返回 数字调制信号功率的定义和指标

2024-11-11

对于数字调制信号而言，仅仅采用传统的平均功率和峰值功率已经不能完全表达其特性了。从射频功率测量角度，可以用以下5项指标来完整表达一个数字调制信号的特征。

一、平均功率（AVG）

平均功率即载频功率的平均值，也就是射频能量的总和。想象一下图1所示的脉冲宽度（τ）等于1/2 占空比（T）的脉冲信号，将 50 W 以上的阴影部分填入50W以下的空白部分，所有阴影部分的总和就是平均功率。这也就是热偶功率计所测量的“真”平均功率，它不依赖于调制类型和载频数量。

图1 平均功率的定义

绝大多数的发射系统验收标准都规定了平均功率及其误差范围，如FM广播发射机在正常运行时的输出功率允许偏差应在额定功率的±10%范围内，因此对平均功率的测量是不可或缺的。同时也为工程师判断系统性能及是否要做系统维护或校准等提供了依据。

二、突发功率（BRST AV）

突发功率定义为周期性突发载频的平均功率（见图2），其计算公式如下：

图2 突发功率的定义

在突发功率测量中，当功率计检测到峰值功率后，就将门限值设为峰值的1/2。通过检测在一段时间内每个脉冲的上升沿及下降沿通过该门限的次数，计算出占空比。

三、峰值功率（PEP）

峰值功率即载频功率的峰值。当信号调制到载频上时，峰值功率可以检测到振幅的变化。如果τT已知，则峰值功率可定义为：

通过测量峰值功率能够检测发射机是否过载。如果在已调信号上升沿出现过冲，或者在波形中夹杂有瞬时脉冲，都可能对系统元器件造成损害，并将导致系统丢包，增加系统的误码率。在 TDMA 的测量中，在关闭所有其他时隙时，峰值功率和突发功率可以用来检测单个时隙中的过冲。

四、峰值/平均值功率比（PEP/AVG）

峰值/平均值功率比（简称为峰均功率比）也被称为峰值因子，其定义是峰值功率和平均值功率的比值（如图3所示），单位为dB。在测量时，功率计会根据峰值功率和平均功率来计算峰均功率比。

图3 峰值因子（峰值/平均值功率比）的定义

通信已步入数字时代，峰均功率比成为衡量数字射频系统性能最重要的指标之一。对于功率测量而言，峰均功率比可用于评估一个数字调制的射频信号的共性，测试工程师只需了解被测信号的峰均功率比，即可准确测量其功率的大小。如果峰均功率比太大，发射机发射出的信号就可能会出现失真的情况，对放大器的线性要求也越高。峰均功率比指标可以检测出过载问题。了解峰均功率比的意义，可以让最终用户更准确地设置基站功率，并能降低运行成本。

五、互补积累分布函数（CCDF）

CCDF 定义为正向功率超过给定门限（见图4）的概率：

图4 典型的数字调制信号

功率计每隔一段时间对功率采样一次, 并和用户设定的门限值相比较，超过门限值的时间与总时间的关系就是 CCDF。

CCDF可用来评估功率放大器的线性，尤其是工作于高峰均功率比的数字调制信号条件下（如WCDMA）的功率放大器。首先测量输入到被测放大器的调制信号的CCDF，然后测量放大器的输出CCDF，并与输入CCDF相比较，两条曲线越吻合，说明被测放大器的线性越好。在生产线上，用CCDF法可以快速测试功率放大器的线性以提高生产效率；在蜂窝基站现场，CCDF的测量对于评估末级放大器的线性也有参考价值。

针对不同的通信系统，需要采用不同的指标来定义其射频功率。例如，常见的VHF/UHF双向无线电对讲机，由于采用的是调频方式，所以只要测量其平均功率就可以了；双边带的调幅发射机，其功率随着调制度而变化，所以需要测量其峰均功率比，或者在固定的调制度条件下测量峰值功率或平均值功率，如模拟电视发射机中的图像功率测量。可见，了解被测信号的特性对于正确测量射频功率是至关重要的。

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2017-02-11