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摘要：数字调制主要是运用载波信号的某些离散状态来表征所传送的消息，是现代通信的重要方式。随着数字技术的不断发展，数字信号发生器的应用范围越来越广，面对当前数字调制参数校准计量需求逐年增长趋势，因原有校准规范不能完整反映数字信号发生器的数字调制器性能，特别是在外调制工作状态下的计量相对不完善。基于此，研究数字信号发生器数字性能的评估方法，并对测量结果进行分析判断，以限定值评估信号发生器的数字调试性能，以期更加完整地体现整个数字（矢量）信号发生器的性能，提高数字信号发生器计量的准确性。

关键词：数字信号发生器；数字性能[1]；性能评估

1 引言

数字调制是一种现代通信方法，相较于模拟调制方式体现出更强的抗干扰、抗信道损耗性能，数字信号发生器可以方便地生成各种数字调制信号，用于测试和验证各种通信系统、调制解调器等设备的性能、稳定性和兼容性。数字信号发生器校准是一项非常重要的工作，通过对测量结果准确可靠的分析判断，可以确保数字信号发生器输出信号的准确可靠，保证其工作性能满足技术要求。本文重点研究数字信号发生器数字性能评估技术工作，利用数字信号发生器相关校准设备，模拟数字信号发生器真实应用场景，实现对数字信号发生器数字性能的评估和校准，特别是外调制状态的性能评估。为类似项目提供一定层面的借鉴和参考。

2 数字信号发生器数字性能评估方案

现行数字信号发射器的校准主要依据JJF1174-2017《矢量信号发生器校准规范》[2]。经过调研发现有部分数字信号发生器工作在外调制状态，针对这部分的计量工作目前尚没有统一的方法和完整的测试方案。本文结合数字信号发生器工作原理和实际计量工作中对数字性能的量值传递需求，对数字信号发生器数字性能进行校准，重点研究数字信号发生器数字性能评估技术。特别是针对外调制状态下数字信号发生器数字性能评估技术的研究。对相关测试结果进行统计和评估，分析并验证测试结果的不确定度来源[3]，对校准设备进行重复性和稳定性考核。

2.1测试装置组成

本方案数字信号发生器数字性能校准主要由N9040B矢量分析仪（频率10MHz～26.5GHz，选配89600矢量分析仪软件）、数字信号发生器E4438C（选装通信制式选件）组成。

数字信号发生器数字性能测试根据模式及制式开展的主要测试项目：误差矢量幅度（EVM）、频率误差、相位误差、波形质量、I/Q增益平衡、I/Q偏移等参数。

数字信号发生器数字性能评估测试连接如图1所示。充分预热后共参考晶振，按照被测数字信号模式、制式设置矢量信号分析仪测量参数。数字信号发生器校准项目主要分为两类：

（1）有通信制式选型数字信号发生器（一般为通信相关厂家仪表）：1）基带测试，通信制式测试（根据设备选型及分析仪选型覆盖范围）。2）外调制状态输出校准测试。

（2）无通信制式选型数字信号发生器（一般为通用仪表）：1）基带测试，2）外调制状态输出校准测试。

以RS公司SMBV100A数字信号发生器为例

（1）自有基带输出校准测试。设置被测数字信号发生器载波频率（100MHz～3GHz）和功率（-10dBm），符号率4MHz，调制制式（默认制式为QPSK），滤波器类型为默认，滤波系数为0.35。特别注意输入参考电平的选择直接影响测试结果，一般选择大于载波功率4dB为佳，被测设备RF端口连接矢量分析仪，按照输入参数在矢量分析仪端设置对应的矢量参数，读取数值。

（2）外调制状态数字信号校准。标准数字信号发生器E4438C选择标准制式信号（GSM、CDMA2000、WCDMA），矢量调制器打开输出，使用BNC电缆连接E4438C背板I/Q两路信号输出至被测信号发生器SMBV100A前面板I/Q矢量端口输入，SMBV100A矢量调制选择外调制模式，设置载波频率（100MHz～3GHz）和功率（-10dBm），被测设备RF端口连接矢量分析仪，按照输入参数在矢量分析仪端设置对应的矢量参数，读取测量结果。

2.2数字性能测试数据评估

根据数字信号发生器数字性能测试结果，计算测量结果不确定度等信息，与参考指标数据库进行比对。本参考指标数据库包含各厂家型号（国外主要为RS公司、是德公司，国产主要为思仪、普尚等公司）、模式（基带、外调制）、频段（10MHz～26.5GHz）、制式（QPSK/GSM/CDMA/WCDMA等）。对被测数字信号发生器数字性能进行综合评估，判断其是否满足使用需要，参考指标数据库数据详实准确，选取3GHz基带信号参考指标如下表1.

