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射頻波形生成和測量的復(fù)雜性
很難想象還有什么東西能比在天空和太空中傳送太拉字節(jié)信息的信號更好地說明21 世紀電子技術(shù)的復(fù)雜性。這些信號在無線局域網(wǎng)、先進蜂窩系統(tǒng)、基于地面和衛(wèi)星的多媒體數(shù)字廣播系統(tǒng)中的有線網(wǎng)絡(luò)電纜和光網(wǎng)絡(luò)光纖中傳輸。這些通信系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)非常復(fù)雜，它們產(chǎn)生并發(fā)送的那些滿載信息的信號也是非常復(fù)雜。幸運的是，您或許可以在不完全了解這些信號如何傳輸數(shù)據(jù)或這些系統(tǒng)如何把信息加到數(shù)千兆赫射頻載波上的情況下，使用這些信號并測量它們的主要特性。盡管如此，在選擇儀器或軟件來生成測試信號或確定數(shù)據(jù)有時在到達目的地的途中遭到破壞的方式或原因時，您或許需要更好地了解它們。UWB（超寬帶）技術(shù)仍處于初始階段，它使用數(shù)百兆赫來發(fā)送數(shù)據(jù)速率很高的信號，發(fā)送的距離通常為幾十米或更短。UWB技術(shù)的存在一點也不影響以下斷言的有效性：有限的帶寬和數(shù)據(jù)量的爆炸性增長需要更加復(fù)雜的通信系統(tǒng)和信號。事實上，UWB 強化了這一觀點。UWB 并不試圖找到射頻頻譜中的空閑點，將信號置入其中，而是在其它服務(wù)占用的頻段內(nèi)發(fā)送信號。UWB 系統(tǒng)設(shè)計得可以共享帶寬，而不會對其它服務(wù)產(chǎn)生干擾，或受到其它服務(wù)的干擾。高數(shù)據(jù)速率、寬帶寬和占用相同頻率的干擾信號的存在這三個因素，使得系統(tǒng)設(shè)計極具挑戰(zhàn)性。
正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)
有兩種互相競爭的技術(shù)是 UWB 的基礎(chǔ)，其中之一就是一種稱為OFDM（正交頻分復(fù)用）的 DSP 密集型系統(tǒng)。OFDM 還是 IEEE 802.11 無線聯(lián)網(wǎng)標準系列、幾種 DBS（直接廣播衛(wèi)星）電視系統(tǒng)、iBiquity Digital 公司 () 面向美國市場的 HDRadio TDAB（陸基數(shù)字音頻廣播）系統(tǒng)、歐洲 DVB（數(shù)字電視廣播）系統(tǒng)（它既支持陸基傳輸又支持衛(wèi)星傳輸）中的一種關(guān)鍵技術(shù)。
您可能聽說人們把 OFDM 稱為一種數(shù)字調(diào)制形式，嚴格地說，它不是。OFDM 使用數(shù)百甚至數(shù)千個不同頻率的副載波，使裝入每個符號周期中的信息比大多數(shù)其它數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能裝入每個符號周期的信息更多。因此，OFDM 使用數(shù)量更少、持續(xù)時間更長、復(fù)雜性更高的符號來達到與其它幾種數(shù)字傳輸系統(tǒng)相同的數(shù)據(jù)傳輸速率。（有些人認為這些符號是一個符號周期中的多個符號。）而且無須增加占用帶寬就可以維持這一數(shù)據(jù)速率。
OFDM 的符號時間長，相應(yīng)地符號速率就低，這就使 ISI（符號間干擾）能減少到最低程度而ISI在射頻通信中通常是由多路徑失真等信號減損引起的。當(dāng)某個信號通過幾條路徑到達接收天線時，就會發(fā)生多路徑傳播。其中一條路徑可能是從發(fā)射天線直接到達接收天線，而其它路徑則涉及到固定物體或運動物體的反射信號。只要延長符號持續(xù)時間，使之超過延遲時間最長的反射信號到達接收天線所花的額外時間，OFDM就能消除此類反射信號通常造成的 ISI。還有一個好處是，信息散布在多個載波中，能提高信號的抗干擾能力以及信號對多路徑傳播的頻率響應(yīng)影響的抵抗力。
它是一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
