使用MDO4000和RSAVu测试无线设计

引言

在把RF技术整合到设计中时，嵌入式设计人员发现有许多新问题需要解决：(系统中的蓝牙芯片是否以预期方式发送)？802.11芯片组在运行过程中是否正确编程？怎样追踪发射机与接收机之间的交互过程？

在这些问题上，混合信号示波器(MSO)显得力不从心，因为它只适合处理模拟信号和数字信号，而不能高效测量RF信号。另一方面，频谱分析仪很难整合到处理系统级问题的测量环境中，因为在这种环境下，与系统其它部分-的时间相关性非常重要。设计人员正努力在这种环境中设计、调试和检验系统。

泰克MDO4000系列混合域示波器是一种内置频谱分析仪的革命性示波器，它不仅仅是一种新的示波器，而且变革了您的测试方式。它捕获时间相关的模拟信号、数字信号和RF信号，系统级全面了解被测器件的特点，一目了然地同时观测时域信息和频域信息。可以观察任意时间点上的射频(RF)频谱，及其变化过程。这样一台高度集成的示波器，可以帮助您迅速高效地解决最复杂的设计问题。

2.4GHz ISM频段

2.4GHz ISM无线频段在国际上被专门分给工业、科学和医疗中的射频(RF)信号使用，而不是用于通信目的。这些频段中的应用包括射频加热处理、微波炉和医用热疗机等。

尽管最初分配目的不同，但近年来，短距离、低功耗通信系统在这些频道的应用正在飞速增长。无绳电话、蓝牙设备、NFC设备和无线计算机网络都使用ISM频段。

在2.4GHz-2.5GHz范围内，最典型的无线技术是WLAN802.11a/b/g/n和蓝牙。WLAN信号是一种突发脉冲信号，通常会占用最高20MHz-40MHz的带宽。蓝牙采用称为跳频的无线技术，在79条通道上跳频(每条通道1MHz；中心频率为2402-2480MHz)。信号的瞬态特点使得传统频谱分析仪很难看到或测量这些信号。通过提供超宽带宽，MDO4000可以高效捕获WLAN突发信号及整个蓝牙跳频频段。

图1.2.4GHzISM频段上的WLAN和蓝牙信号。

在MDO4000上捕获WLAN信号捕获WLAN信号设置起来非常简单。如图2所示，把一个垂直放置的RF天线连接到MDO4000的射频输入端。为整体了解2.4GHz上的信号，我们在MDO4000上打开“RF spectrum”(RF频谱)，把Center Frequency(中心频率)设置成2.42GHz，把捕获带宽设置成100MHz。如果想以预置的信号功率条件来捕获突发脉冲信号，“The RF Power Trigger”(射频功率触发)是一种非常有用的功能。它在3GHz带宽范围内有效。在WLAN信号出现后，调节Center Frequency(中心频率)，将WLAN信号移到频谱视图的中心。为限制MDO4000上的信号，我们可以把频宽减小到40MHz，然后打开“The RF Power Trigger”(射频功率触发)，触发WLAN脉冲。

图2.MDO4000无线信号测试的设置。

时间相关

时间相关是MDO4000的主要优势之一。

通过MDO4000上的“RF vs Time Traces”(RF对时间曲线)，设计工程师能够看到在一段长时间采集的数据内部任意时点上的信号的RF频谱，了解频谱怎样随时间变化。共提供了三种曲线：Amplitude vs Time(幅度对时间)、Frequency vs Time(频率对时间)和Phase vs Time(相位对时间)。

打开“Amplitude vs Time”(幅度对时间)曲线，我们可以观察WLAN信号幅度怎样随时间变化。

时域画面底部的橙色条称为“Spectrum Time”(频谱分析时间窗)。通过在整个时域界面中移动“Spectrum Time”(频谱分析时间窗)，用户可以直观地看到采集数据中任意点上的RF频谱。

例如，在图3中，“Amplitude vs Time”(幅度对时间)曲线显示先后捕获了两个WLAN数据包(脉冲)。“Spectrum Time”(频谱时间)位于第一个WLAN数据包下面，因此频域显示了第一个WLAN数据包的RF频谱。

图3.第一个WLAN数据包的频谱。 

图4.弱WLAN信号的频谱。

在图4中，在“Spectrum Time”(频谱时间)移到左面和低幅度信号(在时域画面上)下面时，频域画面现在显示了另一个WLAN信号的对应频谱，第二个WLAN信号要弱得多。用户可以使用缩放功能，更仔细地查看这个WLAN数据包，如图5所示。通过缩放功能，WLAN数据和“Spectrum Time”(频谱分析时间窗)已经被放大，可以清楚地识别WLAN帧头(平滑部分)和有效数据。

 
图5.放大后的WLAN数据包。

时间相关不仅可用于“RF vs. Time traces”(RF对时间曲线)的分析，还适用于模拟信号/数字信号与RF信号的同步显示，这是MDO4000上最独特、最强大的功能之一。

自动频域测量

MDO4000在频域中提供了三种自动测量功能：Channel Power(信道功率)、Occupied Bandwidth(占用带宽)和Adjacent Channel Power Ratio(邻道功率比)。

