实时频谱-3.1实时频谱分析仪测量

RSA 测量类型

泰克RSA 可以在频域、时域、调制域和统计域中工作。

频域测量

基本频域测量是实时 RF 数字荧光显示(DPX)频谱显示测量、频谱显示测量和频谱图显示测量功能。

DPX 频谱

DPX 频谱测量对 RSA 发现其它分析仪漏掉的难检信号的能力至关重要。在所有泰克 RSA 中，DPX 技术的关键性能参数是以 100% 侦听概率(POI)捕获单个事件的最短时间周期。在 RSA6000 中，信号发现的这个基本指标最短可以达到 10.3 ?s。DPX 频谱还可以表示在不同时间占用相同频率的多个信号，如图 3-1 所示。
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DPX频谱提供了实时RF显示，允许用户查看短暂的信号，明显降低发现和解决问题所需的时间。在某些RSA型号上，DPX频谱的频宽不受实时带宽限制。扫频DPX的工作方式与普通频谱画面类似，它步进通过多个实时频段，使用线图和位图建立宽频宽画面。

频谱和频谱图测量

频谱和频谱图测量的基础都是对存储在存储器中的数据进行DFT分析。这些测量可以以已触发模式运行，也可以以自由运行模式运行。频谱和频谱图测量在所有RSA中都单独显示。它们在这里一起处理，因为这两种测量都在采集的相同数据上运行，其使用标记实现时间和频率相关。
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如图3-2所示，频谱图显示是一个重要指标，直观地显示了频率和幅度行为随时间变化情况。与频谱显示一样，横轴表示频宽的频率范围。而在频谱图中，竖轴表示时间，幅度用曲线颜色表示。每一“片”频谱图都与从数据一个频谱长度中计算得出的单个频谱对应。
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图 3-3 是显示图 3-2 所示信号的频谱和频谱图画面的截图。在频谱图上，最老的帧显示在画面顶部。这一测量显示了 RF 信号，其频率随时间变化，它还揭示了小的瞬态信号，这个信号出现，然后在时间块的末尾附近消失。由于数据存储在存储器中，因此可以使用标记“在时间上向回”滚动通过频谱图。在图 3-3 中，标记已经放在频谱图画面中的瞬态事件上，导致该时点上显示对应的频谱画面。

超出实时带宽的频谱测量

如图 3-4 所示，RSA 提供了频域测量，它仿真传统扫频分析仪(SA)。对超过仪器实时带宽的频宽，这通过在关心的频宽上调谐 RSA 实现，其在很大程度上与传统频谱分析仪类似，它获得连续的频谱采集，然后调谐到下一个步长。
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在配置选配硬件时，RSA6000 系列可以实现扫频 DPX功能。分析仪在每个频率段中“停留”一个或多个DPX帧，每个 DPX 帧包含着最多 14,600 个频谱变换结果。停留时间可以调节，因此在转移到下一步之前，可以监测每个扫频段最长100秒的时间。当停留在某个频率段中时，该频段内的信号侦听概率与正常实时频宽相同，也就是能够 100% 捕获最短 10.3 µs 的事件。将为每个段创建一个完整的像素位图，并在水平方向压缩成显示频率段所需的栏数。压缩通过平均被组合在一起的点的像素密度来实现。最后的扫频位图包含着相同像素位图分辨率的表示图，就像非扫频位图一样。另外还为每个段创建完整的直线图，然后在水平方向压缩成整个频宽中用户选定的轨迹点。

时域测量

频率随时间变化

频率随时间变化在竖轴上表示频率，在横轴上表示时间。它提供了与频谱图上显示的类似结果，但有两个重大差别。第一，频率随时间变化图的时域分辨率要远远好于频谱图，下面对此进行了详细介绍。第二，这一指标计算每个时点的单一平均频率值，这意味着它不能象频谱图那样显示多个 RF 信号。

