Name: continuous-wave propagation channel-sounding measurement system - testing, verification, and measurements
Uploaded: 2021-06-25T14:00:00
Duration: 9 min 36 s
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感谢国防频谱办公室（DSO）为本文中介绍的工作提供资金。

注：ITS通道发声器系统如图 1 和 图2所示，台式评估设置如图 3所示。在设置CW声道发声器时，请参考这些数字，以确保所有组件都已正确配置。以下各节说明如何在进行测量之前验证和确认系统。
1. 测量系统设置
注：本节介绍如何为现场测量设置系统。首先，在组装整个系统之前，必须单独考虑和测量系统发射侧和接收侧的系统损耗。然后，组装整个系统，并配置、校准和同步各个仪器，为实验室验证和确认做好准备。
<ol><li>在组装系统之前，使用VNA2测量各个系统组件的S参数：电缆，衰减器，功率分配器，定向耦合器和低通滤波器。 注：这将表征损耗并识别电缆断裂或设备不合格。</li>
	<li>在功率放大器、定向耦合器、带通滤波器和将连接到天线的 N 型电缆的输出端组装 N 型电缆，并使用 VNA 测量元件链。 注：此测量值将包括使用 VNA 测量单个组件时看不到的内部反射。</li>
	<li>记录S21 值，这将是一个负数，并将用作传输系统的损失。使用这些值来校正代表性结果部分中讨论的接收信号电平。</li>
	<li>传输系统设置<ol>
<li>将所有设备插入电源：不间断电源 （UPS） 或一组浪涌保护插座。确保所有仪器在将组件连接在一起时都处于断电状态。</li>
		<li>组装传输设备（图1）。<ol>
<li>使用卡口尼尔-康塞尔曼 （BNC） 电缆将铷振荡器的 10 MHz 输出连接到 VSG 的 Ref IN 端口。使用 N 型电缆将 VSG 的 RF OUT 端口连接到定向耦合器 IN 端口的输入端。在协议步骤3.2之前，不会插入功率放大器。</li>
			<li>使用 N 型母头到母头连接器将定向耦合器的 OUT 端口连接到输入端口适当的带通滤波器（如果需要）。 注：带通滤波器用于最小化其他频段的谐波频率。</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>组装将连接到接收天线的N型电缆，滤波器，滤波器和电源分配器之间的电缆以及将连接到VSA的N型电缆;使用VNA测量此组件系统。</li>
	<li>进行相同的测量，但通过连接到SA的相同组件进行测量。记录 S21 值，该值将用作电源分配器的 VSA 端和电源分配器的 SA 端的接收系统损耗。使用这些值来校正代表性结果部分中讨论的接收信号电平。</li>
	<li>接收系统设置<ol>
<li>将所有设备插入电源：UPS 或一组带浪涌保护的插座。确保所有仪器在将组件连接在一起时都处于断电状态。</li>
		<li>组装接收设备（图2）。<ol>
<li>将 N 型电缆连接到带通滤波器的输入端。将带通滤波器的输出连接到分电器（端口 1）的输入。</li>
			<li>将电源分配器的端口 2 连接到 VSA 上的 RF IN 端口。将电源分配器的端口 3 连接到 SA 上的 RF IN 端口。</li>
			<li>使用 BNC 到香蕉插头线，将铷振荡器 的频率可调 连接到直流 （DC） 电源的 DC OUT 。</li>
			<li>使用 BNC 电缆将铷振荡器的 10 MHz 输出连接到 VSA 上的 Ext Ref In 端口。将铷振荡器的 10 MHz 输出连接到频谱分析仪上的 Ext Trig/Ref In 端口。</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>打开 VSG 电源，并确保将其设置为 "RF 关闭"。打开功率计电源。打开所有仪器，让仪器预热一小时，然后再进行任何测量。</li>
	<li>在 VSA 89601B 模式下配置 VSA。在 VSA 模式下，将中心频率设置为感兴趣的 CW 频率。最后，选择与所需总测量长度一起测量的点数。 注：虽然系统使用CW工作，但必须设置量程以捕获任何多普勒频移和衰落。分辨率带宽决定了VSA在扫描整个频率跨度时用于测量功率的滤波器，因此选择低分辨率带宽可以进行更精确的测量。作为权衡，分辨率带宽越低，每个点花费的时间越长。</li>
	<li>使用以下设置配置 VSA：选择 VSA 89601B 模式;中心频率： 频率MHz （例如，1770 MHz）;跨度： 3 千赫;时间长度： 1 秒;分辨率： 3.81938 赫兹;数字：最大（491026点，409601点）-取决于VSA;Rng： -42 dBm;顶部图形上刻度值：-30 dBm。</li>
	<li>确保 SA 由 仪器 控制 软件 控制， 该软件 使用 可 编 程 标准 命令 的 可 编 程 仪器 （SCPI） 命令， 以便 可以 收集 和 保存 连续 扫描。<ol>
<li>设置 SA，使开始和停止频率与 VSA 中心频率匹配。由于 RBW 同样确定 SA 使用的筛选器大小，因此请将 RBW 设置为与 VSA 测量范围相同的值。</li>
		<li>将视频带宽设置为与分辨率带宽相同的值，并将检测模式设置为采样以记录未成文的数据。保持衰减关闭，确保 SA 不会过载，并保持前置放大器打开。</li>
		<li>为每次扫描配置 SA：StartFreq：与 VSA 设置中的中心频率相同（例如，1770 MHz）;StopFreq：与VSA设置中的中心频率相同（例如，1770 MHz）;RBW （兆赫）： 0.003;VBW （兆赫）： 0.003;检测器：样品;扫描时间：500 ms;点/迹线： 461;前置放大器打开;衰减： 0;自动衰减：关闭。</li>
		<li>在 SA 上，按 Enter 键以访问菜单。通过按下 Shift 按钮并选择频谱分析仪上的" 系统 "按钮来启用外部基准电压源。然后，选择" 更多|端口设置|外接输入| 使用屏幕附近的软键进行引用。</li>
