Channel Power 頻道功率-有線電視頻譜長這樣

有線電視的節目大家每天都會看到,它的訊號都是放在預先規畫好的頻道上面,而這些訊號如果用儀器來看的話到底會是甚麼樣子呢? 另外每個頻道的功率 Channel power 又是多少呢? 阿信助教就帶大家一起來看看吧。

由於有線電視的訊號頻率很高,涵蓋了從55MHz到1002MHz的範圍,所以基本上無法使用時域的示波器來觀察波形,就算真的有示波器可以觀察如此高頻的波形,在實務上來說也沒甚麼太大意義,因為當我們在通訊領域討論頻率、頻譜的時候,討論的主題大都是頻段Band、臨頻功率ACP、訊號雜訊比SNR,所以使用的儀器就會是頻域的頻譜分析儀。

那我們難道都不需要看時域的訊號嗎? 其實在某些情況下是需要看的,例如你想要觀察去除載波之後的基頻訊號Base band signal,就需要利用頻譜的Zero span來觀察,關於Zero span請參考這篇Zero Span-頻譜儀變成示波器-原來零展頻這樣用。但頻譜的掃描速度不夠快,它天生的構造無法像示波器一樣有很高的掃描速度,所以Zero span的觀察方式只適合觀察低頻的訊號,例如1KHz以內的音頻訊號,如果你想看的是數位調變的基頻訊號像是QAM、QPSK等等,它們的串流資料速率都是以MHz為單位,遠遠超過頻譜的掃描速度,因此還是無法看到像QAM這樣的類比波形。

如果真想看QAM的波形,那還不如看QAM的星座圖Constellation或誤差向量幅度EVM來得實際,因為在數位調變內,只有星座圖才能視覺化調變波形的品質,EVM才能量化訊號的品質,像這樣的量測,通常都需要很高檔的向量網路分析儀VNA才辦得到,但像這次我只需要頻道功率的量測,因此只要使用頻譜分析儀就好了。

單一頻道頻譜量測

馬上來看看有線電視的訊號吧,一般的有線電視訊號在調變之前會先經過能量分散Energy dispersal這個步驟,這麼一來這些原始訊號在頻譜上看起來就會像是白雜訊一般,也就是從低頻到高頻當中的所有頻率,都要是相同功率,而在台灣的有線電視的頻道頻寬是6MHz,所以用頻譜來看訊號的話,軌跡應該要如下圖這樣,中間有6MHz寬度的訊號會浮起來,而且頂端還是平的。

單一頻道的頻譜 Channel Power
單一頻道的頻譜

其實剛才的訊號是用專門的QAM訊號產生器輸入給頻譜分析儀,所以你才能很清楚的看到單一Channel的頻譜軌跡,如果是真正的有線電視訊號,頻道之間是連續的安排,頻譜看起來就會像是一條線,各位往下看就會看到。

這裡要提醒大家的是一般頻譜分析儀的輸入端都是N type 50 ohm的接頭,如上圖的儀器接孔;但一般家裡的有線電視的接頭卻是F type 75 ohm如下圖,由於儀器和待測物兩者的阻抗不同,所以當MHz級的訊號走在接頭裡面並跨過不同阻抗的介面時,就會產生反射進而影響量測數據。

有線電視的F type接頭
有線電視的F type接頭

所以在接入CATV訊號的時候,需要在儀器的入口處接上一個Matching PAD如下圖,用來消耗這些反射能量,既然吸收了功率,就表示穿過Matching PAD的訊號功率變少了,一般來說Matching PAD會讓訊號衰減5.7dB,這個差距在將來測量的時候,要記得再加回來才是正確的讀值。

用來吸收反射的Matching PAD
用來吸收反射的Matching PAD

有線電視的頻譜

這回我們真的要來觀察有線電視的頻譜了,頻率範圍設定為0Hz~1200MHz,接著把有線電視的電纜線插進Matching PAD上的F母頭,再把Matching PAD的N type公頭插到頻譜的輸入端。實際觀察到的頻譜軌跡如下圖,在Marker1到Marker2的頻段,也就是260MHz~770MHz之間的頻段,我們可以看到它是一條算是很直的軌跡,基本上你看不出每個Channel的帽子形狀頻譜軌跡,因為每個6MHz寬度的頻譜彼此相連,各位看到的會是一頂很寬的帽子。

