射频流盘在信号监测中的使用

跟着数字信号处理技能的开展、数据总线带宽和存储介质读取速度的进步，现在有越来越多的技能手法能够将一段频谱信息实时、无失真、接连的的记载下来，一般称作射频流盘(RF Streaming)。监测人员能够选用频谱剖析、数字信号处理、核算剖析、解调、解码等办法对记载信号进行后剖析，也能够模仿现场电磁环境把记载信号用信号源从头发射出来。

本文具体介绍射频流盘的概念和体系结构，评论射频流盘在监测范畴的部分运用，剖析挑选流盘体系时需求考虑的要素，最终介绍是德科技和X-COM供给的老练射频流盘和剖析计划。

1、什么是射频流盘

流盘是将仪器设备收集或处理后的数据实时、接连的传输到存储设备记载。数据收集前端是传感器、数据收集器或许频谱剖析仪等测验外表。收集和记载的数据是实时采样点或许经过处理的IQ数据。两种记载数据差异如表1所示：

表1、实时采样点和IQ数据差异

从上表能够看出，实时采样点适宜记载基带和低速信号，IQ样本点适宜记载有载波调制的射频信号。去除载波的IQ数据，既有利于紧缩数据量削减存储样本，又有利于后期信号剖析和回放。射频流盘和回放体系一般记载IQ数据，体系结构如图1所示：

图1、射频流盘体系结构

信号记载通路射频改换包含预选滤波、下变频、中频滤波、信号调度、数据收集和IQ解调，主张运用通用的信号剖析仪，既能够确保收集和存储信号的质量，又有利于体系维护。信号剖析仪输出的IQ数据一般是12位或许14位ADC的采样成果，不能直接写入磁盘阵列(RAID)，需求经过FPGA组成的操控电路完成信号改换、同步和路由，然后经过RAID操控器接口写入磁盘阵列。记载的频谱数据能够经过相反的进程，由信号源从头发射出来，或许复制到作业站后运用专用的软件回放剖析。

2、射频流盘在监测范畴的运用评论

射频流盘扩展了信号监测和剖析的办法。传统的扫频、步进FFT监测接收机仅能实时监测和记载少数处理后的成果，后期能剖析的数据和办法十分少。而射频流盘能够监测和保存一切中频电路数字化后的信息，不只能够复现其时的监测成果，还支撑解调、解码、查找、相关、核算等办法对长期频谱信息进行不同维度的剖析。射频流盘在信号监测范畴的运用包含：

2.1、信号记载和举证

关于监测接收机和频谱仪丈量的信号，监测人员一般运用经历来判别是正常信号仍是搅扰信号，对搅扰信号仅能记载频谱包络(trace)或频谱截图(screen)。可是契合类似频谱包络和频谱截图的发射信号或许有许多，记载的信息作为搅扰信号举证并不充沛。

射频流盘记载了射频信号数字化后的一切信息，不只能够从频域上复现和剖析搅扰信号，合作解调、解码等技能手法，还能够剖分出搅扰信号发射参数、传递内容，作为搅扰信号的举证充沛完好。

2.2、信号解调宽和码剖析

现在有比较齐备的技能手法对模仿信号进行侦听。可是因为调制办法杂乱多样、信源和信道编码、加密等原因，数字信号很难被侦听。射频流盘拓荒了监测信号后剖析的运用。无线电监测人员能够运用各种信号剖析软件对流盘数据进行解调、解码剖析的测验，也能够把记载内容转给专业单位对信息进行解析。

以记载的不知道数字调制信号为例，运用矢量信号剖析软件(Vector Signal Analyzer)，主动或许手动设置调制办法、符号速率、滤波器等参数，能够恢复出信号的比特流。选用适宜的解码器或协议剖析仪，能够从比特流中恢复出传递信息。

2.3、数字信号处理剖析

射频流盘记载的IQ数据支撑Matlab、VSA等数字信号处理软件进行剖析。能够在频域上对记载信号从头进行剖析，例如信号的回放中更改分辨率带宽(RBW)、参阅电平、检波办法等设置，以及添加数字滤波器。也能够运用短时傅里叶改换、时频剖析、小波改换等能表征时域和频域信息的办法对信号进行剖析。

2.4、信号核算剖析

关于频谱运用率、信号呈现概率和频次、信号相关性、时分信号周期等需求长期观测和核算的核算信息，监测接收机和频谱仪无法直接丈量，运用扫频记载的信号包络进行剖析也有很大的丈量差错。凭借射频流盘专用的回放、查找、核算剖析软件和Matlab等东西，能够精确的处理信号时域和核算剖析问题。