	</ol></li>
	<li>通过选择 CW 输出来配置 VSG。<ol>
<li>将频率设置为 1770 MHz。按照第 4.22 节中的步骤确定功率放大器的线性范围。</li>
		<li>将VSG输出幅度设置为-4 dBm，上限为功率放大器的线性范围。</li>
	</ol></li>
	<li>校准功率计。<ol>
<li>将功率计头插入参考端口（通道 A 或 B），将功率计的另一端插入测量端口。</li>
		<li>将上述参考端口的功率计频率设置为 1770 MHz。归零并校准功率计。确保功率计读数保持在0 dBm的0.2 dB范围内。</li>
		<li>从参考端口拔下功率计头，然后将功率计头连接到衰减器的输出 端，如图1所示。</li>
	</ol></li>
	<li>校准 VSA： 实用程序|校准|校准。打开 VSG 的射频 。 注：确保频谱分析仪上有信号。如果信号电平降至-120 dBm，则外部基准电压源未接通。如果信号太强，它将使接收系统过载并损坏VSA或SA。注意最大输入信号电平（通常显示在仪器正面），并保持至少比该电平低10 dB。</li>
	<li>通过设置电压来同步铷振荡器，但不要超过铷同步端口上允许的最大输入电压。<ol>
<li>将 VSA 屏幕上顶部图形上的 TimeLen 更改为 100 毫秒。将底部图上的 y 轴设置为 I-Q。</li>
		<li>按电源前面板上的 电流/电压 。一次稍微改变电压，然后观察VSA屏幕上的点：如果它来回旋转，什么都不做，频率就会对齐。如果它一致地沿一个方向旋转，则更改功率计读数（电压），直到I-Q图上的点开始变慢，并且它缓慢地来回移动（摆锤运动）（图4）。</li>
		<li>将 VSA 屏幕上顶部图形上的 TimeLen 设置回 1 秒，并将 y 轴设置回对数幅度。</li>
	</ol></li>
	<li>在 SA 上获取 10 条采集记录，以验证是否已正确设置所有参数，以及 SA 屏幕上的信号电平是否与 VSA 下部屏幕上的信号电平匹配。</li>
</ol>2. 实验室验证和确认
<ol><li>在不连接天线的情况下，在系统的发射侧和系统的接收侧之间插入可变衰减器（图5）。从测量设置中取出功率放大器以进行此验证。</li>
	<li>将步进衰减器衰减设置为 0 dB，将 VSA 输入>记录 上的记录数设置为 120。 注意：一条记录等于 VSA 上设置的 TimeLen 。</li>
	<li>将 SA 上的扫描数设置为 120 条记录。将 VSG 的输出幅度更改为 0 dBm，然后按 VSG 上的 RF ON 按钮。</li>
	<li>设置峰值标记以查找信号强度的值，并验证在VSA上是否看到信号。通过点击屏幕顶部的" 录制 "按钮启动VSA。使用仪器控制软件开始 SA 测量。</li>
	<li>将步进衰减器更改为 10 dB，然后重复步骤 4-10。遍历步进衰减器的所有设置，并记录每个衰减设置的值。 注：当衰减器接近90至110 dB时，信号在接近仪器的系统本底噪声时会变得更嘈杂。系统本底噪声附近的测量值将变化很大。</li>
	<li>要验证 VSA 接收的信号电平，请计算 120 s VSA 记录的 0.5 s 窗口平均值，并平均 SA 的每次扫描。加上VSG输出功率电平、发射侧和接收侧系统损耗以及阶梯衰减器设置。 注：对于小于80 dB的阶梯衰减，步骤2.6中上述总和的值应等于VSA和SA记录的0.5 dB以内的平均接收信号电平。如果没有，请返回并重新测量系统损失。</li>
</ol>3. 现场测量
注意：在每次测量活动之前，请务必测试并验证系统。
<ol><li>在每次新的测量活动之前完成步骤 1.1-1.3，并设置系统的传输端，如 1.4 节中所述。 注意：这通常安装在车轮上的蜂窝（COW）中，该细胞在测量过程中保持固定。</li>
	<li>将功率放大器连接到VSG和定向耦合器之间，如步骤1.4.2.1中所述。<ol>
<li>使用定向耦合器，可以处理功率放大器产生的功率电平。将一个 50 dB 衰减器添加到耦合端口处的定向耦合器，以保持在功率计的指定输入功率电平内，并将功率计连接到此端口。将输出 N 型电缆从定向耦合器连接到发射天线。</li>
		<li>如步骤 1.5-1.6 中所述，在移动车辆内设置系统的接收端。将接收天线连接到连接到滤波器的 N 型电缆。</li>
		<li>除了 SA 设置步骤 1.11.3-1.11.4 之外，还需要在 SA 中设置 GPS 天线。<ol>
<li>启用 GPS 记录： 测量设置|启用 GPS 记录|标准全球定位系统。</li>
			<li>通过按住 Shift 按钮并选择频谱分析仪上的" 系统 "按钮，在频谱分析仪上启用 GPS。然后，选择" 更多|全球定位系统|GPS-ON 和 GPS Info-ON 使用屏幕附近的软键。</li>
			<li>将 GPS 天线放在接收器测量车辆的车顶上。确保测量软件还从GPS读取每次扫描的NMEA字符串。</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>按照步骤 1.11-1.17 中所述继续设置，并在 VSA 输入|上设置记录数根据估计的测量时间进行记录。将 SA 记录数设置为 VSA 记录数加上大约 300 条记录，请注意，SA 扫描速度比 VSA 慢。</li>
	<li>通过按屏幕顶部的" 记录 "按钮首先启动VSA来开始测量。启动频谱分析仪测量。</li>
