Контрольная работа. Анализатор спектра для мобильного сигнала доработка. Анализатор спектра для мобильного сигнала

• Название: Анализатор спектра для мобильного сигнала
• Анкор: Контрольная работа
• Дата: 16.03.2023
• Размер: 161.17 Kb.
• Имя файла: Анализатор спектра для мобильного сигнала доработка.docx
• Тип: Реферат; #994835

РЕФЕРАТ

На тему: «Анализатор спектра для мобильного сигнала»

Выполнил: ФИО

Проверил: ФИО

2023

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

1.Понятие «Анализатора спектра» 5

2. Характеристики 8

3. Принцип работы 10

4. Применение 12

5. Анализатор спектра ARINST SSA R2 Signal 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 19

ВВЕДЕНИЕ
В радиотехнических устройствах протекают электрические процессы, имеющие специфический характер. Реальный радиотехнический сигнал как физический объект аналитического и практического исследований достаточно сложен. Чтобы произвести анализ прохождения сигнала через радиотехнические цепи, необходимо его представить в удобной математической форме. В теории сигналов широкое применение нашли два способа математического и физического представления электрических сигналов временной и спектральный.

Такое представление возможно вследствие принципа дуальности (двойственности, взаимосвязи) частоты и времени, поскольку f= l/t. При временном способе анализа сигнал отражается непрерывной функцией времени или совокупностью элементарных импульсов, следующих друг за другом через определенные интервалы времени Спектральный способ основан на представлении (аппроксимации, декомпозиции) сигнала в виде суммы гармонических составляющих разных, обычно кратных друг другу частот.

Процессы в электрических цепях получаются тем сложнее, чем более сложной является форма сигналов. В этих случаях часто становится эффективным и полезным спектральное представление сигналов. Стоит отметить, что анализаторов спектра существует великое множество — от простых анализаторов спектра промышленной сети переменного тока с набором резонирующих на ее гармониках пластинок с электромагнитами до сложнейших анализаторов тонкого спектра звуковых сигналов и миллиметровых волн с частотами до 300 ГГц и выше.

Ныне именно эти приборы широко используются при отладке современных беспроводных систем связи Bluetooth, WiFi, WiMax и аппаратуры сотовой телефонии, при разработке систем частотной идентификации объектов, оценке состояния эфира, отладке сотовых и спутниковых систем связи и телевидения, проверке электромагнитной совместимости и состояния эфира и т. д., и т. п..

Цель данной работы: изучить анализатор спектра для мобильного сигнала.

Исходя из поставленной цели, были определены следующие задачи:

1. Рассмотреть понятие «Анализатора спектра»;

2. Раскрыть характеристики ;

3. Изучить принцип работы;

4. Рассмотреть анализатор спектра ARINST SSA R2 Signal


1.Понятие «Анализатора спектра»
Анализатор спектра — прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот. Анализатор спектра предназначен для измерения и визуализации сигнального спектра. В быту этот прибор не используется, но его часто можно встретить в лабораториях и на производстве в промышленных предприятиях.

Спектры анализаторы реагируют на изменение амплитуды звуковой волны.

Классификация анализаторов спектра:

По диапазону частот — низкочастотные, радиодиапазона (широкополосные) и оптического диапазона.

По принципу действия — параллельного типа (многоканальные) и последовательного типа (сканирующие).

По способу обработки измерительной информации и представлению результатов — аналоговые и цифровые.

По характеру анализа — скалярные, дающие информацию только об амплитудах гармонических составляющих спектра, и векторные, предоставляющие также информацию о фазовых соотношениях. Последовательные анализаторы спектра считаются более распространенными. Они сканируют частотную полосу с помощью маломощного генератора электрических колебаний. Селективный усилитель промежуточной частоты последовательно выделяет спектральные составляющие, и их отклики воспроизводятся на экране. Анализаторы параллельного типа укомплектованы высокодобротными резонаторами, настроенными на определенные частоты. При одновременном воздействии сигнала каждый узкополосный фильтр выделяет по одной его составляющей, что позволяет вести параллельный анализ данных.

