אלון גולן, איסטרוניקס
הפרעות שמשפיעות על אותות ת”ר [RF] הם בעיה שמוכרת למהנדסי פיתוח העובדים בתחום הנדסת ת”ר. הגורמים להפרעות יכולים להיות נעוצים באירועים אקראיים או באירועים קצרי זמן במישור התדר, בהתנהגות הספקטראלית של מקורות האות במהלך מעברי תדרים, או על ידי מעגלים ספרתיים. זיהוי הסיבות העומדות מאחורי בעיות כגון אלו, הופך לא פעם לתהליך מאתגר שיכול להיות כרוך בזמן רב. על מנת לענות על הדרישות המאתגרות האלו, פיתחה חברת Rohde & Schwarz את הנתח החדש – FSVR – מתוצרתה, שהוא הכלי הראשון בשוק המשלב יכולות של נתח אותות וספקטרום ותיק עם יכולות של נתח ספקטרום לזמן אמת.
הנתח FSVR של R & S לוכד ומציג באופן חלק את ספקטרום התדר על פני רוחב פס של 40 מגה–הרץ; לרשות המשתמש עומדות תבניות מגוונות של הצגה. פונקציונליות כגון הספקטרוגרמה ומצב ההתמדה של הנתח מבטיחים שלא יהיה אף לא אירוע אחד שיישאר נסתר מפני המשתמשים. בעזרת העירור הבררני בתדר של הנתח, הוא יכול גם לבצע גילוי ובדיקה של אותות שמופיעים באופן אקראי בתוך הספקטרום. יכולות ניתוח האותות והספקטרום של המכשיר מבוססות על הנתח FSV של R & S, והן כוללות את כל מערך התכונות והפונקציות שלהן נדרש כלי מדידה מתקדם מסוג זה, כדי לעמוד בדרישות עכשוויות.
נתח ספקטרום זמן אמת עד 30 ג’יגה–הרץ
במצב זמן אמת, הנתח FSVR של R & S לוכד אותות ת”ר באופן חלק במישור הזמן עם רוחב פס של עד 40 מגה–הרץ, ממיר אותם למישור התדר ומציג אותם כספקטרום. כדי לקבל רזולוציית זמן גבוהה ומן הסתם גם מדידות ברמה מדויקת, אף של אותות בפולסים או אותות קצרי זמן, הכלי יכול ליצור חפיפה של80% לפחות, בין חלונות הזמן עבור טרנספורם פורייה מהיר [FFT]. מאחר שכל הנתונים הנלכדים עוברים עיבוד בזמן אמת ללא פערים כלשהם, המשתמשים לא מחמיצים, אף לא אותות קצרים ביותר. הנתח FSVR של R & S נחשב לנתח הראשון שמספק יכולות זמן אמת כאלו עבור תדרי כניסה של עד 30 ג’יגה–הרץ, או אם משתמשים בערבל חיצוני, עד 110 ג’יגה–הרץ.
נתח הספקטרום הופך את אות הת”ר לספרתי עם קצב דגימה של 128 מגה–הרץ וממיר אותו לטווח התדרים, תוך כדי ביצוע חישוב של עד 250,000 ספקטרה (רבים של ספקטרום) בשנייה במהלך העיבוד. מאחר שעין אדם אינה יכולה לקלוט מספר כה גדול של ספקטרה, הנתח FSVR של R & S משלב את הנתונים המתקבלים בגלאי ומציג את התוצאות בקצב רענון של כ– 30 פעמים בשנייה, שהוא בערך קצב הרענון שעין אדם יכולה לעבד.
גלאי השיא מבטיח שלא יאבד אף אות ת”ר הנמצא בטווח התדר המנוטר ושכל אות המופיע במהלך זמן הניטור יוצג. כאשר מפעילים את הנתח FSVR של R & S במצב זה, הוא משלב ספקטרה רבים בעקבה יחידה, עובדה שמקטינה באופן משמעותי את רזולוציית הזמן. על מנת לספק למשתמשים תמונה ברורה של סטיית הספקטרום בזמן, המכשיר מציע מגוון של פונקציות תצוגה ומדידה.
מצב התמדה
מצב ההתמדה מציע אמצעים יעילים של הצגת אותות קצרי טווח במיוחד. הנתח FSVR של R & S מציב יחד את שכבות הספקטרום בחפיפה ללא רווחים בדיאגרמה. נתח הספקטרום ישנה את הצבע של הפיקסל המתאים בתצוגה, בתלות בקצב שבו מופיע אות מסוים עם משרעת [אמפליטודה] נתונה. לדוגמה, אותות שמופיעים ברצף יופיעו בצבע אדום ולעומתם אותות שמופיעים לעתים רחוקות מאוד יופיעו בצבע כחול. אם אותות מסוימים יחדלו מלהופיע, הם ייעלמו מהתצוגה כאשר יפוג זמן ההתמדה שנבחר. מצב ההתמדה מציג סוג של היסטוגרמה ספקטראלית. הוא משמש ככלי יעיל כאשר חוקרים אותות שמופיעים באופן לא סדיר.
