如何利用實時頻譜分析儀為RF通信解決信號測量難題

用多種RF通信協(xié)議的無線 combo 設備正日益流行，如無線局域網(wǎng) （WLAN） 、藍牙和 3G 蜂窩標準，其在無線市場中增強了連接能力和性能。 Combo 設備給無線工程師帶來了一系列極具挑戰(zhàn)性的信號測量問題，不管是檢驗參考電路還是處理下一代調制格式。使用傳統(tǒng)信號分析儀可能很難、甚至不可能診斷分組信號瞬變、異步分組碰撞和各種自我干擾模式。本文說明了實時頻譜分析儀 （RTSA） 怎樣提供獨特可靠的解決方案，來解決這些信號測量難題。

WLAN combo 設備面臨著一系列獨特的問題，這似乎已經(jīng)成為未來通信發(fā)展方向的核心內容。低成本高速度邏輯設備和錯塊檢測和校正方案的出現(xiàn)，已經(jīng)促使通信行業(yè)通過間歇性 RF 信號突發(fā)傳輸分組化信息。

與老式連續(xù)波通信系統(tǒng)不同，分組化通信系統(tǒng) （ 如 WLAN） 采用異步數(shù)據(jù)傳輸 技術。分析 WLAN 信號要求能夠捕獲特定異步 RF 信號事件，并在捕獲的記錄中有效找到這些事件，以進行分析。

泰克 R

SA3408A 實時頻譜分析儀

早期數(shù)字調制開發(fā)人員希望獲得某些工具，能夠比當時的示波器或矢量分析儀更好地在調制域中分析矢量信號，這導致了星座分析儀的研制。在初期，星座分析儀只是專用示波器。最近，星座分析儀的功能已經(jīng)與頻譜分析儀相結合，以便于下變頻 RF 信號，這使其變成今天的矢量信號分析儀 （VSA） 。

盡管許多矢量信號分析儀具有某種 WLAN 信號檢定能力，但分組碰撞、間歇性信號和開機 / 關機瞬變等異步事件需要分析儀具有相應的觸發(fā)能力，以捕獲這些事件；同時具有真正的時間相關多域分析能力，以診斷這些事件。

這些挑戰(zhàn)導致了實時頻譜分析儀 （RTSA） 的研制，其是為迎接與動態(tài) RF 信號有關的測量挑戰(zhàn)專門設計的，如 WLAN 和藍牙等系統(tǒng)中使用的突發(fā)分組傳輸。實時頻譜分析的基本概念是能夠捕獲 RF 信號，把時間同步的數(shù)據(jù)無縫捕獲到內存中，在多個域中分析這些數(shù)據(jù)。這使得可靠地檢測和檢定隨時間變化的RF 信號特點成為可能。

矢量頻譜分析儀結構

圖 1. 實時頻譜分析儀結構，顯示了DSP功能差異。

圖 1 是 RTSA （ 泰克 RSA3408A） 簡化的方框圖。 RF 前端可以從 DC 調諧到 8 GHz ，輸入信號下變頻到與 RTSA 最大實時帶寬相關的固定中間頻率。然后信號進行濾波，通過模數(shù)轉換器進行數(shù)字轉換，然后傳送到 DSP 引擎， DSP 引擎管理著儀器的觸發(fā)、內存和分析功能。盡管這一方框圖和采集過程的許多要素與傳統(tǒng) VSA 結構類似，但 RTSA 是為提供實時觸發(fā)、無縫信號捕獲和時間相關多域分析專門優(yōu)化的。此外，模數(shù)轉換器的技術發(fā)展可以實現(xiàn)高動態(tài)范圍、低噪聲轉換，允許 RTSA 進行傳統(tǒng)頻域測量，這些測量要等于或超過許多掃頻分析儀的基本 RF 性能。

RTSA 的頻率模板觸發(fā)功能允許工程師查看在自由運行模式下不可能看到的難以捕捉的瞬時信號。實時觸發(fā)技術可望可靠地檢測和捕獲間歇性 RF 信號，即使在存在強大得多的相鄰信號時。

連續(xù)實時記錄

許多矢量信號分析儀以對被調制信號拍“快照”的方式操作，與此不同， RTSA 在用來進行時域、頻域和調制域測量的時域記錄中沒有空洞或空白。 RTSA 提供的真正的時間相關多域分析允許用戶精確地把多個域中的診斷數(shù)據(jù)關聯(lián)起來，迅速理解信號的特點。

例如， WLAN combo 設備在理想的信號條件下丟棄了 5% 的 WLAN 分組。工程師會發(fā)現(xiàn)很難確定這是由沒有控制的分組碰撞引起的，還是由介質訪問控制 （MAC） 設置中的邏輯問題引起的。

在傳統(tǒng)矢量頻譜分析儀中，使用 MAC 作為觸發(fā)源不僅需要耗費大量時間進行連接，而且如果 MAC 是需要診斷的問題的一部分，這種方法本身就存在問題。在 VSA 捕獲記錄中捕獲 100 個信號突發(fā)，找到五個突發(fā)有問題，是一種效率低下、耗時長的診斷方法。而使用 RTSA 頻率模板觸發(fā)將捕獲這個問題進行分析，而沒有復雜的外部觸發(fā)或耗時的數(shù)據(jù)搜索。

干擾

設備的干擾模式數(shù)量要超過典型收發(fā)機。工程師不僅要處理帶內和帶外輻射規(guī)定，還必須處理RF輻射對并放的接收機、收發(fā)機和高速微處理器的影響。