	<li>测量后，保存VSA记录文件 |保存|保存录制文件。保存选项|将标头与数据一起保存。保存文件时，将 _VSA 附加到文件末尾。更改频谱分析仪的数据文件的名称以匹配 VSA 的文件名，但要追加频谱分析仪 _SA 。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Commerce Spectrum Management Advisory Commmittee. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 1755-1850 MHz Airborne Operations: Air Combat Training System Sub-Working Group Final Report. , (2014).</li><li>Best practices for radio propagation measurements. NTIA Technical Memo TM-19-535. U.S. Dept. of Commerce Available from: <a target="_blank" href="https://www.its.bldrdoc.gov/publications/3211.aspx">https://www.its.bldrdoc.gov/publications/3211.aspx</a> (2018)</li><li>Hammerschmidt, C. A., Johnk, R. T., Tran, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calibration+of+a+Vector+Network+Analyzer+for+Measurements+in+Radio+Frequency+Propagation+Channels.">Calibration of a Vector Network Analyzer for Measurements in Radio Frequency Propagation Channels.</a> Journal of Visualized Experiments. (160), e60874 (2020).</li><li>Channel sounder measurement verification: conducted tests. NTIA Joint Report JR-20-549. U.S. Department of Commerce Available from: <a target="_blank" href="https://www.its.bldrdoc.gov/publications/3241.aspx">https://www.its.bldrdoc.gov/publications/3241.aspx</a> (2020)</li><li>Molisch, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Wireless communications. 2nd edition. , (2010).</li><li>Anderson, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+implementation+of+an+ultrabroadband+millimeter-wavelength+vector+sliding+correlator+channel+sounder+and+in-building+multipath+measurements+at+2.5+&amp;+60+GHz.">Design and implementation of an ultrabroadband millimeter-wavelength vector sliding correlator channel sounder and in-building multipath measurements at 2.5 &amp; 60 GHz.</a> Virginia Polytechnic Institute and State University. , (2002).</li><li>Johnk, R., Hammerschmidt, C. A., Stange, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-performance+CW+mobile+channel+sounder.">A high-performance CW mobile channel sounder.</a> Proceedings of the 2017 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility &amp; Signal/Power Integrity (EMCSI. , (2017).</li><li>Johnk, R., Hammerschmidt, C. A., McFarland, M. A., Lemmon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fast-fading+mobile+channel+measurement+system.">A fast-fading mobile channel measurement system.</a> Proceedings of the 2012 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC). , 584-587 (2012).</li><li>Vector signal analysis basics. Keysight Technologies Available from: <a target="_blank" href="https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-02891/application-notes/5990-7451.pdf?success=true">https://www.keysight.com/us/en/assets/7018-02891/application-notes/5990-7451.pdf?success=true</a> (2020)</li><li>Johnk, R. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mobile+propagation+measurement+system.">A mobile propagation measurement system.