在現(xiàn)代無(wú)線通信和數(shù)字無(wú)線系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)更高的頻譜效率，各個(gè)頻道之間相距很近。使用數(shù)字多載波調(diào)制方案的正交頻分多路復(fù)用 (OFDM) 技術(shù)在寬帶數(shù)字通信中得到廣泛應(yīng)用。

測(cè)試無(wú)用的非線性頻譜失真對(duì)于頻道間隔較窄、帶寬較寬的通信系統(tǒng)至關(guān)重要。這些失真通常是由元器件、模塊、子系統(tǒng)和整個(gè)設(shè)備造成的。

它們可能是信道內(nèi)、頻段內(nèi)和頻段外出現(xiàn)的多余頻譜信號(hào)。它們不僅會(huì)降低發(fā)射機(jī)的性能，還會(huì)影響接收機(jī)的靈敏度。

失真可能會(huì)在信號(hào)發(fā)生器中累積。失真性能是信號(hào)發(fā)生器（信號(hào)源）的主要技術(shù)指標(biāo)之一。失真性能可能對(duì)器件表征產(chǎn)生重大影響。在本章中，您將了解到各種不同類型的失真，以及它們對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響。

什么是失真？

我們都知道它聽上去怎么樣，它令我們的耳朵多么不舒適。當(dāng)您加大數(shù)字設(shè)備的音量時(shí)，失真便會(huì)發(fā)生。當(dāng)音頻系統(tǒng)無(wú)法輸出完整的幅度，峰值被削掉后，就會(huì)出現(xiàn)諧波失真。

失真是對(duì)原始波形的改變。在信號(hào)發(fā)生器中，有兩種主要的非線性失真：諧波失真和互調(diào)失真

當(dāng)純正弦波的平滑電壓變化突然遇到電壓變化而中斷時(shí)，便會(huì)發(fā)生諧波失真。這種突然變化通常是由非線性半導(dǎo)體造成的。諧波的頻率是正弦波的整數(shù)倍。

互調(diào)失真是當(dāng)您將兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)混合在一起時(shí)，所獲得的雜散輸出。雜散輸出是輸入頻率整數(shù)倍的和與差。

哪些是線性失真，哪些是非線性失真？

答：失真是對(duì)原始波形的改變。放大器的頻率特性不好，對(duì)輸入信號(hào)中不同頻率成分的增益不同或延時(shí)不同，這樣產(chǎn)生的失真稱為線性失真。

非線性失真就是產(chǎn)生新的頻率成分。在信號(hào)源中，有兩種主要的非線性失真：諧波失真和互調(diào)失真。當(dāng)純正弦波的平滑電壓變化突然遇到電壓變化而中斷時(shí)，便會(huì)發(fā)生諧波失真。這種突然變化通常是由非線性半導(dǎo)體造成的。諧波的頻率是正弦波的整數(shù)倍?；フ{(diào)失真是當(dāng)您將兩個(gè)或多個(gè)不同頻率的信號(hào)混合在一起時(shí)，所獲得的雜散輸出。雜散輸出是輸入頻率整數(shù)倍的和與差。

測(cè)量失真

諧波失真
我們以一個(gè)連續(xù)波 (CW) 音頻為例，介紹一下如何測(cè)量諧波失真。圖7.1顯示了一個(gè)諧波失真測(cè)量裝置。被測(cè)器件 (DUT) 可能是一個(gè)放大器或混頻器。信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)連續(xù)波，其頻率為Fi。這個(gè)連續(xù)波通過(guò)一個(gè)低通濾波器，以便消除來(lái)自信號(hào)發(fā)生器的諧波失真。注意，這個(gè)低通濾波器的截止頻率 Fc 小于 2Fi 。

圖1 諧波失真測(cè)量裝置

諧波表示為基頻功率與諧波頻率功率之比。例如，一次諧波可以表示為:

