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北京中星世通电子科技有限公司 浅谈无线电监测系统中接收机的选择浅谈无线电监测系统中接收机的选择 北京中星世通电子科技有限公司北京中星世通电子科技有限公司 谭涛谭涛 现代无线电监测系统是由天线 接收机 测向机 记录设备及软 件和控制系统等基本单元组成 其中接收机是监测系统的核心 系统 的性能主要是由接收机决定 选择专业 高性能的接收机 能有效保 证监测系统的各项指标 实现各种功能 因此 在建设一个无线电监 测系统时 如何选择接收机是至关重要的 不同类型的接收机 它们的用途不同 其设计中重点 生产要求 也就不同 通信接收机 测量接收机和干扰测量接收机 虽然从结构 上都是三级超外差式 但其指标却有很大差别 价格也相差几倍至几 十倍 ITU 对用于无线电监测的接收机性能有明确的要求 这些要求既 有理论依据 也是对监测工作实践的科学总结 我们在选择接收机时 应认真遵循这些要求 否则 会出现意想不到的问题 例如 在 90 年代初 有厂家利用通信接收机 如 R7000 设计生产监测测向系统 该系统在理想的标准场地进行测试时 都能达到指标要求 但在实际 工作环境中 遇到密集的无线寻呼信号时 就无法正常工作 问题就 出在这种接收机的动态范围不能适应无线电监测实际工作的要求 当前 有人看到某些实验室仪器的几个高性能指标 如高的频率 稳定度和高的功率测量精度 想利用这些仪器代替接收机 组成无 第 1 页 共 1 页 北京中星世通电子科技有限公司 线电监测系统 这是有很大风险的 的确 在早期无线电监测系统组 成方案中 有过以接收机为核心和以频谱仪为核心的两种模式 但经 过实践应用的验证 现在都选择以接收机为核心设备组建监测系统 了 我们应全面遵循 ITU 的要求 而不是偏重某些指标而忽视了应用 环境 应该看到 测量接收机和频谱仪虽然在结构上有相似之处 但 却有本质上的区别 他们各自都为适应特定的工作环境和克服各自遇 到的难点 进行了长期的研究和攻关 都体现了各自领域的科技成果 为了进一步说明这个问题 我们选择一种 RF 信号分析仪 NI PXI5660 和典型的监测接收机 RS EM050 从以下几方面进行比较 一 根据应用定位 它们是用途不同 使用环境不同 设 计理念不同及制造要求也不相同的两种不同类型的产品 它们在 各自的应用领域具有各自的优势 1 EM050是德国R S公司专门针对无线电监测业务需求设计 生产的 专业级的无线电监测接收机 EM050是德国R S公司专门针对无线电监测业务需求设计 生产的 专业级的无线电监测接收机 具有以下显著特征具有以下显著特征 1 该产品是根据国际电联 ITU 对监测接收机的基本要求 应用软件无线电技术设计 开发的专业级数字式接收机 2 2 作为专业级接收机 在其设计理念上 充分考虑了复杂的 电磁环境和要对大小悬殊 差别达 100dB 即 10 万倍 的各类无线 电信号进行搜索 测量和监听的实际应用要求 从整机总体设计上 兼顾了高灵敏度和高抗扰度特性 通过苛刻设计的频率合成器 频率 转换时间 1ms 10kHz 处相位噪声 120dBc Hz 等 实现快速搜索 扫 第 2 页 共 2 页 北京中星世通电子科技有限公司 描 测量 并提供多种可选中频带宽 有效地解决了大信号压小信号 等矛盾 这一设计思想 是无线电监测测向工作中实现频带扫描监测 测量和频率表扫描监测测量实时性要求的重要保障 2 PXI5660是美国NI公司专门针对射频部件和商用电子设备 实验室检验业务需求设计的中档 低于安捷伦公司 E3238S N6820E 和泰克公司的同类设备 测量仪器 在其所属应用领域 也具有鲜明 的特征 2 PXI5660是美国NI公司专门针对射频部件和商用电子设备 实验室检验业务需求设计的中档 低于安捷伦公司 E3238S N6820E 和泰克公司的同类设备 测量仪器 在其所属应用领域 也具有鲜明 的特征 1 结构上是由控制器 下变频器和数字化仪三大部分构成的 结构紧凑的数字化仪器 该仪器提供了分析应用软件包 给完成各项 测试提供了支持和方便 2 在设计理念上 主要考虑的是针对设定的已知信号在有线 闭环条件下进行测试 因而把频率分析精度放到重要位置 其频率稳 定度可达 50 10 9 电平 功率 