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無線技術複雜度飆升 頻譜分析持續進化
滿足工程師需求

【作者: 王岫晨】   2021年05月11日 星期二

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頻譜分析儀是在其頻率範圍內測量輸入信號的頻譜(幅值對頻率關係)的儀器。它的主要作用是測量信號的功率譜。頻譜分析儀的輸入信號是電信號。但是只要搭配合適的趕測器,也可以測量聲波、光波等其他信號的頻譜。也有專門的光譜分析儀,能夠用單色器之類的光學儀器直接測量光波的頻譜。


透過分析電子信號,可以在頻譜中觀察到其主要頻率、功率、失真、諧波、頻寬,和其它頻譜分量等。這些在時域波形中是不容易被探測到的,然而這些參數在描述無線發射器等電子設備的特性時卻是非常有用。


頻譜分析儀顯示的是在水平軸上的頻率和垂直軸上的幅度。不經意地看,一台頻譜分析儀像是一個示波器。事實上,一些實驗室儀器在功能上既可以作為示波器,又可以作為頻譜分析儀。


頻譜分析功能持續進化

無線與廣播技術近來發展迅速,也快速運用到多數人的日常生活之中。尤其在射頻訊號的詳盡測量、分析與評估上,頻譜分析儀更是扮演重要的角色。無線技術持續發展出最新的應用,使頻譜分析儀所需的複雜度、功能等級和效能也不斷提高。因此為了滿足工程師的需求,頻譜分析儀必須持續進化。


Anritsu針對這樣的需求,推出一系列的頻譜分析儀,包含手持式和平台式,測量功能涵蓋從50Hz到110GHz的頻率,還可選擇性透過外部混合解決方案延伸範圍到325 GHz。Spectrum Master手持式頻譜分析儀為現場環境提供了彈性,可用來找出、識別、記錄和解決通訊系統的問題,同時亦能維持測量精度。MS2850A/MS2840A/MS2830A/MS2690A系列採用創新的分析技術,具有效能與精度,且價格經濟實惠。


隨著監管的要求越來越多、削減成本的壓力越來越大,而提高系統的正常運行始終是最優先的考量。安立知的MS2712E Spectrum Master頻譜分析儀易於使用、功能強且性價比高。借助這款為適應嚴酷的戶外條件而設計的頻譜分析儀,能夠監控、定位、識別和分析各種範圍的無線訊號,其中包括cellular、2G/3G/4G、 land mobile radio、Wi-Fi 和廣播訊號。MS2712E有多個配置選件,其多功能效能夠滿足定位和識別寬廣頻率範圍內的訊號的需求,無需再單獨學習多種儀器的操作以及隨身攜帶多種儀器。Spectrum Master特色如下:


* 測量:佔用頻寬、通道功率、ACPR、C/I、頻譜發射遮罩


* 干擾分析:頻譜圖、訊號強度、RSSI、訊號ID、干擾映射


* 3GPP訊號分析 GSM/EDGE、W-CDMA/HSPA+、TD-SCDMA/HSPA+、LTE/LTE-A、TD-LTE/LTE-A


* 3GPP2訊號分析儀cdmaONE/CDMA20001X、CDMA20001xEV - DO


* IEEE 802.16的訊號分析固定WiMAX與移動WiMAX


* 數位電視ISDB-T、DVB-T/H訊號分析


* 20MHz的解析頻寬


* 動態範圍:> 102 dB in 1 Hz RBW


* DANL: -162 dBm in 1 Hz RBW


* 相位噪聲(Phase Noise):-100 dBc /Hz 最大值 @10 kHz的偏移量在1 GHz


* 頻率精準度:GPS開啟狀態下為<+/-50 ppb



圖一 : 手持式頻譜分析儀
圖一 : 手持式頻譜分析儀

惡劣環境的精確量測挑戰

對於難以到達的惡劣環境來說,準確的微波頻譜量測實有其必要性。無論日夜、晴雨、冷熱,或者在船上、飛機上或車上,惡劣的環境都是一大挑戰。在這些情況下,使用者有賴於手持式儀器來完成高效能和高精準度的量測。


是德科技(Keysight)多用途手持式微波頻譜分析儀FieldFox B系列具備高量測準確度,頻寬可達100MHz,支援5G實地測試所需的寬頻即時頻譜分析。FieldFox B系列分析儀,提供寬頻、無間隙的即時量測,以支援5G網路實地測試。此外,這些新功能讓客戶能夠精準發現最近的干擾威脅,以免其衛星通訊網路遭到破壞。FieldFox B手持式分析儀堅固耐用又方便攜帶,具有下列多項優點:


