許多新興應(yīng)用要求功能強(qiáng)大的射頻分析工具，除傳統(tǒng)的頻率軸和幅度軸之外，同時(shí)捕獲時(shí)間信息。當(dāng)前許多射頻信號(hào)在不同時(shí)間點(diǎn)之間變化。有些信號(hào)會(huì)跳頻，有些信號(hào)則簡(jiǎn)單地達(dá)到尖峰，然后消失。許多信號(hào)采用復(fù)雜的調(diào)制，其可能會(huì)在瞬間發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。這些活動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生自己的負(fù)面效應(yīng)，如隨機(jī)瞬變、干擾、開(kāi)關(guān)異常事件等。這些現(xiàn)象都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是時(shí)間不再是一個(gè)可以忽略的軸。

本文考察了時(shí)間在數(shù)字射頻中的關(guān)鍵特性，還回顧和比較了發(fā)現(xiàn)、觸發(fā)、捕獲和分析信號(hào)的方法。

射頻傳輸類別

數(shù)字射頻的革命帶來(lái)了市場(chǎng)上種類豐富的低成本低功耗器件，如將整個(gè)通信系統(tǒng)都集成到一塊集成電路中的單芯片產(chǎn)品等。日益稀缺的頻帶上傳送的信息不斷激增，推動(dòng)著人們需要在每單位帶寬上實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，同時(shí)需要復(fù)雜的通信協(xié)議，允許各種射頻設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和平共存。

通信協(xié)議的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是用盡可能少的帶寬可靠地傳送數(shù)據(jù)包，同時(shí)使干擾達(dá)到最小。盡管不是為通信而設(shè)計(jì)的，但雷達(dá)系統(tǒng)在頻譜效率和最小干擾方面也擁有類似的目標(biāo)，同時(shí)在目標(biāo)中增加了安全性和避免檢測(cè)。這就產(chǎn)生了多種射頻傳輸類別，包括：

* 傳輸打開(kāi)的時(shí)間很短，只在發(fā)送數(shù)據(jù)單元時(shí)打開(kāi)，一旦數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，就會(huì)釋放頻譜，以用于其他用途。在許多情況下，這些短傳輸?shù)臅r(shí)間關(guān)系是未知的、隨機(jī)的。

* 系統(tǒng)與超寬帶（UWB）和碼分多址（CDMA）同時(shí)共享相同的頻譜。

* 認(rèn)知無(wú)線電（CR）調(diào)節(jié)頻率、調(diào)制和功率，以便對(duì)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)和位置的頻譜環(huán)境做出反應(yīng)。

* 一個(gè)封裝內(nèi)包含多臺(tái)射頻設(shè)備。

* 射頻設(shè)備與時(shí)鐘速率達(dá)到幾GHz的數(shù)字CPU共享相同的集成電路。

射頻測(cè)量挑戰(zhàn)

當(dāng)前射頻工具必須具備一些基本的測(cè)量任務(wù)，以便滿足設(shè)計(jì)工程師實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)。這些任務(wù)在某種形式上都包含各種射頻傳輸類別，涵蓋了從監(jiān)控到物理研究的各種應(yīng)用。

檢定頻率漂移——通常必須檢定頻率穩(wěn)定時(shí)間和響應(yīng)，以保證設(shè)備滿足功能需求和操作需求。通常要求不間斷地捕獲頻率隨時(shí)間不斷變化的信號(hào)。

檢測(cè)干擾信號(hào)及其來(lái)源——干擾信號(hào)來(lái)來(lái)往往，通常是由于系統(tǒng)內(nèi)部或外部故意干擾源或無(wú)意干擾源的開(kāi)關(guān)活動(dòng)導(dǎo)致的。通過(guò)記錄許多離散的干擾實(shí)例及周圍時(shí)間，可以確定干擾頻率，推斷出干擾來(lái)源。

查找和分析瞬時(shí)信號(hào)——不管是毛刺還是預(yù)計(jì)傳輸，瞬時(shí)頻率變化可能會(huì)意想不到地出現(xiàn)在比較穩(wěn)定、甚至更大的信號(hào)當(dāng)中。檢測(cè)這些信號(hào)需要采用某種特殊的手段，它可以把相關(guān)事件與觀測(cè)跨度上的其他信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)。

