wersja mobilna
Online: 795 Środa, 2017.02.22

Prezentacje

Eliminacja problemów z interferencjami przy pomiarach w terenie z wykorzystaniem analizy widmowej w czasie rzeczywistym

wtorek, 18 października 2016 11:33

Wraz z szybkim rozwojem technologii komunikacji bezprzewodowej w zastosowaniach komercyjnych, lotniczych i wojskowych, pojawiają się też coraz częstsze i poważniejsze problemy z interferencjami. Aby zminimalizować ich wpływ, w wielu systemach, zwłaszcza lotniczych i wojskowych, a także w niektórych systemach komunikacyjnych 5G przenosi się komunikację do coraz wyższych częstotliwości sięgających zakresu fal milimetrowych. Inne udoskonalenia w tym zakresie obejmują wykorzystywanie wąskich impulsów radarowych i silnie zaszyfrowanych sygnałów komunikacyjnych.

Choć takie podejście może pomóc w eliminowaniu interferencji zewnętrznych, utrudnia równocześnie rozwiązywanie problemów podczas pracy w terenie, co wymusza wykorzystanie nowych narzędzi i technologii do utrzymania wdrożonych systemów. Jednym z przykładów może być analiza widmowa w czasie rzeczywistym (RTSA), szczególnie przydatna do wyszukiwania interferencji i monitorowania sygnałów.

Dodając funkcję szybkiego, bezstratnego pomiaru RTSA do ręcznego analizatora widma lub analizatora łączonego (analizator widma i analizator obwodów), personel techniczny może przy użyciu tylko jednego narzędzia wykrywać, lokalizować i rozwiązywać problemy z interferencjami.

Jak radzić sobie z analizą współczesnych sygnałów zakłócających

Rys. 1. Ręczne analizatory FieldFox z funkcją RTSA, zaprojektowane do pomiarów w terenie ważą jedynie 3,2 kg i zapewniają 4-godzinną pracę na akumulatorze

Współczesne systemy stanowią niemałe wyzwanie dla personelu technicznego. Dla przykładu, systemy radarowe i tzw. wojny elektronicznej (EW) pracują z coraz większą dynamiką. Coraz większe zagęszczenie sieci komunikacyjnych o dużej przepustowości, pracujących w różnych formatach, zwiększa prawdopodobieństwo pojawienia się problemów z interoperacyjnością.

Wiele opracowanych w ostatnim czasie technik transmisji sygnałów wykorzystuje modulację impulsową, gdzie występują kombinacje impulsów o krótkim czasie trwania i małej mocy.

Gdy tego typu sygnały interferują z pobliskimi sygnałami radiowymi, rozwiązywanie problemów staje się jeszcze trudniejsze, jeśli korzysta się jedynie z tradycyjnych analizatorów widma. Mają one trudności z rejestracją i identyfikacją sygnałów, których czas trwania, moc i zachowanie jest nieprzewidywalne.

Gdy sygnały stają się coraz bardziej złożone i ulotne, techniki pomiaru bezprzerwowego, takie jak RTSA, z wcześniejszych zastosowań niszowych stają się coraz chętniej wykorzystywane.

Przyrządy pomiarowe, takie jak ręczne analizatory FieldFox firmy Keysight, idą o krok dalej, umożliwiając wykonanie tego typu pomiarów przy użyciu pojedynczej, przenośnej jednostki, eliminującej konieczność przewożenia do pracy w terenie wielu przyrządów stacjonarnych, pobierających znaczną moc ze źródła zasilającego (rys. 1).

Wyświetlanie istotnych informacji

Rys. 2. Rozkład gęstości z wybranym przez użytkownika czasem poświaty ułatwia obserwację zachowania wielu sygnałów zajmujących ten sam kanał częstotliwościowy

Wraz z coraz bardziej złożonymi środowiskami sygnałowymi coraz ważniejsze staje się umieszczenie na pojedynczym ekranie dużych ilości danych. Dla przykładu, FieldFox z funkcją RTSA może wytworzyć ponad 120 tys. obrazów widma w ciągu sekundy, choć ludzkie oko wykrywa tylko 30 obrazów na sekundę. Dlatego też, aby w pełni wykorzystać zalety pracy w czasie rzeczywistym, każda aktualizacja powinna móc zaprezentować 4000 obrazów w użyteczny sposób.

