数字化全景搜索接收机原理及在短波新信号搜索中的作用

数字化全景搜索接收机原理及在短波新信号搜索中的作用 数字化全景搜索接收机原理及在短波新信 号搜索中的作用 内蒙古广播与电视技术2010年第27卷第2期53,56 数字化全景搜索接收机原理及 甓--簿--l 媾濑? 寇文涛 国家广播电影电视总局203台内蒙古呼和浩特市010070 【摘要】本文通过介绍数字化全景搜索接收机的构成原理,特点和影响其精度的 一些因素,说明了全景 接收机在短波频段新信号发现中的作用. 【关键词】全景搜索接收机短波信号数字化 短波新信号的发现,传统的方式是采用人工结 合普通接收机进行逐个频点搜索,而且只能在特定 的广播频段内进行.搜索速度慢,耗费时间长,受操 作员的主观影响大,不利于我们快速发现短波信号 的变化情况.而数字化短波全景接收机采用宽开接 收体制,搜索速度快,动态范围大,频率分辨率高, 理论上2S就可完成对短波全频段的搜索,已成为短 波频段内新信号快速搜索接收机的发展趋势. l短波全景搜索接收机的产生 短波广播因其传播距离远,受天气,地理位置等 因素影响小的优点,成为各国对外广播的重要手段, 然而短波频段可利用的频谱资源有限.随着短波频 段的电台日益增多,短波广播频段日益拥挤,甚至有 电台开到了正常的广播频段以外,因此,为了更合理 的使用频谱资源,减少不必要的干扰,充分了解我们 所在地区的短波广播情况变得十分重要.然而传统 接收机的搜索速度与日益拥挤的短波电台的管理之 间的矛盾日益增大,因此,为了适应形势发展需要, 第一时间发现短波频谱的变化,我们对新一代的接 收机提出了宽带,大动态,高分辨率,高速和低信噪 比信号处理能力的技术要求.显然,传统的单信道接 收机已远远不能满足我们的要求,而快速扫描的宽 开接收机体制的接收机将是一种很好的选择.所谓 宽开接收即宽带接收,要求接收机具有多个信号同 时截获和处理能力,从而提高了信号处理的速度.本 文将介绍的数字全景搜索接收机,就是采用了宽开 接收体制的接收机,它极大程度地提高了短波新信 号搜索的速度. 数字全景搜索接收机是一部能够自动地以较高的 速度在指定频率范围进行频率搜索,并能够自动的 把这一频率范围内截获到的短波信号的分布以及信 号的主要参数,如通信体制,工作方式,工作频率, 调制方式,相对电平等显示出来,再通过与已知信号 的对比,将新发现的信号突出显示并上报,达到对指 定频率范围内电台的"全景"监视的接收机.它是由 超外差和"FFT"处理技术相结合的宽开接收体制接 收机,电磁信号经过多级变频,超外差接收信道后固 定在中频上,A/D变换将信号转化为数字信号,经 过数字下变频器DDC将输人信号下变频至基带信号, 再通过预处理和后处理得出信号的特征参数并进行 全景显示.这种接收机与传统的模拟全景接收机相 比有以下几个特点: (1)充分数字化.即从信源基带信号处理的射频 信号发送端尽可能实现数字化,利用先进的数字处理 技术来实现传统的模拟技术所无法达到的超高性能. (2)具有性能优良的宽带,多频段,低损耗的天 作者简介:寇文涛国家广播电影电视总局203台广播监测机房 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师 - 53- 内蒙古广播与电视技术 线和功率放大器,且天线系统具有良好的方向选择 性和干扰抑制能力. (3)宽带A/D变换尽量靠近射频天线,在中频 部分对模拟信号进行数字化. 2数字化全景搜索接收机组成原理 工作原理: 图I为数字化短波全景接收机的原理框图.