baybakov

История развития векторных анализаторов сигнала

Blog Post created by baybakov Employee on Aug 7, 2018

Новый ВЧ прибор выгодно использует две новые технологии

В настоящее время векторные анализаторы сигналов (VSA) находят широкое применение, особенно в радиосвязи и аэрокосмической/оборонной промышленности. Без них не обойтись при работе со сложными модулированными и меняющимися во времени сигналами, которые получили повсеместное распространение.

Однако векторные анализаторы сигналов появились не так давно, как анализаторы спектра или анализаторы электрических цепей, и я хорошо помню процесс их создания, включая неформальное соперничество, в результате которого появилось название “векторный анализатор сигналов”. В этом месяце исполнилось 25 лет с момента появления первого векторного анализатора сигналов, и я хочу совершить краткий экскурс в историю.

В конце 1980-х множество технических идей слились воедино, породив сложные сигналы и оборудование, необходимое для их измерения. Наблюдалось стремительное распространение мобильных телефонов, и справиться с ростом трафика мог лишь переход от аналоговой (1G) к цифровой модуляции (2G).

Контрольно-измерительное оборудование, системы обработки сигналов и дигитайзеры быстро совершенствовались, и в некоторых низкочастотных анализаторах сигналов в трактах промежуточной частоты (ПЧ) стали применяться цифровые фильтры вместо аналоговых. Технологии и потребности едва поспевали друг за другом.

Эти проблемы коснулись и отдела, занятого разработкой контрольно-измерительного оборудования, который обладал богатым опытом создания как свипирующих приборов, так и приборов, использующих быстрое преобразование Фурье (БПФ). Отдел Лейка Стивенса компании HP уже создал низкочастотные свипирующие анализаторы цепей и спектра (с диапазоном до 200 МГц) с цифровыми трактами ПЧ. В результате отдел оказался в уникальном положении, которое позволило объединить классическую супергетеродинную архитектуру с высокопроизводительными АЦП и цифровыми сигнальными процессорами.

Полосовые фильтры ПЧ могли быть полностью цифровыми, обладая лучшей скоростью, точностью и селективностью. С их помощью можно было реализовать практически любое разрешение по частоте – от долей герца до нескольких мегагерц. Но, вероятно, самое главное заключалось в том, что весь сигнальный тракт не искажал фазу сигнала и, следовательно, его векторное содержимое.

Обработка полной векторной информации сигнала важна по целому ряду очевидных и не столь очевидных причин. Векторная обработка позволяет выполнять точную селективную аналоговую демодуляцию, полностью отделяя амплитудную модуляцию от фазовой или частотной. Кроме того, она позволяет выполнять полный анализ импульсов и обладает мощным потенциалом для цифровой демодуляции.

Ключевым решением в этой области, стимулируемым потребностью в точном анализе импульсов, было выполнение непрерывной векторной калибровки во всём сигнальном тракте анализатора. Позже такое улучшение калибровки в частотной области оказалось очень важным для точной цифровой демодуляции в векторном анализаторе сигналов.

В течение нескольких лет все эти развивающиеся и совершенствующиеся технологии подвергались всестороннему обсуждению и испытаниям у потенциальных потребителей. Отзывы потребителей сыграли решающую роль в постановке задачи и реализации первого векторного анализатора сигналов и во многих смыслах показали, каким должен быть этот прибор на самом деле. В процессе разработки в конструкцию векторного анализатора сигналов были внесены многие изменения и улучшения, и в октябре 1992 года мы представили радиочастотный векторный анализатор сигналов HP 89440A.

 

 

Эта иллюстрация из каталога контрольно-измерительного оборудования HP показывает первый радиочастотный векторный анализатор сигналов 89441A. В нижней части расположен ВЧ приёмник и вспомогательный источник. Двухканальный верхний блок выпускался также, как векторный анализатор модулирующих сигналов 89410A.

Векторный анализатор сигналов – в ретроспективе это название кажется совершенно очевидным, но в то время это было далеко не так. Мы понимали, что это новый тип анализатора, попадающий в свою отдельную категорию, которую мы хотели бы правильно назвать. Сейчас я уже не помню другие предложенные названия, но помню, что проголосовал за "векторный анализатор сигналов". В конце концов, это был анализатор сигналов (а не просто анализатор спектра), который давал векторные результаты.

Инженеры, работающие в области радиосвязи и в аэрокосмической/оборонной промышленности, быстро ухватились за эти возможности. Вскоре после первого представления мы показали анализатор на промышленной выставке: инженеры выстроились в очередь, чтобы посмотреть его демонстрацию. Представления сигнала и глубина анализа, достигаемые за счёт объединения частотной, временной и модуляционной областей, были весьма убедительны, и мы смогли показать водопадную диаграмму и спектрограмму, а также полный захват и воспроизведение сигнала.

Со временем мы добавили функцию цифровой демодуляции, так как в эти годы беспроводная революция стремительно набирала обороты. Векторные анализаторы сигналов помогали создавать новые схемы передачи, от CDMA до QAM высоких порядков, сигналов с несколькими несущими, OFDM и MIMO. Обновления программного обеспечения позволили анализаторам не отставать от вновь появляющихся технологий и стандартов, что давало инженерам надежное контрольно-измерительное решение, начиная с ранних этапов разработки.

И хотя его название и набор измерений остались неизменными, векторный анализатор сигналов, как отдельный тип анализатора, постепенно превратился в новый “анализатор сигналов” с цифровой векторной обработкой. Эти анализаторы начали со свипирующего скалярного анализа спектра, а функции векторного анализа были всего лишь опцией к базовому прибору.

Сегодня отдельное или встроенное программное обеспечение Keysight 89600 VSA продолжает давние традиции, поддерживая самые передовые беспроводные технологии. Вот последний пример: новая версия ПО VSA поддерживает анализ модуляции, которую предполагается применять в стандарте 5G, и будет развиваться вместе с этим стандартом.

Похоже, в этой четверти века скучать нам не придётся, и думаю, векторные анализаторы сигналов не утратят своей актуальности и в следующей четверти.

 

Outcomes