示例
测试原理
在表征组件或子系统如何降低经过器件信号的信噪比(SNR)时，用户经常采用噪声系数(NF)测量法（单位：dB）。造成SNR下降的原因可能是损耗、有源器件产生的额外噪声或两者共同作用。噪声系数(或线性表示的噪声因子)的定义为输入SNR除以输出SNR，它同样适用于放大器和变频器。如果放大器或变频器处于理想状态，那么输出噪声将等于输入噪声乘以器件增益，这样在输入端和输出端会得到相同的SNR。
本案例中，客户主要使用0.95-2.15GHz的变频器，需要构建一个具有稳定SNR和误码率测量链路。基于这样一个稳定的链路方案，来评价插入被测设备（变频器、混频器）后，对SNR和误码率恶化的量化测量。因此需要确定输入SNR以及经过变频器设备的输出SNR。本案例将详细讲解如何利用RIGOL产品对变频器噪声系数进行测量，实现该测量需求。
图2.1插入变频器对SNR和误码率恶化的量化测量接线图
与此同时还需要测量EVM，通过计算实际发射信号与理想无误差基准信号之间的向量差来评估信号的误差情况，从而全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差。RIGOL的矢量信号分析应用软件(VSA)可以在时域中解调被测器件的输出信号。
测试波形的载波经过了一定数量的符号和特定格式的调制，对于每个解调符号，软件都要计算与理想符号的误差幅度。再将该误差归一化到最外层符号的幅度或平均符号功率的平方根。然后使用均方根求和，合并所有的符号误差。
得到总体EVM值。在整个测试过程中还需要继续误码率测试，来对解调数据和原始数据比对，得到准确的误码率值，来综合评价该器件对误码率恶化的影响。
测试挑战
信号源：选择合适的信号源进行测试，确保信号源的频率范围和功率符合测试要求。该信号源需要输出特定调制信号，然后来进行加噪输出。
数据处理：输出端对测试得到的数据进行适当的处理和分析，计算得到正确的噪声系数值，并且实现对变频器输入端信号的解码，进行误码率测试等。
通用测量一般需要误码仪或者信号分析仪来实现，应用局限，成本较高。
解决方案
为了解决上述问题，RIGOL推出了以DSG836A和RSA5065N为核心产品的解决方案。该方案不仅可以满足发射端信号调制和添加噪声的需求，而且接收端的频谱仪可以用来测试EVM、SNR、误码率以及变频器增益等其他参数。
1.输入端信号生成
DSG836A输出频率范围9kHz-3.6GHz，输出功率范围-110dBm~+13dBm，可以生成多种调制信号，实现变频器输入端信号的生成。
图4.1DSG836A射频信号源
UltraIQStation上位机则内置了多种数字调制模式，支持用户通过上位机导入0,1码元数据，然后进行IQ调制，通过USB或者LAN连接把该信号下载到DSGIQ系列信号源中；上位机还具有.mat文件导入功能，便于用户通过matlab直接编码调制生成复杂信号的IQ波表；通过该上位机的噪声设置功能，准确添加噪声，实现输入端信号的SNR设置。
图4.2DSG调制类型
2.输出端信号测试
信号经过变频器之后在输出端通过RIGOL的RSA5065N来进行测试。RSA5065N实时频谱仪频率范围9kHz-6.5GHz，底噪低至-165dBm/Hz，可以实现微小噪声的测量。同时机器可以选配VSA解调功能，对变频器输出的IQ调制信号进行精确测量，得到误码率，EVM等测量参数。先对信号调制参数进行设置，选择调制类型，码元，码率等参数，可以获得星座图、解调结果、频谱迹线等测量结果。测量结果包括EVM，SNR等参数。
图4.3QAM信号解调
同时可以通过导入发射端的编码数据，机器内部软件通过对解码数据和导入数据作对比，直接得到误码率结果，如下图所示。
图4.4信号误码率测试
版接下来修改信号源输出端信号的质量，通过DSG的上位机来加入噪声，把变频器插入电路，进行测试插入前后的对比。
图4.5加噪后的16QAM信号
可以看到，在输入端修改了输入信号的质量，添加了噪声，然后在输出端明显SNR变大。这样就可以轻松测试输出信号在不同的SNR下器件对其影响的准确量化。
3.变频器其他参数测试
通过RSA5065N自带的简单矢网功能还可以测试变频器增益、增益平坦度、群时延、增益和相位压缩参数。
小结
通过RIGOLDSG836A和RSA5065N能快速的构建一个具有稳定SNR和误码率测量链路。基于这样一个稳定的链路方案，来评价插入被测设备（变频器、混频器）后，对SNR和误码率恶化的量化测量。
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