Это устройство для визуализации и анализа спектра сигнала. Сигнальный спектр представляет собой набор синусоидальных волн в конкретный момент времени. С помощью анализатора спектра можно увидеть распределение энергии по частотам и получить амплитудно-частотную характеристику сигнала. На основании полученных данных можно заглушить шумы и помехи, вернуть сигнал в закрепленную за ним частоту. После выяснения того, что такое анализатор спектра радиочастот, следует ознакомиться с работой прибора. Устройство применяется:

А) при измерении частотных характеристик в микроволновой и радиоволновой областях;

Б) во время тестирования кабельного телевидения, радио;

В) для решения узкоспециализированных задач, направленных на повышение совместимости двух радиоприборов, проверки устойчивости готовой техники к помехам и т.д.;

Г) для калибровки генераторов;

Д) во время контроля, испытаний, тестирования качества электронных изделий;

Е) для изучения спектральных показателей;

Ё) для проверки соответствия устройств мобильной и радиосвязи действующим стандартам;

Ж) в процессе диагностики импульсного соответствия и работы генераторов.

Анализатор спектра даёт возможность представить анализируемую информацию в частотной форме. Это позволяет оценить уровень амплитуды на различных частотах в пределах исследуемого интервала, а также определить какие гармоники являются ведущими.

Этот важный инструмент используется при выполнении множества работ.

Так, например его применяют для:

1) измерений характеристик принимаемых и передаваемых данных в для мобильной сигнальной области;

2) тестирования кабельных телекоммуникационных систем;

3) оценки совместимости приемных и передающих устройств;

4) наладки радиоаппаратуры, мобильного и телекоммуникационного оборудования;

5) оценки соответствия стандартам радиопередающих устройств;

6) диагностики и калибровки генераторов;

7) реставрирования и редактирования акустических записей;

8) а также в иных областях науки и техники.

В пример возьмем анализатор спектра Arinst SSA R2.

Портативный анализатор спектра ARINST SSA R2 Signal Hunter (далее анализатор, прибор) предназначен для обнаружения пакетных (импульсных) радиосигналов и радиопередающих устройств и отображения спектров сигналов в диапазоне частот 35-6200 МГц.

Прибор отображает спектры сигналов всех распространенных технологий: Wi-Fi, 2G, 3G, 4G, LTE, CDMA, DCS, GSM, GPRS, ГЛОНАСС и т.п.

Сигнал отображается на экране прибора в виде графика спектра, частотно-временной диаграммы, трассы и диаграммы с технологией «цифрового фосфора».

Данный прибор предназначен для бытового применения, так как в нем используется математический метод подавления зеркального канала.

1.2. Прибор предназначен для определения амплитуды и частоты спектральных компонент входящих в состав сигнала.

1.4. Прибор предназначен для работы в диапазоне температур окружающей среды от 0 до плюс 50 °С и относительной влажности воздуха не более 80% при температуре плюс 25 °С.

2. Характеристики
Анализатором спектра называется устройство, применяемое для измерения относительного распределения в частотной полосе энергии, характерной для электромагнитных колебаний, а также наблюдения за ней.

Спектроанализаторами часто измеряют частоту, мощность, шум, искажения, модуляцию спектра. Спектральный состав сигнала очень важен в системах с ограниченной по ширине полосой частот. Переданная мощность тоже играет значительную роль. Если этот показатель будет слишком маленьким, то звуковая волна не достигнет точки назначения. Слишком большие значения мощности быстро истощают запас аккумуляторов, повышают рабочую температуру системы, вызывают дополнительные помехи.

Оценка качества модуляции нужна для того, чтобы убедиться в корректности работы системы. При аналоговой модуляции измеряют уровни полосы боковых частот, заполнение полосы частот, коэффициент модуляции. При цифровой модуляции оценивают дисбаланс IQ, модуль вектора погрешности, зависимость погрешности от фазы времени. К основным характеристикам анализирующих приборов относят:

Разрешающую способность. Эта характеристика представляет собой минимальный интервал частот, при котором прибор выделит соседние составляющие спектра как отдельные линии, а затем сможет измерить их уровни. Разрешающая способность бывает динамической и статической.

Диапазон частот. Это частотный интервал, в котором возможен спектральный анализ. Диапазон в устройстве может быть разбит на поддиапазоны. Обычно в приборах предусмотрена возможность исследовать сигналы не по всему интервалу, а только в конкретной его части. Ее называют полосой обзора. Такой подход применяется для того, чтобы повысить точность анализа.

Время анализа. Обозначает скорость измерений. На него влияет динамическая разрешающая способность и время, необходимое для получения показаний с резонаторов.

