理想狀態下，接收機將使用磚墻式濾波器，放大器和混頻器將永不失真，命令中心始終協調頻譜運行，“堵塞”是一個僅會在早餐和舉行音樂會時出現的術語。此時，干擾將會出現。

干擾分為有意干擾和無意干擾兩類。無意干擾是射頻環境的一部分: 手機、無線鏈路、無繩電話、地面電視、醫療電子設備等都會產生無意干擾。有意干擾是專門創建的信號，目的是破壞目標接收機的運行。我們重點關注有意干擾，最終目標是抵制多余信號。建議的解決方案包括四步:
● 捕獲現場信號
● 在實驗室進行分析
● 仿真并回放信號
● 開發解決方案

由于此類干擾都是間歇的瞬時信號，捕獲信號可能需要數秒、數分鐘或數小時的數據。為了確保完整的分析圖，捕獲數據必須是無間隙的連續信號。

應用安捷倫和 X-COM Systems 的商用現貨 (COTS) 硬件和軟件組件即可實現上述目標。該系統可加快篩選和深入分析 TB 級數據的速度，并且能夠在捕獲、分析、仿真和回放整個流程中保持最初的信號保真度。所有組件均為商用現貨產品，因此該解決方案能夠提供可追蹤的性能，可以輕松針對傳統應用重新部署。

問題

通常，發射有意干擾具有明確的目的: 中斷通信、阻塞雷達系統、欺騙或破壞目標接收機。此類干擾屬于間歇或瞬時信號，通常很難發現或確定來源。

在此情形下，我們需要捕獲和分析包含干擾信號的整個頻譜數據集合。這需要采集數秒、數分鐘乃至數小時的頻譜數據，并將占用幾GB 乃至幾 TB 的磁盤空間。

大多數情況下， 存儲容量可能是最容易解決的問題，連續采集高保真數據的難度更大。捕獲并存儲海量無間隙數據后，接下來的挑戰是如何篩選出一個或多個干擾事件。提取每個事件有用的信號信息— 時域、頻域和調制域，我們可以獲得深入的分析。

解決方案

解決方案的設計理念是“捕獲干擾即信息”。提取信號信息的速度越快、精度越高，您就能更好地理解干擾信號對目標系統的影響，進而更快地制定和部署應對措施。

此解決方案的方框圖如圖 1 所示。如上所述，該系統可以執行捕獲、分析、仿真和回放等重要步驟。

圖 1. 將捕獲的干擾數據轉換為有用信息的系統方框圖流程

信號捕獲和分析

信號捕獲和分析使用三個硬件元件: 信號分析儀、數據記錄儀和外部數據包。如圖 2 左側和中間圖片所示。

Agilent X 系列信號分析儀: 圖中顯示的 PXA 是安捷倫旗艦級信號分析儀產品。取決于性能要求，用戶也可使用 MXA 或 EXA。使用 X 系列分析儀作為前端下變頻器和中頻數字化儀可以從開始即確保最高的信號保真度。

X-COM IQC-2110 數據記錄器: 輸入記錄器的是信號分析儀的數字 I/Q樣本流。IQC-2110 對 I/Q 數據進行格式化，使用外部標記事件為其添加標簽，并添加時間和 GPS 標識，然后發送至數據包。

X-COM 數據包: 該設備可采用 2、4、8、12 或 16 TB 的容量配置。

結合解決方案中的軟件組件，您可以執行不同的后期處理活動。

X-COM Spectro-X 信號分析軟件: 主要功能包括預處理大型數據集和定位可疑信號。Spectro-X 包含搜索引擎， 可以識別和“ 標記”(fingerprint) 波形，并具有“剪切和保存”功能，支持在 89600 矢量信號分析 (VSA) 軟件中回放信號。

Agilent 89600 VSA 軟件: 安捷倫業界領先的信號分析 (VSA) 軟件提供多個觀測復雜信號的方法，內置功能支持超過 70 類標準和信號，可實現比特級調制分析。

圖 2. COTS 硬件和軟件組合能夠確保高保真捕獲、分析、仿真和回放

信號仿真和回放

該系統包括信號生成軟件、基帶發生器和矢量信號發生器，用于信號仿真和回放。如圖 2 中底部和右側圖片所示。
X-COM 射頻編輯器: 該軟件可用于創建包含記錄文件的信號情景。該軟件的功能包括波形剪切、縫合、轉換、過濾和循環。生成的波形可下載至 CPG-2110 進行回放。

X-COM CPG-2110 連續回放發生器: 該基帶發生器用于驅動矢量信號發生器的 I 和 Q 調制輸入。安捷倫矢量信號發生器: 示例型號包括 PSG、EXG 和新型 MXG。矢量信號發生器對 I/Q 調制進行上變頻轉換，并作為空中信號源。

結果: 信號捕獲和分析

圖 3. 直觀觀察捕獲的頻譜數據, 發現四個需要關注的區域。

下面我們通過實際干擾案例簡要介紹該解決方案的功能。首先，使用 PXA 信號分析儀采集數據，并將 40 MHz 寬的捕獲數據流化，輸入IQC-2110 記錄器和 2-TB 數據包。持續無隙捕獲數據 10 分鐘，生成 120 GB的數據。