</a> Proceedings of the 2009 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC. , (2009).</li><li>. 3.5 GHz Exclusion zone analysis and methodology. NTIA Technical Report 15-517 Available from: <a target="_blank" href="https://www.its.bldrdoc.gov/publications/2805.aspx">https://www.its.bldrdoc.gov/publications/2805.aspx</a> (2015)</li><li>The national map. United States Geological Survey Available from: <a target="_blank" href="https://viewer.nationalmap.gov/basic">https://viewer.nationalmap.gov/basic</a> (2017)</li><li>Radiocommunication Sector of International Telecommunication Union. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Propagation+by+diffraction.">Propagation by diffraction.</a> Propagation by diffraction. ITU-R Recommendation. , 526 (2019).</li><li>Yoza, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Narrowband+5+GHz+mobile+channel+characterization.">Narrowband 5 GHz mobile channel characterization.</a> Interdisciplinary Telecommunications Program, University of Colorado at Boulder. , (2015).</li></ol>

在尝试在室外环境中进行测量之前，按照本协议中所述测试系统非常重要。通过这种方式，可以在测量系统中跟踪和识别任何不良组件或不稳定性，并可以解决。该协议中的关键步骤是1）首先测试各个组件，并验证它们是否在其规格范围内运行，2）分别组装发送端和接收侧并测试组件链，3）通过插入阶梯衰减器来组装发送端和接收侧，并在衰减变化时测量信号电平，以确保VSA和SA中的接收信号电平与计算一样。可以使用VSG（如 材料表中所示的VSG）进行进一步的故障排除，该VSG具有生成衰落模拟的选项，可用于在实际传播环境中遇到的各种衰落环境中使用模拟波形测试系统。一旦测量系统正常运行，就可以在室外环境中进行测量，并确信测量将是准确的。
另一个重要步骤是在整个测量过程中监控发射功率，以验证系统是否正常运行。功率放大器单独进行表征和测试，以了解其线性度和带外发射光谱。功率放大器可以在台面上进行设置其余部分的验证，但必须注意使用适当额定衰减器将信号功率降低到VSA的最大额定功率输入以下。GPS 天线及其设置均不得用于实验室验证和确认。由于 VSA 的屏幕无法提供对环境的实时监视，因此添加 SA 作为实时监视器有助于确定系统的当前状态。有几种类型的信道探测测量系统来捕获无线电系统的信道特性：CW、直接脉冲、使用VNA的频域、基于相关性的扫描时间延迟交叉相关器。
该系统的一个限制是探测本地环境的CW信号不包含时域信息，例如时滞配置文件。延时配置文件提供有关信号在本地环境中的源反射时间的信息。但是，使用 CW 信号的一个优点是，使用窄带 CW 信号更容易获得在不同频段的一个频率上进行传输的许可，而不是尝试传输宽带信号。CW系统可以具有比其他系统更大的动态范围，并且信号通常可以在环境中进一步传播。CW 信号还具有音频采样率，导致文件大小小于其他类型的通道探测系统。使用此系统，数据收集是连续的，可以持续数小时。本文中讨论的CW声道发声器测量系统可以在不同的频率下使用，具体取决于各种组装组件的范围。该系统可用于室外传播环境或室内传播环境15。

电信科学研究所（ITS）是美国商务部下属的国家电信和信息管理局（NTIA）的研究实验室。ITS 在进行精确、备受推崇的射频 （RF） 传播测量方面有着悠久的历史。频谱共享的增加伴随着对准确，可重复的测量的需求，以便更好地了解多个服务必须共享的无线电环境。在过去几年中，军事部门一直在与高级无线服务（AWS）-3频段（1755-1780 MHz）1的商业无线运营商制定频谱共享安排。这将允许商业无线运营商在逐步淘汰军用服务之前使用AWS-3频段。频段的使用将通过地理隔离系统和频率干扰场景建模来协调。为了共享该频段的频谱，传播测量对于开发和改进传播模型是必要的，以评估频段内军用和商业无线系统之间的RF干扰。
国防频谱组织 （DSO） 负责管理 AWS-3 过渡，并已责成 ITS 和其他机构执行一系列信道探测测量。这些测量将用于构建新的模型，以计算树叶和人造结构对环境（统称为杂波）的影响。改进的传播建模可以消除杂乱，从而减少对军事系统附近商业发射机的限制。本文中讨论的CW信道发声器系统在过去五年中一直用于收集无线电传播测量数据并计算杂波衰减。该测量系统可产生准确、可重复且无偏倚的结果，DSO鼓励ITS与更广泛的技术社区分享其机构知识，包括用于测量和处理RF传播数据的最佳测量实践。
