隨著通信技術(shù)的發(fā)展，除了上一期所述的一些多調(diào)制信號(hào)以外，雷達(dá)通信所面臨的環(huán)境也越來越復(fù)雜。從之前的發(fā)射和接收簡(jiǎn)單脈沖信號(hào)的雷達(dá)，到使用線性調(diào)頻信號(hào)的雷達(dá)，抗干擾能力逐漸成為雷達(dá)信號(hào)研究的重點(diǎn)。為了提高抗干擾和電子對(duì)抗能力，隨機(jī)跳頻信號(hào)以及脈內(nèi)相位編碼信號(hào)近年來開始投入了應(yīng)用。但是如何對(duì)隨機(jī)跳頻信號(hào)的脈內(nèi)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)也是成為了一個(gè)難題。本文將介紹使用R&S頻譜儀的MSRA(Multi-Standard Radio Analyzer)功能，對(duì)上一期的多調(diào)制信號(hào)以及帶有脈內(nèi)調(diào)制的隨機(jī)跳頻雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。該模式具有多個(gè)測(cè)試模式之間聯(lián)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，從而可以進(jìn)行一般信號(hào)分析儀無法達(dá)成的測(cè)試。

PART 01

多調(diào)制信號(hào)的解調(diào)

在上一期中，我們了解了如何使用K70M選件進(jìn)行多調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。本期中，我們將使用另外一種不借助K70M選件的方法,來對(duì)同樣信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

在R&S FSW型號(hào)的頻譜儀上，標(biāo)配有MSRA(Multi-Standard Radio Analyzer)測(cè)量模式。與普通的模式不同的是，在這種模式下，儀器會(huì)采集一段信號(hào)對(duì)應(yīng)的IQ數(shù)據(jù)，之后，該模式中的所有其他分析窗口（如VSA，pulse等）會(huì)對(duì)采集的該段IQ數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。并且在各個(gè)分析窗口中，時(shí)間上是同步的（普通模式下各個(gè)channel是分時(shí)進(jìn)行的）。因此，解調(diào)多調(diào)制信號(hào)時(shí)，可以利用這個(gè)特點(diǎn)，對(duì)同一段波形分別使用不同的VSA窗口來解調(diào)不同調(diào)制方式的信號(hào)，一個(gè)VSA窗口解調(diào)Pilot部分幫助定位，另外一個(gè)VSA窗口借助該定位進(jìn)行Payload部分的解調(diào)。

以下進(jìn)行多調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。與上一期一樣，使用信號(hào)源發(fā)出制作好的波形，發(fā)送至頻譜儀，修改中心頻率為1GHz。參考電平切換至合適的值。

點(diǎn)擊實(shí)體按鍵mode按鈕，選擇Multi-Standard Radio Analyzer選項(xiàng)卡，切換至MSRA模式。

在測(cè)試模式中選擇MSRA模式

進(jìn)入MSRA的主界面后，除了設(shè)置中心頻率和參考電平，還需要點(diǎn)擊data acquisition，在這里設(shè)置sample rate和meas time，后續(xù)所有測(cè)試界面中的sample rate和meas time都不能超過此時(shí)設(shè)置的值。在本例中默認(rèn)的設(shè)置范圍已經(jīng)足夠，因此不需要單獨(dú)進(jìn)行修改。

MSRA模式中數(shù)據(jù)獲取的配置界面

點(diǎn)擊mode，打開兩個(gè)VSA窗口。分別分析QPSK調(diào)制的Pilot和16QAM調(diào)制 的Payload。第一個(gè)VSA中，signal description菜單里設(shè)置調(diào)制方式為QPSK，同時(shí)勾選pattern。

VSA1中的信號(hào)配置

同樣，修改signal capture length為2000symbol。與使用K70M時(shí)的設(shè)置不同，這種模式下，range setting中的result length設(shè)置為40sym（因?yàn)镼PSK的Pilot長(zhǎng)度只有40），可以得到如下結(jié)果：

VSA1中配置完pattern的解調(diào)結(jié)果

此時(shí)，對(duì)于Pilot解調(diào)的EVM很差，星座圖也比較亂。因?yàn)閮x表默認(rèn)是將同步的8個(gè)pattern放在了捕獲信號(hào)的中間，而實(shí)際上這8個(gè)pattern的位置是symbol的9-16位。因此默認(rèn)設(shè)置下會(huì)導(dǎo)致捕獲了16QAM的信號(hào)而惡化EVM。

在result range菜單下設(shè)置alignment為left，同時(shí)offset設(shè)置-8，表示在pattern的前面還有8位symbol，如下圖所示。這樣我們就可以通過pattern同步來成功捕獲到完整的QPSK信號(hào)。

