時域在數(shù)字射頻領(lǐng)域中的作用

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

　　射頻傳輸類別

　　數(shù)字射頻的革命帶來了市場上種類豐富的低成本低功耗器件，如將整個通信系統(tǒng)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，推動著人們需要在每單位帶寬上實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，同時需要復(fù)雜的通信協(xié)議，允許各種射頻設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和平共存。

　　通信協(xié)議的一個關(guān)鍵目標(biāo)是用盡可能少的帶寬可靠地傳送數(shù)據(jù)包，同時使干擾達(dá)到最小。盡管不是為通信而設(shè)計的，但雷達(dá)系統(tǒng)在頻譜效率和最小干擾方面也擁有類似的目標(biāo)，同時在目標(biāo)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別，包括：

　　* 傳輸打開的時間很短，只在發(fā)送數(shù)據(jù)單元時打開，一旦數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，就會釋放頻譜，以用于其他用途。在許多情況下，這些短傳輸?shù)臅r間關(guān)系是未知的、隨機(jī)的。

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

　　* 認(rèn)知無線電(CR)調(diào)節(jié)頻率、調(diào)制和功率，以便對某個時間點(diǎn)和位置的頻譜環(huán)境做出反應(yīng)。

　　* 一個封裝內(nèi)包含多臺射頻設(shè)備。

　　* 射頻設(shè)備與時鐘速率達(dá)到幾GHz的數(shù)字CPU共享相同的集成電路。

　　射頻測量挑戰(zhàn)

　　當(dāng)前射頻工具必須具備一些基本的測量任務(wù)，以便滿足設(shè)計工程師實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計目標(biāo)。這些任務(wù)在某種形式上都包含各種射頻傳輸類別，涵蓋了從監(jiān)控到物理研究的各種應(yīng)用。

　　檢定頻率漂移——通常必須檢定頻率穩(wěn)定時間和響應(yīng)，以保證設(shè)備滿足功能需求和操作需求。通常要求不間斷地捕獲頻率隨時間不斷變化的信號。

　　檢測干擾信號及其來源——干擾信號來來往往，通常是由于系統(tǒng)內(nèi)部或外部故意干擾源或無意干擾源的開關(guān)活動導(dǎo)致的。通過記錄許多離散的干擾實(shí)例及周圍時間，可以確定干擾頻率，推斷出干擾來源。

　　查找和分析瞬時信號——不管是毛刺還是預(yù)計傳輸，瞬時頻率變化可能會意想不到地出現(xiàn)在比較穩(wěn)定、甚至更大的信號當(dāng)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)事件與觀測跨度上的其他信號區(qū)分開來。

　　捕獲和分析基帶之上的信道化信號——通帶信號可能會具有捷變和被調(diào)制的特點(diǎn)，因此必須捕獲某個時間周期中相關(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、時間和調(diào)制特點(diǎn)。

　　分析自適應(yīng)數(shù)字調(diào)制——隨著帶寬變得越來越寶貴，安全變得越來越重要，自適應(yīng)數(shù)字調(diào)制正變得越來越普遍、越來越復(fù)雜。分析調(diào)制質(zhì)量及其與信號頻域特點(diǎn)和時域特點(diǎn)的關(guān)系，是轉(zhuǎn)型過程中進(jìn)行無線調(diào)試的關(guān)鍵一步。這通常要求進(jìn)行超出標(biāo)準(zhǔn)的測試，特別是在沒定義實(shí)現(xiàn)方案時。

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

　　目前市場上提供了三類射頻信號分析儀：掃頻分析儀(SA)、矢量信號分析儀(VSA)和實(shí)時頻譜分析儀(RTSA)。下面我們將更仔細(xì)地考察每種分析儀及其滿足新興數(shù)字射頻設(shè)計要求的能力。

　　掃頻分析儀

　　傳統(tǒng)掃頻分析儀通過在相關(guān)頻率上掃描分辨率帶寬(RBW)濾波器，來進(jìn)行幅度對頻率測量。其缺點(diǎn)是，它一次只能記錄一個頻率中的幅度數(shù)據(jù)，要求輸入信號相對穩(wěn)定、不會發(fā)生變化。

　　圖1 掃頻分析儀步進(jìn)通過一系列頻段，經(jīng)常會漏掉當(dāng)前掃描頻段外面發(fā)生的重要瞬時事件

　　在圖1中，掃頻分析儀查看時間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(dá)較高的頻段時，也就是時間Tb時，畸變已經(jīng)消失了，因此掃頻分析儀沒有檢測到畸變。它沒有任何方式觸發(fā)定義的信號特點(diǎn)，也沒有任何方式累積長期的信號行為記錄。