最佳 测量 实践 需要 从 组件 级 到 组装 系统 级 了解 系统。这些最佳测量实践已记录在最近发布的NTIA技术备忘录TM-19-5352中，该备忘录描述了一套准备和验证无线电传播测量系统的最佳实践。ITS 最近完成了一篇关于校准用于测量该测量系统组件损耗和识别不良组件的 VNA 的 JoVE 文章3。本文是针对更广泛社区记录这些最佳度量实践的延续。尽管本文讨论了CW声道发声器的最佳实践，但这些相同的技术可用于验证其他声道发声器系统：VNA系统;连续波系统;全带宽、基于相关性的系统;直接脉冲系统;和基于滑动相关因子的系统4，5，6。
本文详细介绍了如何使用矢量信号分析仪 （VSA）、频谱分析仪 （SA）、两个铷振荡器、一个功率计、矢量信号发生器 （VSG） 以及各种滤波器和功分器来设置 CW 声道发声器测量系统，以便在室外测量环境中进行测量7，8。系统的发射侧由VSG组成，VSG产生由功率放大器增强的CW信号。然后将其分成一个方向耦合，将一些信号转移到功率计，允许用户监控系统输出。其余的信号通过传播通道发送到系统的接收端。接收侧由一个低通滤波器组成，以减少功率放大器产生的干扰和谐波。滤波后的信号在功率分配器中分离并馈入SA，以便在测量期间进行监控，同时提供时间戳和全球定位系统（GPS）位置。信号的另一半被发送到VSA，下变频为1-5 kHz范围内的同相正交（I-Q）数据。采样率由仪器span9 决定，并由预期的多普勒光谱偏移引导，这是车辆速度的函数。然后将生成的时间序列传输到计算机进行后处理和数据分析。
铷钟用于发射器和接收器，以提供高精度测量和高度稳定的频率。接收端的铷钟具有精细的频率调节，用于发送和接收频率的精确对准。通常，频率被调整为彼此之间的距离在0.1 Hz以内，以便进行测试。铷钟对于高精度CW传播测量至关重要。它们可确保测量过程中的精确时基精度，并防止发射器和接收器的频率漂移。本文还详细介绍了在室外环境中进行测量之前，如何验证和确认系统在实验室环境中进行精确测量，无论是否使用天线。该系统已用于一系列广泛的室外和室内测试，频率范围为430 MHz至5.5 GHz，并具有许多不同的发射功率7，8，10。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Cabling</td>
			<td>Micro-Coax</td>
			<td></td>
			<td>Various lengths</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Directional Coupler</td>
			<td>Anatech Electronics, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>AM1650DC833</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter 1</td>
			<td>K&#38;L Microwave, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>8FV50-1802-T95-O/O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GPS Antenna</td>
			<td>Trimble</td>
			<td></td>
			<td>SMA connection to SA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Instrument Control &#38; Processing Software</td>
			<td>MATLAB</td>
			<td></td>
			<td>Used to store and process measurement data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Amplifier</td>
			<td>Ophir RF</td>
			<td></td>
			<td>5263-003</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Divider</td>
			<td>Mini-Circuits</td>
			<td></td>
			<td>ZAPD-20+</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Meter and Power Sensor</td>
			<td>Keysight</td>
			<td></td>
			<td>E4417A/E4412A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Receiving Antenna</td>
			<td>Cobham</td>
			<td></td>
			<td>OA2-0.3-10.0V/1505</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubidium Frequency Standard</td>
			<td>Stanford Research Systems</td>
			<td></td>
			<td>FS725</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SA</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td>N9344C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmitting Antenna</td>
			<td>COMTELCO</td>
			<td></td>
			<td>BS1710XL6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vector Signal Generator</td>
			<td>Rohde &#38; Schwarz</td>
			<td></td>
			<td>SMIQ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VSA</td>
