時(shí)域在數字射頻領(lǐng)域中的作用

本文考察了時(shí)間在數字射頻中的關(guān)鍵特性，還回顧和比較了發(fā)現、觸發(fā)、捕獲和分析信號的方法。

　　射頻傳輸類(lèi)別

　　數字射頻的革命帶來(lái)了市場(chǎng)上種類(lèi)豐富的低成本低功耗器件，如將整個(gè)通信系統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(zhù)人們需要在每單位帶寬上實(shí)現更高的數據速率，同時(shí)需要復雜的通信協(xié)議，允許各種射頻設備和系統實(shí)現和平共存。

　　通信協(xié)議的一個(gè)關(guān)鍵目標是用盡可能少的帶寬可靠地傳送數據包，同時(shí)使干擾達到最小。盡管不是為通信而設計的，但雷達系統在頻譜效率和最小干擾方面也擁有類(lèi)似的目標，同時(shí)在目標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(lèi)別，包括：

　　* 傳輸打開(kāi)的時(shí)間很短，只在發(fā)送數據單元時(shí)打開(kāi)，一旦數據發(fā)送完畢，就會(huì )釋放頻譜，以用于其他用途。在許多情況下，這些短傳輸的時(shí)間關(guān)系是未知的、隨機的。

　　* 系統與超寬帶(UWB)和碼分多址(CDMA)同時(shí)共享相同的頻譜。

　　* 認知無(wú)線(xiàn)電(CR)調節頻率、調制和功率，以便對某個(gè)時(shí)間點(diǎn)和位置的頻譜環(huán)境做出反應。

　　* 一個(gè)封裝內包含多臺射頻設備。

　　* 射頻設備與時(shí)鐘速率達到幾GHz的數字CPU共享相同的集成電路。

　　射頻測量挑戰

　　當前射頻工具必須具備一些基本的測量任務(wù)，以便滿(mǎn)足設計工程師實(shí)現自己的設計目標。這些任務(wù)在某種形式上都包含各種射頻傳輸類(lèi)別，涵蓋了從監控到物理研究的各種應用。

　　檢定頻率漂移——通常必須檢定頻率穩定時(shí)間和響應，以保證設備滿(mǎn)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。

　　檢測干擾信號及其來(lái)源——干擾信號來(lái)來(lái)往往，通常是由于系統內部或外部故意干擾源或無(wú)意干擾源的開(kāi)關(guān)活動(dòng)導致的。通過(guò)記錄許多離散的干擾實(shí)例及周?chē)鷷r(shí)間，可以確定干擾頻率，推斷出干擾來(lái)源。

　　查找和分析瞬時(shí)信號——不管是毛刺還是預計傳輸，瞬時(shí)頻率變化可能會(huì )意想不到地出現在比較穩定、甚至更大的信號當中。檢測這些信號需要采用某種特殊的手段，它可以把相關(guān)事件與觀(guān)測跨度上的其他信號區分開(kāi)來(lái)。

　　捕獲和分析基帶之上的信道化信號——通帶信號可能會(huì )具有捷變和被調制的特點(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，以便能夠考察信號的頻譜、時(shí)間和調制特點(diǎn)。

　　分析自適應數字調制——隨著(zhù)帶寬變得越來(lái)越寶貴，安全變得越來(lái)越重要，自適應數字調制正變得越來(lái)越普遍、越來(lái)越復雜。分析調制質(zhì)量及其與信號頻域特點(diǎn)和時(shí)域特點(diǎn)的關(guān)系，是轉型過(guò)程中進(jìn)行無(wú)線(xiàn)調試的關(guān)鍵一步。這通常要求進(jìn)行超出標準的測試，特別是在沒(méi)定義實(shí)現方案時(shí)。

　　通過(guò)回顧這些射頻測量任務(wù)，可以明顯看出，許多新興應用要求功能強大的射頻分析解決方案，除了傳統頻率軸和幅度軸外，該工具還要能夠捕獲時(shí)間信息。

　　目前市場(chǎng)上提供了三類(lèi)射頻信號分析儀：掃頻分析儀(SA)、矢量信號分析儀(VSA)和實(shí)時(shí)頻譜分析儀(RTSA)。下面我們將更仔細地考察每種分析儀及其滿(mǎn)足新興數字射頻設計要求的能力。

　　掃頻分析儀

　　傳統掃頻分析儀通過(guò)在相關(guān)頻率上掃描分辨率帶寬(RBW)濾波器，來(lái)進(jìn)行幅度對頻率測量。其缺點(diǎn)是，它一次只能記錄一個(gè)頻率中的幅度數據，要求輸入信號相對穩定、不會(huì )發(fā)生變化。

　　圖1 掃頻分析儀步進(jìn)通過(guò)一系列頻段，經(jīng)常會(huì )漏掉當前掃描頻段外面發(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(méi)有檢測到畸變。它沒(méi)有任何方式觸發(fā)定義的信號特點(diǎn)，也沒(méi)有任何方式累積長(cháng)期的信號行為記錄。