如何表征数字宽带收发信机

随着各种应用开始采用相控阵天线，网络体系结构已经走上了新台阶，从而满足尺寸、重量、功率和成本（SWaP+C）要求。为了向更高阶段演进，天线系统需要可扩展的数字波束赋形和更加丰富的功能来满足应用需求。

新一代射频前端体系结构需要尽量缩小每个功能模块，并用软件替代一部分硬件，通过集成数字基带和数据处理要素来减少互连。得益于射频元器件和数据转换器技术的进步，数字集成射频前端已成为一种实用的设计体系结构，可以在未来的许多射频通信和传感系统中实现。

数字射频跨域测试解决方案具有以下优势：

• 支持新型数字射频激励响应测试

• 表征数字集成射频前端的真实性能

• 展示宽带收发信机的射频性能

更高的集成度带来重重挑战

高度集成的射频系统具有高速数据转换器和大工作带宽，它们拥有诸多优势（图1）。但是，它们也在设计和性能验证方面给工程师设置了障碍。工程师需要快速克服这些障碍才能设计和构建满足应用需求和上市时间要求、降低成本且具有竞争优势的射频系统。

图1. 凭借新的数字基带体系结构，集成射频前端可以采用具有千兆赫采样率、更高工作频率和瞬时射频带宽的高速数据转换器

挑战一 更多数字数据有待分析

高速数据转换器是发射机和接收机中的关键元器件，通常具有较大的信息带宽。现代宽带发射机和接收机将高速数据转换器和射频前端集成到一个模块中，避免了对它们单独进行性能表征。

测试数据转换器需要用到射频测试设备。射频前端的测试则需要记录并分析数字输出数据比特。针对更大带宽提高采样率意味着您需要处理和分析更多数字数据。通过记录数字数据来分析接收机的全部工作射频带宽需要花费大量时间。对于具有许多射频路径的系统（例如阵列天线中的大规模多路输入多路输出和发射/接收模块）而言，这个过程需要重复成百上千次，因此很难进行完整的表征。

挑战二 传统射频测试工具的局限

射频信号发生器和分析仪仍然可用于测试现代发射机和接收机。矢量网络分析仪可以精准地表征射频前端和元器件的性能。然而，激励响应测量和校准无法再用于测试直接转换数字和射频信号的器件。接收机表征通常有赖于信号发生器的线性度和信号保真度，以及用户分析接收到的数字数据的能力。尽管发射机表征遇到的问题比较少，您仍然需要考虑测量和测试设置错误。

挑战三 高频率大带宽下的性能

具有高速数据转换器的射频系统不断提高工作频率，在用于Ka、Q 和低 V 频段卫星链路时甚至会进入毫米波频率范围。这些频率使用的是分配给最终应用的指定信道，但需要在整个工作带宽上对设备进行测试。在高频率大带宽下，射频前端的性能越发会受到频率的影响。

举个例子，在某个通道中的某个点上表征的发射机性能可能会与同一通道的其他点不同。随着工作频率提高，其中的差异变得更加显著。工程师必须以更高的频率分辨率进行测试，才能准确了解在更高、更宽频率下运行的器件受到频率的影响。这种对射频器件的简单测试在用于数字到射频混合器件时需要更多操作。

连接数字域和射频域的解决方案

是德科技数字宽带收发信机测试解决方案能准确表征直接支持数字到射频的混合器件。这样能够揭示现代发射机和接收机射频前端的真实性能。

该解决方案由高性能矢量网络分析仪、矢量信号发生器以及测量和分析软件（图2）组成。整个系统包括用于被测发射机和接收机的可定制数字数据和控制接口。测试设置界面和分析采用新宽带收发信机器件类别和 Device Measurement eXpert（DMX）软件上的 IQ Waveform Creator，从而将数字域和射频域衔接了起来。

图2. 借助宽带收发信机器件类别，DMX 可以使用 IQ Waveform Creator 上定义的测试信号测试混合数字到射频器件。

跨域激励与响应系统

频率响应是高频宽带射频系统的一个重要性能特征。这样一个系统务必要保持系统线性度并实现所需的信号接收和传输性能。然而，测量数字到射频混合器件的频率响应颇有挑战。举个例子，在接收机测量中，射频信号发生器输出所需信号，被测接收机则会接收信号并进行数字化处理。这些任务由两个独立的系统完成。

是德科技数字宽带收发信机测试解决方案将信号生成与射频仪器有效集成，还将信号接收与被测接收机有效集成，从而获得频谱相关性。

信号生成和接收过程中的数据转换具有与采样周期相同或为其整数倍的采样率，这就形成一个数字射频跨域激励响应测量系统。该解决方案包括对射频仪器的线性S参数进行误差校正和失真误差校正，从而揭示被测发射机和接收机的真实性能特征。

快速频率和响应测量

使用频谱相关技术进行跨域激励响应测量主要有以下两点优势：

• 快速频率和功率响应测量

• 线性和失真表征

多个频率分量有助于创建激励信号（在发射机测试中为数字信号，在接收机测试中为射频信号），从而覆盖所需的频率带宽。这些信号会重复播放。工程师在同一周期或整数倍周期内不断获取响应信号，以获得更好的精确度以及更高的灵敏度和稳定性。激励信号与响应信号之间的关系支撑了线性相关的频率响应测量，例如增益平坦度（图3）和时延偏差（图4）。它也支持误差矢量幅度（EVM）之类的不相关失真测量。

性能表征与功率的关系也遵循同样的原则。在这个示例中，激励信号是一个频率分量，其幅度由范围和步长界定。该解决方案可得出压缩和饱和性能特征。

图3. 增益平坦度(幅度偏差)

图4. 与平均时延的偏差

数字宽带接收机表征

要想全面了解数字宽带接收机的特性，您需要掌握两个领域的知识：模拟信号调理和具有数据转换的数字信号调理。然而，这两个领域的知识和专业经验通常掌握在不同的团队手中：高频射频设计团队和数字信号处理团队。

在新的体系结构下，数字宽带接收机融合了这两方面的功能，您需要掌握这两个领域的知识才能进行全面的性能表征。是德科技的跨域测试解决方案无需用户去学习复杂的知识，而且简化了测量过程。