超短波监测设备技术指标分析

宽带接收机
时域
采样时间
时间片TR：N个采样时间(N * Ts) TR=WB/RBW
FFT RBW = B*r/N
幅度
1
2
3
N
频域
扫描速度
• 宽带接收机
假设中频带宽20MHz，矩形系数1.28，FFT点数为1024 则：频率分辨率25kHz 当窗函数为1，TR=0.04ms
– 理论最高搜索速度 • 驻留时间等于采样时间 N FFT 2*N*lb(N) • Vfmax=B*RBW / 窗函数因子 完成N点FFT，需要进行2*N*lb(N)次预算 – 矛盾：处理时间、搜索速度、频率分辨率 – 在理想化情况下，可近似计算对DSP运算速度的要求 • RMIPS>=6*B*(21.59 + lb(BMHz) – lb(RBWkHz))
1,000.
100.
10.
1.
0.1
Resolution (RBW kHz)
扫描速度测量方式
5.1 频率稳定度
• 定义 – 表征了振荡器振荡频率保持不变的能力。以在某观察时间内频率 变化的最大值与标称频率之比来表示。 • 可分长期稳定度和短期稳定度 – 年、月、的频率稳定度称为长期频率稳定度；它主要决定 于基准频率源的稳定度。 – 日、小时的频率稳定度称短期频率稳定度；它决定于电源、 负载及环境的变化 – 用ppm表示 • 测量方式 – 外接计数器，连续测量24小时；
系统灵敏度
•
灵敏度计算公式 P= - 174 + NF + 10 log B(Hz) + S/N + Lf – Ga (dBm) 或 E= -96.77 + NF + 10 log B(Hz) + S/N + Lf – Ga + 20logf(MHz) – kTB • 室温下，电阻匹配情况下，B为1Hz时kTB值为-174dBm – 噪声系数 • 一定条件下接收机或放大器输出端的总噪声功率与当内部无噪声源时由于输 入端热噪声所引起的输出噪声功率之比 – 需要的信噪比 • 保证接收系统正常工作所需的信噪比 • 依赖于信号所含信息方式、信号调制方式、接收系统对输出信号的处理方式 和信息的用途 • 解调灵敏度，检测灵敏度 – 外部噪声 • 自然无线电噪声和人为无线电噪声
工作频率范围
• 定义 – 设备可调节到满足其工作需要的一个频率集合 • 内容 – 接收机与工作频率有关的主要技术参数均符合产品规范规定的技 术指标要求时的频率覆盖范围 – 噪声系数、灵敏度、三阶互调截点值(IP3)、二阶互调截点值 （IP2）、测频误差 • 要求 – 20(30)MHz-3GHz
2. 灵敏度
DSP运算速度要求>2200MIPS，而最高搜索速度为500GHz/s
扫描速度(图 扫描速度 图)
100. Sweep Speed (GHz/ Sec) 10. 1.
100x 10x 宽带接收机
0.1 0.01
扫描频谱分析仪的速 度受RBW滤波器设 置时间的限制
RBW=10kHz时，宽带接 收机速度约为频谱分析仪 的233倍
2010全国无线电监测 2010全国无线电监测 技术研讨会
超短波监测接收机性能指标及分析
国家无线电监测中心
频率低 高 模拟 数字 单台 系统（联网、模块化，自动化水平） 频率分析 频率、时域、调制等多域联合分析
监测主要任务及挑战
•
任务 – 信号搜索截获 • 信道占用情况，信号的活动情况，发现新信号 – 测量 • 幅度测量、信号频率和带宽测量、调制度和码速率测量 – 测向和定位 – 监听和监视 – 信号分选、网台识别 挑战 – 电磁频谱环境不可控 • 1,000 10,000 100,000 个发射机 – SOI未知频率,幅度和发射的时间 – 复杂的调制方式和分址技术 – 短的持续信号（burst信号、瞬态信号）难以用常规设备分析
– 对于监测系统（含天馈线系统）
• 天线口面输入/输出端功率，单位 dBm • 电场强度，单位 uV/m 或 dB uV/m • 能流密度（较高频段），单位 dBW/m^2
监测设备灵敏度（模拟） 监测设备灵敏度（模拟）
•
•
•
对象 – 针对模拟信号，定义为接收机输入端 解调和收听接收信号声音所需的最低 信号电平（ uV 、dBuV或dBm） 测试条件 – 输出衰减器，必须将其调至0 dB衰减 – 须打开自动增益控制（AGC） – “前置放大器为开”（“高灵敏度模 式”或“低噪声模式”） 测量 – 信号发生器、音频分析仪 – 降低信号发生器的信号电平，直至达 到SINAD值。使用音频分析仪测量 SINAD值。
调制方式
参数设置 带宽6 kHz 12 dB SINAD fmod = 1 kHz m = 0.5 带宽15 kHz 20 dB SINAD fmod = 1 kHz ∆f = 5 kHz
AM
FM
宽带接收机灵敏度
