無線通信技術已成為當今信息驅動世界的重要組成部分。在如此依賴它的情況下，很容易忘記僅僅幾十年前頻譜環境的不同之處。這一轉變也使頻譜監測要求遠遠超出了以前的標準。但是，雖然頻譜的使用繼續發展，用于監測頻譜的設備基本上保持不變。然而，這些傳統的頻譜分析儀不再滿足當今復雜、密集和多樣化環境下的監測要求。

幸運的是，對于用戶來說，已經為這些新的現實設計和構建了一種新一代軟件定義的頻譜分析儀。基于相對較薄的軟件定義無線電(SDR)硬件設計，這些分析儀提供了更大的通用性，更好的性能，并增加了相對于傳統硬件，實驗室和手持設備的能力。這使用戶有能力以更低的成本和更豐富的多功能性獲得在今天的市場上的替代品，而且不損害性能。

本文將解釋頻譜的使用如何發展，以及它如何影響頻譜監測應用？例如信號情報/電子情報（SIGINT / ELINT），技術性反監視對策（TSCM）和管理監控。

說明為什么傳統的基于硬件的頻譜分析儀不適合這種新的現實應用？

介紹軟件定義的頻譜分析儀如何為用戶帶來全新的變革？

展示三個常見的應用案例，這些案例展示了利用軟件定義的無線電技術進行頻譜監測應用的優勢。

1、無線通信的興起

在過去的幾十年里，技術以驚人的速度進步。智能手機、平板電腦、可穿戴設備、新興的物聯網 （物聯網）和其他連接設備改變了我們的工作、玩樂和交流方式。不到10年前的尖端設備現在被認為是完全過時的。當然，隨著這些無線設備的不斷發展和普及，有必要應對頻譜監測的要求。

Cisco公司最近的一份報告強調了這一新的現實情況。2015年，全世界估計有163億個連接設備。隨著物聯網和其他技術的進步越來越廣泛，這一數字將繼續迅速增加。同一份報告預計至少會有2020年有262億個連接設備，每個設備都利用日益擁擠的頻譜。

不僅有更多的設備，而且這些設備現在也發送和接收更多的信號。一個標準的iPhone7 可以檢測和傳輸多達9種不同類型的信號，從4G/LTE到藍牙和GPS。 這只是一個開始，因為研究人員正在繼續推動高頻和寬帶信號的邊界，以供商業用途。最近的5G實驗已經測試了24、28、32和42 GHz頻段的生存能力，遠高于2020年使用的傳統6 GHz范圍。

所有這些進步導致大量數據通過固定或移動無線網絡傳輸。IBM估計，我們已經每天創造了超過 2.5艾個字節的數據，即25億萬字節的數據。這也越來越多地推動了對無線流量的需求，如視頻流或游戲，或需要高速和低延遲的關鍵任務數據。這些要求進一步推動了對新的無線標準和技術的需求，這些標準和技術可以滿足最終用戶的需求。

重要的是，對于SIGINT/ELINT、TSCM和監管機構的頻譜監測用戶來說，這種多樣化的信號環境繼續以快速的速度發展。試回想僅僅幾十年前的頻譜監測和今天的需求之間的差異。

隨著無線環境和依賴它的設備的變化如此之多，為什么監控設備看起來仍然與它以前所做的幾乎相同？為什么當需求發生如此巨大的變化時，監控用戶仍然在笨重的臺式機上閑逛，或者與動力不足的手持分析儀妥協？最重要的是，是否有一個可行的替代方案不犧牲性能或能力？

2、為什么傳統的頻譜分析儀不足以適用？

在這種情況下，傳統的基于硬件的頻譜分析儀，實驗室和臺式機設備，仍然被認為是頻譜監測應用的標準。然而，隨著世界圍繞這些設備發展，這種設備的可行性和有用性僅限于少數幾種情況。

