現(xiàn)代的衛(wèi)星通信、5G移動通信、無線局域網(wǎng)的通信帶寬都非常寬，可能超過500MHz甚至達到2GHz左右。對于這么寬帶的信號來說，傳統(tǒng)頻譜儀雖然可以看到信號頻譜，但受限于實時分析帶寬，已經(jīng)很難再對信號的調(diào)制質(zhì)量進行有效的解調(diào)分析，這時就可以使用寬帶示波器配合矢量解調(diào)軟件來做信號解調(diào)分析。為了簡化問題的分析，在后面的章節(jié)中我們以一個載波頻率為5.2GHz，數(shù)據(jù)速率為50MBaud的QPSK調(diào)制信號為例，來介紹如何用示波器進行射頻、微波信號的解調(diào)分析。

首先，我們在示波器上可以直接觀察被測信號的時域波形，信號的包絡(luò)形狀與發(fā)射端成型濾波器的類型和滾降因子有關(guān)，有經(jīng)驗的工程師通過信號的包絡(luò)形狀可以大概估算出信號的功率、調(diào)制速率以及調(diào)制方式，但除此以外，對于信號調(diào)制質(zhì)量的好壞則很難進行定量的評估。

為了對這個信號進行進一步的解調(diào)和調(diào)制質(zhì)量分析，我們可以借助于相應(yīng)的VSA（VectorSignal Analyzer： 矢量信號分析）軟件。這個軟件可以安裝在示波器上，也可以安裝在一臺外部PC上并通過網(wǎng)線或USB線對示波器進行控制。在和示波器的地址設(shè)置連接完成后，VSA軟件可以把示波器控制起來，并把示波器采集到的波形數(shù)據(jù)送到軟件里進行重采樣和信號分析，其主要的工作原理如下圖所示?？梢钥吹?，VSA軟件主要是借助于高帶寬示波器把射頻甚至微波頻段的信號直接采樣下來，并按照和信號調(diào)制完全相反的流程對信號進行解調(diào)，然后從時域（解調(diào)后的時域波形）、頻域（信號頻譜）、碼域（解調(diào)后的數(shù)據(jù)）、調(diào)制域（調(diào)制質(zhì)量）等各個角度對信號進行分析。

一般情況下，通過設(shè)置中心頻點、掃頻帶寬、參考功率電平等可以大概看到信號的頻譜以及重采樣后的時域波形。通過這步設(shè)置也可以確認在要分析的頻段內(nèi)是否有足夠強的信號成分存在，比如在下圖中我們把頻譜的中心頻點設(shè)置為5.2GHz，Span設(shè)置為100MHz，參考電平設(shè)置為0dbm后，可以看到頻譜中間有明顯隆起，整個占用帶寬在60~70MHz左右，因此可以確認頻點等信息設(shè)置正確，而且信號已經(jīng)正常發(fā)出。

在圖中，頻譜跨度Span=100MHz，分辨率帶寬ResBW=1MHz，采樣的時間長度為3.8us左右。為了更好觀察頻譜的細節(jié)，通常我們會對分辨率帶寬ResBW進行調(diào)整，或者需要采集更長的時間長度進行信號分析。我們可以通增加參與頻譜分析的點數(shù)，來減小能夠設(shè)置的最小分辨率帶寬ResBW。而由于時域的采集長度又和ResBW成反比關(guān)系，所以通過調(diào)整頻譜點數(shù)及ResBW的設(shè)置就可以間接控制時間采集的長度。在調(diào)整過程中，需要注意的是，當FFT過程中采用不同的加窗類型時，由于窗口系數(shù)不同，相同的ResBW下對應(yīng)的采集時間長度可能是不一樣的。采樣時間長度和窗口類型、ResBW、頻譜點數(shù)間的關(guān)系如下圖所示。

下圖是增加頻譜分析點數(shù)，并減小分辨率帶寬后看到頻譜和時域波形。可以看到，由于分辨率帶寬ResBW減小到30kHz，所以頻譜的分辨率和細節(jié)更加清楚，同時采樣到的時域波形的長度也更長。

如果信號的頻譜和時域波形都沒有問題，就可以打開數(shù)字調(diào)制功能對信號進行矢量解調(diào)分析，矢量解調(diào)分析的信號處理流程如下圖所示。

關(guān)于各個關(guān)鍵步驟的功能和作用描述如下：

· 頻差補償：在進行矢量信號解調(diào)的過程中，對于ADC采樣到的信號，首先通過數(shù)字濾波器把關(guān)心頻段內(nèi)的信號濾除出來，然后根據(jù)設(shè)置的中心頻點和符號速率進行載波和符號的鎖定，并對發(fā)端和收端的頻率誤差進行測量和補償。收發(fā)端的頻差可能造成持續(xù)的相位偏差，從而在解調(diào)的結(jié)果上表示為星座圖的旋轉(zhuǎn)（如下圖所示）。

