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多通道相位同調RF量測系統(tǒng)設定

作者: 時間:2012-06-29 來源:網(wǎng)絡 收藏

標簽:MIMO基頻信號 多

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/154517.htm

自從傳送出第一筆無線電波之后,工程師就持續(xù)發(fā)明新方法,以優(yōu)化電磁微波訊號。 訊號已廣泛用于多種應用,其中又以無線通信與 RADAR 的 2 項特殊應用正利用此常見技術。

就本質而言,此 2 項應用的獨到之處,即是利用電磁波的空間維度 (Spatial dimension)。直到今天,許多無線通信整合了多重輸入/輸出 (MIMO) 天線架構,以利用多重路徑的訊號傳播 (Propagation) 功能。

此外,目前有多款 RADAR 均使用電磁波束控制 (Beam steering),以取代傳統(tǒng)的機械控制傳輸訊號。這些應用均屬于多同調 (Phase coherent) 量測的主要行進動力之一。

介紹

The modular architectures of PXI 儀器 (如 NI PXIe-5663 6.6 GHz RF 向量訊號分析器與 NI PXIe-5673 6.6 GHz RF 向量訊號產(chǎn)生器) 的調變架構,使其可進行 MIMO 與波束賦形 (Beamforming) 應用所需的同調 (Phase coherent) RF 量測作業(yè)。圖 1 表示常見的量測系統(tǒng),為 1 組 PXI-1075 - 18 槽式機箱中安裝 4 組同步化 RF 分析器,與 2 組同步化 RF 訊號產(chǎn)生器。

常見的PXI同調RF量測系統(tǒng)

圖 1. 常見的 PXI 相位同調 RF 量測系統(tǒng)

此篇技術文件將說明相位同調 RF 產(chǎn)生或擷取系統(tǒng)時,其所需的技術。此外,亦將針對多組 RF 分析器之間的相位延遲,逐步呈現(xiàn)校準作業(yè),以達最佳效能。

相位同調 RF 訊號產(chǎn)生

若要任何相位同調 RF 系統(tǒng),則必須同步化裝置的所有頻率訊號。透過 NI PXIe-5673 - 6.6 RF 向量訊號產(chǎn)生器,即可直接進行升轉換 (Upconversion),以將基頻 (Baseband) 波形編譯為 RF 訊號。圖 2 即說明雙信道 RF 向量訊號產(chǎn)生器的基本架構。

同步化2個RF產(chǎn)生

圖 2. 同步化 2 個 RF 產(chǎn)生通道

請注意,在 2 個通道之間必須共享 2 組基頻取樣頻率與局部震蕩器。

在圖 2 中可發(fā)現(xiàn) NI PXIe-5673 共包含 3 個模塊,分別為:PXI-5652 連續(xù)波合成器 (Synthesizer)、PXIe-5450 任意波形產(chǎn)生器,與 PXIe-5611 - RF 調變器。由于這些模塊可合并做為單信道的 RF 向量訊號產(chǎn)生器,因此亦可整合其他任意波形產(chǎn)生器 (AWG) 與 RF 升轉換器 (Upconverter),用于多信道的訊號產(chǎn)生應用。在圖 2 中,共有 1 組標準的 PXIe-5673 (由 3 個模塊所構成) 整合 1 組 NI PXIe-5673 MIMO 擴充組合。而擴充組合共容納了 1 組 AWG 與調變器,可建構第二個訊號產(chǎn)生信道。

相位同調 RF 訊號擷取

除了 PXIe-5673 - RF 向量訊號產(chǎn)生器之外,PXIe-5663 - RF 向量訊號分析器亦可用于多通道應用。當設定多組 PXIe-5663 進行相位同調 RF 訊號擷取作業(yè)時,亦必須注意類似事項,以確實進行 LO 與基頻/中頻 (IF) 訊號的同步化。PXIe-5663 可利用訊號階段 (Signal stage) 并降轉換為 IF,亦可進行數(shù)字升轉換為基頻。

與傳統(tǒng)的 3 階段式超外差 (Superheterodyne) 向量訊號分析器不同,此架構僅需于各個通道之間同步化單一局部震蕩器 (Local oscillator,LO),因此為設定相位同調應用最簡單的方法之一。若要同步化多組 PXI-5663 分析器,則必須于各組分析器之間分配共享的 IF 取樣頻率與 LO,以確保各個通道均是以相位同調的方式進行設定。圖 3 則為雙信道系統(tǒng)的范例。

同步化雙信道的VSA系統(tǒng)

圖 3. 同步化雙信道的 VSA 系統(tǒng)

在圖 3 中可看到 PXIe-5663 - RF 向量訊號分析器是由 PXI-5652 連續(xù)波合成器、PXIe-5601 - RF 降轉換器,與 PXIe-5622 - IF 示波器所構成。當向量訊號分析器整合 PXIe-5663 MIMO 擴充組合時,隨即新增了降轉換器與示波器,以建構雙信道的 RF 擷取系統(tǒng)。

若要了解多組 RF 向量訊號分析器的同步化方法,則必須先行深入了解 PXIe-5663 - RF 訊號分析器的詳細程序圖。在圖 4 中可看到,即便僅使用單一 LO 將 RF 降轉換為 IF,則各組分析器實際亦必須共享 3 組頻率。

圖 4. PXIe-5663 - RF 向量訊號分析器的詳細程序圖

如圖 4 所示,各個 RF 通道之間必須共享 LO、ADC 取樣頻率、數(shù)字降轉換器 (DDC),與數(shù)值控制震蕩器 (Numerically controlled oscillator,NCO)。如圖 4 所見,即便各組示波器之間共享 10 MHz 頻率,其實亦極為足夠。當各組示波器之間僅共享 10 MHz 參考時,即可產(chǎn)生非相關的信道對信道相位抖動 (Phase jitter);而于 IF 產(chǎn)生的相位噪聲強度,亦將由 RF 的 LO 相位噪聲所覆蓋。

數(shù)字降轉換的特性

在了解相位同調 RF 擷取系統(tǒng)的精確校準方式之前,必須先了解應如何于基頻觀察 RF 的訊號特性。此處以相同中心頻率,且以回送 (Loopback) 模式設定的 VSG 與VSA 為例。如圖 5 所示,具備精確分析器中心頻率的降轉換 RF 訊號,將依基頻呈現(xiàn)為 DC 訊號。此外,由于基頻訊號屬于復雜波形,因此亦可將訊號的相位 (Θ) 分析而為時間函式。在圖 5 中可發(fā)現(xiàn),只要 RF 向量訊號產(chǎn)生器與分析器互為同相 (In-phase),則「Phase vs. time」波形將呈現(xiàn)穩(wěn)定的相位偏移 (Phase offset)。


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