理解ThinkRF实时频谱分析仪的频域电平触发

本应用指南介绍了使用ThinkRF实时频谱分析仪实时捕获信号时所使用的频域电平触发装置，以及其用法、建议和限制。

 

文章架构

  • 频域电平触发机制
    • 触发SCPI命令
    • 触发响应
    • 触发数据捕获设置建议
    • 触发约束
  • 参考资料
    • 相关文件
    • 缩略词

频域电平触发机制

如图1所示，ThinkRF实时频谱分析仪(RTSA)的数字化仪硬件部分具有嵌入式实时硬件触发机制，可提供用户定义的频域电平触发。该触发机制使用户能够在频域中定义频率范围和功率电平阈值。如果信号超出用户定义的频率范围内的用户定义的功率水平，则该触发机制开始将时域数据存储到内存中。

图1. ThinkRF RTSA的接收机和数字化仪结构

图2说明了触发和捕获所涉及的步骤顺序。 这些步骤（在图中着重显示）分别是：

图2. RTSA的触发和捕获步骤顺序
  1. 通过应用程序或SCPI命令完成触发器设置，包括定义要捕获的数据量。
  2. 启用触发后，FFT引擎将提取1024个时域波形数据的顺序帧，并将该数据转换为频域波形数据的顺序帧。 FFT引擎以125 MHz采样时钟（8ns采样时钟周期）的速率提供时域数据。 时域输入和FFT频域输出数据通过与FFT处理时间相关的固定等待时间F（17.312μs）流水线化并紧密耦合。
  3. 在此示例中，分析了频域信号并满足了触发阈值和范围； 因此，再经过8个时钟延迟后，触发捕获逻辑将激活捕获标志。
  4. 捕获标志向捕获引擎发送信号，以检测下一个有效的VRT帧，并开始将数据保存到板载内存中以发送回给用户。

由于在此事件序列期间花费的时间不涉及存储内存，因此捕获的数据具有触发后的性质。

触发SCPI命令

频率电平触发器可与跟踪块捕获一起使用，或与扫描捕获结合使用。 要与跟踪捕获一起使用，请发出以下命令：

:TRIGger:LEVel <fstart [unit]>,<fstop [unit]>,<level [dbm]>
 TRIGger:TYPE LEVEL

其中，fstart和fstop是以GHz，MHz或默认Hz为单位的频率范围，并以dBm为单位调整触发阈值。

同样，要与扫描捕获一起使用，请发出以下命令：

:SWEep:ENTRy:TRIGger:LEVel <fstart [unit]>,<fstop [unit]>,<level [dbm]>
:SWEep:ENTRy:TRIGger:TYPE LEVEL

更多相关信息，请参见RTSA产品的《程序员指南》

触发响应

注意：本节中提供的信息适用于固件版本为1.6.0或更高的R55x0，以及固件版本为1.1.0或更高的R57x0。如果版本早于此版本，建议更新设备的固件。

对于给定的触发电平，触发机制的响应将在指定阈值的±3 dBm之内。换句话说，例如，如果指定的触发电平为-40 dBm，则对于在所需频率范围内发生的，功率电平在-43至-37 dBm之间的信号，将发生触发事件。

表1列出了不同衰减量的最大和最小触发阈值。该触发机制对设置在这些阈值之外的触发级别的响应已达到饱和，因此可能会导致无或错误的触发事件。

表1：SH / SHN / ZIF的不同衰减电平下的最大和最小触发阈值

为了获得最佳触发性能，请将触发电平设置在这些最大和最小阈值内。此外，为了在接近本底噪声（最高约-93 dBm）附近进行最佳触发检测，请使用0dB衰减。

有关影响触发器响应的一些约束，请参见“触发约束”部分。

触发数据捕获设置建议

在图3的触发示例中，请注意从触发点到捕获点的时间间隔。 此时间间隔是由于捕获引擎等待下一个可用于开始捕获的有效VRT帧所致。间隙根据设置的VRT帧大小的大小以及相对于触发点的VRT帧起点的出现而变化。

图3：不包含信号的触发捕获

 VRT捕获帧是通过SCPI命令：TRACe：SPPacket定义的（对于扫描，是：SWEep：ENTRy：SPPacket）。 如果SPP（每个VRT数据包的样本）很大（如1k或更大），则下一个有效的VRT帧可能会在很长的一段时间后出现（例如32k / 125 MHz = 0.262ms）。