			<td>Keysight Technologies</td>
			<td></td>
			<td>N9030A</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

continuous-wave propagation channel-sounding measurement system - testing, verification, and measurements

信道发声器用于测量无线电系统的信道特性。目前使用的通道发声器有几种类型：连续波 （CW）、直接脉冲、使用矢量网络分析仪 （VNA） 的频域、基于相关性的和扫描时间延迟交叉相关器。其中每一种都有其独特的优点和缺点。CW系统具有比其他系统更大的动态范围，其信号可以进一步传播到环境中。由于音频采样率允许比其他系统更小的文件大小，因此数据收集可以是连续的，并且持续数小时。本文讨论了一种CW信道发声系统，该系统已用于在美国各个城市进行大量传播损耗测量。这种传播测量应该是准确的，可重复的，并且没有伪影或偏差。本文介绍如何设置测量，如何验证和确认系统是否进行可靠的测量，最后，它显示了一些测量活动的结果，例如可重复性测量，杂波损失测量（其中杂波损失定义为自由空间传输损耗的多余损耗）和互惠测量。

在对所呈现的系统进行现场验证期间获得了以下结果。发射机位于科罗拉多州博尔德市商业部博尔德实验室后面的科勒台面上。接收器在专门设计的测量车辆中穿过科罗拉多州的博尔德（见 图6），并进行了连续测量。SA 将扫描的数据存储为事件数据结构中的日志幅度格式，而 GPS 数据存储在同一文件中的单独事件数据结构中。 图 7 显示了一次扫描的数据示例。存储的数据转换为线性功率（以瓦特为单位）;为该扫描中的所有点计算平均值，然后将其转换回对数大小。GPS 信息被分配到红色 X 以 −71.5 dBm 的值显示的扫描的平均值。此过程将针对文件中的每次扫描完成。
接下来，对来自VSA的基带I-Q数据进行处理，如公式1所示。计算每个I-Q样本的功率（以dBm为单位）。在此步骤中，VSA 收集峰值数据，这些数据必须转换为 dBm。
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62124/62124eq01.jpg">(1)
在测量过程中，基带I-Q数据存储在临时文件中。VSA 不会获取任何 GPS 信息。选择文件的长度，使请求的记录数等于驱动器时间的秒数。测量完成后，数据将写入一个文件，其结构由VSA软件开发人员预先编程。保存到此文件中的数据包括测量样本之间的时间差、频率和复杂数据样本。处理步骤涉及在500 ms窗口内平滑整个数据集的基带I-Q数据的大小，以接近40波长的驱动距离。 图8 显示了平滑平均功率与大部分驾驶测试的原始数据相比如何。原始数据由蓝色迹线显示，平滑的平均功率由红色迹线显示。
VSA 和 SA 数据集使用循环卷积对齐。每秒的 VSA 数据点与每秒生成的 SA 样本对齐，以将 GPS 坐标从 SA 传输到 VSA 数据点。线性回归模型通过最小化两个数据集的测量功率水平之间的残差来对齐数据。通过绘制 x 轴上的 SA 功率（以 dBm 为单位）和 y 轴上的 VSA 功率（以 dBm 为单位）来显示对齐数据（图 9）。由于SA系统本底噪声高于VSA系统噪底，因此对于接近本底噪声的数据集，该图将显示在低于约-115 dBm的点处的向下曲率。 图 9 和 图 10 显示了 VSA 电源和 SA 功率与经过的时间（以秒为单位）的对齐情况。然后，来自 SA 平均功率的 GPS 时间戳将附加到 VSA 平均平滑功率数据序列的第一个数据点。通过校正从功率分配器到SA的电缆损耗，消除了两个数据集之间的垂直偏移;但是，由于仅使用带时间戳的 VSA 数据，因此不需要执行此额外步骤。然后将这些数据保存并用于朗利-赖斯/不规则地形模型（ITM）11，12 中，以预测地形损失。通过添加系统损耗和除去系统增益来校正VSA数据，以获得沿驱动路径测得的基本传输损耗（BTL）或基本传输增益（BTG），如图 11 和 图12 所示，由等式2给出。
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62124/62124eq02.jpg">(2)
其中，BTL是基本传输损耗，Pt和Pr是以dBm为单位的发射和接收功率，Gt和Gr分别是dBi中发射和接收天线的增益，Lt和Lr是dB中发射系统和接收系统的系统损耗， 分别。
在 图11中，紫色星星是发射位置。黄色和紫色点分别表示接收的最高和最低信号电平。 图12显示了测得的BTG（黑色x）、ITM建模的BTG（蓝色+）、自由空间传输增益（FSTG）（红色圆圈）和系统噪底（粉红点）。当ITM BTG等于FSTG时，没有地形相互作用，所有损失（FSTG和MBTG之间的差异）都可以假设来自建筑物，树叶或与周围环境的其他相互作用。如图 13 所示，其中黑线是从 USGS terrain database13 中提取的地形，红色虚线是发射天线和接收天线之间的视线 （LOS） 线，蓝色、虚线和虚线是上部和下部的第一菲涅耳区域14 ，其中大部分能量被定位。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig01.jpg"> 图 1：传输组件和连接图。 连续波 （CW） 声道发声器的发射侧。缩写： RF = 射频;引用 = 引用。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig02.jpg"> 图 2：接收组件和连接图。 连续波 （CW） 声道发声器的接收侧。缩写： GPS = 全球定位系统;射频 = 射频;Ext Ref = 外部引用;GPS 蚂蚁 = GPS 天线;Ext Trig/Ref = 外部触发/基准;TCP/IP = 传输控制协议/互联网协议;频率调整 = 频率调整;直流 = 直流电。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig03.jpg"> 图3：实验室中的CW声道发声系统。 