实时频谱分析

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实时频谱分析

实时频谱分析

频谱分析要想归入实时类别中，必须没有间隙地、不确定地处理关心的频宽内包含的所有信息。RSA 必须获得时域波形中包含的全部信息，把信息转换成频域信号。实时完成这一点必须满足多个重要的信号处理要求：
1）提供足够的捕获带宽，支持分析关心的信号
2）足够高的 ADC 时钟速率，捕获带宽要超过内奎斯特标准
3）足够长的分析间隔，支持关心的最窄解析带宽(RBW)
4）足够快的DFT变换速率，关心的RBW超过内奎斯特标准
5）DFT 速率超过内奎斯特RBW 标准，这要求重叠DFT帧
6）重叠程度取决于窗口函数
7）窗口函数取决于 RBW

对直到最大实时采集带宽的频宽，当前 RSA 满足了上面列出的频率模板触发(FMT)的实时要求。因此，触发频域事件会考虑选定采集带宽中包含的所有信息。

发现和捕获瞬态事件

快速重复傅立叶变换的另一个应用是发现、捕获和观察频域中的偶发事件。一个实用指标是以100%概率捕获单个不重复事件的最小事件周期。最小事件定义为在指定精度能够以100%确定性捕获的最窄矩形脉冲。可以检测更窄的事件，但精度和概率可能会下降。发现、捕获和分析瞬态事件要求：
1）提供足够的捕获带宽，支持分析关心的信号
2）足够高的 ADC 时钟速率，捕获带宽要超过内奎斯特标准
3）足够长的分析间隔，支持关心的最窄解析带宽(RBW)
4）足够快的 DFT 变换速率，关心的 RBW 超过内奎斯特标准

RSA6000 系列 DPX 频谱模式每秒可以测量 292000 个频谱，能够以全部精度指标及100%概率检测最短10.3ms 的 RF 脉冲。扫频分析仪(SA)每秒扫描 50 次，要求脉冲长于20毫秒，才能以100%概率及全部精度检测脉冲。

RSA 与扫频分析仪比较

关心的传输频带被下变频到IF，然后数字化。时域样点以数字方式转换成
基带记录，其中包括一系列I (同相) 样点和Q (正交) 样点。在 IQ 记录的各个段上顺序执行 DFT，生成占用频率随时间变化的数学表示，如图2-6所示。

通过一群通带滤波器，然后在每个滤波器输出上对幅度和相位采样。频域行为随时间变化情况可以表示为频谱图，如图2-7所示，其中横轴是频率，竖轴是时间，幅度用颜色表示。

实时DFT以计算新频谱的速率高效地对全部进入信号采样。在执行FFT的时间段之间发生的事件会丢失。RSA 最小化或消除了“死区时间”，它执行基于硬件的DFT，通常以最快的采样率在重叠的时间段上执行变换。

相比之下，扫频分析仪在任何给定时间会调谐成单个频率。随着扫描推进，频率会变化，形成图2-7中所示的对角线。在扫描速度降慢时，直线的斜率会变陡，以便零频宽中频谱分析仪的函数能够表示为一条竖线，表明随着时间推移，仪器被调谐成单个频率。图2-7还显示了扫描会怎样漏掉瞬态事件，如图中的单个跳频。

实时频谱分析仪上的RBW

频率分辨率是一个重要的频谱分析仪指标。在我们试图测量频率相距很近的信号时，频率分辨率决定着频谱分析仪区分这些信号的能力。在传统频谱分析仪上，IF滤波器带宽决定着解析相邻信号的能力，也称为解析带宽(RBW)。例如，为解析幅度相等的、但频率相距100 kHz的两个信号，RBW 必需小于 100 kHz。

对基于 DFT 技术的频谱分析仪，RWB 与采集时间成反比。在采样频率相同时，为实现更小的 RBW，要求更多的样点。此外，窗口函数也影响着 RBW。