监测设备技术指标分析.ppt

1、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

2、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

3、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-3GHz,2. 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、

4、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/m2,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

5、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。,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

6、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,

7、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,A,B,3. 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

8、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

9、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;,AD

10、C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=72dB,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 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,

11、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

12、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/(RBW2) RBWVBW 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) *

13、(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,宽带接收机,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 Vfmax=B*RBW / 窗函数因子 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) DSP运算速度要求2200MIPS，而最高搜索速度为500GHz/

14、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,10 x,100 x,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

15、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 ppm,5.2 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 Hz。,5.3 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

16、，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： ( ) dB,6 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 / iDEN / MPT1327 / POCSAG