测试数字RF技术的挑战

摘要： 本文简要介绍了解决数字RF测试的实时频谱分析仪技术以及数字RF测试涉及到的不同应用领域。

关键词： 数字RF；测试；实时频谱分析仪

无线频谱是一种稀缺的资源。当前频谱分配被公认为效率不足。分配的频谱在大部分时间利用率低，并存在干扰问题。数字RF技术使得随时间变化的技术能够更有效地利用可用的频谱，避免干扰，保证无缝操作。例如，WLAN信号寻找干净的频率，调整调制类型，以最好地利用提供的信道。

当前使用的技术包括：

* 跳频: 为降低增噪和干扰的影响，及在某些情况下通过降低侦听的可能而改善安全性，某些数字RF系统采用跳频技术，信号在一个时点出现在一个频率上，在下一个时点则出现在不同频率上。在设计时，工程师面临的挑战是保证跳频发生在正确的频率上，信号在规定时间内稳定在新的频率上。确定跳频特点要求测试和测量解决方案拥有足够的带宽，同时查看开始频率和结束频率，并能够触发频率间的转换。

* 信号突发: 某些RF系统以时分双工(TDD)方式采用突发信号，其目的是最有效地利用频谱，允许上行链路和下行链路占用相同的频率。通过大大简化无线电系统，它还降低了用户设备的成本。设计这些系统的挑战是保证它们无失真地迅速启动和传送信号，并在适当的时间关闭。测量突发信号要求能够触发信号。时域触发至关重要，频域触发则更加灵活，允许用户忽略相邻信号。一旦捕获，必需在启动阶段和关闭阶段检查信号的质量。这需要测量功率、频率和调制质量随时间变化的情况，简便的多域相关分析可以有效协助实现这一应用。

* 自适应调制: 自适应调制用来优化系统吞吐量，最有效地利用紧张的频谱分配。调制可以从非常强健的BPSK变成高数据速率64 QAM，具体取决于信道条件，如增噪和干扰。可以进行编程，在逐个分组基础上发生这些调制变化。设计人员面临的挑战是确定调制变化无缝发生，从而不会损坏数据。测量挑战是无缝地测量这些变化。能够自动检测调制类型及简便地执行多域分析，有助于快速评估这些特点。

这些技术都表现出频率和调制随时间变化的特点，使得RF信号变得日益复杂，并具有瞬变特点，其产生了更难找到、识别和诊断的问题。这些瞬变和随时间变化的传输技术可以帮助RF设备避免干扰，最大限度地提高峰值功率，有时可以避过检测。

测试数字RF技术 -两部分问题

数字RF的迅速发展创造出异常复杂的技术环境。由于未分配信道、自适应调制、对等通信及无数台设备同时在有限的无线频谱内部同时传送信号，会发生频率碰撞和干扰问题。这些碰撞导致间歇性通信或通信拥堵。在商业领域中，这使消费者和企业感到灰心丧气。在军事和政府领域，这可能意味着生死存亡。

为了避免系统或网络因为过载或干扰而停止工作的"数字峭壁"，保证这些设备不会在不希望的时间或不希望的频率发送RF能量，并能够在存在干扰时正确操作至关重要。

* 找到干扰：第一个测试挑战是发现干扰信号或杂散信号，而不管其是由设备内部生成的，还是外部发起的。

* 检定干扰：一旦找到干扰，必须全面检定干扰。感兴趣的信号的幅度可能会低于同一频段中的其它信号，可能不经常发生，因此很难捕获。

实时频谱分析的时代到来

RF领域中不能再忽略时间。现代数字RF设备生成在一个时点存在、在下一个时点消失、随时间变化的信号。数字RF要求测试工具能够镜像当前信号随时间变化的特点。

RTSA解决数字RF测试

传统扫频分析仪和矢量信号分析仪 (VSA)一般不能完成数字RF技术和设备的测试任务。由于它们基本上是在一个频率范围内调谐窄滤波器，以生成单个频域画面(或称为“扫描”)，传统扫频分析仪只能汇总一套不相关的RF频谱活动。即使是速度最快的扫频分析仪，仍可能会漏掉许多间歇性信号或迅速变化的信号。

