实时频谱分析仪中的数字荧光技术基础知识

/rtsa 1 5实时频谱分析仪中的数字荧光技术基础知识2 /rtsa目录实时频谱分析仪中的数字荧光技术：革命性的信号发现工具⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4数字荧光显示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4-9应用: 找到强度更高的信号下的小信号⋯⋯⋯⋯4-6 DPX TM显示引擎⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6-7余辉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8统计线轨迹⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9超快速频谱更新⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9-12 DPX变换引擎⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10应用: 有保证地检测偶发的短信号⋯⋯⋯⋯⋯10-11侦听概率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11-12揭密DPX⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12最大限度地利用DPX频谱显示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13-14调节位图(bitmap)显示⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13余辉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13调色板⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13颜色标度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13与其它RTSA功能交互⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14 RBW⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14跨度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14光标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14频率模板触发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14分析时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14功率电平触发⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14不同型号的技术数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14/rtsa 3实时频谱分析仪中的数字荧光TM技术：革命性的信号发现工具发现 (信号故障，问题) 是描述、诊断、了解和解决随时间变化的信号相关问题的第一步。

随着越来越多的信道涌入有限可用带宽中，新应用采用无线传输，和RF 系统变成基于数字的系统，工程师需要更好的工具，找到和理解复杂的行为和相互的影响。

泰克实时频谱分析仪(RTSA)采用泰克已获专利的数字荧光技术或叫做DPX TM，可以揭示传统频谱分析仪和矢量信号分析仪会完全漏掉的信号细节。

全面运动的DPX频谱的实时RF画面显示您以前没有见到的信号，用户可以立即查看信息，大大加快发现和诊断问题的速度。

DPX是所有泰克实时频谱分析仪(RTSA)中的标配功能。

本入门手册介绍了DPX TM频谱显示及其怎样处理涉及简单信号、间歇性信号、复杂信号和/同时发生的信号的各种情况。

我们将介绍实现关键性能指标的多种方法：检测和测量最短24微秒的信号每秒48,828个频谱变换，压缩到一个显示画面中，比传统频谱轨迹读起来更加简便数字荧光显示“数字荧光”一词源于电视机、计算机监视器和老式测试设备显示器中使用的阴极射线管(CRT)内部的荧光层。

