前言

隨著通信技術的不斷發展，混合調制的通信信號在手機，雷達，衛星通信等行業中已經十分常見，如Bluetooth、DVB信號等。在實驗室調試中，除了具有標準制式的通信信號之外，可能還需要產生自定義形式的多調制信號用來進行組件的調試，如何使用矢量解調選件解調這些非制式的多調制信號將會是測試中需要解決的問題。 本文將介紹以下內容：如何借助于羅德與施瓦茨的免費軟件制作自定義的多調制方式的信號；對于上述自定義的多調制信號，如何借助羅德與施瓦茨的信號與頻譜分析儀對其進行解調。

1.為什么需要多調制信號？

在各類無線通信系統中，為了實現收發之間的載波與時間同步，通常會在發射信號中嵌入一段已知序列的信號方便接收端進行載頻修正和時間同步。

對于這段已知信號，通常業界稱之為Pilot導頻信號， 而用于傳輸用戶數據的信號段我們稱之為Payload數據載荷。當然在不同標準中對于這兩段信號的名稱會有不同，比如在Bluetooth標準中，已知序列信號段部分也被稱為Preamble前導；在DVB標準中，這一部分被稱為Header。

為了統一，在本文中我們統一為Pilot 導頻信號和Payload數據載荷，不失一般性。

2.多調制信號一般具有什么特點

在實際應用中Pilot 和 Payload的調制方式一般不同，Pilot通常來說會采用一些比較簡單的調制方式，如QPSK，而Payload部分由于考慮到傳輸效率從而會采用略微復雜的調制方式，這就帶來了多調制信號解調的問題。在信號與頻譜分析儀中，傳統的VSA（K70）解調多調制信號時只能解調一種調制模式且需要復雜的同步設置。

3.可以用什么方法來解調多調制信號

針對多調制信號的解調應用場景，羅德與施瓦茨在其信號與頻譜分析儀VSA（K70）選件的基礎上增加了多調制信號解調選件K70M。該選件優化了解調的方法，增加了測量的項目，能同時對多調制信號進行聯合分析。同時，K70M選件具有連續測量、使用靈活、操作方便等優點。

多調制信號的產生

直接使用信號源的DVB功能可以產生帶有多調制的DVB-S2X信號，但是這需要在信號源上安裝額外的選件。

為了演示的通用性，本文中采用免費的軟件來生成波形。使用羅德與施瓦茨官方提供的免費軟件WINIQSIM2和Arb Toolbox 可以進行多調制自定義信號的生成。點擊查看下載WINIQSIM2和Arb Toolbox。

1、Pilot部分制作

使用WINIQSIM2的custom digital modulation功能生成一個QPSK調制的Pilot導頻文件，為了方便計算，符號率設置為1Msym/s，濾波器選用RRC濾波，滾降系數0.2，長度為40symbol。如下圖所示：

WINIQSIM2調制信號pilot部分設置界面

其中data source改為pattern，隨機輸入數據比特，如下圖所示：

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Pilot的數據源設置

輸出文件，保存為pilot_qpsk文件名的.wv形式的波形文件

Polit部分波形保存界面

2、Payload部分制作

使用WINIQSIM2的custom digital modulation制作調制方式為16QAM的Payload信號，與Pilot信號一樣，符號率設置為1Msym/s，濾波器也是選用RRC濾波器，滾降系數為0.2。此時data source改為PRBS9，長度改為960symbols。

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Payload波形設置界面

輸出波形，存為payload_16qam。

Payload部分波形保存界面

3、波形合成

打開Arb Toolbox，使用composer功能進行波形合成

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ARBToolBox界面

在composer窗口中，選擇上述制作的Pilot波形之后，點擊insert插入導頻

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ARBToolBox波形合成界面

再選擇payload_16qam，點擊插入，將其插入至Pilot后面

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ARBToolBox波形合成界面

這樣，一個40symbol的Pilot加上960symbol的Payload的波形文件就制作完成了。點擊target下的setting按鈕設置波形的輸出路徑之后，點擊run即可。

