射频技术秘籍 - 射频技术升级

作为一名工程师，你需要充分发挥射频技术的效率。用户体验非常关键，用户期望也很高。那么，如何充分发挥射频技术的效率呢？

如今，市场对无线数据的需求越来越大，数据用户数量也在增加，但可用频谱有限。您可以使用复杂的协议和物理层来提高频谱效率，以应对用户数量的增长。然而，随着无线设备的增加，射频工程师肯定会遇到干扰问题，这将成为一个日益严峻的挑战。

由于各种干扰、电池功率限制和各种标准和不断变化的监管规定，传输如此庞大的数据并不容易，但你可以做到。在用户看来，这就像一个魔法。接下来，您将了解如何充分发挥射频收发信机的效率。

射频测试使梦想成为现实的无线测试对于丰富多样、数量不断增加的互联网技术至关重要。

那您如何查明收发信机是否正常工作呢？您必须进行测试，以验证当今复杂的调制方案是否正常工作，是否与其它调制方案共存。对于互联技术来说，无线测试是非常重要的。当然，这个测试很复杂。测试必须准确、可靠、高效，测试结果应在不同地点、不同开发阶段和收发信机框图中一致、可重复。测试设置和测试算法非常重要。尽快发现问题对于满足开发成本目标，抓住市场机遇至关重要。

许多商业无线物理层遵循相同的性能标准，以确保制造商产品之间的可操作性。这些无线标准非常复杂，并且仍在发展中。虽然充满了挑战，但你必须不断努力满足最新标准的要求。测试工具必须在可靠的测量专业技术的基础上精心制作，以便您能够专注于项目的实施，以充分探索先进射频技术的效率。

射频技术秘籍 1 - 射频频谱和功率

在合适的时间使用合适的功率

射频功率非常关键。如果功率过高或过低，或在错误的时间发生射频功率，收发信机的效率将降低，甚至无效或无法工作。射频功率决定了信号可以发射的距离，对电池的使用寿命也有很大的影响。因此，合理使用射频功率是关键。

监管法规和标准要求限制可发射的最大功率，但射频技术仍有很大的发挥潜力的空间。

为了有效地共享有限的频谱，大多数数字调制信号在一定程度上进行了脉冲处理或帧处理。此外，为了支持接收器的同步和平衡，功率经常在单个猝发脉冲或帧中发生变化。

这方面的例子包括前导序列或训练序列，或在使用时重复使用。因此，测量射频功率的时间非常重要。此外，无线系统中的许多射频信号与噪声相似，因此功率必须在一定程度上平均分布，并在整个频段或信道中测量。

实施射频功率测量的时机 非常重要 www.xilukeji.com：包含 8 个时隙的 TDMA 在本例中，标准信号(为 G ** ）；时隙 图 www.xilukeji.com：选择查看使用时间 G ** 时隙 3 的频谱。

由于信号结构复杂，需要严格按照无线标准测量射频功率。射频功率测量可以从载波群、调制类型或在训练序列上触发等具体方面进行规定。在某些射频功率测量中，时间选择必须与帧前导码中的特定符号或帧数据中的符号一致。此时，选择频谱测量非常重要，因为选择游标只能选择帧的指定部分进行分析，而不能分析其余部分。同样，频段功率游标可以隔离频域中的信号，通常是隔离单个信号、信号某一部分或特定频段的功率。频率扫描和测量方法可能非常复杂，手动设置越来越困难。

图 www.xilukeji.com：当配置包含在现代无线系统中时 ACLR 由于使用了非连续载波聚合，因此 ACPR/ACLR 测量设置可能非常复杂。

使用符合标准的测量应用程序是满足标准或惯例要求，确保测量顺利完成的可靠一致的方法。

图 www.xilukeji.com：LTE 通过后期处理重叠连续信号采集结果获得信号频谱图。符号之间转换点的频谱扩展可以看到符号顺序和子载波的变化，而无需调整符号。