למשל, משתמשים יכולים עתה לנתח את ההתנהגות של תגובה לתופעת מעבר מהירה של לולאות נעולות פאזה [PLL]. הצגהה מלאה וללא רווחים של כל התדירויות והמשרעות, בתוספת לשקלול ההסתברות, מספקת מבט חדש על ההתנהגות הדינמית של מערכת במישור התדר. משתמשים יכולים לראות אם משדר מבצע דילוגי תדר מהירים או אם קיימים שינויים משמעותיים במשרעת בפרקי זמן קצרים. קשה לגלות השפעות כגון אלו, שיכולות להשפיע במידה ניכרת על ההתנהגות של המערכת כולה, בעזרת נתחי ספקטרום סורקים.
באיור 1 אנו רואים מדידה אופיינית. הנתח לוכד ומציג אף את האותות הקצרים ביותר, ובכך מספק תמונה שלמה של השינויים בזמן של התדירויות והמשרעות המופיעות במישור התדר.
פונקצית הספקטרוגרמה
מצב ההתמדה פותח בפני משתמשים אפשרויות חדשות לניתוח שגיאות, על ידי הצגה של השינויים בזמן של האותות במישור התדר. כדי ללכוד במדויק את השינויים האלו בזמן, בנתח FSVR של R & S כלולה פונקצית ספקטרוגרמה. היא מקצה צבע למשרעת האות ומאפשרת את הצגת הספקטרום בקו אופקי יחיד. הספקטרוגרמה נוצרת על ידי הוספה רציפה של קווים אופקיים. במצב זמן אמת, הספקטרוגרמה מספקת תמונה ללא רווחים של הספקטרום לעומת הזמן.
במצב ספקטרוגרמה, המכשיר לוכד ומתעד בזיכרון עד 10,000 עקבות בשנייה ורושם אותן במאגר זיכרון טבעתי. גם כאן, הנתח משתמש בגלאי כדי לדחוס את הנתונים לתצוגה על מסך. עומק הזיכרון במאגר הטבעתי מספיק כדי לאחסן עד 10,000 עקבות. בתלות בקצב העדכון שנבחר, הנתח FSVR של R & S יכול למדוד ברצף במשך זמן של עד 5 שעות.
כדי לאפשר בחינה מפורטת של המדידות שבוצעו, הנתח מספק סמנים שהמשתמשים יכולים להעביר אותם לאורך ציר הזמן וציר התדר. לדוגמה, תכונה זו הופכת את מדידת משך הזמן של אירועים מסוימים או את המדידה של מרווחי הזמן שבין האירועים עבור תדר מסוים נתון, לתהליך נוח מאוד (עיין באיור 2), ולכן היא מפשטת במידה רבה את הניטור ללא הרווחים של פסי התדר. עובדה זו לא רק שערכה יקר לאין ערוך בהקשר של ניטור תדרים, אלא היא גם שימושית במידה רבה עבור מהנדסים שעורכים חיפוש אחר אותות הפרעה המופיעים למקוטעין.
אפילו עבור שידורי רדיו שמעורבים בשינויי תדר תכופים (שהוא למשל המקרה של RFID או של Bluetooth®), הנתח FSVR של R & S הופך ליקר ערך כאשר יש צורך לנטר דילוגי תדר ולהגדיר את מאפייני השידור. הוא הופך את התהליך הכרוך באיתור שגיאות נדירות בעיבודי תדר של משדרים או בגילוי הפרעות אקראיות ממעגלים ספרתיים, לתהליך קל יותר בהרבה, ומקטין באופן ניכר את הזמן הנדרש לכך.
עירור אירועים
ניתן להשתמש במידע שנרכש באמצעות הספקטרוגרמה גם כדי להגדיר עירור בטווח הספקטראלי, הידוע יותר כגורם מעורר מסכת תדרים [FMT]. הגורם FMT מגיב לאירועים בספקטרום. הנתח FSVR של R & S מעריך כל ספקטרום יחיד בקצב של עד 250,000 ספקטרה בשנייה ומשווה כל ספקטרום עם מסכה מוגדרת מראש תלוית תדר. אם עקבה מפרה את המסכה, נתח הספקטרום יוצר אירוע מעורר ומציג את הספקטרום הנוכחי, או הופך את המידע שנלכד לזמין עבור תהליך עיבוד נוסף (למשל ביישום בדיקה).
