【實作實驗室】頻譜的輔助功能 — 頻道功率的測量

作者:實作派

數位電視的畫面有時候會出現馬賽克、Low Signal,甚至是 No Signal 等字樣,這些其實都是頻道功率 (Channel Power) 不足的現象,因此如果可以測量某個頻道的功率,對於根本問題的分析會相當有幫助。

功率測量Meas

那麼該如何測量頻道功率呢?我們先來看看頻譜的按鈕 Meas/Meas Setup:

頻譜的 Meas功能(圖片來源:實作派提供)

按下 Meas 後,螢幕右邊會出現選單,這邊要測量頻道功率,因此要選擇 Channel Power,而下圖的頻譜軌跡帽頂上緣(約 -65 dBm)並不是此訊號的 Channel Power,它只是該點在 RBW 內的功率。

在 Meas 功能選單內的 Channel Power (圖片來源:實作派提供)

頻道功率

按下頻道功率(Channel Power)後,畫面中央會出現兩條白色的直線,這兩條直線之間的區域代表功率的積分範圍,區域內的功率總和會出現在下方,這邊你看到 -61.05 dBm/2 MHz,意思就是兩條白色線間的頻寬是 2 MHz,在此區域內的功率總和是 -61.05 dBm。

這裡會出現 2 MHz 的頻寬是因為這台機器的預設值,你也可以將其設定為其他頻寬;順帶一提,這邊用來測試的訊號是衛星訊號,衛星訊號的頻寬與有線電視的頻寬很不不同。

  • 衛星電視 20~30 MHz
  • 有線電視(美規)6 MHz
  • 有線電視(歐規)8 MHz

(圖片來源:實作派提供)

從上圖看來,訊號的頻寬大約是 30 MHz,正確來說是 27.5 MHz(我設定的),而 2 MHz 的積分區間明顯不足, 因此要將它改為 Integ=30 MHz 才能包含整個訊號的寬度,但是這麼一改你會發現白色的視覺寬度其實沒什麼變,反倒是將整個 Span 拉大了。

你可以看到左右兩邊的其他訊號全靠過來,雖然畫面是擠了一些,但是並不影響 Channel Power 的計算,這是因為它的功率夠大,如果訊號功率太小會容易受到 Noise 影響,測得的功率讀值便會上上下下的。

(圖片來源:實作派提供)

展開

儘管已經得到 Channel Power,但由於剛才為了把 Integ BW 設定為 30 MHz,整個 SPAN 成了 1 GHz;我個人還是比較喜歡看到大帽子形狀的訊號,因此只要把 SPAN 設定回 100 MHz,就能把 Spectrum 軌跡展開如下圖。

(圖片來源:實作派提供)

畫面下方的功率讀值有兩個,左邊 -49.71 是橫跨 30 MHz 的 Channel Power,右邊 -124.5 則是功率頻譜密度(Power Spectral Density),主要用來說明每 Hz 攜帶了多少能量。這兩個值可以相互換算,只要將 Channel Power 除以頻寬 30 MHz,就會得到頻譜密度(你應該馬上就發現公式是減法而非除法,這是因為畫面的縱軸單位是 dBm,而除法在 dB 裡會轉為減法)。

土法煉鋼算功率

現今的頻譜分析儀功能很強大,能夠幫我們算出很多數值,但如果在設備等級沒那麼優的情況下,要怎麼自行計算 Channel Power 呢?首先來看一下基本數據:

  • 目視訊號高原處大約在 -64 dBm,這是該處 RBW 的能量
  • 訊號的 3 dB 頻寬目視大約 25 MHz,實際是 27.5 MHz
  • 目前的 RBW=910 K

那麼在 BW 內有幾個不重疊(實際上會重疊)的 RBW 呢?除一除就知道了,總共有 27.5 M/910 K=30.22 個,接下來我們只要把 RBW 的能量(目前是 -64 dBm)乘上 30.22 個就是 Channel Power(由於 dB 是指數因此相乘會變成相加):

那如果我們不知道訊號的原始設定,而採用目視的頻寬 25 MHz,數值會是多少呢?

各位可以發現不管是機器算的還是我們自己算的結果都差不多,數值的差異在於頻寬的認定。

(圖片來源:實作派提供)

(本文經同意轉載自實作派電子實驗室原文連結;責任編輯:賴佩萱)

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Author: StrongPiLab

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