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)字射頻的革命帶來了市場上種類豐富的低成本功耗" rel="http://www.eeworld.com.cn/my/keyad/ti.html" target="_blank">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,。這就產(chǎn)生了多種射頻傳輸類別，包括：

* 傳輸打開的時(shí)間很短,，只在發(fā)送數(shù)據(jù)單元時(shí)打開,，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,。

　　射頻測量挑戰(zhàn)

　　當(dāng)前射頻工具必須具備一些基本的測量任務(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)。

　　檢測干擾信號(hào)及其來源——干擾信號(hào)來來往往,，通常是由于系統(tǒng)內(nèi)部或外部故意干擾源或無意干擾源的開關(guān)活動(dòng)導(dǎo)致的,。通過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)事件與觀測跨度上的其他信號(hào)區(qū)分開來,。

　　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——隨著帶寬變得越來越寶貴,，安全變得越來越重要,，自適應(yīng)數(shù)字調(diào)制正變得越來越普遍、越來越復(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)型過程中進(jìn)行無線調(diào)試的關(guān)鍵一步。這通常要求進(jìn)行超出標(biāo)準(zhǔn)的測試,，特別是在沒定義實(shí)現(xiàn)方案時(shí),。

　　通過回顧這些射頻測量任務(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)掃頻分析儀通過在相關(guān)頻率上掃描分辨率帶寬(RBW)濾波器,，來進(jìn)行幅度對(duì)頻率測量。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,，因此掃頻分析儀沒有檢測到畸變。它沒有任何方式觸發(fā)定義的信號(hào)特點(diǎn),，也沒有任何方式累積長期的信號(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)制測量優(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)用中越來越常見，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量問題。單純地從三種頻譜分析儀結(jié)構(gòu)來看,，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)在測量期間可以連續(xù)捕獲信號(hào),，然后作為無縫的連續(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)問題

　　認(rèn)識(shí)到存在問題只是解決問題的第一步。與數(shù)字射頻有關(guān)的問題通常會(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,。由于自身擁堵或受到瞬時(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)變得越來越復(fù)雜,、越來越不可預(yù)測,，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。盡管市場上為射頻測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)新興趨勢提供了所需的觸發(fā),、捕獲和分析功能。