結合多項RF通訊協定(如WLAN、藍芽和3G行動通訊標準)的無線多合一裝置(Combo Device)日益受到歡迎，加強了無線市場產品的連線能力和性能...
結合多項RF通訊協定(如WLAN、藍芽和3G行動通訊標準)的無線多合一裝置(Combo Device)日益受到歡迎，加強了無線市場產品的連線能力和性能。但多合一裝置的訊號量測問題，無論是驗證參考設計或處理新一代調變格式，對無線工程師而言都是一大挑戰，而傳統的訊號分析儀很難或無法診斷封包訊號暫態、非同步封包碰撞和各種自我干擾模式。本文即要探討即時頻譜分析儀(RTSA)如何針對許多困難的訊號量測問題，提供獨特且實用的解決方案。
WLAN多合一裝置有一些共同特別的量測問題，而這些問題似乎是未來通訊發展方向的重點。低價、高速邏輯裝置和程式區塊誤差檢測及修正方案的出現，促使了通訊產業朝間歇性RF訊號脈衝(bust)的封包資訊傳輸方向邁進。
不像前幾代的連續波通訊系統，封包通訊系統(例如WLAN)採用非同步資料傳輸。分析WLAN訊號時需要擷取特定非同步RF訊號事件，和有效在欲分析的擷取記錄中找出訊號的能力。早期的數位調變開發人員尋找可以在調變域裡分析向量訊號的工具，以取代當時的示波器或純量分析儀(Scalar Analysers)，這導致星狀圖分析儀(Constellation Analyzer)的發展。最初，星狀圖分析儀不太像是專業化示波器，近年來，星狀圖分析儀結合了頻譜分析儀的功能，利用其RF訊號的降頻轉換，進而演變成今日的向量訊號分析儀(VSA)。
雖然許多向量訊號分析儀都具有分析WLAN訊號特性的能力，但是這些由封包碰撞、間歇性訊號，以及啟動/關機暫態訊號等因素所造成的非同步事件，仍需要透過具有適合擷取這些事件的觸發能力，及具真正時間關聯(Time-Correlated)的多域分析能力的分析儀來診斷。這類的挑戰造就了即時頻譜分析儀(RTSA)的發展，即時頻譜分析儀是特別專為解決與動態RF訊號相關量測困難問題所設計的，例如像是WLAN和藍芽這類在系統使用的脈衝封包傳輸。即時頻譜分析的基本概念是能在RF訊號上進行觸發，並可無縫地擷取記憶體內與時間同步的資料，以便在多域裡進行分析，這能可靠地檢測和分析隨時間改變的RF訊號。
圖1顯示RTSA(Tektronix RSA3408A)的簡化方塊圖。可將RF前端的直流電調至8GHz，而輸入訊號會降頻轉換至符合RTSA最大即時頻寬的固定中頻。然後，訊號會透過類比/數位轉換器進行濾波與數位化，並傳至管理儀器觸發、記憶和分析功能的DSP引擎。雖然此方塊圖的許多元件和擷取處理程序與傳統的VSA架構相似，RTSA經過最佳化設計，能提供即時觸發、無縫訊號擷取和時間關聯的多域分析。此外，類比/數位轉換器科技的發展造就了高動態範圍和低雜訊的轉變，讓RTSA的傳統頻域量測能力等同於或超越許多掃描頻譜分析儀的基本RF性能。
RTSA的頻率波罩觸發功能能讓工程師用free-run模式檢視無法看見的、捉摸不定的暫態訊號，即時觸發功能可以可靠地檢測和擷取間歇性RF訊號，甚至是出現在更強大的相鄰訊號內的RF訊號。
不像許多透過「快照」擷取調變訊號的向量訊號分析儀，RTSA以進行時間、頻率和調變域量測的時域記錄沒有空白和間隔。RTSA提供實際時間關聯的多域分析，能讓使用者精確地建立與多個領域內診斷資料的關聯，以快速瞭解訊號的本質。
例如，WLAN多合一裝置在理想訊號情況下會有5%的WLAN封包遺失，工程師會發現很難判定這究竟是由非控制的封包碰撞所造成的問題，還是媒體存取控制器(Media Access Controller，MAC)設定的邏輯問題。
傳統的向量頻譜分析儀使用MAC做為觸發源，這不僅需要耗時的連接，若診斷出MAC是問題所在之一，其實務經驗還會被質疑為有問題。在VSA擷取記錄裡搜尋100個訊號脈衝，只為找出5個害群之馬是既無效率又浪費時間的做法。利用RTSA頻率波罩觸發功能將解決此問題，不需複雜的外部觸發或耗時的資料搜尋，即可進行分析。
