多通道相參矢量信號產生和分析系統

1、應用要求：
現在很多電子系統采用多通道相參技術，典型的應用包含無線通信系統中MIMO技術和相控陣雷達系統。這些系統都通過采用多通道相參技術來提高系統的工作性能，圖1為典型的多通道電子系統的應用。例如MIMO提供通過多通道傳輸來提高接收機信噪比，改善復雜電磁環境下高速數字通信的質量。MIMO技術充分利用多天線特性來抑制信道衰落，從而有效克服多徑衰落、干擾等影響通信質量的主要因素，提高信號的鏈路性能；并能在不增加帶寬的情況下，成倍提高通信系統的容量和頻譜利用率，因而MIMO技術已成為下一代無線局域網發展的趨勢。與發射機相比，MIMO接收機的結構更為復雜，它包含了諸如分集接收模塊、同步估計與補償模塊、信道估計與均衡模塊等決定系統性能的組成部分，也正是MIMO系統能否正常工作的關鍵。

因此對MIMO接收機的測試是MIMO系統完整測試過程中不可或缺且至關重要的環節。而相控陣雷達系統通過相參多通道來提高電磁波束的掃描速度，并利用多波束技術來實現多功能或多用戶應用。這些 相參電子系統包含多個天線單元，通過信號處理、控制，達到對天線的波束合成、發射模式的自動優化功能。為了實現該功能，每個天線單元發射的信號必須滿足相位相干的要求。

圖1:典型的多通道電子系統應用

多通道相參測試驗證系統的實現提出了前所未有的挑戰，主要的技術難題包含：

1、在發射端，要求多臺信號源模擬的多路信號之間必須真正實現相位相干和時間相關。

2、在接收端，必須確保多路接收通道之間的相干接收以及為通信信號提供精確的解調分析，以確定信號的質量。

3 、多路相參信號在合成和分析的算法實現。信號處理軟件需要具備信道恢復等處理能力。

2、多通道矢量信號合成和分析系統技術方案

多通道驗證測試系統包含多通道相參信號合成和多通道相參信號分析儀表。系統的組成框圖如圖2。

1：利用ADS，Matlab, Signal Studio等軟件完成復雜調制信號波形建立，按照合成信號要求進行雷達脈沖調制信號計算，數字調制信號基帶編碼，時空編碼等。

2：利用E4438C信號源或E8267D信號源構建多路相位相參矢量調制信號系統，輸出的各路信號間時間，相位和功率關系可控。

3：對多路寬帶接收信號進行相參處理，包含寬帶相參下變頻處理和ADC采樣處理。

4：利用ADS,89601A矢量分析軟件對多路調制信號進行完整矢量分析，包含：時域分析，頻域分析，解調分析，時空解碼處理等。

圖2：4通道矢量信號合成分析系統

2.1多路相參矢量調制信號合成：

多路相參信號的合成流程，首先利用ADS、或Matlab仿真軟件負責完成多路相參信號的模擬和仿真,這些軟件支持完整的MIMO信號合成和雷達信號實現，能完成兩路脈沖調制信號的參數控制和MIMO信號時空編碼模塊。仿真計算得到的信號數據通過GPIB或Lan下載給MXG矢量射頻信號源或E8267D微波矢量信號發生器, 矢量信號源完成信號波形數據存儲，DAC處理和IQ調制。MXG和E8267D具備基帶相參合成和相參本振信號合成能力，從而保證輸出的調制信號的相參性。信號源的矢量調制帶寬能達到300MHz。

多路相參矢量信號合成的關鍵是保證多路信號間的穩定相位關系。對于矢量信號源采用的IQ調制技術，需要在相參信號合成中保證載波信號和基帶信號的相參性。Agilent E4438C/E8267D/N5182A矢量信號源都具備本振相參和基帶DAC處理相參的控制能力。從而保證輸出矢量調制信號的相參性。另外多路矢量信號合成的重要功能要求是能對多路相參信號的時間相位關系進行精確控制，信號間時間相位關系的控制是通過矢量源間基帶信號合成的觸發控制來實現的。圖3為多路矢量信號源間時間關系控制的設置，主源輸出射頻調制信號的同時，會從Event1端口輸出同步控制信號，該信號用于從信號源的基帶外觸發控制，可以通過設置從信號源的觸發延遲來改變兩臺信號源間輸出信號的時間關系。使用E8267D矢量信號源，時間控制的分辨率為10ns，使用N8241A完成基帶信號合成，時間控制分辨率可以達到0.8ns。 對于基帶信號的波形建立，可以使用ADS,Matlab，Agilent Signal studio等波形建立軟件完成。

圖3：多臺相參信號源輸出時間關系控制