探索復(fù)雜RF環(huán)境中的射頻干擾

 從商業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備到軍事通信、雷達(dá)和電子戰(zhàn)爭(EW)系統(tǒng)，射頻干擾無處不在。由于干擾不可預(yù)測，要解決這一問題十分棘手。常用的信號分析儀采用間斷故障模式，使數(shù)據(jù)采集尤其困難。因此，如果不清楚一個問題的根本原因，工程師便很難找到一種測量方法來捕獲這一故障。

盡管困難重重，在擁擠的頻譜中找出、識別并分析干擾信號，不管其目的何在，已在各種應(yīng)用中變得日益重要。一種稱為無間斷捕獲的RF錄存技術(shù)，對解決這一問題可能會特別有用。利用這種技術(shù)，系統(tǒng)工程師可以在一段較長的時間內(nèi)連續(xù)測量數(shù)據(jù)，確保捕獲所有RF事件。

了解測量中的困難

在對系統(tǒng)干擾進(jìn)行特征分析時，系統(tǒng)工程師通常依賴信號分析儀來完成長時間的連續(xù)錄存，如圖1所示。長時間錄存的主要局限是，測試設(shè)備中板子的內(nèi)存容量不夠大。目標(biāo)信號首先進(jìn)入分析儀的RF輸入，隨后被處理，產(chǎn)生圖1右側(cè)所顯示的波形。假設(shè)系統(tǒng)使用了一個固定本機(jī)振蕩器，該儀器捕獲帶寬內(nèi)的所有目標(biāo)信號在到達(dá)藍(lán)色豎線之前，都會經(jīng)過實(shí)時處理。一旦采樣信號進(jìn)入緩存或RAM中，該儀器便不再關(guān)注新進(jìn)入的數(shù)字樣本。相反，它必須處理先前錄存的采樣數(shù)據(jù)。

圖1：典型的信號分析儀方框圖。

在信號分析儀對先前捕獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理時，不會再捕獲新的數(shù)據(jù)樣本，從而在連續(xù)的數(shù)據(jù)采集之間有效地形成一個間隙。如果在處理先前的事件時又發(fā)生了新的事件，或新事件的持續(xù)時間超過了現(xiàn)有的存儲器容量，這些事件便會落入這個間隙并可能被漏處理。此外，分析儀的觸發(fā)設(shè)置僅根據(jù)一組限定條件來捕獲事件。一旦分析儀錯過某一事件，該事件便一去不返。

可行的替代方案

解決復(fù)雜的RF環(huán)境中的射頻干擾問題是一個棘手的任務(wù)，無間斷錄存方法提供了一種可行的方法來解決傳統(tǒng)的信號分析儀所遇到的測量問題。這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在一段較長的時間內(nèi)連續(xù)采集數(shù)據(jù)，解決了不知何時、何處會出現(xiàn)一個干擾事件，以及該事件的持續(xù)時間有多長的問題。由于被錄存的數(shù)據(jù)不會間斷，因此很容易捕獲目標(biāo)信號，如間斷式RF事件。

圖2：該圖已將圖1中的信號分析儀修改為無間斷錄存。

在圖2的示例中，信號分析儀已被修改為無間斷錄存。圖2中的信號分析儀與圖1中的一樣，但它包含一條高速數(shù)據(jù)鏈路或總線，使工程師可以將采集到的數(shù)據(jù)從內(nèi)存中移出去。它通過旁路處理和顯示更新，同時將采集到的數(shù)據(jù)直接寫入采用環(huán)形RAM緩存的最終存儲介質(zhì)，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無間斷高帶寬錄存。工程師可以在環(huán)形RAM緩存中同時寫入和讀取數(shù)據(jù)。若在大帶寬下錄存較長時間的數(shù)據(jù)，則需獨(dú)立磁盤冗余陣列(RAID)存儲系統(tǒng)。

Agilent的雙通道M9392A PXI矢量信號分析儀便是這樣一個寬帶無間斷錄存解決方案，它可以提供兩個獨(dú)立可調(diào)的通道，其中每個通道都能在100-MHz帶寬下錄存數(shù)小時的數(shù)據(jù)(圖3)。

圖3：Agilent的無間斷錄存系統(tǒng)可與預(yù)先選定的設(shè)備結(jié)合起來，利用PCIe的大帶寬及快速吞吐的優(yōu)點(diǎn)，與普通的PC硬驅(qū)或外部海量存儲器一起使用。

RF環(huán)境中的寬帶錄存已被證明是可用于長持續(xù)時間射頻干擾研究的一種有用的特征分析工具，功能強(qiáng)大的搜索工具可減輕在海量錄存數(shù)據(jù)中搜索干擾信號產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)。例如，Agilent?89600矢量信號分析儀軟件可與M9392A一起，用于分析干擾源的特征及其對無間斷錄存目標(biāo)數(shù)據(jù)中干擾信號的影響。使用這樣的軟件簡化并減少了找出目標(biāo)信號的時間，加快了分析和解決問題的進(jìn)程。

