信号完整性分析：无线信号(一)

David Ireland
设计和制造市场经理
泰克公司

Greg Edlund
全球工程解决方案部高级工程师
IBM

《信号完整性 - 工程师的同伴》一书的第10章讨论了在现代无线环境中的无线信号测量和可能有些激进的信号分析的新技术。本文是该文章的一部分摘要。

无线信号链

无线信号是如今的许多嵌入式系统中必备的部分，移动终端的制造商正在讨论媒体汇聚，消费者可以在笔记本、移动电话、便携式数字电视或者PDA进行网页浏览或者观看赛事实况。

简单来说，各种媒体内容都被“翻译”成为无线信号。然而，媒体汇聚其实是无数种复杂的技术的先驱，比如说增强的数据压缩（编解码）、互操作性、射频传输和干扰处理。无数其他的无线技术，比如大量的国际标准和媒体格式，都应得到大书特书。但这个章节，对于信号完整性设计来说，我们无需考虑媒体、标准，和那些各种无线传输的特性，只关注测试和分析无线信号。无线信号和频谱的分析是各种专业领域广泛采用的手法，并且更应该在无线的教科书中出现。

并且，因为无线系统在嵌入式系统设计中越来越流行，新的无线标准也在采用，在这些无线环境中信号完整性工程应该得到重视。因此，这本书如果不讨论现代无线信号和它们的测试，那将是不完整的。所以，本章节旨在帮助你理解无线信号测试的新技术，本章节同时提供一些在现代无线环境中进行信号分析的新点子。

讨论信号完整性和测量是个大工程，将无线测试仪器的讨论也加入到关于广泛的SI书籍里面一直是受到争议的。然而，这个话题也是直接坦白的，因为频谱分析仪(SA)是进行射频(RF)测试必备的工具，并且，频谱分析在广泛的无线系统和器件的设计中是占有统治地位的。另外，频谱分析目前在从低功耗射频识别(RFID)系统到高功率雷达和RF发射机系统等领域的研究和开发中都会被采用。

射频信号

一个RF载波信号就像一张空白的纸，在上面可以写下并传播信息。RF载波可以通过改变幅度和相位传递信息，这也就是所谓的调制。举例来说，我们一般讨论调幅（AM）和调频（FM），不过书面上，频率调制FM是相位调制（PM）的一种形式。AM和PM的结合形成了目前的无数种调制方式，比如正交相移键控（QPSK），是一种数字调制方式，各符号位呈90度的相位差。正交幅度调制（QAM）是广泛应用的调制方式，采用该方式相位和幅度都会同时变化从而提供多种状态。其他更加复杂的调制方式比如说正交频分复用（OFDM）也可以分解出幅度和相位分量。无线系统提供的基本的讯息为调制一个载波信号的方法提供了全面的实例。为了理解调制，一张实例图可能比千言万语更有效。

然而，要理解无线载波的数字调制，必须熟悉用向量来表示信号的幅度和相位，正如图10-1中显示的那样，一个信号向量可以理解为将信号的瞬时的幅度和相位分别由向量的长度和角度来表示。

如果是在一个极坐标参照系统，同样可以采用一个传统的笛卡尔坐标参照系或直角坐标X和Y来表述。在一个RF信号的数字表述中，通常会用到一个I信号和与其正交的Q信号，在数学上，其实就相当于笛卡尔坐标系的X分量和Y分量。图10-2举例说明了向量的幅度和相位，和当时的I、Q分量的状态。

图1。

图2。

比如，AM调制信号就可以用I和Q分量来表示，这就需要计算载波瞬时的I、Q幅度，每个瞬时值被表述为数字并记录在存储器上，最后存储的数据（幅度值）就给出了原始调制信号的表述。然而，PM调制没有那么简单，它还包括相位的信息，计算I、Q值并存储后，然后执行三角运算来纠正所有的数据，所得到的数据就是原始的调制信号。彻底理解I、Q信号似乎比较难，但实际上这与理解一个正弦信号在某个时间点上用X、Y坐标来表述向量是一样的。

然而，在10-1和10-2图中表述的信号在实际情况中是很少发生的，移动电话和其他无数的无线系统在现代世界中进行了延伸，在这个世界中无线干扰无处不在。诸如移动电话等产品一般是在一个受限的频段里面工作，因此，移动电话和其他无线设备制造商需要在法律上遵守频带的规范。设计这些设备需要避免临近频道RF能量的传输，这对一些需要在不同的模式下切换信道的无线系统更加具备设计挑战。一些设计相对简单的无授权频段的无线设备同样需要有效处理干扰的问题。

政府的规范一般会要求这些无授权频带设备只能进行突发模式（bursty）工作并必须在一定功耗的限制下工作。正确的探测、测量并分析“突发”模式的无线信号对与SI设计来说是非常有意义的工作。

下一节：频率测量

Geoff Lawday博士是泰克公司在英国Buckinghamshire New University的教授，他在泰克实验室进行信号完整性设计和高性能总线系统的教学，并在欧洲负责泰克公司信号完整性的研讨会。

David Ireland是泰克公司在欧洲和亚洲的设计和制造市场经理，在测试测量领域有超过30年的工作经验，在领先的技术期刊上定期发表信号完整性的文章。

Greg Edlund是IBM全球工程解决方案部的高级工程师，曾参与十个高性能计算平台的开发和测试，他著有Timing Analysis and Simulation for Signal Integrity Engineers一书。