[頻譜操作]如何操作頻譜Spectrum軌跡-讓你分析訊號得心應手

當你初次看到頻譜分析儀(Spectrum Analyzer)的時候,是否覺得有點頭大? 面板按鈕這麼多,到底該從哪裡學起? 我想這是大多數人會遇到的問題,別擔心! 阿信助教會慢慢告訴你。

下圖是我把數位訊號接入頻譜所呈現的Spectrum畫面,這個像頂帽子的黃色軌跡,會看起來大小勻稱是因為我預先調整過設定。接下來我會以這個訊號為例,告訴各位如何調整設定得到這樣的軌跡。

訊號規格

使用頻譜之前,我們必須先知道訊號的樣子,這裡的訊號是我從別台機器送出來的,因此我可以很清楚訊號規格,我先列出如下。

  • Carrier Frequency = 1800MHz
    中心載波,所以上圖的中心頻率是1.8G Hz
  • Symbol Rate = 27.5MHz
    其實它就是俗稱的鮑率(Baud Rate),代表每秒傳送多少符號(Symbol),Symbol Rate決定了訊號的頻寬
  • Modulation = QPSK
    QPSK的每個Symbol可以表示2 bit,所以每個Symbol可以有4種變化,分別落在四個像限中,但這台掃描式的頻譜只能看到功率,並無法看到相位,因此在這裡看不到QPSK的星座圖。
  • Content = PRBS23
    原本內容Content應該是影像串流(Stream),不過這裡為了測試,我用數學方式產生亂數串流,它會有類似白雜訊的效果,這樣我可以省下一台Stream player的空間。事實上即便是用真實的video stream,在頻譜上看起來也會很像白雜訊,因為stream當初在壓縮時,就已經把訊號用演算法將資料打散了。

頻率設定-FREQ/SPAN

根據待測訊號的規格,我們知道訊號的中心頻率在1800MHz,因此頻譜的中心頻率也要設定為1800MHz,如下圖白色中心線的位置,至於SPAN的寬度我就大概抓個100MHz。

在面板右方有按鈕FREQ與SPAN,這兩個按鈕負責頻率的設定,FREQ選項讓你可以針對起始頻率Start Freq與結束頻率Stop Freq作設定,這兩者之間的頻率差距稱為展距Span,螢幕中間的頻率稱為中心頻率Center Freq。

以下是常用的動作,若要調整任何數值,可以按數字鈕、旋鈕或是上下鍵:

  • 想平移整個軌跡:    調整Center Freq (此時Start/Stop Freq會連帶跟著調整)
  • 想讓軌跡變寬:    調整Span (此時Start, Stop會連帶同時往內或往外,Center不會變)

振福設定-AMPTD

頻譜與示波器最大的不同,就是示波器是看波形電壓,頻譜看的是功率,因此頻譜在Y軸上的單位是功率單位,例如常用的dBm,它是個功率的絕對單位,意思是與1mW比較的dB值。除了dBm之外還有dBmV、dBuV與dBc等等單位,我會另外撰文解釋。

首先看到下圖的表格頂端橫線,它稱為參考準位Reference Level,畫面中簡寫為Ref Level,指的是畫面頂端的功率準位。如下圖的標示Ref=-58.8dBm,所以頂端綠色的線表示-58.8dBm。從Ref Level開始每往下一格就小5dB,這個設定在右邊的橘色框選項Scale/Div可以看到,每格的衰減值也可以在畫面左上角看到5 dB/div字樣。所以畫面中訊號的高原處,從上往下數大約就是-66dBm。

以下是常用的動作

  • 把訊號軌跡抬高:    將Ref Level調小
  • 讓訊號的最高最低落差多一些:    把Scale/Div調小

解析頻寬-RBW

想像一下,你把頻譜軌跡沿著橫軸不斷的切割,切到不能再切為止,這個最小單位就是解析頻寬Resolution Bandwidth(RBW),這是我想到最好的解釋了,軌跡上每個點的高度就是RBW寬度範圍內的能量大小。下圖是根據這樣的想像畫出來的,但請注意這些棒子的兩邊實際上是彼此有重疊的,我為了說明方便並沒有呈現出重疊。詳細的RBW內容請看這裏解析頻寬Resolution Bandwidth

 

解讀訊號

以上我們已經能夠對頻譜分析儀做基本操作了,接下來對於呈現在畫面中的軌跡該怎麼解讀呢? 以下是我們在實務上經常會需要知道的資訊。

  • 中心頻率Center Freq=1.8GHz
    通常我們以中心頻率來描述訊號的位置,起碼知道預期中的訊號是否在對的位置出現。
  • 符碼率Symbol Rate=27.5MHz
    訊號的頻寬目視大約是27MHz,而一般常用的Symbol Rate是27.5MHz(以我常接觸的為主),我就主觀認定待測訊號的符碼率是27.5MHz
  • 訊號雜訊比SNR=12dB
    這個可用來敘述訊號的品質,SNR越高表示品質越好。
  • 雜訊Noise floor=-78.8dBm
    這裡可以知道環境的雜訊,包含了訊號來源本身的雜訊與儀器自身的雜訊。

有了這些技巧,相信大家都能解讀頻譜上的軌跡了吧。

 

 

 

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