測試數字ＲＦ技術的挑戰

泰克公司

摘要：本文簡要介紹了解決數字RF測試的實時頻譜分析儀技術以及數字RF測試涉及到的不同應用領域。

關鍵詞：數字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。數字RF技術使得隨時間變化的技術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，調整調制類型，以最好地利用提供的信道。當前使用的技術包括：

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，某些數字RF系統采用跳頻技術，信號在一個時點出現在一個頻率上，在下一個時點則出現在不同頻率上。在設計時，工程師面臨的挑戰是保證跳頻發生在正確的頻率上，信號在規定時間內穩定在新的頻率上。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束頻率，并能夠觸發頻率間的轉換。

信號突發：某些RF系統以時分雙工(TDD)方式采用突發信號，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，它還降低了用戶設備的成本。設計這些系統的挑戰是保證它們無失真地迅速啟動和傳送信號，并在適當的時間關閉。測量突發信號要求能夠觸發信號。時域觸發至關重要，頻域觸發則更加靈活，允許用戶忽略相鄰信號。一旦捕獲，必需在啟動階段和關閉階段檢查信號的質量。這需要測量功率、頻率和調制質量隨時間變化的情況，簡便的多域相關分析可以有效協助實現這一應用。

自適應調制：自適應調制用來優化系統吞吐量，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64QAM，具體取決于信道條件，如增噪和干擾。可以進行編程，在逐個分組基礎上發生這些調制變化。設計人員面臨的挑戰是確定調制變化無縫發生，從而不會損壞數據。測量挑戰是無縫地測量這些變化。能夠自動檢測調制類型及簡便地執行多域分析，有助于快速評估這些特點。

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

測試數字RF技術一兩部分問題

數字RF的迅速發展創造出異常復雜的技術環境。由于未分配信道、自適應調制、對等通信及無數臺設備同時在有限的無線頻譜內部同時傳送信號，會發生頻率碰撞和干擾問題。這些碰撞導致間歇性通信或通信擁堵。在商業領域中，這使消費者和企業感到灰心喪氣。在軍事和政府領域，這可能意味著生死存亡。

為了避免系統或網絡因為過載或干擾而停止工作的“數字峭壁”，保證這些設備不會在不希望的時間或不希望的頻率發送RF能量，并能夠在存在干擾時正確操作至關重要。

找到干擾：第一個測試挑戰是發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，可能不經常發生，因此很難捕獲。

實時頻譜分析的時代到來

RF領域中不能再忽略時間。現代數字RF設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技術和設備的測試任務。由于它們基本上是在一個頻率范圍內調諧窄濾波器，以生成單個頻域畫面(或稱為“掃描”)，傳統掃頻分析儀只能匯總一套不相關的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，不能執行實時任務，如頻域觸發，而由不斷變化、簡單、突發信號組成的現代數字RF領域則要求完成這些任務。缺少相應的工具要求工程師采用離線的、通常是內部開發的解決方案，這些解決方案效率低，耗時長，非常復雜，可能成本非常高。

通過實時頻譜分析儀RTSA，許多復雜的問題可以通過在頻域、時域和調制域中時間相關的RF信號特性得以揭示。RTSA可以觸發和捕獲瞬變事件、簡便地提供信號時間相關的多域畫面，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，發現數字RF中常見的意想不到的問題。這種檢測和捕獲相關頻譜事件的能力可以實現更加有效的多域(時間、頻率和調制)時間相關分析，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的問題現在也與時域息息相關，在各種應用中都需要測試數字RF技術：

蜂窩，WLAN：手機和其它無線通信設備制造商在頻譜控制、功率效率和生產成本方面面臨著重大挑戰。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效率低，那么會導致突發行為和瞬時行為，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現、檢測和分析傳統工具會漏掉的瞬時功率放大器行為。移動設備現在包括大量的發送和接收鏈(如在手機／WLAN／藍牙／RFID綜合設備中)。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，保證這些復雜系統的透明操作。

REID：RFID閱讀器和標簽擁有復雜的響應。除來自相鄰通道的干擾外，閱讀器必須能夠在多標簽環境中隔離各個標簽的響應。在某些系統中，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頻域事件的時間相關，觸發時間相關的示波器和邏輯分析儀。可以從RF到模擬域和數字域隔離各種事件。

雷達：來自雷達系統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。因此要求雷達只發出希望的頻譜輻射，以滿足預計功能非常重要。

頻譜監測／監控：隨著無線設備的迅速增長，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照的頻段和不需要執照的頻段。通過使用低功率和跳頻技術，它可以實現希望的效果，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標準開發便攜式和移動WiMAX網絡的工作正從技術計劃轉向實際部署。作為高速移動寬帶服務的基礎，WiMAX可望為世界各地的消費者和企業提供低成本高速無線上網能力。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WiFi和WiMAX，消費者將能夠在本地WiFi服務區和WiMAX地區網絡之間切換。

參考文獻：

1．http：／／www．tek．com／products／spectrum_analyzers

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”