測試數(shù)字RF技術(shù)的挑戰(zhàn)

摘要： 本文簡要介紹了解決數(shù)字RF測試的實時頻譜分析儀技術(shù)以及數(shù)字RF測試涉及到的不同應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字RF；測試；實時頻譜分析儀

無線頻譜是一種稀缺的資源。當前頻譜分配被公認為效率不足。分配的頻譜在大部分時間利用率低，并存在干擾問題。數(shù)字RF技術(shù)使得隨時間變化的技術(shù)能夠更有效地利用可用的頻譜，避免干擾，保證無縫操作。例如，WLAN信號尋找干凈的頻率，調(diào)整調(diào)制類型，以最好地利用提供的信道。

當前使用的技術(shù)包括：

* 跳頻: 為降低增噪和干擾的影響，及在某些情況下通過降低偵聽的可能而改善安全性，某些數(shù)字RF系統(tǒng)采用跳頻技術(shù)，信號在一個時點出現(xiàn)在一個頻率上，在下一個時點則出現(xiàn)在不同頻率上。在設(shè)計時，工程師面臨的挑戰(zhàn)是保證跳頻發(fā)生在正確的頻率上，信號在規(guī)定時間內(nèi)穩(wěn)定在新的頻率上。確定跳頻特點要求測試和測量解決方案擁有足夠的帶寬，同時查看開始頻率和結(jié)束頻率，并能夠觸發(fā)頻率間的轉(zhuǎn)換。

* 信號突發(fā): 某些RF系統(tǒng)以時分雙工(TDD)方式采用突發(fā)信號，其目的是最有效地利用頻譜，允許上行鏈路和下行鏈路占用相同的頻率。通過大大簡化無線電系統(tǒng)，它還降低了用戶設(shè)備的成本。設(shè)計這些系統(tǒng)的挑戰(zhàn)是保證它們無失真地迅速啟動和傳送信號，并在適當?shù)臅r間關(guān)閉。測量突發(fā)信號要求能夠觸發(fā)信號。時域觸發(fā)至關(guān)重要，頻域觸發(fā)則更加靈活，允許用戶忽略相鄰信號。一旦捕獲，必需在啟動階段和關(guān)閉階段檢查信號的質(zhì)量。這需要測量功率、頻率和調(diào)制質(zhì)量隨時間變化的情況，簡便的多域相關(guān)分析可以有效協(xié)助實現(xiàn)這一應(yīng)用。

* 自適應(yīng)調(diào)制: 自適應(yīng)調(diào)制用來優(yōu)化系統(tǒng)吞吐量，最有效地利用緊張的頻譜分配。調(diào)制可以從非常強健的BPSK變成高數(shù)據(jù)速率64 QAM，具體取決于信道條件，如增噪和干擾?？梢赃M行編程，在逐個分組基礎(chǔ)上發(fā)生這些調(diào)制變化。設(shè)計人員面臨的挑戰(zhàn)是確定調(diào)制變化無縫發(fā)生，從而不會損壞數(shù)據(jù)。測量挑戰(zhàn)是無縫地測量這些變化。能夠自動檢測調(diào)制類型及簡便地執(zhí)行多域分析，有助于快速評估這些特點。

這些技術(shù)都表現(xiàn)出頻率和調(diào)制隨時間變化的特點，使得RF信號變得日益復(fù)雜，并具有瞬變特點，其產(chǎn)生了更難找到、識別和診斷的問題。這些瞬變和隨時間變化的傳輸技術(shù)可以幫助RF設(shè)備避免干擾，最大限度地提高峰值功率，有時可以避過檢測。

測試數(shù)字RF技術(shù) -兩部分問題

數(shù)字RF的迅速發(fā)展創(chuàng)造出異常復(fù)雜的技術(shù)環(huán)境。由于未分配信道、自適應(yīng)調(diào)制、對等通信及無數(shù)臺設(shè)備同時在有限的無線頻譜內(nèi)部同時傳送信號，會發(fā)生頻率碰撞和干擾問題。這些碰撞導(dǎo)致間歇性通信或通信擁堵。在商業(yè)領(lǐng)域中，這使消費者和企業(yè)感到灰心喪氣。在軍事和政府領(lǐng)域，這可能意味著生死存亡。

為了避免系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)因為過載或干擾而停止工作的"數(shù)字峭壁"，保證這些設(shè)備不會在不希望的時間或不希望的頻率發(fā)送RF能量，并能夠在存在干擾時正確操作至關(guān)重要。

* 找到干擾：第一個測試挑戰(zhàn)是發(fā)現(xiàn)干擾信號或雜散信號，而不管其是由設(shè)備內(nèi)部生成的，還是外部發(fā)起的。

* 檢定干擾：一旦找到干擾，必須全面檢定干擾。感興趣的信號的幅度可能會低于同一頻段中的其它信號，可能不經(jīng)常發(fā)生，因此很難捕獲。

實時頻譜分析的時代到來

RF領(lǐng)域中不能再忽略時間。現(xiàn)代數(shù)字RF設(shè)備生成在一個時點存在、在下一個時點消失、隨時間變化的信號。數(shù)字RF要求測試工具能夠鏡像當前信號隨時間變化的特點。

RTSA解決數(shù)字RF測試

傳統(tǒng)掃頻分析儀和矢量信號分析儀 (VSA)一般不能完成數(shù)字RF技術(shù)和設(shè)備的測試任務(wù)。由于它們基本上是在一個頻率范圍內(nèi)調(diào)諧窄濾波器，以生成單個頻域畫面(或稱為“掃描”)，傳統(tǒng)掃頻分析儀只能匯總一套不相關(guān)的RF頻譜活動。即使是速度最快的掃頻分析儀，仍可能會漏掉許多間歇性信號或迅速變化的信號。