捕獲和分析基帶之上的信道化信號(hào)——通帶信號(hào)可能會(huì)具有捷變和被調(diào)制的特點(diǎn)，因此必須捕獲某個(gè)時(shí)間周期中相關(guān)頻段上發(fā)生的一切事件。這就要求不間斷的頻譜記錄，以便能夠考察信號(hào)的頻譜、時(shí)間和調(diào)制特點(diǎn)。

分析自適應(yīng)數(shù)字調(diào)制——隨著帶寬變得越來(lái)越寶貴，安全變得越來(lái)越重要，自適應(yīng)數(shù)字調(diào)制正變得越來(lái)越普遍、越來(lái)越復(fù)雜。分析調(diào)制質(zhì)量及其與信號(hào)頻域特點(diǎn)和時(shí)域特點(diǎn)的關(guān)系，是轉(zhuǎn)型過(guò)程中進(jìn)行無(wú)線調(diào)試的關(guān)鍵一步。這通常要求進(jìn)行超出標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，特別是在沒(méi)定義實(shí)現(xiàn)方案時(shí)。

通過(guò)回顧這些射頻測(cè)量任務(wù)，可以明顯看出，許多新興應(yīng)用要求功能強(qiáng)大的射頻分析解決方案，除了傳統(tǒng)頻率軸和幅度軸外，該工具還要能夠捕獲時(shí)間信息。

目前市場(chǎng)上提供了三類射頻信號(hào)分析儀：掃頻分析儀（SA）、矢量信號(hào)分析儀（VSA）和實(shí)時(shí)頻譜分析儀（RTSA）。下面我們將更仔細(xì)地考察每種分析儀及其滿足新興數(shù)字射頻設(shè)計(jì)要求的能力。

掃頻分析儀

傳統(tǒng)掃頻分析儀通過(guò)在相關(guān)頻率上掃描分辨率帶寬（RBW）濾波器，來(lái)進(jìn)行幅度對(duì)頻率測(cè)量。其缺點(diǎn)是，它一次只能記錄一個(gè)頻率中的幅度數(shù)據(jù)，要求輸入信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定、不會(huì)發(fā)生變化。

圖1 掃頻分析儀步進(jìn)通過(guò)一系列頻段，經(jīng)常會(huì)漏掉當(dāng)前掃描頻段外面發(fā)生的重要瞬時(shí)事件

在圖1中，掃頻分析儀查看時(shí)間Ta上的頻段，但在更高頻率上發(fā)生了瞬間畸變。等到掃描到達(dá)較高的頻段時(shí)，也就是時(shí)間Tb時(shí)，畸變已經(jīng)消失了，因此掃頻分析儀沒(méi)有檢測(cè)到畸變。它沒(méi)有任何方式觸發(fā)定義的信號(hào)特點(diǎn)，也沒(méi)有任何方式累積長(zhǎng)期的信號(hào)行為記錄。

矢量信號(hào)分析儀

矢量信號(hào)分析儀的出現(xiàn)，滿足了數(shù)字調(diào)制信號(hào)的不同要求。與掃頻分析儀不同，VSA是為進(jìn)行調(diào)制測(cè)量?jī)?yōu)化的。它捕獲整個(gè)信號(hào)及在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生的任何數(shù)字調(diào)制效應(yīng)，快速提供許多關(guān)鍵調(diào)制參數(shù)的讀數(shù)，如誤差矢量幅度。

射頻實(shí)時(shí)頻譜分析儀

由于隨時(shí)間變化的信號(hào)在射頻應(yīng)用中越來(lái)越常見(jiàn)，人們?nèi)找嫫惹行枰环N新的射頻采集和分析方法。實(shí)時(shí)頻譜分析儀應(yīng)運(yùn)而生，解決了這種棘手的測(cè)量問(wèn)題。單純地從三種頻譜分析儀結(jié)構(gòu)來(lái)看，RTSA可以觸發(fā)頻域事件，然后捕獲和分析落在實(shí)時(shí)帶寬內(nèi)的任何通帶信號(hào)。

