差分IQ信号收发机测试解决方案

差分 IQ 信号收发机测试解决方案
安捷伦见习应用工程师 安捷伦应用工程师 安捷伦高级应用工程师 张 李 董 卓 萍 斌
1.相关概念介绍
IQ 信号是基带调制信号， 指信号同相分量， 指信号正交分量。 I Q 二者相位相差 90°，即 I、Q 两路信号正交。用 IQ 两路信号来表示 信号，目的在于提高频谱利用率。IQ 信号是对信号的分解，参照下 式： s(t)=I(t)cos(wt)-Q(t)sin(wt) 可见，一路 I 信号或者 Q 信号无法单独表示信号的全部信息。在直角 坐标系中，横轴为 I，纵轴为 Q。两路信号共同表征信号的全部信息。 差分信号是指幅度相等、相位相反的两路信号。即一路为“+” ， 一路为“-” 。差分信号实质上是对信号传输方式的优化，目的在于提 高信号传输质量。差分信号多为基带信号，任何一路都可以单独的表 征信号的全部信息。 将信号从单端信号变为差分信号的目的是为了抑 制噪声干扰，主要是共模干扰和偶次方项干扰。差分信号主要用于 PCB 板内信号的传输，一般要求信号走线长度、路径基本相同，两根 信号线间要耦合的很紧，以得到良好的 EMI 性能和抗干扰能力。 差分 IQ 信号即对 I、Q 两路信号进行差分处理后，得到 I+、I-、 Q+、Q-四路信号。从 IQ 信号和差分信号的优点来看，差分 IQ 信号既 可以得到良好的频谱利用率又可有效地抑制噪声干扰。而且差分 IQ 信号同样可以应用于各种调制信号，如 BPSK，QPSK，QAM，MSK 等等。 目前越来越多的收发机调制输入端以及解调输出端采用差分 IQ

信号。因此，直接对差分 IQ 信号收发机指标进行测试成为一个热门 的研究课题。本文给出一种基于安捷伦测试仪表的差分 IQ 信号收发 机测试解决方案。
2.收发机模型
典型的发射机接收机模型如下：
本振CW 信号
数字基带 v信号
数字IQ调 制信号
模拟IQ调 制信号
中频调 制信号
射频调 制信号
微波调 制信号
本振CW 信号
差分 IQ 信号收发机的不同之处在于对基带 IQ 信号进行了差分处 理，即对 I、Q 每路信号进行 180°的移相，得到两路新的 I-、Q-信 号。发射机部分四路信号合路后作为基带信号进行上变频，经过两次 变频之后发射。接收机部分将接收到的信号进行两次下变频之后解 调，得到 IQ 信号，再进行差分处理后输出。

3.差分 IQ 信号收发机测试解决方案
用户收发机测试关心的关键性指标包括：发射机输出频率，输出 信号功率，占用带宽，调制质量，调制精度，EVM；接收机灵敏度， 解调精度，EVM。针对测试需求，给出以下测试解决方案。
测试系统模型：
★ Agilent E4438C 矢量信号发生器标配有差分 IQ 信号输出（背面 板给出） ，可直接为发射机提供差分 IQ 信号。
Agilent E4438C ESG 矢量信号发生器还具备用以测试模拟/数字通信 系统的各种功能， 可对大部分现行和新兴的空中接口标准进行性能评 估。另外，还可以定制许多测试功能，来满足专有或其它非标准无线 协议的需要。E4438C ESG 矢量信号发生器频率范围覆盖到 6GHz，能

够产生 CW 信号、各种模拟、数字调制信号、脉冲信号，支持任意信 号发生。已成为当前和未来无线通信系统测试的最佳选择之一。 ★ Agilent E4440A 频谱分析仪（选件 122 分析带宽 80MHz）
Agilent PSA 系列高性能频谱分析仪，采用全新的全数字处理技术， 可广泛应用于射频和微波频段各种复杂信号的分析测试。PSA 系列高 性能频谱分析仪，最高覆盖频率可达 50GHz，可以对信号进行频域、 时域、以及解调域的各种测试。增加选件之后可以具备矢量信号分析 功能，与外置 Agilent VSA 89601 矢量信号分析软件连接使用将可以 满足用户对矢量信号分析的各种测试需求。 ★ Agilent VSA 89601A 矢量信号分析软件

Agilent 89601A 矢量信号分析软件可提供对复杂信号的分析测试， 信号涵盖模拟调制信号、数字调制信号、无线通信信号和宽带通信信 号等。分析过程中，用户可以根据测试要求设置分析的方法和显示参 数。通过测试，不仅可以得到信号的各种性能参数，还能利用其完整 的测试参数帮助判断信号出现的问题。89601A 矢量信号分析软件支 持多种硬件平台，包括矢量信号分析仪、频谱仪、示波器和逻辑分析 仪。 ★ Agilent DSO80204B 宽带高速示波器以及 1169A 探头系统
Agilent 80000 系列示波器最高带宽可以达到 13GHz，采样速率 可以达到 40GSa/s。配用 1169A 探头和 N5380A 差分适配器可以直接 对接收机的差分 IQ 输出信号进行测试。 连接 89601A 矢量信号分析软 件可以对接收机基带信号进行解调质量、解调精度的分析测试。 测试系统搭建如下：

使用到的仪表及附件
差分 IQ 信号输入到示波器差分探头局部图
4.测试结果
按上述方案，对差分信号收发机指标进行测试，得到以下测试结果。 发射机指标测试结果：

发射机带内功率测试结果如上图， 可以得到发射机频带内信号功 率积分值， 此项参数可以确定发射机发射功率是否满足设计指标要求
发射机发射信号占用带宽测试结果如上图。 此处测得的是发射机 输出信号 3dB 带宽。

发射机 CCDF 参数测试结果如上图。可以得到发射机峰值功率与 平均功率分布关系。
发射机 ACPR 测试结果如下。得到发射机调制信号邻道功率抑制比。

发射机输出调制信号解调分析结果如上图。可以得到调制精度信息。
接收机指标测试结果：
通过 89601A 矢量信号分析软件，可以得到接收机解调后的基带 信号的各项参数，包括解调精度，星座图，矢量图，频谱，时域波形，

EVM，相位误差等等。
从示波器上还可以直接观测到接收机输出基带差分 IQ 信号的时域 波形并对其进行参数测量。
5.总结
通过以上分析及实际测试，证明该差分 IQ 信号收发机测试方案 完全可行。我们得到差分 IQ 信号收发机的全面性能指标参数，以及 完整的测试报告。整个测试方案不但保证测试准确度和可靠性，而且 测试系统搭建方便，测试过程简洁可行。