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5G科普——常用通信測量儀器以及測量過程

查看次數(shù):1758 更新時(shí)間:2023-03-06

通信測量中被測參量大致分成兩類(主動參量和被動參量),相對應(yīng)的有兩種測量過程。

功率計(jì)

一、通信測量過程


通信測量中被測參量大致分成兩類(主動參量和被動參量),相對應(yīng)的有兩種測量過程。


第一類,主動參量,指表征電信號各種特性的量,即信號的電壓、電流、功率、頻率、相位1、時(shí)間、周期、波形、頻譜等。


另一類,被動參量指表征通信系統(tǒng)中電路或系統(tǒng)特性的量,如特性阻抗2、傳輸特性、噪聲特性、頻率特性、相位特性、群遲延3、誤碼率4等。


主動參量可直接送到測量電路與作為標(biāo)準(zhǔn)的同類參量相比較,一般先要把被測量進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q(如數(shù)字化測量中都要用到A/D或D/A變換,V/F、V/T變換以及同類參量的幅度、頻率和波形變換),再與已知的標(biāo)準(zhǔn)相比較,最后由顯示電路顯示經(jīng)過定標(biāo)的測量結(jié)果。


主動參量測量過程:被測信號——>測量電路(交換與比較)——>展示


被動參量只有在適當(dāng)?shù)男盘栂虏拍鼙憩F(xiàn)其性質(zhì),如為了測量數(shù)字通信系統(tǒng)的的誤碼率和抖動,必須在系統(tǒng)輸入端加上模擬實(shí)際話音信號的偽隨機(jī)測試信號,然后在系統(tǒng)輸出端用誤碼檢測設(shè)備檢測出誤碼個(gè)數(shù),然后用數(shù)碼管或顯示頻的方法顯示出所需的測量數(shù)據(jù)。做這樣的測量時(shí),一般是把合適的已知特性的電信號加到被測電路或系統(tǒng),然后對輸出信號進(jìn)行測量,以得到被測系統(tǒng)的特性參量。除了測量電路外,還需要測量信號源作為被測電路或系統(tǒng)的激勵信號,測量電路也是起著變換與比較的作用。


被動參量測量過程:測量用信號源——>被測電路或系統(tǒng)——>測量電路(輸出、交換、比較)——>展示


在測量過程中中需要有各種信號源,如正弦波、脈沖5、噪聲、偽隨機(jī)信號發(fā)生器。還需要有信號特性測試儀,如電平表,誤碼檢測器,數(shù)字信號分析儀等。在通信測量儀器的使用中,更多地是將信號發(fā)生器和信號分析儀結(jié)合在儀器以完成專門的測量任務(wù)。


二、常用通信測量儀器


由于通信測量范圍比較廣,從音頻測量、射頻測量、微波測量一直到關(guān)信號的測量,測量任務(wù)各不相同,所以需要各種不同的測量儀器。從儀器的功能來看,可以分為通用和專用兩大類。


1.通用的通信測量儀器


通用的信號發(fā)生器、示波器、電壓表、頻譜分析儀等電子測量中所用的通用儀器都可以用于通信系統(tǒng)的測量。如數(shù)字通信系統(tǒng)中的接口信號和時(shí)鐘信號需要用示波器和頻率計(jì)進(jìn)行測量,微波通信中需要微波信號發(fā)生器及頻譜分析儀或調(diào)制度測量儀測量頻譜,用掃頻儀測量調(diào)制解調(diào)器的線性度、群遲延等特性。


2.專用通信測量儀器


由于不同的通信系統(tǒng)工作原理不同,所以測量方法及所用儀器都有很大差別,如光纖數(shù)字通信系統(tǒng)和微波數(shù)字通信系統(tǒng)由于其傳輸媒質(zhì)的不同,其傳輸終端設(shè)備及其中繼設(shè)備工作方式也截然不同,所以前者要使用專用的光通信檢測儀器,后者采用微波測量儀器。為特定的目的面設(shè)計(jì)的適用于特定測試對象的通信測量