את המסכה עבור עירור ספקטראלי ניתן להגדיר בקלות דרך מסך המגע של הנתח FSVR של R & S. טבלאות ואיורים במבנה ברור ופשוט מספקים למשתמשים את האמצעים להתאים במהירות את המסכות למצבים המשתנים. איור 3 מעביר את התחושה של הקלות והיעילות שבה משתמשים יכולים לעבוד עם הנתח. המשתמשים יכולים להגדיר הן את קו הגבול העליון והן את קו הגבול התחתון. תנאי העירור שתוארו זה עתה יכולים להיות שימושיים במיוחד כאשר האות שנמצא בתהליך ניטור חייב להישאר בתוך פס אפיצות [tolerance] נתון .
לנתח FSVR של R & S יש עומק זיכרון I/Q של 200 מגה דגימות. פירושו של דבר שאף עם רוחבי פס גדולים וקצבי דגימה גבוהים, הוא יכול לתעד ללא רווחים ספקטרה לאורך פרקי זמן ארוכים.
נתח אותות ונתח ספקטרום רב תכונות
כאשר לא מפעילים פעולה בזמן אמת, הנתח FSVR של R & S פועל כנתח ספקטרום סורק או כנתח אותות. הוא סורק את טווח התדר הנבחר (עד 30 ג’יגה–הרץ) ומציג את הספקטרום. יש לו זמן סריקה מינימלי של פחות מעשירית השנייה עבור טווח תדר מלא של 30 ג’יגה–הרץ. הוא מציע טווח רחב של רוחב פס לרזולוציה שבין 1 הרץ ל– 10 מגה–הרץ. שלא כמו במצב זמן אמת, רוחב הפס לרזולוציה ניתן לבחירה על ידי המשתמש ואינו מקושר למפתח הזמן הנבחר. בנוסף למסנני הסריקה המהירים, הנתח מספק גם מסנני ערוץ ומסנני קוסינוס מורם בשורש ריבועי [SRRC] כדי לתמוך בתקני רדיו ניידים.
כמו כל נתחי הספקטרום האחרים של החברה, גם FSVR מציע כסטנדרט טווח רחב של פונקציות מדידה, כולל הספק ערוץ סמוך, מסכה של פליטת הספקטרום, נקודת מפגש מסדר שלישי [TOI], CCDF ומדידות פליטה מדומה. עם אי ודאות במדידות רמה של 0.4 dB עד 7 ג’יגה–הרץ, הנתח FSVR מספק תוצאות מדויקות ואמינות. עם האפשרות FSV–K9 של R & S , ניתן לחבר אותו ישירות לחיישני הספק NRP של R & S, ובכך למנוע את הצורך במד הספק נפרד במצבים שבהם יש צורך בדיוק מדידה גבוה במיוחד.
הנתח FSVR מספק יותר מ–1,000 סריקות בשנייה. ביצועי מדידה גבוהים אלו, לא רק שהם מאיצים את מערכות היצור, אלא הם גם מקטינים את זמן העיבוד במחקר ופיתוח או בבדיקת תאימות ביישומים שבהם יש לחשב ממוצע של מספר רב של מדידות (כפי שנדרש באינסוף תקנים). בנוסף, המכשיר מציע אפשרויות למדידת מאפיינים פיסיקליים בסיסיים, לרבות רעש פאזה (R & S FSV –K40), ספרת רעש (R & S FSV–K30) והפרמטרים של אותות עם אפנון אנלוגי (AM/FM/PM) ועם אפנון ספרתי (R & S FSV –K70).
כמו בניתוח ספקטרום קלאסי, הנתח
R & S FSVR מתאים לאימות תאימות עם תקני רדיו נייד. לעת עתה הוא תומך בתקנים הבאים: GSM/EDGE/EDGE Evo, WCDMA, TD-SCDMA, CDMA2000, WLAN 802.11 a/b/g/h, WiMAX ו-LTE (TDD/FDD).
מסקנות
השילוב של נתח ספקטרום סורק אמיתי עם הכוח והיכולת שמאפשרים לו לעבור למצב של ניתוח זמן אמת, הופך את הנתח FSVR של R & S למכשיר יוצא דופן. המשמעות של הפונקציות הרחבות שלו, הכוללות קלות שימוש וזמן אמת, היא שלמשתמשים יש בהישג יד מקורות ניתוח חדשניים ויעילים במיוחד, ועם זאת, באותו זמן הם יכולים להמשיך ולעבוד עם אותן פונקציות של ניתוח אותות וניתוח ספקטרום שלהם התרגלו. ממשק המשתמש האינטואיטיבי המתוכנן לאורך אותם הקווים כמו אלו של נתחי הספקטרום, מפשט את העבודה עם המכשיר ומשלב ניתוח זמן אמת בהצלחה בתוך תפיסת תכנון מלוכדת.
