蓝牙信号实时频谱测试 - 蓝牙射频调变模式与测量

　　蓝牙信号实质上是一种数字射频信号，其主要特征不仅表现为占用一定的频带，而且更重要的属性是对频率的时间控制(有时是微秒、有时是数秒、数分甚至更长)。由于传统测试仪器无法描述信号频率随时间的变化特征，因此产生了能够通过触发、捕获和分析来反映当前信号这种本质特征的第三代无线信号分析仪—— 实时频谱分析仪。

　　5.1 实时频谱仪

　　随着数字射频技术的发展，要求必须能捕获并存储一段时间的信号，并可反复回放，分析信号随时间的变化。另外，随着频谱利用率不断提高，干扰将来自更临近的频点，甚至同一频率，这要求频谱测试技术在发现和捕获能力上实现本质性的突破。实时频谱仪的核心是基于快速傅里叶(FFT)的仪表，可以实时捕获各种瞬态信号，同时在时域、频域及调制域对信号进行全面分析，满足现代数字射频信号测试的需求，图4所示为简化的实时频谱仪结构图。

　　使用实时频谱仪实时采集无缝捕获信号时，三个条件(样点、帧和块)描述了存储的数据层级。时域采集的信号通过FFT变换转变到频域，当处理速度足够快时就可以做到实时处理。数据层级的最低层是样点，它代表着离散的时域数据点。帧由整数个连续样点组成，是可以应用快速傅里叶变换把时域数据转换到频域中的基本单位。在这一过程中，每个帧产生一个频域频谱。采集层级的最高层是块，它由不同时间内无缝捕获的许多相邻帧组成，如图5所示。块长度(也称为采集长度)是一个连续采集表示的总时间。对块内部的所有帧，每个采集在时间上都是无缝的，但在块之间不是无缝的。

　　在实时频谱仪实时测量模式下，它无缝捕获每个块并存储在内存中。然后它使用DSP技术进行后期处理，分析信号的频率、时间和调制特点。显然，快速傅里叶变换是实时频谱分析仪的核心，可以认为这是一种新型的、快速扫描的频谱仪。

　　5.2 蓝牙跳频信号测量

　　用实时频谱仪测试蓝牙跳频信号时，无需激活测试模式和输入各类有效载荷数据;在运行蓝牙系统中，直接进行射频性能指标和一致性等测试，提升了蓝牙系统测试与认证的水平，提高了测试工作效率。

　　5.2.1 跳频信号的功率测量

　　当其他条件一定时，接收机灵敏度一致时，通信距离与接收的功率就有对应的关系;在跳频情况下，每一跳的功率是否一致将直接影响每一跳的通信距离是否一致，需要对跳频情况下测量每个跳频点功率的一致性。由于实时频谱仪具有实时捕获和信号回放的功能，同时可以对捕获的信号进行逐点的射频性能测量，可以满足对每一个跳频点功率测量的需要。

　　5.2.2 跳频图案的测量

　　在跳频情况下，跳频图案是否按照设计的跳频图案进行伪随机跳变，将直接影响到跳频系统的抗干扰性能和整个设计是否成功，所以需要对跳频图案进行测试验证。实时频谱仪的三维频谱图(时间、频率和幅度)是观测跳频图案的一种非常有效的方式，如图6所示。由于频率模板触图发功能的使用，可以使得工程师直接设定跳频的起始点来捕获跳频信号观测跳频图案，这样就可以找到特定频率位置的跳频图案。而对于传统仪器只能随机捕获，很可能无法捕获到关心的跳频点位置的跳频图案。

　　5.2.3 跳频速率的测量

　　跳频速率的测量，使用实时频谱仪中调制域窗口或者三维频谱图进行测量。用调制域窗口进行测量，其横轴为时间，纵轴为频率;频率跳变的点很清楚，用光标测量时只要添加两个光标点就可以测出跳频速率。

　　综上所述，实时频谱仪旨在迎接动态数字射频信号的相关测量挑战，如WLAN和蓝牙等突发分组传输。实时频谱分析的基本概念是其能够触发RF信号，把时间同步的数据无缝捕获到内存中，然后在多个域中分析这些信号，进而可靠地检测和检定随时间变化的数字射频信号。

　　6 结语

　　蓝牙v1.2和v2.0采用复杂的数字射频信号，可以用通信系统仿真软件进一步了解其工作原理。使用实时频谱仪可以大大提升跳频信号的测试水平，填补过去测试手段无法测量项目的空白，如：跳频信号的功率测量等。据了解，美国国家仪器有限公司正在考虑研发虚拟实时频谱仪。实时频谱仪还能应用于RFID 电子标签、W-CDMA和Zigbee等系统的测试领域，为数字射频工程师提供了一个崭新的、完全的和高效的测试方案。