隨著通信技術(shù)的發(fā)展，除了上一期所述的一些多調(diào)制信號以外，雷達通信所面臨的環(huán)境也越來越復雜。從之前的發(fā)射和接收簡單脈沖信號的雷達，到使用線性調(diào)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(nèi)相位編碼信號近年來開始投入了應(yīng)用。但是如何對隨機跳頻信號的脈內(nèi)信號進行解調(diào)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(diào)制信號以及帶有脈內(nèi)調(diào)制的隨機跳頻雷達信號進行解調(diào)。該模式具有多個測試模式之間聯(lián)動的優(yōu)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(diào)制信號的解調(diào)

在上一期中，我們了解了如何使用K70M選件進行多調(diào)制信號的解調(diào)。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(diào)。

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(yīng)的IQ數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(diào)多調(diào)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(diào)不同調(diào)制方式的信號，一個VSA窗口解調(diào)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(diào)。

以下進行多調(diào)制信號的解調(diào)。與上一期一樣，使用信號源發(fā)出制作好的波形，發(fā)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(shè)置中心頻率和參考電平，還需要點擊data acquisition，在這里設(shè)置sample rate和meas time，后續(xù)所有測試界面中的sample rate和meas time都不能超過此時設(shè)置的值。在本例中默認的設(shè)置范圍已經(jīng)足夠，因此不需要單獨進行修改。

MSRA模式中數(shù)據(jù)獲取的配置界面

點擊mode，打開兩個VSA窗口。分別分析QPSK調(diào)制的Pilot和16QAM調(diào)制 的Payload。第一個VSA中，signal description菜單里設(shè)置調(diào)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(shè)置不同，這種模式下，range setting中的result length設(shè)置為40sym（因為QPSK的Pilot長度只有40），可以得到如下結(jié)果：

VSA1中配置完pattern的解調(diào)結(jié)果

此時，對于Pilot解調(diào)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(shè)置下會導致捕獲了16QAM的信號而惡化EVM。

在result range菜單下設(shè)置alignment為left，同時offset設(shè)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(jié)果中設(shè)置偏移以準確的找到所有的pilot

此時解調(diào)結(jié)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(diào)正常

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

VSA2中的信號解調(diào)設(shè)置

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

僅設(shè)置完信號調(diào)制方式之后的解調(diào)結(jié)果

此時可以發(fā)現(xiàn)EVM較差，解調(diào)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(jù)VSA1的時間來修改VSA2中分析的時間段，從而準確定位并解調(diào)出16QAM信號。

示例信號的幀結(jié)構(gòu)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(jié)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(diào)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(diào)制信號的解調(diào)結(jié)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(yīng)的時間為1us，那么484us對應(yīng)484個symbol，將offset設(shè)置為484。

根據(jù)VSA1獲得的起始時間信息，在VSA2中的結(jié)果設(shè)置合適的偏移

此時結(jié)果如下：

設(shè)置完偏移之后的payload部分的解調(diào)結(jié)果

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

PART 02

跳頻信號的EVM測量

在雷達通信中，經(jīng)常會使用到跳頻信號。而有一些跳頻信號的脈內(nèi)也會有一些矢量調(diào)制信號，在測試中，我們經(jīng)常希望對這些跳頻信號脈內(nèi)的矢量調(diào)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(diào)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(diào)。以下為操作步驟。

01 信號產(chǎn)生

首先，我們需要借助pulse sequencer產(chǎn)生一段帶有脈內(nèi)矢量調(diào)制的跳頻信號。

關(guān)于pulse sequence：

Pulse Sequencer 軟件是R&S 公司針對雷達與電子對抗應(yīng)用推出的脈沖波形生成軟件，該軟件與R&S 矢量信號發(fā)生器結(jié)合為用戶提供了極具吸引力的雷達信號與復雜電磁環(huán)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(fā)射機平臺的真實場景。需要詳細了解可以咨詢R&S技術(shù)人員）

Pulse sequencer脈內(nèi)調(diào)制設(shè)置

在pulse sequencer中設(shè)置脈內(nèi)調(diào)制方式為QPSK，同時為了計算方便，符號率設(shè)置為1MHz，濾波器選擇跟余弦，滾降系數(shù)為0.2。

脈沖信號周期

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

隨機跳頻的偏移頻點列表

設(shè)置頻率參數(shù)為列表隨機，按上圖這樣應(yīng)用之后，我們就可以得到9個中心頻率的跳頻狀態(tài)的信號，并且這9個狀態(tài)是隨機出現(xiàn)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(shè)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(shè)置分析帶寬（ABW）大于20MHz即可，本例中我們設(shè)置為80MHz。

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

MSRA模式數(shù)據(jù)捕獲設(shè)置

設(shè)置完成之后，點擊mode實體按鍵，選擇瞬態(tài)測試（Transient Analysis）選件，在這個窗口下，我們需要借助瞬態(tài)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(cè)點擊DataAcquisition，對瞬態(tài)測試的捕獲帶寬和時間進行設(shè)置，在本例中，我們可以把捕獲帶寬和分析帶寬都設(shè)置為20MHz，捕獲時間設(shè)置為1ms

K60選件數(shù)據(jù)捕獲設(shè)置

由于測試信號的脈內(nèi)為QPSK調(diào)制，并且符號率為1MHz，因此，脈內(nèi)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(shè)置為3%，這樣可以濾除調(diào)脈內(nèi)的抖動，從而更好的進行跳頻信號的測試：

設(shè)置3%的FM VBW，以更好的尋找中心頻率

設(shè)置完瞬態(tài)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(shè)置中心頻率為1GHz，之后，點擊meas config實體按鍵，在signal description中設(shè)置好矢量信號的調(diào)制方式，符號率和濾波器，與制作信號時的參數(shù)保持一致：

VSA選件信號解調(diào)設(shè)置

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

信號捕獲長度設(shè)置

設(shè)置完兩個界面的參數(shù)之后，回到瞬態(tài)測試（Transient Analysis）界面，點擊run single，可以看見儀表采集了一段數(shù)據(jù)并且顯示出了參數(shù)。

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(shù)據(jù)，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(tài)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(shù)。

由于信號的符號率為1MHz，并且在瞬態(tài)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(xù)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(nèi)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(shè)置result range為90，offset設(shè)置為78，如下圖所示：

舍去前后各5個不穩(wěn)定的symbol，對中間90個symbol進行分析

設(shè)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(jù)剛才設(shè)置的頻率、結(jié)果長度等參數(shù)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(jù)新設(shè)置的參數(shù)對同一段信號重新分析

設(shè)置完成之后，如下圖所示，此時的分析時間已經(jīng)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(diào)已經(jīng)完成。

根據(jù)瞬態(tài)測試得到的中心頻率和起始時間修改參數(shù)之后重新進行解調(diào)測試

如果需要對后面的幾段信號進行分析，只需要根據(jù)瞬態(tài)測試的結(jié)果修改中心頻率和偏移的符號數(shù)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(diào)測試，主要需要重新設(shè)置中心頻率和起始時間

總結(jié)

由上述的兩個測試示例可以發(fā)現(xiàn)，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(diào)制方式信號的解調(diào)，但是需要單次采集之后通過修改分析時間段來進行解調(diào)。

2、通過MSRA模式可以實現(xiàn)不同測試模式之間的聯(lián)動，不僅僅是文中提到的瞬態(tài)測試和矢量信號解調(diào)測試，還支持脈沖測試、模擬解調(diào)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(lián)動，在實際應(yīng)用中可以測量出普通頻譜儀無法測試的一些參數(shù)。

審核編輯：劉清