· I/Q濾波：經(jīng)過頻差補償，已經(jīng)可以得到初步的I路和Q路的時域波形。把I路和Q路波形經(jīng)衰減和偏置補償后，通過相應(yīng)的測量濾波器，可以得到最終的I路和Q路波形（在解調(diào)軟件里稱為IQMeasure Time）。這個測量濾波器用來模擬接收端的成型濾波器的形狀，當發(fā)射端采用根升余弦濾波器時，這個測量濾波器也使用根升余弦濾波器。

· 符號解調(diào)：得到I/Q的時域波形后，就可以根據(jù)符號速率在相應(yīng)的時間點對I/Q波形進行采樣，從而得到I路和Q路的電壓值。根據(jù)相應(yīng)的電壓值再對應(yīng)I/Q符號編碼表進行解碼，就可以恢復(fù)出傳輸?shù)姆枖?shù)據(jù)信息，從而完成了數(shù)據(jù)的解調(diào)過程。

· 生成參考波形：獲得傳輸?shù)姆枖?shù)據(jù)并不是最終目的，因為調(diào)制質(zhì)量只要不是特別差，應(yīng)該都是可以獲得正確的數(shù)據(jù)的，所以僅僅獲得解調(diào)數(shù)據(jù)還不夠，還需要對其調(diào)制質(zhì)量進行量化分析。為了對實際的調(diào)制質(zhì)量進行分析，VSA軟件會以解調(diào)到的數(shù)據(jù)為基準，在數(shù)學(xué)上再模擬出這些數(shù)據(jù)經(jīng)過一個理想的無失真發(fā)射機和理想的接收機后的時域波形。需要注意的是，在這步重建時域波形時使用的成型濾波器通常稱為參考濾波器，和第2步中使用的測量濾波器不太一樣。測量濾波器只是模擬了接收端的濾波器，而這個參考濾波器則包含了發(fā)送端濾波器和接收端濾波器共同的影響。因此，如果發(fā)送端和接收端都是使用根升余弦濾波器，則測量濾波器為根升余弦濾波器，而參考濾波器則就是一個升余弦濾波器。

· 誤差計算：當?shù)玫綄嶋H測量到的I/Q信號波形，以及基于相同數(shù)據(jù)用理想發(fā)射機和接收機生成的參考波形后，就可以對兩個波形進行比較并計算誤差。比如可以得到誤差的時域波形，也可以把誤差分解為幅度誤差和相位誤差，還可以對誤差的時域波形再進行頻譜分析等。

在測量結(jié)果的誤差分析方法中，最直觀的是EVM（ErrorVector Magnitude：誤差矢量幅度）指標。EVM定義如下圖所示，是把參考信號在星座圖上的位置做為參考點，把實際測量到I/Q信號在星座圖上相對于參考點的距離做為誤差矢量，然后把這個誤差矢量與最大符號幅度的比值的百分比稱為EVM。每個符號都有對應(yīng)的EVM結(jié)果，通常會對多個符號EVM的結(jié)果取方差，用其均方根值作為當前調(diào)制信號的EVM測量結(jié)果。

因此，在對信號解調(diào)過程中，除了設(shè)置正確的中心頻點、頻譜跨度、參考功率電平以外，最重要的是調(diào)制方式、符號速率、測量濾波器類型、參考濾波器類型以及濾波器滾降因子的設(shè)置。通過前面的介紹，應(yīng)該可以很容易理解并進行這些參數(shù)的設(shè)置（如下圖所示）。

通過設(shè)置解調(diào)參數(shù)，并對解調(diào)結(jié)果的窗口略作調(diào)整后，可以看到如下圖的信號解調(diào)分析結(jié)果。從中可以顯示原始信號的頻譜、I/Q信號矢量形成的星座圖、誤差矢量結(jié)果、誤差矢量的統(tǒng)計分析、解調(diào)出的原始數(shù)據(jù)信息、以及I路和Q路的信號眼圖等信息。

在上面的解調(diào)結(jié)果中，可以從不同角度對信號的調(diào)制質(zhì)量進行分析。比如從EVM測量結(jié)果來看，EVM值約為4%左右，算是比較正常的一個發(fā)射機的指標；從信號頻譜上看，信號的主要功率集中在中心頻點附近70MHz左右的范圍內(nèi)，這主要是基帶成形濾波器的效果；從I/Q矢量圖上看，在QPSK的四個星座點上，采樣時刻矢量點的聚集還比較密集，這和EVM的測量結(jié)果是相對應(yīng)的；從I路和Q路的眼圖看，在中間采樣時刻兩路信號的高低電平區(qū)分也比較明顯，說明采樣時刻的碼間干擾很小，但同時在眼圖的其它位置幅度的上下波動很大，這是由Nyquist濾波器的特性所決定的。

更進一步的，還可以打開光標，對各個顯示窗口的結(jié)果進行測量，并且把各個窗口的光標耦合在一起實現(xiàn)聯(lián)動。這種時域、頻域、符號域、調(diào)制域的聯(lián)動功能，可以大大提高分析調(diào)制信號時對于問題的洞察能力。