设置信号发生器的功率谱密度（Power Spectral Density, PSD）需结合信号类型、带宽需求和测试目标，通过调整输出功率、带宽、调制方式及滤波器参数等实现。以下是详细步骤和注意事项：

一、理解功率谱密度（PSD）的核心概念

PSD表示信号功率在频域上的分布，单位为dBm/Hz或W/Hz，反映单位频率内的功率密度。

• 关键公式：

其中，P总为信号总功率，BW为信号带宽。

• 示例：若信号总功率为0 dBm（1 mW），带宽为1 MHz，则PSD为：

二、设置信号发生器PSD的步骤

1. 确定信号类型与带宽

• 连续波（CW）：
  • 带宽为0（单频信号），PSD理论为无穷大（实际受信号发生器功率限制）。
  • 测试场景：用于接收机灵敏度测试或本振（LO）信号生成。
• 调制信号（如QPSK、16-QAM、OFDM）：

  • 带宽由符号速率（Rs）和滚降因子（α）决定：

• 示例：5G NR的100 MHz带宽信号，符号速率可能为58.59 Msps（子载波间隔30 kHz），滚降因子0.22，实际带宽约71.5 MHz。
• 噪声信号（如AWGN）：
  • 需设置平坦的PSD分布，覆盖目标频段（如20 MHz带宽内PSD为-70 dBm/Hz）。

2. 配置信号发生器输出功率

• 总功率设置：
  • 通过信号发生器的“Power Level”或“Amplitude”菜单设置总功率（如0 dBm）。
  • 注意：总功率需与测试系统匹配，避免接收机饱和或信噪比不足。
• PSD计算：
  • 根据带宽反推PSD。例如，总功率0 dBm、带宽1 MHz时，PSD为-60 dBm/Hz。
  • 调整方法：

    • 若需PSD为-70 dBm/Hz，带宽1 MHz，则总功率需设为：

3. 调制与滤波器配置

• 调制方式：
  • 选择与测试场景匹配的调制（如QPSK、64-QAM、OFDM），调制阶数越高，PSD在频带内分布越不均匀（需通过滤波器平滑）。
• 滤波器类型：
  • 根升余弦（RRC）滤波器：用于抑制带外辐射，滚降因子（α）影响带宽和PSD形状。
    • α越小，带宽越窄，但带内波动可能增大。
  • 高斯滤波器：适用于FSK等非线性调制，通过3dB带宽（BT）控制PSD分布。
  • 示例：在Keysight M8190A中，可通过“Filter”菜单选择RRC滤波器，并设置α=0.22。

4. 噪声信号的PSD设置

• 生成AWGN（加性高斯白噪声）：
  • 使用信号发生器的“Noise”或“ARB”模式，生成平坦PSD的噪声信号。
  • 步骤：

    1. 选择“Noise”模式，设置带宽（如20 MHz）。

    2. 设置PSD值（如-70 dBm/Hz）。

    3. 信号发生器自动计算总功率：

4. 通过外部衰减器或功率放大器调整输出功率至所需值。

• 验证：
  • 使用频谱分析仪（如Keysight N9020B）观察噪声的PSD分布，确保平坦度在±1 dB以内。

5. 多载波信号的PSD控制

• OFDM信号：

  • 子载波间隔（Δf）和子载波数量（N）决定带宽：

• PSD优化：
  • 通过加窗（如汉宁窗、矩形窗）抑制旁瓣泄漏，改善PSD形状。
  • 示例：在Rohde & Schwarz SMW200A中，可通过“Window”菜单选择汉宁窗，降低带外辐射。
• 载波聚合（CA）：
  • 多个载波叠加时，需确保各载波的PSD不互相干扰（如通过频域隔离或功率回退）。

三、关键注意事项

1. 信号发生器功率范围：
   • 确保输出功率在信号发生器的线性范围内（通常为-120 dBm至+20 dBm），避免非线性失真导致PSD畸变。
   • 示例：Keysight E8267D的输出功率范围为-144 dBm至+13 dBm。
2. 频谱模板合规性：
   • 测试无线标准（如3GPP、IEEE 802.11）时，需确保PSD符合频谱模板要求（如带外辐射限制）。
   • 示例：5G NR的发射频谱模板要求带外辐射比主瓣低45 dB以上。
3. 外部衰减器与放大器：
   • 若信号发生器输出功率不足，可通过外部放大器提升功率；若功率过高，需使用衰减器保护接收机。
   • 示例：测试高灵敏度接收机时，需在信号发生器输出端添加20 dB衰减器，避免接收机饱和。
4. 实时校准：
   • 定期校准信号发生器的功率精度（如每年一次），确保PSD设置准确。
   • 校准方法：使用功率计（如Keysight N8481A）测量实际输出功率，与信号发生器显示值对比。

四、常见问题与解决方案

1. 问题1：PSD在频带内不均匀
   • 原因：调制方式选择不当或滤波器参数不合理。
   • 解决：
     • 改用高阶调制（如256-QAM）并优化滤波器滚降因子。
     • 使用频谱分析仪观察PSD分布，调整滤波器带宽或窗函数。
2. 问题2：带外辐射超标
   • 原因：滤波器截止频率设置过高或调制信号旁瓣泄漏。
   • 解决：
     • 降低滤波器滚降因子（如从0.35降至0.22）。
     • 对OFDM信号加窗（如汉宁窗）抑制旁瓣。
3. 问题3：总功率与PSD不匹配
   • 原因：带宽计算错误或功率单位混淆（如dBm与mW转换错误）。
   • 解决：
     • 使用在线计算器（如Keysight的“Power Unit Converter”）验证单位转换。
     • 重新计算带宽（如考虑滚降因子或保护间隔）。

五、总结

设置信号发生器的PSD需遵循以下流程：

1. 确定信号类型与带宽（如CW、调制信号、噪声）。
2. 计算总功率（P总=PSD×BW）。
3. 配置调制与滤波器（选择RRC、高斯滤波器或窗函数）。
4. 验证与校准（使用频谱分析仪和功率计）。

通过合理设置参数并严格验证，可确保信号发生器生成的PSD符合测试需求，为无线通信系统的性能评估提供可靠支撑。