探索復雜RF環(huán)境中的射頻干擾

從商業(yè)無線網(wǎng)絡和設備到軍事通信、雷達和電子戰(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，已在各種應用中變得日益重要。一種稱為無間斷捕獲的RF錄存技術，對解決這一問題可能會特別有用。利用這種技術，系統(tǒng)工程師可以在一段較長的時間內連續(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，測試設備中板子的內存容量不夠大。目標信號首先進入分析儀的RF輸入，隨后被處理，產(chǎn)生圖1右側所顯示的波形。假設系統(tǒng)使用了一個固定本機振蕩器，該儀器捕獲帶寬內的所有目標信號在到達藍色豎線之前，都會經(jīng)過實時處理。一旦采樣信號進入緩存或RAM中，該儀器便不再關注新進入的數(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

解決復雜的RF環(huán)境中的射頻干擾問題是一個棘手的任務，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。這一技術實現(xiàn)了在一段較長的時間內連續(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，來實現(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，它可以提供兩個獨立可調的通道，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)可與預先選定的設備結合起來，利用PCIe的大帶寬及快速吞吐的優(yōu)點，與普通的PC硬驅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)生的負擔。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信號的時間，加快了分析和解決問題的進程。

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)或預觸發(fā)。預觸發(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。結果，為了確保捕獲干擾事件，錄存下來的數(shù)據(jù)通常比實際所需要的多。這些多余的數(shù)據(jù)需要花費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。

結構化處理流程

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)會在實驗室中被回放并進行必要的分析，以便提取有關故障干擾源的信息。在數(shù)據(jù)量極大的情況下，強烈建議使用能根據(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，信號分析應用程序會將這些信號分離出來并進行回放。

第三步：重新捕獲數(shù)據(jù)

當工程師更深入地了解了問題的癥結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。這些錄存任務著眼于被干擾的接收器對某個特定的信號干擾源的反應如何。這時，雙通道錄存系統(tǒng)可能特別有用，因為配置后它可以使用其中一個通道來觸發(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)時間內頻帶的信息。結果，他們可以有效地使用RF錄存方法記錄、搜索和分析復雜RF環(huán)境中的目標信號。

本文結論

解決復雜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)時間內連續(xù)測量數(shù)據(jù)，確保捕獲所有目標RF事件。專門被改進用于無間斷數(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。在結構化流程中使用這一系統(tǒng)，為找出并分析目標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)品的射頻及微波應用領域擁有18年的經(jīng)驗，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用工作師，專注于模塊化形狀因子(如PXI和AXIe)的微波和RF應用開發(fā)。