尽管如此复杂，我们最终还是可以使用射频信号。查看系统中的信号(如 LO）真正可靠的功率计可能是您使用的第一个工具。接下来，您需要使用信号分析仪来测量一系列基本频功率测量（如失真度测量和信道功率测量），以及更复杂的特定标准射频功率测量。如果在射频系统中有其他信号来测量小信号，信号分析仪也可以发挥重要作用。这种情况可能是由许多因素引起的。在有干扰或噪音的情况下，您可能需要尝试测量信号。常见的例子是在多个信道中测量某个信道。信号分析其它信号和宽带噪声，信号分析仪可以让你看到更接近本底噪声的信号。当您尝试测量相同频率范围内相对较小的信号时，您需要一个信号分析仪。

图 www.xilukeji.com：许多功率计可以选择时间参数来测量不同时间点的功率。这是利用猝发脉冲平均功率设置 LTE 测量信号的子帧。

正确实施射频功率测量的关键步骤

1. 首先，应选择与信号源对应的高精度、频率范围的功率计。使用可交换的功率传感器，使功率计具有特别宽的频率范围，同时保持良好的阻抗匹配，从而提高测量精度。选择能够测量峰值功率的功率计与功率传感器，以测量信号的特性、动态参数、热现象或电源相关效应。

2. 使用信号分析仪进行频率选择性测量。首先进行基本的射频测量，如失真度测量和信道功率测量。然后进行特定标准的射频功率测量，以进行选择频谱和频段功率测量。选择具有这些测量功能（通用射频功率测量软件或特定标准测量软件）的信号分析仪。

此外，脉冲信号可能存在瞬态效应和漂移问题，特别是在高频射频和微波系统中，物理设备的尺寸通常较小，因此热时间常数也较短。瞬态效应对使用数字预失真技术的系统也非常重要。在这些情况下，矢量、解调和信号记录/回放工具可能非常有用。

射频技术秘籍 2 - 射频干扰

射频干扰无处不在

今天的无线收发信机面临着无处不在的射频干扰。只有可靠地传输数据才能满足用户；了解各种干扰对于传输数据非常重要。

干扰是不可避免的。特别是在工业、科学和医疗等免许频谱中（I ** ）频带，都会遇到干扰。自相干扰的可能性也值得关注，因为一个设备中有多个无线设备。作为一名工程师，你的工作是开发一个高质量的收发信机，它可以抵抗无处不在的干扰，并始终可靠。因此，你需要了解各种干扰并做出合理的反应。这可能意味着找出并消除干扰。这也可能意味着选择一种可以抵抗大多数常见干扰的调制方案和相关协议。

图 www.xilukeji.com：本频谱图显示信号概况及其间隔 26 ms 的 www.xilukeji.com GHz I ** 频段的特性。这种高度重叠的实时测量提供了 WLAN 猝发脉冲、Bluetooth® 微波炉泄漏的跳频和详细视图。

由于干扰无处不在，行业设计发明了多种方法，使射频收发信机能够抵抗各种类型的干扰，确保始终可靠。当干扰导致传输中断时，可以保证数据吞吐量。OFDM 由于能有效抵抗窄带干扰，跳频扩频等调制方案能很好地适应噪声较大的频谱环境。这种抗干扰技能是射频工程师必须掌握的绝招。

图 www.xilukeji.com：五载波 LTE-Advanced 信号的实时频谱测量也显示了带内外的干扰。

为了保证数据流，您需要了解发射机的抗干扰性能和接收机的响应性能。在开发能够在实际应用中正常工作的收发信机时，产生干扰信号是一个重要方面。您需要考虑持续干扰和随时间变化的干扰，以确保开发可靠的收发信机。