干擾信息

使用 Spectro-X 可直觀查看捕獲的數據，以尋找需要關注的干擾信號。全部 600 秒捕獲數據的幅度/時間測量概覽圖顯示有四個不同時間段可能存在我們需要關注的活動(圖 3)。

快速分析約 400 秒至 500 秒時段可知信號為 802.11b Wi-Fi 傳輸信號。此外，Spectro-X 的搜索工具發現其余三個包含大量活動的時段: 50 秒至 140 秒、230 秒至 350 秒和 510 秒至540 秒。頻域分析提供以下信息:
● 時段 1: 約 50 秒至 140 秒，共包括137000 個載波信號。
● 時段 2: 在一臺 IEEE 802.11g 發射機運行的約 230 秒至 350 秒之間，概圖清晰顯示存在未知信號。未知信號持續約五秒時間。
● 時段 3: 約 510 秒至 540 秒，有 20000個任意載波信號。

圖 4. 在頻譜圖 (上圖) 中, 疑似干擾信號侵入了有序載波信號。

如圖 4 所示，關注時段 2 頻譜圖和持續頻譜格式的視圖。頻譜圖 (上圖) 顯示，有序載波信號頻譜中插入了兩個猝發干擾。

Spectro-X 的“標準搜索”功能可用于識別有序載波 (本例中載波確認為 802.11g 信號)。如圖 5 所示，搜索參數包括置信限制 (本例中設為 40%)、可選標準類型 (此處設為802.11a/g) 以及關注的捕獲數據時間范圍 (設為 250 秒至 300 秒)。

置信限制可以幫助確定與理想無線標準相似的信號。置信值與理想無線標準信號有關，用于定義參考信號和捕獲信號之間需要的關聯度。該數值小于 100%，可以反映干擾信號影響目標信號的嚴重程度。

在本例中，搜索發現了超過 92000個與 802.11g 參考信號相似的信號。

同預期一致，出現嚴重衰減的區域正是出現干擾信號的區域: 如圖6 所示，關聯度從 80% 以上降至 50%以下。

圖 5. 利用“標準搜索”對話框選擇參數, 例如可選無線
標準和需要的關聯度

圖 6. 搜索結果概覽顯示高置信度和低置信度區域

使用頻譜圖顯示查看所有關聯度較低的區域 (圖 7)，這樣可以準確找到干擾信號出現的五秒時段。
接下來，我們將相關的 I/Q 數據導出到 89600 VSA 軟件進行詳細分析。在干擾信號出現之前，多項關鍵指標顯示調制質量良好 (參見圖8)。干擾信號對調制質量產生了重大影響: 干擾信號對傳輸的干擾完全擾亂了信號導頻和凈荷載波 (圖 9)。

案例背景

上述案例發生在一個網吧中。案例中的無意干擾來自一臺微波爐:員工每次加熱油酥餅或三明治時，它就會破壞 Wi-Fi 連通性。盡管本例是一個相對簡單的情景，但建議的步驟適用于其他包含干擾的情景: 例如無線通信、遙測鏈路、飛行區間運行、信號情報(SIGINT)、信號互操作性等。該流程也適用于三種最常見的使用情景: 記錄威脅并在實驗室回放、在實驗室記錄并在實驗室回放、在實驗室創建并在現場回放。

圖 7. Spectro-X 60-μs (從頂部至底部) 的頻譜圖顯示干擾擾亂了
802.11g 信號的參考序列 (3-11 μs) 和凈荷 (11 μs 及以上)。

圖 8.干擾信號出現之前: OFDM 星座圖 (左上角)、EVM 圖 (右上角) 和
頻譜圖 (左下角) 均顯示正常。

圖 9. 干擾信號出現后: OFDM 星座圖 (左上角)完全散亂, EVM 圖
(右上角) 出現異常, 頻譜圖 (左下角) 出現大的尖峰。

結論

各類干擾都可能影響關鍵國防系統。擁有射頻診斷工具對設計人員至關重要，這可以幫助他們發現電磁頻譜中的真實情況。為了開發成功的干擾抑制戰略和解決方案，提取有用的射頻診斷信息是第一步。

如前所述，安捷倫和 X-COM 通力合作，推出了性能出眾的測量與分析系統，可以確保在廣泛頻率范圍和長時間無間隙數據捕獲中保持高信號保真度。捕獲信號后，我們可以搜索信號以尋找特定干擾類型，并展開詳細分析。我們還可以應用軟件處理信號，以仿真其他干擾情景。此外，重新播放完整的干擾記錄可用于仿真電磁環境 (EME) 和測試互操作性。

相關文獻

● 手冊: X 系列信號分析，5990-7998EN
● 手冊: PXA X 系列信號分析儀 N9030A ，5990-3951EN
● 手冊: 89600 VSA 軟件，5990-6553EN
● 解決方案手冊: 射頻干擾故障診斷，5990-9511EN
● 解決方案手冊: 射頻干擾分析，5990-9243EN
● 解決方案手冊: 頻譜管理解決方案，5990-9089EN
● 應用指南: 捕獲持續時間長或數據量大的事件，5990-7734EN
● 如欲獲取更多關于 X-COM、Spectro-X 和射頻編輯器的信息