安捷伦矢量信号分析基础
应用指南
目½
矢量信号分析
........................................................................................................... 3
VSA
测量优势
...................................................................................................................
4
VSA
测量概念和操½理论
............................................................................................
6
数据窗口 — 泄漏和分辨率带½
...........................................................................
12
快速傅立叶变换
(FFT)
分析
........................................................................................
14
时域显示
.........................................................................................................................
16
总结
.................................................................................................................................. 17
矢量调制分析
......................................................................................................... 18
简介
.................................................................................................................................. 18
矢量调制和数字调制概况
........................................................................................ 19
数字射频通信系统概念
............................................................................................. 23
VSA
数字调制分析概念和操½理论
灵活定制的或用户定义的解调
.......................................................................
26
............................................................................... 27
解调分析
.........................................................................................................................
31
测量概念
.........................................................................................................................
32
模拟调制分析
...............................................................................................................
36
总结
.................................................................................................................................. 38
其他资源
.................................................................................................................. 39
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2
矢量信号分析
本应用指南是关于矢量信号分析
节将讨论
VSA
的测量概念和操½理论
数字调制分析。
(Vector Signal Aanlysis)
的入门读物。本
;
下一节将讨论矢量调制分析，特别是
模拟扫描调谐式频谱分析仪½用超外差技术覆盖广泛的频率范围
频、微波直到毫米波频率。快速傅立叶变换
(DSP)
提供高分辨率的频谱和½络分析。如今½带的矢量调制
;
从音
(FFT)
分析仪½用数字信号处理
(
又称为复调制
或数字调制
)
的时变信号从
FFT
分析和其他
D
技术上受益匪浅。
VSA
提供快
SP
速高分辨率的频谱测量、解调以及高级时域分析功½，特别适用于表征复杂
信号，如通信、视频、广播、雷达和½件无线电应用中的脉冲、瞬时或调制
信号。
图
1
显示了一个简化的
VSA
方框图。
VSA
采用了与传统扫描分析截然不
;
而
VSA
基本上是一个½
VSA
½件可以接收并分
同的测量方法
;
融入
FFT
和数字信号处理算法的数字中频部分替代了模拟中频
部分。传统的扫描调谐式频谱分析是一个模拟系统
用数字数据和数学算法来进行数据分析的数字系统。
析来自许多测量前端的数字化数据，
½您的故障诊断可以贯穿整个系统框图。
模拟数据
数字化数据流
t
t
快速傅立叶
变换
f
射频
输入
IF
输入
抗混叠
滤波器
ADC
LO
90
度
时间
Q
解调器
频域
正交检波器、
数字滤波
调制域
数字
IF
和
DSP
技术
I
本地振荡器
I
t
时域
Q
0 code 15
码域
图
1.
矢量信号分析过程要求输入信号是一个被数字化的模拟信号，然后½用
并提供数据输出
;FFT
算法计算出频域结果，解调算法计算出调制和码域结果。
D
技术处理
SP
3
VSA
的一个重要特性是它½够测量和处理复数数据，即幅度和相½信息。
实际上，它之所以被称为“矢量信号分析”正是因为它采集复数输入数据，
分析复数数据，并输出包含幅度和相½信息的复数数据结果。矢量调制分析
执行测量接收机的基本功½。在下一个节“矢量调制分析”中，您将了解到
矢量调制与检波的概念。
在½用适½前端的情况下，
½换，以及包含数字中频
VSA
可以覆盖射频和微波频段，并½提供额
-
数字
(FFT)
分析的
D
SP。
外的调制域分析½力。这些改进可以通过数字技术来实现，例如模拟
(IF)
技术和快速傅立叶变换
因为要分析的信号变得越来越复杂，最新一代的信号分析仪已经过渡到
数字架构，并且往往具有许多矢量信号分析和调制分析的½力。有些分析仪
在对信号进行放大，或进行一次或多次下变频之后，就在仪器的输入端数字
化信号。在大部分现代分析仪中，相½连同幅度信息½被保留以进行真正的
矢量测量。另一方面，其它的前端如示波器和逻辑分析仪等对整个信号进行
数字化，同时也保留了相½和幅度信息。
VSA
无论½为合成的测量前端的一
部分，还是单独在内部运行或在与前端相连的计算机上运行的½件，它的的
分析½力½依赖于前端的处理½力，无论前端是综合测量专用½件，还是。
VSA
测量优势
矢量分析测量动态信号并产生复数数据结果
VSA
相比模拟扫描调谐分析有着独特的优势。一个主要的优势是它½够
更½地测量动态信号。 动态信号通常分为两大类
时变信号是指在单次测量扫描过程中，
门限、脉冲或瞬时信号
:
时变信号或复数调制信号。
(
例如突发、
(QAM)
。
AM、FM
或
PM
调制单
被测特性发生变化的信号
)。复数调制信号不½用简单的
独描述，包含了数字通信中大多数调制方案，例如正交幅度调制
扫描分析
时域
½½波
时间采样数据
矢量分析
傅立叶分析
频域
A
频率分辨率
带½
IF
滤波器
A
仿真的并联滤波器处理
0
t
f
1
起始频率
扫½
f
终止频率
时间记½
f
2
频谱
显示屏显示完整的
频谱图像
f
图
2.
