卫星宽带中频调制解调器测试平台设计

吕国成，周 益，金 野

(1.北京大学 信息科学技术学院，北京 100871; 2.北京卫星导航中心，北京100094)

卫星宽带中频调制解调器测试平台设计

吕国成1，周 益2，金 野1

(1.北京大学 信息科学技术学院，北京 100871; 2.北京卫星导航中心，北京100094)

为实现宽带卫星中频调制解调器性能的快速验证及性能提升，基于EVM(Error Vector Magnitude)误差矢量分析，结合安捷伦的大型精密仪器(如E4438C信号源、E4440A PSA 频谱分析仪、16803A数字逻辑分析仪等)，设计了基于EVM检测的卫星宽带中频调制解调器测试平台。通过该平台，能直观、实时分析调制、解调器的EVM值。通过EVM分析，给出中频调制、解调器的优化方向，为宽带调制、解调器的研究提供了有力的支撑，促进了宽带卫星通信系统的科研及教学发展，提高了大型仪器的使用效率。

卫星通信； 中频调制解调器； 误差矢量； 大型仪器

0 引 言

大型精密测试仪器设备是实验室进行科学研究的重要基础，特别是在通信领域，大型仪器的使用为信号的产生、标定、测量提供了可靠有效手段，为科研、教学活动的顺利开展提供了强有力的支撑。北京大学电子工程实验室在“211”经费的支持下，购买了Agilent(安捷伦)公司生产的E4438C信号源、E4440A PSA 频谱分析仪、16803A数字逻辑分析仪等大型仪器。这些仪器被广泛应用于地面无线信号的产生及测量。但是在卫星信号处理领域对大型设备仪器的使用提出新的需求，提高大型仪器设备在卫星通信领域的使用效率，使得大型设备仪器发挥更大的效益成了亟待解决的问题[1-5]。

随着卫星通信技术的发展，卫星通信在军事通信、应急通信、数字电视广播等重要领域得到越来越深入的应用，卫星通信朝着高速、宽带、移动卫星通信方向发展[6-9]。卫星通信从传统的L/C频段延伸至Ku、Ka频段，占用越来越宽的转发器带宽(36、54、72 MHz等)，使用更高阶调制方式(8PSK、16APSK、32APSK等)进一步提高频谱使用效率及传输速率[10-12]。宽带信号、高阶调制方式的应用对卫星中频调制、解调器性能提出了更高要求，研究宽带、高性能中频调制解调器成为卫星通信核心。因此，对卫星中频调制、解调器性能的快速测试验证成为另外一个亟待解决的问题。传统的测试平台基于误码分析，测试时间较长，能够比较准确地分析调制解调器性能，但是不能指导调制解调器改进。

本文基于Agilent大型仪器，建立了一套以EVM为测试指标的实时宽带中频调制解调器测试平台。通过测试调制解调器EVM值，快速、直观地分析中频调制解调的性能，同时为调制解调器的性能的优化提供了方向。该测试平台的应用，有效地提高了对中频调制解调器性能研究，显著加快卫星通信科研进度，提高了大型仪器的使用效率。

1 测试平台的方案设计及组成

在卫星通信系统中，中频调制、解调器完成基带信号至中频信号(L/C)的变换，中频调制解调器是卫星通信系统中重要的信道设备，其性能很大程度上决定了整个卫星链路的传输性能[10]。特别在高速宽带卫星通信系统中，高阶调制方式要求更高的信噪比[11-12]，对调制解调器的性能提出了更高的要求。研究和实现宽带高性能中频调制解调器是实现宽带卫星通信的关键，而对调制解调器性能的快速测试及验证是这一研究的基础。因此，搭建对中频模块的性能快速验证及测试平台显得尤为重要。

在卫星系统中，传统的对中频调制解调器性能的测试主要是对误码率的测试，需要标准的信源发送已知的序列，通过中频调制解调设备后，接收端完成数据恢复，根据已知序列统计错误比特，完成误码率测试。如图1、2所示。

图1 中频调制器性能测试

误码率的测试是对中频调制解调器性能指标的定量测试，能够准确定量反映调制解调性能，但是一般的误码率测试时间相对较长，不能直观反映调制解调器的相关参数的影响。基于Agilent的测试验证平台，通过观测EVM值，快速、直观地分析调制解调器性能，并通过调整调制解调器相关参数，改善EVM值，进一步优化调制解调器性能。

图2 中频解调器性能测试

1.1测试原理

在卫星通信系统，为提高转发器功放的使用效率，常用PSK调制方式(QPSK、8PSK、16APSK、32APSK等)，将待调制的信息比特映射成相应的星座符号。经过信道恶化后，接收到信号会偏移原来的发送信号，偏移量可以用误差向量(Error Vector)表示[13-15]，如图3所示。

图3 信号受干扰示意图

误差向量(包括幅度和相位的矢量)是在一个给定时刻理想无误差基准信号与实际发射信号的向量差，能全面衡量调制信号的幅度误差和相位误差，也即能够全面反映信道传输质量。通常EVM定义如下：

EVM=10lg(Perr/Pref)