某種形式的數(shù)字調(diào)制，如 BPSK（雙相移鍵控）或 QAM（正交調(diào)幅，參見參考文獻 2），把信息加在每個 OFDM 副載波上。一個 OFDM 系統(tǒng)能在不同副載波上使用不同類型的調(diào)制，任何副載波使用的調(diào)制類型都可以隨時改變。也就是說，一個 OFDM 副載波可以使用 BPSK，然后改用 QAM，接著再改回來，或者改用另一種調(diào)制形式。因此，您或許不應(yīng)該把 OFDM 稱為一種調(diào)制，而應(yīng)稱為一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
OFDM 的魅力部分來自其多個副載波之間的正交性。不同頻率的信號可以正交，這一思想也許需要人們花些時間來習(xí)慣它，這是因為人們一般把正交性看作同頻率信號的一種特性。例如，兩個正交的同頻率正弦波信號分量（即在時間上相差 90°）是垂直的，因為任何一個分量的幅度變化都不影響另一個的幅度。同樣，調(diào)制一個 OFDM 副載波不會影響系統(tǒng)的其它副載波，因為每個副載波頻譜的幅度在所有其它副載波頻率上都是零（圖 1）。
圖1，查看某個 OFDM 信號的多個副載波的頻譜，您會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)是如何避免載波間干擾 (ICI) 的。間隔很近的各個載波互相重疊。每個載波的頻譜在所有其它載波的中心均為零，從而產(chǎn)生零 ICI（ Agilent 公司供稿）。
OFDM 系統(tǒng)有時使用數(shù)千個副載波。與不使用OFDM而使用簡單調(diào)制（如每符號傳輸一個比特的 BPSK） 的系統(tǒng)相比， OFDM 系統(tǒng)在理論上能以相同的比特率傳輸數(shù)據(jù)，盡管符號速率較低，與副載波數(shù)量成正比。有些系統(tǒng)把 OFDM 與運載 64QAM（64 級 QAM）等復(fù)雜調(diào)制的副載波結(jié)合起來，它們至少在理論上能夠維持數(shù)據(jù)速率，同時仍舊能進一步降低符號速率——在 64QAM（每符號傳輸 6 個比特）的情況下，可降低到1/6，因為 64=26。
數(shù)百兆赫信號的產(chǎn)生
產(chǎn)生一個用 64QAM 調(diào)制的 2.5 GHz或 5GHz 或更高頻率的信號，這就夠難了（參考文獻 3）。再則，當(dāng)您在外部生成基帶信號時，至少有兩種儀器——Rohde and Schwarz 公司的 SMU200A 和 Agilent 公司的 PSG 系列——能分別達到 200MHz 和 1GHz 的調(diào)制帶寬。合成此類信號并仿真在典型環(huán)境中使這些信號劣化的因素，會使問題進一步復(fù)雜化（參考文獻 4）。而且，如果 QAM 不直接調(diào)制主載波，而是調(diào)制全部數(shù)百個或數(shù)千個副載波（每個副載波運載不同信息），而這些副載波又調(diào)制主載波，那么信號生成問題就會復(fù)雜得令人頭腦麻木。不過，現(xiàn)代射頻信號發(fā)生器——通常在獨立PC 上運行的軟件包的幫助下——可以輕松地應(yīng)付這種復(fù)雜性。
能產(chǎn)生已調(diào)制射頻載波的射頻信號發(fā)生器，大多數(shù)都有一對 DAC，其中一個產(chǎn)生 I（同相）調(diào)制信號，另一個產(chǎn)生 Q（正交）調(diào)制信號。這種 IQ 方法不僅在概念上簡單明了，而且效率也很高：它能使每個DAC的更新速率比合成整個調(diào)制波形的單個 DAC 所需的更新速率低一半。因此， 把數(shù)模轉(zhuǎn)換功能分給I DAC 和 Q DAC去完成，就能實現(xiàn)更低的 DAC 更新速率，從而能輕而易舉地達到所需分辨率。然而，有幾種信號發(fā)生器的確只使用一個 DAC 來合成所有調(diào)制信號。您也許會認為，產(chǎn)生 OFDM 信號的信號發(fā)生器將使用大量 DAC，或許是每個副載波使用一個，但儀器制造商們報告說，用數(shù)學(xué)方法對副載波進行合成并求和，然后再轉(zhuǎn)換成模擬信號，這樣做更為簡單。由于系統(tǒng)使用這么多副載波，因此多個 DAC 會帶來一些不必要的技術(shù)問題，使設(shè)計復(fù)雜化，
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