頻譜利用率怎麼計算
隨著數字訊號處理技術的發展、資料匯流排頻寬和儲存介質讀取速度的提高，目前有越來越多的技術手段可以將一段頻譜資訊實時、無失真、連續的的記錄下來，通常稱作射頻流盤（RF Streaming）。
監測人員可以採用頻譜分析、數字訊號處理、統計分析、解調、解碼等方法對記錄訊號進行後分析，也可以模擬現場電磁環境把記錄訊號用訊號源重新發射出來。
本文詳細介紹射頻流盤的概念和系統結構，討論射頻流盤在監測領域的部分應用，分析選擇流盤系統時需要考慮的因素，最後介紹是德科技和X-COM提供的成熟射頻流盤和分析方案。
1
什麼是射頻流盤
流盤是將儀器裝置採集或處理後的資料實時、連續的傳輸到儲存裝置記錄。資料採集前端是感測器、資料採集器或者頻譜分析儀等測試儀表。
採集和記錄的資料是實時取樣點或者經過處理的IQ資料。兩種記錄資料區別如表1所示：
表1、實時取樣點和IQ資料區別
從上表可以看出，實時取樣點適合記錄基帶和低速訊號，IQ樣本點適合記錄有載波調製的射頻訊號。
去除載波的IQ資料，既有利於壓縮資料量減少儲存樣本，又有利於後期訊號分析和回放。射頻流盤和回放系統通常記錄IQ資料，系統結構如圖1所示：
圖1、射頻流盤系統結構
訊號記錄通路射頻變換包括預選濾波、下變頻、中頻濾波、訊號調理、資料採集和IQ解調，建議使用通用的訊號分析儀，既可以保證採集和儲存訊號的質量，又有利於系統維護。
訊號分析儀輸出的IQ資料通常是12位或者14位ADC的取樣結果，不能直接寫入磁碟陣列（RAID），需要透過FPGA組成的控制電路實現訊號變換、同步和路由，然後透過RAID控制器介面寫入磁碟陣列。
記錄的頻譜資料可以透過相反的過程，由訊號源重新發射出來，或者複製到工作站後使用專用的軟體回放分析。
2
射頻流盤在監測領域的應用討論
射頻流盤擴充套件了訊號監測和分析的方法。傳統的掃頻、步進FFT監測接收機僅能實時監測和記錄少量處理後的結果，後期能分析的資料和方法非常少。
而射頻流盤能夠監測和儲存所有中頻電路數字化後的資訊，不僅可以復現當時的監測結果，還支援解調、解碼、搜尋、相關、統計等方法對長時間頻譜資訊進行不同維度的分析。射頻流盤在訊號監測領域的應用包括：
2。1、訊號記錄和舉證
對於監測接收機和頻譜儀測量的訊號，監測人員通常利用經驗來判斷是正常訊號還是干擾訊號，對干擾訊號僅能記錄頻譜包絡（trace）或頻譜截圖（screen）。
但是符合相似頻譜包絡和頻譜截圖的發射訊號可能有很多，記錄的資訊作為干擾訊號舉證並不充分。
射頻流盤記錄了射頻訊號數字化後的所有資訊，不僅可以從頻域上覆現和分析干擾訊號，配合解調、解碼等技術手段，還可以分析出干擾訊號發射引數、傳遞內容，作為干擾訊號的舉證充分完整。
2。2、訊號解調和解碼分析
目前有比較完備的技術手段對模擬訊號進行偵聽。但是由於調製方式複雜多樣、信源和通道編碼、加密等原因，數字訊號很難被偵聽。
射頻流盤開闢了監測訊號後分析的應用。無線電監測人員可以使用各種訊號分析軟體對流盤資料進行解調、解碼分析的嘗試，也可以把記錄內容轉給專業單位對資訊進行解析。
以記錄的未知數字調製訊號為例，使用向量訊號分析軟體（Vector Signal Analyzer），自動或者手動設定調製方式、符號速率、濾波器等引數，能夠恢復出訊號的位元流。採用合適的解碼器或協議分析儀，可以從位元流中恢復出傳遞資訊。
2。3、數字訊號處理分析