测量精度达到 0 5dB 分析精度达 0 015Hz 分析带宽达 20MHz等 综上所述 它们虽然都是由模拟变换和数字化处理两大部分组 成 它们在某些功能和技术参数也有类似或相近之处 但从其应用定 位 设计理念 适应环境和技术要求等方面看 作为专业级的设备 两者在实际应用中是不可以彼此替代的 如果说实际工作中有替代的 案例 那也是有条件和应用范围等限制的个案 不具备普遍的指导意 义 更不足以说明问题 二 如用射频信号分析仪在无线电监测测向系统中替代专 业级接收机应用 其固有的指标缺陷 将严重影响系统的性能和 第 3 页 共 3 页 北京中星世通电子科技有限公司 品质 甚至在实际中无法使用 1 射频信号分析仪的接收灵敏度与专业级接收机相比有很大 差距 难以满足监测实际需要 1 射频信号分析仪的接收灵敏度与专业级接收机相比有很大 差距 难以满足监测实际需要 接收灵敏度由变频器噪声数字 内部杂散辐射和频率合成器相 位噪声等确定 射频信号分析仪给出的噪声功率密度为 138dBm Hz 换算成噪声数字为 36dB 内部杂散辐射和频率合成器相位噪声指标 也都远低于专业的监测接收机 详见下表比较 专业监测接收机 射频信号分析仪 噪声系数 噪声系数 12 15dB 36 40dB 杂散波 杂散波 等效电平 等效电平 107dBm 87dBm 相位噪声 相位噪声 120dBc Hz 90dBc Hz VHF UHF 宽带信号通常具有信噪比较低的特征 也就是说宽带 的无线电信号通常会在本机噪声附近 在接收这样的信号时 就更 需要接收机具有高的灵敏度 如果设备本身的噪声系数很高 NF 36dB 那么多数宽带信号就可能因被淹没在接收机本机噪声之 下而无法截获 更谈不上进一步进行数据分析了 2 射频信号分析仪的抗干扰能力明显差 替代接收机使用 难以满足城区复杂电磁环境的应用要求 2 射频信号分析仪的抗干扰能力明显差 替代接收机使用 难以满足城区复杂电磁环境的应用要求 详见下表比较 专业监测接收机 射频信号分析仪 输入截点 输入截点 IP2 43dBm IP3 20dBm IP2 50dBm IP3 10dBm 第 4 页 共 4 页 北京中星世通电子科技有限公司 射频预选器 射频预选器 跟踪 固定 无 可选模拟 可选模拟 中频带宽 中频带宽 0 12 0 8 3 10MHz 20MHz 在城区进行无线电监测遇到的干扰主要有两类 一是交互调干 扰 二是大信号压制频率靠近的小信号 这就要求接收机除具有高输 入截点外 还必须有射频预选器和能够提供多种可选的中频带宽 3 射频信号分析仪扫描测量速度低3 射频信号分析仪扫描测量速度低 详见下表比较 专业监测接收机 射频信号分析仪 频率转换时间 频率转换时间 1ms 10 30ms 快速扫描中 快速扫描中 实时测量 实时测量 700CH s 同时测量出频 率 频偏 调制度 26dB 带宽 场强等 无 快速数字扫描 快速数字扫描 3000MHz s 无 射频信号分析仪本机通常不具备频段扫描或频率表扫描功能 一般是通过外部计算机运行的 扫描 软件来实现 这样 扫描速度 就受到了极大的限制 从而降低了对跳频通信信号的截获概率 4 4 射频信号分析仪的软件解调实时性差射频信号分析仪的软件解调实时性差 详见下表比较 专业监测接收机 射频信号分析仪 解调种类 解调种类 AM FM CW LSB USB ISB PuLse IQ AM FM 解调实时性 解调实时性 固化 快 软件 慢 快速数字扫描 快速数字扫描 3000MHz s 无 第 5 页 共 5 页 北京中星世通电子科技有限公司 射频信号分析仪本身没有解调器 而是依靠外部软件实现解调 功能 其实效性比较差 5 射频信号分析仪的环境适应能力较差5 射频信号分析仪的环境适应能力较差 详见下表比较 专业监测接收机 射频信号分析仪 工作温度范围 工作温度范围 10 C 55 0 50 三 关于将射频信号分析仪改造成高档监测接收机的可行 性分析 要将射频信号分析仪改造成高档监测接收机 必须解决以下课 题 1 增加射频预选器 增加射频预选器 但在前端增加预选器的过程中 将会进 一步降低接收灵敏度 2 改进提高接收灵敏度改进提高接收灵敏度 提高接收灵敏度不是简单的增加前置 放大器就可以解决的问题 因为 增加前置放大器虽然可以改善噪声 数字 但频率合成器的相位噪声仍然没有解决 