* 100MHz即時寬頻,可實現準確的蜂巢式基地台測試。


* 符合美國PRF-28800F規範,可承受爆炸衝擊和潮濕環境。


* 平均顯示雜訊位準(DANL)改善了10dB,有助於量測低雜訊信號,可偵測微弱的干擾。


* 可收集、播放並分析電子戰測試所需的原始I/Q資料。


* 省時、省空間,可針對每一種運作模式提供任務導向的操作介面。


* 精準處理例行維護和深度疑難排解,提供各種量測應用軟體,以滿足特殊量測需求。


* 透過89600 VSA軟體,輕鬆將量測結果從現場傳到實驗室,以完成進一步分析。



圖二 : 頻譜分析儀也經常用於惡劣環境的現場測試。
圖二 : 頻譜分析儀也經常用於惡劣環境的現場測試。

執行多種量測任務

在射頻實驗室,R&S FPL1000和示波器或萬用錶一樣不可或缺。它是一款單機可執行多種量測任務的儀器。該儀器不僅支援頻譜分析,而且支援使用功率探棒的高精度功率量測以及類比和數位調變訊號分析。


可靠的射頻性能使FPL1000成為可在實驗室、生產和維修中使用的理想儀器。1 dB步進衰減器便於使用者在儀器的最大動態範圍內執行量測。前置放大器進一步擴展靈敏度級別。得益於高靈敏度以及低相位雜訊性能,該儀器能夠分析鄰近載波的極小干擾訊號。


使用FPL1000與使用智慧型手機提供一樣的直觀體驗。簡單輕掃螢幕,即可調整中心頻率或參考位準。雙指手勢操作可調整掃頻寬度或顯示功率位準,10.1吋螢幕具有1280× 800像素解析度,能夠清晰地顯示訊號。使用者還可以自定義螢幕上的量測結果佈局。使用多視圖顯示模式可以在一個螢幕上組合顯示不同的量測模式和所有量測結果。


由於高度只有一個手掌寬,因此能夠安裝到任何工作場所,並且為被測設備以及其他量測儀器留出足夠的空間。輕量以及電池供電設計也便於使用者隨時隨地進行量測。FPL1000訊號與頻譜分析儀主要特點如下:


* 頻率範圍:5 kHz至7.5 GHz


* SSB相位雜訊:10 kHz偏移(1GHz載波)時–108 dBc (1 Hz)


* 使用前置放大器時的 DANL:–166 dBm,10 MHz 至 2 GHz


* 輕便小巧


* 電池供電或12V/24V直流操作(選配)


* 使用功率探棒(選配)


* 40MHz分析頻寬(選配)


* 類比及數位訊號分析(選配)


* 選通掃頻、窄頻解析度濾波器和瀑布圖量測為標配



圖三 : 單一儀器可執行多種量測任務已經成為趨勢
圖三 : 單一儀器可執行多種量測任務已經成為趨勢

PXI帶來高彈性優勢

頻譜與訊號分析器可量測頻域內的電子訊號。這類產品適用於無線通訊、RFIC 特性測試、雷達測試、頻譜監控與訊號情報。NI國家儀器的PXI向量訊號分析器,可執行向量訊號分析與頻譜分析,以進行極高傳輸量及高效能的RF量測,此外還可以提供廣泛的頻率範圍、即時訊號分析,以及進階的訊號處理功能。


PXI向量訊號分析器可針對各種無線技術執行量測,例如GSM、EDGE、WCDMA、LTE-Advance Pro、5G、無線LAN與藍牙。特定型號還具備LabVIEW可程式化FPGA,方便工程?針對進階量測應用進行客制化。


PXI向量訊號分析器適用於微波測試、無線測試、雷達測試、頻譜監控、軟體定義無線電(SDR)、無線電監控、干擾感測、訊號情報,以及其他應用領域。



圖四 : PXI可為測試帶來高彈性優勢
圖四 : PXI可為測試帶來高彈性優勢

至於PXI向量訊號收發器(VST),則是結合了向量訊號產生器與向量訊號分析器,並提供FPGA架構的即時訊號處理與控制功能。VST結合了軟體定義無線電架構的彈性,以及RF儀器等級的效能。工程師可使用VST測試各種行動通訊與無線標準,並擴充小型PXI Express規格,以支援多重輸入/多重輸出(MIMO)設定。VST軟體是採用LabVIEW FPGA建置而成,會針對不同應用領域提供入門指引,舉凡應用程式IP、參考設計、範例,還是LabVIEW範例專案,皆已包含於其中。


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