矢量信號分析儀原理（二）

VSA 測量過程通過信號“快照”或時間記錄，然后同時處理所有頻率，以仿真一系列并聯濾波器從而克服了掃描局限。例如，如果輸入的是瞬時信號，那么整個信號事件被捕獲 ( 意味著該時刻信號的所有信息都被捕獲和數字化 ); 然后經過 FFT 運算，得出“瞬時”復數頻譜對頻率的關系。這一過程是實時進行的，所以就不會丟失輸入信號的任何部分。基于這些，VSA 有時又稱為“動態信號分析”或“實時信號分析”。不過， VSA 跟蹤快速變化的信號的能力并不是無限制的。它取決于 VSA 所具有的計算能力。

并行處理為高分辨率 ( 窄分辨率帶寬 ) 測量帶來另一個潛在的優勢：那就是更短的測量時間。如果你曾經使用過掃描調諧頻譜分析儀，就會知道在較小小頻率掃寬下的窄分辨率帶寬 (RBW) 測量可能非常耗時。掃描調諧分析儀對逐點頻率進行掃描的速度要足夠慢以使模擬分辨率帶寬濾波器有足夠的建立時間。與之相反，VSA 可以一次性測量整個頻率掃寬。不過，由于數字濾波器和 DSP 的影響，VSA 也有類似的建立時間。與模擬濾波器相比，VSA 的掃描速度主要受限于數據采集和數字處理的時間。但是，VSA 的建立時間與模擬濾波器的建立時間相比通常是可以忽略不計的。對于某些窄帶測量，VSA 的測量速度可以比傳統的掃描調諧分析快 1000 倍。

在掃描調諧頻譜分析中，掃描濾波器的物理帶寬限制了頻率分辨率。VSA 沒有這一限制。VSA 能夠分辨間隔小于 100 μHz 的信號。VSA 的分辨率通常受限于信號和測量前端的頻率穩定度，以及在測量上希望花費的時間的限制。分辨率越高，測量信號所需要的時間 ( 獲得要求的時間記錄長度 ) 就越長。

另一個極為有用的特性是時間捕獲能力。它使你可以完整無缺地記錄下實際信號并在以后重放，以便進行各種數據分析。捕獲的信號可用于各種測量。例如，捕捉一個數字通信的發射信號，然后既進行頻譜分析也進行矢量調制分析，以測量信號質量或識別信號缺損。

使用數字信號處理 (DSP) 還帶來其它優勢；它可以同時提供時域、頻域、調制域和碼域的測量分析。集這些能力于一身的儀器更有價值，它可改善測量質量。VSA 的 FFT 分析使你可以輕松和準確地查看時域和頻域數據。DSP提供了矢量調制分析，其中包括模擬和數字調制分析。模擬解調算法可提供與調制分析儀類似的 AM、FM 和 PM 解調結果，使您可以看到幅度、頻率和相位隨時間變化的曲線圖。數字解調算法可適用于許多數字通信標準 ( 例如GSM、cdma2000?、WiMAXTM、LTE 等 ) 的廣泛的測量，并獲得許多有用的測量顯示和信號質量數據。

很明顯 VSA 提供了許多重要的優勢，當配合使用合適的前端時，還可以提供更多、更大的優勢。例如，當 VSA 與傳統的模擬掃描調諧分析儀結合使用時，可提供更高的頻率覆蓋率和更大的動態范圍測量能力 ; 與示波器結合使用時，可提供寬帶分析 ; 與邏輯分析儀結合使用時，可探測無線系統中的FPGA 和其它數字基帶模塊。

如前所述，VSA 本質上是一個數字系統，它使用 DSP 進行 FFT 頻譜分析，使用解調算法進行矢量調制分析。FFT 是一種數學算法，它對時間采樣數據提供時域－頻域的轉換。模擬信號必須在時域中被數字化，再執行 FFT 算法計算出頻譜。從概念上說，VSA 的實施是非常簡單直接的 : 捕獲數字化的輸入信號，再計算測量結果。參見圖 3。不過在實際中，必須考慮許多因素，才能獲得有意義和精確的測量結果。

圖 3. 1 kHz FFT 分析舉例 : 先數字化時域信號，再使用 FFT 將其轉換到頻域

如果你熟悉 FFT 分析，就知道 FFT 算法針對所處理的信號有幾點假設條件。算法不校驗對于所給輸入這些假設是否成立，這就有可能產生無效的結果，除非用戶或儀器可以驗證這些假設。

圖 1 為一般的 VSA 系統方框圖。在 DSP 過程中，不同的環節可能使用不同的功能。VSA 測量過程包括這些基本階段:

測量前端
1. 包括頻率轉換的信號調整。基于所使用的前端硬件，可能需要和 / 或可以使用不同的信號調整步驟。
2. 模數轉換器
3. 正交檢波
VSA 軟件
4. 數字濾波和重采樣
5. 數據窗口
6. FFT 分析 ( 對于矢量調制，由解調模塊替代模塊 5 和 6)