本文作者：R&S技術(shù)專家武繼兵、侯學(xué)斌

01數(shù)據(jù)是新時期無線電監(jiān)測業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)

進(jìn)入2025年，以我國Deepseek為代表的人工智能基礎(chǔ)模型在成為全球輿論熱點的同時，也極大的推動了AI大模型在各行各業(yè)的應(yīng)用。多個電信運營商和云計算服務(wù)商宣布為客戶提供Deepseek的接入服務(wù)，很多機構(gòu)也在內(nèi)部云搭建了Deepseek模型，這些進(jìn)展極大的降低了AI的使用門檻和成本。與此同時，算力和數(shù)據(jù)也成為大家討論的熱門技術(shù)名詞。最早且最成熟的應(yīng)用主要集中在基于自然語言的生成式大模型、圖片和視頻相關(guān)的生成大模型，這和自然語言、圖片和視頻數(shù)據(jù)容易獲得、標(biāo)準(zhǔn)化程度高且適于AI訓(xùn)練有很大關(guān)系。隨著基礎(chǔ)模型使用成本的逐步降低，可以預(yù)期各種細(xì)分行業(yè)的專業(yè)大模型也呼之欲出，行業(yè)的應(yīng)用也將在AI助力下出現(xiàn)顛覆式的創(chuàng)新。在各種媒體和文獻(xiàn)上?？吹健癆I理解物理世界”這樣的闡述，相比自然語言、圖片和視頻，如何讓AI基礎(chǔ)模型理解行業(yè)涉及的物理世界從而形成推理和數(shù)據(jù)處理是當(dāng)前AI進(jìn)入專業(yè)領(lǐng)域的首要困難。從AI的原理來看，數(shù)據(jù)是訓(xùn)練生成式大模型的基礎(chǔ)，對數(shù)據(jù)的標(biāo)記也是其正確理解物理世界的前提。

因此，如何盡可能準(zhǔn)確的獲取數(shù)據(jù)是行業(yè)AI應(yīng)用的前提。在無線電或電磁領(lǐng)域，我們只能依靠儀表將空中的電磁波轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。儀表能將物理世界的電磁波轉(zhuǎn)換成什么樣的數(shù)據(jù)及其精度或準(zhǔn)確性，值得我們在開展行業(yè)AI轉(zhuǎn)型前細(xì)致地梳理和評估。為回答這個問題，我們梳理了頻譜監(jiān)測中可獲得的數(shù)據(jù)類型及其準(zhǔn)確性衡量參數(shù)，旨在支持技術(shù)人員在開展監(jiān)測業(yè)務(wù)前可清晰地了解數(shù)據(jù)及其背后的參數(shù)，特別是在開展AI大模型訓(xùn)練前可以確保獲取數(shù)據(jù)的科學(xué)性及準(zhǔn)確性。

AI 時代即將到來，走出第一步：準(zhǔn)備訓(xùn)練用的數(shù)據(jù)！

02無線電監(jiān)測系統(tǒng)中的監(jiān)測接收機

無線電監(jiān)測系統(tǒng)有多種部署形式，如固定式監(jiān)測系統(tǒng)、移動式監(jiān)測系統(tǒng)、可搬移（快部式）監(jiān)測系統(tǒng)等。無論監(jiān)測系統(tǒng)的部署形式和功能如何，無線電監(jiān)測接收機都毫無疑問是其中最為核心的設(shè)備。

空間中的無線電信號，由監(jiān)測接收機轉(zhuǎn)化為無線電監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)字信息，并最終可視化地呈現(xiàn)給用戶，呈現(xiàn)的方式有頻譜圖、瀑布圖，以及經(jīng)過各種信號處理后的結(jié)果。

下圖是2.4 GHz ISM頻段無線電信號通過監(jiān)測接收機呈現(xiàn)給用戶的樣子，可以清晰地看到藍(lán)牙、Wi-Fi等突發(fā)信號和常發(fā)信號共存在此頻段中。