圖2 實(shí)時(shí)頻譜分析儀結(jié)構(gòu)，儀器一次捕獲整個(gè)頻率通帶，DSP支持靈活的觸發(fā)和分析功能

圖2說(shuō)明了RTSA的結(jié)構(gòu)。一個(gè)集成式下變頻器把實(shí)時(shí)帶寬放在任何通帶上，直到分析儀的上限。在濾波后，下變頻后的信號(hào)通過(guò)一個(gè)ADC，ADC對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。這可以實(shí)時(shí)觸發(fā)頻域事件，把信號(hào)捕獲到存儲(chǔ)器中，對(duì)時(shí)域、頻域和調(diào)制域進(jìn)行多域分析。RTSA的數(shù)字射頻結(jié)構(gòu)在測(cè)量期間可以連續(xù)捕獲信號(hào)，然后作為無(wú)縫的連續(xù)時(shí)間記錄把信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。RTSA是唯一為生成三維顯示畫面優(yōu)化的射頻信號(hào)分析儀，即頻率、功率（幅度）和時(shí)間。

清楚地顯現(xiàn)問(wèn)題

認(rèn)識(shí)到存在問(wèn)題只是解決問(wèn)題的第一步。與數(shù)字射頻有關(guān)的問(wèn)題通常會(huì)以間接方式顯現(xiàn)。一臺(tái)設(shè)備中的瞬變可能會(huì)導(dǎo)致另一臺(tái)設(shè)備中的誤碼率提高。由于自身?yè)矶禄蚴艿剿矔r(shí)干擾，雷達(dá)可能偶爾會(huì)提供不準(zhǔn)確的標(biāo)靶信息。功放器中的熱量或電氣貯存效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，給鄰道帶來(lái)瞬間干擾。執(zhí)行計(jì)算密集型軟件子例程可能會(huì)導(dǎo)致電源電壓變化，影響射頻傳輸質(zhì)量。

為了使射頻設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，泰克已經(jīng)研制出數(shù)字熒光或DPX技術(shù)，仿真可變余輝CRT。泰克實(shí)時(shí)頻譜分析儀中采用的數(shù)字熒光頻譜分析實(shí)現(xiàn)方案把顯示處理與專用DSP硬件結(jié)合在一起，執(zhí)行頻率變換的速度要比傳統(tǒng)頻譜分析儀高出幾個(gè)量級(jí)。DPX技術(shù)每秒可以更新大約50 000條軌跡，頻譜更新速度約為傳統(tǒng)掃頻分析儀的100 000%。

每次變換的信息在DPX引擎中結(jié)合在一起，以全面運(yùn)動(dòng)速率生成顯示畫面。這一引擎包括統(tǒng)計(jì)余輝處理，允許查看信號(hào)行為隨時(shí)間變化的全部信息。它還可以立即顯現(xiàn)散布在強(qiáng)信號(hào)中的弱信號(hào)，突出顯示不頻繁的短時(shí)間事件。余輝調(diào)節(jié)允許用戶針對(duì)變化的信號(hào)條件優(yōu)化顯示特點(diǎn)，從動(dòng)態(tài)信號(hào)的實(shí)地射頻視圖，直到發(fā)現(xiàn)只發(fā)生一次的事件。它可以揭示傳統(tǒng)頻譜分析儀或矢量信號(hào)分析儀看不到的信號(hào)行為。實(shí)時(shí)頻譜分析儀的其他功能則提供了多種手段，可以觸發(fā)信號(hào)行為，把信號(hào)捕獲到存儲(chǔ)器中，在時(shí)域、頻域和調(diào)制域中分析這些信號(hào)。

小結(jié)

隨著射頻信號(hào)變得越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越不可預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)人員必須了解從跳頻到EMI瞬變的隨時(shí)間變化的各種信號(hào)行為。盡管市場(chǎng)上為射頻測(cè)量提供了大量的儀器，但只有RTSA為設(shè)計(jì)人員適應(yīng)射頻設(shè)計(jì)新興趨勢(shì)提供了所需的觸發(fā)、捕獲和分析功能。

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