Погрешность по частоте. Показывает, с какой точностью устройство определяет диапазон между спектральными составляющими.

Погрешность по амплитуде. Зависит от инструментальной погрешности анализатора и сигнального спектра.

К характеристикам анализатора спектра Arinst SSA R2.его относится:

Отображаемый диапазон частот: 35 МГц — 6200 МГц.

Динамический диапазон для полосы 35-3000 МГц: >75 дБ. Динамический диапазон для полосы 3000-6200 МГц: >70 дБ.

Максимальная полоса обзора: 6165 МГц.

Время сканирования максимальной полосы обзора: 3.6 c.

Полоса пропускания ПЧ (фиксированная): 200 кГц.

Скорость сканирования в режиме "Точный": 1 ГГц/с.

Скорость сканирования в режиме "Стандартный": 1,5 ГГц/с.

Скорость сканирования в режиме "Быстрый": 2 ГГц/с.

Время сканирования в полосе 100 МГц: < 55 мс.

Мин. длительность обнаруживаемого сигнала при полосе сканирования 50 МГц: 30 мс.

Полка шума в полосе 35-3000 МГц: < -110 дБм.

Полка шума в полосе 3000-4500 МГц: < -105 дБм.

Полка шума в полосе 4500-6200 МГц: < -95 дБм.

Волновое сопротивление: 50 Ом КСВ в рабочем диапазоне частот: < 1,5.

Точность отображения сигнала в пределах динамического диапазона в режиме "Точный": ±0,5 дБ.

Точность отображения сигнала в пределах динамического диапазона в режиме "Стандартный": ±1,5 дБ.

Точность отображения сигнала в пределах динамического диапазона в режиме "Быстрый": ±2,5 дБ.

Максимальная входная мощность: -25 дБм.

Максимальный входной измеряемый сигнал: -30 дБм.

Максимальное постоянное напряжение на входе: 25 В.

Максимальный потребляемый ток при работе от аккумулятора: 700 мА.

Максимальный потребляемый ток при работе от USB (в режиме зарядки): 700 мА.

Диапазон напряжений внешнего источника питания: USB 5В 0,8А, гнездо 7-24В 5Вт.

Минимальная мощность внешнего источника питания: 4 Вт

Емкость аккумулятора: 2500 мАч.

Время непрерывной работы от аккумулятора: 3 часа.

Время заряда аккумулятора: 3 часа.


3. Принцип работы
Интерес к тому, как работает анализатор спектра, вполне естественен. Основное назначение анализатора спектра – наблюдение и измерение колебаний энергии в частотной полосе. Эти процедуры нужно проводить для того, чтобы радиоприборы работали исключительно в своей полосе, не создавая друг для друга помех. По результатам полученных с помощью анализатора измерений осуществляется дальнейшая настройка техники. Принцип действия анализатора спектра зависит от его типа. В основе работы свипирующих приборов лежит супергетеродинный приемник:

Входящий для мобильного сигнала сигнал смешивается с частотой локального осциллятора. Результатом этого процесса становится сигнал с более низкой промежуточной частотой (ПЧ).

Новый сигнал проходит через несколько усилительных каскадов.

В современном свипирующем оборудовании используют цифровые компоненты (сигнальные процессоры, микропроцессоры и т.д.). Принципы работы анализатора спектра в реальном времени будут сильно отличаться:

Устройство собирает информацию во временной области, а после с помощью преобразования Фурье переводит ее в частотную область.

Принятые устройством радиочастотные сигналы преобразуются далее. Усиление и ослабление.

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) оцифровывает последнюю ПЧ. Дальнейшая обработка производится цифровыми процессорами.

У некоторых моделей цифровых анализаторов существуют режимы демодуляции. При их активации входной сигнал оцифровывается без частотного преобразования. Модулирующие сигналы обрабатываются, как и для мобильного сигнала.


4. Применение
Анализатор спектра является высокочувствительными измерительными приборами, использующимися для проведения анализа и измерения характеристик различного типа сигналов.

Анализаторы спектра является основным инструментом, использующимся при радио контроле. Наблюдение и измерение колебаний энергии в частотной полосе проводят для того, чтобы радиоприборы работали исключительно в своей полосе, не создавая друг для друга помех. Собранные данные в дальнейшем могут использоваться для настройки техники.

Основные задачи измерений:

1) Абсолютное и относительное измерение частоты.

