Máy Phân tích phổ cầm tay R&S FSH

Tính năng và ứng dụng trong thông tin di động

1

I. Giới thiệu chung R&S FSH là máy phân tích phổ lý tưởng cho việc kiểm tra các tín hiệu vô tuyến với tốc độ xử lý nhanh, độ chính xác cao và hiệu quả. Ngoài tính năng phân tích phổ, FSH cầm tay còn có nhiều chức năng đo các thiết bị viễn thông từ việc lắp đặt hoặc bảo dưỡng các trạm BTS trong thông tin di động đến xác định vị trí lỗi cáp RF, cũng như phát triển và dich vụ viễn thông.R&S FSH có các model 3 GHz và 6 GHz với bộ tạo tín hiệu tracking được cài đặt trong máy hoặc không có. Với bộ tạo tín hiệu tracking, R&S FSH có thể được sử dụng để đo khoảng cách lỗi (DTF) cáp RF, phân tích mạng vô hướng (scalar) và véctơ (vector) mạng. Ngoài ra, hầu hết các model của FSH đều có bộ tiền khuyếch đại có thể điều chỉnh được, cho phép FSH có thể đo các tín hiệu rất thấp. R&S FSH có thể được điều khiển từ xa bởi máy tính hoặc máy tính xách tay thông qua cáp giao diện USB hay RS-232 (option FSH-K1) và phần mềm R&S FSH View. Phần mềm FSH View software version 7.0 cho phép tự động nhớ các kết quả ở các dạng graphic hoặc ASCII khác nhau đã xác định trướcVới nhiều đặc tính nổi bật, R&S FSH đã được sử dụng trên trạm không gian quốc tế (ISS) để đo khoảng cách lỗi của các cáp anten RF (1)

Hình 1:R&S FSH và đầu đo công suất định hướng R&S FSH-Z44.

Hình 2:Truyền dữ liệu giữa FSH và máy tính thông qua cáp giao diện USB hoặc RS-232 và phần mềm.

Hình 3:R&S FSH và cấu sóng đứng VSWR, bộ chia công suất FSH-Z2.

2

II. Các thông số kỹ thuật của FSH

Các đặc tính lỹ thuật Điều kiện R&S FSH3/6Tần sốDải tần số 100 kHz to 3 GHz

100 kHz to 6 GHzĐộ phân giải tần số 1 HzTần số chuẩn Tuổi thọ Độ chính xác theo nhiệt độ 0 °C to 30 °C

1ppm/year2ppm

Span Tần số 0, 10KHz to 3GHzBộ đếm tần số Độ phân giải Độ chính xác

1 Hz ± (tần số x sai số của tần số chuẩn)

Thời gian quét 1ms to 100 s Nhiễu pha SSB f = 500 MHz, 20 °C

to 30 °C<85 dBc

Độ phân giải băng thông (-3 dB) 1,3,10,30,100,200,300 kHz, 1MHzBăng thông video 10 Hz to 1 MHz in 1, 3 stepsĐộ lớn (Biên độ) Dải hiển thị <+20 dBm Mức nhiễu trung bình được hiển thị

Độ phân giải băng thông 1 kHz; Băng thông video 10 Hz; Mức chuẩn ≤–30dBm

<-120 dBm, typ -125 dBm (tiền khuyếch đại được bật)

Mức hiển thịMức chuẩn –80 dBm to +20 dBm in steps of 1 dBDải hiển thị 100 dB, 50 dB, 20 dB, 10 dB, tuyến

tínhĐơn vị hiển thị Logarithmic

Tuyến tính

dBm, dBμV, dBmV; với bộ chuyển đổi: dBmV/m và dBmA/mμV, mV, V, nW, μW, mW, W với bộ chuyển đổi: V/m, mV/m and mV/m

MakerSố lượng Maker 6Hàm Maker peak, next peak, minimum, center =

marker frequency, reference level = marker level, all markers to peak

Dầu vàoĐầu vào RF N female Trở kháng đầu vào 50 Hệ số sóng đứng (VSWR) 10 MHz to 3 GHz

10 MHz to 6 GHz1.5:11.5:1

Đầu raĐầu ra AudioDải tần

Trở kháng đầu ra

3.5 mm mini jack5 MHz to 3 GHz5 MHz to 6 GHz50

3

Các phụ kiệnĐầu đo công suất Dải tần Dải công suất đo Công suất tối đa

10 MHz to 8 GHz-67 dBm to 23 dBm+30 dBm (1 W)

Đầu đo công suất định hướng Dải tần Dải công suất đo

200 MHz to 4 GHz30 mW to 120 W - (300 W peak)

Cầu sóng đứng Dải tần số Trở kháng Directivity 10 MHz to 1 GHz 1 GHz to 3 GHz

10 MHz to 3 GHz50

typ. 30 dBtyp. 25 dB

Thông số chungMàn hình hiển thị 14 cm LC colour displayBộ nhớ Thông số và số lần đo

