測試數字RF技術(shù)的挑戰

摘要： 本文簡(jiǎn)要介紹了解決數字RF測試的實(shí)時(shí)頻譜分析儀技術(shù)以及數字RF測試涉及到的不同應用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞： 數字RF；測試；實(shí)時(shí)頻譜分析儀

無(wú)線(xiàn)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(shí)間利用率低，并存在干擾問(wèn)題。數字RF技術(shù)使得隨時(shí)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(wú)縫操作。例如，WLAN信號尋找干凈的頻率，調整調制類(lèi)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(guò)降低偵聽(tīng)的可能而改善安全性，某些數字RF系統采用跳頻技術(shù)，信號在一個(gè)時(shí)點(diǎn)出現在一個(gè)頻率上，在下一個(gè)時(shí)點(diǎn)則出現在不同頻率上。在設計時(shí)，工程師面臨的挑戰是保證跳頻發(fā)生在正確的頻率上，信號在規定時(shí)間內穩定在新的頻率上。確定跳頻特點(diǎn)要求測試和測量解決方案擁有足夠的帶寬，同時(shí)查看開(kāi)始頻率和結束頻率，并能夠觸發(fā)頻率間的轉換。

* 信號突發(fā): 某些RF系統以時(shí)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(guò)大大簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)電系統，它還降低了用戶(hù)設備的成本。設計這些系統的挑戰是保證它們無(wú)失真地迅速啟動(dòng)和傳送信號，并在適當的時(shí)間關(guān)閉。測量突發(fā)信號要求能夠觸發(fā)信號。時(shí)域觸發(fā)至關(guān)重要，頻域觸發(fā)則更加靈活，允許用戶(hù)忽略相鄰信號。一旦捕獲，必需在啟動(dòng)階段和關(guān)閉階段檢查信號的質(zhì)量。這需要測量功率、頻率和調制質(zhì)量隨時(shí)間變化的情況，簡(jiǎn)便的多域相關(guān)分析可以有效協(xié)助實(shí)現這一應用。

* 自適應調制: 自適應調制用來(lái)優(yōu)化系統吞吐量，最有效地利用緊張的頻譜分配。調制可以從非常強健的BPSK變成高數據速率64 QAM，具體取決于信道條件，如增噪和干擾?？梢赃M(jìn)行編程，在逐個(gè)分組基礎上發(fā)生這些調制變化。設計人員面臨的挑戰是確定調制變化無(wú)縫發(fā)生，從而不會(huì )損壞數據。測量挑戰是無(wú)縫地測量這些變化。能夠自動(dòng)檢測調制類(lèi)型及簡(jiǎn)便地執行多域分析，有助于快速評估這些特點(diǎn)。

這些技術(shù)都表現出頻率和調制隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，使得RF信號變得日益復雜，并具有瞬變特點(diǎn)，其產(chǎn)生了更難找到、識別和診斷的問(wèn)題。這些瞬變和隨時(shí)間變化的傳輸技術(shù)可以幫助RF設備避免干擾，最大限度地提高峰值功率，有時(shí)可以避過(guò)檢測。

測試數字RF技術(shù) -兩部分問(wèn)題

數字RF的迅速發(fā)展創(chuàng )造出異常復雜的技術(shù)環(huán)境。由于未分配信道、自適應調制、對等通信及無(wú)數臺設備同時(shí)在有限的無(wú)線(xiàn)頻譜內部同時(shí)傳送信號，會(huì )發(fā)生頻率碰撞和干擾問(wèn)題。這些碰撞導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(zhù)生死存亡。

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

* 找到干擾：第一個(gè)測試挑戰是發(fā)現干擾信號或雜散信號，而不管其是由設備內部生成的，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(huì )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(shí)時(shí)頻譜分析的時(shí)代到來(lái)

RF領(lǐng)域中不能再忽略時(shí)間?，F代數字RF設備生成在一個(gè)時(shí)點(diǎn)存在、在下一個(gè)時(shí)點(diǎn)消失、隨時(shí)間變化的信號。數字RF要求測試工具能夠鏡像當前信號隨時(shí)間變化的特點(diǎn)。

RTSA解決數字RF測試

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

VSA依賴(lài)捕獲后分析技術(shù)，不能執行實(shí)時(shí)任務(wù)，如頻域觸發(fā)，而由不斷變化、簡(jiǎn)單、突發(fā)信號組成的現代數字RF領(lǐng)域則要求完成這些任務(wù)。缺少相應的工具要求工程師采用離線(xiàn)的、通常是內部開(kāi)發(fā)的解決方案，這些解決方案效率低，耗時(shí)長(cháng)，非常復雜，可能成本非常高。

