时域在数字射频领域中的作用

本文考察了时间在数字射频中的关键特性，还回顾和比较了发现、触发、捕获和分析信号的方法。

　　射频传输类别

　　数字射频的革命带来了市场上种类丰富的低成本低功耗器件，如将整个通信系统都集成到一块集成电路中的单芯片产品等。日益稀缺的频带上传送的信息不断激增，推动着人们需要在每单位带宽上实现更高的数据速率，同时需要复杂的通信协议，允许各种射频设备和系统实现和平共存。

　　通信协议的一个关键目标是用尽可能少的带宽可靠地传送数据包，同时使干扰达到最小。尽管不是为通信而设计的，但雷达系统在频谱效率和最小干扰方面也拥有类似的目标，同时在目标中增加了安全性和避免检测。这就产生了多种射频传输类别，包括：

　　* 传输打开的时间很短，只在发送数据单元时打开，一旦数据发送完毕，就会释放频谱，以用于其他用途。在许多情况下，这些短传输的时间关系是未知的、随机的。

　　* 系统与超宽带(UWB)和码分多址(CDMA)同时共享相同的频谱。

　　* 认知无线电(CR)调节频率、调制和功率，以便对某个时间点和位置的频谱环境做出反应。

　　* 一个封装内包含多台射频设备。

　　* 射频设备与时钟速率达到几GHz的数字CPU共享相同的集成电路。

　　射频测量挑战

　　当前射频工具必须具备一些基本的测量任务，以便满足设计工程师实现自己的设计目标。这些任务在某种形式上都包含各种射频传输类别，涵盖了从监控到物理研究的各种应用。

　　检定频率漂移——通常必须检定频率稳定时间和响应，以保证设备满足功能需求和操作需求。通常要求不间断地捕获频率随时间不断变化的信号。

　　检测干扰信号及其来源——干扰信号来来往往，通常是由于系统内部或外部故意干扰源或无意干扰源的开关活动导致的。通过记录许多离散的干扰实例及周围时间，可以确定干扰频率，推断出干扰来源。

　　查找和分析瞬时信号——不管是毛刺还是预计传输，瞬时频率变化可能会意想不到地出现在比较稳定、甚至更大的信号当中。检测这些信号需要采用某种特殊的手段，它可以把相关事件与观测跨度上的其他信号区分开来。

　　捕获和分析基带之上的信道化信号——通带信号可能会具有捷变和被调制的特点，因此必须捕获某个时间周期中相关频段上发生的一切事件。这就要求不间断的频谱记录，以便能够考察信号的频谱、时间和调制特点。

　　分析自适应数字调制——随着带宽变得越来越宝贵，安全变得越来越重要，自适应数字调制正变得越来越普遍、越来越复杂。分析调制质量及其与信号频域特点和时域特点的关系，是转型过程中进行无线调试的关键一步。这通常要求进行超出标准的测试，特别是在没定义实现方案时。

　　通过回顾这些射频测量任务，可以明显看出，许多新兴应用要求功能强大的射频分析解决方案，除了传统频率轴和幅度轴外，该工具还要能够捕获时间信息。

　　目前市场上提供了三类射频信号分析仪：扫频分析仪(SA)、矢量信号分析仪(VSA)和实时频谱分析仪(RTSA)。下面我们将更仔细地考察每种分析仪及其满足新兴数字射频设计要求的能力。

　　扫频分析仪

　　传统扫频分析仪通过在相关频率上扫描分辨率带宽(RBW)滤波器，来进行幅度对频率测量。其缺点是，它一次只能记录一个频率中的幅度数据，要求输入信号相对稳定、不会发生变化。

　　图1 扫频分析仪步进通过一系列频段，经常会漏掉当前扫描频段外面发生的重要瞬时事件

　　在图1中，扫频分析仪查看时间Ta上的频段，但在更高频率上发生了瞬间畸变。等到扫描到达较高的频段时，也就是时间Tb时，畸变已经消失了，因此扫频分析仪没有检测到畸变。它没有任何方式触发定义的信号特点，也没有任何方式累积长期的信号行为记录。