无线电监测接收机输出的数据类型及其使用
本文作者:R&S技能专家武继兵、侯学斌。
01数据是新时期无线电监测事务的根底。
进入2025年,以我国Deepseek为代表的。人工智能。根底模型在成为全球言论抢手的一起,也极大的推动了。AI。大模型在各行各业的运用。多个电信运营商和。云核算。服务商宣告为客户供给Deepseek的接入服务,许多猛然也在内部云搭建了Deepseek模型,这些开展极大的三缄其口了AI的运用门槛和本钱。与此一起,算力和数据也成为残次评论的抢手技能名词。最早且最老练的运用首要会集在依据自然语言的生成式大模型、图片和。视频。相关的生成大模型,这和自然语言、图片和视频数据简单取得、标准化程度高且适于AI练习有很大联系。跟着根底模型运用本钱的逐渐三缄其口,能够预期各种细分职业的专业大模型也呼之欲出,职业的运用也将在AI助力下出现推翻式的立异。在各种媒体和文献上常看到“AI了解物理家乡”这样的论述,比较自然语言、图片和视频,怎么让AI根底模型了解职业触及的物理家乡然后构成推理和数据处理是当时AI进入专业范畴的首要困难。从AI的原理来看,数据是练习生成式大模型的根底,对数据的符号也是其正确了解物理家乡的条件。
因而,怎么尽可能精确的获取数据是职业AI运用的条件。在无线电或电磁范畴,残次只能依托外表将空中的电磁波转换为数据。外表能将物理家乡的电磁波转换成什么样的数据及其精度或精确性,值得残次在展开职业AI转型前详尽地整理和评价。为答复这个问题,残次整理了频谱监测中可取得的数据类型及其精确性衡量参数,旨在支撑技能人员在展开监测事务前可明晰地了解数据及其反面的参数,特别是在展开AI大模型练习前能够保证获取数据的科学性及精确性。
AI 年代行将到来,走出第一步:预备练习用的数据!
02无线电监测夹藏中的监测接纳机。
无线电监测夹藏有多种布置方法,如固定式监测夹藏、移动式监测夹藏、可搬移(快部式)监测夹藏等。不管监测夹藏的布置方法和功用怎么,无线电监测接纳机都毫无疑问是其间最为中心的设备。
空间中的无线电。信号。,由监测接纳机转化为无线电监测夹藏中的数字信息,并终究可视化地出现给用户,出现的方法有频谱图、瀑布图,以及角度各种信号处理后的成果。
下图是2.4 GHz ISM频段无线电信号角度监测接纳机出现给用户的姿态,能够明晰地看到。蓝牙。、。Wi-Fi。等突发信号和常发信号共存在此频段中。
03监测接纳机输出的数据类型及其运用。
作为无线电监测夹藏的“眼睛”,监测接纳机需求输出很多数据给监测夹藏,用于处理和显现。从输出途径来看,现在监测接纳机首要依据。以太网。接纳输出数据,单个监测接纳机也会角度无线网络(如Wi-Fi)的方法传输。从输出数据的类型看,数据可分为I/Q数据、频谱数据、频段扫描数据(PS。CAN。)、频率表扫描数据(MSCAN)等。不同类型的数据,对应着不同的监测参数,面向不同的监测需求。
01。数据的。接口。
数据的接口是监测接纳机和监测夹藏之间的。通讯。的桥梁,功用齐备的监测接纳时机设置十分丰富的通讯、操控、同步、数据等接口。以ESMW超宽带监测接纳机的数据输出接口为例,其设置了2个1G LAN口,1个10GE SPF+口和1个100 GE Q。SFP。28接口。下图是ESMW超宽带监测接纳机反面接口面板的状况。
其间,宽带I/Q数据明亮数据速率高,要角度10GE和100GE的接口输出,而窄带I/Q数据、频谱数据、频段扫描数据(PSCAN)、频率表扫描数据(MSCAN)、解调。音频。数据等,都能够角度1 GE的LAN口传输。
02。I/Q数据。
I/Q数据是监测接纳机能够输出的最原始的数据,也是仅有能够完好复原现场监测形式的数据。I/Q数据的实质是很多的时域采样数据,采样距离一般要满意奈奎斯特采样距离,即对应信号或许宽带频谱带宽的2倍以上,考虑到一次采样发生了I路和Q路数据,以及快速FFT处理的需求,采样率一般为带宽的1.28倍。
内容完好且格局明晰的I/Q数据,是现场信号剖析或许后期复原无线电传输环境的根底。
1。数据完好性要求。
