隨著數字信號處理技術的發展、數據總線帶寬和存儲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信息實時、無失真、連續的的記錄下來，通常稱作射頻流盤（RF Streaming）。監測人員可以采用頻譜分析、數字信號處理、統計分析、解調、解碼等方法對記錄信號進行后分析，也可以模擬現場電磁環境把記錄信號用信號源重新發射出來。

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，最后介紹是德科技和X-COM提供的成熟射頻流盤和分析方案。

1、什么是射頻流盤

流盤是將儀器設備采集或處理后的數據實時、連續的傳輸到存儲設備記錄。數據采集前端是傳感器、數據采集器或者頻譜分析儀等測試儀表。采集和記錄的數據是實時采樣點或者經過處理的IQ數據。兩種記錄數據區別如表1所示：

實時采樣點	IQ數據
采樣數據包含載波和信息	載波信息被移除，只包含帶內信息
基帶采樣，采樣率大于信號最高頻率分量的兩倍	帶通采樣，采樣率滿足帶通采樣定律

表1、實時采樣點和IQ數據區別

從上表可以看出，實時采樣點適合記錄基帶和低速信號，IQ樣本點適合記錄有載波調制的射頻信號。去除載波的IQ數據，既有利于壓縮數據量減少存儲樣本，又有利于后期信號分析和回放。射頻流盤和回放系統通常記錄IQ數據，系統結構如圖1所示：

圖1、射頻流盤系統結構

信號記錄通路射頻變換包括預選濾波、下變頻、中頻濾波、信號調理、數據采集和IQ解調，建議使用通用的信號分析儀，既可以保證采集和存儲信號的質量，又有利于系統維護。信號分析儀輸出的IQ數據通常是12位或者14位ADC的采樣結果，不能直接寫入磁盤陣列（RAID），需要通過FPGA組成的控制電路實現信號變換、同步和路由，然后通過RAID控制器接口寫入磁盤陣列。記錄的頻譜數據可以通過相反的過程，由信號源重新發射出來，或者復制到工作站后使用專用的軟件回放分析。

2、射頻流盤在監測領域的應用討論

射頻流盤擴展了信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后的結果，后期能分析的數據和方法非常少。而射頻流盤能夠監測和保存所有中頻電路數字化后的信息，不僅可以復現當時的監測結果，還支持解調、解碼、搜索、相關、統計等方法對長時間頻譜信息進行不同維度的分析。射頻流盤在信號監測領域的應用包括：

2.1、信號記錄和舉證

對于監測接收機和頻譜儀測量的信號，監測人員通常利用經驗來判斷是正常信號還是干擾信號，對干擾信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信號可能有很多，記錄的信息作為干擾信號舉證并不充分。

射頻流盤記錄了射頻信號數字化后的所有信息，不僅可以從頻域上復現和分析干擾信號，配合解調、解碼等技術手段，還可以分析出干擾信號發射參數、傳遞內容，作為干擾信號的舉證充分完整。

2.2、信號解調和解碼分析

目前有比較完備的技術手段對模擬信號進行偵聽。但是由于調制方式復雜多樣、信源和信道編碼、加密等原因，數字信號很難被偵聽。射頻流盤開辟了監測信號后分析的應用。無線電監測人員可以使用各種信號分析軟件對流盤數據進行解調、解碼分析的嘗試，也可以把記錄內容轉給專業單位對信息進行解析。

以記錄的未知數字調制信號為例，使用矢量信號分析軟件(Vector Signal Analyzer)，自動或者手動設置調制方式、符號速率、濾波器等參數，能夠恢復出信號的比特流。采用合適的解碼器或協議分析儀，可以從比特流中恢復出傳遞信息。

2.3、數字信號處理分析

射頻流盤記錄的IQ數據支持Matlab、VSA等數字信號處理軟件進行分析。可以在頻域上對記錄信號重新進行分析，例如信號的回放中更改分辨率帶寬(RBW)、參考電平、檢波方式等設置，以及增加數字濾波器。也可以使用短時傅里葉變換、時頻分析、小波變換等能表征時域和頻域信息的方法對信號進行分析。