有線電視的頻譜
有線電視的頻譜

我想有線電視的節目應該都擠在Marker1到Marker2這個頻率區間吧,之所以會用”應該”兩字是因為我在NCC上找到的頻率編號,似乎和電視機上盒顯示的節目編號對應不起來,可能有線電視業者有重新定義過節目編號,所以我就沒有硬要去做對應。目前台灣的有線電視業者目前都是把電視影音和網路包在一起賣,所以我家的電視和網路都是共用同一條電纜線,根據我截下的Cable modem頁面資料如下圖,我的數據機目前是Lock在735MHz,而其它的掃描頻率也都在770MHz以內,因此我推測這頂大帽子頻譜內可能大部分是影音節目,少部分是Cable modem的訊號。

Cable Modem的頁面
Cable Modem的頁面

各位應該不難發現在最右邊有個很窄的訊號,也就是在Marker6和Marker7之間996MHz~1002MHz這個區間,而且這麼巧它剛好是一個Channel的寬度,中心頻率是999MHz,我猜它應該是Cable Modem的訊號,目前它沒有被Lock到,我不能確定它是甚麼,或許是系統業者用來做測試的Channel。

有線電視的 Channel Power

基於好奇我把Spectrum的中心頻率設定在999MHz,Span設為10MHz如下圖,各位可以看到畫面中間有一頂頻寬為6MHz的帽子,這個就是999MHz的數位調變訊號,它的功率是多少呢? 這就要使用頻譜的Channel Power功能,要先訂出測量的頻率範圍,也就是下圖兩條紅線之間的區域,在這區域之間的功率會顯示在螢幕下方,你可以看到-49.85dBm的字樣。Channel Power的量測設定,不同廠牌的頻譜在操作上會有不同,但大原則都是一樣的。

999MHz的 Channel Power
999MHz的 Channel Power

如果把頻譜的頻率設定拉回有線電視全頻段的0Hz~1200MHz,由於Span變寬,剛才的那組紅線相對就被縮得非常窄,這對於要觀察附近頻段的訊號功率還滿有用的,可以用肉眼憑著寬度大概估算一下功率,但由於Span頻寬太寬,原本的999MHz的Channel power讀值可能會有點誤差,如果要精確讀值的話最好還是Span 10MHz較適合。

Span開很大時的 Channel power
Span開很大時的 Channel power

以這台頻譜來說,Channel Power的頻寬可以自由設定寬度,而且可以不斷疊加在下方的表格內,例如我很好奇從0Hz到1200MHz這一段頻寬的總功率到底是多少,那麼就可以直接再新增一個超寬的Channel,你就會看到有另外一組紅線框住這個頻段,它的功率讀值就會疊加在下方的表格內,我們會看到-21.12dBm,詳細的操作步驟我就不講了,因為不同廠牌的操作有點不同,但基本上大同小異。

兩種頻寬的 Channel power 同時顯示
兩種頻寬的 Channel power 同時顯示

綜上所述有線電視的頻譜看來大部分是連續的,而且影音訊號與Cable modem網路訊號是穿插在一起的,只有少部分訊號分布在地處偏遠的頻率,至於為何這些訊號會被安排在這麼遠的地方呢? 這可能就要問系統業者了,我認為可能是為了系統測試之用。

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3 Comments

  1. Dear 阿信助教

    目前我們使用的是Keysight N9020型號的SA

    看到這篇文章, 覺得有幾個問題想與您討論

    之前有實驗為了要讀出某個頻率準確的量測功率, 所以使用Power Meter與SA channel power進行比較, 發現到SA 中的RBW,VBW, integrated BW, 這三項參數的設定會影響到量測功率的讀值

    根據我們之前在產品射頻FCC認證實驗中的經驗,RBW= 3MHz, VBW= 1MHz, integrated BW = 2* OBW,會是比較接近power meter 單點頻率量測的值,

    想請教不同的通訊系統, 這些參數也會隨之改變嗎? 想參考一下您的高見

    謝謝

    註:”鄰”頻功率ACP ,幫忙修訂錯字XDD

    • Power meter測量的是整條cable全頻段的功率
      沒猜錯的話它用的是檢波二極體, 用envelope來偵測功率
      所以適合single tone的功率測量, 頻率太多它很難偵測, 你自己可以手繪envelope看看, 都不知道從何下手
      頻率設定只是為了引入目標頻率的校正參數而已

      SA channel power測量的是有限頻段內的功率
      頻段外的都不計入
      所以和power meter相比一定會有差
      除非你是比single tone, 理論上應該要相同
      如果是比wide band訊號, 我認為意義不大

      SA的RBW, VBW, integrated BW的設定不同,
      會影響軌跡, 但理論上不影響功率
      我試過span開超寬, 確實會得到有一點偏差讀值, 原因細節我沒有深究
      但確實有這個現象

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