如何捕获瞬变、突发、难以捕捉的TA？

2021-05-20 来源： YIQIFUWU宜器服务网阅读量 :

由于有限和不可再生的无线电频谱资源以及用户和无线电应用数量的急剧增加，当前的射频频谱变得越来越拥挤和繁忙。如何更有效地利用有限的射频频谱资源是当前无线电从业人员必须面对的主要问题。

同时，产品设计和测试的难度增加了。工程师不仅要确保其产品符合相关规定，还要时刻注意其他射频干扰源对其产品的影响。如何捕获这些偶然的RF干扰源并充分理解信号频率、功率、概率和时间等多维信息是当前RF工程师面临的一个重要挑战。

概率密度谱显示.jpg

与传统的RF接收器或频谱分析仪相比，实时频谱分析仪为无线电监控和频谱管理应用提供了许多出色的功能。利用实时频谱分析仪的实时分析特性，它可以快速可靠地捕获瞬态、突然和难以捉摸的复杂信号; 然而，光捕获是不够的，如何呈现信号的细节和特征？这就需要实时频谱分析模式下的概率密度频谱显示功能，这也是我们通常所说的余辉显示。

什么是概率密度谱？

概率密度谱示意图

图1 概率密度谱示意图

概率密度是指频率和振幅点在采集间隔中出现的次数，通常称为余辉图。用x轴表示频率，用y轴表示幅度，用z轴表示出现次数，用T轴表示时间; 通过使用颜色表示z轴，使用亮度表示T轴时间，在二维界面上显示四维数据。

如图1所示，在密度光谱视图中还显示白色轨迹。该跟踪显示了上次采样间隔的实时频谱。当使用正峰、负峰或平均检测时，白迹从采样间隔内的所有数据中获得检测数据; 当使用采样检测时，最后一个FFT用于计算结果。为了在较长的时间范围内显示信号条件，可以在显示屏上显示多个概率密度图。最新的概率密度图以最大亮度显示，与当前时间的距离越长，概率密度图的亮度就越低。

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。我们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。

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 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显示了传统扫描单色频谱和概率密度频谱对相同Wlan信号的分析和显示。我们可以明显地观察到概率密度频谱可以清楚地显示Wlan信号的上行和下行链路内容，而传统的频谱分析仪只能使用单色轨道来显示信号的峰值幅度。这是因为概率密度谱采用了色阶色温技术，这意味着没有相同信号的频率和时间信息。

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。

概率密度谱发现隐藏信号

图3 概率密度谱发现隐藏信号

通常，隐藏在大信号下的小瞬态信号很难被发现，但会严重影响信号的质量和安全。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”，这使得信号的进一步分析和干预成为可能。

分辨同频信号

当多个信号存在于一个频带中并重叠在一起时，传统的分析仪很难单独查看这些信号。显示屏通常只显示每个频点的信号能量叠加结果。

在图4中，在2.4GHz频带中，有WLAN信号，蓝牙传输信号，同时，有许多重复率低、频带宽的信号覆盖整个频带。在传统的单色扫频频谱中，当同一频带存在多个信号时，很难看出存在哪些信号，甚至根本无法区分不同的信号。利用概率密度谱，可以很容易地解决整个问题。

概率密度谱分辨同频信号

图4 概率密度谱分辨同频信号

当两个时变信号重叠时，概率密度谱可以很容易地显示不同的信号。在上图中，我们可以很容易地区分同一信道上的多个重叠信号。信号颜色告诉我们每个信号的频率，信号的亮度告诉我们每个信号的时间信息。

此外，我们可以很容易地分析低频和类似噪声的宽带信号会干扰所有其他信号，此外，从显示屏上可以很容易地看到哪个信号比干扰信号强，哪个信号比干扰信号弱。

观察拥挤的频谱

概率密度谱观察拥挤频谱

图5 概率密度谱观察拥挤频谱

图5是在相同频率范围内显示一些动态变化信号、瞬态突变信号和多个信号的分时示例。如果我们不能有效地观察所有这些信号，我们可能不知道它们是否有效地工作，或者是否会对彼此造成严重的干扰。

概率密度谱不仅可以帮助我们查看那些不能单独显示甚至根本无法显示的时变RF信号，还可以准确地分析信号中包含的具体信息，即使它们完全重叠，概率密度谱显示屏仍然可以区分和揭示随时间变化的多个信号的性质，并能清楚地区分和观察其发生的幅度和频率。在传统的单色显示器中，不可能呈现这样的结果。

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，我们一起来探索吧！

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