射頻流盤記錄的IQ資料支援Matlab、VSA等數字訊號處理軟體進行分析。
可以在頻域上對記錄訊號重新進行分析，例如訊號的回放中更改解析度頻寬（RBW）、參考電平、檢波方式等設定，以及增加數字濾波器。
也可以使用短時傅立葉變換、時頻分析、小波變換等能表徵時域和頻域資訊的方法對訊號進行分析。
2。4、訊號統計分析
對於頻譜利用率、訊號出現機率和頻次、訊號相關性、時分訊號週期等需要長時間觀測和計算的統計資訊，監測接收機和頻譜儀無法直接測量，使用掃頻記錄的訊號包絡進行分析也有很大的測量誤差。
藉助射頻流盤專用的回放、搜尋、統計分析軟體和Matlab等工具，可以準確的解決訊號時域和統計分析問題。
3
選擇射頻流盤系統時需要考慮的因素
射頻流盤是一套系統，包含射頻變換器、資料採集器、資料記錄儀、資料回放和分析軟體等。選擇射頻流盤系統需要考慮的因素主要包括：
3。1、記錄訊號質量
為保證對記錄訊號進行準確的分析以及解調、解碼，射頻流盤記錄訊號的質量至關重要。記錄訊號質量主要由射頻電路和中頻電路的效能決定。
射頻前端的帶內平坦度和線性相移需要經過校準，以保證訊號下變頻過程中不失真。中頻電路主要包括訊號調理、數模變換器（ADC）和IQ解調器。
目前流盤系統的ADC通常是12bit或14bit，ADC的取樣位數越高，量化誤差和量化噪聲越小，系統動態範圍越大。
無雜散動態範圍（SFDR，Spurious Free Dynamic Range）是衡量兩部分電路綜合性能的指標，SFDR指帶內最大訊號的RMS幅度與次最大噪聲成分或諧波失真成分的RMS值之比，常以dBc表示 。
14bit ADC的射頻流盤系統在200MHz記錄頻寬內SFDR通常＞75dBc。
3。2、頻率範圍和頻寬
射頻流盤系統頻率範圍由前端下變頻器或訊號分析儀的頻率範圍決定，目前可以覆蓋短波、超短波、微波。
射頻流盤的頻寬與ADC的效能、資料匯流排頻寬、磁碟陣列讀寫速度等相關。目前最大記錄頻寬超過100MHz方案在市面上有多款可供選擇。
3。3、記錄時間
射頻流盤記錄時間與記錄頻寬和儲存容量直接相關。以100MHz記錄頻寬為例，IQ取樣率通常為2。5倍，儲存每個樣本點2Byte（12或14bit ADC），記錄資訊速率是500MB/s，1TB硬碟可以記錄33分鐘。
射頻流盤可以設定頻譜模板觸發、環境電平觸發、時間限定電平觸發、資料幀觸發等觸發條件開啟，從而只記錄感興趣的訊號，減少資料量。
3。4、附屬資訊
射頻流盤除了記錄頻段IQ資料，還可以記錄GPS位置和時間、Marker、系統配置等資訊，後續的分析中可以呼叫這些附屬資訊進行地圖對映、訊號歸類、統計處理等工作。
3。5、資料回放和分析軟體
對流盤記錄資料的分析為監測工作提供更多有價值的資訊。首先要求記錄資料格式開放，可以被Matlab、VSA等訊號分析軟體和解調解碼軟體呼叫。
其次射頻流盤方案需要提供軟體工具對記錄資料進行回放、搜尋、擷取儲存等操作。
4
總 結
射頻流盤擴充套件了訊號監測和分析的技術手段。與寬頻實時頻譜功能配合，射頻流盤非常適合記錄分析瞬變和跳變干擾，統計訊號週期和持續時間等資訊。
某些干擾訊號，訊號監測現場可能沒有處理手段或處理能力進行分析，採用射頻流盤的方式可以對訊號進行事後分析、解調解碼等工作。
射頻流盤作為新的技術工具，在訊號監測工作中還有很多應用值得深入探索和研究。