多調制信號和跳頻信號解調（二）：MSRA模式的應用

隨著通信技術的發展，除了上一期所述的一些多調制信號以外，雷達通信所面臨的環境也越來越復雜。從之前的發射和接收簡單脈沖信號的雷達，到使用線性調頻信號的雷達，抗干擾能力逐漸成為雷達信號研究的重點。為了提高抗干擾和電子對抗能力，隨機跳頻信號以及脈內相位編碼信號近年來開始投入了應用。但是如何對隨機跳頻信號的脈內信號進行解調也是成為了一個難題。本文將介紹使用R&S頻譜儀的MSRA(Multi-Standard Radio Analyzer)功能，對上一期的多調制信號以及帶有脈內調制的隨機跳頻雷達信號進行解調。該模式具有多個測試模式之間聯動的優勢，從而可以進行一般信號分析儀無法達成的測試。

PART 01

多調制信號的解調

在上一期中，我們了解了如何使用K70M選件進行多調制信號的解調。本期中，我們將使用另外一種不借助K70M選件的方法,來對同樣信號進行解調。

在R&S FSW型號的頻譜儀上，標配有MSRA(Multi-Standard Radio Analyzer)測量模式。與普通的模式不同的是，在這種模式下，儀器會采集一段信號對應的IQ數據，之后，該模式中的所有其他分析窗口（如VSA，pulse等）會對采集的該段IQ數據進行分析。并且在各個分析窗口中，時間上是同步的（普通模式下各個channel是分時進行的）。因此，解調多調制信號時，可以利用這個特點，對同一段波形分別使用不同的VSA窗口來解調不同調制方式的信號，一個VSA窗口解調Pilot部分幫助定位，另外一個VSA窗口借助該定位進行Payload部分的解調。

以下進行多調制信號的解調。與上一期一樣，使用信號源發出制作好的波形，發送至頻譜儀，修改中心頻率為1GHz。參考電平切換至合適的值。

點擊實體按鍵mode按鈕，選擇Multi-Standard Radio Analyzer選項卡，切換至MSRA模式。

在測試模式中選擇MSRA模式

進入MSRA的主界面后，除了設置中心頻率和參考電平，還需要點擊data acquisition，在這里設置sample rate和meas time，后續所有測試界面中的sample rate和meas time都不能超過此時設置的值。在本例中默認的設置范圍已經足夠，因此不需要單獨進行修改。

MSRA模式中數據獲取的配置界面

點擊mode，打開兩個VSA窗口。分別分析QPSK調制的Pilot和16QAM調制 的Payload。第一個VSA中，signal description菜單里設置調制方式為QPSK，同時勾選pattern。

VSA1中的信號配置

同樣，修改signal capture length為2000symbol。與使用K70M時的設置不同，這種模式下，range setting中的result length設置為40sym（因為QPSK的Pilot長度只有40），可以得到如下結果：

VSA1中配置完pattern的解調結果

此時，對于Pilot解調的EVM很差，星座圖也比較亂。因為儀表默認是將同步的8個pattern放在了捕獲信號的中間，而實際上這8個pattern的位置是symbol的9-16位。因此默認設置下會導致捕獲了16QAM的信號而惡化EVM。

在result range菜單下設置alignment為left，同時offset設置-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。

由于pattern的位置，需要在分析結果中設置偏移以準確的找到所有的pilot

此時解調結果的星座圖正常，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解調正常

如上圖所示，此時Pilot部分解調成功。我們接下來需要對VSA2進行設置，VSA2中信號描述設置為16QAM，不需要勾選pattern。

VSA2中的信號解調設置

修改signal capture length為2000。另外，range setting菜單下的result length需要設置為960sym（因為16QAM信號的長度只有960symbol），可以得到如下結果：

僅設置完信號調制方式之后的解調結果

此時可以發現EVM較差，解調并未成功，因為目前儀表無法準確定位信號中的16QAM部分。在MSRA模式下，所有VSA的采集時間都是同步的，因此我們需要借助VSA1中的pattern來定位時間。根據VSA1的時間來修改VSA2中分析的時間段，從而準確定位并解調出16QAM信號。

