复杂电磁环境中信号采集与回放

简介
        伴随各种无线通信技术的发展，越来越多的无线电设备应用在实际工作中。而对于无线设备相互之间的工作兼容性问题，出现的问题通常不持续发生，具有偶发特性，不容易复现问题，难以对问题发生的原因进行分析。针对这样的测试需求，罗德与施瓦茨公司针对无线信号的记录与回放，推出了高性能的IQ数据记录仪，该记录仪可以记录和播放数字IQ数据流，与罗德与施瓦茨公司的频谱仪和信号源产品，通过数字I/Q接口连接，支持进行无线信号的存储与回放。
系统组成
        罗德与施瓦茨公司的复杂电磁环境采集与回放系统主要包括前端接收机（如FSW/FSV）、IQ记录仪（如IQR/IQW）和后端矢量信号源（如SMW200A/SMBV100A），系统框图如下所示。

图1 复杂电磁环境采集与放回系统框图        一个完整的射频信号采集与回放系统，需要一台信号与频谱分析仪、一台IQ数据记录仪和一台矢量信号源。其中:
        1、频谱仪是射频信号的接收和采集设备。频谱仪实现对指定中心频率的射频信号下变频至基带，根据指定的AD采样率对射频信号进行实时采用转换为数字IQ信号。通过对放大器/衰减器的调节改变接收动态范围来适应不同功率的射频信号。
        2、IQW数据记录仪有两种工作模式：记录与回放，两种工作模式同时只能选择其一。在记录模式下，IQW实时接收频谱仪发送的数字信号存储在本地硬盘。存储的开始时刻与结束时刻都通过对IQW的设置操作决定；数据记录的速度由频谱仪发送的速度决定；在回放模式下，IQW实时从本地硬盘读取数据发送到矢量信号源。开始发送时刻由对IQW的操作决定，在IQW中可以设置循环发送/单次发送；数据发送的速度一般记录在数据文件中。
        3、矢量信号源再生射频信号。矢量信号源接收IQW发送的IQ数据再生模拟信号，根据指定的射频中心频率和平均功率变频至射频并发射。
信号采集过程


        空间无线信号经过天线进入频谱分析仪前端，经过频谱仪接收机前端，将射频信号下变频至中频进行AD采样。信号变换到数据域后，进行IQ分离以及速率变换，之后数字IQ信号经数字接口，传送至IQW进行记录。使用频谱仪内部的存储器在采集信号的同时，也可以保存信号。但如果想不间断的保存信号，其最大容量受限于频谱仪的内存大小，超过此容量，采集数据将出现“盲区”。而采用FSW采集，IQW数据记录仪存储IQ信号的方法，信号是连续进行存储，不存在信号采集盲区。
信号回放过程

        数据IQ记录仪播放记录的数字IQ数据，经数字端口将数字IQ数据送入矢量信号源SMW200A的基带端口，数字IQ数据在矢量信号源内部，经数模变换后，经过IQ调制器上变频，以及射频端的自动电平控制环路，将信号回放至用户设定的电平和频率点上。
系统性能及指标
        新一代的高速数字记录仪R&S®IQW最大可以实现512MHz带宽射频信号的记录/回放，读写速率接近640M Sample/s（2560M bytes/s）,采用插拔式QSFP+高速数字IQ输入/输出接口，具备GPS跟踪功能，配备6.4TB超大容量固态硬盘，512MHz带宽信号最大记录时间可达41分钟。

图2 IQW中信号带宽与记录时间关系图       
                频谱仪：FSW
        FSW频谱分析仪，提供8/13.6/26.5/43.5/50/67GHz/85GHz型号。分析带宽28M/40M/80M/160M/320M/512MHz/1200MHz/2GHz/5GHz，提供模拟解调，数字解调，脉冲解调，实时频谱分析等选件功能。

        矢量信号源：SMW200A
        SMW200A矢量信号源，提供3G/6G/12.75G/20G/31.8G/40GHz型号，调制信号带宽最大可到2GHz，支持产生各种调制类型信号。