跳頻信号的不穩定行為使它們難以捕獲、驗證和測量。是以，需要更有效的工具和程式來設計和測試采用越來越快的跳頻技術的現代無線電
現在正在使用一些技術，以確定通過擁塞的無線電頻譜進行有效的通信。其中最主要的是軟體定義的無線電(sdr) ，它使軟體能夠動态控制通信參數，如所用的頻帶、調制類型、資料速率和跳頻方案。
軍用無線電應用經常采用軟體無線電技術，必須在惡意信号幹擾十分普遍的關鍵任務環境中執行。它們可以在各種各樣的腳印中找到，從小型便攜式裝置到車載和船上平台。一些商業應用，例如無線區域網路和基于3g 的蜂窩通信，最近也出現了，它們采用了許多最初用于國防電子工業的 SDR 技術。
圖1: 被大幹擾幹擾的跳頻信号。采用數字熒光粉技術(DPX)的實時頻譜分析儀捕獲空氣中的信号
盡管有各種各樣的軟體無線電應用和足迹，但有一個共同特點: 跳頻。在模拟和數字無線電中，跳頻被用來提高性能，避免檢測和減少幹擾和幹擾，如多徑和衰落。
跳頻與編碼方案結合使用，提高了從幹擾和衰落中恢複資訊的能力，在廣泛的頻譜範圍内傳播資訊，使系統更加健壯。如果一個特定的頻率被幹擾，系統可能隻丢失以該頻率傳輸的資訊，而不是丢失整個資料流。在這種情況下，可以使用交織和前向錯誤更正交織(FEC)來恢複被幹擾跳躍期間丢失的資料。
雖然跳頻已被證明是改善無線電通信的有效方法，但它的應用還在不斷發展。信号跳躍速度越快，人臉檢測、幹擾或幹擾的可能性就越小。是以，盡管跳頻并不是一種新技術，設計者們仍在不斷努力提高現代無線電中跳頻的速度，以進一步改善和加強性能。
這些努力帶來了顯著的設計和測試挑戰。跳頻信号和幹擾源在極其複雜的時變頻譜中工作。這些信号的不穩定行為使它們難以擷取、驗證和測量。有效地設計和測試采用越來越快的跳頻技術的現代無線電需要新的工具和方法。
更快的跳頻導緻新的設計和測試挑戰更快的跳頻在設計通信系統時提出了許多挑戰
更快的跳頻導緻新的設計和測試挑戰更快的跳頻在設計通信系統時提出了許多挑戰，尤其是系統結構和頻率合成器。現代無線電是一個複雜的系統，控制軟體、數字信号處理器(DSP)和系統元件必須協同工作以確定最佳性能。由于軟體會積極地改變 SDR 的操作參數，是以有無數的硬體/軟體組合可能會導緻錯誤。調制和濾波瞬變、失真、非線性功率效應、脈沖畸變、頻率調諧和穩定、電源耦合、數字與 RF 耦合以及軟體相關的相位誤差也很常見。設計快速頻率合成器也是一個重大的挑戰。例如，美軍部署在 l 波段 TDMA 網絡中的聯合戰術資訊分發系統(JTIDS)以每秒38,461.5跳的速度運作。這意味着頻率合成器必須從一個頻率跳到另一個頻率，在不到26μs 的時間内穩定和通信; 系統的瞬态響應必須在幾百納秒内穩定下來，以實作無差錯通信。
圖2: 實時頻譜分析儀捕獲的快速跳躍信号。左側顯示使用者定義的頻率掩模觸發，而右側的頻譜圖顯示捕獲的跳頻信号
由于跳頻載波的頻率穩定而導緻的調制品質受損是造成發射機品質差和系統資料率低的主要原因之一。在過去，設計者能夠使用傳統的測試裝置來解調位于調制分析器中心頻率的平穩載波。然而，傳統的測試裝置不能解調當今的寬帶跳頻信号。因為這些信号跳過工作頻帶，需要分析偏心頻率，以確定最佳的調制品質。
通過 DSP 實作射頻波形的動态生成以及數字電路和射頻電路的內建(通常是在同一內建電路上)也帶來了傳統射頻收發器設計中沒有遇到的問題。這些包括調制瞬态、放大器的非線性效應和數字到射頻的串擾等等。
軟體無線電發射機的性能必須通過超出傳統射頻發射機一緻性測試範圍的測量進行驗證。僅僅通過這些測試并不能確定裝置正常工作，而且必須仔細徹底地觀察系統行為，因為軟體不斷地改變系統參數。要真正解決這些挑戰，特别提款權的設計者需要全面分析和描述他們的系統。