“Channel Power”(信道功率)测量由“Channel Width”(信道宽度)确定的带宽内部信号的总功率。“Channel Width”(信道宽度)用画面中没有阴影的部分表示。在这一测量激活时，仪器的带宽自动设置成比“Channel Width”(信道宽度)宽10%，检波方式设置成平均。

“Occupied Bandwidth”(占用带宽)测量在“Analysis Bandwidth”(分析带宽)内部指定功率百分比的带宽。  

图6.MDO4000上的Channel Power(信道功率)测量。

图7.MDO4000上的Occupied Bandwidth(占用带宽)测量。 

把数据导出到RSAVu，进一步进行分析

MDO4000是一种入门级频谱分析仪，没有内置数字解调功能。但是，MDO4000不仅允许用户导出屏幕截图，还可以导出捕获的完整数据。用户只需使用USB外部存储设备，以TIQ格式(.TIQ)保存和存储数据，然后把文件从MDO4000传送到外部PC上，就可以使用RSAVu软件离线分析信号。

RSAVu 软件可以离线分析泰克实时频谱分析仪(RTSA)和示波器捕获的数据。该软件为用户提供了包含在RSA3408B 软件选项套件中相同的解调和分析功能，从无线标准(如WLAN 802.11a/b/g/n、GSM、WCDMA、等等)直到最新的RFID格式和脉冲式信号分析。设计工程师可以使用RSAVu软件来分析信号，而不必连接相应的采集硬件。

图8 - RSAVu 软前面板可以简便地离线访问进行设置和控制。

 RSAVu WLAN 解决方案
 
RSAVu WLAN 解决方案(选项29)支持最流行的802.11 a/b/g 标准，甚至支持11n 标准，覆盖了十几种测量，如Constellation(星座图)、EVM vs. Time(EVM 对时间)、Power vs Time(功率对时间)、EVM vs SubChannel(EVM 对子信道)、Power vs SubChannel(功率对子信道)、SC 星座图、Frequency Error(频率误差)、OFDM 平坦度、Symbol Table(符号表)、Spectrum Mask(频谱模板)、Transmit Power(发送功率)。

RSAVu WLAN 选项还能够自动检测CCK 或ODFM 调制格式和速率。这对WLAN 设备的测试非常方便，并且在许多综合设备的测试至关重要，因为这些综合设备经常会遇到复杂的干扰，这就需要在混合模式操作下来诊断。

自动检测功能允许工程师放大及自动分析每个脉冲信号，使用RSAVu 选择相应的格式和数据速率。用户只需把RSAVu 设置成自动检测，然后把标记放在关心的脉冲上，RSAVu 会完成余下的工作。

我们使用RSAVu分析上面捕获的两个WLAN数据包。图9演示了RSAVu怎样在多个域中分析第一个WLAN 数据包：时域、频域和解调域。可以使用标记把这三个域中的显示界面关联起来。

RSAVu 自动检测第一个WLAN 数据包，使用OFDM (64QAM)调制方式实现54Mbps 的吞吐量。整个数据包的EVM 是2.97%。时域波形中的标记可以与星座图上的标记实现时间相关。

 
图9- 使用RSAVu 分析第一个WLAN 数据包，调制方式：OFDM (64QAM)

图10 显示了第二个WLAN 数据包上的测量。RSAVu 成功地检测这个数据包使用不同的调制方式OFDM (16QAM)来实现24Mbps吞吐量。与第一个数据包相比，它实现了更好的EVM，为2.29%。

图10- 使用RSAVu 分析WLAN 信号，调制方案：OFDM (16QAM) 

测试GSM 信号

下面是使用MDO4000 混合域示波器进行GSM 信号测试的另一个实例。
GSM900信号可能会出现在900MHz频段周围。在图11中，MDO4000正在捕获一个以944MHz
中心频率的信道传送的GSM900 信号。带宽约为250KHz。

图11 - MDO4000 上的GSM900 信号频谱和频谱图。

类似的，我们可以捕获这个GSM900 信号，通过USB 存储设备导出到外部PC，然后在RSAVu软件上分析文件。
 RSAVu GSM/EDGE (选项24)覆盖下述测量：Modulation Accuracy (调制精度)、Mean CarrierPower (平均载波功率)、Power vs Time(功率对时间)、Modulation Spectrum(调制频谱)、SwitchingSpectrum(切换频谱)和传输频段中的Spurious Signals(杂散信号)。
 
图12 显示了在捕获的GSM900 信号上进行的多域分析。星座图结果告诉我们，这个信号正在使用GMSK 调制，拥有非常好的EVM，仅4.35%。

图12- 使用RSAVu 分析GSM 信号。 

除本文中讨论的WLAN和GSM外，还可以使用MD04000系列混合域示波器和RSAVu离线分析软件，以类似的方式在其它无线标准上执行测试。

结论

MDO4000与RSAVu相结合，在无线设计测试中提供了用途非常广泛的解决方案。MDO4000的时间相关功能和超宽带技术可以简便地捕获RF信号。RSAVu强大的离线分析功能支持多种无线标准。
与拥有所有无线选项的全性能频谱分析仪相比，MDO4000和RSAVu组合还提供了经济性优势。

作者：Peter Chen，泰克公司