由于pattern的位置，需要在分析結(jié)果中設(shè)置偏移以準(zhǔn)確的找到所有的pilot

此時(shí)解調(diào)結(jié)果的星座圖正常，而且如右下角所示，pattern也在40位symbol的第9-16位。

置完偏移后，VSA1的EVM解調(diào)正常

如上圖所示，此時(shí)Pilot部分解調(diào)成功。我們接下來需要對(duì)VSA2進(jìn)行設(shè)置，VSA2中信號(hào)描述設(shè)置為16QAM，不需要勾選pattern。

VSA2中的信號(hào)解調(diào)設(shè)置

修改signal capture length為2000。另外，range setting菜單下的result length需要設(shè)置為960sym（因?yàn)?6QAM信號(hào)的長(zhǎng)度只有960symbol），可以得到如下結(jié)果：

僅設(shè)置完信號(hào)調(diào)制方式之后的解調(diào)結(jié)果

此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)EVM較差，解調(diào)并未成功，因?yàn)槟壳皟x表無法準(zhǔn)確定位信號(hào)中的16QAM部分。在MSRA模式下，所有VSA的采集時(shí)間都是同步的，因此我們需要借助VSA1中的pattern來定位時(shí)間。根據(jù)VSA1的時(shí)間來修改VSA2中分析的時(shí)間段，從而準(zhǔn)確定位并解調(diào)出16QAM信號(hào)。

示例信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)中，16QAM信號(hào)是緊跟著pattern信號(hào)的，中間沒有間隔。因此，通過觀察VSA1中信號(hào)結(jié)束的時(shí)間，可以得知在本次采集中16QAM信號(hào)開始的時(shí)間。

由VSA1解調(diào)的pilot部分獲得payload的起始時(shí)間信息

如上圖，在2000個(gè)symbol的采集中得到了兩個(gè)pattern，我們對(duì)靠前的一個(gè)pattern進(jìn)行分析（選取方法點(diǎn)擊sweep，選擇select result rng #2，將其改為1定位至第一段），因?yàn)榈谝粋€(gè)pattern后面才會(huì)有一個(gè)完整的960symbol長(zhǎng)度的Payload部分。

如上圖紅框所示，Pilot的測(cè)量時(shí)間為444-484us。因此在VSA2中，需要從484us開始對(duì)后面的960個(gè)symbol進(jìn)行分析，從而得出16QAM調(diào)制信號(hào)的解調(diào)結(jié)果。在VSA2中，點(diǎn)擊range settings，通過offset項(xiàng)可以修改采集的起始時(shí)間。本例中符號(hào)率為1Msym/s，因此1個(gè)symbol對(duì)應(yīng)的時(shí)間為1us，那么484us對(duì)應(yīng)484個(gè)symbol，將offset設(shè)置為484。

根據(jù)VSA1獲得的起始時(shí)間信息，在VSA2中的結(jié)果設(shè)置合適的偏移

此時(shí)結(jié)果如下：

設(shè)置完偏移之后的payload部分的解調(diào)結(jié)果

如紅框所示，此時(shí)的分析時(shí)間已經(jīng)改好，EVM和星座圖都正常。至此，多調(diào)制信號(hào)的解調(diào)完成。

PART 02

跳頻信號(hào)的EVM測(cè)量

在雷達(dá)通信中，經(jīng)常會(huì)使用到跳頻信號(hào)。而有一些跳頻信號(hào)的脈內(nèi)也會(huì)有一些矢量調(diào)制信號(hào)，在測(cè)試中，我們經(jīng)常希望對(duì)這些跳頻信號(hào)脈內(nèi)的矢量調(diào)制信號(hào)的EVM進(jìn)行測(cè)量。

但是，在跳頻信號(hào)中，信號(hào)的中心頻率是一直在變化的，甚至在隨機(jī)跳頻信號(hào)中，我們無法事先得知其確切的中心頻率，這就給使用矢量信號(hào)分析（K70）選件測(cè)試EVM帶來了困難（因?yàn)槭噶拷庹{(diào)的前提是需要知道其中心頻率）。

在MSRA模式中，我們可以借助K60H跳頻分析選件，對(duì)捕獲到的信號(hào)測(cè)量出每一段跳頻的頻率以及其開始的時(shí)間。之后，我們可以帶著這些信息在K70矢量信號(hào)分析選件中進(jìn)行準(zhǔn)確的解調(diào)。以下為操作步驟。