扫描调谐分析显示了一个窄带
大量时域采样½换到频域频谱。
IF
滤波器对输入信号的瞬时响应。矢量分析½用
FFT
将
4
传统的扫描频谱分析
1
实际上是让一个窄带滤波器扫过一系列频率，按
顺序每次测量一个频率。对于稳定或重复信号，这种扫描输入的方法是可行
的，然而对扫描期间发生变化的信号，扫描结果就不½精确地代表信号了。
还有，这种技术只½提供标量
(
仅有幅度
)
信息，不过有些信号特征可以通过
进一步分析频谱测量结果推导得出。
VSA
测量过程通过信号“快照”或时间记½，然后同时处理所有频率，
以仿真一系列并联滤波器从而克服了扫描局限。例如，如果输入的是瞬时信
号，那么整个信号事件被捕获
(
意味着该时刻信号的所有信息½被捕获和数
VSA
有时
字化
);
然后经过
FFT
运算，得出“瞬时”复数频谱对频率的关系。这一过程
是实时进行的，所以就不会丢失输入信号的任½部分。基于这些，
又称为“动态信号分析”或“实时信号分析”。不过，
信号的½力并不是无限制的。它取决于
VSA
所具有的计算½力。
VSA
跟踪快速变化的
VSA缩短测量时间
并行处理为高分辨率
(
窄分辨率带½
)
测量带来另一个½在的优势：那就
(RBW)
测量可½非常耗时。扫描调谐分析仪
是更短的测量时间。如果½曾经½用过扫描调谐频谱分析仪，就会知道在较
小小频率扫½下的窄分辨率带½
对逐点频率进行扫描的速度要足够慢以½模拟分辨率带½滤波器有足够的建
立时间。与之相反，
VSA
可以一次性测量整个频率扫½。不过，由于数字滤
波器和
DSP
的½响，
VSA
也有类似的建立时间。与模拟滤波器相比，
扫描速度主要受限于数据采集和数字处理的时间。½是，
VSA
的测量速度可以比传统的扫描调谐分析快
1000
倍。
模拟滤波器的建立时间相比通常是可以½略不计的。对于某些窄带测量，
VSA
的
VSA
的建立时间与
在扫描调谐频谱分析中，扫描滤波器的物理带½限制了频率分辨率。
VSA
没有这一限制。
VSA
½够分辨间隔小于
100μHz
的信号。
VSA
的分辨率通
常受限于信号和测量前端的频率稳定度，以及在测量上希望花费的时间的限
制。分辨率越高， 测量信号所需要的时间
(
获得要求的时间记½长度
)
就越长。
时间捕获是信号分析和故障诊断的有利工具
另一个极为有用的特性是时间捕获½力。它½½可以完整无缺地记½下
实际信号并在以后重放，以便进行各种数据分析。捕获的信号可用于各种测
量。例如，捕捉一个数字通信的发射信号，然后既进行频谱分析也进行矢量
调制分析，以测量信号质量或识别信号缺损。
1.
欲了解关于频谱分析的更多信息，请参见安捷
伦应用指南
150《Spectrum Analysis Basics (
频
谱分析基础
) (
英文版
5952-0292EN
，中文版
5952-0292CHCN)
。
5
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