矢量信号分析的基本模型

矢量信号分析过程中，在测量猝发式通信传输或其他非稳态信号时，常常需要在相当长的时期内对信号进行观察和分析，以便合理地确定信号的特性。矢量信号分析将采用捕获分析的测量方式，即采用一次触发或多次触发捕获测量数据并存储在捕获RAM中，随后选择对数据进行分析的最佳形式。图3-16是矢量信号分析测量设计方案简图。

图3-16　矢量信号分析测量设计方案简图

被测信号经模拟前端接收并由ADC数字化后进行数字混频和数字抽取滤波，完成测量信号的捕获，并将捕获数据存储在捕获RAM中，在完成数据存储后，通过数字信号处理器（DSP）实现测量信号的矢量分析。

如何用电子测量仪器对数字调制信号进行定性和定量的测量，是进行信号分析必不可少的手段。所谓信号分析，简单地说，就是从信号提取频域、时域或调制域信息。作为常见信号分析的例子，有确定时域的示波器、确定频域的频谱分析仪和确定调制域的频率和时间间隔分析仪等。模拟的扫频-调谐式频谱分析仪主要采用超外差技术来覆盖很宽的频率范围，从音频、射频到微波、毫米波，通常显示没有处理过的原信号的信息，如电压、功率、周期、波形、边带和频率。频谱分析仪的缺点是只能显示频率分量的幅值，而不能获得信号的相位。对于某些通信元器件和通信链路，幅值和相位必须能够同时测量出来。

动态信号分析仪，也称为快速傅里叶变换（FFT）分析仪，采用数字信号处理（DSP）来提供频率分辨力高的频谱和网络分析功能，用数值计算的方法处理一定时间周期的信号，提供频率、幅度和相位信息，但是由于模数转换器的动态和信号处理技术的限制而仅限于低频信号的分析。

随着信息技术的发展，数字信号因其较强的抗干扰能力，以及可以利用再生技术来消除传输过程中积累的噪声，可以利用纠错码技术来纠正传输中产生的差错，易于加密等特性，在通信系统中运用得越来越广泛。随着FFT分析能力和其他DSP技术的发展，带宽宽、矢量调制、时变信号得以广泛运用，对信号分析的要求在深度、广度和密度方面也越来越高。因此，具备如下功能的信号分析仪越来越受到人们的关注：(www.xing528.com)

兼备时域和频域测量功能；能同时测量时域和频域上的相位信息；时域门功能；事件捕获能力；通道功率测量；时变信号解调；数字信号解调分析；先进的显示功能。

矢量信号分析仪将具有高速ADC的超外差技术和DSP技术集于一身，从而提供快速、高分辨力的频谱测量功能，并能对矢量信号解调，还具有先进的时域分析能力。矢量信号分析仪能用于复杂信号的特性分析，如突发信号、瞬时信号、通信系统中的调制信号，以及视频、广播、声呐和超声波成像等诸多应用。图3-17是矢量信号分析仪（VSA）的简化原理框图。不同的厂家在设计中可能会有细微的差别，运用DSP一些功能可能在不同的部位实现。矢量信号分析仪将模拟输入信号下变频到中频IF，经抗混叠滤波后，由模数转换器对模拟IF信号数字化，之后进行信号处理，它采用DSP技术来处理并提供数据输出；FFT运算产生频域结果，解调器运算产生调制和码域结果。

VSA以不同于传统频率扫描分析仪的方法实现了对复杂信号的测量，数字化的中频部分替代了以前的模拟中频部分，并采用了FFT和数字信号处理一体化的技术。传统的扫频调谐频谱分析仪是一个模拟系统，VSA从根本上看是一个数字系统，采用了数字数据和数学运算来进行数据分析。比如说，大多数传统硬件的功能，如混频器、滤波器和解调器等，都通过数字化处理来完成。传统的FFT就是在时域采样获得的数据上进行的数学运算后提供时域-频域转换。模拟信号必须在时域上数字化，然后执行FFT运算，计算出信号谱。在频谱分析仪中使用的FFT运算，在VSA分析应用中则用解调器运算实现。但是，在仪器功能的实际实现中，为了提高测量的有效性和准确度，还有许多因素需要加以考虑，如抗混叠滤波的实现、重采样、数据加窗等。

图3-17　矢量信号分析仪（VSA）的简化原理框图

VSA一个重要的特性是能够测量和处理复杂的数据。实际上，它被称之为矢量信号分析仪是因为它能够将输入信号以向量形式进行检测，即对输入信号的幅度和相位进行测量。虽然与FFT分析仪类似，但是VSA频率范围覆盖了射频和微波，还有调制域的分析功能。通过数字技术如模-数转换，包括数字IF技术和快速FFT分析等DSP技术的运用，使得矢量分析仪这些显著的测量优点成为可能。

随着信号复杂程度的日益增加，新近推出的频谱分析仪逐渐引入了数字化结构，有的还具有矢量信号分析的功能。一些分析仪将输入到仪表端口的信号先数字化，经过放大，再经过一级或多级下变频，送到IF处理部分。信号通过这些处理，相位和幅度信息必须得以保存才能进行真实的矢量测量。可见，仪表的测量能力是由频谱分析仪自身的数字信号处理能力决定的，是通过其硬件或依附于相关硬件的软件，或者是内部软件或者是连接到分析仪的计算机里的外部软件（矢量信号分析软件）来共同实现的。