測(cè)試數(shù)字RF技術(shù)的挑戰(zhàn)

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

關(guān)鍵詞： 數(shù)字RF；測(cè)試；實(shí)時(shí)頻譜分析儀

無線頻譜是一種稀缺的資源。當(dāng)前頻譜分配被公認(rèn)為效率不足。分配的頻譜在大部分時(shí)間利用率低，并存在干擾問題。數(shù)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，保證無縫操作。例如，WLAN信號(hào)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(dāng)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(hào)在一個(gè)時(shí)點(diǎn)出現(xiàn)在一個(gè)頻率上，在下一個(gè)時(shí)點(diǎn)則出現(xiàn)在不同頻率上。在設(shè)計(jì)時(shí)，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(hào)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在新的頻率上。確定跳頻特點(diǎn)要求測(cè)試和測(cè)量解決方案擁有足夠的帶寬，同時(shí)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(hào)突發(fā): 某些RF系統(tǒng)以時(shí)分雙工(TDD)方式采用突發(fā)信號(hào)，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(jiǎn)化無線電系統(tǒng)，它還降低了用戶設(shè)備的成本。設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)的挑戰(zhàn)是保證它們無失真地迅速啟動(dòng)和傳送信號(hào)，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間關(guān)閉。測(cè)量突發(fā)信號(hào)要求能夠觸發(fā)信號(hào)。時(shí)域觸發(fā)至關(guān)重要，頻域觸發(fā)則更加靈活，允許用戶忽略相鄰信號(hào)。一旦捕獲，必需在啟動(dòng)階段和關(guān)閉階段檢查信號(hào)的質(zhì)量。這需要測(cè)量功率、頻率和調(diào)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(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(qiáng)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(jìn)行編程，在逐個(gè)分組基礎(chǔ)上發(fā)生這些調(diào)制變化。設(shè)計(jì)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(huì)損壞數(shù)據(jù)。測(cè)量挑戰(zhàn)是無縫地測(cè)量這些變化。能夠自動(dòng)檢測(cè)調(diào)制類型及簡(jiǎn)便地執(zhí)行多域分析，有助于快速評(píng)估這些特點(diǎn)。

這些技術(shù)都表現(xiàn)出頻率和調(diào)制隨時(shí)間變化的特點(diǎn)，使得RF信號(hào)變得日益復(fù)雜，并具有瞬變特點(diǎn)，其產(chǎn)生了更難找到、識(shí)別和診斷的問題。這些瞬變和隨時(shí)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(shí)可以避過檢測(cè)。

測(cè)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(duì)等通信及無數(shù)臺(tái)設(shè)備同時(shí)在有限的無線頻譜內(nèi)部同時(shí)傳送信號(hào)，會(huì)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(fèi)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?yàn)檫^載或干擾而停止工作的"數(shù)字峭壁"，保證這些設(shè)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(cè)試挑戰(zhàn)是發(fā)現(xiàn)干擾信號(hào)或雜散信號(hào)，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(hào)的幅度可能會(huì)低于同一頻段中的其它信號(hào)，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

RF領(lǐng)域中不能再忽略時(shí)間?，F(xiàn)代數(shù)字RF設(shè)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(hào)。數(shù)字RF要求測(cè)試工具能夠鏡像當(dāng)前信號(hào)隨時(shí)間變化的特點(diǎn)。

RTSA解決數(shù)字RF測(cè)試

傳統(tǒng)掃頻分析儀和矢量信號(hào)分析儀 (VSA)一般不能完成數(shù)字RF技術(shù)和設(shè)備的測(cè)試任務(wù)。由于它們基本上是在一個(gè)頻率范圍內(nèi)調(diào)諧窄濾波器，以生成單個(gè)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(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(hào)或迅速變化的信號(hào)。

VSA依賴捕獲后分析技術(shù)，不能執(zhí)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(hào)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(shí)長，非常復(fù)雜，可能成本非常高。

通過實(shí)時(shí)頻譜分析儀RTSA，許多復(fù)雜的問題可以通過在頻域、時(shí)域和調(diào)制域中時(shí)間相關(guān)的RF信號(hào)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(hào)時(shí)間相關(guān)的多域畫面，顯著降低工程師診斷問題所需的時(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頻率跨度的信息無縫地記錄采集到存儲(chǔ)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(cè)和捕獲相關(guān)頻譜事件的能力可以實(shí)現(xiàn)更加有效的多域(時(shí)間、頻率和調(diào)制)時(shí)間相關(guān)分析，而不必重新捕獲信號(hào)。

數(shù)字RF測(cè)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(shí)域息息相關(guān)，在各種應(yīng)用中都需要測(cè)試數(shù)字RF技術(shù)：
* 蜂窩, WLAN: 手機(jī)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(dòng)了功放線性化性能，滿足了性能和效率要求。如果這些先進(jìn)的解決方案實(shí)現(xiàn)效率低，那么會(huì)導(dǎo)致突發(fā)行為和瞬時(shí)行為，盡管不能說不可能檢測(cè)到這些行為，但傳統(tǒng)頻譜分析儀檢測(cè)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(xiàn)、檢測(cè)和分析傳統(tǒng)工具會(huì)漏掉的瞬時(shí)功率放大器行為。移動(dòng)設(shè)備現(xiàn)在包括大量的發(fā)送和接收鏈 (如在手機(jī)/WLAN/藍(lán)牙/RFID綜合設(shè)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(duì)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(biāo)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(biāo)簽環(huán)境中隔離各個(gè)標(biāo)簽的響應(yīng)。在某些系統(tǒng)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(biāo)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(rèn)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(shí)，必需隔離軟件問題和硬件問題。實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以實(shí)現(xiàn)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。可以從RF到模擬域和數(shù)字域隔離各種事件。

* 雷達(dá): 來自雷達(dá)系統(tǒng)的頻譜輻射會(huì)干擾無線通信。某些雷達(dá)頻譜輻射還會(huì)留下標(biāo)記，從而可以簡(jiǎn)便地檢測(cè)及對(duì)雷達(dá)分類。因此要求雷達(dá)只發(fā)出希望的頻譜輻射，以滿足預(yù)計(jì)功能非常重要。

* 頻譜監(jiān)測(cè)/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(cè)干擾及對(duì)干擾分類正成為日益嚴(yán)峻的一個(gè)問題。實(shí)時(shí)頻譜分析儀可以偵聽概率檢測(cè)干擾信號(hào)。

* UWB: UWB通信正作為小范圍通信的低成本方案而獲得認(rèn)可，預(yù)計(jì)很快將會(huì)普及。下一代有線和無線接口標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)希望的效果，減緩對(duì)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(biāo)準(zhǔn)開發(fā)便攜式和移動(dòng)WiMAX網(wǎng)絡(luò)的工作正從技術(shù)計(jì)劃轉(zhuǎn)向?qū)嶋H部署。作為高速移動(dòng)寬帶服務(wù)的基礎(chǔ)，WiMAX可望為世界各地的消費(fèi)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(jì)劃大約在2009年在同一個(gè)芯片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)WiFi和WiMAX，消費(fèi)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。