短波 射频信号(1.5,30MHz)经变频,放大和滤波后以 固定中频输出,高速A/D器件对大动态范围的中频 信号进行线性采样量化,将得到的模拟中频信号变 成数字中频信号,数字下变频器从A/D输出的宽带 数字信号中提取所需的窄带信号,并将其下变频为 数字基带信号,预处理部分完成信号参数的提取与 存储,同时为干扰提供实时引导,控制单元则对截获 到的信号进行处理,并对信号进行分选识别,提供全 景显示所需的全部数据信息. 第27卷 处理,得到信号电平,调制方式等指标,综合分析监 测目标信号的类型,实现对短波频段范围内广播信 号的快速循环搜索分析与截获. 3数字化全景搜索接收机 关键技术的研究 在软件方面,可以结合数据库,将已知的电台信 号纳入数据库,与全景搜索接收机自身所建立的短 波电磁信号环境背景信号库综合起来,建立广播信 号背景短时谱相关分析模型,并且根据全景搜索接 收机每次搜索情况对该模型进行动态更新.全景搜 索接收机将搜索截获到的信号与建立的模型进行比 较,从而判断其是否是目标新信号. 在硬件方面,全景搜索接收机信道部分采用频率 转换速率为微秒量级的DDs技术,瞬时接收带宽为 500kHz.后处理部分采用基于PCI总线的l4位高速 A/D进行数字化转换,同时在信道控制,数据取样 图1全景搜索接收机原理框图 全景搜素接收机主要由天线单元,接收信道单元 和后处理单元三部分组成.天线单元主要是天线信 号的输入.接收信道单元主要包括射频前端,频率合 成器,混频,数字解调等模块.后处理单元是一个 主处理器.该接收机选用超外差接收体制,为了提 高接收机对中频干扰和镜像干扰的抑制能力,采用2 次变频 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,第1中频选用10.7MHz,第2中频选 用1.4MHz.频率合成器的输出频率为flL和f2L,其 中flL用于第1混频,f2L固定频率用于第2混频,随 着flL的变化,可实现对接收机输入信号的频率搜索. 全景搜索速度则主要取决于频率合成器的扫频速度. 经过2次混频,获取1.4MHz中频信号,通过对中频 信号的滤波处理和低噪声放大,输入到基于PCI总线 的高速高精度A/D取样电路进行数字化变换,然后 通过PCI总线将数据高速送入主处理器单元,在那里 对中频取样数据进行FFT变换和对应的相关分析与 ?- 54.- 控制,取样信号短时谱分析,全景 传输覆盖网络搜索短时谱相关分 析等几个环节的时序控制上进行 优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ,保证对目标新信号高 截获概率的同时,有效降低了虚 警概率. 4数字化全景搜索接收 机关键部分的设计 4.1数字下变频器(DDC) 数字下变频器的基本功能是从输人的宽带数字信 号中提取所需的窄带信号,并将其变频为数字基带 信号.图1中A/D转换输出信号送入数字下变频器, 两个相乘器构成混频器,将DDC的输入信号和正弦 信号产生器产生的正交信号相乘,相乘结果再经高 抽样滤波器和有限长冲击响应滤波器(FIR)的处理, 由这两个滤波器构成的复合滤波器的功能是低通滤 波和抽取,它们的输出是抽样速率降低了的数字基 带信号,输出格式化器的作用是调整数据格式,以满 足用户的要求,如数据可以并行输出,也可以串行输 出;可以是实数形式,也可以是复数形式;可以是定点 数,也可以是浮点数.图2是数字下变频器原理图. 4.2DSP处理器 高速DSP处理器主要完成对中频和基带信号的 数字处理(包括数字滤波,直接频率合成,数字下变 第2期数字化全景搜索接收机原理及在短波新信号搜索中的作用 图2数字下变频器原理图 换,数字信号解调,频谱分析等),DSP处理器必须 有足够快的速度,以完成对快速数据流的同步工作. 中频处理大约需要2500MOPS(每秒百万次运算),基 带信号处理需要大约5MOPS,给DSP带来了很大的 压力.现有的单个DSP芯片无法满足要求,必须采用 多芯片模块(MCM). 