示例信號的幀結構中，16QAM信號是緊跟著pattern信號的，中間沒有間隔。因此，通過觀察VSA1中信號結束的時間，可以得知在本次采集中16QAM信號開始的時間。

由VSA1解調的pilot部分獲得payload的起始時間信息

如上圖，在2000個symbol的采集中得到了兩個pattern，我們對靠前的一個pattern進行分析（選取方法點擊sweep，選擇select result rng #2，將其改為1定位至第一段），因為第一個pattern后面才會有一個完整的960symbol長度的Payload部分。

如上圖紅框所示，Pilot的測量時間為444-484us。因此在VSA2中，需要從484us開始對后面的960個symbol進行分析，從而得出16QAM調制信號的解調結果。在VSA2中，點擊range settings，通過offset項可以修改采集的起始時間。本例中符號率為1Msym/s，因此1個symbol對應的時間為1us，那么484us對應484個symbol，將offset設置為484。

根據VSA1獲得的起始時間信息，在VSA2中的結果設置合適的偏移

此時結果如下：

設置完偏移之后的payload部分的解調結果

如紅框所示，此時的分析時間已經改好，EVM和星座圖都正常。至此，多調制信號的解調完成。

PART 02

跳頻信號的EVM測量

在雷達通信中，經常會使用到跳頻信號。而有一些跳頻信號的脈內也會有一些矢量調制信號，在測試中，我們經常希望對這些跳頻信號脈內的矢量調制信號的EVM進行測量。

但是，在跳頻信號中，信號的中心頻率是一直在變化的，甚至在隨機跳頻信號中，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分析（K70）選件測試EVM帶來了困難（因為矢量解調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，對捕獲到的信號測量出每一段跳頻的頻率以及其開始的時間。之后，我們可以帶著這些信息在K70矢量信號分析選件中進行準確的解調。以下為操作步驟。

01 信號產生

首先，我們需要借助pulse sequencer產生一段帶有脈內矢量調制的跳頻信號。

關于pulse sequence：

Pulse Sequencer 軟件是R&S 公司針對雷達與電子對抗應用推出的脈沖波形生成軟件，該軟件與R&S 矢量信號發生器結合為用戶提供了極具吸引力的雷達信號與復雜電磁環境模擬解決方案。該軟件即支持簡單的脈沖串場景，也可生成具有到達角 (AoA) 的高難度測向場景，支持包含地圖和多個移動發射機平臺的真實場景。需要詳細了解可以咨詢R&S技術人員）

Pulse sequencer脈內調制設置

在pulse sequencer中設置脈內調制方式為QPSK，同時為了計算方便，符號率設置為1MHz，濾波器選擇跟余弦，滾降系數為0.2。

脈沖信號周期

將脈沖周期與脈寬都設置為100us，這樣就可以制作稱為連續跳頻信號。最后，我們設置脈間調制的頻率偏移：

隨機跳頻的偏移頻點列表

設置頻率參數為列表隨機，按上圖這樣應用之后，我們就可以得到9個中心頻率的跳頻狀態的信號，并且這9個狀態是隨機出現的，可以用來模擬實際場景中的隨機跳頻信號。

將制作完成的波形拷貝至裝有K300選件的信號源，之后，與上一個例子一樣，在baseband里選擇ARB選項進行播放。

02 信號分析

將信號源連接至FSW頻譜儀，開啟FSW的MSRA模式，設置信號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，設置分析帶寬（ABW）大于20MHz即可，本例中我們設置為80MHz。

測試時間（meas time）設置為1ms，這樣捕獲下來的信號一共有1000個symbol。

MSRA模式數據捕獲設置

設置完成之后，點擊mode實體按鍵，選擇瞬態測試（Transient Analysis）選件，在這個窗口下，我們需要借助瞬態測試選件幫助我們對跳頻信號的中心頻率以及起始時間進行分析。