图 www.xilukeji.com：采用与扫描频谱分析方法相同的设置，实时密度显示视图可以快速显示该频段的频谱占用细节。

为了探索不同类型干扰的影响，您需要一套完整的工具。首先，您需要充分了解干扰和收发信机的性能，以避免意外干扰，最终让用户失望。某些类型的干扰难以捕捉或间歇性。在这种情况下，使用频谱图显示、快速扫描和实时频谱分析（RTSA）而且记录/回放功能会极其明智。

图 www.xilukeji.com：实时数据的频谱图显示时间信息而不是密度信息，从而更清楚地显示随时间变化的信号特征。

检测干扰的关键步骤

1. 真实信号是通过复杂的调制和复杂的协议生成的 — 它还包括标准信号和干扰信号。射频信号发生器可以取代振荡器和合成器，产生各种连续波，调制干扰信号和锁定信号。选择具有以下特性的信号发生器：生成标准信号；内置任何波形发生器、深存储器和宽调制带宽。

2. 分析干扰信号：无论是内部干扰还是被测设备（DUT）外部干扰。选择快速扫描、频谱图显示和 RTSA 提高发现干扰信号的能力的功能信号分析仪。若信号分析仪能升级，必要时可添加新功能。

3. 使用信号记录/回放功能。您可以连续测量信号，不断更新测量结果，或者使用后处理模式来处理和分析通过实时采集操作连续记录的数据。实时采集和后处理的一个优点是，不同的中心频率和扫宽可以重新测量采集的数据，而无需重新记录。

利用自己的系统知识来总结数据，从而更全面地了解被测设备需要抵抗的干扰。

电磁干扰预兼容： 尽快和定期测试

电磁干扰（EMI）是一种特定类型的干扰，自成一类。最好尽快了解 EMI 特点，以便在进行故障诊断和优化时，对可能发生的情况有一个清晰的认识。定期测试可以尝试发现各种可能的问题，今天的测试工具可以帮助您更早、更好地进行电磁干扰兼容性测试。电磁兼容性（EMC）认证是开发过程中的一个环节，但认证测试结果并非意外。

图 www.xilukeji.com：进行 EMI 在测量时，通常需要扫描和搜索超出限制的信号。射频技术秘密 3 - 测量调制和调制分析

以更快的速度传输更多的数据

在互联网世界中，核心目标是以更快的速度传输更多的数据。 客户希望一直扩大信道容量，以便为越来越多需要大量数据的用户提供他们需要的内容。在这方面，该行业正在取得许多神奇的进步。

在某些情况下，您可以转移到使用频率更高的频率，这更容易获得连续频谱。但在大多数情况下，你必须更充分地探索当前可用频谱的潜力。如今，调制技术越来越成熟，可以在干扰和频段拥塞的情况下可靠地传输大量数据。更密集的星座，更近的载波间隔，更复杂的调制或多路复用方案和扩容措施(如 MIMO）等等，这些创新方法现在越来越普遍，我们正在利用它们来探索固定数量信道的潜力。多址接入正交频（OFDMA）技术可以与所有这些元素兼容并开始 www.xilukeji.com WLAN 蜂窝通信标准很流行。

增加数据吞吐量是先进调制方案的重要优势，但不是唯一的优势。每次传输猝发脉冲时携带的数据越多，功耗和频谱效率就越高。最后，通过猝发脉冲发送的数据越多，发射机工作时间就越短。这意味着占用信道的时间越短，但电池功耗也越快。

调节质量是一个关键指标；它表示信机的理解能力和被理解能力。

更复杂的调制方案的优点非常明显；但在设计考虑和优化方面需要一些平衡。这需要一些算术操作和一个足够强大的处理器。幸运的是，现代处理器结构足够紧凑，足够强大，足够节能，可以在手持设备中进行大量的处理。