• DANL=-174+NF+S/N+10*log(RBW) – RBW= B*r/N • r: 形状因子，数字滤波器1.2-2.5，模拟滤波器2-8； 例如：B=10MHz，r=1.28，FFT点数N=2048， 则RBW=6.25kHz，如NF=10dB，S/N=6dB DANL=-120dBm/6.25kHz • 频率分辨率（RBW）决定灵敏度
覆盖评估
25
20
2
计计计计： 3 监监监监监监 60m，发发监监监监 2m 90% 地地地地， 50% 时时地地 发发发 EIRP=3W 大大大大大大大
监监监监监监(km)
15 12.6km
10
1
6.6km
7
4
5 3.1km
0 -10
6
-5 0 5 10 15
5
20 25 30
接接接接接接监 (dBuv/m)
• 二阶无杂散动态范围65.9 dB; • 三阶无杂散动态范围76.9 dB;
ADC动态范围 动态范围
Sampling
• •
宽带接收机的关键器件 ADC的SFDR（ SNR ）
DADC=1.76 + 6.02*b + 20*log(Ros) (dB) – 每增加1位ADC位数，SFDR提高 6dB; – Ros增加1倍，噪声降低3dB，相 当于SFDR增加3dB – – 14位ADC，SFDR=84dB 12位ADC，SFDR=72dB
扫描速度计算公式
• 频谱分析仪 – ST = 2.5*(SPAN/(RBW^2)) RBW>>VBW – ST = 2.5*(SPAN/(RBW*VBW)) VBW<=RBW 假设RBW=10kHz，SPAN=100MHz，则扫描速度约为40MHz/s • 窄带接收机 – ST = (SPAN/Chan) * (Trs + Tst) 假设带宽100MHz，信道间隔10kHz，Trs=0.1ms，Tst=1ms，则扫 描速度约为9MHz/s
•
无线电监测关注目标
• 无线电监测关注目标 – 截获所处地域的感兴趣的无线电通信信号 • 通信信号出现的方向、频率、时间、强度等，完全或者部分未 知和随机的 • 使用一个空域、频域、时域、能量域窗口构成的多维搜索窗， 按照一定的截获概率获取感兴趣的通信信号 • 截获通信信号的四个基本条件 – 空域重合 – 频域重合 – 时域重合 – 能量足够
Analogical signal
s
t
se
Sampled signal t
Quantifization
11
10
01011011111010010100 Digital signal
01 00
Quantified signal
t
3.2 中频带宽矩形系数
• 定义、
接收机对中频3dB / 6dB通频带以外信号 抑制能力用矩形系数（或形状因子）表 示
多信号输入动态范围 SFD3= 2/3 ( 171 + PIP3 - NF - 10log B (Hz)) SFD2= 1/2 ( 171 + PIP2 - NF - 10log B (Hz))
AGC C LDR ATT
动态范围计算举例
实际系统举例
•
系统级联（接收机参数同前页）
– 天线输入端灵敏度为-116.5dBm； – 系统无杂散动态范围 65.9 dB
带通脉动 带宽
• 计算方法 W3dB=B60dB/B3dB W6dB=B60dB/B6dB – 高斯带通滤波器 – 现代接收机的末中频滤波器 大多采用数字滤波器 – 矩形系数通常为1.2:1至2.5:1
3种层次的带外压缩
滤波器不恰当终接 造成的异常
Rap 2125-02
抑制比
•
•
中频抑制比 – 表征接收机对频率为其中频频率信号的抑制能力 – 对各级中频频率进行测量 • 例如： – 1st IF: 4629.4 MHz – 2nd IF: 405.4 MHz – 3rd IF: 21.4 MHz – 通常要求大于90dB; 镜频抑制比 – 表征接收机对频率为镜像频率信号的抑制能力 – 1st image: fi+2*4629.4 MHz – 2nd image: fi + 2*405.4 MHz – 3rd image : fi + 2*21.4 MHz – 通常要求大于90dB;
系统灵敏度
• 举例 – 监测接收机噪声系数典型值是10dB，S/N=6dB 接收机输入端口 灵敏度典型值是 -118dBm/10kHz（-11dBuV/10kHz） – 常用全向监测天线HK014（100MHz - 1300MHz频段），天线增 益典型值是0dB，对应天线K因子是11dB - 31dB – 射频电缆、开关矩阵在对应工作频段损耗为5dB – 计算得到：监测系统灵敏度为5 - 25 dBuV/m/10kHz • 通常要求 – 超短波监测系统灵敏度10 - 20uV/m/10kHz