2.4、信號統計分析

對于頻譜利用率、信號出現概率和頻次、信號相關性、時分信號周期等需要長時間觀測和計算的統計信息，監測接收機和頻譜儀無法直接測量，使用掃頻記錄的信號包絡進行分析也有很大的測量誤差。借助射頻流盤專用的回放、搜索、統計分析軟件和Matlab等工具，可以準確的解決信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、數據采集器、數據記錄儀、數據回放和分析軟件等。選擇射頻流盤系統需要考慮的因素主要包括：

3.1、記錄信號質量

為保證對記錄信號進行準確的分析以及解調、解碼，射頻流盤記錄信號的質量至關重要。記錄信號質量主要由射頻電路和中頻電路的性能決定。射頻前端的帶內平坦度和線性相移需要經過校準，以保證信號下變頻過程中不失真。中頻電路主要包括信號調理、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的采樣位數越高，量化誤差和量化噪聲越小，系統動態范圍越大。無雜散動態范圍（SFDR，Spurious Free Dynamic Range）是衡量兩部分電路綜合性能的指標，SFDR指帶內最大信號的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記錄帶寬內SFDR通常＞75dBc。

3.2、頻率范圍和帶寬

射頻流盤系統頻率范圍由前端下變頻器或信號分析儀的頻率范圍決定，目前可以覆蓋短波、超短波、微波。射頻流盤的帶寬與ADC的性能、數據總線帶寬、磁盤陣列讀寫速度等相關。目前最大記錄帶寬超過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帶寬和存儲容量直接相關。以100MHz記錄帶寬為例，IQ采樣率通常為2.5倍，存儲每個樣本點2Byte(12或14bit ADC)，記錄信息速率是500MB/s，1TB硬盤可以記錄33分鐘。

射頻流盤可以設置頻譜模板觸發、環境電平觸發、時間限定電平觸發、數據幀觸發等觸發條件開啟，從而只記錄感興趣的信號，減少數據量。

3.4、附屬信息

射頻流盤除了記錄頻段IQ數據，還可以記錄GPS位置和時間、Marker、系統配置等信息，后續的分析中可以調用這些附屬信息進行地圖映射、信號歸類、統計處理等工作。

3.5、數據回放和分析軟件

對流盤記錄數據的分析為監測工作提供更多有價值的信息。首先要求記錄數據格式開放，可以被Matlab、VSA等信號分析軟件和解調解碼軟件調用。其次射頻流盤方案需要提供軟件工具對記錄數據進行回放、搜索、截取保存等操作。

4、是德科技射頻流盤方案

是德科技N9040B信號分析儀和X-COM公司IQC5000B信號記錄儀組成的系統是目前高性能射頻流盤系統的典型代表。整套系統不僅硬件指標出色，而且配套的Spectro-X、89601B信號回放分析軟件功能強大。系統射頻前端是N9040B高性能信號分析儀，分析帶寬（1GHz）、實時頻譜帶寬（510MHz）、無雜散動態范圍（78dBc）、相位噪聲等指標在行業內全面領先。IQC5000B信號記錄儀在國外信號監測、國防和安全領域有廣泛的應用，部分指標如表2所示：

表2、IQC5000B射頻流盤記錄設備指標

系統硬件設備如下圖2所示，整套系統連接配置簡單，流盤控制軟件和信號回放分析軟件都可以安裝在N9040B信號分析儀上，無需外部控制電腦。流盤記錄數據通過PCIe Gen 2總線傳輸到N9040B或外部工作站進行分析。

圖2、N9040B +IQC5000B射頻流盤系統

Spectro-X是X-COM公司提供用于信號回放分析的軟件，支持頻譜、IQ包絡、瀑布圖的回放分析，以及信號搜索、截取和部分數字信號處理功能。IQC5000B記錄數據格式為.xdat文件，提供Matlab接口函數類。圖3是使用Matlab對IQC5000B記錄頻譜進行時頻分析的結果繪圖。

圖3、xdat數據時頻分析繪圖

5、總結

射頻流盤擴展了信號監測和分析的技術手段。與寬帶實時頻譜功能配合，射頻流盤非常適合記錄分析瞬變和跳變干擾，統計信號周期和持續時間等信息。某些干擾信號，信號監測現場可能沒有處理手段或處理能力進行分析，采用射頻流盤的方式可以對信號進行事后分析、解調解碼等工作。射頻流盤作為新的技術工具，在信號監測工作中還有很多應用值得深入探索和研究。

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