CMOS RAM100

Nguồn cấp Bộ nguồn ngoài

Pin

AC supply (100 V to 240 V, 50 Hz to 60 Hz, 400 mA)Hoặc DC supply: 15 V to 20 VNiMH battery: 6 V to 9 VOperating time: 4 hour

Kích thước (W x H x D) 170 mm x 120 mm x 270 mmTrọng lượng 2,5 kg

III. Các ứng dụng và options của FSH 3.1 Mode máy thuVới option FSH-K3, thì tất cả các model FSH có thể khai thác như một máy thu cho các ứng dụng thu giám sát và thu tiền xác nhận tương thích điên từ. Trong mode máy thu, máy phân tích đo mức tín hiệu ở một tần số hoặc kênh đã chọn cho một thời gian đo có thể xác định được (xem hình dưới). Việc đo các tần số được chọn ở các khoảng cách xác định trong các bảng kênh như đã mô tả trên.

4

Trong mode quét, máy FSH sẽ đo lần lượt mức của các tần số khác nhau xác định trong bảng kênh và hiển thị kết quả ở dạng graphic. Hình trên bên phải (ở trên) thể hiện các kết quả thu đo trên các kênh điên thoại di động GSM của băng uplink. Mỗi vạch đứng thể hiện một kênh phát GSM, các kênh có băng thông là 200 KHz, Các vạch cao hơn thể hiện mức tín hiệu trong từng trường hợp. Ngoài ra băng thông (6dB) 200Hz, 9 KHz, 120 KHz và 1 MHz theo tiêu chuẩn CISPR, R&S FSH cũng có thể dùng cho việc đo Nhiễu điện từ trường (EMI). Ở mode máy thu, R&S FSH có khả năng đo các điểm đỉnh (peak detector), đo giá trị trung bình, đo giá trị trung bình hiệu dụng (RMS) và quasipeak.

3.2 Tối ưu hoá giải động

Giải động có thể được tối ưu hoá theo yêu cầu cho một ứng dụng riêng. Bạn có thể chọn giữa độ nhạy cực đại (nhiễu thấp) hoặc các sản phẩm nhiễu giao thoa tối thiểu (minimum intermodu lation) (độ méo thấp) cho các phép đo của bạn. Trong mode độ méo thấp thì bộ suy giảm RF phải đặt ở mức 10 dB cao hơn trong mode nhiễu thấp. Mode độ méo thấp rất quan trọng cho các hệ thống đo CATV (truyền hình cáp).

Mode thu, và tối ưu hóa giải động là một giải pháp tối ưu cho phép chúng ta có thể xác định nguồn gây nhiễu cho hệ thống BTS trong thông tin di động.

3.3 Đo công suất TDMA

Lệnh TMDA POWER của R&S FSH cho phép đo công suất trong miền thời gian của một TDMA timeslot. Tất cả các thông số cần thiết của các tín hiệu chuẩn GSM và EDGE đều được cài đặt sẵn trong R&S FSH. Phương pháp đo này thường được sử dụng để kiểm tra các tín hiệu chuẩn GSM/EDGE trong lắp đặt cũng như bảo dưỡng các trạm BTS.

3.2 Đo công suất kênh

R&S FSH thực hiện đo công suất kênh bằng lệnh CHANEL POWER được mặc định sẵn trong máy. Đo công suất kênh được thực hiện cho các chuẩn thông tin di động số như 3GPP WCDMA, cdmaOne, và CDMA 2000 1x. Khác với đầu đo công suất thông thường, chế độ đo công suất kênh sẽ thực hiện đo công suất toàn bộ dải tần của kênh (hay toàn bộ băng thông của kênh). Phép đo này chỉ thực hiện đo một kênh tín hiệu truyền cụ thể. Các tín hiệu khác nằm trong dải phổ đều không ảnh hưởng đến kết quả

đo. Ngoài ra, R&S FSH cũng có thể đo băng thông của kênh (tức là dải băng thông mà 99% công suất được phát đi). Phép đo này được sử dụng để đảm bảo rằng băng thông của một kênh không vượt quá băng thông cho phép gây nhiễu đến các kênh khác.

5

Công suất TDMA

Công suất kênh Dải băng thông chiếm dụng của kênh

3.4 Đo công suất

R&S FSH và các đầu đo công suất FSH-Z1 và FSH-Z18, hoạt động như một máy đo công suất với độ chính xác rất cao, dài tần đo tương ứng là 6GHz và 18 GHz (xem hình minh họa bên dưới). Giá trị hiệu dụng trung binh (RMS) của các tín hiệu cần đo phải nằm trong dải từ -67dBm đến 23 dBm.

