解读频谱分析中100% POI 的误区.docVIP

. . 解读频谱分析中100% POI 的误区 引言 二十年前，第一代实时频谱分析仪诞生，“触发、采集、分析”成为主打词。然而当时人们在理解实时频谱分析技术时，往往忽视了“触发”，却更多地关注采集与分析，特别是所谓的“无缝采集”，使得许多人误解为只要实现了“无缝”采集，就是所谓的实时。八年前，当DPX数字荧光频谱推出后，100% 侦听概率（POI）的概念又成为新的主打词，随后又被广泛接受，多款具有“余晖”技术的频谱分析仪也应运而生。在这些频谱分析仪中，100% 侦听概率指标最优的达一点几个微秒。 最近市场上又推出一款号称具有1微秒100% POI指标的便携式频谱仪，它也是建立在IQ分析基础上的，很难想象价格仅相当于前面提到的那些频谱仪四分之一的便携式频谱仪具有这种逆天的指标。实际上这种不切实际的指标的提出，是对100% POI指标理解的误区，明确地说，提出这样指标的人，犯了20年前人们对实时频谱分析技术理解的错误，将IQ分析的频谱分辨率与频谱仪的100% POI指标混为一谈。为此，我们很有必要深入解读什么是频谱仪100% POI指标，什么是IQ分析的频谱时间分辨率，让大家从误区中走出。 100% POI 的定义 什么是频谱仪的100% POI 指标？简单来说，就是频谱仪在分析带宽内，自由运行状态下，以100% 的概率发现频域中的事件，该事件所需最短的驻留时间。100% POI指标是一个时间值，比如这个指标为125us，即表示该频谱仪在自由运行状态下，可以在分析带宽内，以100% 的概率发现频域驻留时间大于125us的事件。那么如果一个事件在频域里的驻留时间小于125us，比如50us，那么这台频谱仪是否就不能发现这个信号？非也，这台频谱仪仍然可能发现这一事件，只是概率降低而已。 这里特别强调了自由运行。什么是频谱仪自由运行状态？这要从频谱仪的实现方式谈起。图一示意出市场上的两种频谱仪的原理框图。上图是传统的扫频频谱仪原理框图，下图为IQ分析仪或矢量信号分析仪实现频谱显示的原理框图。传统扫频频谱仪几乎都工作在自由运行模式（除了某些特定的模拟触发运行）。 图一 不同频谱仪原理框图 扫频频谱分析仪在某一跨度下的扫描时间，就是该频谱仪在该跨度下的100% POI指标，这一点无需赘述。对IQ分析仪，其100% POI指标则是以该类仪器在某一跨度下自由运行时频谱的刷新时间来确定。 IQ分析仪实际上有两大功能，一是IQ分析（矢量信号分析）功能，这应该是IQ分析仪的主要功能，二是频谱分析功能，其主要机理是FFT。从这一点来看，IQ分析仪的频谱分析功能实际上只是它的“副业”。在做IQ分析（矢量信号分析）时，IQ分析仪工作在采集模式下，即采集一定时长的IQ数据后，再做离线的IQ分析（矢量信号分析），这些分析中当然也包括频谱分析。这种采集模式可以重复运行，即IQ分析仪首先进行一个单次采集，完成全部离线分析后，再按相同条件重复采集，重复离线分析。 严格地说，IQ分析仪都工作在采集模式下，那它的自由运行从何而来？这一点我们将在下一节详细讨论，简而言之，IQ分析仪的自由运行，是它在仅显示频谱功能时，在设定的RBW状态下，仅用必需的采集时间采集IQ数据，再做FFT显示频谱。也就是说，IQ分析仪自由运行的频谱有两个条件，一是IQ分析仪仅开启频谱功能，其它任何分析功能全部关闭，二是IQ分析仪的采集时长仅仅是某一频谱设置下的必需的长度，多一点都不是自由运行。 关于第二点，需要深入阐述，为此我们在下一节从原理上对IQ分析仪的频谱显示做进一步阐述。 IQ 分析仪中的频谱显示 IQ分析仪的频谱显示，其基本原理是FFT，这里不做过多的赘述。本节中我们将对IQ分析仪中的一些重要参数做深入地说明，因为这些参数在扫频频谱仪中是没有的。IQ分析仪中的重要参数有两类，下面分别介绍。 与采样定理相关的参数 首先需要说明的是采样定理，因为FFT频谱的前提是采样及A/D转换。采样定理又称香农采样定理，或奈奎斯特采样定理，是信息论，特别是通讯与信号处理学科中的一个重要基本结论，其原理为在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率大于信号中最高频率（简单滴说就是信号的带宽）的2倍时，采样之后的数字信号可以完整地保留原始信号中的信息，一般实际应用中通常采样频率为信号最高频率的2.5～10倍，这中情况被称为过采样。 采样定理已经在仪器界被广泛应用，数字存储示波器是采样定理最直接的应用，由于示波器需要在时域中测试信号的细节，因此示波器的采样频率通常高于带宽的5倍以上。IQ分析并非直接应用采样定理，而是将采样后的IQ数据对做各种数学变换，从而得到分析结果。因此，任何数字存储示波器都可以做IQ分析，但本文提到的IQ分析仪专指以频谱分析为基础的分析仪器。IQ分析仪的频谱显示，虽然无需观测时