多合一裝置比典型收發兩用儀具有更多干擾模式，工程師不僅必須進行頻帶內外的發射雜訊調節，還要處理共置接收器、收發兩用儀和高速微處理器上的RF發射雜訊效應，假如沒有RTSA的觸發功能，WLAN封包的間歇性本質可能會讓辨識干擾相關問題變得耗時棘手。非同步RF間歇性干擾問題通常會造成計劃延遲，因為工程師會忙著去洞悉這些偶發無法預期的相互影響雜訊。
RTSA具有觸發和可靠擷取間歇性訊號的技術能力，身為多合一裝置的有效診斷工具，RTSA還需具有完整的WLAN量測功能，分析組件包含所有常見的802.11a/b/g量測標準，可用於快速訊號特性分析的預設，量測也包含頻譜波罩、EVM(誤差向量的絕對值)、開/關電源暫態訊號、CCK星狀圖、OFDM(正交分頻多工)星狀圖、子負載星狀圖，以及其他各種分析軟體的許多量測功能。
如上所述，RTSA的DSP功能提供可用於儲存在記憶體內完整訊號的時間關聯多域分析。無論是選擇時域、頻域、調變域、瀑布圖或碼域顯示，以最邏輯的方式檢視訊號特性是不可能錯失時序資料的。此外，RTSA的無縫訊號擷取功能，可精確地在瀑布圖裡建立與其他域裡標記的時間關聯。
完整的時間關聯顯示畫面(圖2)表示在調變域內可以檢視瀑布圖，或頻率波罩觸發所顯示的擷取事件，以評估對誤差性能的影響，標記簡單放置在瀑布圖裡的事件上，而星狀圖上可看見對應的符號。此種能辨識出一個領域中的異常訊號，以及在該準確時間點迅速評估在另一個領域的影響能力，是迅速診斷不可或缺的一部份。
測試設備必須具有一些分析「多合一裝置」的量測功能，可供用於待測多合一裝置的各種標準。現在的RTSA可支援最新的無線調變，包括802.11a/b/g、GSM/EDGE、W-CDMA、HSDPA、cdma2000、1xEV-DO、TD-SCDMA等。即時頻譜分析儀可即時擷取36MHz的RF頻寬和大於78dB動態範圍(TOI)，非常適合用於多合一裝置工作，並能支援許多常見的WLAN收發兩用儀。
如同WLAN分析選項，所有的支援無線標準都是功能強大、多域分析的組件，除了與時間關聯的多域功能外，對這些其他分析組件來說，還具有專利頻域觸發功能的優點。
使用藍芽個人區域網路和802.11b/g WLAN網路的多合一裝置均有獨特的RF干擾問題，因為它們共用相同的2.4GHz工業/科學/醫學(ISM)頻帶。雖然藍芽和WLAN的相容性和互補性常被拿來大做文章，但是將多台收發兩用儀放在近距離內，調變格式就會互相干擾，這種狀況在兩者必須共存的多合一裝置內尤其明顯，工程師很難去評估藍芽/WLAN多合一裝置的封包干擾性能，此時需要用能擷取事件的觸發功能來擷取訊號的碰撞。
RTSA可以利用頻率波罩觸發功能檢測在頻帶內碰撞的訊號，有助於迅速量測設定和擷取非同步的WLAN/藍芽封包碰撞。頻率波罩觸發功能可以有效辨識碰撞資訊，並只將想查看的封包儲存到記憶體內，這樣就不會浪費時間在長時間記錄裡搜尋偶然出現的誤差，並且降低擷取記憶體的需求，視需要可利用前觸發和後觸發延遲，以確認WLAN/藍芽脈衝的完整擷取。
值得一提的是，未經授權的ISM頻帶可能會有許多干擾，醫院、證券交易所和製造廠通常有很複雜的ISM頻帶RF環境，一般很難準確判定現場內的干擾源，將上述相同的處理程序用於開發實驗室，現已可以快速辨識現場內的干擾源了(圖3)。
不同於在可預測時間內就會持續出現或發生的其他干擾源，封包通訊裝置造成的干擾是偶發且非同步的，所以更難找出根本原因及設計解決方案，RTSA可以輕鬆擷取此干擾，提供工程師預防干擾所需的頻譜資料。
RTSA適合WLAN多合一裝置
WLAN多合一裝置擁有獨特的量測挑戰，而RTSA提供WLAN多合一裝置的工程師一個獨特的解決方案，分析儀的頻率波罩觸發、無縫訊號擷取，和時間關聯的多域分析功能提供許多獨特的工具，以設計和排除封包式RF通訊系統的疑難。