日图课堂|MDO4000调制域分析简介

概述

泰克推出的MDO4000 系列混合域分析仪( 图1-1)，是一款具有创新意义的分析仪，自它诞生之日起，已经获得国内外十多个创新奖项( 图1-2)。MDO4000 之所以获得巨大的成功，根源在于它推出了创新的概念- 跨域分析，利用跨域分析，可以发现传统手段无法发现的嵌入式射频系统以及数字射频系统的疑难杂症。MDO4000 系列混合域分析仪究竟是什么？我们可以将其基本功能总结如下：四通道100MHz/300MHz/500MHz/1GHz 带宽数字荧光示波器3GHz/6GHz 频谱分析仪大于等于1GHz 带宽的调制域分析仪16 通道逻辑分析仪多种总线协议分析仪五合一系统，是MDO4000 系列混合域分析仪的特色之一，但MDO4000 绝不是以上罗列的五种测试工具的简单组合，这五种功能工作在同一时钟、同一触发机制下，使得MDO4000 具有创新的时域、频域、调制域时间相关的跨域分析功能。为此，我们将MDO4000系列混合域分析仪的特色总结如下：时域、频域、调制域时间相关的跨域分析高性能宽带调制域分析紧凑的五合一测试系统MDO4000 系列混合域分析仪的以上特色，针对不同的应用可以解决不同的问题，MDO4000 的zui突出的特色 — 跨域分析已经在应用文章为《MDO4000 系列混合域分析仪应用之一 — 跨域分析发现当代数字射

频系统疑难杂症的创新手段》中进行了阐述，本应用文章为《MDO4000 系列混合域分析仪应用之二 — 高性能宽带调制域分析的应用》，重点阐述MDO4000的第二个特色，主要包括MDO4000 在工业控制领域如汽车电子、无线抄表、医疗电子、安防中的应用；MDO4000 在RFID 中的应用；MDO4000 在商用无线电通信系统如GSM、CDMA、3G、OFDM 中的应用以及MDO4000 在超宽带通信如宽带跳频、雷达中的应用。尽管本应用文章着重介绍MDO4000 在以上应用中的调制域分析，但应时刻牢记MDO4000 本质的特色 — 跨域分析，即MDO4000 在进行调制域分析的同时可以进行跨域分析，解决传统手段难以发现的问题。

图 1-1. 创新的 MDO4000 混合域分析仪

图 1-2. MDO4000 获得测量业内多个创新奖

MDO4000 调制域分析简介

从信号分析的理论可知，任何信号都可以从时域与频域两方面进行分析，连接时域与频域的纽带是傅里叶变换。有了时域与频域分析，能否分析出某个信号的全部参数？并不尽然！因为我们今天遇到的信号，极少是简单的基带信号，通常都是带有一定调制的射频信号。对简单的模拟调制信号如调幅、调频、调相以及相应的ASK、FSK 等简单的数字调制信号，用示波器( 图2-1) 或频谱仪( 图2-2) 就可以分析其与调制有关的参数。但当今我们所遇到的射频信号，往往是复杂的数字调制信号，如GSM、CDMA、3G、4G 信号，或频率、幅度、相位在宽频带内快速变化的信号，如跳频信号、雷达信号、超宽带通信信号等，还有许多近场通信(NFC) 信号，如RFID、ZigBee 等。对这些信号，仅从时域和频域上进行分析是远远不够的，必须在调制域进行分析，才能得到信号的全貌。简单信号的调制域分析可以通过射频信号的幅度、频率或相位随时间变化的曲线进行分析( 图2-3)，而复杂的数字调制信号的调制域分析又称矢量信号分析，这种分析利用I、Q 星座图，对复杂数字调制信号的调制域参数进行测试。矢量信号分析可以通过软件完成，即矢量信号分析仪的界面都可以脱机运行，因此用示波器或频谱仪对信号进行采集，然后用矢量信号分析软件进行分析，是一种低成本、行之有效的方法。用示波器采集射频信号的好处是带宽宽，目前市面上的示波器的采样率已经达到100GHz，因此其采集带宽理论上可以达到50GHz，如果不考虑价格因素，应该是比较好的调制域宽带分析方案。但用示波器采集射频信号，存在两个严重的问题，一是示波器是针对时域测试设计的，它的前端未对输入信号进行任何诸如选频之类的处理，因此采集信号的信噪比较差。zui主要的是示波器的动态范围较低，通常只有45dB 左右，根源在于示波器的AD 转换仅有8 位。频谱仪或矢量信号分析仪具有较高的射频指标，内置矢量信号分析功能，但由于其高指标射频前端的限制，射频信号的采集带宽受限，目前的矢量信号分析仪的采集带宽也低于200MHz，而现代超宽带通信系统的带宽往往大于500MHz，频谱仪或矢量信号分析仪在这方面无法满足测试需求。泰克公司创新的MDO4000 混合域分析仪具有示波器和频谱仪的硬件，特别是其频谱仪的硬件，高速采集射频信号后进行FFT 频谱分析，其射频前端兼顾了频谱仪或矢量信号分析仪的高指标，又具备示波器的大带宽，同时具有优异的性价比，是矢量信号分析仪的补充。MDO4000 的动态范围达60dB 以上，大大高于示波器，其采集带宽大于1GHz，在某些条件下，可以达3GHz，射频信号存储深度达79 毫秒，与泰克RSAVu 或SignalVu 矢量信号分析软件配合，可以满足6GHz 以下多种矢量信号分析需求。