电信科学研究所（ITS）信道发声器的台式部署，用于系统验证和精度测试，显示主要组件。缩写： VSA = 矢量信号分析仪;VSG = 矢量信号发生器。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig04.jpg"> 图 4：I-Q 显示屏。 使用同相和正交 （I-Q） 图进行频率调整。缩写： CW = 连续波;TimeLen = 时间长度;I轴=同相轴;Q 轴 = 正交轴。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig05.jpg"> 图 5：验证和确认系统设置。 用于验证和确认测量的系统设置。缩写：I-Q = 同相正交;射频 = 射频;引用 = 引用;GPS = 全球定位系统;Ext Trig/Ref = 外部触发/基准;TCP/IP = 传输控制协议/互联网协议;频率调整 = 频率调整;直流 = 直流电。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig06.jpg"> 图 6：车轮上的蜂窝 （COW） 和测量车。 照片显示了用于接收系统的绿色面包车和用于容纳发射系统的车轮蜂窝（COW）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig07.jpg"> 图 7：频谱分析仪扫描和扫描平均值。 频谱分析仪数据采集的单次扫描，在 0.5 秒的扫描时间内由 461 个点组成。缩写：SA = 频谱分析仪。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig07large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig08.jpg"> 图 8：矢量信号分析仪接收功率和移动平均线。 与在 0.5 s 窗口内计算的平均功率（红色迹线）相比，较大运行的一小段的同相和正交 （I-Q） 幅度数据（蓝色迹线）。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig08large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig09.jpg"> 图 9：VSA 和 SA 信号对齐。 矢量信号分析仪功率和频谱分析仪功率的对准。缩写： VSA = 矢量信号分析仪;SA = 频谱分析仪。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig09large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig10.jpg"> 图 10：信号对准后 VSA 和 SA 接通电源。 矢量信号分析仪功率与频谱分析仪功率与经过时间（以秒为单位）对齐。缩写： VSA = 矢量信号分析仪;SA = 频谱分析仪。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig10large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig11.jpg"> 图 11：测量的基本传输增益的地理位置。 沿驱动路径测量的基本传输增益。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig11large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 12" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig12.jpg"> 图 12：测量和建模的基本传输增益。 测量的基本传输增益（蓝色 x）、不规则地形模型 （ITM）、基本传输增益 （BTG）（黑色 +）、自由空间传输增益（红色圆圈）和系统噪底（粉红点）与驱动路线沿经过的时间的关系。缩写：MBTG = 测量的基本传输增益;ITM = 不规则地形模型。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig12large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 13" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62124/62124fig13.jpg"> 图13：地形剖面和第一菲涅耳带。 美国地质调查局经过时间 1636.2 秒的地形剖面图（黑线）。上部（第一条）菲涅耳区（蓝色，虚线）和下部（第一条）菲涅耳区（蓝色，虚线）也与发射天线和接收天线之间的视线线（红色虚线）一起绘制。缩写： USGS = 美国地质调查局;NED = 国家高程数据库。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62124/62124fig13large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>

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Continuous-Wave Propagation Channel-Sounding Measurement System - Testing, Verification, and Measurements

本报告描述了设置、确认和确认，以及使用连续波、射频信道探测测量系统的传播测量结果。

连续波传播信道探测测量系统 - 测试、验证和测量

Channel sounders are used to measure channel characteristics for radio systems. There are several types of channel sounders used today: continuous-wave ...

