[4G+5G专题-144]: 测试-频谱分析仪工作原理与测试结果分析

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前言

第1章频谱分析仪工作原理

1.1 什么是频谱

1.2 什么是频谱仪

1.2 频谱仪的基本原理

第2章实际测试与结果分析

2.1 测试前提供的信息：

2.2 连接准备

2.3 基本理论知识

第3章测试信号分析

3.1 基带IQ时域信号

3.2 基带物理层信道

参考：

前言

在无线通信中个，为了测量空口电磁波信号，免不了需要使用频谱仪。

本文就对频谱仪进行初步探讨。

第1章频谱分析仪工作原理

1.1 什么是频谱

频谱是频率谱密度的简称，是频率的分布曲线。复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。

1.2 什么是频谱仪

频谱仪是一个电信号的接收装置，是研究接收到的电信号中频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。即频谱分析仪是一种显示电信号中不同频率分量幅度的仪器。

它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等，简称频谱仪。

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频谱仪不仅仅能够显示接收到的电磁波信号中不同频率滇池柏信号的时域信号，还能显示不同子载波频率分量的信号。

1.2 频谱仪的基本原理

频谱分析仪主要有几大功能：

时域信号：

（1）某一中心频点、一定带宽的载波信号的时域波形（示波器的功能）=》RFIC之间的射频时域信号

（2）某一中心频点、一定带宽的基带信号的时域波形（射频解调）=》 RFIC之后的基带IQ时域信号

时频资源：

（3）基带信号中，各个子载波频率分量 => DSP傅里叶变换后的子载波符号波形 =》星座图

（4）基带信号中，各个子载波频率分量代表的数字信号 =》 DSP QAM解调 =》星座图

（5）基带信号中，按照4G/5G标准定义的物理层信道中的数据 =》DSP 信道解码后的数据。

从这个可以看出，频谱分析仪，完成的就是一个基站或手机终端物理层的功能，包括RF + L1.

第2章实际测试与结果分析

2.1 测试前提供的信息：

（1）天线载波的中心频点

（2）信号的发送带宽

（3）发射功率：决定是否需要在频谱仪和基站之间插入衰减器

2.2 连接准备

（1）天线连接线

测试时，频谱仪与基站之间不是通过空口收发信号，而是通过有线电缆连接，这样做的原因：

避免测试基站对现网的影响
规避了空口环境对测试结果的影响，比如现网其他基站发过来的电磁波。

（2）衰减器

之所以需要衰减器，这是因为基站与测试仪是直接通过电缆连接，信号的发送功率大，如150mw后10W等，过大的功率，导致频谱仪检测到的信号的幅度超过其可以显示的最大值，因此需要增加衰减器，确保仪表收到的信号的幅度在其测量范围之内。

2.3 基本理论知识

（1）EVM是英文Error Vector Magnitude缩写，意为误差向量幅度。

误差矢量幅度（Error Vector Magnitude EVM)
数字调制信号的参数，在测量时，矢量分析仪首先对被测量数字调制信号进行接收和采样，调整信号经解调后于基准矢量信号进行比较。被测矢量信号与基准矢量信号之间的差矢量信号被称为误差矢量信号，有误差矢量信号中既包含幅度误差信息，也包含相位误差信息。

误差向量幅度定义为误差矢量信号平均功率的均方根值与理想信号平均功率的均方根值之比，并以百分比的形式表示。EVM越小，信号质量越好。

第3章测试信号分析

3.1 基带IQ时域信号

3.2 基带物理层信道

（1）capture buffer

IQ数据采样后的时域信号，采样时间为20ms，buffer中存放的是20ms的IQ采用信号，每20ms更新一次。

20ms的IQ采用信号是后续傅里叶变换和QAM解调的输入数据，是后续解码的基础。

这20ms的IQ数据，会被变换成2个10ms的无线帧。变换的过程包括：

傅里叶变换
QAM解调
物理层解码

从图像中可以看出：

横轴是时间，时间长度是20ms

纵轴是IQ数据的幅度，单位是dbm

（2) summary

PDSCH信道 EVM误差，采用了两种编码方案：64QAM和256QAM, 不同方案，其EVM误差是不同的。对于64QAM编码时，星座图上的所有点的实际值与理想值之间的EVM误差为17.31%， 256QAM是，EVM误差高达57.50%，很显然，两个数值已经超过了设定的门限值。

所有物理信道的EVM误差为4.38%

所有物理信号的EVM误差为2.33%

载波频率的误差为+- 189.50Hz, 接近200Hz

信号平均功率：为-15.95dbm

（3）EVM VS carrier

通过这个可是可以看出：接收到信号的为接近100M

（4）符号与子载波

下图是20ms的时频RE资源，包含了PSS, SS, PBCH, PRTS.....等物理信道与信号。

每个列为1ms子帧（一个时隙），一共为20列，

黑色的列表示该时隙时频资源为被使用。

绿色的部分表示PDSCH信道，用于大量的数据发送

其他信道被内嵌在每个slot的14个符号中。

在时频资源中，从时间维度看，10ms一个系统帧，1ms是一个子帧，每个子帧n个时隙，取决于子载波的宽度，1个时隙，时域上包含14个符号，每个符号是基带QAM调试解调的最基本单位。

在时频资源中，从频率维度看，整个带宽被划分为n个子载波，这与射频带宽和基带子载波带宽有关。

（5）功率谱

100M基带带宽，每个子载波的发送功率基本相同，爱-90dbm到-100dbm之间

（6）星座图

这个星座图，包含了多种调制方式：

64QAM => 8 * 8 = 64个点（黄色）
QPSK => 2 * 2 = 4个点（橘色）
BPSK => 2 * 1 = 2个点（蓝色）

参考：

三分钟学会 | 频谱分析仪界面/频谱图参数介绍,教育,资格考试,好看视频

频谱分析仪和接收机原理_哔哩哔哩_bilibili

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