E波段頻譜測(cè)量 實(shí)現(xiàn)更多數(shù)據(jù)傳輸

隨著各種無(wú)線設(shè)備的廣泛使用，使得數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)變得非常的擁擠，現(xiàn)有的頻譜資源越來(lái)越緊缺，迫切需要更高的頻段更大的帶寬來(lái)滿足基站到網(wǎng)絡(luò)之間的互連傳輸需求。發(fā)展到現(xiàn)在，在E波段的71GHz和86GHz頻率處，已經(jīng)可以分別提供5GHz的帶寬，用以進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的互連通信。E波段的高頻率特性，給測(cè)試測(cè)量儀器帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)，尤其是在進(jìn)行收發(fā)模塊和傳輸系統(tǒng)的測(cè)試應(yīng)用當(dāng)中。

E波段：更大帶寬實(shí)現(xiàn)更多數(shù)據(jù)傳輸

早在30年前，在日內(nèi)瓦舉行的世界無(wú)線電通信大會(huì)上（WARC-79），國(guó)際電信聯(lián)盟就通過(guò)了將71~76GHz 和 81GHz~86GHz兩個(gè)E波段頻段用于通信傳輸?shù)臎Q定。然而E波段應(yīng)用一直沒有太大的發(fā)展，直到20多年之后，提高傳輸速率的需求不斷增加，迫切需要新的頻段來(lái)滿足應(yīng)用需求，加上E波段元器件大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn)的出現(xiàn)，才開始得到業(yè)界的廣泛重視，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)和歐洲官方機(jī)構(gòu)簽發(fā)了專門的頻段許可，并頒布了具體的技術(shù)規(guī)范，來(lái)進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)的應(yīng)用。現(xiàn)在，Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)不是什么問(wèn)題了，基于E波段劃分出來(lái)的兩個(gè)連續(xù)的5GHz頻段，傳輸帶寬可達(dá)到幾百兆赫茲，采用簡(jiǎn)單的BPSK等調(diào)制方式，就可實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，再加上簡(jiǎn)單可靠的收發(fā)模塊，可以很方便的進(jìn)行毫米波的互連傳輸。隨著技術(shù)的演進(jìn)，還可以采用更為復(fù)雜的調(diào)制方式來(lái)達(dá)到更高的傳輸速率。E波段同樣具有良好的傳輸特性，開闊場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在正常天氣條件下衰減為0.5dB每公里，可傳輸距離和38GHz頻段差不多。

然而，這種高頻應(yīng)用卻給測(cè)試測(cè)量帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。眾所周知，頻譜管理在微波互連中是至關(guān)重要的，不僅保護(hù)自身不受其它微波源的干擾，還要對(duì)自身發(fā)射的功率和頻譜進(jìn)行限定，避免不同通信之間的相互干擾。對(duì)于E波段通信也是如此，特別是發(fā)射功率譜密度，在ETSI TS 102 524 V1.1中做了專門的描述。這種功率譜密度測(cè)量，就是E波段測(cè)試的挑戰(zhàn)之一。

E波段頻譜測(cè)量：諧波混頻器是關(guān)鍵

頻譜分析儀是最適合進(jìn)行上述頻譜測(cè)量的儀器，然而目前最高端的頻譜分析儀也只能工作到67GHz，對(duì)于 E波段的頻譜測(cè)量來(lái)說(shuō)是不能滿足要求的，必須采用頻率擴(kuò)展的測(cè)量方法，也就是外接諧波混頻器的方法，該方法利用頻譜儀的本振輸出信號(hào)作為混頻器的本振輸入，利用其產(chǎn)生的高次諧波和輸入的毫米波信號(hào)進(jìn)行下變頻，得到可被頻譜儀測(cè)量的中頻信號(hào)。但是，諧波混頻器產(chǎn)生的大量高次諧波信號(hào)和輸入信號(hào)的高次諧波一起又會(huì)生成新的組合頻率分量，只要落在中頻頻率處，就會(huì)顯示在頻譜儀的上，造成很多虛假信號(hào)的出現(xiàn)，同時(shí)，由于沒有高頻預(yù)選器，也沒辦法濾除鏡像信號(hào)。因此，必須采取進(jìn)一步的措施來(lái)得到準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。

對(duì)于連續(xù)波輸入信號(hào)，頻譜儀可以通過(guò)兩次掃描的測(cè)量方法來(lái)區(qū)分真實(shí)信號(hào)和鏡像信號(hào)以及虛假的組合頻率分量。具體的做法是，首先進(jìn)行一次參考測(cè)量掃描，再進(jìn)行一次實(shí)際測(cè)量掃描，測(cè)量掃描與參考掃描之間本振信號(hào)頻率相差為2倍的中頻，測(cè)量掃描的低（下）邊帶與參考掃描的高（上）邊帶是所需要的信號(hào)，在諧波變頻次數(shù)m相同的情況下，真實(shí)信號(hào)經(jīng)過(guò)測(cè)量掃描得到的下邊帶與參考掃描得到的上邊帶處于同一個(gè)位置。這樣就可以把鏡像信號(hào)和虛假組合頻率分量清除掉，只顯示出真實(shí)信號(hào)的頻譜。