在电子束激励荧光时，它会发出荧光，照亮电子流画出的路径。

由于体积深度较小、功率要求较低等优势，LCD在许多应用中代替了CRT。

但是荧光层和CRT中的矢量图相结合，提供了许多重要的优势。

余辉: 在电子束通过之后，荧光会持续发光。

一般来说，荧光会以足够的速度迅速衰减，观众不会感受到延迟，但是，即使数量非常少的余辉仍能使人眼检测到由于时间太短而看不到的事件。

比例: 电子束通过荧光层屏幕上某个点的速度越慢，得到的光越亮。

电子束发生的频次越高，各点的亮度越高。

用户可以很直观地了解怎样理解这些Z轴信息：轨迹中亮的部分表明了频繁的事件或很慢的电子束移动，暗的轨迹则是不频繁的事件或电子束快速移动导致的。

在DPX显示屏中，颜色和亮度都突出显示了Z轴信息。

余辉和比例并不是自然而然地应用到带有LCD和数字信号路径的仪器中的。

泰克研制出数字荧光技术，可以实现矢量CRT的模拟优点，并经过改进，应用在我们业内领先的数字示波器中，现在则用于我们的实时频谱分析仪中。

强度等级、可选颜色方案和统计轨迹等数字增强技术则可以在更少的时间内传达更多的信息。

应用：找到强度更高的信号下的小信号实时频谱分析仪中的DPX频谱显示了在不同时间共享相同频率的多个信号，而不只是显示最大信号、最小信号或平均电平信号。

例如，从PC与网络接入点(AP)之间常见的WLAN通信互换中，可以看出DPX显示较传统频谱显示的优势。

在这一演示中，笔记本电脑距分析仪的距离为一米，AP的距离约为30米，AP的信号大约比笔记本电脑低30 dB。

4 /rtsa每部分析仪都配备完全相同的天线，可以进行调节，显示通信信号的详细频谱图。

802.11 WLAN信号采用补码键控(CCK)和时分双工(TDD)技术，通过间歇性RF突发方式以2.46 GHz频率传输。

扫频频谱分析仪显示屏中配置了两条轨迹，因为屏幕中一行点形成的频谱轨迹不能每个频点表示多个幅度值。

一条轨迹是Max Hold，显示笔记本电脑发出的较强的间歇性信号。

另一条轨迹中选择了+峰值检测，以捕获较弱但频次高得多的AP信号(图1)。

在多次扫描之后，传统分析仪显示屏会显示附近笔记本电脑信号的大体包络。

但是，轨迹中有多个矩形凹口，不能表示真实的WLAN信号。

这些跌落在扫描周期内出现，与笔记本电脑的发送时间不符。

(本文后面将更详细地介绍“侦听概率”) 如果信号保持激活足够长的时间，凹口会填充，轨迹会呈现的形状会更近似于实际信号。

峰值检测轨迹包含着只有最新扫描提供的数据，不能捕获功率较低的AP信号。

突发非常短暂，因此在任何一个特定扫描中看到突发的可能性非常小。

DPX显示屏(图2)显示了完全不同的通信交互画面。

由于它是一个位图(bitmap)图像，而不是直线轨迹，因此可以区分同一时间发生的多个不同信号和/或同一信号随时间变化的不同版本。

生动的RF外观可以查看信号随时间变化情况。

在图中下面1/3处直通的频段是笔记本电脑和AP都没有传输信号时的背景噪声。

图中间的红色能量块是AP信号的ON形状。

最后，上面更加细微的频谱是笔记本电脑传输。

在这一演示使用的颜色方案中(“色温”)，暖红色表示的信号发生频次要远远高于用冷色表示的信号。

笔记本电脑信号用黄色、绿色和蓝色表示，其幅度较高，但发生频次不如AP传输，因为在制作这个图片时笔记本电脑正在下载文件。

图2. RSA6100A系列DPX频谱显示屏在实时移动的位图(bitmap)轨迹中显示了笔记本电脑传输、接入点信号和背景噪声。

图1. 扫频频谱分析仪上的Max Hold轨迹和普通轨迹，其中都采用+峰值检测。

Max Hold轨迹显示了笔记本电脑发出的较强信号，但这两条轨迹都没有显示功率较低的接入点传输。

/rtsa 5图3. 在更新1次(左)和更新9次(右)后的三维位图(bitmap)数据库实例。

注意每一栏都包含相同的“命中”总数。

尽管这些信号的占空比和重复率对传统分析仪来说太低了，但使用DPX技术的基本功能就可以正确显示他们。

可变余辉、可以调节的强度和其它先进资源，使得RTSA能够处理比这些信号还要难检的信号。

DPX TM显示引擎DPX在RTSA中发挥的作用可以简单地描述为每秒执行数万次频谱测量，然后以生动的实时速率更新屏幕。

它每秒进行几万次采集，并变换到频谱中。

我们将在本简介的后面看到，这种高变换速率对检测不频繁的事件至关重要，但它的速度太快了，液晶显示器不能跟上这一速度，也大大超过了人眼能够感受到的水平。

因此进入的频谱会以全速写入位图(bitmap)数据库中，然后以看得到的速率传送到屏幕上。

通过把频谱图划分成表示轨迹幅度值的行和针对频率轴上各点的列，可以作为密集的网格绘制位图(bitmap)数据库图像。

这个格中的每个单元包含着进入该格的频谱命中的次数。

数字荧光通过跟踪这些次数来实现配比，从而可以用眼睛把罕见的瞬变与正常信号和背景噪声区分开来。

实时频谱分析仪中的实际三维数据库包含着几百个列和行，但我们将使用11X10矩阵，说明这一概念。

图3显示了在单个频谱映射到数据库中之后数据库单元可能包含的内容。

空单元格包含的值为零，意味着频谱中没有任何点落入里面。

右面的格显示了在已经执行另外八次频谱变换及结果存储在单元中之后，我们简化的数据库中可能包含的值。

在没信号的时间内，恰好计算了九个频谱中的一个频谱，本底噪声中的一串“1”值表明了这一点。

6 /rtsa/rtsa 7在把发生数量值与颜色标度对映起来时，数据会转换成信息。

图4中的表格显示了这一实例将使用的颜色对映算法。

暖色(红色、橙色、黄色)表明发生频次较高。

还可以使用其它强度等级方案。

图5是根据九个频谱写入次数绘制的数据库单元格颜色。

通过在屏幕上显示带颜色的单元格、每个像素一个单元格，可以得到非常壮观的DPX显示画面。

图4. 颜色对映算法实例图5. 带色码的低分辨率实例(左)和实际DPX 显示(右)图6. 通过采用可变余辉，DPX捕获的简单CW信号在衰落前在可调节的时间内仍会保留在显示屏中。

余辉在RSA6114A中，每秒有48,000+个频谱进入数据库。

每集合1400+个输入频谱就会作为一帧(大约每秒30次)，然后位图(bitmap)数据库会传送出去显示，在显示画面之间进一步进行处理，然后新帧的数据会开始填充位图(bitmap)。

为实现余辉，DPX引擎可以保持现有的计数，并在新频谱到达时增加计数，而不是在每个新帧开始时把位图(bitmap)数据库计数清零。

在多个帧中保持全部计数值称为“无穷大余辉”。

如果只有每个帧的一部分频谱数值传送到下一个帧，那么称为“可变余辉”。

调节这个部分可以改变信号事件从数据库中衰减、进而从显示屏中衰落所需的时间。

假设有一个信号，在DPX运行期间只出现一次。

而且，假设对帧中全部1465次频谱更新一直持续存在这个信号，且可变余辉系数在每个帧之后导致了25%的衰减。

其影响的单元格将从1465值开始，并全力显示。

过了一个帧之后，发生数量值变成1099。

又过了一个帧之后，这个值变成824，最后值会越来越小，直至暗到看不见。

在屏幕上。

开始时会看到一条明亮的轨迹，信号频率上有一个峰值。

发生信号的轨迹部分会衰落。

在此期间，像素在衰落信号以下的噪声电平上开始变亮。

最后，显示屏中只会有一条基线轨迹(图6)。

余辉提供了特别重要的调试辅助工具，提供了MaxHold的所有优点及其它优点。

为确定是否存在间歇性信号或者频率或幅度偶尔发生漂移，可以启动无穷大余辉，让RTSA系列临时照看。

等您再回来时，您不仅可以看到每个频点最高的电平，还可以看到最低的电平及在此期间的任何点。

一旦发现存在瞬变行为或侵入信号，那么可以使用可变余辉详细检定问题。

8 /rtsa图7. 我们举的例子中检测到的轨迹统计线轨迹彩色位图(bitmap)是DPX频谱的主要轨迹，但DPX还生成统计线轨迹。

它可以查询数据库内容，获得每个频率列中记录的最高幅度值、最低幅度值和平均幅度值。