除非重新设计频率合 成器 另外 增加前置放大器结果会降低系统输入截点 减少系统动 态范围 3 提高频率合成器的频率转换速度提高频率合成器的频率转换速度 要提高频率合成器的频 率转换速度 必须重新设计频率合成器 这就涉及改动射频信号分析 仪的核心部件和要害之处 4 增加模拟中频滤波器数量增加模拟中频滤波器数量 如果增加模拟中频滤波器的数 量 不仅会破坏射频信号分析仪原有的结构 还将涉及到控制关系的 第 6 页 共 6 页 北京中星世通电子科技有限公司 程序变化 存在许多不可预见的风险 综上所述 如果在射频信号分析仪的基础上实施上述改进 几 乎相当于重新研制 开发一部监测接收机 在短期内是难以实现的 即使能够改造出来 其品质和可靠性 稳定性也值得考虑 同时 这 种 伤筋动骨 的大手术 这种对应用对象 使用环境 产品功能 技术参数的修改 将涉及对射频信号分析仪原有设计理念 技术标准 生产及工艺要求等等的重大变更 是一项耗资巨大的工程 其可能性 可行性和存在的巨大风险是不言而喻的 如果只是作部分修补 如增加射频预选器 只改善了抗交互调 失真的能力 但先天性灵敏度低 快速搜索监测速度慢等重要指标并 没有解决 它只能是在射频信号分析仪基础上 拼凑 的接收机 其性能和可靠性是根本无法与专业级接收机相媲美的 正如一台轿 车 即使改换上越野车的发动机 轮胎甚至更换上越野车的车身外壳 它仍然不能叫做 越野车 顶多是像 越野车 如果说它能替代越 野车 那也只能在条件良好的道路上行驶 一旦放到坎坷泥泞的山路 上 就会现出 轿车 的原形 改造射频分析仪替代专业级接收机用 于无线电监测测向系统设备也是同样的道理 四 需要商榷的一些看法 1 关于 软件无线电技术 软件无线电技术 软件无线电技术 原本来自上世纪 80 年代末期 90 年代初期 关于 无线电 收发设备 的设计技术 即无线电收发信机的中频 第 7 页 共 7 页 北京中星世通电子科技有限公司 和低频部件硬件功能由数字化后的软件编程实现 90 年代初期就有 多种采用 软件无线电技术 的数字式接收机出现 比如 EB200 接 收机 就在二中频处对模拟中频进行数字化 然后进行数字下变频器 和数字滤波等处理 90 年代后期 各种中 高档次的监测测向接收 机 包括国产接收机 都采用了 软件无线电技术 90 年代的 FFT 频谱仪也是这样做的 因此在今天这种 软件无线电技术 已不能算 作技术上的亮点 2 关于 PXI2 关于 PXI 总线是否是最先进 是否是最先进 NI 公司是美国一家有名的仪器制造商 它开发的仪器中包含 PXI 和 VXI 等多种形式 在其他国际知名仪器生产商中 大多采用 VXI 使用 PXI 的似乎只有 NI 公司一家 就高档监测接收机而言 我们查阅了美国著名商家 TCI 公司 SIGIVER 公司 Cubic 公司 德国 R S 公司以及美国的 Aglient 仪器 公司等 他们都大量采用 VXI 总线 其原因是 VXI 总线在 EMC 供 电和散热等方面具有特殊的优势 支持搭建高档系统 其不足是机箱 不如 PXI 轻便 此外 现在的高档专业级接收机的信号传输也并非靠 VXI 总线 传输 而是采用 LAN 口和高速数据光口 FPDP 传输 其速率高达 100Mbps 3 仅有单一的 20MHz 中频带宽在进行无线电监测时将是一种 缺陷 3 仅有单一的 20MHz 中频带宽在进行无线电监测时将是一种 缺陷 宽带数字监测 是当前无线电监测技术中努力追求的目标 第 8 页 共 8 页 北京中星世通电子科技有限公司 但城市中的无线电信号和各种干扰 不仅密集 而且大小悬殊达百万 倍 如何实现既对宽带信号能够接收又对各种干扰能进行逐一测量 这就是监测接收机需要面对的实际问题 所以专业级的宽带监测接收 机除尽量提高动态范围外 还提供了多个不同带宽的中频滤波器供选 用 前述射频分析仪的中频通带仅有 20MHz一种 而且在数字化过 程中 所用 14 位A D 若有效位使用 13 位 采样频率 64M 则最大 动态为 6 02 13 10lgf0 2B 80 3dB 即是说落到 20MHz内的信号 幅度差如超过 80dB 就不能检测出较小的信号 实际差值大于 60dB 就难以区分了 因此 在没有足够动态范围的保证下 仅有 20MHz 一种中频通带 这在实际监测中将是一种缺陷