作者：實作派
大家每天都會看的有線電視節目，它的訊號都是放在預先規劃好的頻道上，而這些訊號如果用儀器來看的話會是什麼樣子呢？另外每個頻道的功率Channel power又是多少呢？阿信助教就帶大家一起來看看吧。
由於有線電視的訊號頻率很高，涵蓋了從55 MHz 到1002 MHz 的範圍，所以基本上無法使用時域的示波器來觀察波形，就算真的有示波器可以觀察如此高頻的波形，在實務上來說也沒什麼太大意義，因為當我們在通訊領域討論頻率、頻譜的時候，討論的主題大都是頻段Band、臨頻功率ACP、訊號雜訊比SNR，所以使用的儀器就會是頻域的頻譜分析儀。
那我們難道都不需要看時域的訊號嗎？其實在某些情況下是需要看的，例如你想要觀察去除載波之後的基頻訊號Base band signal，就需要利用頻譜的Zero span來觀察，關於Zero span請參考【實作實驗室】頻譜儀變成示波器？原來零展頻這樣用，但頻譜的掃描速度不夠快，它天生的構造無法像示波器一樣有很高的掃描速度，所以Zero span的觀察方式只適合觀察低頻的訊號（如1 KHz 以內的音頻訊號），如果你想看的是數位調變的基頻訊號像是QAM、QPSK等，它們的串流資料速率都是以MHz為單位，遠遠超過頻譜的掃描速度，因此還是無法看到像QAM這樣的類比波形。
如果真想看QAM的波形，那還不如看QAM的星座圖Constellation或誤差向量幅度EVM來得實際，因為在數位調變內，只有星座圖才能視覺化調變波形的品質、EVM才能量化訊號的品質，像這樣的量測，通常都需要很高檔的向量網路分析儀(VNA)才辦得到，而這次我只需要頻道功率的量測，因此只要使用頻譜分析儀就好了。
單一頻道頻譜量測
馬上來看看有線電視的訊號，一般的有線電視訊號在調變之前會先經過能量分散Energy dispersal這個步驟，這麼一來這些原始訊號在頻譜上看起來就會像是白雜訊一般，也就是從低頻到高頻當中的所有頻率，都要是相同功率，而在台灣的有線電視的頻道頻寬是6 MHz，所以用頻譜來看訊號的話，軌跡應該要如下圖這樣，中間有6 MHz 寬度的訊號會浮起來，而且頂端還是平的。
單一頻道的頻譜（圖片來源：實作派提供）
其實剛才的訊號是用專門的QAM訊號產生器輸入給頻譜分析儀，因此你才能很清楚的看到單一Channel的頻譜軌跡，如果是真正的有線電視訊號，頻道之間是連續的安排，頻譜看起來會像是一條線，各位往下看就會看到。
這裡要提醒大家的是一般頻譜分析儀的輸入端都是N type 50 ohm 的接頭，如上圖的儀器接孔，但一般家裡的有線電視的接頭卻是F type 75 ohm如下圖，由於儀器和待測物兩者的阻抗不同，所以當 MHz級的訊號走在接頭裡面並跨過不同阻抗的介面時，就會產生反射進而影響量測數據。
有線電視的 F type 接頭（圖片來源：實作派提供）
所以在接入CATV訊號的時候，需要在儀器的入口處接上一個Matching PAD如下圖，用來消耗這些反射能量，既然吸收了功率，就表示穿過 Matching PAD 的訊號功率變少了，一般來說Matching PAD會讓訊號衰減5.7 dB，這個差距在將來測量的時候，要記得再加回來才是正確的讀值。
用來吸收反射的 Matching PAD（圖片來源：實作派提供）
有線電視的頻譜
這回我們真的要來觀察有線電視的頻譜了，頻率範圍設定為0 Hz~1200 MHz，接著把有線電視的電纜線插進Matching PAD上的F 母頭，再把Matching PAD的N type公頭插到頻譜的輸入端。實際觀察到的頻譜軌跡如下圖，在Marker1到Marker2的頻段，也就是260 MHz~770 MHz之間的頻段，我們可以看到它是一條算是很直的軌跡，基本上你看不出每個Channel的帽子形狀頻譜軌跡，因為每個6 MHz寬度的頻譜彼此相連，各位看到的會是一頂很寬的帽子。
有線電視的頻譜（圖片來源：實作派提供）
我想有線電視的節目應該都擠在Marker1到Marker2這個頻率區間吧，之所以會用「應該」兩字是因為我在NCC上找到的頻率編號，似乎和電視機上盒顯示的節目編號對應不起來，可能有線電視業者有重新定義過節目編號，我就沒有硬去做對應。目前台灣的有線電視業者目前都是把電視影音和網路包在一起賣，所以我家的電視和網路都是共用同一條電纜線，根據我截下的Cable modem頁面資料如下圖，我的數據機目前是Lock在735 MHz，而其它的掃描頻率也都在770 MHz 以內，因此我推測這頂大帽子頻譜內可能大部分是影音節目，少部分是Cable modem的訊號。
Cable Modem 的頁面（圖片來源：實作派提供）
各位應該不難發現在最右邊有個很窄的訊號，也就是在Marker6和Marker7之間996 MHz~1002 MHz這個區間，而且這麼巧它剛好是一個Channel的寬度，中心頻率是999 MHz，我猜它應該是Cable Modem的訊號，目前它沒有被Lock到，我不能確定它是甚麼，或許是系統業者用來做測試的Channel。
有線電視的 Channel Power
基於好奇我把Spectrum的中心頻率設定在999 MHz，Span設為10 MHz如下圖，各位可以看到畫面中間有一頂頻寬為6 MHz的帽子，這個就是999 MHz的數位調變訊號，它的功率是多少呢？這就要使用頻譜的Channel Power功能，要先訂出測量的頻率範圍，也就是下圖兩條紅線之間的區域，在這區域之間的功率會顯示在螢幕下方，你可以看到-49.85 dBm的字樣。Channel Power的量測設定，不同廠牌的頻譜在操作上會有不同，但大原則都是一樣的。
999 MHz 的 Channel Power（圖片來源：實作派提供）
如果把頻譜的頻率設定拉回有線電視全頻段的0 Hz~1200 MHz，由於Span變寬，剛才的那組紅線相對就被縮得非常窄，這對於要觀察附近頻段的訊號功率還蠻有用的，可以用肉眼憑著寬度大概估算一下功率，但由於Span頻寬太寬，原本的999 MHz 的Channel power讀值可能會有點誤差，如果要精確讀值的話最好還是 Span 10 MHz 較適合。
Span 開很大時的 Channel power（圖片來源：實作派提供）
以這台頻譜來說，Channel Power的頻寬可以自由設定寬度，而且可以不斷疊加在下方的表格內，例如我很好奇從0 Hz到1200 MHz這一段頻寬的總功率到底是多少，那就可以直接再新增一個超寬的Channel，你會看到有另外一組紅線框住這個頻段，它的功率讀值就會疊加在下方的表格內，我們會看到-21.12 dBm，詳細的操作步驟我就不講了，因為不同廠牌的操作有點不同，但基本上大同小異。
兩種頻寬的 Channel power 同時顯示（圖片來源：實作派提供）
綜上所述有線電視的頻譜看來大部分是連續的，而且影音訊號與Cable modem網路訊號是穿插在一起的，只有少部分訊號分布在地處偏遠的頻率，至於為何這些訊號會被安排在這麼遠的地方呢？這可能就要問系統業者了，我認為可能是為了系統測試之用。