3 数字信号发生器数字性能评估关键技术

3.1 数字调制外调制测试方法

依据数字信号发生器工作原理及实际使用情况，本方案除了参考JJF1174-2017《矢量信号发生器校准规范》校准测试数字调制自有基带调制器性能指标外，根据数字信号发生器实际应用场景，特别提出测试外调制状态下数字调制器性能参数，利用现有设备完成测试，能较完整反映数字信号发生器数字性能状态。为数字性能数据评估研究奠定了基础，提供数据支撑，填补了本地区此项目计量测试空白的现状。

3.2数字信号发生器数字性能数据评估方法（参考指标数据库的建立）

多数数字信号发生器厂家不提供数字参数测量指标，矢量分析仪测量所得结果仅仅只能计算得出标准不确定度，没有用于合格性判断的依据。本方案利用每年校准测试数字信号发生器超过150台套大体量测试量有利条件，收集大量的测试数据供分析和使用（10台及以上同型号数字信号发生器测试数据才具有统计意义），通过大数据统计方式计算分析各频率、模式、制式、符号速率下的测试结果，采用比对或比较的计量方法分析确定各厂家型号数字信号发生器数字性能参考指标数据，以此数据指标判断被测数字信号发生器是否满足使用要求。目前参考指标数据库主要包含RS公司：SMBV系列、SMU系列、SMW系列，是德公司：E8267D系列、N5172/N5182系列，思仪公司：1445B系列、AV1465-V系列等，并且还在随着测试的积累更新、添加，基本覆盖了市面上主流数字信号发生器型号产品。把数字发生器数字性能评估工作提到了一个新的高度。以是德公司E8267D（20GHz）外调制模式测量为例，测试结果如下表2

4 数字信号发生器数字性能评估研究测试验证

针对数字信号发生器数字性能评估技术研究的验证，主要从两个方面进行，

1.外调制模式计量测试工作的验证。2.数字性能测量数据评估工作的验证。

针对数字信号发生器外调制模式测试是从2020年开始，根据年平均约150台套的计量测试数据结论，在只测基带模式下，2020年之前数字信号发生器数字性能的首次校准通过率接近99%。时常接到客户强调数字信号发生器数字性能不理想，但找不到校准方法或依据判断，从2020年开始使用新方法对数字信号发生器数字性能评估测试，数字性能首次校准通过率逐渐将至95%左右，并且经过厂家维修或调整，再次计量测试时测量结果有了明显的改善，此项目受到了相关厂家的认可。此外通过此项目研究发现了某型号数字信号发生器外调制I/Q输入端口接反，全国涉及整批次台套数过百套，及时为厂家发现了重大问题，避免了重大经济损失，取得了很好的社会反响，这也再次充分说明了此项测试评估技术研究的重要意义。近几年数字信号发生器通过率如下表3.

5 数字信号发生器数字信号测量装置测量不确定度评定

5.1采用直接测量法，输出量等于输入量，开展测量不确定度评定：

（1）EVM参数测量不确定度。不确定度来源为标准器引入的不确定度、标准器重复性引入的不确定度。最终合成标准不确定度为0.36%、扩展不确定度为0.8%（k=2）。

（2）幅度误差参数测量不确定度。不确定度来源主要为标准器引入的不确定度、标准器重复性引入的不确定度。合成标准不确定度为0.36%、扩展不确定度为0.8%（k=2）。

（3）相位误差参数测量不确定度。不确定度来源为标准器引入的不确定度、标准器重复性引入的不确定度。合成标准不确定度为0.26º、扩展不确定度为0.6º（k=2）。

（4）频率误差测量不确定度。其不确定度来源为标准器引入的不确定度、标准器重复性引入的不确定度。合成标准不确定度为2.6Hz、扩展不确定度为5.2Hz（k=2）。

（5）RHO参数测量不确定度。其不确定度来源为标准器引入的不确定度、标准器重复性引入的不确定度。合成标准不确定度为0.00059、扩展不确定度为0.0012（k=2）。

（6）ACPR参数测量不确定度。标准器频谱分析仪显示刻度引入的不确定度，标准不确定度为0.42dB、扩展不确定度为0.9dB（k=2）。

5.2数字信号发生器校准装置重复性检验

选择稳定性好的被检测量器具，采用重复测量的方法进行观测，计算得知实验标准偏差。本装置的测量重复性采用RS公司SMBV100A（255520）数字信号发生器作为被测对象，重复测量若干次，获悉相关参数的重复性，包括EVM参数测量的重复性、幅度误差测量的重复性、相位误差测量的重复性、频率误差测量的重复性、频率波形质量RHO的重复性等，计算结果均满足重复性要求。

5.3数字信号发生器校准装置稳定性检验

选取长期稳定性好的被测件，以此作为核查标准，每隔2个月用测量标准进行重复观测，计算测量平均值和标准偏差。本装置的测量稳定性采用RS公司SMBV100A（255520）数字信号发生器作为被测对象，多次观测后得知相关参数的稳定性，包括EVM参数测量的稳定性、幅度误差测量的稳定性、相位误差测量的稳定性、频率误差测量的稳定性、波形质量RHO测量的稳定性等。计算结果均满足稳定性要求。

5 小结

通过数字信号发生器数字性能评估技术研究，为数字信号计量校准提供了新方法，可以全面准确反映仪器的计量性能，提高仪器仪表精度和维持系统连续性。此项评估技术的研究成功，大大提高了数字信号发生器数字性能计量的能力，填补了本区域此参数的量值传递技术空白，实现数字信号校准技术引领的目标，取得了良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1]应后民.探究数字信号处理对电子测量仪器的影响[J].仪器仪表标准化与计量，2020（04）：46-48.

[2]JJF1174-2017《矢量信号发生器校准规范》[S].2017.

[3]李宗扬主编。计量基础知识。原子能出版社，2002.6.

作者简介：李璟 1983.11，男，汉，江苏南京人，本科，工程师，目前在军工单位计量测试中心从事仪器仪表计量校准工作。