如果無間斷錄存方案采用類似時間戳的方法可能也會有幫助，它將錄存的數(shù)據(jù)映射到一個絕對時間，產(chǎn)生觸發(fā)或預(yù)觸發(fā)。預(yù)觸發(fā)數(shù)據(jù)使工程師能夠讀取信號數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一個特定的觸發(fā)事件。

另一個主要功能是雙通道錄存。在單通道錄存系統(tǒng)中，很難只觸發(fā)所需的信號。結(jié)果，為了確保捕獲干擾事件，錄存下來的數(shù)據(jù)通常比實(shí)際所需要的多。這些多余的數(shù)據(jù)需要花費(fèi)額外的時間和資源來處理。M9392A這樣的雙通道錄存系統(tǒng)減少了誤觸發(fā)的可能，并且它只錄存所需的數(shù)據(jù)。信號可以在一個通道上被采集和觸發(fā)，但錄存在另一個通道上。由于能夠在RF環(huán)境中更有效地發(fā)現(xiàn)這些信號，這樣的任意觸發(fā)機(jī)制可以節(jié)約大量時間，幫助工程師更有效地解決干擾問題。

結(jié)構(gòu)化處理流程

即便采用無間斷捕獲方法，解決射頻干擾問題仍然困難重重，因此有必要遵行一個系統(tǒng)化的處理流程。下面是這種處理流程的一個示例，它包括：

第一步：捕獲

該步驟利用長時間錄存的方法采集數(shù)據(jù)，確保捕獲故障事件。RF環(huán)境中的信號往往持續(xù)時間較長，因此長持續(xù)時間是必需的。而且，RF環(huán)境隨時間而改變，通常頻譜擁擠。此外，現(xiàn)代通信信號不斷增大的帶寬意味著噪聲頻譜更寬，它們之間的交互通常是間歇性的、細(xì)微的或短暫的。

第二步：搜索

數(shù)據(jù)采集完成后，錄存下來的數(shù)據(jù)會在實(shí)驗(yàn)室中被回放并進(jìn)行必要的分析，以便提取有關(guān)故障干擾源的信息。在數(shù)據(jù)量極大的情況下，強(qiáng)烈建議使用能根據(jù)多種不同條件完成自動搜索的信號搜索工具來尋找干擾源。數(shù)據(jù)搜索完成后，符合條件的一系列信號會被找到，信號分析應(yīng)用程序會將這些信號分離出來并進(jìn)行回放。

第三步：重新捕獲數(shù)據(jù)

當(dāng)工程師更深入地了解了問題的癥結(jié)或潛在的信號干擾源之后，可能需要捕獲更多更具體的信號數(shù)據(jù)。在這一可選的步驟中，工程師根據(jù)對故障的了解，來觸發(fā)信噪比更高的錄存任務(wù)。這些錄存任務(wù)著眼于被干擾的接收器對某個特定的信號干擾源的反應(yīng)如何。這時，雙通道錄存系統(tǒng)可能特別有用，因?yàn)榕渲煤笏梢允褂闷渲幸粋€通道來觸發(fā)錄存。

第四步：分析

最后，工程師可以使用分析軟件顯示信號干擾源的影響。

利用這一處理流程，工程師們不僅可了解RF環(huán)境，還可錄存長持續(xù)時間內(nèi)頻帶的信息。結(jié)果，他們可以有效地使用RF錄存方法記錄、搜索和分析復(fù)雜RF環(huán)境中的目標(biāo)信號。

本文結(jié)論

解決復(fù)雜RF環(huán)境中的射頻干擾問題頗為困難。但是，利用無間斷錄存方法，工程師可以在長持續(xù)時間內(nèi)連續(xù)測量數(shù)據(jù)，確保捕獲所有目標(biāo)RF事件。專門被改進(jìn)用于無間斷數(shù)據(jù)捕獲的寬帶錄存系統(tǒng)，尤其是雙通道系統(tǒng)，可以非常有效地分析RF環(huán)境中系統(tǒng)干擾的特征。在結(jié)構(gòu)化流程中使用這一系統(tǒng)，為找出并分析目標(biāo)信號提供了一種有效的途徑。在干擾問題層出不窮的商業(yè)無線及EW應(yīng)用中，這樣的功能變得越來越重要。

作者簡介

David Murray是Agilent公司軟件和模塊方案部門電子測量組的應(yīng)用工程師

David Murray于1994年加入HP / Agilent。他在包含各種測試和測量產(chǎn)品的射頻及微波應(yīng)用領(lǐng)域擁有18年的經(jīng)驗(yàn)，其中差不多10年是做制造開發(fā)工程師。

David目前是加利福尼亞州圣羅莎的一名應(yīng)用工作師，專注于模塊化形狀因子(如PXI和AXIe)的微波和RF應(yīng)用開發(fā)。