01 信號(hào)產(chǎn)生

首先，我們需要借助pulse sequencer產(chǎn)生一段帶有脈內(nèi)矢量調(diào)制的跳頻信號(hào)。

關(guān)于pulse sequence：

Pulse Sequencer 軟件是R&S 公司針對(duì)雷達(dá)與電子對(duì)抗應(yīng)用推出的脈沖波形生成軟件，該軟件與R&S 矢量信號(hào)發(fā)生器結(jié)合為用戶提供了極具吸引力的雷達(dá)信號(hào)與復(fù)雜電磁環(huán)境模擬解決方案。該軟件即支持簡(jiǎn)單的脈沖串場(chǎng)景，也可生成具有到達(dá)角 (AoA) 的高難度測(cè)向場(chǎng)景，支持包含地圖和多個(gè)移動(dòng)發(fā)射機(jī)平臺(tái)的真實(shí)場(chǎng)景。需要詳細(xì)了解可以咨詢R&S技術(shù)人員）

Pulse sequencer脈內(nèi)調(diào)制設(shè)置

在pulse sequencer中設(shè)置脈內(nèi)調(diào)制方式為QPSK，同時(shí)為了計(jì)算方便，符號(hào)率設(shè)置為1MHz，濾波器選擇跟余弦，滾降系數(shù)為0.2。

脈沖信號(hào)周期

將脈沖周期與脈寬都設(shè)置為100us，這樣就可以制作稱為連續(xù)跳頻信號(hào)。最后，我們?cè)O(shè)置脈間調(diào)制的頻率偏移：

隨機(jī)跳頻的偏移頻點(diǎn)列表

設(shè)置頻率參數(shù)為列表隨機(jī)，按上圖這樣應(yīng)用之后，我們就可以得到9個(gè)中心頻率的跳頻狀態(tài)的信號(hào)，并且這9個(gè)狀態(tài)是隨機(jī)出現(xiàn)的，可以用來模擬實(shí)際場(chǎng)景中的隨機(jī)跳頻信號(hào)。

將制作完成的波形拷貝至裝有K300選件的信號(hào)源，之后，與上一個(gè)例子一樣，在baseband里選擇ARB選項(xiàng)進(jìn)行播放。

02 信號(hào)分析

將信號(hào)源連接至FSW頻譜儀，開啟FSW的MSRA模式，設(shè)置信號(hào)源和頻譜儀的中心頻率一致，本例中均為1GHz。上述波形中，跳頻的帶寬大概是±10MHz。因此，在FSW上，設(shè)置分析帶寬（ABW）大于20MHz即可，本例中我們?cè)O(shè)置為80MHz。

測(cè)試時(shí)間（meas time）設(shè)置為1ms，這樣捕獲下來的信號(hào)一共有1000個(gè)symbol。

MSRA模式數(shù)據(jù)捕獲設(shè)置

設(shè)置完成之后，點(diǎn)擊mode實(shí)體按鍵，選擇瞬態(tài)測(cè)試（Transient Analysis）選件，在這個(gè)窗口下，我們需要借助瞬態(tài)測(cè)試選件幫助我們對(duì)跳頻信號(hào)的中心頻率以及起始時(shí)間進(jìn)行分析。

點(diǎn)擊measconfig實(shí)體按鍵，然后在右側(cè)點(diǎn)擊DataAcquisition，對(duì)瞬態(tài)測(cè)試的捕獲帶寬和時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，在本例中，我們可以把捕獲帶寬和分析帶寬都設(shè)置為20MHz，捕獲時(shí)間設(shè)置為1ms

K60選件數(shù)據(jù)捕獲設(shè)置

由于測(cè)試信號(hào)的脈內(nèi)為QPSK調(diào)制，并且符號(hào)率為1MHz，因此，脈內(nèi)的信號(hào)是一個(gè)寬帶信號(hào)，可能會(huì)影響FSW的判斷。

點(diǎn)擊BW實(shí)體按鍵，將FM Video BW設(shè)置為3%，這樣可以濾除調(diào)脈內(nèi)的抖動(dòng)，從而更好的進(jìn)行跳頻信號(hào)的測(cè)試：

設(shè)置3%的FM VBW，以更好的尋找中心頻率

設(shè)置完瞬態(tài)測(cè)試的界面之后，點(diǎn)擊實(shí)體按鍵mode，選擇矢量信號(hào)分析功能（VSA）。在VSA界面中，設(shè)置中心頻率為1GHz，之后，點(diǎn)擊meas config實(shí)體按鍵，在signal description中設(shè)置好矢量信號(hào)的調(diào)制方式，符號(hào)率和濾波器，與制作信號(hào)時(shí)的參數(shù)保持一致：