4、信號播放

將制作完成的波形拷貝進信號源，在信號源的baseband菜單下選擇ARB。

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信號源baseband菜單

在Load waveform的選項中，選擇拷貝進信號源的波形文件，設置好載波的頻率和電平，開啟ARB即可。

信號源ARB界面

多調制信號的解調

1、使用QPSK調制的Pilot同步

將信號源連接至頻譜儀之后，將頻譜儀preset，調整中心頻率為10GHz，調節span至合適的值，此時在頻譜模式下可以觀察到信號輸出的寬帶頻譜。

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頻譜儀頻譜界面可以觀察到信號

點擊mode，打開VSA，在此模式下進行解調的配置，首先設置中心頻率以及參考電平至合適的值。

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頻譜儀VSA界面

點擊頻譜儀的meas config實體按鍵，在右側菜單選擇signal description進行矢量信號的配置，保持與上文的Payload部分一致，設置調制方式16QAM，符號率1MHz，濾波器選擇RRC以及滾降系數0.2。

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頻譜儀VSA選件矢量信號設置

在Frame Structure選項卡中，去掉默認勾選的”Same as for Data Symbols”之后，進行pattern描述的設置，在此需要對Pilot信號的調制方式進行設置，選擇QPSK。

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頻譜儀VSA選件-幀結構設置

之后，點擊下方的frame structure config進行信號內部幀結構配置。在上一章節中，我們制作了一個QPSK加上16QAM的信號。其中，在Pilot制作部分中，我們制作了一個40symbol長度的Pilot，在實際應用中，Pilot中的一部分symbol可能會用來對后續Payload的部分進行描述，如數據長度，使用的協議等。因此，實際應用中可能只會有一部分Pilot的symbol而不是整個Pilot用來同步。

在本次示例中，我們截取Pilot中的第9-16個symbol作為同步用的pattern，因此在幀結構中，前40個symbol的調制方式為pattern，后面960個symbol設置為data，前40個symbol中，第9-16個symbol的type設置為pattern，其余為data，如下圖進行設置：

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VSA選件-幀結構配置界面

配置完成后保存配置文件，之后再點擊apply。

此時主界面下方會出現報警

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頻譜儀下方未選擇pattern時的報警

這是因為我們在幀結構中選擇了pattern，但是我們并沒有提供一個pattern供儀表對比。因此需要制作一個對比用的pattern文件。點擊meas config，選擇pattern config

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Pattern配置界面

點擊new制作一個新的pattern

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Pattern制作界面，需要與制作信號時輸入的部分pattern保持一致

如前文描述，我們選擇Pilot中的第9-16個symbol來進行同步，由于調制方式為QPSK，因此對應的pattern為第17-32個bit，這些bit換算成16進制則為02232121。在pattern設置里Mod Order設置為4，然后輸入02232121，組成pattern1文件，保存為pattern1，如上圖所示。保存完畢后，選中剛才保存的pattern1文件，點擊下方的add to predefined list添加至備選列表。再點擊signal description，在上面選擇signal structure選項卡，勾選下方的pattern，并在列表中選擇剛才保存的pattern1.

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選擇之前制作的pattern

在主界面的signal capture選項中，需要對capture length的長度進行修改，capture length表示儀表一次捕獲的長度。為了保證捕獲的穩定性，通常來說設置的長度需要至少為信號幀長度的2倍。在本次示例中，信號一幀長度為1000symbol，因此捕獲長度至少為2000個symbol，若設置小于2000則有可能出現捕獲不成功的情況。因為儀表是在pattern比對成功之后才會開始根據幀結構進行分析，若小于2000，那么當一個完整的pattern部分恰好出現在捕獲的第999-1038個symbol時，后續會因為捕獲的位數達不到Payload規定的960個symbol的長度而導致捕獲失敗。

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VSA選件捕獲長度設置

Result range選項中的length選擇1000（因為本次示例中信號幀的長度一共為40個QPSK加上960個16QAM符號），或者勾選according to frame structure file也可。

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VSA選件結果長度設置界面

此時回到主界面，發現星座圖已經穩定，EVM也較好，右下角的symbols界面中，前40項的邊框變綠，表示這部分為Pilot部分，調制方式與后面的信號不一樣，而這之間有8個symbol的底色變綠，這8個便是比對成功的pattern，同時可以發現后續16QAM調制的符號數值也穩定不變。此時我們就在沒有外觸發的幫助下，通過pattern的比對完成了信號的同步。

完成pattern同步之后的VSA界面

2、使用16QAM中的一部分數據同步

在實際應用中，還有可能出現沒有導頻的情況，但是如果我們知道傳輸信號的一部分內容，在這種情況下也可以進行同步。

還是以上述信號為例，假設我們只想對后續的Payload信號進行分析，而我們知道Payload中第21-40個symbol的內容，如通過上一節的分析我們可以得知本次示例的Payload的第21-40位內容為：4FD925BF26A660319469。此時，修改pattern調制如下：

