可扩展的经济型射频频谱监控和管理
规范各式各样,传统的台式频谱仪很难适配这样的情形。
三、传统的台式频谱仪的局限性
昂贵&可扩展性有限
传统的台式频谱分析仪将用户所需的所有功能设计在一个机箱内,这意味着这样的频谱仪集成了客户定制的FPGA以及其他的支持功能部分如显示器,CPU、内存、数据存储器和输入/输出接口等。带来的结果就是这样一套完整的频谱分析仪通常都会在$15,000 到$40,000的价格。
除了价格昂贵之外,传统台式频谱仪在硬件可扩展性上也不好,一旦初始配置选定了,台式频谱仪系统通常就很难去再加存储器、升级CPU、更改网络接口或其他的硬件变更。
设计未迎合便携性或应用灵活性
传统的高性能频谱仪已经逐渐演化成只在实验室环境中使用了,所以它们更适合在固定的地方配备,而不适合作为外场应用。传统的高端频谱仪在典型的实验室和固定测试方案配置中,一般配有专用的计算机资源和专门的特殊软件程序以优化在控制设置内的端到端流程。
如果用传统的设计方法,将所有的功能都设计在一个箱子里面并且能达到便携和外场应用的灵活性的话,那将在性能,特点和实用性上做折中考虑。比如,大多便携式和手持式频谱仪只有有限的预配置测量选项,而非真正的可完全设置的频谱分析系统。
此外,这些简化版的传统台式分析仪缺少可配置性、网络能力和软件适应性去支持外场分析和频谱管理的动态特性。这些弊端在做干扰诊断、频谱资源规划、射频采集以及专门的隐蔽信号监控应用中就会显得尤为突出。
通常按照传统台式频谱仪的方案设计出来的系统还是比较贵的,而且缺少如今在外场分析中所需的性能和灵活性。
更糟糕的是,随着外场频谱管理需求的不断变化和不停出现的新挑战,这些昂贵的功能固化的台式频谱仪就很有可能需要更换或者升级,去应对新的通信协议和应用需求。
四、Signal Hound:一个开放的射频频谱分析系统方案
建筑哲学:优化而非复制
在传统台式频谱仪设计方案基础上,通过改变基础设计架构并做整体系统优化,Signal Hound从根本上改变了高性能频谱仪分析系统的高成本和灵活性。
USB3.0接口将一个小巧的高性能频谱仪连接到主机上,通过灵活频谱分析软件,这套开放的解决方案使得整个系统可为专门的应用做各种所需的优化。
正如后面部分要讨论的那样,这使得所有的系统配置都会在性能,特点和成本上得到最大平衡,并且软件、硬件都很容易升级以适应新的需求,而不需要从新替换整个系统。
性能
对于任何频谱仪的首先要求是可以处理所需的频率范围,分辨率带宽,扫描速度和能完成测试或者分析任务的所需精度,这是必要条件。
第一代的BB60A在市场备受好评,现在Signal Hound BB系列进入了第二代,在实际中的应用也证明了BB系列完全胜任。新的BB60C产品比BB60A做的更好:SFDR典型值提高了20dB,拉平了全频段噪底,提供了温度扩展型号(-40℃到+65℃),并将I/Q数据带宽扩展到从250KHz到27MHz可变。BB60C提供了27MHz的瞬时带宽和24GHz/s的扫描速度。
通过75%的快速傅里叶变化(FFT)重叠,整个27M的瞬时带宽内实现无缝频谱分析,这意味着每个数字采样点将被包含在4次FFT中,这种工作模式下,只要信号幅度足够,落在瞬时带宽内的任意短的信号都会被显示出来。如果需要显示最大幅度,这个信号必须能持续完成一次FFT,对于631KHz分辨率带宽,这将需要4us,这样即使1us的脉冲,幅度显示上也就衰减2到3dB而已。
对于一些困难的外场频谱分析应用,比如间歇性的干扰搜索来说,这样的系统就会是一个很好的选择。传统的频谱仪只能显示出落在RBW内的干扰信号,使得识别和量化干扰非常困难。一个实时频谱仪如BB60C,可以同时处理数以千种的分辨率带宽,使得干扰搜索变得简单。识别和分析跳频的扩频信号对于传统频谱仪来说也是一个挑战,因为传统频谱仪只能捕捉跳频信号中的一小部分。BB60C能同时分析整个从902MHz到928MHz的ISM频段,也能在约4ms内完成从2400MHz到2475MHz的扫描,这将大大简化跳频信号的分析过程。这可从下面的BB60C接收到的蓝牙信号图中看出。
经济性
这套方案的第二个重要目标就是提供一套经济型系统总体方案,以打破传统台式频谱分析仪的价格障碍,从而为更多的外场应用创造新的机会,部署更经济性的远程方案。
将BB60C连上电脑,用电脑完成信号处理的功能,这种模块化的方案消除了传统频谱仪里面的一大块成本(和利润)。传统频谱仪系统的设计是依赖于仪器中定制的FPGA去完成信号处理的,这块大大增加了成本。那些性能足以完成信号处理任务需求的FPGA每个需要$250-$1000的成本,而放在系统内至少要增值400%,