點擊measconfig實體按鍵，然后在右側點擊DataAcquisition，對瞬態測試的捕獲帶寬和時間進行設置，在本例中，我們可以把捕獲帶寬和分析帶寬都設置為20MHz，捕獲時間設置為1ms

K60選件數據捕獲設置

由于測試信號的脈內為QPSK調制，并且符號率為1MHz，因此，脈內的信號是一個寬帶信號，可能會影響FSW的判斷。

點擊BW實體按鍵，將FM Video BW設置為3%，這樣可以濾除調脈內的抖動，從而更好的進行跳頻信號的測試：

設置3%的FM VBW，以更好的尋找中心頻率

設置完瞬態測試的界面之后，點擊實體按鍵mode，選擇矢量信號分析功能（VSA）。在VSA界面中，設置中心頻率為1GHz，之后，點擊meas config實體按鍵，在signal description中設置好矢量信號的調制方式，符號率和濾波器，與制作信號時的參數保持一致：

VSA選件信號解調設置

之后，點擊signal capture，更改捕獲的長度為1000sym（默認為8000），與之前設置的捕獲時間保持一致，如下圖所示：

信號捕獲長度設置

設置完兩個界面的參數之后，回到瞬態測試（Transient Analysis）界面，點擊run single，可以看見儀表采集了一段數據并且顯示出了參數。

我們對第一段完整的跳頻信號（黃框）進行分析，通過下方的表格，我們可以得知，這段信號的起始時間為0.073ms，頻率偏移為-5000kHz。有了這兩個數據，我們可以在矢量信號分析功能中，通過修改中心頻率和分析范圍來對這一段信號進行EVM的測試。

在K60瞬態測試界面獲得跳頻信號的中心頻率、起始時間等信息

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

點擊meas config實體按鍵，在result range里修改分析的范圍和偏移的符號數。

由于信號的符號率為1MHz，并且在瞬態測試中我們得知信號從0.073ms開始，因此這一段跳頻信號是從第73個symbol開始的，持續100個symbol。在實際運用中為了減小頻率和相位跳變的干擾，往往會舍棄信號的開頭和末尾的一部分內容，本例中我們舍棄前后各5個symbol，也就是從第78個symbol開始分析90個symbol。

設置result range為90，offset設置為78，如下圖所示：

舍去前后各5個不穩定的symbol，對中間90個symbol進行分析

設置完之后，還需要點擊sweep實體按鍵，點擊refresh，這個功能的作用是根據剛才設置的頻率、結果長度等參數對同一段信號重新進行分析（不會采集新的信號）。之后，將Select Result Rng改為1

對捕獲到信號進行refresh操作，根據新設置的參數對同一段信號重新分析

設置完成之后，如下圖所示，此時的分析時間已經改好（78us-168us）.右下的窗口中，藍框顯示的分析范圍正常，EVM和星座圖都正常，至此，跳頻信號的EVM解調已經完成。

根據瞬態測試得到的中心頻率和起始時間修改參數之后重新進行解調測試

如果需要對后面的幾段信號進行分析，只需要根據瞬態測試的結果修改中心頻率和偏移的符號數即可。如下圖所示，以第二段完整跳頻信號為例。

對第二段跳頻信號進行解調測試，主要需要重新設置中心頻率和起始時間

總結

由上述的兩個測試示例可以發現，使用MSRA功能進行測試時具有以下特點：

1、可以不借助K70M選件進行多調制方式信號的解調，但是需要單次采集之后通過修改分析時間段來進行解調。

2、通過MSRA模式可以實現不同測試模式之間的聯動，不僅僅是文中提到的瞬態測試和矢量信號解調測試，還支持脈沖測試、模擬解調測試以及5G NR、OFDM等通信測試模式。通過以上多種測試模式之間的聯動，在實際應用中可以測量出普通頻譜儀無法測試的一些參數。

審核編輯：劉清