是德頻譜分析儀無線應(yīng)用中進(jìn)行實時測量
無線應(yīng)用中最常見的實時(無間隙)分析類型是連續(xù)的功率頻譜測量和時間捕獲,并可在回放捕獲結(jié)果時進(jìn)行靈活的后期處理。連續(xù)頻譜測量是實時頻譜分析儀(RTSA)的特殊功能,而捕獲/回放操作通常是由矢量信號分析儀(VSA)完成。RTSA 的連續(xù)功率頻譜測量一般有兩種方式:
生成密度或頻譜圖等頻譜顯示
根據(jù)模板測試頻譜結(jié)果,生成頻率模板觸發(fā)
另外一種非常重要但較不起眼的測量是實時標(biāo)量測量,它測量的是瞬時通道振幅或幅度,其中的“通道”由分析儀的數(shù)字化掃寬定義。幅度測量以兩種方式提供。Keysight RTSA 提供功率與時間(PVT)測量,而 Keysight VSA 提供基于幅度的無間隙觸發(fā)功能,并以幅度跡線顯示測量結(jié)果
如前所述,Keysight PXA 和 MXA X 系列射頻分析儀使用相同的硬件平臺,能夠執(zhí)行 RTSA、矢量信號分析和傳統(tǒng)的掃描頻譜分析。
所有這些測量在無線應(yīng)用中是非常有用的,我們將會在接下來的章節(jié)中說明。表 1 匯總介紹了各種類型的工具,以及它們在無線應(yīng)用中進(jìn)行實時分析的優(yōu)勢和限制。

顯示捷變信號和復(fù)雜的信號環(huán)境隨著信號越來越捷變、信號環(huán)境日益復(fù)雜,在單個屏幕上顯示大量測量數(shù)據(jù)也變得越來越實用。在現(xiàn)代射頻應(yīng)用中,最常見的實時測量結(jié)果可以用密度、直方圖或累積的歷史跡線或頻譜圖描述。
新的顯示充分利用了 RTSA 的高速數(shù)字信號處理能力,每秒鐘生成數(shù)千個頻譜 — 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了肉眼所能分辨的數(shù)目。在此情況下,可通過收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)和顯示特殊測量值(例如在特定頻率上的特定幅度)出現(xiàn)的頻次,得到信息量最大的顯示界面。圖 1 顯示了一個結(jié)果實例

測量結(jié)果直方圖(圖 1)是經(jīng)過強(qiáng)化的頻譜測量結(jié)果,可顯示發(fā)生頻次。它不只是一個可視化工具,還可量化測量發(fā)生頻次(通常用 % 表示),并通過游標(biāo)讀取在任意頻率/ 幅度點上發(fā)生的頻次。這些顯示界面使用顏色或跡線亮度進(jìn)行編碼,并可添加余輝 功能,使顯示的舊數(shù)據(jù)逐漸變暗,讓用戶集中注意力查看較新的事件。工程師能夠查看并關(guān)注偶發(fā)事件或瞬態(tài),并把它們與其他特性區(qū)分開來。通過改變余輝和顏色加權(quán)值或方案,可以將特定特性突出顯示出來,從而快速和全面地評測頻段的頻譜占用率。
借助 RTSA 的快速、無間隙處理能力,從密度或直方圖顯示界面也能輕松地找出罕見 或意外的信號或信號特性。盡管單個顯示界面能夠揭示具有超低占空比的信號,但它無法揭示信號計時或特定的信號特性。當(dāng)信號計時十分重要時,密度顯示界面的頻率 (顏色)編碼可以轉(zhuǎn)換為頻譜圖顯示界面的時間編碼(Y 軸)。在 RTSA 中,頻譜圖顯示界面由垂直層疊的跡線組成,每個跡線都是一條直線,表示一次頻譜顯示更新。每個跡線或頻譜顯示更新線的信號功率與頻率關(guān)系都已編碼或映射到顏色。圖 2 清晰地顯示了信號功率譜與時間的關(guān)系。