Najwięcej informacji na ekranie można zaprezentować, kompilując statystyki i wyświetlając częstotliwość występowania konkretnych wartości (np. specyficznej amplitudy na specyficznej częstotliwości). Przykładem może tu być wyświetlanie rozkładu gęstości, czyli widma wzbogaconego informacją o częstotliwości występowania. Na tego typu obrazach informacje koduje się za pomocą kolorów lub intensywności ścieżki, a funkcja poświaty ma skupiać uwagę użytkownika na najnowszych danych pojawiających się na tle starszych, które ulegają stopniowemu wygaszaniu (rys. 2).

Takie podejście pozwala użytkownikowi zaobserwować i skupić uwagę na zdarzeniach lub zaburzeniach pojawiających się rzadko, a następnie wydzielić je spośród innych. Zmieniając poświatę i sposób kodowania kolorami, można uwypuklić specyficzne zachowanie się sygnału.

RTSA pozwala wykryć sygnały pojawiające się w obrębie innych sygnałów. W środowisku o dużej dynamice trudno zaobserwować słaby, ulotny sygnał występujący na tle sygnału o szerszym widmie, silniejszego i częściej występującego. Regulując czas poświaty, można wyróżnić niewielkie różnice uwypuklające sygnał ulotny (rys. 3).

Usprawnianie pomiarów w czasie rzeczywistym

Rys. 3. Ten pomiar uwidacznia sygnał wąskopasmowy w.cz. ukryty na tle szerokopasmowego sygnału W-CDMA

Charakteryzacja sygnałów radarowych przy pomiarach w terenie jest dobrym przykładem. W systemie z radarem impulsowym analizator musi zapewnić różne nastawy RBW i rozciągu skali, aby umożliwić pomiar takich parametrów, jak częstotliwość powtarzania impulsów (PRF), szerokość impulsu, współczynnik wypełnienia i moc szczytowa. W przypadku testów over-the-air funkcje precyzyjnego wyzwalania są niezbędne do rejestracji impulsów specyficznych.

Ekran spektrogramu umożliwia podgląd całego ciągu impulsów w określonym przedziale czasu oraz dodatkowo pozwala wybrać indywidualne widmo częstotliwościowe (pozioma linia w spektrogramie) do analizy w oddzielnym oknie (rys. 4). Tego rodzaju pomiaru nie można wykonać na zwykłym analizatorze widma z przemiataniem.

Jeśli którykolwiek z impulsów nie przeszedł testów weryfikacyjnych, źródło problemu często ujawnia się wewnątrz systemu: w module nadawczo-odbiorczym, filtrze, antenie czy kablu. Dzięki wbudowanemu analizatorowi VNA i testerowi kabli/anten, ten sam analizator FieldFox może być wykorzystany do pomiaru odpowiedzi fazowej i strat wtrąconych przy rozwiązywaniu problemów z modułami wchodzącymi w skład systemu radarowego.

Lokalizowanie źródeł interferencji

Rys. 4. Spektrogram (górny wykres) wykorzystuje kodowany kolorami widok zmian widma (oś X) w czasie (oś Y) ujawniający impulsy o różnej szerokości, a każde indywidualne widmo (dolny wykres) pozwala użytkownikowi oglądać szczegóły w określonym momencie

Po podłączeniu ręcznej anteny kierunkowej do analizatora możliwe jest nie tylko rozróżnianie sygnałów w czasie i częstotliwości, ale również w przestrzeni. Ponieważ źródła interferencji znajdują się w innych lokalizacjach niż źródło sygnału użytecznego, celowanie anteną kierunkową w różne punkty pozwala lepiej je wyróżnić. Kierunek anteny, przy którym moc sygnału zakłócającego jest największa, wskazuje położenie jego źródła.

Podsumowanie

Wraz z coraz szerszym wykorzystaniem technologii komunikacji bezprzewodowej, stosowanie zaawansowanych narzędzi pomiarowych staje się niezbędne do efektywnego utrzymania wdrożonych już systemów komercyjnych, lotniczych i wojskowych. W analizatorach ręcznych FieldFox i analizatorach łączonych pracujących w zakresie fal milimetrowych RTSA jest funkcją szczególnie użyteczną podczas wyszukiwania interferencji i monitorowania sygnałów.

Personel techniczny za pomocą pojedynczego przyrządu może teraz wykrywać, lokalizować i rozwiązywać problemy z interferencjami w wielu sytuacjach. Więcej informacji można znaleźć pod adresem www.keysight.com/find/FieldFox.

Rolland Zhang
Keysight Technologies
AM Technologies

www.amt.pl