Векторный анализ и формирование сигналов (Vector Signal Analysis)


Используемые в современных цифровых системах связи сигналы, как правило, имеют сложную структуру. С помощью традиционных методов изучения сигнала во временной и спектральной областях обнаружить нарушения «тонкой» структуры сложных сигналов не удается. Из-за свойственного такому сигналу случайного характера и изменчивости и временная, и спектральная форма представления сложных сигналов не позволяют оценить качество сформированного модулированного сигнала, определить степень искажения сигнала, возникающего при прохождении РЧ трактов. Из практики же известно, что даже незначительное нарушение «тонкой» структуры сложного сигнала в РЧ трактах приводит к заметному ухудшению качества функционирования системы связи в целом. Выявить такие повреждения структуры модулированных сигналов, используя более точные, чувствительные инструменты, какими являются ряд сравнительно новых параметров и характеристик, в том числе и статистических, позволяет векторный анализ сигналов (Vector Signal Analysis).









При квадратурном представлении сигналов для векторного анализа они характеризуется набором отсчетов величин квадратурных компонент Si и Sq. При этом каждый символ сигнала – его IQ компоненты — обычно представляются определенным количеством отсчетов (выборок) на символ SpS (Samples per Symbol). Различные алгоритмы обработки отсчетов квадратурных компонентов при векторном анализе сигналов позволяют находить необходимые характеристики анализируемого сигнала.

Процесс использования квадратурных компонент показан на рисунке… Границы символов отмечены на рисунке крупными маркерами.

Процесс модуляции при использовании отсчетов квадратурных компонент с количеством выборок SpS=4

Отметим, что для квадратурного представления нефильтрованного сигнала достаточно иметь одну выборку на символ (SpS=1), что показано на рисунке …. Это связано с тем, что перемещение сигнальной точки при смене символов происходит мгновенно, по кратчайшему пути. В некоторых случаях, например, при использовании сдвиговых (офсетных) видов модуляции при формировании одного символа происходит несколько переходов СТ, и это потребует формирования нескольких отсчетов даже для нефильтрованного сигнала.
Как правило, для векторного анализа сигналов эти отсчеты квадратурных компонентов заранее сохраняются в виде файлов. Далее с помощью соответствующих аппаратно-программных средств – векторных анализаторов сигнала (Vector Signal Analyzer, VSA) может быть произведено отображение и анализ этих сигналов.


Пример набора данных отсчетов квадратурных компонент

Принципиальным является то, что векторный анализ и синтез сигналов производится в цифровом виде — для этого используются цифровые данные и соответствующие математические алгоритмы.
При векторном анализе сигналов могут быть выбраны различные формы представления сигнала: временное отображение квадратурных компонент, сигнальное созвездие или векторная диаграмма, амплитудные и фазовые спектры и т.д. Векторные анализаторы позволяют использовать новые, более точные, чувствительные инструменты анализа модулированного сигнала и сравнительно новые показатели качества (EVM, ACLR, CCDF), являющиеся важнейшими для новых и перспективных высокоэффективных систем связи.
Аппаратно-программные инструменты векторного синтеза (генерации) сигналов (Vector Signal Generator) позволяют формировать модулированные сигналы, используемые в наиболее распространенных стандартах и технологиях связи: многотоновые, GMSK, 8-PSK; EDGE, QAM (4, 8, 16, 32, 64, 128, 256-QAM), 16-PSK, 64-PSK и т.д. с возможностью записи их в файлы данных различных форматов.

Эти файлы далее могут быть использованы при повседневной работе с программным продуктом. Тестовые сигналы могут иметь достаточно сложную структуру данных, отвечают требованиям различных стандартов. В них, при необходимости, могут быть введены комплексные виды искажений: шумы тракта формирования сигнала и тракта опорного сигнала, сдвиг постоянной составляющей сигнала (DC offset), фазовая ошибка (Phase error); канальный разбаланс амплитуд и фаз (IQ imbalance); частотный сдвиг (Frequency deviation), дестабилизирующие факторы канала связи (шумы, помехи, многолучевость).