VSA依赖捕获后分析技术，不能执行实时任务，如频域触发，而由不断变化、简单、突发信号组成的现代数字RF领域则要求完成这些任务。缺少相应的工具要求工程师采用离线的、通常是内部开发的解决方案，这些解决方案效率低，耗时长，非常复杂，可能成本非常高。

通过实时频谱分析仪RTSA，许多复杂的问题可以通过在频域、时域和调制域中时间相关的RF信号特性得以揭示。RTSA可以触发和捕获瞬变事件、简便地提供信号时间相关的多域画面，显著降低工程师诊断问题所需的时间。RTSA允许工程师选择性地触发时域和频域异常事件，把RF频率跨度的信息无缝地记录采集到存储器中，发现数字RF中常见的意想不到的问题。这种检测和捕获相关频谱事件的能力可以实现更加有效的多域(时间、频率和调制)时间相关分析，而不必重新捕获信号。

数字RF测试的具体应用

由于以前只和频域有关的问题现在也与时域息息相关，在各种应用中都需要测试数字RF技术：
* 蜂窝, WLAN: 手机和其它无线通信设备制造商在频谱控制、功率效率和生产成本方面面临着重大挑战。DSP推动了功放线性化性能，满足了性能和效率要求。如果这些先进的解决方案实现效率低，那么会导致突发行为和瞬时行为，尽管不能说不可能检测到这些行为，但传统频谱分析仪检测这些行为确实非常困难。实时频谱分析仪可以发现、检测和分析传统工具会漏掉的瞬时功率放大器行为。移动设备现在包括大量的发送和接收链 (如在手机/WLAN/蓝牙/RFID综合设备中)。实时频谱分析仪使得工程师能够在时域和频域中对潜在自我干扰来源分类，保证这些复杂系统的透明操作。

* RFID: RFID阅读器和标签拥有复杂的响应。除来自相邻通道的干扰外，阅读器必须能够在多标签环境中隔离各个标签的响应。在某些系统中，RFID阅读器必须捷变，并在多个频率上跳动，以减缓干扰和多路径环境。实时频谱分析仪可以全面捕获阅读器和标签的交互，分析RFID系统的多种不同格式。

* 军事/国防通信: 软件定义的无线电和认知无线电设备用大量的软件代替传统的模拟硬件功能。在以频谱辐射形式发生意想不到的性能时，必需隔离软件问题和硬件问题。实时频谱分析仪可以实现频域事件的时间相关，触发时间相关的示波器和逻辑分析仪。可以从RF到模拟域和数字域隔离各种事件。

* 雷达: 来自雷达系统的频谱辐射会干扰无线通信。某些雷达频谱辐射还会留下标记，从而可以简便地检测及对雷达分类。因此要求雷达只发出希望的频谱辐射，以满足预计功能非常重要。

* 频谱监测/监控:  随着无线设备的迅速增长，在需要执照的频谱和不需要执照的频谱中检测干扰及对干扰分类正成为日益严峻的一个问题。实时频谱分析仪可以侦听概率检测干扰信号。

* UWB: UWB通信正作为小范围通信的低成本方案而获得认可，预计很快将会普及。下一代有线和无线接口标准正把UWB通信视为低成本短程通信的备择方案。UWB特地使用许多需要执照的频段和不需要执照的频段。通过使用低功率和跳频技术，它可以实现希望的效果，减缓对使用同一频段的其它系统的潜在干扰。

* WiFi, WiMAX: 基于IEEE 802.16e-2005标准开发便携式和移动WiMAX网络的工作正从技术计划转向实际部署。作为高速移动宽带服务的基础，WiMAX可望为世界各地的消费者和企业提供低成本高速无线上网能力。随着主要芯片厂商计划大约在2009年在同一个芯片上同时实现WiFi和WiMAX，消费者将能够在本地WiFi服务区和WiMAX地区网络之间切换。