要了解為什么會發生這種情況，重要的是要記住基于硬件的分析儀從來沒有專門為頻譜監測而設計。相反，它們在研究實驗室中用于研究特定的感興趣信號。它們很少需要移動，研究人員將使用它們對特定波形進行深入分析。結果，它們具有廣泛的硬件功能，并內置了處理，顯示和撥盤。這使它們體積龐大，不適應且昂貴，通常每個設備成本高達10萬美元以上。

盡管它們并未針對監管進行優化，但它們一度是可用的最佳選擇。通過提供比其他可用設備更高的頻率和帶寬性能，它們可以滿足當今基本的集中監管要求。但是隨著監管的發展，傳統臺式儀器的限制變得更加明顯。

由于沒有合理的方式升級設備，用戶只能使用可用的硬件組件的功能。而且由于它們是如此昂貴，因此更換它們的想法是一個冒險的決定。另外，用戶對它們很熟悉并且感到滿意。結果，他們只是習慣了這些限制，接受了它們，并認為沒有更好的方法。

傳統頻譜分析儀在頻譜監測應用中的使用已達到一個極點，因為與此設備相關的局限性限制了它們的實用性。那么，存在哪些替代方案？與當前標準相比，它們具有哪些優勢？

基于傳統硬件的頻譜分析儀的優勢

-高頻和帶寬性能

-用戶熟悉功能

-在深入分析已知或特定感興趣信號時有效

基于傳統硬件的頻譜分析儀的局限

-不適用于頻譜監測

-龐大，笨重且耗電，導致缺乏便攜性

-昂貴，通常每單位成本超過100,000美元

-缺乏靈活性或多功能性，使用戶無法使用內置的硬件功能

-隨著時間的推移難以升級或適應，使它們過時或無效

-并非為遠程或就地監視應用程序設計的網絡功能

3、軟件定義的無線電如何帶來全新的變革？

軟件定義的無線電是一類可以通過軟件而非硬件進行重新編程和重新配置的無線電。基本上，它采用了專用硬件組件中曾經完成的一些工作，例如調諧，接收和解調，并將它們轉移到軟件功能上。

SDR技術，計算和網絡技術的進步相結合，帶來了新一代軟件定義的頻譜分析儀，這些頻譜分析儀是專為復雜的頻譜監控應用而設計和構建的。

在軟件定義的頻譜分析儀中，該軟件在薄而寬的硬件上運行，以提供更大的靈活性和多功能性。硬件組件往往僅構成從RF到IF的數字轉換。

然后可以連接便宜的標準PC，以提供用于數字信號處理，信號分析和其他功能所需的計算能力。

結果，用戶不僅限于內置的性能和功能。通過連接到任何筆記本電腦，分析儀可以利用PC獲得計算能力的提高和高性能處理成本的降低。然后可以將軟件功能為各種環境，感興趣的信號和應用而調整。

專為頻譜監管應用而設計和制造

與傳統的分析儀相比，軟件定義的頻譜分析儀已經過設計和制造，可以從一開始就進行監控。使用更少，更簡單的硬件組件，可以大大減少這些分析儀的尺寸，重量和功耗。這種緊湊的外形，加上專用的可聯網性，使其對于在任何位置的遠程部署都極為靈活。