图2-1. 用示波器测试ASK 信号

图2-2. 用频谱仪测试ASK 信号

图2-3. ASK 信号幅度随时间变化曲线

泰克RSAVu 矢量信号分析软件

泰克 RSAVu 矢量信号分析软件可以在PC 上离线分析泰克MDO4000 混合域分析仪及泰克实时频谱分析仪(RTSA) 捕获的数据，该软件为用户提供了泰克RSA3000 系列实时频谱分析仪*相同的分析功能。该软件还支持远程接口，可以在自动测试环境中执行数据分析。用户可以以编程方式加载MDO 或RSA 数据文件，提取解调参数，zui大限度地减少一致性测试和应力测试所需的时间。泰克 RSAVu 矢量信号分析软件支持全部商用标准，包括模拟解调分析、通用数字调制分析、相噪测试、WCDMA、HSUPA、HSDPA、GSM/EDGE、CDMA20001x、CDMA2000 1xEV-DO RFID、IEEE 802.11 a/b/g/n WLAN、IEEE 802.15.4 OQPSK (Zigbee)、P25 (C4FM信号分析)。特别需要指出的是，泰克公司RSA3000 实时频谱分析仪是国内全部RFID 认证实验室必配的RFID 信号符合性测试的标准测试仪器，因此 RSAVu 矢量信号分析软件可以满足目前全部RFID 标准的符合性测试需求。由于泰克RSA3000 实时频谱分析仪已经停产，MDO4000+RSAVu 是RSA3000 的替代产品。

图3-1. RSAVu 测试16 QAM 信号

图3-2. RSAVu 测试RFID 1800-6C 标准

泰克SignalVu-PC 矢量信号分析软件

泰克 SignalVu-PC 矢量信号分析软件可以在PC 上离线分析泰克MDO4000 混合域分析仪及泰克实时频谱分析仪(RTSA ) 以及其它泰克示波器所捕获的数据，该软件为用户提供了泰克RSA5000 和RSA6000 系列实时频谱分析仪*相同的分析功能。与RSAVu 相比，泰克 SignalVu-PC 矢量信号分析软件界面更加友好，分析功能更为强大。泰克 SignalVu-PC 矢量信号分析软件，具有雷达信号自动分析功能，可以通过简单的设置，把27 个雷达脉冲参数自动测量出来，这些测试项目包含了雷达测量里面所有的通用测试项目, 有频域的，时域的，还有调制域的，同时里面还有许多是已往测量仪器和测试手段无法进行测量的项目，如脉冲到脉冲的相位，脉冲到脉冲的频率，频率偏差，频率误差，相位偏差，相位误差等。尤其是相位信息的测量，因为相位信息在雷达信号分析中的低位是非常重要的。与RSAVu 相比，泰克SignalVu 分析功能更为强大，设置参数更为灵活，因此其更面向研究领域。RSAVu支持多种通信标准测试，选中相应的测试标准，无需进行复杂的参数设置就可以得到相应的测试结果。

图4-1. SignalVu-PC 对线性调频雷达信号的分析