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VSA選件幀結構設置界面

將pattern的調制方式改為與數據一樣，為16QAM，再修改幀結構如下：

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VSA選件幀結構詳細配置界面

此時需要設置一個新的pattern，取PRBS9數據的第21-40位組成新的pattern，注意此時mod order需要改成16。

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Pattern配置界面

最后，修改signalstructure中的pattern

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選擇上文設置好的pattern

此時發現也可以得到一個穩定的結果如下

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使用payload部分進行同步之后的VSA界面

多次點擊runsingle，可以發現有時候會出現EVM較差的情況，如下圖所示Evm從之前的0.61惡化到了6.81，星座圖也有多余的點。

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使用payload部分進行同步可能出現的一種情況

這是因為PRBS 9的序列只有2^9-1=511個bit，也就是說從第512個bit開始會重復。信號源在生成16QAM信號時，會使用4個bit轉換成一個symbol，那么在生成完127個symbol，也就是使用了508個bit之后，剩下的3個bit會跟隨第二次重復的PRBS 9序列重新生成symbol。

因此，即使bit序列開始了重復，16QAM調制的symbol因為使用的bit位數錯開，還沒有開始與第一個symbol重復。PRBS 9的511個bit序列重復了4次之后，此時信號源為了生成symbol剛好用完序列中最后一個bit，那么下一個symbol將會開始使用新的PRBS 9序列的第一個bit，從而與第一個16QAM調制的symbol重復。因此，在使用PRBS 9序列生成16QAM的信號時，一共會產生511×4÷4=511個不重復的symbol。

而我們在制作信號時生成了960個symbol，因此在前511個symbol發送完畢之后，會重新從第一個symbol開始發送，這樣會導致有重復的部分（包括設置的pattern部分），上述EVM比較差的情況便是pattern定位到了后面重復的一段，而幀結構有960個，此時會有40個QPSK的symbol進入影響EVM。這種情況下點擊sweep，選擇select result rng #2，將其改為1定位至第一段即可。

因此在工程應用中，pattern需要不能夠太短，保證其唯一性，從而能夠更好的定位。

3、導頻幫助定位之后只進行數據部分的測量

在上述測試中，結果中顯示的EVM為QPSK與16QAM調制信號的總體EVM。在實際應用中，有的場景希望只測量其中一種調制方式或者是一部分symbol的EVM。K70M選件也具有這樣的測量功能。

下面將分別介紹payload部分和pilot部分的測試方法。

在本例中，對于整個1000個symbol，前面40個為Pilot。此時我們希望借助QPSK調制的pattern定位之后，僅對后面960個16QAM調制方式的Payload部分進行分析。

打開range settings，在evaluation range選項卡下，去掉entire result range前面默認的勾選，在start和stop中分別填上32和991（因為從-8開始）表示對后960個符號進行分析。

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分析范圍設置界面

設置之后主界面如下：

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使用pilot進行同步之后，只對payload部分進行分析

此時的EVM便是后960個symbol的測試結果，其中const I/Q（左上）和result summary（右上）窗口會用兩條豎線（紅圈處）表示此時的星座圖和分析結果只是整個信號中的一部分。Symbols窗口中的括號（黃圈處）表示分析的symbol范圍。

修改evaluation range中的字符范圍，可以對其他所感興趣的symbol部分進行測試，例如對Pilot中的一段symbol進行測試。

此時，如果希望對40位Pilot的中間24位（也就是第9-32位）進行分析，可以把evaluation range中的start和stop分別修改為0和23（去掉前后8位），最終結果如下：

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單獨測試pilot部分的界面

觀察星座圖可以發現，與上文測量Payload部分的結果中只有16QAM不同，此時星座圖中只有QPSK的調制模式，而右上角的EVM測試的是Pilot部分中間24位QPSK調制信號的EVM。

總結：

由上述的測試示例可以發現，使用K70M選件解調多調制信號時會十分方便，具體有以下優點：

1、在pattern同步之后可以連續進行測量，不需要采集一段之后分步進行測試。

2、既可以測試整個信號幀的總體EVM，也可以分段測試特定調制模式的EVM或者是中間某一段的EVM，使用上非常靈活。

3、操作方便，設置好幀結構之后可以直接通過pattern同步進行測試。

本期主要介紹了使用K70M選件對多調制信號進行解調的方法。在下一期中，我們將不借助K70M選件而使用其他的方法對同樣的多調制信號進行解調。

審核編輯：劉清