發現真實的系統行為對于識别潛在的射頻頻譜異常非常重要。由于系統參數随時間變化，執行頻率選擇性觸發是必要的，以查明瞬時事件發生的瞬間。需要在多個領域中執行時間相關性分析，以确定每個問題的具體原因。将整個事件無縫地捕獲到記憶體中對于後續分析非常有價值，因為很難再現發生瞬态的條件。這些先進的檢測信号性能的故障排除方法，結合在穩态條件下執行的傳統一緻性測試，是全面的軟體無線電測試所必需的。
在系統級驗證性能和故障排除開發一個經過驗證的系統體系結構設計對于現代通信系統的成功至關重要。測試和驗證的接入點越多，在上一個系統內建階段出現問題的可能性就越小。此外，在開發和內建周期中處理問題的時間越晚，解決這些問題的成本就越高。造成系統故障的主要因素有 DSP、射頻電路和控制軟體。驗證調試工具極大地幫助系統設計人員有效地發現問題。
一旦發現錯誤，就必須隔離并了解它。為了隔離一個問題并确定其根本原因，通過信号路徑将誤差與時間關聯起來是很重要的。由于軟體無線電設計中的信号資訊從數字位變為連續可變的模拟電壓，是以可能需要幾台測試裝置來準确診斷問題的根源。由于這個問題可能發生在信号路徑的任何一個點上，而示波器和邏輯分析器的存儲容量是有限的，同時觸發多個測試儀器并捕捉事件發生的準确時刻的能力是很重要的。這就要求每台儀器都能在其各自的範圍内觸發(數字觸發器的邏輯分析器、時域幅度觸發器的示波器和頻域觸發器的頻譜分析器)。
由實時頻譜分析儀(RTSA)、任意波形發生器、示波器和邏輯分析儀組成的內建的端到端測試系統對于測試 sdr 是非常有價值的。從主要測試和測量供應商選擇的儀器能夠與交叉觸發和時間相關的子系統視圖一緻工作，以驗證 SDR 的性能，并在實體層和各種軟體層執行多個測試程式。這些測試系統還可以用來了解 SDR 子系統之間在頻率和時間域的複雜互相作用，特别是在突發或跳頻信号中。
當濾波和放大時，軟體異常會在射頻輸出端産生臨時的射頻脈沖能量脈沖。為了隔離軟體和硬體的性能，rtsa 可以用于在頻率域的瞬态觸發，将事件捕獲到存儲器中，并驅動其他測試儀器探測可能的誤差源。采集到的信号以時間相關的方式呈現，幫助設計人員了解特别提款權的數字和模拟塊中的異常如何作為脈沖噪聲傳播到射頻輸出。
這些 rtsa 從光譜瞬變中發現問題的獨特能力可以用來觸發其他儀器，并獲得大不相同的硬體和軟體功能實作的時間相關視圖。例如，RTSA 可以在信号路徑的 RF 和 IF 部分捕獲信号，邏輯分析器可以捕獲數字基帶信号并将其與 RTSA 生成的符号表進行比較。此外，一些 RTSAs 提供離線軟體，可用于分析從邏輯分析器和示波器獲得的資料，允許硬體和軟體測量相關性。
驗證基帶 IQ 波形品質
驗證基帶 IQ 波形品質對于系統工程師和 FPGA 設計現場可程式設計邏輯門陣列都很重要。它幫助工程師測試基帶，以確定它在開發的早期階段正常工作，因為數字電路中涉及的許多問題都在 FPGA 設計中。
實際設計和應用中的基帶信号是差分信号(i + ，i-，q + 和 q -) ，并且可能具有直流偏置。過去隻有極少數的頻譜分析儀能夠直接測量 IQ 信号，能夠測量帶有直流偏移的基帶 IQ 信号的頻譜分析儀更是少之又少。工程師們被迫使用帶有附加軟體的示波器進行後期分析。
選擇 RTSAs 使用差分輸入進行基帶 IQ 測試。這樣做可以在分析 IQ、 IF 和 RF 信号時提供測量的一緻性。使用 RTSA 測試 IQ 信号還可以降低系統複雜性，簡化測試過程，同時提供比通用儀器更高的動态範圍和更大的記憶體深度。
現代的 RTSAs 将基帶、射頻和後分析功能結合在一起。例如，卓越的 rtsa 可以通過14位模數轉換(ADC)進行直流基帶測量，確定測量精度。其中一些還具有差分智商輸入功能，使工程師能夠直接将 RTSA 與基帶智商信号連接配接起來進行誤差向量幅度分析---- 而不需要任何額外的差分探針設定。除了 EVM 之外，這些 rtsa 還提供跨多個域(時域、頻域、調制域和星座)的完全時間相關測量。這種能力對于解決跳頻 sdr 問題是非常有價值的。