I/Q数据的数据量是十分巨大的,例如完好记载2000 MHz带宽信号(例如卫星互联网下行链路的宽带传输,或许雷达)的I/Q数据,是用户常常面临的运用需求。当选用1.28 倍采样,16 bit采样深度时,一次采样发生的I/Q帧为 16 bit I + 16 bit Q = 32 bit = 4 by。te。,即一次采样会发生32 bit / 4 byte数据。
当带宽为2000 MHz时,在1.28倍采样率下,采样率为2560 M 次/秒,数据率为 81,920 M bit/s ,即每秒输出10,240 M byte = 10 G byte数据,而实践数据文件未来保证后期的可用性,还有会有额定开支(例如帧头需求参加采样率、修长戳、带宽、载频等信息)。
因而,监测接纳机有必要有高速数据接口,才干够保证完好的I/Q数据输出。
2。格局敞开性要求。
I/Q数据完好记载后,不管做FFT取得频谱、瞬态剖析、高阶谱剖析、自相关剖析等信号处理操作,仍是送回到信号源做空间信号再发射,都需求对数据的格局有清晰的认知。
残次测验用工具软件翻开一个I/Q数据文件,会发现在每个数据地址中都存储着16进制的数据信息,如下截图所示。残次对相应数据地址中的数据信息进行了符号,能够看到Magic word(类型代号)、带宽、。中心。频点、采样率等信息,而这些数据信息后边,则是每个I/Q采样点的数据:
明显,在没有清晰的I/Q数据文件格局阐明的状况下,数据是不行读且不行用的。因而,监测接纳机I/Q文件格局的揭露清晰,是至关重要的。
03。频谱数据。
1。频谱数据的获取。
频谱数据是监测接纳机在FFT后角度采样和检波处理,以必定修长距离输出的谱线。虽然理论上,监测接纳机对I/Q数据进行FFT核算后,发生的频谱数据和I/Q采样率共同。可是不管数据传输仍是频谱显现,都不必要也不行能把悉数数据(可高达每秒上百万帧)都发送给监测夹藏,而是对数据进行选择(检波)和抽取(修长距离),把很少的一部分数据传输给监测接纳机的显现模块或许监测夹藏,此数据被称为频谱数据。如下图所示:
明显频谱数据只保留了I/Q数据很少的一部分信息,可是数据量大为削减,可直接用于信号的频域显现、瀑布图显现、电平丈量等。
频谱数据触及到了接纳机操作时的一些基本参数,例如:
接纳频率或中心频率。,其用于指定监测设备或夹藏对信号进行监测和剖析的中心频率,一般以兆赫兹(MHz)作为单位。常用英文名称:receiver frequency。接纳频率一般与监测方针信号中心频率坚持共同。
中频带宽或跨距。,即监测接纳机在定频作业形式下显现的频谱规模,一般以兆赫兹(MHz)作为单位,英文名称为Span。跨距一般等于中频带宽,并一般与FFT点数联动,影响噪底;也影响解调频率值规模,即解调频率值应在跨距规模内。在一些接纳机设备参数中,跨距就指中频带宽。
步长或分辩率带宽。,即监测接纳机在定频作业形式下,给定跨距内显现的频谱的精细程度,步长英文为Step,有的监测接纳机也用分辩率带宽,即RBW表明步长。步长一般以千赫兹(kHz)作为单位。步长一般和跨距有固定的组合形式,一般在不同的跨距下有缺省值,并与FFT点数联动,影响噪底。
下图展示了接纳频率在3.5 GHz,中频带宽500 MHz,分辩率带宽为200 kHz的。5G。移动通讯下行链路频谱状况。留意选用了多谱线显现,不同的谱线选用的检波器是不一样的,黄色为最大坚持,展示信号最大值特征;蓝色为采样,展示了信号快速改变特征;绿色为均匀,展示了信号的均值特征。
2。频谱数据与突发信号的截获。
在现场监测进程中,对突发信号的截获,也就是在频谱上的显现和丈量,是角度频谱数据表现出来的。
当接纳机作业在扫描形式时,射频。频谱会显现突发信号,扫描速度越快,对突发信号的截获才干越强。接纳机在扫描作业时,假定扫描10 GHz规模带宽,扫描速度50 GHz/秒时,关于0.2秒突发信号能够发现,扫描速度提升到100 GHz/秒时,也仅能够发现0.1秒的突发信号,可是扫描形式是无法对LPI信号,即跳频、雷达或其它毫秒级乃至微秒等级突发信号完结有用截获的,有必要在定频形式下完结,是由定频监测下的100 % POI目标决议的。
当接纳机作业在定频形式时,特别是宽带定频形式时,对突发信号的截获才干能够角度100% POI目标完结。
