宽带信号的应用与生成 影响宽带信号的因素及应对方法

无线通信行业正在经历巨大的技术进步，蜂窝通信从4G过渡到5G，以实现极高的数据吞吐量，而卫星通信提供商正在太空中构建网络，以实现在任何地方进行高速通信。这些发展的共同点都是需要更高的频段和更宽的带宽来实现所需的更大的数据吞吐量。

校准射频、微波和毫米波频率的宽带信道极具挑战。工程师必须开发一个准确可靠的测试系统，以提供最佳性能来满足这些技术发展的要求。高质量的宽带信号产生就是这个系统的必备基础。

宽带信号的应用

高数据速率应用的指数性增长，加速了宽带新技术的发展。

5G NR

增强移动宽带(eMBB)是5G NR定义的业务场景之一。它使用新的和既有的技术来实现预期的极大数据吞吐量，包括更宽的信道带宽、载波聚合、高调制密度和多天线等。5G NR（FR2）的最大信道带宽为400MHz，最大聚合信道带宽高达1.2GHz。

3GPP 标准	版本	最大信道带宽	最大聚合信道带宽（带内连续）
4G	LTE (R8)	20MHz	/
	LTE-A (R10)	20MHz	100MHz
	LTE-A Pro (R13-14)	20MHz	640MHz
5G	NR (R15) FR1	100MHz	400MHz
	NR (R15) FR2	400MHz	1200MHz

WLAN

IEEE组织和Wi-Fi联盟推动着802.11标准的演进，形成一个不断发展的无线局域网规范系列。利用新的6 GHz频段，IEEE 802.11be引入了高达320MHz带宽的信道，最大数据率更是高达46.1Gbps。

IEEE	名称	频段	最大带宽	调制方式
802.11n	Wi-Fi 4	2.4GHz, 5GHz	40MHz	OFDM/64QAM
802.11ac	Wi-Fi 5	5GHz	160MHz	OFDM/64QAM
802.11ax	Wi-Fi 6	2.4GHz, 5GHz, 6GHz	160MHz	OFDM/1024QAM
802.11be	Wi-Fi 7	2.4GHz, 5GHz, 6GHz	320MHz	OFDM/1024QAM

卫星和非地面网络

卫星通信为电视、电话、宽带互联网服务和军事通信提供连接，分布于诸多频段。随着C和Ku频段越来越拥挤，全球对商业卫星通信在Ka波段应用的兴趣急剧上升。国际电信联盟 (ITU)也将W频段的71-76 GHz / 81-86 GHz段分配给卫星服务。增加信道带宽可以提高每个客户端的数据速率，并可获得更高的系统容量。高通量卫星现在使用带宽高达500 MHz的转发器来实现所需的数据速率。

频段	频率范围 (GHz)	卫星占用 (GHz)	应用
L	1-2	1.5-1.7	移动卫星服务
			导航系统
S	2-4	2.0-2.7	移动卫星服务
			数字音频广播服务
C	4-8	3.7-4.2 （下行）	固定卫星电视、数据和广播服务
		5.9-6.4 （上行）
		7.3-7.8	军用通信
X	8-12	7.25-8.4	军用通信
Ku	12-18	10.7-13.25	固定卫星电视、数据和广播服务
		14.0-14.5
K	18-26.5	17.3-21.2	宽带通信
Ka	26.5-40	27.5-40.0	固定卫星电视、数据、双向宽带服务
			移动卫星、卫星间通信
			军事通讯

作为5G接入技术组合的一部分，3GPP R16确定了在5G无线电接入网络 (RAN) 中提供卫星集成服务的用例，卫星通信成为5G基础设施的重要组成部分。用于卫星通信的5G NR非地面网络 (NTN) 在K波段（下行链路）和 Ka 波段（上行链路）的信道带宽高达800 MHz。 

宽带信号生成

增加信号带宽为实现更快的数据速率提供了一种很好的方法，但也对满足更高频率范围的信号质量要求带来了新的挑战。例如，信道平坦度通常随着带宽的增加而降低。此外，宽带 I/Q 调制器的缺陷会导致调制质量变差。

高频下生成宽带宽信号的三种常见解决方案包括：

•任意波形发生器 (AWG) 生成基带IQ信号（BBIQ），使用矢量信号发生器 (VSG) 将信号上变频到所需频段

•使用宽带VSG生成中频（IF）信号，并通过频率扩展器将IF信号上变频到所需频率

•使用完全集成的、经校准的宽带VSG产生所需的信号

前两种解决方案集成了多个仪器以生成所需的宽带信号。这些测试设置需要执行系统校准，以最小化整个带宽内的通道频率响应，并消除I/Q调制器缺陷带来的影响。完全集成并经校准的VSG（如M9484C），通过通道校正技术，在整个调制带宽内提供<±0.9 dB的射频幅度平坦度。

 

	基带IQ+VSG	中频+上变频	一体化宽带VSG

	M8190A+E8267D	S9130A	M9484C
频率	44GHz	<6GHz	54GHz (利用V3080A，可达110GHz)
		24.25-43.5GHz
最大带宽	2GHz	1.2GHz	2.5GHz (5GHz, channel bonding)
系统校准	需要	需要	自校准
输出功率（40GHz，CW信号）	+19dBm	+10dBm	+24dBm
调制质量	优秀	好	优秀
最大通道数	1	8	4

影响宽带信号的

因素及应对方法

影响宽带信号生成质量的因素有很多，主要包括：

信号源频率响应

当信号发生器生成调制信号时，信号发生器内部的组件（例如混频器、滤波器和放大器等）会产生频率响应。调制信号的幅度和相位响应会降低调制质量，随频率和输出电平而变化。

（64QAM信号，100MHz符号率。由于宽带频率响应，导致信号无法正确解调）

【应对方法】利用通道修正技术去除频率响应

为了提高宽带信号生成的性能，可以将校正滤波器应用于信号发生器，以最大限度地降低频率响应的影响。VXG（M9484C）提供了内部校准程序，可以收集基带和射频信号的幅度及相位误差的校正数据，涵盖整个频率范围并包括所有功率电平，将其实时应用于基带波形的校正滤波器，从而改进生成的宽带信号性能。

IQ调制器缺陷

来自基带信号发生器的I路和Q路信号传输到I/Q调制器并上变频为中频 (IF) 和射频信号。I/Q调制器中的每个组件都有可能导致某种误差，从而影响最终的宽带信号质量以及动态范围。

【应对方法】采用DDS技术的直接IF/RF方式

DDS 中频/射频 VXG架构

具有DDS架构的下一代矢量信号发生器可以直接从高分辨率、高采样率数模转换器 (DAC) 生成中频和射频信号。这种方式消除了由模拟I/Q调制器引起的信号损伤，改善了信号动态范围，更适用于宽带信号生成。

原文标题：宽带信号产生小贴士

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　　审核编辑：汤梓红