03監(jiān)測接收機輸出的數(shù)據(jù)類型及其應(yīng)用

作為無線電監(jiān)測系統(tǒng)的“眼睛”，監(jiān)測接收機需要輸出大量數(shù)據(jù)給監(jiān)測系統(tǒng)，用于處理和顯示。從輸出路徑來看，目前監(jiān)測接收機主要基于以太網(wǎng)接收輸出數(shù)據(jù)，個別監(jiān)測接收機也會通過無線網(wǎng)絡(luò)（如Wi-Fi）的方式傳輸。從輸出數(shù)據(jù)的類型看，數(shù)據(jù)可分為I/Q數(shù)據(jù)、頻譜數(shù)據(jù)、頻段掃描數(shù)據(jù)（PSCAN）、頻率表掃描數(shù)據(jù)（MSCAN）等。不同類型的數(shù)據(jù)，對應(yīng)著不同的監(jiān)測參數(shù)，面向不同的監(jiān)測需求。

01數(shù)據(jù)的接口

數(shù)據(jù)的接口是監(jiān)測接收機和監(jiān)測系統(tǒng)之間的通信的橋梁，功能完備的監(jiān)測接收機會設(shè)置非常豐富的通信、控制、同步、數(shù)據(jù)等接口。以ESMW超寬帶監(jiān)測接收機的數(shù)據(jù)輸出接口為例，其設(shè)置了2個1G LAN口，1個10GE SPF+口和1個100 GE QSFP28接口。下圖是ESMW超寬帶監(jiān)測接收機背面接口面板的情況。

其中，寬帶I/Q數(shù)據(jù)因為數(shù)據(jù)速率高，要通過10GE和100GE的接口輸出，而窄帶I/Q數(shù)據(jù)、頻譜數(shù)據(jù)、頻段掃描數(shù)據(jù)（PSCAN）、頻率表掃描數(shù)據(jù)（MSCAN）、解調(diào)音頻數(shù)據(jù)等，都可以通過1 GE的LAN口傳輸。

02I/Q數(shù)據(jù)

I/Q數(shù)據(jù)是監(jiān)測接收機可以輸出的最原始的數(shù)據(jù)，也是唯一可以完整還原現(xiàn)場監(jiān)測情勢的數(shù)據(jù)。I/Q數(shù)據(jù)的本質(zhì)是大量的時域采樣數(shù)據(jù)，采樣間隔一般要滿足奈奎斯特采樣間隔，即對應(yīng)信號或者寬帶頻譜帶寬的2倍以上，考慮到一次采樣產(chǎn)生了I路和Q路數(shù)據(jù)，以及快速FFT處理的需求，采樣率一般為帶寬的1.28倍。

內(nèi)容完整且格式清晰的I/Q數(shù)據(jù)，是現(xiàn)場信號分析或者后期還原無線電傳輸環(huán)境的基礎(chǔ)。

1數(shù)據(jù)完整性要求

I/Q數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是非常巨大的，例如完整記錄2000 MHz帶寬信號（例如衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)下行鏈路的寬帶傳輸，或者雷達(dá)）的I/Q數(shù)據(jù)，是用戶經(jīng)常面對的應(yīng)用需求。當(dāng)采用1.28 倍采樣，16 bit采樣深度時，一次采樣產(chǎn)生的I/Q幀為 16 bit I + 16 bit Q = 32 bit = 4 byte，即一次采樣會產(chǎn)生32 bit / 4 byte數(shù)據(jù)。

當(dāng)帶寬為2000 MHz時，在1.28倍采樣率下，采樣率為2560 M 次/秒，數(shù)據(jù)率為 81,920 M bit/s ，即每秒輸出10,240 M byte = 10 G byte數(shù)據(jù)，而實際數(shù)據(jù)文件未來確保后期的可用性，還有會有額外開銷（例如幀頭需要加入采樣率、時間戳、帶寬、載頻等信息）。