如果沒有 RTSA 的觸發(fā)功能， WLAN 分組的間歇性特點使得識別干擾相關問題需要耗費大量的時間。異步 RF 間歇干擾問題經(jīng)常會導致項目延遲，因為工程師必須努力查看這些無意的零星交互。

WLAN 特定測量

RTSA 具有觸發(fā)及可靠捕獲間歇性信號的技術能力。為成為 combo 設備有效的診斷工具，它還必須擁有一整套 WLAN 測量：部分測量在 RSA3408A 上作為選項提供。分析軟件中預置了所有流行的 802.11a/b/g 測量標準，以迅速檢定信號特點。這一完善的分析軟件提供了許多測量功能，如頻譜模板、 EVM （ 誤差矢量幅度 ） 、開關功率瞬變、 CCK 星座、 OFDM （ 正交頻分復用 ） 星座、副載波星座等等。

時間相關多域 分析

如前所述， RTSA 的DSP功能為內存中存儲的整個信號提供了真正的時間相關多域分析。它可以在時域、頻域、調制域、頻域圖和碼域顯示圖之間切換，查看信號特點，而不會丟失定時信息，此外， RTSA 無縫捕獲信號功能可以在頻譜圖中設置標尺，與其它域中的標尺建立精確的時間關聯(lián)。

圖 2. 多域分析顯示。

完全時間相關的顯示畫面 （ 圖 2） 意味著可以在調制域中查看在頻譜圖或頻率模板觸發(fā)顯示中捕獲的事件，評估其對誤碼性能的影響?？梢院唵蔚匕褬顺叻旁陬l譜圖中的事件上，在星座圖上查看相應的符號。

能夠在一個域中識別異常事件，然后立即在另一個域中確定該時點的影響的這種能力，是迅速獲得診斷信息的關鍵組成部分。

實際環(huán)境 combo 設備問題

測試設備必須為要測試的 combo 設備中的每種標準提供 ‘combo‘ 分析測量功能。現(xiàn)代 RTSA 能夠支持大多數(shù)現(xiàn)代無線調制技術，包括 802.11a/b/g， GSM/EDGE， W-CDMA， HSDPA， cdma2000， 1xEV-DO， TD-SCDMA 等等。由于 36 MHz 的實時 RF 捕獲帶寬和大于 78 dB 的動態(tài)范圍 （TOI） ，實時頻譜分析儀為 combo 設備工作提供了理想的解決方案，并支持許多流行的 WLAN 配套收發(fā)機。

與 WLAN 分析選項一樣，支持的所有無線標準都采用強大的多域分析軟件實現(xiàn)。除時間相關多域功能外，頻域觸發(fā)專利技術也為其它分析軟件帶來了許多好處。

應用實例： WLAN/ 藍牙分組碰撞

同時采用藍牙個人區(qū)域網(wǎng)和 802.11b/g WLAN 網(wǎng)絡的 Combo 設備存在著一套獨特的 RF 干擾問題，因為它們共享相同的 2.4 GHz 工業(yè) / 科學 / 醫(yī)療 （ISM） 頻段。藍牙和 WLAN 調制格式通常宣稱相互兼容、相互補充，但在其收發(fā)機相距只有幾米時，它們會相互干擾，而在它們必須共存于一臺 combo 設備中時，這會表現(xiàn)得非常明顯 ?？赡芎茈y評估藍牙 /WLAN combo 設備的分組干擾性能。為捕獲信號碰撞，要求觸發(fā)器能夠抓住事件。

RTSA 可以使用頻率模板觸發(fā)工具檢測頻段中的信號碰撞，它可以迅速設置測量和捕獲異步 WLAN/ 藍牙分組碰撞。頻率模板觸發(fā)可以有效識別碰撞信息，只把感興趣的分組存儲到內存中。這就不需要長時間搜索長記錄來查找偶爾的誤碼，降低了捕獲內存要求。在需要時，可以使用觸發(fā)前延遲和觸發(fā)后延遲，保證正確捕獲 WLAN/ 藍牙突發(fā)。

值得一提的是，沒有執(zhí)照的 ISM 頻段具有許多可能的干擾情況。醫(yī)院、股票交易所和制造廠通常具有異常復雜的 ISM 頻段 RF 環(huán)境。在現(xiàn)場，傳統(tǒng)上一直很難確切確定干擾來源。通過使用上面為開發(fā)實驗室列出的同一程序，現(xiàn)在可以迅速識別現(xiàn)場中的干擾來源 （ 圖 3） 。

圖 3. 頻率模板觸發(fā)技術捕獲與藍牙 FHSS 信號碰撞的 802.11b/g CCK 信號分組及來自微波爐的干擾。

與一直存在或在可預測時間發(fā)生的其它干擾來源不同，分組通信設備導致的干擾是零星的、異步的，所以很難確定根本原因，并設計解決方案。 RTSA 可以簡便地捕獲這一干擾，有效協(xié)助工程師確定防止干擾必需的頻譜控制水平。

小結

WLAN combo 設備帶來了一系列獨特的測量挑戰(zhàn)。 RTSA 為 WLAN combo 設備工程師提供了獨特的解決方案。由于其頻率模板觸發(fā)、無縫信號捕獲和時間相關多域分析，實時頻譜分析儀為設計和調試基于分組的RF 通信系統(tǒng)提供了許多獨特的工具。

責任編輯：gt