跳頻信号的頻率穩定時間
測量頻率穩定時間定義了兩個跳頻之間的時間長度。它是跳頻系統效率的主要貢獻者之一。頻率穩定時間越短，系統的跳躍速度越快。測量頻率穩定時間可確定最佳的綜合器操作和最大限度地提高整個系統的性能。
圖3。一個內建的，端到端測試系統，用于核實和故障診斷 sdr，具有實時頻譜分析儀(RTSA) ，任意波形發生器(AWG) ，示波器和邏輯分析儀
傳統的頻率測量方法由于受儀器的限制，測量時間很長。工程師們被迫依靠示波器和鑒頻器進行測試，隻能顯示信号包絡，暗示信号的穩定性。雖然示波器具有良好的定時分辨率，但是使用它們來測量微小的頻率變化是一個挑戰(取決于測量所需的頻率分辨率)。示波器不能自動測量跳頻，而且隻能估計頻率穩定時間。領先的 RTSAs 提供自動頻率調節時間測量。通過設定頻率穩定門檻值和平滑因子等參數，可以快速、準确地測量跳頻信号的頻率穩定時間。工程師們還可以看到光譜在跳躍過程中的變化。
除了跨多個領域的時間相關測量，一些 rtsa 能夠産生頻譜的實時射頻視圖，并提供頻率掩模觸發器(FMT)。這些獨特的功能簡化了跳頻信号的故障排除。
圖4: RTSA 的獨特的數字磷光體(DPX)顯示和頻率掩模觸發器(FMT)有助于快速識别，捕獲和排除跳頻信号
圖5: 通過光譜圖(左上角)、頻率對振幅(右上角)、信号調制品質(左下角)和星座圖(右下角)來解調捕獲的偏離中心的跳躍信号
實時射頻視圖為工程師提供了一個能夠即時發現問題的工具。在允許使用者第一次檢視實際信号，最新的 rtsa 提供了無與倫比的洞察力射頻信号的行為。頻譜更新至少比掃頻頻譜分析儀快500倍，可以直接在顯示器上看到頻率的瞬時變化。在軟體無線電領域，這種能力為快速評估信号的射頻健康狀況和快速識别潛在問題提供了一種全新的方法。
一旦故障或瞬态被識别并定義為使用實時實時視圖的頻域事件，FMT 可以可靠地将信号捕獲到記憶體中進行深入的後處理分析。頻率掩模是使用者自定義的，可以用來最好地捕獲信号。例如，對于頻率跳變不頻繁的情況，使用者可以定義在頻率偏移時觸發的掩模，而不必考慮功率電平的變化。頻率掩模被定義為圍繞這個信号的包絡，一旦信号進入頻率掩模區域，儀器就會觸發。
實時射頻頻譜視圖和頻率觸發機制的結合為設計人員提供了一種獨特的能力，可以發現和排除 sdr 和數字射頻環境中經常遇到的問題。
跳頻信号的調制分析
跳頻信号的調制分析跨越全部帶寬的調制分析需要一種不僅能觸發和捕獲動态射頻信号，而且具有載波跟蹤矢量分析能力的儀器。傳統的矢量信号分析儀(VSAs)提供中心頻率的矢量分析，但隻能對中心以外的信号(即300khz 或更少)進行非常有限的分析。大多數矢量分析器缺乏載波跟蹤能力，無法解調跨越整個捕獲帶寬的跳頻信号。
有些 rtsa 能夠跨越整個捕獲帶寬解調跳頻信号。工程師能夠驗證和調試他們的設計，而不必承擔任何偏心頻率的調制品質。人們可以選擇解調任何被捕獲的信号跳數，通過詳細的調制品質分析從多個域觀察時間相關測量值。
盡管它們有能力提高軟體無線電的性能，跳頻技術提出了前所未有的設計和測試挑戰，傳統的測試儀器無法解決。這些無線電需要一個新的，靈活的，綜合的辦法來特别提款權子系統和系統驗證。
前沿的 RTSAs 提供在多個領域的時間相關測量和能力，看到一個實況的射頻頻譜。此外，他們提供了一個 FMT，基帶智商測量和中心跳信号解調。這些功能簡化了跳頻無線電的測試和分析，而跳頻無線電在當今的數字射頻世界中很常見。先進的 RTSAs 是現代無線電通信設計、實驗室射頻調試和現場系統評估的最有效的測試解決方案。
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