2) Обнаружение редких непериодических событий малой длительности.

3) Измерение шума.

4) Выделение слабых сигналов, маскируемых более сильными сигналами.

5) Исследование сигналов, маскируемых шумом.

6) Поиск и анализ переходных процессов и динамических сигналов.

7) Захват передаваемых пакетов, глитчей, коммутационных помех.

8) Определение времени захвата ФАПЧ, ухода частоты и помех, связанных с микрофонным эффектом.

Захват сигналов с распределенным спектром и сигналов со скачкообразной перестройкой частоты.

Измерение параметров АМ, ЧМ, импульсно-модулированных ВЧ сигналов и сигналов с цифровой модуляцией.

Мониторинг использования спектра, обнаружение незарегистрированных радиопередатчиков.

Измерение по принципу стимул-отклик (скалярные измерения).

Измерение и диагностика влияния электромагнитных помех от переходных процессов.

Измерение электромагнитной совместимости (ЭМС).

Измерение зависящих от времени параметров модуляции.

Локализация программных и аппаратных неисправностей

Основное назначение анализатора спектра ARINST SSA R2 Signal - обнаружение пакетных (импульсных) радиосигналов и радиопередающих устройств всех современных систем связи. Высокая скорость сканирования по сравнению с другими версиями анализаторов ARINST достигнута за счет применения двух синтезаторов частот. Для расширенного анализа добавлены функции отображения частотно-временного спектра "водопад" и "цифровой фосфор". Они предназначены для наблюдения эволюции сигналов как в частотной, так и во временной области.

Прибор также может быть использован для полевых работ, он имеет очень малые вес и размеры и отличается невысоким энергопотреблением. С его помощью сервисные центры и ремонтные бригады могут на месте провести ВЧ-анализ для проведения пуско-наладочных или ремонтных работ. Кроме этого, анализатор спектра идеально подходит для ремонтных мастерских и радиолюбителей.


5. Анализатор спектра ARINST SSA R2 Signal
Arinst SSA R2 Signal Hunter — современный прибор для анализа радиочастотной обстановки на местности. Может применяться для выполнения широкого спектра инженерных задач от проведения настройки абонентских 3G/4G-антенн до оценки качества ремонтных работ на базовых станциях. Также Arinst SSA R2 Signal Hunter помогает определить частотные диапазоны, используемые мобильной связью.

Широкий диапазон измеряемых частот от 35 до 6200 МГц позволяет исследовать обстановку на предмет наличия и качества источников сигнала, работающих в стандартах сотовой связи 2G, 3G, 4G, а также беспроводных сетей WiFi и системы геопозиционирования GPS/ГЛОНАСС.

Основное преимущество Signal Hunter перед Arinst SSA Lite R2 и другими похожими моделями — более высокая скорость сканирования частотного спектра, что позволяет обнаруживать источники сигнала, генерирующие короткие импульсы. Увеличение скорости работы устройства достигается производителем за счет использования в схеме Signal Hunter двух генераторов (синтезаторов частот). Специально разработанные для данной модели функции «Цифровой фосфор» и «Водопад» позволяют отслеживать изменение сигнала в динамике (во времени).

На корпусе Arinst SSA R2 Signal Hunter расположен цветной сенсорный экран 3,2″, отображающий спектр сигналов и служащий для конфигурирования устройства. 8 физических кнопок облегчают управление анализатором спектра. Пункты меню выбираются непосредственно нажатием на дисплей прибора.

На верхнем торце Arinst SSA R2 Signal Hunter расположен разъем SMA-female для подключения антенны. Для защиты коннектора от преждевременного износа и увеличения срока службы прибора в комплект поставки включен переходник SMA-male — SMA-female. Измерительная антенна в комплект поставки не входит и приобретается отдельно.

В нижней части корпуса расположен разъем Mini-USB, предназначенный для зарядки аккумулятора прибора от компьютера или ноутбука, а также для обновления программного обеспечения. Кабель Mini-USB — USB прилагается в наборе. Производителем предусмотрен альтернативный вариант зарядки устройства с помощью внешнего адаптера питания 7–24 В (в комплект не входит).

Встроенный аккумулятор обеспечивает непрерывную работу анализатора в течение 3 часов. Примерное такое же время занимает полная зарядка аккумулятора. Диапазон рабочих температур от 0°С до +50°С позволяет эксплуатировать анализатор в полевых условиях большую часть года.