R&S FSH và đầu đo công suất FSH-Z1/Z18 R&S FSH và đầu đo công suất định hướng FSH-Z44/Z14

3.5 Đo công suất định hướng

Đầu đo công suất định hướng FSH-Z44/Z-14 cho phép R&S FSH đo công suất định hướng dải tần từ 200 kHz đến 4 GHz. Với chức năng này, R&S FSH thực hiện đồng thời đo công suất phát ra (forward) và phối hợp trở kháng (hay hệ số sóng đứng) của hệ thống anten và máy phát khi máy phát đang hoạt động (xem hình minh họa ở dưới). Đầu đo công suất định hướng có thể đo công suất lên đến 120W và hoàn toàn tương thích với các tín hiệu chuẩn GSM/EDGE, WCDMA, cdmaOne, cdma2000 1x, DVB và DAB. Như vậy, R&S FSH và FSH-Z44 có thể hỗ trợ lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống anten cho BTS. Tuy nhiên, các kết quả hiển thị chỉ cho chúng

6

ta biết các giá trị công suất truyền và hệ số sóng đứng của hệ thống anten. Trong trường hợp muốn xác định nguyên nhân và sửa chữa các lỗi gây mất phối hợp trở kháng trên hệ thông anten cáp feeder, chúng ta cần thực hiện các phép đo sẽ được được trình bày ở các phần sau.

Kết quả đo của đầu đo công suất định hướng với chuẩn 3GPP WCDMA

Kết quả đo các tín hiệu chuẩn

3.6 Các phép đo trên cáp dẫn RF (Khoảng cách lỗi- DTF)

Với option FSH-B1 và FSH-Z2 (cầu sóng đứng dài tần từ 10 MHz đến 3 GHz và bộ chia công suất), R&S FSH và bộ tạo tín hiệu tracking có thể xác định nhanh và chính xác các lỗi cáp RF. Hàm MAKER-ROOM cho phép việc phân tích chi tiết các lỗi với đội phân giải lên đến 1024 điểm. Thông thường các phép đo này cho phép chúng ta xác định được các điểm cáp đứt hoặc bị lỗi (đẫn đến mất phối hợp trở kháng).

Máy phát

R&S FSH-Z44/-Z14

Antenna

7

Đo khoảng cách lỗi trên cáp RF (có 3 điểm vượt ngưỡng cho phép)

Các giá trị đo được hiển thị trên màn hình

3.7 Các phép đo phản hồi và truyền vô hướng với cầu sóng đứng VSWR

R&S FSH với bộ tracking cho phép chúng ta xác định các đặc tính truyền qua của các loại cáp, các bộ lọc, bộ khuyếch đại với phương pháp đo đơn giản nhất. Khi option FSH-Z2 được sử dụng, FSH cũng có thể xác định được phối hợp trở kháng (ví dụ, hệ số sóng đứng, VSWR) của anten. Khác với đầu đo công suất định hướng, phương pháp này sẽ phân tích và chỉ ra nguyên nhân gây lỗi đối với phối hợp trở kháng của hệ thống anten.

3.8 Các phép đo phản hồi và vector truyền

Khác với các phép đo truyền vô hướng, option FSH-K2 cho phép đo truyền qua và phản hồi với độ chính xác cao trong dải động. Điều này hoàn toàn có thể thực hiện được bởi vì các tín hiệu thu được đều phân tích các thông số như biên độ và pha. Ví dụ, để phân tích chi tiết phối hợp trở khác của một anten, biên độ và pha đều được hiển thị trên giản đồ Smith.

3.9 Phép đo tỷ số C/N

R&S FSH có thể thực hiện đo tỉ số giữa công suất sóng mang (C) và công suất nhiễu (N). FSH đo C/N theo hai bước. Bước thứ nhất, R&S FSH dựa trên kết quả đo công suất kênh của kênh tín hiệu cần đo (với các tín hiệu số) hoặc công suất sóng mang không điều chế (với tín hiệu liên tục). Các công suất này chính là công suất sóng mang (C). Bước thứ hai, FSH đo công suất nhiễu của kênh truyền và thực hiên phép chia công suất sóng mang cho công suất nhiễu. IV. Kiểm tra hệ thống anten cho các trạm BTS trong thông tin di động sử dung R&S FSH

