設(shè)置信號發(fā)生器的功率譜密度（Power Spectral Density, PSD）需結(jié)合信號類型、帶寬需求和測試目標(biāo)，通過調(diào)整輸出功率、帶寬、調(diào)制方式及濾波器參數(shù)等實現(xiàn)。以下是詳細(xì)步驟和注意事項：

一、理解功率譜密度（PSD）的核心概念

PSD表示信號功率在頻域上的分布，單位為dBm/Hz或W/Hz，反映單位頻率內(nèi)的功率密度。

• 關(guān)鍵公式：

其中，P總為信號總功率，BW為信號帶寬。

• 示例：若信號總功率為0 dBm（1 mW），帶寬為1 MHz，則PSD為：

二、設(shè)置信號發(fā)生器PSD的步驟

1. 確定信號類型與帶寬

• 連續(xù)波（CW）：
  • 帶寬為0（單頻信號），PSD理論為無窮大（實際受信號發(fā)生器功率限制）。
  • 測試場景：用于接收機(jī)靈敏度測試或本振（LO）信號生成。
• 調(diào)制信號（如QPSK、16-QAM、OFDM）：

  • 帶寬由符號速率（Rs）和滾降因子（α）決定：

• 示例：5G NR的100 MHz帶寬信號，符號速率可能為58.59 Msps（子載波間隔30 kHz），滾降因子0.22，實際帶寬約71.5 MHz。
• 噪聲信號（如AWGN）：
  • 需設(shè)置平坦的PSD分布，覆蓋目標(biāo)頻段（如20 MHz帶寬內(nèi)PSD為-70 dBm/Hz）。

2. 配置信號發(fā)生器輸出功率

• 總功率設(shè)置：
  • 通過信號發(fā)生器的“Power Level”或“Amplitude”菜單設(shè)置總功率（如0 dBm）。
  • 注意：總功率需與測試系統(tǒng)匹配，避免接收機(jī)飽和或信噪比不足。
• PSD計算：
  • 根據(jù)帶寬反推PSD。例如，總功率0 dBm、帶寬1 MHz時，PSD為-60 dBm/Hz。
  • 調(diào)整方法：

    • 若需PSD為-70 dBm/Hz，帶寬1 MHz，則總功率需設(shè)為：

3. 調(diào)制與濾波器配置

• 調(diào)制方式：
  • 選擇與測試場景匹配的調(diào)制（如QPSK、64-QAM、OFDM），調(diào)制階數(shù)越高，PSD在頻帶內(nèi)分布越不均勻（需通過濾波器平滑）。
• 濾波器類型：
  • 根升余弦（RRC）濾波器：用于抑制帶外輻射，滾降因子（α）影響帶寬和PSD形狀。
    • α越小，帶寬越窄，但帶內(nèi)波動可能增大。
  • 高斯濾波器：適用于FSK等非線性調(diào)制，通過3dB帶寬（BT）控制PSD分布。
  • 示例：在Keysight M8190A中，可通過“Filter”菜單選擇RRC濾波器，并設(shè)置α=0.22。

4. 噪聲信號的PSD設(shè)置

• 生成AWGN（加性高斯白噪聲）：
  • 使用信號發(fā)生器的“Noise”或“ARB”模式，生成平坦PSD的噪聲信號。
  • 步驟：

    1. 選擇“Noise”模式，設(shè)置帶寬（如20 MHz）。

    2. 設(shè)置PSD值（如-70 dBm/Hz）。

    3. 信號發(fā)生器自動計算總功率：

4. 通過外部衰減器或功率放大器調(diào)整輸出功率至所需值。

• 驗證：
  • 使用頻譜分析儀（如Keysight N9020B）觀察噪聲的PSD分布，確保平坦度在±1 dB以內(nèi)。

5. 多載波信號的PSD控制

• OFDM信號：

  • 子載波間隔（Δf）和子載波數(shù)量（N）決定帶寬：

• PSD優(yōu)化：
  • 通過加窗（如漢寧窗、矩形窗）抑制旁瓣泄漏，改善PSD形狀。
  • 示例：在Rohde & Schwarz SMW200A中，可通過“Window”菜單選擇漢寧窗，降低帶外輻射。
• 載波聚合（CA）：
  • 多個載波疊加時，需確保各載波的PSD不互相干擾（如通過頻域隔離或功率回退）。

三、關(guān)鍵注意事項

1. 信號發(fā)生器功率范圍：
   • 確保輸出功率在信號發(fā)生器的線性范圍內(nèi)（通常為-120 dBm至+20 dBm），避免非線性失真導(dǎo)致PSD畸變。
   • 示例：Keysight E8267D的輸出功率范圍為-144 dBm至+13 dBm。
2. 頻譜模板合規(guī)性：
   • 測試無線標(biāo)準(zhǔn)（如3GPP、IEEE 802.11）時，需確保PSD符合頻譜模板要求（如帶外輻射限制）。
   • 示例：5G NR的發(fā)射頻譜模板要求帶外輻射比主瓣低45 dB以上。
3. 外部衰減器與放大器：
   • 若信號發(fā)生器輸出功率不足，可通過外部放大器提升功率；若功率過高，需使用衰減器保護(hù)接收機(jī)。
   • 示例：測試高靈敏度接收機(jī)時，需在信號發(fā)生器輸出端添加20 dB衰減器，避免接收機(jī)飽和。
4. 實時校準(zhǔn)：
   • 定期校準(zhǔn)信號發(fā)生器的功率精度（如每年一次），確保PSD設(shè)置準(zhǔn)確。
   • 校準(zhǔn)方法：使用功率計（如Keysight N8481A）測量實際輸出功率，與信號發(fā)生器顯示值對比。

四、常見問題與解決方案

1. 問題1：PSD在頻帶內(nèi)不均勻
   • 原因：調(diào)制方式選擇不當(dāng)或濾波器參數(shù)不合理。
   • 解決：
     • 改用高階調(diào)制（如256-QAM）并優(yōu)化濾波器滾降因子。
     • 使用頻譜分析儀觀察PSD分布，調(diào)整濾波器帶寬或窗函數(shù)。
2. 問題2：帶外輻射超標(biāo)
   • 原因：濾波器截止頻率設(shè)置過高或調(diào)制信號旁瓣泄漏。
   • 解決：
     • 降低濾波器滾降因子（如從0.35降至0.22）。
     • 對OFDM信號加窗（如漢寧窗）抑制旁瓣。
3. 問題3：總功率與PSD不匹配
   • 原因：帶寬計算錯誤或功率單位混淆（如dBm與mW轉(zhuǎn)換錯誤）。
   • 解決：
     • 使用在線計算器（如Keysight的“Power Unit Converter”）驗證單位轉(zhuǎn)換。
     • 重新計算帶寬（如考慮滾降因子或保護(hù)間隔）。

五、總結(jié)

設(shè)置信號發(fā)生器的PSD需遵循以下流程：

1. 確定信號類型與帶寬（如CW、調(diào)制信號、噪聲）。
2. 計算總功率（P總=PSD×BW）。
3. 配置調(diào)制與濾波器（選擇RRC、高斯濾波器或窗函數(shù)）。
4. 驗證與校準(zhǔn)（使用頻譜分析儀和功率計）。

通過合理設(shè)置參數(shù)并嚴(yán)格驗證，可確保信號發(fā)生器生成的PSD符合測試需求，為無線通信系統(tǒng)的性能評估提供可靠支撐。