Aufzeichnung und Analyse diskontinuierlicher Signale

Das Messen komplexer HF-Signale birgt zwei zentrale Herausforderungen. Sehr sporadisch auftretende Signale sind mit traditionellen Messinstrumenten schwierig zu erfassen. Mit den neuesten Digitizern und digitalen Schnittstellen lassen sich für solche Fälle erfreulicherweise HF-Streaming-Lösungen realisieren, die Signale über Sekunden, Minuten oder sogar Tage aufnehmen. Die daraus resultierende Datenmenge stellt eine weitere Herausforderung dar. Eine optimierte Kombination aus Messhardware und Software macht die Reduktion und Analyse der Messdatenflut beherrschbarer und beschleunigt die Antwortzeiten. Eine schlüsselfertige RF-Streaming-Lösung von Keysight Technologies und X-Com Systems vereinfacht und beschleunigt die Aufzeichnung und Analyse sporadisch auftretender und diskontinuierlicher Signale.

Hochleistungs-HF-Streaming

Die kontinuierliche und lückenlose Aufzeichnung einer komplexen HF-Umgebung ist ein gängiger Weg, um  sporadische und intermittierende Signale zu erfassen und sie anschließend mittels Wiedergabe und Nachbearbeitung zu analysieren. Die Signalanalysatoren N9040B UXA und N9030B PXA von Keysight ermöglichen das Streaming von I/Q-Daten mit bis zu 255 MHz in Echtzeit auf das Signalaufzeichnungs- und -wiedergabesystem IQC5255B von X-Com. Mit bis zu 15 TB Speicher kann der Rekorder Daten über mehr als drei Stunden bei voller Bandbreite erfassen.

Nahtlose Konfiguration und Aufzeichnung

Wenn sich im Messumfeld mehrere Signalquellen mit unterschiedlichem  Signalpegel befinden, kann es schwierig sein, Low-Level-Signale unter solchen mit viel größerer Amplitude herauszufinden. In der beschriebenen Streaming-Lösung bietet der PXA- oder UXA-Analysator einen störungsfreien Dynamikbereich (SFDR) von 78 dBC über den gesamten 50-GHz-Frequenzbereich. Die Aufzeichnung erfolgt mithilfe der hochauflösenden 16-Bit-I- und Q-Capture-Funktion des Rekorders, um tiefere Einblicke in das Signalverhalten zu ermöglichen.

Die nahtlose Integration von Analysator und Rekorder ermöglicht das Konfigurieren und Starten von Aufzeichnungen direkt im UXA oder PXA, was die Aufzeichnungssteuerung vereinfacht und einen externen PC oder Laptop überflüssig macht. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, die Live-Messungen auf dem Bildschirm des Analysators anzuzeigen, während gleichzeitig eine Aufzeichnung läuft.

Der Echtzeit-Spektrumanalyse-Modus (RTSA) ermöglicht Live-Messungen intermittierender Signale parallel zu einer gleichzeitigen Aufzeichnung. Keysight

Gezielt suchen und finden

Das Extrahieren nützlicher Informationen aus riesigen Datenmengen ist als Big-Data-Prozess zu sehen. Durch das Streaming mit 100 MHz I/Q-Bandbreite bei einer 16-Bit-Abtastrate über gerade einmal 10 Minuten entsteht eine 300 GByte große Datei, wobei heutige HF-Streaming-Anwendungen in der Regel sogar Bandbreiten von mehr als 200 MHz erfordern.

Die maximale Aufzeichnungszeit hängt von der verfügbaren Speicherkapazität und der Bandbreiteneinstellung des Analysators ab. Keysight

Über eine moderne Schnittstelle wie PCIe lassen sich große Dateien aus dem RAID (Redundant Array of Independent Drives) des IQC5255B auf den Analyserechner im UXA mit annähernd 1 GB/s übertragen. Sobald die Daten erfasst und als I/Q-Samples auf dem IQC-Rekorder gespeichert sind, erfolgt ihre Analyse, Auswertung und Verdichtung auf kompaktere Formate wie beispielsweise als MDF-Einträge (Mission Data File) oder PDWs (Puls Descriptor Words).

Sowohl im Zeitbereich (oben) als auch im Frequenzbereich (unten) hilft die Spectro-X-Software, kurzlebige Signalverläufe zu erkennen, wie diese Wechselwirkung zwischen einem Radarsignal und einem Störsignal zeigt. Keysight

Um aus diesen Rohdaten nützliche Informationen und verwertbare Ergebnisse zu machen, sind leistungsstarke Signalverarbeitungswerkzeuge erforderlich. Für einen Systemingenieur ist es zum Beispiel elementar wichtig, große Datenmengen durchsuchen und spezifische Signaleigenschaften isolieren zu können, um daraus zu erkennen, ob sein System wie erwartet funktioniert oder ob Zeitanomalien beziehungsweise unerwartete HF-Quellen existieren.

Mit der Spectro-X-Software kann man über automatisierte Algorithmen zur Signal- und Impulssuche sehr schnell in ein gewünschtes Aufnahmesegment zoomen. Die Software umfasst eine Vielzahl von Funktionen, von den einfachen Frequenz-, Zeit- oder Amplitudenfiltern bis zur anspruchsvollen Pulseingrenzung auf der Basis von Pulsbreite, Pulswiederholintervall (PRI) und anderen. Dieser Funktionsumfang erleichtert das Durchsuchen großer Datenmengen und das Auffinden seltener Ereignisse oder Signale.

Detailanalyse per Software

Sobald ein relevantes Signal oder Ereignis in Spectro-X erfasst ist, lässt es sich schnell in die 89600-VSA-Software exportieren, um weitergehende Analysen durchzuführen. Durch Aufziehen eines Rechtecks um den zu analysierenden Bereich schneidet man den ausgewählten Bereich aus. Mit den optionalen Pulsanalysefunktionen der Software (Option BHQ) lassen sich dann Pulsparameter tabellarisieren sowie die Modulationsqualität messen, berechnen und auswerten. Funktionen wie Frequenzmaske und Time-qualified-Trigger dienen zur Lokalisierung von Ereignissen bis auf einen einzelnen Impuls unter Tausenden. Die automatische Modulationserkennung pro Puls ermöglicht die schnellere und einfachere Analyse von Pulseigenschaften. Mit umfangreichen, flexiblen Anzeigeoptionen und Markern lässt sich nahezu jede Facette eines Signals betrachten, um wertvolle Informationen über das Signalverhalten zu erhalten.

Die automatische Synchronisation auf gepulste Signale und die automatische Erkennung der Pulsmodulation vereinfacht die tiefgreifende Pulsanalyse mit der 89600-VSA-Software. Keysight

Die Signalanalysatoren der X-Serie (UXA und PXA) sind ein Maßstab für moderne Messwerkzeuge, die in Verbindung mit dem Rekordersystem IQC5255B die Erfassung und Aufzeichnung von I/Q-Signaturen komplexer Pulsradarsignalumgebungen ermöglichen. Diese Gesamtlösung umfasst auch die Emulation von Szenarien durch die Fähigkeit, Signalaufzeichnungen über einen Vektorsignalgenerator abzuspielen. Durch die nahtlose Integration und unkomplizierte Bedienbarkeit ist diese Streaming-Lösung von Keysight und X-Com ein Hilfsmittel für den Schritt in die nächste Generation von Radarsystemen.

Der Beitrag basiert auf Unterlagen von Keysight.

(pet, jwa)