藍(lán)牙信號實時頻譜測試 - 藍(lán)牙射頻調(diào)變模式與測量

　　藍(lán)牙信號實質(zhì)上是一種數(shù)字射頻信號，其主要特征不僅表現(xiàn)為占用一定的頻帶，而且更重要的屬性是對頻率的時間控制(有時是微秒、有時是數(shù)秒、數(shù)分甚至更長)。由于傳統(tǒng)測試儀器無法描述信號頻率隨時間的變化特征，因此產(chǎn)生了能夠通過觸發(fā)、捕獲和分析來反映當(dāng)前信號這種本質(zhì)特征的第三代無線信號分析儀—— 實時頻譜分析儀。

?

　　5.1 實時頻譜儀

　　隨著數(shù)字射頻技術(shù)的發(fā)展，要求必須能捕獲并存儲一段時間的信號，并可反復(fù)回放，分析信號隨時間的變化。另外，隨著頻譜利用率不斷提高，干擾將來自更臨近的頻點，甚至同一頻率，這要求頻譜測試技術(shù)在發(fā)現(xiàn)和捕獲能力上實現(xiàn)本質(zhì)性的突破。實時頻譜儀的核心是基于快速傅里葉(FFT)的儀表，可以實時捕獲各種瞬態(tài)信號，同時在時域、頻域及調(diào)制域?qū)π盘栠M(jìn)行全面分析，滿足現(xiàn)代數(shù)字射頻信號測試的需求，圖4所示為簡化的實時頻譜儀結(jié)構(gòu)圖。

?

　　使用實時頻譜儀實時采集無縫捕獲信號時，三個條件(樣點、幀和塊)描述了存儲的數(shù)據(jù)層級。時域采集的信號通過FFT變換轉(zhuǎn)變到頻域，當(dāng)處理速度足夠快時就可以做到實時處理。數(shù)據(jù)層級的最低層是樣點，它代表著離散的時域數(shù)據(jù)點。幀由整數(shù)個連續(xù)樣點組成，是可以應(yīng)用快速傅里葉變換把時域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域中的基本單位。在這一過程中，每個幀產(chǎn)生一個頻域頻譜。采集層級的最高層是塊，它由不同時間內(nèi)無縫捕獲的許多相鄰幀組成，如圖5所示。塊長度(也稱為采集長度)是一個連續(xù)采集表示的總時間。對塊內(nèi)部的所有幀，每個采集在時間上都是無縫的，但在塊之間不是無縫的。

　　在實時頻譜儀實時測量模式下，它無縫捕獲每個塊并存儲在內(nèi)存中。然后它使用DSP技術(shù)進(jìn)行后期處理，分析信號的頻率、時間和調(diào)制特點。顯然，快速傅里葉變換是實時頻譜分析儀的核心，可以認(rèn)為這是一種新型的、快速掃描的頻譜儀。

?

　　5.2 藍(lán)牙跳頻信號測量

　　用實時頻譜儀測試藍(lán)牙跳頻信號時，無需激活測試模式和輸入各類有效載荷數(shù)據(jù);在運行藍(lán)牙系統(tǒng)中，直接進(jìn)行射頻性能指標(biāo)和一致性等測試，提升了藍(lán)牙系統(tǒng)測試與認(rèn)證的水平，提高了測試工作效率。

　　5.2.1 跳頻信號的功率測量

　　當(dāng)其他條件一定時，接收機靈敏度一致時，通信距離與接收的功率就有對應(yīng)的關(guān)系;在跳頻情況下，每一跳的功率是否一致將直接影響每一跳的通信距離是否一致，需要對跳頻情況下測量每個跳頻點功率的一致性。由于實時頻譜儀具有實時捕獲和信號回放的功能，同時可以對捕獲的信號進(jìn)行逐點的射頻性能測量，可以滿足對每一個跳頻點功率測量的需要。

　　5.2.2 跳頻圖案的測量

　　在跳頻情況下，跳頻圖案是否按照設(shè)計的跳頻圖案進(jìn)行偽隨機跳變，將直接影響到跳頻系統(tǒng)的抗干擾性能和整個設(shè)計是否成功，所以需要對跳頻圖案進(jìn)行測試驗證。實時頻譜儀的三維頻譜圖(時間、頻率和幅度)是觀測跳頻圖案的一種非常有效的方式，如圖6所示。由于頻率模板觸圖發(fā)功能的使用，可以使得工程師直接設(shè)定跳頻的起始點來捕獲跳頻信號觀測跳頻圖案，這樣就可以找到特定頻率位置的跳頻圖案。而對于傳統(tǒng)儀器只能隨機捕獲，很可能無法捕獲到關(guān)心的跳頻點位置的跳頻圖案。

?

　　5.2.3 跳頻速率的測量

　　跳頻速率的測量，使用實時頻譜儀中調(diào)制域窗口或者三維頻譜圖進(jìn)行測量。用調(diào)制域窗口進(jìn)行測量，其橫軸為時間，縱軸為頻率;頻率跳變的點很清楚，用光標(biāo)測量時只要添加兩個光標(biāo)點就可以測出跳頻速率。

　　綜上所述，實時頻譜儀旨在迎接動態(tài)數(shù)字射頻信號的相關(guān)測量挑戰(zhàn)，如WLAN和藍(lán)牙等突發(fā)分組傳輸。實時頻譜分析的基本概念是其能夠觸發(fā)RF信號，把時間同步的數(shù)據(jù)無縫捕獲到內(nèi)存中，然后在多個域中分析這些信號，進(jìn)而可靠地檢測和檢定隨時間變化的數(shù)字射頻信號。

　　6 結(jié)語

　　藍(lán)牙v1.2和v2.0采用復(fù)雜的數(shù)字射頻信號，可以用通信系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)一步了解其工作原理。使用實時頻譜儀可以大大提升跳頻信號的測試水平，填補過去測試手段無法測量項目的空白，如：跳頻信號的功率測量等。據(jù)了解，美國國家儀器有限公司正在考慮研發(fā)虛擬實時頻譜儀。實時頻譜儀還能應(yīng)用于RFID 電子標(biāo)簽、W-CDMA和Zigbee等系統(tǒng)的測試領(lǐng)域，為數(shù)字射頻工程師提供了一個嶄新的、完全的和高效的測試方案。