因此，監(jiān)測接收機必須有高速數(shù)據(jù)接口，才可以確保完整的I/Q數(shù)據(jù)輸出。

2格式開放性要求

I/Q數(shù)據(jù)完整記錄后，無論做FFT獲得頻譜、瞬態(tài)分析、高階譜分析、自相關(guān)分析等信號處理操作，還是送回到信號源做空間信號再發(fā)射，都需要對數(shù)據(jù)的格式有明確的認(rèn)知。

我們嘗試用工具軟件打開一個I/Q數(shù)據(jù)文件，會發(fā)現(xiàn)在每個數(shù)據(jù)地址中都存儲著16進(jìn)制的數(shù)據(jù)信息，如下截圖所示。我們對相應(yīng)數(shù)據(jù)地址中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行了標(biāo)記，可以看到Magic word（類型代號）、帶寬、中心頻點、采樣率等信息，而這些數(shù)據(jù)信息后面，則是每個I/Q采樣點的數(shù)據(jù)：

顯然，在沒有明確的I/Q數(shù)據(jù)文件格式說明的情況下，數(shù)據(jù)是不可讀且不可用的。因此，監(jiān)測接收機I/Q文件格式的公開明確，是至關(guān)重要的。

03頻譜數(shù)據(jù)

1頻譜數(shù)據(jù)的獲取

頻譜數(shù)據(jù)是監(jiān)測接收機在FFT后經(jīng)過采樣和檢波處理，以一定時間間隔輸出的譜線。盡管理論上，監(jiān)測接收機對I/Q數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT計算后，產(chǎn)生的頻譜數(shù)據(jù)和I/Q采樣率一致。但是無論數(shù)據(jù)傳輸還是頻譜顯示，都不必要也不可能把全部數(shù)據(jù)（可高達(dá)每秒上百萬幀）都發(fā)送給監(jiān)測系統(tǒng)，而是對數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選（檢波）和抽取（時間間隔），把很少的一部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測接收機的顯示模塊或者監(jiān)測系統(tǒng)，此數(shù)據(jù)被稱為頻譜數(shù)據(jù)。如下圖所示：

顯然頻譜數(shù)據(jù)只保留了I/Q數(shù)據(jù)很少的一部分信息，但是數(shù)據(jù)量大為減少，可直接用于信號的頻域顯示、瀑布圖顯示、電平測量等。

頻譜數(shù)據(jù)涉及到了接收機操作時的一些基本參數(shù)，例如：

接收頻率或中心頻率，其用于指定監(jiān)測設(shè)備或系統(tǒng)對信號進(jìn)行監(jiān)測和分析的中心頻率，通常以兆赫茲（MHz）作為單位。常用英文名稱：receiver frequency。接收頻率通常與監(jiān)測目標(biāo)信號中心頻率保持一致。

中頻帶寬或跨距，即監(jiān)測接收機在定頻工作模式下顯示的頻譜范圍，通常以兆赫茲（MHz）作為單位，英文名稱為Span?？缇嘁话愕扔谥蓄l帶寬，并通常與FFT點數(shù)聯(lián)動，影響噪底；也影響解調(diào)頻率值范圍，即解調(diào)頻率值應(yīng)在跨距范圍內(nèi)。在一些接收機設(shè)備參數(shù)中，跨距就指中頻帶寬。

步長或分辨率帶寬，即監(jiān)測接收機在定頻工作模式下，給定跨距內(nèi)顯示的頻譜的精密程度，步長英文為Step，有的監(jiān)測接收機也用分辨率帶寬，即RBW表示步長。步長通常以千赫茲（kHz）作為單位。步長一般和跨距有固定的組合模式，通常在不同的跨距下有缺省值，并與FFT點數(shù)聯(lián)動，影響噪底。