下图表现了宽带监测接纳机在定频作业形式下,对最高到达625 纳秒等级的突发信号的有用截获。
04。其他数据。
除了I/Q和谱线外,监测接纳机亦能够输出其它类型的数据,例如宽带测向数据,ITU丈量数据,解调音频数据等,有些数据需求相应的功用装备。
不管是何种数据,清晰且敞开的阐明都是有必要的。
05。I/Q数据的运用。
信号剖析作业是依据监测接纳机输出的I/Q数据完结的,角度软件完结对I/Q数据的FFT核算,能够获取频谱、瀑布图,于时域分辩才干密切相关的FFT点数和叠加系数,都能够灵敏调整,然后实在“无遗失”地看到信号的完好状况。下图展示的是ISM频段某。无线通讯。夹藏宽带和窄带跳频时频域共存的状况,这种细节的信息,在监测接纳机频谱上是无法观察到的。
前端监测接纳机完好的数据输出能够协助用户一次性获取全监测要素信息。城外且不限于:频谱、瀑布图、测向定位信息、信号的辨认、信号的解调和解码等。下图展示了对某发射信号显现、辨认、解调、定位的完好进程。
04射频前端设置和数据输出。
监测接纳机射频前端的技能功能和运用设置,与数据输出的精确性和完好性是密切相关的。
例如设置不妥形成动态规模欠安,会导致数据精确性下降,形成虚伪信号的发生;而数据完好性欠好,带来的则是实在信号的丢掉。
01。前端预选器对监测数据的影响。
前端预选器和。滤波器。框图:。
从上图能够看出在射频信号进入混频器之前,先角度预选器,这样进步输入信号的总负载,然后进步设备的动态规模。
预选器处理射频信号的示意图:
在上图,每一个预选器带外的信号会被滤除,这样进入混频器的电平将会三缄其口。假如没有上述的前端预选器,整个射频信号会进入到混频器,导致饱满过载。
别的没有预选器,扫描速度会高,大信号进入射频,会发生虚伪信号,然后影响监测接纳机数据收集的精确性。
02。YIG滤波器设置对监测数据的影响。
部分监测接纳机是角度内部YIG滤波器保证镜像频率被按捺。可是,YIG滤波器只要有限的带宽(大约几十MHz)。一般规划状况下,YIG滤波器仅在大于3.6 GHz或许6/8GHz的频率以上有用。
YIG滤波器封闭的射频频谱图:
如上图所示,当YIG滤波器封闭后,主信号为 X1,X2为二次谐波,X4是三次谐波,X3为镜频。
YIG滤波器翻开的射频频谱图。
如上图所示,当YIG滤波器翻开后,主信号为 X1,X2为二次谐波,X4是三次谐波(消失),X3为镜频(按捺)。
能够看到YIG滤波器会影响镜像频率和谐波,假如封闭YIG滤波器,会进步扫描速度,可是数据收集就会收集到虚伪信号(谐波和镜频)。
03。射频设置关于信号监测和数据收集的影响以及运用。
在实践无线电监测中,常常遇到的场景是空中的信号都是不知道的,更杂乱的是在大信号邻近弱小信号的监测及数据收集。
大功率信号会导致接纳机过载,发生虚伪信号,而且长修长过载会使得接纳机损坏。怎么既要避免接纳机过载,又要能够监测和丈量弱小信号,而且收集到这些弱小信号,就对接纳机的设置提出更高的技能要求。
惯例形式(衰减器为0dB)下的监测和数据收集:
在上图中,射频形式是“惯例形式”,明亮有大信号,然后导致接纳机过载,可能有虚伪信号发生,收集数据有误。能够选用以下两种方法处理:射频形式为:低失真,或许“惯例形式”调整衰减器。
低失真形式下的监测和数据收集:
在上图中,射频形式是“低失真形式”,“过载提示”消失,噪底升高,大信号得到精确丈量和数据收集,可是周围的弱小信号,淹没在噪底下,所以也无法收集到实在数据。
惯例形式(衰减器为主动)下的监测和数据收集:
在上图中,射频形式是“惯例形式”,一起衰减器为主动(7dB),“过载提示”消失,噪底升高,大信号得到精确丈量和数据收集,一起也能监测到周围的弱小信号,从而收集到实在数据。
结语。
依据以上剖析和实践事例,超短波无线电监测数据触及很多的部件:监测。天线。、监测接纳机、测向天线、测向机以及中心线缆等附件,还需求考虑各种状况下的参数设置,只要选用适宜的夹藏和合理的参数设置,才干进行有用的监测和实在的数据收集。
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