VSA依賴捕獲后分析技術(shù)，不能執(zhí)行實時任務(wù)，如頻域觸發(fā)，而由不斷變化、簡單、突發(fā)信號組成的現(xiàn)代數(shù)字RF領(lǐng)域則要求完成這些任務(wù)。缺少相應(yīng)的工具要求工程師采用離線的、通常是內(nèi)部開發(fā)的解決方案，這些解決方案效率低，耗時長，非常復(fù)雜，可能成本非常高。

通過實時頻譜分析儀RTSA，許多復(fù)雜的問題可以通過在頻域、時域和調(diào)制域中時間相關(guān)的RF信號特性得以揭示。RTSA可以觸發(fā)和捕獲瞬變事件、簡便地提供信號時間相關(guān)的多域畫面，顯著降低工程師診斷問題所需的時間。RTSA允許工程師選擇性地觸發(fā)時域和頻域異常事件，把RF頻率跨度的信息無縫地記錄采集到存儲器中，發(fā)現(xiàn)數(shù)字RF中常見的意想不到的問題。這種檢測和捕獲相關(guān)頻譜事件的能力可以實現(xiàn)更加有效的多域(時間、頻率和調(diào)制)時間相關(guān)分析，而不必重新捕獲信號。

數(shù)字RF測試的具體應(yīng)用

由于以前只和頻域有關(guān)的問題現(xiàn)在也與時域息息相關(guān)，在各種應(yīng)用中都需要測試數(shù)字RF技術(shù)：
* 蜂窩, WLAN: 手機和其它無線通信設(shè)備制造商在頻譜控制、功率效率和生產(chǎn)成本方面面臨著重大挑戰(zhàn)。DSP推動了功放線性化性能，滿足了性能和效率要求。如果這些先進的解決方案實現(xiàn)效率低，那么會導(dǎo)致突發(fā)行為和瞬時行為，盡管不能說不可能檢測到這些行為，但傳統(tǒng)頻譜分析儀檢測這些行為確實非常困難。實時頻譜分析儀可以發(fā)現(xiàn)、檢測和分析傳統(tǒng)工具會漏掉的瞬時功率放大器行為。移動設(shè)備現(xiàn)在包括大量的發(fā)送和接收鏈 (如在手機/WLAN/藍牙/RFID綜合設(shè)備中)。實時頻譜分析儀使得工程師能夠在時域和頻域中對潛在自我干擾來源分類，保證這些復(fù)雜系統(tǒng)的透明操作。

* RFID: RFID閱讀器和標簽擁有復(fù)雜的響應(yīng)。除來自相鄰?fù)ǖ赖母蓴_外，閱讀器必須能夠在多標簽環(huán)境中隔離各個標簽的響應(yīng)。在某些系統(tǒng)中，RFID閱讀器必須捷變，并在多個頻率上跳動，以減緩干擾和多路徑環(huán)境。實時頻譜分析儀可以全面捕獲閱讀器和標簽的交互，分析RFID系統(tǒng)的多種不同格式。

* 軍事/國防通信: 軟件定義的無線電和認知無線電設(shè)備用大量的軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬硬件功能。在以頻譜輻射形式發(fā)生意想不到的性能時，必需隔離軟件問題和硬件問題。實時頻譜分析儀可以實現(xiàn)頻域事件的時間相關(guān)，觸發(fā)時間相關(guān)的示波器和邏輯分析儀。可以從RF到模擬域和數(shù)字域隔離各種事件。

* 雷達: 來自雷達系統(tǒng)的頻譜輻射會干擾無線通信。某些雷達頻譜輻射還會留下標記，從而可以簡便地檢測及對雷達分類。因此要求雷達只發(fā)出希望的頻譜輻射，以滿足預(yù)計功能非常重要。

* 頻譜監(jiān)測/監(jiān)控:  隨著無線設(shè)備的迅速增長，在需要執(zhí)照的頻譜和不需要執(zhí)照的頻譜中檢測干擾及對干擾分類正成為日益嚴峻的一個問題。實時頻譜分析儀可以偵聽概率檢測干擾信號。

* UWB: UWB通信正作為小范圍通信的低成本方案而獲得認可，預(yù)計很快將會普及。下一代有線和無線接口標準正把UWB通信視為低成本短程通信的備擇方案。UWB特地使用許多需要執(zhí)照的頻段和不需要執(zhí)照的頻段。通過使用低功率和跳頻技術(shù)，它可以實現(xiàn)希望的效果，減緩對使用同一頻段的其它系統(tǒng)的潛在干擾。

* WiFi, WiMAX: 基于IEEE 802.16e-2005標準開發(fā)便攜式和移動WiMAX網(wǎng)絡(luò)的工作正從技術(shù)計劃轉(zhuǎn)向?qū)嶋H部署。作為高速移動寬帶服務(wù)的基礎(chǔ)，WiMAX可望為世界各地的消費者和企業(yè)提供低成本高速無線上網(wǎng)能力。隨著主要芯片廠商計劃大約在2009年在同一個芯片上同時實現(xiàn)WiFi和WiMAX，消費者將能夠在本地WiFi服務(wù)區(qū)和WiMAX地區(qū)網(wǎng)絡(luò)之間切換。