Trên một trạm phát BTS, hệ thống anten và các mô đun thu phát là các phần tử rất quan trọng. Điều này không có nghĩa là các công nghệ của hệ thống, các tham số, và các đầu nối cáp đẫn RF không phải là các yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng và độ ổn định trong thông tin di động. Thông thường, đối với các mô đun thu phát, việc phát hiện và thay thế khi có vấn đề hoàn toàn dễ dàng. Còn với anten và các thiết bị đi kèm như cáp dẫn RF thì không dễ dàng phát hiện lỗi để thay thế. Bởi vì, thứ nhất hệ thống anten có thể bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện thời tiết như phóng tĩnh điện, mưa, hoặc những thay đổi về nhiệt độ trọng khoảng thời gian ngắn. Thứ hai, dây cấp hoặc anten có thể bị hư hỏng về mặt vât lý như bị bóp méo hoặc dứt mà chúng ta có

8

thể không quan sát kỹ hoặc không quan tâm. Do vậy, hệ thống anten cần phải được quan tâm đặc biệt và thường xuyên.

R&S FSH và các option như FSH-K2, FSH-B1 là một giải pháp cho việc hỗ trợ việc kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống anten (xem hình mô tả R&S FSH ở trên) trong thông tin di động với các phép đo sau đây:

4.1 Đo phối hợp trở kháng

R&S FSH và các option trên có thể thực hiện kiểm tra phối hợp trở kháng của hệ thống anten hay xác đinh suy hao phản hồi của toàn hệ thông anten. Như chúng ta biết, hiện nay trên các trạm BTS, bộ khuyếch TMA (Tower-Mounted Amplifier) được lắp đặt vào hệ thống anten để tăng vùng phủ sóng. R&S FSH có thể thực hiện đo phối hợp trở kháng của hệ thống anten có TMA và không có TMA.

4.2 Đo khoảng cách lỗi (DTF) và điểm không liên tục

Ngoài ra, R&S FSH còn có thể kiểm tra khoảng cách lỗi (DTF) của cáp RF và điểm không liên tục của hệ thống anten. Khác với việc đo khoảng cách lỗi (DTF) truyền thống, sử dụng bộ đo phản hồi xung, R&S FSH sử dụng công nghệ đo phản hồi miền tần số (FDR). Bằng các phép biến đổi toán học như Fourier, Chirp-Z dải tần số được chuyển sang miền thời gian. Khoảng thời gian tìm ra lỗi và độ lớn của lỗi đều được tính toán dựa trên nguồn tín hiệu.Các phép đo điểm lỗi không kiên tục của hệ thống anten, cho phép chúng ta có thể xác định được các thay đổi đặc tính trở kháng của hệ thông anten, mà những thay đổi trên có thể dẫn đến sự phản hồi lại của sóng RF truyền qua hệ thống anten tạo nên sự không liên tục. Nguyên nhân có thể do các đầu connector hoặc các đầu này không vặn chặt, hay cáp bị thắt nút hoặc bi xoắn. Ngoài ra, cáp bị bóp, hoặc nén cũng có thể gây nên hiện tượng không liên tục này. Hình minh họa đưới đây chỉ ra hai điểm không liên tuc trên cáp RF do bị bóp hoặc nén.

V S W R B ridge andP ow er D iv ide r F S H -Z 2

R Fconnec to r

T rack ingG enera to rC on tro l

cab le

M easurem entcab le

S hort

Load

C ab leunder

es t

T es tP ort

9

R&S FSH và các option có thể thực hiện xác định và đánh giá cường độ của các điểm không liên tục trên hệ thông cáp RF có TMA, và cả trường hợp không có TMA.

4.3 Đo hàm truyền của các phần tử tích cực

R&S FSH đo hàm truyền dựa trên bộ tạo tracking chạy đồng bộ với tần số thu. Tín hiệu phát ra từ bộ tạo tracking là tín hiệu hình Sin với mức không đổi. Phép đo này cho kết quả ổn định.

Những chú ý khi thực hiện các phép đo phối hợp trở kháng, khoảng cách lỗi và các điểm không liên tục trên hệ thống anten: Các phép đo này có thể bị ảnh hưởng bởi hoạt động của các máy phát khác trong vùng phụ cận. Chẳng hạn, các tín hiệu nhiễu có thể được tìm thấy trong các kết quả đo suy hao phản hồi. Hàm TRACE MIN HOLD của R&S FSH sẽ giảm đáng kể các ảnh hưởng của các tín hiệu gây nhiễu, ví dụ các tín hiệu chuẩn GSM, WCDMA, CDMA 2000…từ các nguồn phát khác, đối với các kết quả đo.

Ngoài ra, R&S FSH còn có thể đo độ lợi của TMA và cả hệ thống anten (gồm TMA), kiểm tra TMA trước khi được lắp đặt vào hệ thống Anten.

50 Ω

40 Ω

50 Ω

Các điểm không liên tục

10