3、挑选射频流盘体系时需求考虑的要素

射频流盘是一套体系，包含射频改换器、数据收集器、数据记载仪、数据回放和剖析软件等。挑选射频流盘体系需求考虑的要素首要包含：

3.1、记载信号质量

为确保对记载信号进行精确的剖析以及解调、解码，射频流盘记载信号的质量至关重要。记载信号质量首要由射频电路和中频电路的功用决议。射频前端的带内平整度和线性相移需求经过校准，以确保信号下变频进程中不失真。中频电路首要包含信号调度、数模改换器(ADC)和IQ解调器。现在流盘体系的ADC一般是12bit或14bit，ADC的采样位数越高，量化差错和量化噪声越小，体系动态规模越大。无杂散动态规模(SFDR，Spurious Free Dynamic Range)是衡量两部分电路归纳功用的目标，SFDR指带内最大信号的RMS起伏与次最大噪声成分或谐波失真成分的RMS值之比，常以dBc表明 。14bit ADC的射频流盘体系在200MHz记载带宽内SFDR一般>75dBc。

3.2、频率规模和带宽

射频流盘体系频率规模由前端下变频器或信号剖析仪的频率规模决议，现在能够掩盖短波、超短波、微波。射频流盘的带宽与ADC的功用、数据总线带宽、磁盘阵列读写速度等相关。现在最大记载带宽超越100MHz计划在市道上有多款可供挑选。

3.3、记载时刻

射频流盘记载时刻与记载带宽和存储容量直接相关。以100MHz记载带宽为例，IQ采样率一般为2.5倍，存储每个样本点2Byte(12或14bit ADC)，记载信息速率是500MB/s，1TB硬盘能够记载33分钟。

射频流盘能够设置频谱模板触发、环境电平触发、时刻限制电平触发、数据帧触发等触发条件敞开，然后只记载感兴趣的信号，削减数据量。

3.4、隶属信息

射频流盘除了记载频段IQ数据，还能够记载GPS方位和时刻、Marker、体系装备等信息，后续的剖析中能够调用这些隶属信息进行地图映射、信号归类、核算处理等作业。

3.5、数据回放和剖析软件

对流盘记载数据的剖析为监测作业供给更多有价值的信息。首要要求记载数据格式敞开，能够被Matlab、VSA等信号剖析软件宽和调解码软件调用。其次射频流盘计划需求供给软件东西对记载数据进行回放、查找、截取保存等操作。

4、是德科技射频流盘计划

是德科技N9040B信号剖析仪和X-COM公司IQC5000B信号记载仪组成的体系是现在高功用射频流盘体系的典型代表。整套体系不只硬件目标超卓，并且配套的Spectro-X、89601B信号回放剖析软件功用强大。体系射频前端是N9040B高功用信号剖析仪，剖析带宽(1GHz)、实时频谱带宽(510MHz)、无杂散动态规模(78dBc)、相位噪声等目标内行业界全面抢先。IQC5000B信号记载仪在国外信号监测、国防和安全范畴有广泛的运用，部分目标如表2所示：

表2、IQC5000B射频流盘记载设备目标

体系硬件设备如下图2所示，整套体系衔接装备简略，流盘操控软件和信号回放剖析软件都能够安装在N9040B信号剖析仪上，无需外部操控电脑。流盘记载数据经过PCIe Gen 2总线传输到N9040B或外部作业站进行剖析。

图2、N9040B +IQC5000B射频流盘体系

Spectro-X是X-COM公司供给用于信号回放剖析的软件，支撑频谱、IQ包络、瀑布图的回放剖析，以及信号查找、截取和部分数字信号处理功用。IQC5000B记载数据格式为.xdat文件，供给Matlab接口函数类。图3是运用Matlab对IQC5000B记载频谱进行时频剖析的成果绘图。

图3、xdat数据时频剖析绘图

5、总结

射频流盘扩展了信号监测和剖析的技能手法。与宽带实时频谱功用合作，射频流盘十分适宜记载剖析瞬变和跳变搅扰，核算信号周期和持续时刻等信息。某些搅扰信号，信号监测现场或许没有处理手法或处理才能进行剖析，选用射频流盘的办法能够对信号进行过后剖析、解调解码等作业。射频流盘作为新的技能东西，在信号监测作业中还有许多运用值得深化探究和研讨。