測(cè)過(guò)使用的信號(hào)發(fā)生器必須諧波失真很小，而月在信號(hào)發(fā)生器與被測(cè)器件之間必須有一個(gè)低通濾波器。這樣可以確保測(cè)得的諧波是來(lái)自被測(cè)器件，而不是來(lái)自信號(hào)發(fā)生器。

互調(diào)失真一雙音頻互調(diào)

目前，評(píng)測(cè)互調(diào)失真的技術(shù)有很多。最簡(jiǎn)單的互調(diào)失真測(cè)量方法是使用雙音頻三階互調(diào)法，也稱 IP3 (三階截獲點(diǎn)）。IP3 法使用雙音頻輸入信號(hào)，并測(cè)量被測(cè)器件非線性部分所生成的三階失真信號(hào)。

圖2顯示了雙音頻三階互調(diào)測(cè)量裝置。被測(cè)器件可以是一個(gè)放大器或混頻器。

F1 和 F2 是雙音頻輸入的頻率。兩個(gè)信號(hào)發(fā)生器輸出的兩個(gè)頻率通過(guò)混頻，生成了這個(gè)雙音頻信號(hào)。雙音頻信號(hào)必須不包含任何三階信號(hào)。這個(gè)三階失真信號(hào)發(fā)生在2F1-F2 和 2F2-F1 頻率處（紅色），它也是距離原始雙音頻頻率最近的失真。事實(shí)證明，要想通過(guò)濾波消除它們非常困難。在通信系統(tǒng)中，它們對(duì)相鄰信道形成了干擾。

圖2 雙音頻互調(diào)失真測(cè)量裝置

假設(shè)兩個(gè)測(cè)試音頻的幅度相等，IP3是輸入音頻與三階信號(hào)之差．

IP3(dB)=Po-Po3
其中，Po是其中一個(gè)輸出音頻的幅度，Po3 (紅色）是雙音頻任何一側(cè)三階信號(hào)的幅度。

互調(diào)失真一頻譜再生

在最新的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)中，通常使用更寬的帶寬和多載波技術(shù)（例如載波聚合）來(lái)顯著提高數(shù)據(jù)吞吐量。雙音頻三階互調(diào)法無(wú)法全面表征寬帶寬元器件的特性。

使用幅移和相移的數(shù)字調(diào)制會(huì)產(chǎn)生一定的失真，這也稱為頻譜再生。圖7.3顯示了數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜再生（紅色區(qū)域）。

頻譜再生在主信道外擴(kuò)散。此類失真可以通過(guò)相鄰信道功率比 (ACPR) 測(cè)量來(lái)分析。它會(huì)測(cè)量主信道功率與落到相鄰信道的功率之比。

圖3 數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜再生

想要使用信號(hào)發(fā)生器來(lái)仿真失真？請(qǐng)?jiān)囉梦覀兊纳晒β史糯笃鳒y(cè)試信號(hào) 。

在大多數(shù)一致性測(cè)規(guī)范中，ACPR 測(cè)量都是一項(xiàng)關(guān)繾的發(fā)射枧特征。要執(zhí)行ACPR測(cè)量，您需要使用失真極小的信號(hào)發(fā)生器，以生成符合特定標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試波形。

應(yīng)用指南

"如何使用射頻矢量信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)分析儀確保完成對(duì) LTE功率放大器進(jìn)行快速準(zhǔn)確的 ACPR測(cè)量。"

最大程度地提升器件性能

在長(zhǎng)期演進(jìn) (LTE) 演進(jìn)型節(jié)點(diǎn) B (eNB) 功率放大器測(cè)試中，研發(fā)驗(yàn)證對(duì) ACPR 測(cè)試的要求是在10 MHz 信道偏移時(shí)，失真大約為-60 dBc。N5182B 的典型失真性能為-69 dBc。由于發(fā)生器的失真極小，所以您可以充滿信心地進(jìn)行ACPR測(cè)量。表7.1顯示了Keysight N5182B 信號(hào)發(fā)生器的3GPP LTE-FDD（頻分復(fù)用）失真性能。

表1 N5182B 矢量信號(hào)發(fā)生器的3GPPLTE-FDD失真性能