分析频谱分析法测量数字信号电平方法

　　数字电视信号采用QAM 调制方式， 具有类似双边带的特征， 既对载波的振幅进行调制又对载波的相位进行调制， 又由于是平衡调幅， 抑制了载波， 因此一个数字电视频道没有所谓的图像载波伴音载波。一个数字频道的已调信号的能量是均匀分布在整个限定带宽内的，信道功率相对稳定， 不随内容随机变化， 所以数字电视用有效带宽内射频或中频信号的平均功率电平来表示本频道的功率， 数字电视信号的平均功率电平也称作信道功率， 这与模拟电视电平是完全不同的概念。

　　概述

　　电压是电子学的基本参数，也称电平。电平和电压是同一个参数，一般来说，它们的区别在于单位不同。电压是以伏（V）作单位，如V、mV、μV、kV等；电平是以dB作单位，如dBv、dBmV、dBμV等。

　　电信号的电平，一般都是用正弦波的有效值为基准，以热电偶测量功率来定度它的电压值（电平值），我们也叫做电平（电压）的有效值。这就是说信号电平和功率之间是以热电偶所产生的热量来联系的。我们知道，电功率是与信号波形无关的，而对于电平来说，我们所定度的正弦波那一定是无失真正弦波，否则要引入误差。

　　为了准确地测量信号的电平，一般正弦波信号不言而喻地用常规电平表示测量有效值，如果是脉冲信号则一般测量它的峰值。在电视信号测试中，因为视频信号相当复杂，其信号大小是以行同步脉冲的峰值来定度，因此测定行同步脉冲峰值。

　　随着数字技术的发展，数字通信、计算机网路，数字电视的发展，各种调制的数字信号出现，它们怎样测量，这是一个非常重要的问题。目从测量的角度来看，无论那种调制数字信号，都可以把它当作在一定带宽内的噪声来对待。因此，我们用每赫兹功率电平（dBmV/Hz）的概念，将一定带宽的功率来表征信道的功率（dBmV），笔者称为平均功率电平。

　　频谱仪通常是测量正弦波的电平有效值，因此在测量数字信号时极不准确。在这里，将论述几种用频谱仪测量数字信号的方法，普通光标法、噪声光标法以及信道功率测量法。

　　频谱仪的普通光标法

　　用频谱仪测量某个信号通常的做法是把光标放在信号上并读出读数，见图1。但这个光标给出的读数不太正确。你可以试着比较一下图1和图2。图2的变化是频谱仪的分辨率带宽采用30kHz而不是图1中的10kHz。当分辨率带宽增加（从10kHz～30kHz），在滤波器带宽内的能量也增加，这样就引起了显示图形上的变化。

　　频谱仪是研究电信号频谱结构的仪器，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。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。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能；配置标准接口，就容易构成自动测试系统。

　　熟悉用频谱仪测C/N的工程师都很清楚这种现象，这种由分辨率带宽引起的误差是可以修正的。现在我们想测量出数字信道的总功率，就需要将显示的功率转换为信道功率，即仅是平均功率电平，公式为：

　　信道平均功率电平 = 显示的功率电平+10log（信道带宽/分辨率带宽）+修正因子 单位：dBmV这个修正因子是必须要的，换句话说，一个10kHz的滤波器的噪声带宽并不是10kHz，它有个矩形系数问题。修正因子中的另一个因素是对数放大器，因它把输入信号变成对数形式的显示。总的修正因子通常为1～2dB，可以从频谱仪厂家获得这个修正值。

　　用频谱仪测量数字信号应使用采样检波器，而不是峰值检波器。而同时视频带宽必须设置足够低使得信号看上去很平滑，次扫描测量图形不出现明显变化。

　　频谱仪噪声光标法

　　噪声光标法是目前测量像数字信号这样的噪声类型的信号电平的方法，如图3所示。信道功率的计算按下述公式：

　　信道平均功率电平 = 显示的功率电平+10log（信道带宽） 单位：dBmV。它不需要其他的修正因子，分辨带宽的设置并不改变噪声光标的读数。

　　当使用某些特定的频谱仪时，有件事要注意。被测信号一定要填充（跨越）显示屏的几个格子，即信道带宽尽可能接近频谱仪扫描带宽。图4表示了不正确的测量情况，其被测信号与图3是相同的，但是其扫描带宽增加了，此时的噪声光标读出的是 -32.2dBmV/Hz，而不是-30dBmV/Hz，而那里不含有任何信号功率。如果仔细看这张图，你会发现光标的上下位置实际上比信号所显示的曲线要低一些。

　　信道功率测量法

　　为了测试方便，有些的频谱仪拥有特别设计的算法来修正前面提到的所有误差，并直接显示数字信道的实际功率电平值。这项功能很有用，它避免了测量中的错误。你可以按照厂家提供的简单测量步骤完成准确的测试。

　　在CATV测量仪器中，为了测量数字频道功率，也采用这种方法测量。如美国安科特纳SDA系列CATV分析仪采用这种方法直接读出QAM、OPR、OPSK、VSB、CAP-16、DVB/ACTS、TDMA的数字信号平均功率电平。

　　综合上述，功率计是能给出正确的数字信号功率的仪器，确保每个人都能测到相同结果的和简单的方法就是用你所喜爱的方法和功率计的读数比较，这个修正因子就有效。随着数字设备的迅速发展，在一些专用设备（如CATV分析仪）和新型的频谱分析仪都直接有数字信道平均功率电平测量功能，其原理都引入本文的概念。

　　值得说明的是，本文所讨论的数字信号电平是用功率来定度，以每赫带宽功率法来解决数字信道功率测量，其单位是dBmV表征。有人称之为信号功率、信道功率，有人称之为数字信号电平、信道电平等。国家标准推荐，在数字和模拟兼容传输的网络中，数字频道的电平比模拟频道应当低10 dB, 其目的是减少数字信号的非线性失真， 经过测量， 数字电视用户收看数字电视的门限电平可达到35 dB。