频谱图是DFT结果的汇总，其逐行时间分辨率等于一个帧的长度；频率随时间变化图的时间分辨率则是一个采样间隔。假设一个帧中有 1024 个样点，那么这种模式下的分辨率是频谱图的 1024 倍。这可以更详细地、更简便地查看小的简单的频率位移。频谱图的行为方式几乎与超快速频率计数器一模一样。每个样点都表示一个频率值，表明频宽是几百赫兹还是几兆赫。频率恒定的信号(如 CW 或 AM)会产生平坦均匀的显示结果。
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在唯一的频率上存在相对较强的信号时，频率随时间变化图可以提供最佳的结果。图3-5是比较频率随时间变化图与频谱图的简化示意图。从某种意义上来说，频率随时间变化图是一个放大的视图，它放大了频谱图的某个部分。这特别适合考察瞬时事件，如频率过冲或减幅振荡。在被测环境中存在多个信号时，或者存在一个信号具有提升的噪声电平或间歇性杂散信号时，首选使用
频谱图。它可以可视化选择的频宽内的所有频率和幅度行为。
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图3-6、图3-7和图3-8显示了同一采集的三个不同分析视图。如图3-6 所示，使用频率模板触发捕获来自发射机的瞬时信号，这台发射机在开机过程中在频率稳定性方面偶尔发生问题。由于振荡器没有调谐到屏幕中心的频率，RF信号会突破左边所示的频率模板，引起触发。右边的频谱图显示了器件的频率稳定特点。
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下两个图显示了同一信号的频率随时间变化图，图3-7显示了与使用25 ms分析长度的频谱图相同的频率稳定行为。图 3-8 显示了能够放大 1 ms 的分析长度，以精细得多的时域分辨率显示了频率随时间变化情况。这揭示了即使在稳定到正确频率后，信号上仍存在残余振。
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幅度或功率随时间变化

功率随时间变化显示(图3-9)显示了信号功率怎样逐个样点变化。信号幅度在对数标度上用 dBm 绘出。这一显示与示波器时域图的类似之处在于，其横轴也表示时间。相比之下，竖轴显示了对数标度的功率，而不是线性标度的电压。在 RSA3000 系列频谱分析仪上，曲线表示频宽内部检测到的总功率。RSA6000 系列频谱分析仪允许用户选择滤波器及全频宽带宽。功率恒定的信号将产生平坦的轨迹图，因为每个周期中没有任何平均功率变化。
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对每个时域样点，功率的计算方式如下：

功率随时间变化显示画面也在时间概况窗口中提供。时间概况显示画面在全部采集带宽中显示整个采集的 RF幅度，功率随时间变化则显示分析偏置和分析长度画面定义的时间段。

相位随时间变化

相位随时间变化的概念与功率随时间变化类似。每个IQ对的相位值计算得出，并显示其随时间变化。每个IQ样点的相位计算如下：
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IQ 随时间变化

瞬态 IQ 随时间变化(图 3-10)是另一个时域图，显示了与时间相应的 I 和 Q 的幅度。这一测量显示了来自数字下变频器的原始 I 和 Q 输出信号。结果，这个显示图没有与被分析信号上可能存在的任何调制同步，这一点不同于数字解调套件内部的 IQ 随时间变化测量模式。
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这一测量可以作为专家用户的另一个有用的调试工具，特别是在考察频率和相位误差和不稳定性时。

调制域测量

模拟调制分析

模拟解调模式为解调和分析幅度调制(图 3-11)、频率调制(图 3-12)和相位调制(图 3-13)提供了测量功能。与时域测量一样，这些工具基于多域分析概念，频谱和分析窗口可以位于时间概况窗口所示的码组内的任何位置。
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数字调制分析

数字解调模式可以解调和分析基于相移键控(PSK)、频移键控(FSK)和正交调幅(QAM)的许多常见数字信号。RSA 提供各种测量功能，包括星座、误差矢量幅度(EVM)、幅度误差、相位误差、解调I/Q随时间变化、码表和眼图。为进行这些测量，必需正确配置各种变量，如调制类型、码率、测量(接收)滤波器类型和参数(如升余弦根的滚降系数)及参考滤波器类型。

