5G科普——常用通信測量儀器以及測量過程

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),相對應的有兩種測量過程。
  第一類,主動參量,指表徵電信號各種特性的量,即信號的電壓、電流、功率、頻率、相位1、時間、週期、波形、頻譜等。
  另一類,被動參量指表徵通信系統中電路或系統特性的量,如特性阻抗2、傳輸特性、噪聲特性、頻率特性、相位特性、羣遲延3、誤碼率4等。
  主動參量可直接送到測量電路與作爲標準的同類參量相比較,一般先要把被測量進行適當的變換(如數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),再與已知的標準相比較,最後由顯示電路顯示經過定標的測量結果。
 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的信號下才能表現其性質,如爲了測量數字通信系統的的誤碼率和抖動,必須在系統輸入端加上模擬實際話音信號的僞隨機測試信號,然後在系統輸出端用誤碼檢測設備檢測出誤碼個數,然後用數碼管或顯示頻的方法顯示出所需的測量數據。做這樣的測量時,一般是把合適的已知特性的電信號加到被測電路或系統,然後對輸出信號進行測量,以得到被測系統的特性參量。除了測量電路外,還需要測量信號源作爲被測電路或系統的激勵信號,測量電路也是起着變換與比較的作用。
 被動參量測量過程: 測量用信號源——>被測電路或系統——>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、脈衝5、噪聲、僞隨機信號發生器。還需要有信號特性測試儀,如電平表,誤碼檢測器,數字信號分析儀等。在通信測量儀器的使用中,更多地是將信號發生器和信號分析儀結合在儀器以完成專門的測量任務。

二、常用通信測量儀器

由於通信測量範圍比較廣,從音頻測量、射頻測量、微波測量一直到關信號的測量,測量任務各不相同,所以需要各種不同的測量儀器。從儀器的功能來看,可以分爲通用和專用兩大類。

1.通用的通信測量儀器

通用的信號發生器、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於通信系統的測量。如數字通信系統中的接口信號和時鐘信號需要用示波器和頻率計進行測量,微波通信中需要微波信號發生器及頻譜分析儀或調製度測量儀測量頻譜,用掃頻儀測量調制解調器的線性度、羣遲延等特性。

2.專用通信測量儀器

由於不同的通信系統工作原理不同,所以測量方法及所用儀器都有很大差別,如光纖數字通信系統和微波數字通信系統由於其傳輸媒質的不同,其傳輸終端設備及其中繼設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,後者採用微波測量儀器。爲特定的目的面設計的適用於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域反射計、光功率計、光萬用表、光譜分析儀一類的光通信測量儀器,數字傳輸分析儀、數字傳輸損傷測試儀、SDH測試儀一類的數字傳輸系統測量儀器,數字微波綜合測試儀,噪聲干擾測試儀,星座圖分析儀等微波衛星通信系統測量儀器,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測量儀表,還有規程分析儀、網絡測試儀等數據通信測量儀表等等。


  1. 相位是與電路結構有關的參數。相位是反映交流電任何時刻的狀態的物理量。交流電的大小和方向是隨時間變化的。
    相位(phase)是對於一個波,特定的時刻在它循環中的位置:一種它是否在波峯、波谷或它們之間的某點的標度。是描述訊號波形變化的度量,通常以度 (角度)作爲單位,也稱作相角。 當訊號波形以週期的方式變化,波形循環一週即爲360° 。常應用在科學領域,如數學、物理學等。
    例如:在函數y=Acos(ωx+φ)中,ωx+φ稱爲相位,φ稱爲初相位。 ↩︎

  2. 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,等於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體內、外直徑大小及導體間介質的介電常數有關,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。也就是說,射頻傳輸線各處的電壓和電流的比值是一定的,特徵阻抗是不變的
    無線通信系統射頻器件有兩種特性阻抗,一種是50Ω,用於軍用微波、GSM、WCDMA等系統;另一種是75Ω,用於有線電視系統,一般應用較少。
    測量方法: 測量特性阻抗時,可在電纜的另一端用特性阻抗的等值電阻終接,其測量結果會跟輸入信號的頻率有關。
    測量單位: 特性阻抗的測量單位爲歐姆。在高頻段頻率不斷提高時,特性阻抗會漸近於固定值↩︎

  3. 羣延時是信號通過設備各個分量正弦波幅度經歷的延時,因此是各正弦波頻率的函數。相位延時,與幅度的延時相對照是各分量正弦波相位經過設備的延時。
    羣延時是測量時間失真的而有效方法,通過對被測設備相位響應在頻率上做差分來計算。羣延時是在任意給定頻率相位響應斜率的側量。羣延時的變化導致信號失真,就像線性相位的波動導致失真。 ↩︎

  4. 誤碼率(SER:symbol error rate)是衡量數據在規定時間內數據傳輸精確性的指標,誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸的總碼數*100%。如果有誤碼就有誤碼率。 另外,也有將誤碼率定義爲用來衡量誤碼出現的頻率。進行特定條件下的誤碼率研究,對增強無線通信系統性能,改善數據傳輸質量意義重大。
    誤碼的產生 是由於在信號傳輸中,衰變改變了信號的電壓,致使信號在傳輸中遭到破壞,產生誤碼。噪音、交流電或閃電造成的脈衝、傳輸設備故障及其他因素都會導致誤碼誤碼率(比如傳送的信號是1,而接收到的是0;反之亦然)。 ↩︎

  5. 脈衝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,波形之間在時間軸不連續(波形與波形之間有明顯的間隔)但具有一定的週期性是它的特點。最常見的脈衝波是矩形波(也就是方波)。脈衝信號可以用來表示信息,也可以用來作爲載波,比如脈衝調製中的脈衝編碼調製(PCM),脈衝寬度調製(PWM)等等,還可以作爲各種數字電路、高性能芯片的時鐘信號。 ↩︎

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