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相關(guān)專題：
前言
無(wú)線電頻譜是無(wú)線電通信的基本物質(zhì)條件之一，是有限的自然資源。故而，高效地利用頻率資源是頻譜管理的基本任務(wù)。實(shí)施頻譜管理的重要依據(jù)來(lái)源于有效的頻譜監(jiān)測(cè)。為了保障頻譜監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)的有效性、可靠性和權(quán)威性，一個(gè)有效的途徑就是依據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)—ITU建議。
ITU建議的無(wú)線電監(jiān)測(cè)
事實(shí)上，一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)站應(yīng)包含監(jiān)測(cè)、測(cè)向和實(shí)時(shí)/后臺(tái)數(shù)據(jù)分析。由于篇幅所限，這里我們只討論信號(hào)監(jiān)測(cè)部分。
在ITU建議中指出了一個(gè)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站所要實(shí)現(xiàn)的功能（ITU-R SM.1537）:
— 監(jiān)測(cè)、解調(diào)和解碼;
— 解調(diào)音錄制;
— 技術(shù)測(cè)量和技術(shù)分析，包括頻率、頻偏、電平/場(chǎng)強(qiáng)、調(diào)制參數(shù)（包括AM調(diào)制深度和FM頻率偏置）、帶寬及頻譜分析;
— 頻譜占用度;
— ……
監(jiān)測(cè)站設(shè)備（包括天線、接收機(jī)、測(cè)向機(jī)和處理器）的質(zhì)量直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)站的性能�，F(xiàn)代的監(jiān)測(cè)接收機(jī)特別適用于依據(jù)ITU建議的頻譜監(jiān)測(cè)，無(wú)線電調(diào)研部門應(yīng)能實(shí)現(xiàn)以下功能（ITU頻譜監(jiān)測(cè)手冊(cè)，第131至135頁(yè)）:
— 掃描預(yù)定義的頻段;
— 可存儲(chǔ)掃描多達(dá)幾百信道的頻率表;
— 可解調(diào)、監(jiān)聽(tīng) FM, AM, CW, SSB, ISB, ASK, FSK, PSK, IQ 和pulse發(fā)射信號(hào);
— 信號(hào)識(shí)別;
— 存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于后臺(tái)分析或下載。
在ITU頻譜監(jiān)測(cè)手冊(cè)附錄中的“模擬和數(shù)字接收機(jī)的典型推薦技術(shù)規(guī)格”，列舉了VLF/LF/HF和VHF/UHF接收機(jī)的最低推薦技術(shù)規(guī)格。
依據(jù)ITU建議的標(biāo)準(zhǔn)，毫無(wú)疑問(wèn)將選用監(jiān)測(cè)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)頻譜監(jiān)測(cè)。但是，事情并不這么簡(jiǎn)單，一些便攜化的頻譜儀甚或是基于虛擬設(shè)備（Virtual Instruments）的信號(hào)分析儀現(xiàn)身于市場(chǎng)。它們?nèi)碌耐庥^（較大的彩顯或獨(dú)特的機(jī)架）以及較低的價(jià)格，引出了一個(gè)完全可以理解的想法:我們能否選用這類設(shè)備實(shí)現(xiàn)頻譜監(jiān)測(cè)呢？
答案是“可以，但是有條件”:
* 您已經(jīng)基本了解所要監(jiān)測(cè)的信號(hào);
* 所監(jiān)測(cè)的信號(hào)駐留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng);
* 所要監(jiān)測(cè)的信號(hào)不能太弱;
* 所要監(jiān)測(cè)的信號(hào)不能太強(qiáng);
* 監(jiān)測(cè)的頻段信號(hào)不能太密集;
* 通常不需要解調(diào);
* 對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)間的要求不苛刻。
為什么這類設(shè)備有這些苛刻的限制呢？這是由于它們是設(shè)計(jì)用于其它用途的，而不是用于頻譜監(jiān)測(cè)的！