下圖展現(xiàn)了接收頻率在3.5 GHz，中頻帶寬500 MHz，分辨率帶寬為200 kHz的5G移動通信下行鏈路頻譜情況。注意采用了多譜線顯示，不同的譜線采用的檢波器是不一樣的，黃色為最大保持，展現(xiàn)信號最大值特征；藍(lán)色為采樣，展現(xiàn)了信號快速變化特征；綠色為平均，展現(xiàn)了信號的均值特征。

2頻譜數(shù)據(jù)與突發(fā)信號的截獲

在現(xiàn)場監(jiān)測過程中，對突發(fā)信號的截獲，也就是在頻譜上的顯示和測量，是通過頻譜數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來的。

當(dāng)接收機工作在掃描模式時，射頻頻譜會顯示突發(fā)信號，掃描速度越快，對突發(fā)信號的截獲能力越強。接收機在掃描工作時，假設(shè)掃描10 GHz范圍帶寬，掃描速度50 GHz/秒時，對于0.2秒突發(fā)信號可以發(fā)現(xiàn)，掃描速度提升到100 GHz/秒時，也僅可以發(fā)現(xiàn)0.1秒的突發(fā)信號，但是掃描模式是無法對LPI信號，即跳頻、雷達(dá)或其它毫秒級甚至微秒級別突發(fā)信號實現(xiàn)有效截獲的，必須在定頻模式下實現(xiàn)，是由定頻監(jiān)測下的100 % POI指標(biāo)決定的。

當(dāng)接收機工作在定頻模式時，特別是寬帶定頻模式時，對突發(fā)信號的截獲能力可以通過100% POI指標(biāo)實現(xiàn)。

下圖體現(xiàn)了寬帶監(jiān)測接收機在定頻工作模式下，對最高達(dá)到625 納秒級別的突發(fā)信號的有效截獲。

04其他數(shù)據(jù)

除了I/Q和譜線外，監(jiān)測接收機亦可以輸出其它類型的數(shù)據(jù)，例如寬帶測向數(shù)據(jù)，ITU測量數(shù)據(jù)，解調(diào)音頻數(shù)據(jù)等，有些數(shù)據(jù)需要相應(yīng)的功能配置。

無論是何種數(shù)據(jù)，明確且開放的說明都是必須的。

05I/Q數(shù)據(jù)的應(yīng)用

信號分析工作是基于監(jiān)測接收機輸出的I/Q數(shù)據(jù)完成的，通過軟件完成對I/Q數(shù)據(jù)的FFT計算，可以獲取頻譜、瀑布圖，于時域分辨能力密切相關(guān)的FFT點數(shù)和疊加系數(shù)，都可以靈活調(diào)整，從而真正“無遺漏”地看到信號的完整狀態(tài)。下圖展現(xiàn)的是ISM頻段某無線通信系統(tǒng)寬帶和窄帶跳頻時頻域共存的情況，這種細(xì)節(jié)的信息，在監(jiān)測接收機頻譜上是無法觀察到的。

前端監(jiān)測接收機完整的數(shù)據(jù)輸出可以幫助用戶一次性獲取全監(jiān)測要素信息。包括且不限于：頻譜、瀑布圖、測向定位信息、信號的識別、信號的解調(diào)和解碼等。下圖展現(xiàn)了對某發(fā)射信號顯示、識別、解調(diào)、定位的完整過程。

04射頻前端設(shè)置和數(shù)據(jù)輸出

監(jiān)測接收機射頻前端的技術(shù)性能和使用設(shè)置，與數(shù)據(jù)輸出的準(zhǔn)確性和完整性是密切相關(guān)的。

例如設(shè)置不當(dāng)造成動態(tài)范圍不佳，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性下降，造成虛假信號的產(chǎn)生；而數(shù)據(jù)完整性不好，帶來的則是真實信號的丟失。

01前端預(yù)選器對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響

前端預(yù)選器和濾波器框圖:

從上圖可以看出在射頻信號進(jìn)入混頻器之前，先經(jīng)過預(yù)選器，這樣提高輸入信號的總負(fù)載，從而提高設(shè)備的動態(tài)范圍。

預(yù)選器處理射頻信號的示意圖：

在上圖，每一個預(yù)選器帶外的信號會被濾除，這樣進(jìn)入混頻器的電平將會降低。如果沒有上述的前端預(yù)選器，整個射頻信號會進(jìn)入到混頻器，導(dǎo)致飽和過載。

另外沒有預(yù)選器，掃描速度會高，大信號進(jìn)入射頻，會產(chǎn)生虛假信號，從而影響監(jiān)測接收機數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

02YIG濾波器設(shè)置對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響

部分監(jiān)測接收機是通過內(nèi)部YIG濾波器確保鏡像頻率被抑制。然而，YIG濾波器只有有限的帶寬（大約幾十MHz）。一般設(shè)計情況下，YIG濾波器僅在大于3.6 GHz或者6/8GHz的頻率以上有效。

YIG濾波器關(guān)閉的射頻頻譜圖：

如上圖所示，當(dāng)YIG濾波器關(guān)閉后，主信號為 X1，X2為二次諧波，X4是三次諧波，X3為鏡頻

YIG濾波器打開的射頻頻譜圖

如上圖所示，當(dāng)YIG濾波器打開后，主信號為 X1，X2為二次諧波，X4是三次諧波（消失），X3為鏡頻（抑制）。

可以看到Y(jié)IG濾波器會影響鏡像頻率和諧波，如果關(guān)閉YIG濾波器，會提高掃描速度，但是數(shù)據(jù)采集就會采集到虛假信號（諧波和鏡頻）。

03射頻設(shè)置對于信號監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集的影響以及應(yīng)用

在實際無線電監(jiān)測中，經(jīng)常遇到的場景是空中的信號都是未知的，更復(fù)雜的是在大信號附近微弱信號的監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集。

大功率信號會導(dǎo)致接收機過載，產(chǎn)生虛假信號，而且長時間過載會使得接收機損壞。如何既要防止接收機過載，又要能夠監(jiān)測和測量微弱信號，并且采集到這些微弱信號，就對接收機的設(shè)置提出更高的技術(shù)要求。

常規(guī)模式（衰減器為0dB）下的監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集：

在上圖中，射頻模式是“常規(guī)模式”，由于有大信號，從而導(dǎo)致接收機過載，可能有虛假信號產(chǎn)生，采集數(shù)據(jù)有誤。可以采用以下兩種方式處理：射頻模式為：低失真，或者“常規(guī)模式”調(diào)整衰減器。

低失真模式下的監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集：

在上圖中，射頻模式是“低失真模式”，“過載提示”消失，噪底升高，大信號得到準(zhǔn)確測量和數(shù)據(jù)采集，但是周圍的微弱信號，淹沒在噪底下，所以也沒法采集到真實數(shù)據(jù)。

常規(guī)模式（衰減器為自動）下的監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集：

在上圖中，射頻模式是“常規(guī)模式”，同時衰減器為自動（7dB），“過載提示”消失，噪底升高，大信號得到準(zhǔn)確測量和數(shù)據(jù)采集，同時也能監(jiān)測到周圍的微弱信號，進(jìn)而采集到真實數(shù)據(jù)。

結(jié)語

根據(jù)以上分析和實際案例，超短波無線電監(jiān)測數(shù)據(jù)涉及眾多的部件：監(jiān)測天線、監(jiān)測接收機、測向天線、測向機以及中間線纜等附件，還需要考慮各種情況下的參數(shù)設(shè)置，只有采用合適的系統(tǒng)和合理的參數(shù)設(shè)置，才能進(jìn)行有效的監(jiān)測和真實的數(shù)據(jù)采集。

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