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用于RF设计和调试的宽带IQ仿真和分析

鼎阳科技，www.siglent.com

在射频设计中，复杂信号生成与分析是核心测试环节。随着产品数据交换速率持续提升，信号类型不断迭代，发射与接收子系统的测试需求愈发严苛，尤其在干扰分析与调制分析等方面。以5G NR、Wi-Fi 6及Wi-Fi 7为代表的新兴信号标准，不仅要求更高的载波频率、更宽的射频带宽及更大的符号率，其测试方案的复杂度也显著提升。目前，已涌现出多种用于信号捕获与仿真的解决方案，支撑设计验证与调试工作。而新兴协议、调制方式与信道场景正驱动下一代基带生成与分析方案的发展，以推进射频设计调试测试的演进。

信号仿真的局限性和宽带解决方案

传统射频信号源通常可在约150MHz的带宽范围内进行信号仿真，这一带宽限制与同类设备的符号率限制相互匹配。以SSG5000X-V标准型号为例，其最大符号率为60MSymbols/s。尽管信号开发软件（如SigIQPro）支持直接导入、创建信号并传输至仪器，但此类带宽与符号率限制仍会对可仿真的信号类型形成约束。

如图1与图2所示，在5GHz载波上以40MSymbols/s速率传输的标准64QAM测试信号（含伪随机数据），可通过不同信号发生器评估误差矢量幅度（EVM）。通过采用同一台分析仪测量两种信号，可有效减少频率精度、校准后时间及相位噪声等因素对EVM测量的影响。特别地，IQ基带发生器的采样率与带宽对信号完整性具有显著影响：图1展示了SSG5000X-V型号的测试结果，其EVM为3.14% RMS；而图2展示的SSG6082A-V型号的EVM则优化至1.75% RMS。

在涵盖W-CDMA、LTE、GSM、EDGE、QAM、QPSK及CDMA2000等标准规定的典型IQ信号EVM测试中，SSG6082A-V的误差指标仅为SSG5000X-V的1/3至2/3。

在基带发生器中，采样速率与带宽限制引入的误差会直接影响干扰分析、噪声仿真、多音信号及信道建模等应用场景。以加性白高斯噪声（AWGN）为例，其有效注入范围直接受制于信号带宽。IQ带宽决定了噪声的最大频谱宽度，而基带采样率需至少满足奈奎斯特采样定理，以确保能够完整生成该带宽内的噪声信号。

在处理复杂干扰信号时，往往需要多信道内的多音信号或IQ信号，这对先进的采样与存储能力提出了明确要求。对于此类应用场景，除采样率外，基带采样存储器的性能同样需要重点考虑。借助更长的任意重放功能，搭配更高的采样率，可构建时长更久、动态范围更大的信号。以SSG6082A-V为例，其能够处理超过2G采样点的基带信号，这一存储容量通常是标准IQ发生器内存的10倍以上。该设备最多可同时生成65,536个多频点信号，如图3所示，在4GHz载波上以5MHz间隔生成的100个频点信号即为例证。

在Wi-Fi干扰测试场景中，通常需要在信道内注入标准化有源信号，以实现对信道切换机制和吞吐量性能的监控。如图4所示，高带宽、高符号率与高存储深度的技术组合具备独特优势，可将多个独立波形的信道信号合成单一测试模式。

在射频测试领域，部分协议对宽带调制提出明确需求。传统LTE信号通常采用20MHz信道，而新型5G NR信道带宽达100MHz，Wi-Fi 7的802.11be信号更可支持最高320MHz的带宽。SSG6082A-V能够以更高符号率生成包含1024QAM等标准调制方式的复杂信号，其设计目标直接指向数据密集型应用的吞吐量提升。

事实上，将带宽扩展、符号率提升与高阶调制（每符号比特数增加）相结合，已成为提升吞吐量的核心技术路径。误差矢量幅度（EVM）、误码率（BER）及数据吞吐量等指标，可有效表征带宽资源的利用效率。

综上所述，SSG6082A-V能够在真实场景中实现定制化高性能信号评估，通过提升测量精度与信号保真度，为带宽资源利用效率提供更全面的评估能力。

实时分析和数字解调

与射频信号源功能的持续拓展类似，信号分析仪的测量速度与精度也在同步提升，具体体现为更高的测量保真度和更宽的分析带宽。

实时频谱技术通过对时域样本序列进行高速傅里叶变换（FFT）生成频域数据，能够动态捕捉射频信号的瞬态变化。其中，100%截获概率时间（Probability of Intercept, POI）是核心指标之一，其定义为：保证频谱分析仪以100%概率观测并准确测量信号所需的最小持续时间。以某实时频谱分析仪为例，若其POI为10微秒，则持续时间≥10微秒的信号可被100%捕获并精确测量幅度等参数；而短于10微秒的信号虽可能被捕获，但无法保证满幅度可视化及精准测量。

如图1和图2所示，SHA862A等仪器除了显示解调视图外，还能生成110MHz的实时带宽视图。更宽的分析带宽与更高、更精确的采样，可以更好地评估传输信号。

使用高速数字示波器作为信号分析的主体，可以获得甚至更高的分析带宽。SDS7000A系列示波器具有可以在12位采样、每秒20GSa采样点的情况下提供高达8GHz的带宽。

如图5所示，借助示波器的实时频谱分析功能，可通过高分辨率示波器观测射频空间中的信道，结合数字下变频技术可开展额外分析。借此可从载波中提取IQ数据，并通过高速采样实现复杂宽带波形的解调。

以图6所示的5G NR信号为例，可对其进行EVM分析。数字下变频技术可降低模数转换过程中可能引入的系统误差。通过比特级验证及时间-频谱维度的错误向量分析，可直观呈现结果，助力调试与故障分析。此外，还可开展更高级别的定制协议验证测试，如信道测量和线路损耗测试等。

总结

在射频领域中，采样率与符号率的提升、存储深度的增加以及整体信号保真度的优化，显著体现了IQ基带生成与分析能力的进步。这些数字技术的发展，与射频模拟设计中持续拓展的分析带宽及更高频率的载波设计相互结合，为基于最新通信协议、调制方式及信道场景的射频测试提供了坚实基础。通过简化高吞吐量、高信号保真度的仿真与分析流程，上述技术协同推动了射频设计与调试效率的提升。

图1：SSG5000X的64QAM，采样率40MSa/s。

图2：SSG6082A-V的64QAM，采样率40MSa/s。

图3：5MHz的100个音调。

图4：同时在多个通道中显示IQ信号。

图5：高分辨率示波器的宽带实时可视化。

图6：SigVSA嵌入式示波器射频分析软件。