RSA 为检定动态调制的信号提供了一个强大的解决方案，它不仅提供了 VSA 的数字解调测量功能，还提供了实时触发和时间相关多域分析功能，如图 3-14、图3-15 和图 3-16 所示。
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基于标准的调制分析

RSA 还为许多标准提供了调制分析解决方案，如 WCDMA、HSDPA/HSDUPA、LTE、GSM/EDGE、CDMA2000、1xEV-DO、Zigbee、WiMax、WLAN (IEEE802.11 a/b/g/n)等等。图 3-17 和图 3-18 显示了基于标准的调制分析实例。
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码域图显示

RSA 的码域图显示(图 3-19)在基于 CDMA 的通信标准的码域功率测量中增加了一个时间轴。与频谱图一样，码域图直观地显示了随时间变化情况。
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图 3-20 是 RSA 得到的 W-CDMA 码域图显示。这个特定的码域图显示了模拟的 W-CDMA 压缩模式切换，其中数据速率瞬时提高，为传输中简要的临时间隔提供空间。这些间隔允许双模式W-CDMA/GSM用户设备搜索可用的 GSM 基站，同时保持连接到 W-CDMA Node B上。
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统计域测量

互补累积分布函数

互补累积分布函数(CCDF)视图显示被测信号平均功率之上的峰值功率超过横轴标度上显示的幅度的概率。概率在竖轴上用百分比表示。竖轴是对数。

CCDF分析测量随时间变化的波峰因数，这对许多数字信号非常重要，特别是使用CDMA和OFDM的信号。波峰因数是信号峰值电压除以平均电压之比，结果用 dB表示：
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信号的波峰因数决定着发射机或接收机必须达到的线性度，以避免信号失真达到不可接受的水平。在图 3-21中，CCDF 曲线用黄色表示被测信号，用蓝色表示高斯参考轨迹。设计人员尤其关注CCDF和波峰因数，他们必须在器件(如放大器)的功耗和失真性能之间找到平衡。在选定的波形周期上使用CCDF，并与ACP等失真指标比较时，用户可以确定信号中的统计变化怎样在放大器输出中产生失真。
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时间相关多域分析

一旦采集并把信号存储在存储器中，可以使用 RSA 中提供的各种时间相关视图分析信号，如图 3-21 所示。

这特别适合器件调试和信号检定应用。所有这些测量都基于同一套底层时域样点数据，其拥有两个重要的结构优势：
1）在频域、时域和调制域中，在单次采集基础上进行全方位信号分析。
2）多域相关，了解频域、时域和调制域中基于公共时间参考的特定事件的关系。

频谱和频谱图

RSA 提供了在时间和频率上相关的两个视图：频谱显示和频谱图显示。图 3-22 中提供了这两个视图，都带有时间概况及幅度随时间变化分析。在每个画面中，屏幕上的标记都与采集存储器中的同一个点对应。
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调制域和时域结果相关

在时域分析和调制域分析使用的其它实时测量模式下，RSA 显示了捕获的信号的多个视图，如图 3-23 所示。
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图3-23右下方的窗口显示了整个采集的时间概况(功率随时间变化)。这个概况显示模块中采集的所有数据，作为其它分析窗口的索引。

图 3-24 右上方的窗口显示了左上方所示的频谱图的一个帧的频谱或功率随频率变化。与图 3-23 中的画面一样，这是一个数据帧的频谱，可以滚动通过整个时间记录，查看任意时点上的频谱。这通过调节频谱偏置完成。另外注意，在频谱图窗口中有一个紫条，表明与频谱窗口中的频域显示对应的时间位置。
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屏幕底部(用绿色表示)显示了选定时间或调制分析测量结果。