頻譜儀/信號(hào)分析儀的設(shè)計(jì)理念
這類設(shè)備是設(shè)計(jì)用于典型的測(cè)量:
— 無(wú)預(yù)選器;
— 輸入信號(hào)直接進(jìn)入第一混頻器;
— 高測(cè)量精度;
— 對(duì)于測(cè)試和測(cè)量任務(wù)而優(yōu)化的操作;
— 對(duì)于AM調(diào)制信號(hào)無(wú)控制 (AGC和MGC);
— 無(wú)AFC （對(duì)于頻率不穩(wěn)定的信號(hào)）;
— 基于測(cè)試和測(cè)量任務(wù)而優(yōu)化的濾波器 (CISPR);
— 定期校準(zhǔn) (完全校準(zhǔn));
— 標(biāo)準(zhǔn)化顯示和評(píng)估;
— 特殊的標(biāo)記功能和限制線;
— IEC/IEEE 總線控制;
— 特殊的任務(wù)導(dǎo)引功能;
— 無(wú)ITU建議的測(cè)量。
它們?cè)跍y(cè)量領(lǐng)域是很好的設(shè)備，故而:
— 在大多數(shù)應(yīng)用中，它們采用饋纜與被測(cè)器件直接連接;
— 已經(jīng)基本了解所要監(jiān)測(cè)的信號(hào);
— 基于系統(tǒng)安裝的目的而測(cè)量網(wǎng)絡(luò)或基站，如GSM、電纜系統(tǒng)等，這些測(cè)量包括信道功率的測(cè)量、電纜壞點(diǎn)測(cè)量和反射測(cè)量（失配）;
— 附加的測(cè)量功能，如雙端口測(cè)量和功率測(cè)量。
監(jiān)測(cè)接收機(jī)與頻譜儀的區(qū)別
深入地研究接收機(jī)和頻譜儀也許需要一部專著，所以本文只提供一個(gè)兩者之間差異的概要。分下述幾部分介紹:
— 預(yù)選器;
— 靈敏度/噪聲系數(shù);
— 線性度;
— 合成器相位噪聲;
— 搜索信號(hào)并解調(diào)。
3.1 預(yù)選器
預(yù)選器的作用在于降低接收機(jī)接收信號(hào)的總負(fù)載并可改善接收機(jī)的技術(shù)參數(shù)，包括:
— 本振再輻射(監(jiān)測(cè)接收機(jī)為-107 dBm,信號(hào)分析儀為-87 dBm);
— 噪聲系數(shù)-NF(監(jiān)測(cè)接收機(jī)為10 dB,信號(hào)分析儀為36 dB);
— 二階截?cái)帱c(diǎn)-IP2;
— 鏡頻抑制;
— 中頻抑制。
預(yù)選器（輸入濾波器）是一套亞倍頻程濾波器和/或跟蹤濾波器。通過(guò)電子開(kāi)關(guān)，預(yù)選器可將接收頻段分為若干子段，從而選通那些需要分析的子頻段而將其它子頻段抑制于帶外。這樣，即可在極大程度上消除互調(diào)產(chǎn)物。
預(yù)選器還包含:
— 提高靈敏度的放大器;
— 提高動(dòng)態(tài)范圍的衰減器;
— 預(yù)防過(guò)載的保護(hù)電路;
— 輸入自檢所需的測(cè)試信號(hào);
— 自檢所需的測(cè)試點(diǎn);
— 天線選通 (如果需要)。
下一章我們將舉例說(shuō)明監(jiān)測(cè)接收機(jī)和頻譜儀的不同性能。
3.2 靈敏度/噪聲系數(shù)
正是由于信號(hào)/頻譜分析儀在硬件設(shè)計(jì)上的理念，使得它們?cè)陬l譜監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有并不理想的性能。就噪聲系數(shù)這一指標(biāo)而言:監(jiān)測(cè)接收機(jī)的典型值大約在10dB至15dB，而信號(hào)/頻譜分析儀卻高達(dá)數(shù)十分貝（如36dB）——這將導(dǎo)致這類設(shè)備具有較差的靈敏度。
由于接收機(jī)和頻譜儀在靈敏度指標(biāo)定義上存在差異:頻譜儀的定義為平均噪聲電平(DANL);接收機(jī)的定義為在特定帶寬和信噪比條件下，解調(diào)信號(hào)的最低電平。
我們可以采用如下公式將上述兩種定義相互變換:
NF(dB) = Pin(dBm) - Pnoise (dBm/Hz)
- 10logBW(Hz) - S/N(dB) + 20logm
其中 Pin—— 最小輸入功率
Pnoise—— 噪聲常數(shù)，此處取為 -174 dBm/Hz
BW—— 測(cè)量時(shí)的實(shí)際帶寬
S/N—— 信噪比
m—— 調(diào)制度 (如果測(cè)量的是 AM 信號(hào))
在頻譜儀的技術(shù)指標(biāo)中，噪聲密度取為 -138 dBm/Hz typ。
采用上述公式可得- NF=36 dB typ。
圖1顯示了靈敏度、噪底和掃描性能。
3.3 線性度
在兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)同時(shí)輸入到天線端時(shí)，由于有源器件的非線性特征（放大器/混頻器），會(huì)產(chǎn)生一些多余的信號(hào)——互調(diào)產(chǎn)物。這些多余的信號(hào)應(yīng)被盡可能地抑制。這抑制的能力體現(xiàn)在IP2/IP3技術(shù)指標(biāo)上。圖2顯示了互調(diào)產(chǎn)物干擾中頻的過(guò)程。
例如:
信號(hào)分析儀的三階截?cái)帱c(diǎn)（IP3）為10dBm, 而監(jiān)測(cè)接收機(jī)EM050 的IP3為20dBm。那么，接收兩個(gè)電平為 90dBμV的信號(hào):信號(hào)分析儀產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)物的電平值為36 dBμV，而監(jiān)測(cè)接收機(jī)的僅為16 dBμV。
3.4 合成器相位噪聲
合成器的相位噪聲晶體震蕩器短期穩(wěn)定程度的量。應(yīng)用于不同的中頻變換。它也描述了在一個(gè)鄰近強(qiáng)信號(hào)的微弱信號(hào)的檢測(cè)能力的量。
在圖3中, 在相位噪聲很高的情況下, 一個(gè)強(qiáng)信號(hào)(fin1) 旁邊一個(gè)微弱信號(hào)(fin2) 不能被檢測(cè)到。
例如:
在10 kHz偏置下信號(hào)分析儀的頻率合成器的相位噪聲為 -90 dBc/Hz,而監(jiān)測(cè)接收機(jī)EM050在10 kHz偏置下的相位噪聲為-120 dBc/Hz。當(dāng)一個(gè)電平為-10 dBm正弦波信號(hào)出現(xiàn)在信號(hào)分析儀和監(jiān)測(cè)接收機(jī)的輸入端時(shí), 那么當(dāng)分辨率帶寬為1 kHz時(shí)，在10 kHz偏置上可檢測(cè)到信號(hào)的最小電平是多少？
解:
對(duì)于信號(hào)分析儀,由于1 kHz的分辨率帶寬所顯示的噪聲電平LN為
LN = -90 dBc (1 Hz) + 10·log(1 kHz/1Hz)
= -60 dBc (1 kHz)
這意味著第二輸入信號(hào)的電平LS,min至少必須是
LS,min = -10 dBm - 60 dBc (1 Hz)
= -70 dBm (37 dBμV)
在相同條件下, 監(jiān)測(cè)接收機(jī)的第二輸入信號(hào)的最小電平只需要
LS,min = -100 dBm (7 dBμV)
圖4給出了在監(jiān)測(cè)接收機(jī)EB200和頻譜分析儀FSH3上顯示的不同的實(shí)際頻譜。
3.5 搜索信號(hào)和解調(diào)
在無(wú)線電調(diào)查業(yè)務(wù)中, 通常需要在未知的電磁環(huán)境中做探測(cè):
— 非法或未經(jīng)認(rèn)證的發(fā)射機(jī)或頻率;
— 未被授權(quán)的工作時(shí)段或地點(diǎn);
— 非法發(fā)射類型或不合格的調(diào)制質(zhì)量;
— 頻率偏移超標(biāo);
— 無(wú)呼號(hào)或呼號(hào)不完整;
— 占用帶寬超標(biāo);
— 功率超標(biāo) (場(chǎng)強(qiáng)超標(biāo)）。
針對(duì)這些目的, 需要:
— 快速搜索和檢測(cè)幾乎所有類型的已知或未知的信號(hào);
— 快速搜索頻率躍變的信號(hào), 比如跳頻、突發(fā)、短促發(fā)射等;
— 快速搜索微弱的信號(hào);
— 在最佳的上升和降落時(shí)間對(duì)模擬信號(hào)的解調(diào) (AM, FM, CW, SSB, PULS)。
需要注意的是: 這種信號(hào)的搜索必須借助于門限電平的設(shè)置。（用來(lái)辨別噪聲或信號(hào)）以及不同的解調(diào)器（對(duì)于數(shù)字信號(hào)是IQ, 對(duì)于模擬信號(hào)是AM、FM、CW、SSB、PULSE）作信號(hào)分析。
結(jié)論
監(jiān)測(cè)接收機(jī)是在軍用或民用應(yīng)用中典型用于作信號(hào)探測(cè)、 頻譜監(jiān)測(cè)和解調(diào), 并對(duì)一些信號(hào)作分析（比如中頻顯示、ITU測(cè)量）。
頻譜/信號(hào)分析儀是典型應(yīng)用于已知信號(hào)的測(cè)量,比如信號(hào)帶內(nèi)功率、鄰道功率、帶寬占用度、相位噪聲等等。
鑒于以上原因，監(jiān)測(cè)接收機(jī)和頻譜/信號(hào)分析儀是按不同的應(yīng)用所設(shè)計(jì)的不同的設(shè)備。