其中：Perr，Pref分别为误差向量及参考向量的能量。

1.2测试平台设计

测试平台主要由Agilent测试仪器设备及自研高速采样板组成。中频调制解调模块的调制、解调性能均通过EVM值来表征。调制器、解调器的性能分开测量。

(1) 调制性能测试平台如图4所示。

图4 调制器性能测试平台

调制器性能测试平台主要包括：

① 数据源。数据源由Agilent E4438C生成，通过设置相关参数(调制方式、符号速率、滤波器等)发送基带I/Q信号，送到调制器进行正交调制。

② 调制器。调制器属于待测设备，将基带I/Q输入信号进行正交调制至L/C中频。

③ 频谱分析。频谱分析由Agilent E4440A完成，调制器调制后的中频信号，送入到频谱仪，进行频谱分析，测量其频带内平坦度、相位噪声等指标。

④ EVM分析。Agilent 数字逻辑分析仪16803A通过网线与E4440A相连，启动VSA分析软件，将数据输入连接至E4440A，设置VSA解调的相关参数(调制方式、滤波器等)，进行EVM分析。通过EVM值，调整相关参数，使EVM值最小，进一步优化调制器的性能。

(2) 解调性能测试平台如图5所示。

图5 解调器性能测试平台

调制器性能测试平台主要包括：

① 数据源。数据源由Agilent E4438C生成，通过设置相关参数(调制方式、符号速率、滤波器等)发送L/C中频信号，送到解调器进行解调。

② 解调器。解调器将输入的L/C中频信号正交解调至基带。

③ EVM分析。经过解调器的基带信号，经过自行研制的数字版，经过高速AD采样后送到Agilent 16803A数字逻辑分析仪，设置16903A上VSA解调的相关参数(调制方式、滤波器等)，进行EVM分析。根据EVM测试结果，不断优化解调器参数，进行反复迭代测试，使EVM值最小，解调器性能最好。

2 测试平台应用分析

2.1调制器性能测试

按照图4调制器性能测试平台 连接方式连接，在Agilent 数字逻辑分析仪中打开VSA软件，进行相应的设置，如图6、7所示。设置相关参数后，测试调制器EVM，如图8所示。图中，信号带宽36 MHz，滚降因子0.35，调制方式8PSK，测到的EVM=2.183 5%(EVM=-33 dB)。设调制方式8PSK的EsN0门限为12 dB，调制器带来的损失为0.04 dB。因此，调制器能够提供较好的调制性能。上述EVM分析的结果中提供了正交信号的幅度误差、相位误差、I/Q偏移等参数，通过具体调整相应参数，使EVM值越小，达到较好的调制性能。

图6 VSA输入源设置图7 解调器参数设置

图8 宽带调制器EVM测试结果

2.2解调器性能测试

按图5解调器性能测试平台 连接方式连接，在Agilent 数字逻辑分析仪中打开VSA软件，进行相应的设置，如图9、10所示。测试结果如图11、12所示。

图9 逻辑分析仪输入设置

图10 VSA输入源选择图11 未匹配的EVM

图12 匹配后EVM值

当接收端I/Q支路没有匹配时，EVM=11.7%；匹配时，EVM性能提高EVM=6.5%。当进行8PSK解调时，解调门限同上，解调器带来的损失为0.29 dB，解调器带来的损失小，提供较好的解调性能。与调制器EVM性能测试类型，VSA分析给出了幅度误差、相位误差，I/Q偏移等参数，通过对解调器的针对性的调整，使解调器得到的EVM值较小，达到最佳的解调性能。

3 结 语

基于Agilent大型仪器(如E4438C信号源、E4440A PSA 频谱分析仪、16803A数字逻辑分析仪等)及自行设计的高速AD采样板，设计了一套宽带卫星中频调制解调测试验证平台。该平台能够直观地获得调制解调器的EVM值，基于EVM分析能够给出提高调制解调性能的参数调整方向，有效地促进了为宽带调制解调器的研究，满足宽带卫星高阶、调制解调性能要求，同时提高了大型仪器在卫星通信领域的运用。随着卫星通信朝宽带、高频带、移动方向发展，大型仪器在卫星通信相关科研及教学工作中将会得到越来越深入的应用，也将大力推动卫星相关研究的发展。

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Design of Wide-band Satellite IF Mod-demodulator Performance Test Platform

LÜGuocheng1,ZHOUYi2，JINYe1

(1.School of Electronics Engineering and Computer Science,Peking University,Beijing 100871,China; 2.Beijing Satellite Navigation Center,Beijing 100094,China)

In order to realize the fast measurement and improvement of the wide-band satellite IF mod-demodulator performance.Based on the EVM (Error Vector Magnitude) analysis,using the Agilent’s large-scale equipment (such as E4438C,E4440A SPA,16803A digital logic analyzer),a wide-band satellite IF mod-demodulator test platform based on EVM measurement is designed.The platform provides a way to get the real-time IF mod-demodulator’s EVM value.Even more,the adjustments for improving the IF mod-demodulator’s performance is obtained based on the EVM analysis.This platform is greatly helpful for the research on the wide-band IF mod-demodulator and facilitates the satellite communicate research project and education,and improves the service efficiency of the large-scale instruments at the same time.

satellite communication; IF mod-demodulator; error vector; large-scale instruments

2016-10-10

吕国成(1984-)，男，云南宣威人，工程师，主要研究方向：卫星信号处理，FPGA。

Tel.:010-62752837；E-mail: lv.guocheng@pku.edu.cn

TN 911.6

：A

1006-7167(2017)07-0053-03