如果混頻器輸入的是調(diào)制信號(hào)，那么測(cè)量就會(huì)更加的復(fù)雜。待測(cè)真實(shí)信號(hào)和鏡頻信號(hào)可能會(huì)部分交疊在一起，尤其是超大帶寬的調(diào)制信號(hào)，就很難將兩者區(qū)分開來(lái)了。

圖1中藍(lán)色曲線標(biāo)示的是實(shí)際測(cè)量結(jié)果，黑色曲線代表的是參考測(cè)量結(jié)果?？梢钥闯?，輸入信號(hào)和鏡像信號(hào)是分開的，依舊是可以被減掉的（橙色曲線），但如果輸入信號(hào)帶寬是1GHz，那就沒辦法進(jìn)行區(qū)分。

圖1：R&S FSQ信號(hào)與頻譜分析儀測(cè)量E波段500MHz帶寬信號(hào)的頻譜結(jié)果。

圖1中的信號(hào)與頻譜分析儀中頻頻率只有404MHz，輸入信號(hào)和鏡像信號(hào)的頻率間距為808MHz，對(duì)于500MHz帶寬的輸入信號(hào)，如果符合ETSI TS 102 524 V1.1規(guī)定的EIRP功率譜密度，通過(guò)從實(shí)際測(cè)量頻譜中減去參考測(cè)量的頻譜，就可得到準(zhǔn)確真實(shí)的頻譜。如果輸入信號(hào)帶寬增加到1GHz，那么輸入信號(hào)和鏡像信號(hào)的頻譜將會(huì)交疊在一起，鏡像信號(hào)會(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)（I/Q數(shù)據(jù)）的時(shí)域分析，而且也不能通過(guò)參考測(cè)量濾除掉，因此將無(wú)法得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

E波段頻譜分析：測(cè)量寬帶調(diào)制信號(hào)

現(xiàn)代的高端信號(hào)與頻譜分析儀不僅可以選配LO/IF接口支持外部混頻器，還具有比傳統(tǒng)儀表更大的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，比如說(shuō)羅德與施瓦茨公司（R&S）的FSW，具有1.3？GHz的中頻頻率，無(wú)鏡像頻率范圍為2.6GHz，可以非常容易的測(cè)量高達(dá)GHz的寬帶調(diào)制信號(hào)的EIRP功率譜密度。連接上R&S的諧波混頻器，依舊可以實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)一流的動(dòng)態(tài)范圍。拿R&S FS-Z90（60 GHz~90GHz）來(lái)說(shuō)，該混頻器在80GHz頻率處的變頻損耗典型值為23dB，連接到FSW進(jìn)行頻率擴(kuò)展后，F(xiàn)SW在80GHz頻率處的顯示平均噪聲電平可達(dá)–150dBm/Hz，1dB 壓縮點(diǎn)可達(dá)–3dBm，動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到140dB以上，遠(yuǎn)大于ETSI所要求的50dB，為測(cè)量功率譜密度提供了足夠的動(dòng)態(tài)范圍。R&S FS-Z90諧波混頻器還集成有隔離器，可以實(shí)現(xiàn)1.4:1的電壓駐波比，和無(wú)隔離器的諧波混頻器相比，由輸入失配引起的功率測(cè)量誤差降低了5倍。

圖2中輸出信號(hào)和鏡像信號(hào)的間距是2.6GHz。測(cè)量寬帶信號(hào)的功率譜特性和分析寬帶信號(hào)的調(diào)制質(zhì)量都沒有任何難度。

圖2：R&S FSW 信號(hào)與頻譜分析儀測(cè)量和圖1一樣的E波段微波互連信號(hào)的頻譜測(cè)量結(jié)果。

圖2中輸入信號(hào)的帶寬是500MHz，和鏡像信號(hào)的頻率間距是2.6GHz，所要求的50dB動(dòng)態(tài)范圍也完全在儀表性能指標(biāo)之內(nèi)，因此可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的頻譜測(cè)量。

R&S FSW不僅可以測(cè)量頻譜，也可以分析調(diào)制質(zhì)量，信號(hào)分析帶寬高達(dá)320MHz，可以非常容易的捕獲，解調(diào)寬帶信號(hào)，同時(shí)進(jìn)行調(diào)制質(zhì)量分析。