儀器能有效地提高測量效率。


常用的專用通信測量儀器有光時(shí)域反射計(jì)、光功率計(jì)、光萬用表、光譜分析儀一類的光通信測量儀器,數(shù)字傳輸分析儀、數(shù)字傳輸損傷測試儀、SDH測試儀一類的數(shù)字傳輸系統(tǒng)測量儀器,數(shù)字微波綜合測試儀,噪聲干擾測試儀,星座圖分析儀等微波衛(wèi)星通信系統(tǒng)測量儀器,移動通信綜合測試儀,GSM移動臺和基站測試儀等移動通信系統(tǒng)測量儀表,還有規(guī)程分析儀、網(wǎng)絡(luò)測試儀等數(shù)據(jù)通信測量儀表等等。


相位是與電路結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)。相位是反映交流電任何時(shí)刻的狀態(tài)的物理量。交流電的大小和方向是隨時(shí)間變化的。


相位(phase)是對于一個(gè)波,特定的時(shí)刻在它循環(huán)中的位置:一種它是否在波峰、波谷或它們之間的某點(diǎn)的標(biāo)度。是描述訊號波形變化的度量,通常以度 (角度)作為單位,也稱作相角。當(dāng)訊號波形以周期的方式變化,波形循環(huán)一周即為360° 。常應(yīng)用在科學(xué)領(lǐng)域,如數(shù)學(xué)、物理學(xué)等。


例如:在函數(shù)y=Acos(ωx+φ)中,ωx+φ稱為相位,φ稱為初相位。


特性阻抗是射頻傳輸線影響無線電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性,等于各處的電壓與電流的比值,用V/I表示。在射頻電路中,電阻、電容、電感都會阻礙交變電流的流動,合稱阻抗。電阻是吸收電磁能量的,理想電容和電感不消耗電磁能量。阻抗合起來影響無線電波電壓、電流的幅值和相位。同軸電纜的特性阻抗和導(dǎo)體內(nèi)、外直徑大小及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān),而與工作頻率傳輸線所接的射頻器件以及傳輸線長短無關(guān)。也就是說,射頻傳輸線各處的電壓和電流的比值是一定的,特征阻抗是不變的。


無線通信系統(tǒng)射頻器件有兩種特性阻抗,一種是50Ω,用于軍用微波、GSM、WCDMA等系統(tǒng);另一種是75Ω,用于有線電視系統(tǒng),一般應(yīng)用較少。


測量方法:測量特性阻抗時(shí),可在電纜的另一端用特性阻抗的等值電阻終接,其測量結(jié)果會跟輸入信號的頻率有關(guān)。


測量單位:特性阻抗的測量單位為歐姆。在高頻段頻率不斷提高時(shí),特性阻抗會漸近于固定值。


群延時(shí)是信號通過設(shè)備各個(gè)分量正弦波幅度經(jīng)歷的延時(shí),因此是各正弦波頻率的函數(shù)。相位延時(shí),與幅度的延時(shí)相對照是各分量正弦波相位經(jīng)過設(shè)備的延時(shí)。


群延時(shí)是測量時(shí)間失真的而有效方法,通過對被測設(shè)備相位響應(yīng)在頻率上做差分來計(jì)算。群延時(shí)是在任意給定頻率相位響應(yīng)斜率的側(cè)量。群延時(shí)的變化導(dǎo)致信號失真,就像線性相位的波動導(dǎo)致失真。


誤碼率(SER:symbol error rate)是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸精確性的指標(biāo),誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。如果有誤碼就有誤碼率。另外,也有將誤碼率定義為用來衡量誤碼出現(xiàn)的頻率。進(jìn)行特定條件下的誤碼率研究,對增強(qiáng)無線通信系統(tǒng)性能,改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量意義重大。


誤碼的產(chǎn)生 是由于在信號傳輸中,衰變改變了信號的電壓,致使信號在傳輸中遭到破壞,產(chǎn)生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈沖、傳輸設(shè)備故障及其他因素都會導(dǎo)致誤碼誤碼率(比如傳送的信號是1,而接收到的是0;反之亦然)。


脈沖信號是一種離散信號,形狀多種多樣,與普通模擬信號(如正弦波)相比,波形之間在時(shí)間軸不連續(xù)(波形與波形之間有明顯的間隔)但具有一定的周期性是它的特點(diǎn)。最常見的脈沖波是矩形波(也就是方波)。脈沖信號可以用來表示信息,也可以用來作為載波,比如脈沖調(diào)制中的脈沖編碼調(diào)制(PCM),脈沖寬度調(diào)制(PWM)等等,還可以作為各種數(shù)字電路、高性能芯片的時(shí)鐘信號。


信息來源:電子工程世界