淺談實時濾波器的基本原理及應用

2020-12-05 電子發燒友

淺談實時濾波器的基本原理及應用

工程師2 發表於 2018-05-29 09:12:00

Agilent MXG N5182A在經過硬體升級後，射頻性能得到了極大的提高。針對數位訊號處理部分，Agilent在MXG N5182A上引入了ARB加實時濾波器來實現基帶信號的生成，下面將對這一理念進行詳細描述。

一、Realtime模式、傳統ARB模式和增強的ARB模式

業界傳統的矢量信號生成模式分為兩種：實時（Realtime）信號生成和波形文件回放（ARB）。Agilent的兩款矢量信號發生器ESG E4438C和MXG N5182A是這兩種模式的代表。ESG E4438C具有Realtime信號生成的強大功能，同時支持ARB模式；而MXG N5182A在推出之始，只支持ARB模式，目的是為了更好的滿足產線客戶的需求。

與此同時，Agilent對MXG傳統的ARB模式進行了改進，在不減少信號生成和數位訊號處理流程的前提下，使最終輸出的射頻信號保持原有的高質量，同時減小信號源硬體對播放內存空間的要求，實屬技術創新。我們可以從下面這張圖來了解Realtime模式、傳統ARB模式和增強的ARB模式的主要區別。

圖1、WCDMA上行RMC12.2k信號生成過程

圖1中以WCDMA上行RMC12.2k信號生成過程為例，描述了適量信號源生成標準WCDMA信號的全過程，包括原始數據經過信道編碼、成幀，過採樣，DAC數模轉換，上變頻，最終從射頻口發射。

從上圖中可以看出，ESG Realtime 模式是利用DSP進行實時的信號成幀和數位訊號處理的，所有的過程都是在信號源內部由硬體實時完成的。因此，從圖中標註的A點往後，都是硬體實現。

傳統的MXG ARB模式，即MXG1，在DAC數模轉換以前的部分，即圖中標註的C點，均由軟體實現（軟體可以是Agilent Signal Studio軟體，C語言或者Matlab軟體）。從DAC數模轉換以後，由MXG硬體完成的。因此，內存所在的位置為圖中C點位置。由信號生成原理可知，此處的數位訊號點數為78489600個點。

改進後的MXG ARB模式，即圖中MXG2，在過採樣以前的部分，即圖中標註的B點，均由軟體實現（軟體可以是Agilent Signal Studio軟體，C語言或者Matlab軟體）。從過採樣以後，由MXG硬體實時完成的。因此，內存所在的位置為圖中B點位置。由信號生成原理可知，此處的數位訊號點數為39244800個點。因此，大小為64MSample的播放內存足以滿足信號存儲和播放的要求。

二、射頻性能比較

這裡我們將針對上面提到的Realtime 模式和改進的ARB模式所產生的WCDMA信號的射頻性能進行對比，從而看出改進的ARB模式具有非常優秀的射頻性能。

信號參數：WCDMA UpLink RMC 12.2k

Frequency：1GHz

Amplitude：-10dBm

信號源：ESG E4438C，MXG N5182A

頻譜儀：PXA N9030A

ESG （Real time）MXG with Realtime filter

ACPR （dBc） @5MHz offset （Noise Correction off）-65.20-68.82

EVM0.670.44

1.721.01

下面列舉了幾個與基站接收機靈敏度測試相關的MXG矢量信號源性能指標的結果圖。

圖2、MXG N5182A發射WCDMA UpLink RMC12.2k性能——ACLR

圖3、MXG N5182A發射WCDMA UpLink RMC12.2k性能——EVM

圖4、MXG N5182A發射WCDMA UpLink RMC12.2k性能——Code Domain

三、結論

通過上面的原理描述和結果展示，充分體現了MXG改進後的ARB信號生成及處理方式，即實時濾波器加波形的方式，可以充分滿足現代基站接收機靈敏度測試對於矢量信號源的性能要求。同時，這個具有創新性能的理念，很好的將Realtime模式和ARB模式進行了融合，既保持了ARB模式信號源原有的經濟和靈活的特點，又擴展了ARB模式的波形播放空間，使得MXG N5182A在滿足客戶與日俱增的測試需求方面，具有了足夠的拓展空間。

從圖中可以發現，改進前後MXG ARB模式的主要區別在於，改進後的MXG將過採樣的環節，向後併入信號源硬體處理環節，並採用了與ESG E4438C Realtime 模式中利用的DSP實時生成波形相同的方式，在MXG中利用FPGA實現實時的濾波器對信號進行兩倍採樣，從而既達到了數位訊號處理所要求的信號性能，又降低了前級對存儲空間的要求，使得前級64MSample的播放內存提高了一倍的利用效率。

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