监测设备技术指标分析.ppt

超短波监测接收机性能指标及分析国家无线电监测中心2010全国无线电监测 技术研讨会频率低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 监测接收机要求•要求 – 极宽的工作频率范围 – 高接收灵敏度 – 大动态范围 – 快速的搜索截获能力 •截获概率POI：搜索系统能够检测到感兴趣的 信号(SOI)的概率 – 支持对多种类型信号的解调和分析能力 – 灵活控制、联合监测•分类 – 窄带接收机和频谱分析仪 – 宽带接收机（RF下变频+ADC+DSP）监测设备主要性能指标监测接收机 主要性能§ 高接收灵敏度§ 大动态范围§ 快速的搜索截获能力§ 其它噪声系数 灵敏度 相位噪声二阶互调截点值 三阶互调截点值 中频带宽矩形系数 中频抑制比 镜频抑制比扫描速度频率稳定度 测频误差 电平测量误差 支持对多种类型信号的 解调和分析能力 灵活控制、联合监测1.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-3GHz2. 灵敏度•定义 – 描述接收设备接收微弱信号的能力 – 种类：与接收设备的带宽、调制类型、调制指数、解调方式等相关， 如检测灵敏度、解调灵敏度等 – 系统灵敏度：与kTB、噪声系数、需要的输出信噪比和外部噪声相关 •表达方式 –对于监测设备 •输入功率，单位 dBm •端电压或电动势，单位 uV – 50欧姆，-107 dBm = 1 uV (端电压) = 2 uV (电动势)–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）•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AM带宽 6 kHz 12 dB SINAD fmod = 1 kHz m = 0.5 FM带宽 15 kHz 20 dB SINAD fmod = 1 kHz Δf = 5 kHz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覆盖评估系统灵敏度受环境的影响AB3. 动态范围•动态范围：– 线性动态范围（LDR）：在该范围内输出功率随输入功率线性 增加。

当输出功率增加到接近最大值时将会饱和LDR=P1dBi - (- 174+10*logB+NF+S/N)– 无杂散动态范围(无虚假响应动态范围，SFDR)：灵敏度电平到 不产生虚假响应的输入信号电平之差•二阶、三阶无杂散动态动态范围中的较小值•带内 or 带外– 降敏动态范围（单信号）：单个起支配作用的带外高电平干扰 信号使接收机性能降低程度的量•原因：导易混频、非线性引起底噪抬高、带内 杂散增加…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))动态范围计算举例•某接收机参数 – 正常模式下，IP2=50dBm，IP3=12dBm；NF=16dB；B=6kHz; C/N=10dB•线形动态范围：LDR=P1dBi-(-174+10*logB+Fn+S/N)=112dB•无杂散动态范围：83.6 dB– 二阶无杂散动态范围83.6 dB;– 三阶无杂散动态范围86.1 dB;– 现有设备的测量方法，决定了IP2和IP3代表了窄带接收模式下接收机的无 杂散动态范围。

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•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•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=72dB3.2 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•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;4. 扫描速度•定义 – 指接收机在规定频率分辨率下，完成自动搜索接收任务时，在 单位时间内完成扫频搜索的连续频带宽度 •扫描速度是监测接收机的一项重要参数，描述 了在给定时间内监测接收机能够分析的发射机数量 •扫描速度应当包括所有频率切换时间、扫描结 束时的回扫时间、本地振荡器稳定时间、快速傅里叶变换 （FFT）及所有计算时间产生的影响（扫描速度参数可用 于计算再次扫描所需的时间） •表述方式 – 信道化扫描速度，XX ch/s – 数字化扫描速度，XX MHz/s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=6*B*(21.59 + lb(BMHz) – lb(RBWkHz))DSP运算速度要求>2200MIPS，而最高搜索速度为500GHz/s完成N点FFT，需要进行2*N*lb(N)次预算扫描速度(图)宽带接收机10x100x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；对于普通收发信机，通常为10-20ppm，对于高性能收发信机，为1-5ppm； 对于监测接收机，通常为0.1-0.5 ppm5.2 测频误差•定义 – 被测接收机测定的信号频率值与该信号频率实际值之差•测量方式 – 信号源输出参考信号； – 窄带接收机：信号源频率与当前接收机工作频率偏差B/3，启动 AFC，读取对该信号的测量值； – 宽带接收机：直接在显示器上读取信号测量值； – 结果表示：偏差 xx Hz5.3 电平测量误差•定义 – 接收机在规定的电平测量范围内，电平测量值与被测接收机输 入电平值之差•测量方式 – 信号源输出参考信号； – 固定频率，信号幅度大于灵敏度20dB到小于IP3 30dB的区间内 ，每XdB测量1次； – 固定幅度，在系统工作频率范围内，选取Y个测量点进行测量 – 结果表示：± ( ) dB6 信号分选和调制分类•信号分选、调制分类和网台识别 •信号的技术参数 – 频域参数：工作频率、信号带宽、频谱结构等 – 时域特性：波形、传输速率、跳频速率等 – 空域特性：到达方向、电波极化等 – 调制域特性：如调制参数等 – 细微特征：信号载频的准确度和稳定度、语音信号的语音特征 、信号的伴生杂散电平等，是信号的第二类技术特征，俗称“指 纹” •信号的通联特征 – 指信号与外部的联络关系 •通信体制、通信对象、业务量大小、使用频度 、通信功率的大小等 •判断和识别该通信网台重要程度、级别、属性 及相互关系等主要参数(1)•调制方式识别 – 支持的调制方式 •模拟（CW / AM / FM / DSB…） •数字（ASK / nFSK / nBSK / GMSK / QAM / OQPSK / multitone…） – 需要的信噪比 •通常需要10dB以上S/N •信号分类 – 支持的系统制式（GSM / Terra /。