传播测量为模型和策略提供信息。在进行这些类型的重要测量之前，验证和确认测量系统至关重要。我们 已 使用 这种 技术 来 验证 其他 测量 系统， 以便 测量 结果 一致。该系统易于组装和使用。使用此协议将确保您在更复杂的环境中进行测量之前了解您的系统。该协议不解决设备彼此靠近时可能出现的电磁干扰或电磁兼容性问题。这些都是新RF工程师可以忽略的问题，因此与更有经验的工程师合作非常重要。这种设置的某些方面无法用言语完全解释。图片有助于正确组装测量组件。在组装系统之前，使用VNA测量电缆、衰减器、功率分配器、定向耦合器和低通滤波器的S参数。要使用VNA测量发射系统，请组装连接到功率放大器输出端的N型电缆、定向耦合器、带通滤波器以及将连接到天线的N型电缆。使用 VNA 测量组件链并记录 S21 值，该值将是负数。要使用VNA测量接收设备，请组装将连接到接收天线的N型电缆，滤波器，滤波器之间的电缆，电源分配器以及将连接到VSA的N型电缆。使用 VNA 测量接收器 VSA 侧的 S21，然后将将频谱分析仪侧的电缆连接到 VNA 并再次测量组件以获得其 S21 值。在进行任何测量之前，请打开矢量信号发生器的电源，确保将其设置为RF关闭，功率计和功率放大器。在进行任何测量之前，让仪器预热一小时。仪器预热后，在 VSA 89601B 模式下配置 VSA。配置频谱分析仪后，在频谱分析仪上按 Enter 键以访问菜单，并按住 Shift 按钮，同时选择"系统"按钮以启用外部基准电压源。使用软键选择更多端口设置、外部输入和参考，然后选择连续波输出。要配置 VSG，请将频率设置为 1， 717 兆赫兹。将 VSG 输出幅度设置为负 4 分贝毫瓦，并将上限设置为功率放大器的线性范围。要校准功率计，请将磁头插入参考端口，并将末端插入测量端口。将功率计频率设置为1，770兆赫和零并校准功率计，确保功率计读数保持在零分贝毫瓦的0.2分贝以内。然后从参考端口拔下功率计头，并将其连接到衰减器的输出端。要同步铷振荡器，请设置电压，注意不要超过铷同步端口上允许的最大输入电压，并将时间轴设置为100毫秒，并将y轴设置为 IQ.To 对齐电源频率，同时按下电源上的当前电压按钮，同时观察VSA屏幕上的点。如果点来回旋转，则频率对齐。如果点在一个方向上一致地旋转，请改变电压，直到 IQ 图上的点在钟摆运动中来回移动时开始变慢。当频率对齐时，将时间线设置回一秒，将 y 轴设置回对数幅度。要校准 VSA，请选择实用程序、校准和校准，然后将 VSG 上的 RF 按钮设置为打开。然后在频谱分析仪上获取10条采集记录，以验证是否已正确设置所有参数，以及频谱分析仪信号电平是否与VSA信号电平匹配。要验证实验室，请在系统的发射侧和接收侧之间插入可变衰减器，而不连接天线，并将步进衰减器衰减设置为零分贝，并将VSA上的记录数设置为120。将扫描次数设置为 120 条记录，将 VSG 的输出幅度设置为零分贝毫瓦。将 VSG 上的 RF 按钮设置为打开。设置峰值标记以查找信号强度的值。如果在 VSA 上可以观察到信号，请按记录开始验证，然后在仪器控制软件中开始 SA 测量。在该代表性分析中，绘制了在0.5秒扫描时间内由461个点组成的单个扫描频谱分析仪数据捕获，并将GPS信息分配给平均值。然后将相位和正交幅度数据与整个数据集0.5秒窗口内的平滑平均功率进行比较，以接近40波长的驱动距离。将VSA和频谱分析仪对准数据绘制为经过时间的函数可用于预测地形损失。通过添加系统损耗和去除系统增益来校正VSA数据，以获得沿驱动路径测得的基本传输损耗或增益，如图所示。在该分析中，不规则地形模型的基本传输增益与自由空间传输增益相等，确认不存在地形相互作用。当不规则地形模型基本传输增益等于自由空间传输增益时，可以假设所有损失都来自建筑物，树叶或与周围环境的其他相互作用。在测量之前检查系统的所有组件非常重要。电缆断裂很常见。该系统最初还在实验室中进行测试，以了解路径衰减的测量和计算。设施附近的短期户外测量将有助于了解在复杂环境中进行的测量。发射天线和接收天线之间的路径应包括有和没有障碍物的路径。这些障碍物可以是树木、建筑物或其他结构。该系统已被用于研究不同环境中的户外繁殖，如森林地区，城市地区和农村地区。我们根据测量结果为客户提供了衰减估计值。然后，可以开发模型，知道测量是经过验证的。

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