與傳統硬件的另一個主要區別在于，軟件定義的分析儀可以輕松升級，而無需更換設備本身。

隨著更高頻率和更寬帶寬中引入新標準的推出，這些分析儀以較低的成本提供了適應性和演進性的靈活性，從而大大延長了設備的使用壽命。

基于軟件定義的頻譜分析儀的優勢

-具有更大的多功能性，可以在更多環境中進行部署和監視。

-更好的頻率和帶寬性能，可實時檢測復雜的波形和各種感興趣的信號。

-無需更換硬件組件即可進行升級的功能，以訪問其他功能并延長設備的使用壽命。

-PC驅動以充分利用任何筆記本電腦的高性能，多功能性和低成本。

-緊湊的外形，減少了尺寸，重量和功率（SWaP）要求。

-用于就地監視應用程序的遠程部署。

基于軟件定義的頻譜分析儀的局限

-不適用于需要專用硬件的高級功能的實驗室環境。

-用戶對其現有設備感到不適的缺乏熟悉。

-無內置顯示器。

4、應用

信號情報/電子情報（SIGINT / ELINT）

SIGINT用戶一直在監視頻譜中是否存在感興趣的已知或未知信號。他們需要在各種環境和部署場景中檢測傳統的窄帶信號，間歇性和短時信號以及新興的寬帶數字通信。與任何航空航天和國防設備一樣，SWaP和集成到更大系統中的能力是重要的要求。由于應用程序的關鍵任務性質和電子戰的興起，性能和可靠性也是必須的。

軟件定義的頻譜分析儀為SIGINT用戶提供了性能，多功能性，適應性和緊湊外形的正確組合。這些分析儀具有更高的頻率范圍和帶寬性能，快速的掃描速率以及極高的捕獲概率，可最大限度地提高信號檢測能力。寬的瞬時帶寬，深的動態范圍以及與領先的第三方軟件一起使用的能力為用戶提供了強大的分析工具。借助網絡和觸發功能，它們可以遠程部署，以便對頻譜環境進行連續監視，從而增加了檢測的可能性。

技術監視對策（TSCM）

TSCM用戶面臨獨特的挑戰，因為他們通常不確定要尋找的信號類型，甚至不確定信號是否真正存在。通常，惡意行為者使用不頻繁的低功率傳輸，這種傳輸可能會在工作時間之外不定期地發生。因此，具有進行就地監視和傳統掃描以檢測隱藏設備的能力非常重要。借助在線上高度敏感和機密的數據，受過訓練的專業人員在各種復雜環境中檢測，查找和刪除非法設備的能力得到了很大的發揮。

增加檢測可能性的一種方法是分布式部署，連續的監視解決方案，該解決方案利用了軟件定義的頻譜分析儀的優勢。憑借緊湊，輕巧和便攜的外形，TSCM專業人士可以使用單一一致的解決方案進行掃地和就地監控。能夠在正常工作時間之外從遠程位置連續進行監視的功能，為用戶提供了另一種工具，以檢測不常見或功率較低的信號，否則這些信號將丟失。

監管機構

隨著無線通信技術的使用變得越來越廣泛，新標準陸續推出，并且潛在的無論是無意的干擾還是惡意的干擾都在增加，監控站和現場的頻譜調節器都要求性能和便攜性的正確組合，這超出了傳統手持設備的能力。

具有傳統實驗室頻譜分析儀性能的聯網，可遠程部署和便攜式軟件定義的頻譜分析儀可提供更高的頻率范圍和帶寬覆蓋范圍，以在人口稠密的無線環境中進行監控。軟件提供的多功能性和靈活性使用戶能夠以較低的成本檢測干擾或其他未經許可的信號，而無需犧牲最新標準所需的性能。

5、結論

傳統頻譜分析儀已經用于頻譜監測應用多年，例如SIGINT / ELINT，TSCM和監管監測。但這主要是由于存在可行的替代方案有限的事實。但是，SDR技術的進步已被一類新的軟件定義的頻譜分析儀所取代，這些頻譜分析儀是為在復雜環境中進行頻譜監控而設計和構建的。隨著傳統設備的缺點越來越多地限制了它們的有效性，軟件定義的頻譜分析儀使用戶能夠以更低的成本，更小的外形尺寸以及更多的通用性和適應性來查看整個畫面。

附：軟件定義的ThinkRF R5550實時頻譜分析儀

專為頻譜監控應用（例如SIGINT / ELINT，TSCM和監管監控）而構建。與基于硬件的傳統頻譜分析儀相比，R5550分析儀具有高達27 GHz的頻率范圍和100 MHz的實時帶寬（可通過選件擴展到160MHz），可提供更大的多功能性，更好的性能和更多功能。

使用獲得專利的軟件定義無線電技術以及廣泛的第三方應用程序，API和開發環境陣容，可以在更多位置進行監視，檢測復雜的波形并分析新技術和標準。