Корпус анализатора спектра выполнен из металла, что обеспечивает прочность и надежную защиту от механических повреждений. Благодаря вертикальной компоновке органов управления, компактности и малому весу, SSA R2 Signal Hunter удобен в работе.

Порядок подключения и эксплуатации анализатора подробно изложен в комплектном паспорте. Информация о порядке обновления программного обеспечения устройства (прошивки) находится в открытом доступе.

Signal Hunter — практичный и надежный инструмент анализа источников ВЧ-сигналов. Широкий диапазон оцениваемых параметров, определение частоты и амплитуды спектральных компонентов, мобильность и автономность делают Signal Hunter лучшим решением для выполнения любительских и профессиональных задач.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, большинство для мобильного сигнала анализаторов являются широкополосными, позволяют работать в полосе от нескольких килогерц до единиц — сотен гигагерц, как правило, это анализаторы последовательного типа. Применяются для анализа свойств радиосигналов, для исследования характеристик радиоустройств.

Анализаторы спектра электрических сигналов можно классифицировать по ряду специфических признаков:

по способу анализа -- последовательные, параллельные (одновременные) и смешанные;

по типу индикаторного устройства--осциллографические, с самописцем;

по диапазону частот -- низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, широкодиапазонные.

Основными метрологическими характеристиками анализаторов являются: разрешающая способность, время анализа и погрешности измерения частоты и амплитуды.

Анализаторы спектра параллельного типа применяют в основном для анализа спектров одиночных импульсных сигналов. При параллельном анализе спектра сигнала применяют n полосовых фильтров Ф, каждый из которых настроен на определенную частоту.

Анализаторы спектра последовательного действия применяются для исследования любых сигналов, спектр которых не изменяется за время измерения (анализа).

Измерение ряда величин, характеризующих параметры сигналов или электрических цепей, осуществляют с помощью приборов, которые по построению аналогичны анализаторам спектра.

К таким характеристикам относятся нелинейные искажения, которые возникают в цепях с нелинейной амплитудной характеристикой. При прохождении по таким цепям колебания теряют синусоидальную форму (искажаются) и в их спектре появляются высшие гармоники.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1) Аминев, А. В. Основы радиоэлектроники: измерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие для среднего профессионального образования / А. В. Аминев, А. В. Блохин ; под общей редакцией А. В. Блохина. – Москва : Издательство Юрайт, 2019. – 223 с.

2) Анализаторы спектра, сигналов и логикиАвтор: Афонский А.А., Дьяконов В.П., 2018.

3) Афонский А. А., Дьяконов В. П. Цифровые анализаторы спектра, сигналов и логики. Под ред. проф. В. П. Дьяконова. М.: СОЛОН-Пресс, 2019 Дьяконов В. П. Современные методы Фурье – и вейвлет-анализа и синтеза сигналов. “Контрольно-измерительные приборы и системы”, № 2, 2019 Сигналы, помехи, ошибки… Финк Л. М. М:Радио и связь,2019 Справочник по радиоизмерительным приборам: В 3-х т.; Под ред. В. С. Насонова — М.: Сов. радио, 2019 Справочник по радиоэлектронным устройствам: В 2-х т.; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 2018.

4) Багманов, А. М. Анализаторы спектра / А. М. Багманов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 26.

5) Краснов Е.А., Анализатор спектра сигнала, Вестник Института инженерной физики РФ, № 4, 2017 г.

6) Краснов Е.А., Кочетов А.С., Анализатор спектра сигнала. Сборник трудов. Часть 5. ХХIV МНТК «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем», Серпуховской ВИ РВ, 2015 г., с. 178-191;

7) Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов : перев. с англ. / Р. Лайонс. - М. : Бином-Пресс, 2021. - 654 с

8) Мещеряков В. А. Метрология. Теория измерений: учебник для среднего профессионального образования / В. А. Мещеряков, Е. А. Бадеева, Е. В. Шалобаев ; под общей редакцией Т. И. Мурашкиной. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : Издательство Юрайт, 2019. – 167 с.

9) Спектр сигнала : Учебно-методическое пособие / Б.П. Бойко, В.А. Тюрин. – Казань : Изд-во КФУ. – 2014. – 38с.

10) Фремке А. В., Электрические измерения, 4 изд., Л., 2013.