调制质量是收发信机的关键指标；它反映了收发信机的理解能力和被理解能力。随着调制方案的日益密集和复杂，对设备调制质量的评价肯定会变得更加复杂。如今，许多调制质量的测量都与时间有关，可能只需要在特定的时间内进行测量，例如只在数据传输或训练序列中进行测量。了解您实施的无线标准需要什么样的调制质量测量将非常重要。但这些测量设置往往并不简单。在许多情况下，无线标准更为复杂，因此很难甚至不可能手动设置这些调制质量测量。这些测量应用软件是一项巨大的资产，可以提前配置并验证。

图 www.xilukeji.com：这些测量应用软件可以提供复合多测量显示，帮助您更全面地了解信号质量和特性。 LTE 测量结果屏幕快照中包含星座图、检测到的分配、帧摘要以及总体误差摘要。为了便于优化和故障诊断，测量根据信道类型进行了颜色编码。

对于所有多载波调制类型，误差矢量频谱和误差矢量时间测量均非常有用，并且深受关注。游标耦合是一种进行故障诊断的强大功能，但经常被忽视。使用游标耦合，通常的做法是确定具有异常误差量的信号，然后把游标放到它上面，再把其他测量迹线中的游标与它耦合。这样， 就可以将误差峰值与星座点、幅度值、特定子载波或特殊符号时间关联起来。

图 www.xilukeji.com：Keysight 微信VSA 软件的频域和时域测量结果组合显示，其中包括带宽游标和猝发脉冲长度游标。下方迹线是信号的对数标度幅度或射频包络，包括垂直选通游标。使用该游标，可以选择指定的时间记录部分，根据该部分计算上方迹线中的频谱。时域迹线还表明所测量的帧比其他帧短。

微信VSA 软件

测量调制质量的关键步骤

1. 首先从频率和时间测量开始，了解相应的基本知识。大部分信号分析仪都无法可靠地解调符号率或带宽错误、频率误差较大、信噪比较差或组帧/时序不当的信号。虽然有时候直接跳到调制质量测量确实很吸引人，但是最好还是要从频谱和射频包络分析开始。验证信号中心频率、带宽和信噪比，以及任何其他时域和频域参数是否符合您的无线标准。

2. 基本的数字调制分析能让您了解元器件或系统的调制质量，并确认是否符合标准。基本数字解调中最常用的显示是：星座图、调制质量汇总表、所传输符号的列表，以及一条或多条指示调制误差的迹线。根据此信息，再结合自己对系统的了解，您可以更清楚地找到产生误差的机制或潜在原因。

3. 先进的数字调制分析是故障诊断必不可少的一个环节。在很多情况下，这些先进方法都是旨在对信号的特定部分或特定方面进行针对性分析，再将不同测量结果关联起来，最终确定问题原因。例如，针对特定载波或载波组的分析，可以隔离频段边缘特定频率的问题，便于比较导频载波和数据载波。特定符号分析通过有意更改符号与脉冲之间的调制类型、间歇性或周期性误码源，最终隔离可能的误差。其他误差源可能包括射频开/关切换、电源、稳定或热效应。

数字解调/调制分析取决于算法，而不同的算法可能对受损害信号产生不同的结果。在整个产品开发过程中使用一致的算法，能够减小这种影响，从而防止浪费时间。

图 www.xilukeji.com：基本解调结果的典型 4 迹线显示包括一幅星座图、一个误差汇总表，以及一条表示误差随时间和/或频率变化的迹线。该星座图是由多个符号、子载波和调制类型分层叠加而成的复合星座图。射频技术秘籍 4 - 功耗 - 了解静态功耗对于实现长使用寿命至关重要

您可以获得的最长电池使用寿命

很多射频器件都是便携式器件，这意味着它们是由电池供电的。现代的便携式器件一般由可充电电池供电，但是某些专用器件，例如很多 IoT 产品，可能仍在使用传统的原电池。用户希望其器件能够有足够长的充电间隔时间。用户一直都希望电池使用寿命尽可能长。低功率和超低功率器件的功耗、效率以及信号质量的优化面临着多方面的挑战。