为最小化此时间间隔，建议使用较小的SPP。允许的最小SPP是256（更多相关信息，请参见RTSA的《程序员指南》）。然后使用：TRACe：BLOCk：PACKets（或进行扫描，：SWEep：ENTRy：PPBlock）命令定义需要多少个SPP数据包。 SPP * PPB的块大小（每个块的数据包）是连续的和相连的数据。例如，要捕获32k样本，不是将SPP设置为32k，而是设置为：

:TRACe:SPPacket 512        (or for sweep, :SWEep:ENTRy:SPPacket 512)
:TRACe:BLOCk:PACKets 64    (or for sweep, :SWEep:ENTRy:PPBlock 64)

从VRT协议（请参阅RTSA《程序员指南》）的角度考虑，VRT数据包将在数据包中添加标题和结尾；因此，SPP越小，添加到网络传输中的头和尾字就越多，这可能会影响网络吞吐量的效率，但不会有很大的影响。

触发约束

建议将频域电平触发与SH / SHN模式一起使用，因为这些模式具有最佳性能并且没有IQ失衡。

由于资源限制，频域电平触发设计采用了在RTSA的FPGA芯片中嵌入1024点FFT的方式，而无需进行窗口化和任何信号校正。因此，此设计方法导致以下约束：

  1. 触发器目前不支持DD（基带）和HDR（100 kHz跨度）RFE模式。
  2. 在ZIF RFE模式下，IQ不平衡图像和DC偏移不会在RTSA内得到校正；因此，它们可能会导致潜在的错误触发。如果将触发阈值设置为输入信号的15 dB以内，则ZIF模式将很好地工作。
  3. 如果没有窗口化来提高信号清晰度，则输入信号的频谱泄漏（侧裙）也可能导致误触发。 输入信号相对于所使用的触发阈值越强，侧裙泄漏越广，从而在触发范围内引起更大的频率误差。错误的触发范围如表2所示。该误差范围是指触发频率起始值减去误差值或触发频率终止值加上误差值。例如，如果触发频率范围为2310–2320 MHz，阈值为-55 dBm，衰减为10 dB，输入信号为-30 dBm，则对于输入与阈值25 dB的差，频率误差范围为~1 MHz，实际触发频率 范围是2309–2321 MHz。
表2：输入与阈值电平差和频率误差范围

 

  1. 为了最大程度地减少误触发，建议将触发阈值电平调整为~30 dBm或小于潜在的输入信号。在RTSA中仅使用1024点FFT（或122 kHz RBW）时，触发频率范围的分辨率可能与所使用的捕获RBW（数据捕获大小）不完全匹配。
  2. 捕获的触发器数据属于后触发捕获，这意味着数据可能不包括触发信号本身 。

参考资料

参考文件

有关对应的《ThinkRF RTSA程序员指南》，请点击参阅。

缩略词

  • ADC    模数转换器
  • DC     直流电
  • DD     直接数字转换器（基带）
  • FFT     快速傅立叶变换
  • FPGA   现场可编程门阵列
  • HDR    高动态范围（100 kHz IBW）
  • IQ      同相和正交
  • IBW    瞬时带宽
  • RF     无线电频率
  • RFE    接收器前端
  • RTSA   实时频谱分析仪
  • SCPI    可编程仪器的标准命令
  • SH     超级外差（40 MHz IBW）
  • SHN    具有更窄带宽的超外差（10 MHz IBW）
  • ZIF     零中频（100 MHz IBW）

关于虹科卫星与无线电事业部

虹科凭借其先进的测试测量方案十年前已经进入卫星测试领域，近几年来，虹科与世界领域内顶级专家【SAF, ThinkRF,Rover Insutrument，Progira, Novotronik】等深度合作，正式大规模进入卫星与无线电通信领域。提供的方案包括【频谱分析与射频测试解决方案，卫星通信信号分析与地面信号分配方案，射频矩阵开关系统，广播网络规划方案】等。事业部所有成员都受过国内外专业培训，并获得专业资格认证，平均4年+的技术经验和水平一致赢得客户极好口碑。我们的用户群体包括【卫星地面站系统集成商，无线电监测与侦察机构，信息情报机构，技术监视对抗机构，电信网络运营商，广播公司】。

此外，我们积极参与行业协会的工作，为推广先进技术的普及做出了重要贡献。至今，我们的目标是为领域内更智能的卫星运营商和服务提供商提供业内顶尖水平的卫星通信载波监控、VSAT自动调试、干扰监测与定位等解决方案，为中国卫星与无线电通信事业贡献力量。使其成长为卫星通信行业的最佳合作伙伴。

Tags: , ,

发表回复