VSA選件信號(hào)解調(diào)設(shè)置

之后，點(diǎn)擊signal capture，更改捕獲的長(zhǎng)度為1000sym（默認(rèn)為8000），與之前設(shè)置的捕獲時(shí)間保持一致，如下圖所示：

信號(hào)捕獲長(zhǎng)度設(shè)置

設(shè)置完兩個(gè)界面的參數(shù)之后，回到瞬態(tài)測(cè)試（Transient Analysis）界面，點(diǎn)擊run single，可以看見儀表采集了一段數(shù)據(jù)并且顯示出了參數(shù)。

我們對(duì)第一段完整的跳頻信號(hào)（黃框）進(jìn)行分析，通過下方的表格，我們可以得知，這段信號(hào)的起始時(shí)間為0.073ms，頻率偏移為-5000kHz。有了這兩個(gè)數(shù)據(jù)，我們可以在矢量信號(hào)分析功能中，通過修改中心頻率和分析范圍來對(duì)這一段信號(hào)進(jìn)行EVM的測(cè)試。

在K60瞬態(tài)測(cè)試界面獲得跳頻信號(hào)的中心頻率、起始時(shí)間等信息

打開VSA界面，修改中心頻率為1GHz-5000kHz=995MHz

修改VSA界面中的中心頻率

點(diǎn)擊meas config實(shí)體按鍵，在result range里修改分析的范圍和偏移的符號(hào)數(shù)。

由于信號(hào)的符號(hào)率為1MHz，并且在瞬態(tài)測(cè)試中我們得知信號(hào)從0.073ms開始，因此這一段跳頻信號(hào)是從第73個(gè)symbol開始的，持續(xù)100個(gè)symbol。在實(shí)際運(yùn)用中為了減小頻率和相位跳變的干擾，往往會(huì)舍棄信號(hào)的開頭和末尾的一部分內(nèi)容，本例中我們舍棄前后各5個(gè)symbol，也就是從第78個(gè)symbol開始分析90個(gè)symbol。

設(shè)置result range為90，offset設(shè)置為78，如下圖所示：

舍去前后各5個(gè)不穩(wěn)定的symbol，對(duì)中間90個(gè)symbol進(jìn)行分析

設(shè)置完之后，還需要點(diǎn)擊sweep實(shí)體按鍵，點(diǎn)擊refresh，這個(gè)功能的作用是根據(jù)剛才設(shè)置的頻率、結(jié)果長(zhǎng)度等參數(shù)對(duì)同一段信號(hào)重新進(jìn)行分析（不會(huì)采集新的信號(hào)）。之后，將Select Result Rng改為1

對(duì)捕獲到信號(hào)進(jìn)行refresh操作，根據(jù)新設(shè)置的參數(shù)對(duì)同一段信號(hào)重新分析

設(shè)置完成之后，如下圖所示，此時(shí)的分析時(shí)間已經(jīng)改好（78us-168us）.右下的窗口中，藍(lán)框顯示的分析范圍正常，EVM和星座圖都正常，至此，跳頻信號(hào)的EVM解調(diào)已經(jīng)完成。

根據(jù)瞬態(tài)測(cè)試得到的中心頻率和起始時(shí)間修改參數(shù)之后重新進(jìn)行解調(diào)測(cè)試

如果需要對(duì)后面的幾段信號(hào)進(jìn)行分析，只需要根據(jù)瞬態(tài)測(cè)試的結(jié)果修改中心頻率和偏移的符號(hào)數(shù)即可。如下圖所示，以第二段完整跳頻信號(hào)為例。

對(duì)第二段跳頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)測(cè)試，主要需要重新設(shè)置中心頻率和起始時(shí)間

總結(jié)

由上述的兩個(gè)測(cè)試示例可以發(fā)現(xiàn)，使用MSRA功能進(jìn)行測(cè)試時(shí)具有以下特點(diǎn)：

1、可以不借助K70M選件進(jìn)行多調(diào)制方式信號(hào)的解調(diào)，但是需要單次采集之后通過修改分析時(shí)間段來進(jìn)行解調(diào)。

2、通過MSRA模式可以實(shí)現(xiàn)不同測(cè)試模式之間的聯(lián)動(dòng)，不僅僅是文中提到的瞬態(tài)測(cè)試和矢量信號(hào)解調(diào)測(cè)試，還支持脈沖測(cè)試、模擬解調(diào)測(cè)試以及5G NR、OFDM等通信測(cè)試模式。通過以上多種測(cè)試模式之間的聯(lián)動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中可以測(cè)量出普通頻譜儀無法測(cè)試的一些參數(shù)。

審核編輯：劉清