通過(guò)實(shí)時(shí)頻譜分析儀RTSA，許多復雜的問(wèn)題可以通過(guò)在頻域、時(shí)域和調制域中時(shí)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(jiǎn)便地提供信號時(shí)間相關(guān)的多域畫(huà)面，顯著(zhù)降低工程師診斷問(wèn)題所需的時(shí)間。RTSA允許工程師選擇性地觸發(fā)時(shí)域和頻域異常事件，把RF頻率跨度的信息無(wú)縫地記錄采集到存儲器中，發(fā)現數字RF中常見(jiàn)的意想不到的問(wèn)題。這種檢測和捕獲相關(guān)頻譜事件的能力可以實(shí)現更加有效的多域(時(shí)間、頻率和調制)時(shí)間相關(guān)分析，而不必重新捕獲信號。

數字RF測試的具體應用

由于以前只和頻域有關(guān)的問(wèn)題現在也與時(shí)域息息相關(guān)，在各種應用中都需要測試數字RF技術(shù)：
* 蜂窩, WLAN: 手機和其它無(wú)線(xiàn)通信設備制造商在頻譜控制、功率效率和生產(chǎn)成本方面面臨著(zhù)重大挑戰。DSP推動(dòng)了功放線(xiàn)性化性能，滿(mǎn)足了性能和效率要求。如果這些先進(jìn)的解決方案實(shí)現效率低，那么會(huì )導致突發(fā)行為和瞬時(shí)行為，盡管不能說(shuō)不可能檢測到這些行為，但傳統頻譜分析儀檢測這些行為確實(shí)非常困難。實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以發(fā)現、檢測和分析傳統工具會(huì )漏掉的瞬時(shí)功率放大器行為。移動(dòng)設備現在包括大量的發(fā)送和接收鏈 (如在手機/WLAN/藍牙/RFID綜合設備中)。實(shí)時(shí)頻譜分析儀使得工程師能夠在時(shí)域和頻域中對潛在自我干擾來(lái)源分類(lèi)，保證這些復雜系統的透明操作。

* RFID: RFID閱讀器和標簽擁有復雜的響應。除來(lái)自相鄰通道的干擾外，閱讀器必須能夠在多標簽環(huán)境中隔離各個(gè)標簽的響應。在某些系統中，RFID閱讀器必須捷變，并在多個(gè)頻率上跳動(dòng)，以減緩干擾和多路徑環(huán)境。實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以全面捕獲閱讀器和標簽的交互，分析RFID系統的多種不同格式。

* 軍事/國防通信: 軟件定義的無(wú)線(xiàn)電和認知無(wú)線(xiàn)電設備用大量的軟件代替傳統的模擬硬件功能。在以頻譜輻射形式發(fā)生意想不到的性能時(shí)，必需隔離軟件問(wèn)題和硬件問(wèn)題。實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以實(shí)現頻域事件的時(shí)間相關(guān)，觸發(fā)時(shí)間相關(guān)的示波器和邏輯分析儀?？梢詮腞F到模擬域和數字域隔離各種事件。

* 雷達: 來(lái)自雷達系統的頻譜輻射會(huì )干擾無(wú)線(xiàn)通信。某些雷達頻譜輻射還會(huì )留下標記，從而可以簡(jiǎn)便地檢測及對雷達分類(lèi)。因此要求雷達只發(fā)出希望的頻譜輻射，以滿(mǎn)足預計功能非常重要。

* 頻譜監測/監控:  隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)設備的迅速增長(cháng)，在需要執照的頻譜和不需要執照的頻譜中檢測干擾及對干擾分類(lèi)正成為日益嚴峻的一個(gè)問(wèn)題。實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以偵聽(tīng)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，預計很快將會(huì )普及。下一代有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)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照的頻段和不需要執照的頻段。通過(guò)使用低功率和跳頻技術(shù)，它可以實(shí)現希望的效果，減緩對使用同一頻段的其它系統的潛在干擾。

* WiFi, WiMAX: 基于IEEE 802.16e-2005標準開(kāi)發(fā)便攜式和移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò )的工作正從技術(shù)計劃轉向實(shí)際部署。作為高速移動(dòng)寬帶服務(wù)的基礎，WiMAX可望為世界各地的消費者和企業(yè)提供低成本高速無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)能力。隨著(zhù)主要芯片廠(chǎng)商計劃大約在2009年在同一個(gè)芯片上同時(shí)實(shí)現WiFi和WiMAX，消費者將能夠在本地WiFi服務(wù)區和WiMAX地區網(wǎng)絡(luò )之間切換。