5数字化全景搜索接收机 主要性能分析 5.1显示带宽 显示器上同时显示的整个频率范围称为全景显示 带宽.我们实际收测的是短波频段,要求显示的带宽 26.1MHz,实际使用中我们可以调节显示的 为2.3, 频带宽度,在屏幕上显示我们需要的部分. 5.2全景搜索时间 它与全景显示带宽和频道转换时间Tp有关.设 全景显示带宽为FminFmax,分辨率为?f,则整个 频段的信道数N为: N=(Fmax—Fmin)/Af 全景搜索时间Ts=TpN 5.3频率分辨率?f 频率分辨率Af=fs/N,其中fS为取样率,N为FFT 的浮点数.由公式可以看出,频率分辨率与采样速率 成正比,与信道数成反比.要提高信号频率分辨率,一 方面降低采样速率,另一方面可增加FFT的浮点数. 5.4输入信号动态范围 这一指标取决于前端,这部分电路如图3所示. AMPHA/D卜_叫DDC}__DSP 图3全景搜索接收机前端框图 假设AMP放大器的增益为G,带宽为B,A/D 转换器的位数为b,输入信号为正弦波,可得放大器 的输出噪声功率为:NA=N1?F?G?B(W) 其中N1是放大器输入端单位带宽的噪声功率,F 为放大器噪声系数. 量化电平为L时,量化噪声功率: Nb=L./12R(W) 其中R为系统阻抗,L=(A2一A1)/2bl;A2,A1 为输入信号的最大值和最小值,系统总的噪声功率 No为发达其输出噪声功率与量化噪声功率之和,即: No=NA+Nb=N1?F?G?B+L/l2R(W) 整个系统噪声系数为:Nf=:N0/N1?B?G 接收机的动态范围SFDR为: SFDR=2/3IIp3(dBm)+l71(dBm/Hz) 101gBv(Hz)一Nf(dB)】(dBm) 其中,Ip3为三阶截点,Bv为DSP的处理带宽. 6数字化全景搜索接收机 虚警漏警分析 数字化全景搜索接收机的性能如何 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 ,除了上 边所说的四个方面的技术指标外,最终还是以检测 到信号的可靠性和准确性来表示,即信号检测的有 效性是其主要的指标,信号检测的有效性又体现在 信号漏警和虚警率的高低上.漏警是指对于存在的 短波信号未检测到,这对短波频谱的监测影响是致 命的,将直接导致监测不到存在的未知新信号.虚警 是指检测到的信号并非空间存在的电台信号,虚警 过多会增加处理人员的工作量,从而影响信号处理 的质量.二者都具有较大的危害性.下面简单介绍几 种产生虚警和漏警的原因,并就如何减少虚警和漏 警做探讨. 短波全景搜索接收机的漏警产生原因有很多,主 要有以下几个方面: (1)全景接收机接收灵敏度低造成对小信号的 丢失. (2)接收机搜索速度低造成部分信号(如调频信 号,猝发信号等)丢失. (3)接收机分辨率低,使两个或多个相邻信号区 分不开,造成信号的错检和漏检. 综合上面几种原因,可以用提高接收机的灵敏 度,搜索速度和分辨率的方法降低全景接收机漏警 率,但在具体实现上他们之间往往相互制约,相互矛 盾,在设计接收机时应该兼顾考虑各方面的因素,使 漏警率达到最低. - 55— 内蒙古广播与电视技术 短波接收机虚警产生的原因主要有: (1)接收机的动态范围不够,容易产生虚警.接 收机虚警包括双音互调,中频及镜频干扰和综合器 杂散,A/D之后有限时间长度的信号做FFT变换引 起的旁瓣泄露等产生的虚警.前者引起的虚警需要 选择和使用大动态的放大器件和提高有用信号选择 性和抑制无用信号来改善,信号做FFT变换引起的 旁瓣泄露可加适当的窗函数改善. (2)接收机在搜索过程中,边缘频率重叠导致虚 警.由于接收机在步进搜索时边缘重叠,FFT有二 分之一谱线间隔的测频误差,这样就可能造成一个 频率得到两个频率值.