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不同仪器测量宽带调制信号功率的差异分析

在射频信号功率测量时,尤其是复杂宽带调制信号的功率测量,工程师在测量中经常发现不同仪器给出不同测试结果,怎样判断测量的准确性?


本文以5GNR信号功率测量为例,分别用综测仪、功率计和频谱仪进行信号功率测量,频谱仪测量进一步分为5GNR解调模式、频谱分析信道功率模式以及CCDF测量模式进行功率测量,文末总结各种方法适用场景和差异。


其它LTE等通信调制信号,可以完全参照本例;对于宽带雷达信号的分析,综测仪不适用,可以使用功率计和频谱仪,也有专用的雷达信号分析选件,文中所述频谱仪其它功能,比如CCDF,也适用于雷达信号功率测试。


功率计


平均功率测量的首选标准设备,在量程内,对功率量程下限20dB以上的信号,平均功率continous测量准确度最佳;

现代功率传感器RF端口直接连接信号输出端口,数据线连接主机,或者连接PC或其它仪器主机都可以完成测量功能;

不适用于接近甚至小于量程下线小信号的测量。




频谱仪


专用测试选件是首选,本例中5GNR分析选件

可以准确分析信号的所有指标,包括功率参数,可以测量总的信号平均功率以及峰均比,还可以单独测量各个资源块的功率,这是在I/Q解调的前提下,单独分析每个带宽子集和资源块的功率




CCDF测量是推荐的测试方法


CCDF是互补累积分布函数,其测试原理是对信号进行高速采样,对所有采样值,CCDF统计计算,获得峰值功率、平均功率和峰均比及其概率分布。


无标准测试选件的频谱仪,或者进行功率测量比对分析,推荐CCDF测量模式,可准确测量平均功率、峰值功率和峰均比,设置简单,仅需注意设置分析带宽大于信号带宽,测量采样时间大于信号周期两倍以上;



信道功率测量模式要注意频谱仪参数设置


信道功率模式要遵循设置规则,选择相应标准自动设置,本例对应选择5GNR;

注意,当被测信号较小时,不同RBW设置带来的误差比较大,这是因为信号带宽边沿,随着RBW减小会更加陡峭,在设定带宽边沿部分的本底噪声也随之降低,信道功率计算的功率积分数据来源包括这部分噪声;

因此,当宽带小信号信道功率测量时,信道功率的读数随着RBW的减小而稍微变小。



其它注意事项

RF线缆损耗和绝对功率误差需要修正;

基本频谱模式不适用于宽带信号功率测量;

不能信令模式


通信综测仪


唯一可在信令模式下测量的设备;

必须专用测试选件,本例中5GNR选件;

测量功能与频谱仪的5GNR分析选件类似



宽带调制信号的功率测量总结


功率计(功率探头)是平均功率测试的标准,功率大于-30dBm的信号测试准确度最高;

可以用来修正其它仪器的功率测量,例如文中所述频谱仪和综测仪及其连接射频电缆的初始误差和损耗校准;

对于宽带通信信号,功率计只用来测量平均功率。

综测仪是信令测试的唯一选择,它也可以非信令测试;

综测仪通信标准测量选件功能的测量分析部分,与频谱仪相应选件功能基本一致。

频谱仪适用于非信令小功率信号测量,频谱仪的灵敏度更高,噪声带来的测量不确定度较小,准确度优于综测仪。

频谱仪标准解调分析选件功能内的功率分析,可以测量总平均功率/峰值功率,也可以测量各个信道资源块的功率。

推荐使用频谱仪标配CCDF功能,测量信号总的平均功率、峰值功率、峰均比;

CCDF不能区分信道资源块单独测量;

CCDF功能获取的平均功率和峰值功率数值,可作为综测仪和频谱仪其它测量模式对同一信号测量的标准参考数值;

CCDF测试方法点击链接: APD和CCDF信号统计测量

频谱仪信道功率功能,可以获得信号平均功率,不能测试峰值功率和峰均比,不能区分信道资源块测量;

测量宽带小信号时,需预先选择相应标准,延长测量时间,以CCDF平均功率测量数值为参考目标,减小RBW,自动电平调整。(作者:陈峰)


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