电池、电源或电源转换器的限制需要工程师在即时功率、总功率和射频性能之间做出权衡。在不断变化的消费类产品市场上，这些权衡无论是在功能方面还是竞争方面都非常 重要。

工作期间的低功耗是一项基本要求，其他由电池供电的器件也是如此。但是，对于射频工程师（特别是设计 IoT 及类似器件的工程师）而言，由于要实现超低功率静止模式以进一步延长电池使用寿命，因此还面临着其他一些挑战。要想实现较长的充电或电池更换周期，以及管理睡眠状态和工作状态之间的转换，了解静态功耗至关重要。

图 www.xilukeji.com：示波器视图（上）中显示了 30 ms 的电流消耗动态，数据记录仪视图（下）中显示了 30 s 的电流消耗动态。此类测量有助于更全面地了解器件或子系统的真实功率需求。后期发现的细微问题或瞬变问题可能 在现实应用中造成严重的后果。

务必要尽早了解电池限制对设备的影响，以免将来出现性能问题，到时会更难解决。电源容量、电池使用寿命和电池尺寸是三个重要考量因素。后期发现的微妙问题或瞬变问题可能在现实应用中造成严重的后果。因电池电量导致的射频问题，其后果包括不符合法规要求、用户体验差以及在与同类产品的竞争中落败。

图 www.xilukeji.com：Keysight CX3300 系列器件电流波形分析仪的专用电流传感器能够在不影响低负载电流感应能力的同时，大幅抑制高频电流噪声。这种双通道传感器采用同时双量程视图技术，实现了几乎五个数量级的动态范围。

尽量提高电池使用寿命的关键步骤

1. 选择输出特性能够与实际应用中的电源限制相符的电源。这样就可以帮助您预测由电池供电的器件在实际使用过程中的工作特性，避免产生任何意料之外的问题。使用这些工具尽早验证器件是否正常工作，追踪问题，以及找出可能影响基本设计决策的限制因素。

2. 使用器件电流波形分析仪等工具获得功率消耗的真实测量值。特别要注意动态变化的、超低电流状态和电流转换。

3. 在使用真实供电的最差条件下，对子系统或 DUT 进行四大类测量 —频率、时序、功率、调制质量。

图 www.xilukeji.com：CX3300 器件电流波形分析仪配有模拟输入和数字输入，并能够保证分析结果的一致性。数据总线的状态与电流消耗相关，因此可用于触发其他测量，例如射频信号分析仪上的测量。

CX3300 系列器件电流波形分析仪

取决于您的收发信机和用例，您可能还需要进行实时信号分析或信号采集与回放，以隔离可能很短暂的问题。在很多情况下，您都可以使用触发器将功率波形与数字信号和信号分析仪测量结果联系起来，从而实现跨域关联。

趋势线始终指向上方和右侧，因为用户日益增多，需要的数据也不断增长，但是可用的频谱却是固定的。为此，无线技术正在向更高频率、更大带宽和更复杂调制的方向发展。以创新方式使用当前可用频谱的技术将会继续发展，例如通过载波聚合等技术充分利用频谱中的非连续频段。测试工具也将继续追踪这些发展而推陈出新，使技术梦想变成现实。

调制方案本身并不能解决所有问题。最终，您仍需要更高效地利用可用的频谱。在此方面，多信道调制方案（例如 MIMO）可以发挥作用。幸运的是，如今有各种多信道信号分析仪和信号发生器解决方案可供选用，这些解决方案都采用与单信道解决方案相同的算法，因此您可以继续放心地 使用。

技术上的改进，包括处理器、信号处理以及电池技术，是开发先进解决方案不可或缺的一部分。您的任务是让这些解决方案为您所用。射频工程师将继续站在技术发展的潮头，寻找充分发挥射频技术效能的方法。更多信息，请访问：是德科技网站

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