浅谈无线通信中的“xBW”

无线深海 2023-09-24 22:57

TI MCU方案：能源基础设施实时控制 【应用手册】TI 全新MCU及C29内核的能源设施应用方案

x工程师：大爷，你知道OBW吗？

大爷：什么BW，IBW?

x工程师：OBW。

大爷：什么BW，RBW？

x工程师：OBW。

大爷：什么BW，VBW？

我们现在先把这4个“XBW”分分组。总共分为2组。

第一组：射频通信系统参数 OBW，IBW。

第二组：频谱分析仪参数 RBW,VBW。

一、OBW篇

因为是缩写字母，所以常常会有一个缩写字母代表2种含义，OBW这个缩写就是拥有2种意思。

1）OBW一种含义是Operation BandWidth，即工作带宽，是指一个通信系统的最大可工作的带宽。这个主要由射频前端的收发滤波器或者收发双工器决定。通常情况下，这个带宽也就是各个运营商所能够用到的频谱带宽。

2）OBW另外一种含义是Occupied BandWidth（定义通信设备整个信道发出来的能量占用的宽度）表示单个载波占用的有效带宽。它是以指定频率为中心的带宽段，占据了传输频谱总功率的99%。

当射频模块同时传输多个载波时，有效带宽是同时传输在同一射频通道上的多个载波占用的有效带宽之和。在频谱中，这些载波可以是连续的或不连续的。

比如，一款5G RRU支持的OBW是200M，运营商可以灵活配置的多个载波来发射信号，可以占用连续的200M，也可以是不连续的几块，如100M+50M+50M，总之这些载波的带宽之和不能大于200M的OBW。

二、IBW篇

IBW的全称是Instantaneous BandWidth，意为瞬时带宽，指射频模块可以同时接收或传输信号的频带。它决定了载波在工作带宽内的频谱范围，是衡量RF模块支持不连续频谱能力的主要指标。

IBW主要受功率放大器（PA）的工作带宽和RF模块的数字采样频率的限制。

原因如下：

1) PA是一个线性器件。如果频带太宽，则无法保证其线性性能。载波组合后，信号的峰均比增加。一旦峰均比超过线性范围，PA性能就会下降，RF模块性能就会下降。

PA是通信系统中用于放大信号功率的关键组件。PA的线性特性是指它在一定输入功率范围内能够产生线性的输出，不引入失真或非线性失真很小。当信号的带宽变得非常宽时，PA可能会更难以保持线性特性。

较宽的信号带宽可能导致PA在其线性范围之外的高功率区域工作，这可能引入非线性失真，例如互调失真和截止失真。这些失真会降低系统性能，包括信噪比和误码率。

因此，在设计通信系统时，需要仔细考虑信号带宽以及PA的线性特性，以确保它们的协调和优化。

2) RF模块的数字采样通常由高频模数转换器（ADC）执行。高精度ADC非常昂贵，考虑到成本，很难拓宽IBW。

数字通信系统通常使用ADC（模数转换器）来将模拟信号转换为数字形式。ADC的性能与采样频率密切相关。高采样频率的ADC可以处理更宽带宽的信号，但通常会更昂贵。

在实际应用中，通信系统需要在采样频率和带宽之间进行权衡。较低的采样频率可能会限制系统的IBW，因为它将无法准确捕获更高频率的信号分量。

在低成本通信系统中，通常会使用经济实惠的ADC，这可能会导致IBW受到限制。因此，工程师需要在成本和性能之间做出合适的选择，以满足特定应用的要求。

总结一下：工作带宽（OBW），瞬时带宽（IBW）和占有带宽（OBW）之间的关系：工作带宽>=瞬时带宽>=占有带宽。

下面我们再说RBW和VBW。

RBW（Resolution Bandwidth）和VBW（Video Bandwidth）是频谱分析仪中两个不同的参数，它们在测量和显示频谱图时具有不同的作用，但它们之间也存在一定的关系。这两个参数的关系可以影响频谱分析的结果和可视化。

三、RBW篇

RBW（Resolution Bandwidth）分辨率带宽，中频滤波器的3dB带宽。RBW决定了频谱分辨率，即您能够分辨信号中不同频率分量的能力。

较小的RBW值表示更高的频谱分辨率，能够更精确地分辨频率分量。RBW通常以Hz为单位表示。

对于两个频率间隔很近的信号时，如果设置的RBW较宽可能无法区分两个信号，我们通过减小RBW可以分辨出两个信号。

但是这样也带来一个问题，时间问题，RBW变小了，时间变长了。从公式也可以看出来,实在理解不了想想奈奎斯特采用定理，换个思维。

四、VBW篇

VBW（Video Bandwidth）是用于显示频谱图形的参数，影响频谱图的平滑度和可读性，但不影响频谱分辨率。

较小的VBW值会平滑频谱图，减少图形中的噪声和抖动，使频谱图更容易阅读。VBW通常以Hz为单位表示。

问题来了：

1）保持RBW不变的情况下，降低VBW对频谱测试有什么影响呢？

如果我们考虑频谱仪端连接到一个50欧姆的负载，那么当前频谱仪所显示的是自身产生的底噪声。

此时，视频滤波器位于包络检波器之后，用于过滤宽带噪声的包络信号。需要强调的是，这个包络信号的带宽相对较小，它代表了噪声的包络，而不是原始噪声信号，因此其频谱非常平坦，类似于白噪声功率谱。

然而，需要注意的是，背景噪声在任何情况下都存在，即使在包络信号中也不例外。随着逐渐减小VBW（视频带宽），我们逐渐滤除了叠加在包络信号上的一部分背景噪声。

因此，底噪的轮廓线逐渐变得更加平滑。值得指出的是，通常不会将VBW设置得太小，以确保其仍然大于包络信号的带宽，这样就不会影响测量到的底噪水平，因为包络信号不会被过滤掉。

2）那么，是不是任意降低VBW，都不会降低底噪声呢？

其实这么讲是不合理的，因为宽带噪声的包络信号有一定的带宽，如果VBW小于包络信号的带宽，则显示的底噪声势必会降低。

参考文献：

1、为什么降低VBW不会降低频谱仪底噪？RFZone

2、玖锦学堂 | RBW与VBW的区别

3、频谱分析仪的关键性能指标有哪些？是德科技

4、一文看懂RRU：基站辐射的「万恶之源」无线深海

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