清晰了解信號特性和信號環(huán)境,對許多無線應(yīng)用都有好處。密度和頻譜圖測量組合可提供完整的視圖。大多數(shù)頻譜圖可與直線或“切片”游標(biāo)功能搭配使用,該游標(biāo)功能通過水平顯示線來選擇頻譜圖緩沖區(qū)內(nèi)的單個跡線,并顯示特定時間點的頻譜。注意:每個譜線通常表示多個乃至成千上萬個頻譜結(jié)果。在 Keysight PXA 和 MXA 信號分析儀中,默認(rèn)設(shè)置是大約 300,000 個頻譜/秒除以 30 ms 顯示更新速率,即每個譜線上產(chǎn)生大約 10,000 個頻譜。根據(jù)分析儀的顯示檢波器設(shè)置(一般是峰值或平均值),把單個頻譜編譯到一個顯示更新或譜線中。
VSA 中創(chuàng)建頻譜圖顯示界面的方式略有不同,特別是在時間捕獲/回放操作方面。本文稍后將舉例進(jìn)行對比。
通過觸發(fā)查找特定信號或信號特性
經(jīng)過 RTSA 處理得到的高速無間隙頻譜結(jié)果還有另一個用途,即基于頻譜的觸發(fā)或頻率模板觸發(fā)。具有 RTSA 功能的 PXA 或 MXA 分析儀擁有大約 300,000 個頻譜/秒的顯示更新速率,并將計算出的頻譜結(jié)果與上限、下限或上/下限模板進(jìn)行比較,根據(jù)結(jié)果觸發(fā)一次測量結(jié)果顯示。頻譜測試還受到邏輯條件的影響,例如要求信號離開并重新進(jìn)入模板,以產(chǎn)生一次觸發(fā)。
頻率模板觸發(fā)的直接用途是在頻譜環(huán)境中重點對特定信號進(jìn)行測量。相比之下,射頻幅度觸發(fā)可在多種情況下應(yīng)用,用于測量脈沖或猝發(fā)信號(稍后闡述);不過,幅度法 僅對總體射頻測量功率有響應(yīng),對單個信號沒有響應(yīng)。如果指定的觸發(fā)信號不是最大 信號,或者與最大信號沒有時間關(guān)聯(lián)(允許幅度觸發(fā)使用時延),那么幅度觸發(fā)可能不適用。圖 3 中,我們隔離出了特定頻率的藍(lán)牙猝發(fā),并在包含更寬、更大的無線 LAN 信號的環(huán)境中進(jìn)行測量。

頻率模板觸發(fā)特別適用于擁擠和動態(tài)變化的頻譜環(huán)境,尤其是有問題的信號或信號特性非常罕見和難以預(yù)測的情況。在這些情況下,使用 VSA 時間捕獲和后期處理等方法并不實用,因為 VSA 很難通過一次特殊捕獲便捕獲到指定信號,并且審查大量捕獲數(shù)據(jù)需要耗費很長時間。
頻率模板觸發(fā)功能充分利用 RTSA 的處理能力,可以查看特定信號或頻譜特征,連續(xù)數(shù)分鐘、數(shù)小時或更長時間地評測信號。在無線應(yīng)用中,這種功能有助于檢測問題,例如瞬態(tài)干擾、合成器穩(wěn)定性或鎖定問題、頻率轉(zhuǎn)換誤差和幅度不穩(wěn)定性。例如,您可以輕松配置頻率模板觸發(fā),以檢測發(fā)射機(jī)、接收機(jī)或其元器件和子系統(tǒng)中的顫噪效應(yīng)。
89600 VSA 軟件也充分利用了 RTSA 的頻率模板觸發(fā)功能,啟動各種單次采集測量或時間捕獲操作。頻率模板觸發(fā)可通過 VSA 軟件來配置,包括觸發(fā)前時延和觸發(fā)后時延。使用觸發(fā)前時延,可以在觸發(fā)事件之前用戶選定的時間內(nèi)獲得數(shù)據(jù)和測量結(jié)果。這樣有助于在無線應(yīng)用中了解信號或系統(tǒng)問題以及異常特性的根源。
讓測量結(jié)果與猝發(fā)保持一致
信號分析儀有時還可以與 89600 VSA 軟件結(jié)合使用,提供一種更簡單的實時模式(不依賴 RTSA 功能):中頻幅度觸發(fā)。信號分析儀平臺中的專用硬件和固化軟件可以實時計算每個 I/Q 樣本的信號幅度(即測量掃寬內(nèi)的總信號)。觸發(fā)電平和極性是可調(diào)的,而且觸發(fā)釋抑功能十分靈活,觸發(fā)前和觸發(fā)后時延也是可調(diào)的。這為無線工程師提供了一個強(qiáng)大的觸發(fā)功能,它不僅非常適合常見的脈沖信號和猝發(fā)信號,還可用于故障診斷任務(wù),確保分析儀正常工作。
由于幅度觸發(fā)是逐個樣本進(jìn)行評測的,而頻率模板觸發(fā)是對每個時間記錄或 FFT 頻譜計算結(jié)果進(jìn)行一次性評測,兩者相比,中頻幅度觸發(fā)更具優(yōu)勢。幅度觸發(fā)在時間上可以精準(zhǔn)地與脈沖、猝發(fā)或電平變化保持一致,從而更輕松地進(jìn)行矢量或解調(diào)測量,避免在某些解調(diào)操作中進(jìn)行脈沖或同步搜索。
中頻幅度觸發(fā)的時間校準(zhǔn)還允許使用時域或矢量平均方法。在時間平均法中,在執(zhí)行頻譜、矢量或解調(diào)分析之前,需要采集信號的連續(xù)樣本塊(時間記錄)并求平均值。這樣可以顯著降低噪聲對任何測量類型的影響,而頻率模板觸發(fā)無法做到這一點。
與頻率模板觸發(fā)一樣,中頻幅度觸發(fā)可用于觸發(fā)單獨測量,或啟動時間捕獲,然后進(jìn)行后期處理(本文稍后說明)。觸發(fā)前/觸發(fā)后時延和釋抑功能以相同方式執(zhí)行,無論采集是單次進(jìn)行、多次進(jìn)行還是時間捕獲的。
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