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普尚云課堂 | 功率統計互補累積分布函數(CCDF)測量


  來源: 普尚電子 時間:2024-10-24 編輯:清風
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1、 簡介


現代數字調制技術極大地提高了頻譜效率,這在有限頻譜資源的工作環境中至關重要。然而,這些復雜的調制技術可能會增加失真,稍有不慎,就可能在通信系統中引發問題。在射頻/微波設計中,一個常見的挑戰是精確測量復雜信號的功率電平。如果沒有對信號的功率統計特性進行明確定義,那么將無法有效地開發通信系統。


2、 CCDF


圖1. CCDF的數學起源


首先,如圖1,是具有概率密度函數(PDF)的數據。為了獲得累積分布函數(CDF),需要計算PDF的積分。最后,對CDF進行取反即可得到CCDF。也就是說,CCDF是CDF的補集(CCDF = 1–CDF)。為了生成如圖1所示的CCDF曲線,需要將y軸轉換為對數形式,并將x軸的起點設為0 dB。對數y軸可以為低概率事件提供更好的分辨率。


CCDF 將這一數學理論應用于輸入信號,并顯示結果。信號的調制格式會影響其功率特性。一些數字調制格式具有較高的峰值平均功率比,而另一些則具有較小的峰值平均功率比,這也被稱為峰均比(crest factor)。許多新的調制方案采用正交頻分復用(OFDM),具有與加性高斯白噪聲(AWGN)相似的噪聲特性。CCDF曲線,可以全面表征不同調制格式的功率統計特性,從而優化產品設計,實現更好的性能。


圖2. 4096QAM信號的CCDF曲線,中心頻率為20 GHz,帶寬為2 GHz


普尚電子的SP900系列信號分析儀,如SP900P和SP900S,其分析帶寬分別高達2 GHz和4 GHz,這對于如圖2所示的4096QAM等高帶寬信號至關重要。


3、 優化CCDF設置


普尚電子的頻譜分析儀的CCDF測量功能能夠全面表征復雜調制信號的功率統計特性,進行準確且可重復的CCDF測量的關鍵在于優化分析儀的設置,以便最佳地捕獲和調理輸入信號。


在進行CCDF測量之前,首先需要了解輸入信號的調制格式和特性。利用分析儀的其他模式可以在時域和頻域中表征信號,并得到誤差矢量幅度(EVM)結果。例如,如果待測設備(DUT)在較高功率下EVM性能不佳,這可能表明系統中的放大器在最高峰值功率時出現了壓縮,觀察CCDF特性可以進一步確定問題所在。


在信號分析儀中設置正確的中心頻率后,將信道帶寬設置為輸入信號的帶寬或稍大一些。


圖3. 4096QAM信號的中心頻率和信息帶寬(Info BW)設置


當測量諸如時分雙工(TDD)信號這樣的突發信號時,需要相應地調整測量間隔,以僅測量信號突發時的激活時間。應將[測量間隔]設置為信號活躍的時間,即信號突發的長度。如果測量間隔設置不正確,則功率統計值可能會偏低或偏高。


圖4. 測量設置和觸發菜單面板


現在,已經設置了信道帶寬和測量間隔,可以通過一個方程式來幫助確定采樣點數和測量周期數。


Counts=Meas Cycles*Sampling Frequency*Meas Interval  [Equation 1]


wher Sampling Frequency is:


Sampling Frequency=1.25*Info BW  [Equation 2]


Sampling Frequency=1.20*Info BW(When nearing the maximum Info BW)    [Equation 3]


應當注意,1.25和1.20的采樣率并不違反奈奎斯特定理,因為它們是復采樣率。復IQ信號的采樣率是原始采樣率的一半,因為兩個ADC(模數轉換器)采樣值對應于一個復IQ信號采樣值,相應的原始采樣率分別是2.5和2.4。


采樣點數和測量周期數是相互關聯的,不能彼此獨立改變,如方程4所示。


Counts/Meas Cycles=Sampling Frequency*Meas Interval  [Equation 4]


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