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如何捕获瞬变、突发、难以捕捉的TA?
发布日期:2021-05-20 10:40

由于无线电频谱资源的有限及不可再生,而用户数量及无线电应用的急剧增加,当前的RF频谱正在变得越来越拥挤,越来越繁忙。如何更加高效地利用有限的RF频谱资源,是当前无线电从业者所要面临的首要问题。


同时,产品设计及测试难度也因此加剧。工程师们不仅要保证自己的产品符合相关法规的规范,还需要时刻注意其他RF干扰源对自身产品的影响。如何捕获到这些偶发的RF干扰源,并全面地了解信号频率、功率、概率、时间等多维度信息,是当前RF工程师面临的重要挑战。


相对于传统射频接收机或频谱分析仪,实时频谱分析仪为无线电监测和频谱管理应用提供了许多卓越的功能。利用实时频谱分析仪的实时分析特性,能够快速可靠的捕获到瞬变的、突发的、难以捉摸的复杂信号;可是,光捕获到还不够,如何呈现出信号的细节及特征呢?这就需要用到实时频谱分析模式下的概率密度谱显示功能,也是大家常说的余辉显示。


什么是概率密度谱?


图1 概率密度谱示意图


概率密度是指在一个采集间隔内,一个频率和幅度点出现的次数,通常也叫余辉图。用X轴代表频率,Y轴代表幅度,Z轴代表出现的次数,T轴代表时间;通过用颜色表示Z轴、用亮度表示 T轴时间的方式,实现在一个二维的界面显示四维的数据。


如图1所示,在密度谱视图中,同时还会显示一条白色的迹线。这条迹线显示最近一次采样间隔的实时频谱。当用正峰值、负峰值或平均检波时,白色迹线从采样间隔内所有数据获取检波数据;当用抽样检波时,采用最后一个FFT计算结果。为了显示在更长时间范围内的信号状况,可以将多幅概率密度图在显示屏上显示,最新的概率密度图用最大亮度显示,距离当前时间越久,概率密度图亮度越低。


发现被测信号的详细特征


概率密度谱特别适合分析那些传统手段很难发现的信号特征。大家通过比较传统频谱分析仪的单色频谱显示和RSA实时频谱仪的概率密度谱分析画面,来说明两者之间的差异。


图2 左图为传统扫频单色频谱显示,右图为概率密度谱显示


图2是传统扫频单色频谱和概率密度谱对同一个Wlan信号的分析显示画面。大家可以明显地观察到,概率密度谱能够清晰地显示Wlan信号的上行和下行内容,而传统频谱仪只能使用单色轨迹显示信号的峰值幅度。这是因为概率密度谱采用颜色等级的色温技术,用颜色表示不同信号出现的频次和时间信息。


首先通过颜色的深浅,来表示信号出现的频次信息,出现频次低的事件用较浅的颜色表示,出现频次高的事件用较深的颜色表示;


其次通过对颜色明暗度的调整,来表现信号出现的时间信息,刚刚出现的信号用最高亮度显示,距离当前时间越久,信号的亮度越低。


相比之下,传统扫描式频谱仪由于采用“功率累加”原理,在最大保持迹线中只能显示能量最高的信号而无法分辨同一频点或频段上是否有其他信号存在。


发现隐藏的信号


概率密度谱用来检测很难发现的瞬时信号,或查找隐藏在其他信号频谱下面的时变小能量信号是非常有效的。


图3 概率密度谱发现隐藏信号


通常藏匿在大信号下面的瞬态小信号是很难被发现的,却会对信号的质量和安全性造成严重的影响。随着实时频谱分析仪的出现,即便这个小信号出现时间无规律,信号持续时间很短,利用概率密度谱,这个小信号也能在屏幕中呈现,“雁过留痕”,这为信号的进一步分析和干预提供可能。


分辨同频信号


当一个频段中存在多个信号且重叠在一起时,传统分析仪几乎不能分开的查看这些信号。显示屏通常只会显示每个频率点上信号能量叠加的结果。


图4中,2.4GHz频段下,有WLAN信号,蓝牙传输信号,同时还有多个重复率低,频段宽的信号覆盖整个频段。传统的单色扫频频谱,当存在多个不同的同频段信号时很难查看存在哪些信号,甚至根本不能分辨不同的信号。应用概率密度谱,整个问题就很容易解决了。


图4 概率密度谱分辨同频信号


在两个随时间变化的信号重叠时, 概率密度谱可以简便地显示不同的信号。在上图中, 大家可以非常容易地把同一条通道上多个重叠的信号区分开来。信号颜色告诉大家每个信号出现的频次情况,信号的明暗度告诉大家每个信号出现的时间信息。


另外,大家还可以很容易地分析出,发生频次低的类似噪声的宽带信号干扰了所有其它信号,而且从显示屏上可以很容易看出哪个信号比干扰信号能量强,哪个信号比干扰信号弱。


观察拥挤的频谱


图5 概率密度谱观察拥挤频谱


图5是某些动态变化的信号、瞬态突变信号以及同一频段范围内多个信号分时显示的示例。如果不能有效地查看所有这些信号,大家可能不知道它们是否在有效地分时工作或是否会相互带来严重干扰。


概率密度谱不仅可以帮助大家查看以前无法分开显示、甚至根本无法显示的时变RF信号,甚至可以精准分析信号包含的具体信息,即使在其完全重叠时,概率密度谱显示画面仍可以分辨和揭示随时间变化的多个信号的属性,可以清楚地分辩和查看其发生的幅度和频率。在传统单色显示中,是不可能呈现这种结果的。


总结


上述演示的概率密度谱,仅仅是RIGOL RSA系列实时频谱分析仪的一项小小功能,实时频谱仪的更多玩法,大家一起来探索吧!



关键词:频谱分析仪 实时频谱仪 RIGOL
浏览量:14162
来 源:普源精电RIGOL
编辑:清风
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