可以采用软件的方法消除这 种虚警,方法是记录上次频段中有可能重叠的频率 值,与下次频段上的结果相比较,距离小于规定门限 值认为是虚警,取其一或者是二者中间值. (3)接收机中频带限滤波器特性不好,A/D采 样引起频谱交叠产生虚警.由于全景接收机是在中 频上进行取样,与低通取样不同,带通取样是基于信 号的带宽而非频率来取样,因此对中频带通滤波器 第27卷 的矩形系数要求较高,实际中常常采用高低通滤波 器级联的方法实现特性优良的的带通滤波特性. 以上对数字短波全景搜索接收机的结构和性能做 了简单的介绍.在短波频段日益拥挤的今天,使用数 字全景搜索接收机可以极大程度的提高工作效率和 精确程度,为我们全面掌握我们所处地区短波频段 无线电频谱的情况有着很大的帮助. 参考文献 [1]马有本等.广播电视监测技术.国家,一播电影电视总局 监测中心编印.2001. [2]雷迎科等.基于全景搜索接收机的中短波广播智能检测 系统.广播与电视技术.2006(4):108. [3]黄葆华等.数字下变频器HSP50016的功能及应用.军事 通信技术.1997. 审稿人简介:严志刚内蒙古广播电影电视局科技处 副处长正高级工程师 编辑校对:李海菊 ???????????????????? (上接第49页) 和元件使用是沿袭机房ODF,因此使用了一体化熔 接配纤盘,笔者接触这类产品较多,个人认为熔接配 纤一体化结构不适宜使用在光缆交接箱.原因是: (1)材料性能不能保证光交接箱长期稳定使用. 通信机房因有比较好的空调环境,温度对塑料件 与金属件的影响差异可以不作考虑,而光缆交接箱 大部分安装在户外,即使使用性能最好的箱体,箱体 内早晚(全年)温差依然存在,甚至会很大,因塑料 冷缩热涨情况与金属件不一致,温度对一体化熔接 配纤盘的塑料与钢质的适配器的影响是不相同的, 若干年后使它们之间出现应力,而应力可能使两条 尾纤连接头的插针体产生偏移,导致传输质量急剧 下降,到时出现问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 不只是影响一个点,而可能是个 普遍性的问题.即使该问题不出现,塑料的老化也是 不可回避的. (2)熔接配纤一体化结构占用空间太大. 德国科隆箱体内净空长,宽,高为700X270× 900mm,熔接配纤一体化盘长,宽,高平均数为335 ×250X25mm.288芯一体化光交接箱的熔接配纤 盘共24块,加上操作空间和一些无效空间,提供其 余功能的空间只剩德国科隆箱体净空近50%的容积, 即其它功能区的操作空间减少了. - 56- (3)熔接配纤盘对各类型纤芯结构适应能力较 差. 目前应用的纤芯结构有带状结构和单纤结构.带 状结构常用类型有12芯一带,8芯一带和4芯一带. 单纤结构有层续式和束管式等,每一保护管有2,12 条纤芯.熔接配纤一体化盘是配合12芯一带的带状 光缆使用的,虽然可以熔接单纤,它局限了一块盘只 能接l2芯.它的设计思想是保护纤芯的束管进入一 体化盘后才熔接,配纤,当工程不使用12芯带状光 缆或6芯一管束的单纤光缆时,就会出现预想不到的 施工和维护困难.例如安装24芯光缆,当光缆分3 管束安排纤芯,每管束就含8芯光纤,这样9,16芯 光纤就会分别安排两块配纤板上,从而纤芯只能在 一 体化盘前分开各自进入,这就给纤芯保护,维护带 来了麻烦.若束管有2纤芯或4纤芯,则解决方案更 为复杂,当连续有几块一体化盘有2条甚至3条束管 进入时,就会出现"牵一发而动全身"的现象. 因此,光缆交接箱的使用有利于对于加快网络建 设和改造力度,有利于减少光节点所带用户数量逐 步过渡到光纤入户,有利于三网融合的建设模式. 审稿人简介:尤效成内蒙古广播电视信息网络有限公司 董事长正高级工程师 编辑校对:李海菊