超短波监测接收机性能指标及分析超短波监测接收机性能指标及分析国家无线电监测中心国家无线电监测中心20102010全国无线电监测全国无线电监测技术研讨会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设备主要性能指标监测接收机监测接收机主要性能主要性能 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 uV50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/m2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AM带宽6 kHz12 dB SINADfmod = 1 kHzm = 0.5FM带宽15 kHz20 dB SINADfmod = 1 kHzf = 5 kHz宽带接收机灵敏度宽带接收机灵敏度DANL=-174+NF+S/N+10*log(RBW)RBW= B*r/Nr: 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=6dBDANL=-120dBm/6.25kHz频率分辨率（RBW）决定灵敏度系统灵敏度系统灵敏度灵敏度计算公式灵敏度计算公式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覆盖评估覆盖评估系统灵敏度受环境的影响系统灵敏度受环境的影响AB3. 动态范围动态范围动态范围：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3dB14位ADC，SFDR=84dB12位ADC，SFDR=72dB3.2 中频带宽矩形系数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/B3dBW6dB=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 MHz2nd IF: 405.4 MHz3rd 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 MHz2nd image: fi + 2*405.4 MHz3rd image : fi + 2*21.4 MHz通常要求大于90dB;4. 扫描速度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扫描速度计算公式扫描速度计算公式频谱分析仪ST = 2.5*(SPAN/(RBW2) RBWVBWST = 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)次预算扫描速度扫描速度(图图)宽带接收机宽带接收机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扫描速度测量方式5.1 频率稳定度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 Hz。5.3 电平测量误差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 信号分选信号分选和和调制分类调制分类信号分选、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 / iDEN / MPT1327 / POCSAG）解调和解码支持的调制方式支持的波特率支持的系统制式主要参数主要参数(2)测量参数频率、带宽、幅度、调制域参数（调制方式、波特率、调制指数、置信度）、跳频参数（脉冲宽度、周期）跳频截获最小时长，xx ms最大带宽，xx kHz系统参数窄带分析带宽窄带分析通道数（DDC路数）频率分辨率及FFT点数存储深度测试性性安安全性全性电磁兼容性磁兼容性标准零部件准零部件和和组件件标志志和代和代号号外外观质量量保障性运运输性性环境境适适应性性可靠性可靠性维修性修性接收机设备指标人机工程人机工程接口接口尺寸尺寸重量重量能耗能耗 其它指标其它指标由衷感谢由衷感谢由衷感谢由衷感谢