中心議題：

• 車載FM收音機的性能測試
• 車載FM測試方法分析

解決方案：

• 展現主要的可重複性問題
• 發生器輸出端準確地呈現射頻信號狀態
• FM衰落仿真器測試信號提供平落衰減響應

商用汽車AM/FM收音機必須能在各種環境下可靠地工作。因為這些收音機的設計師采用數字信號處理(DSP)算法來克服反射、信xin號hao多duo徑jing和he衰shuai落luo等deng效xiao應ying，所suo以yi他ta們men經jing常chang要yao去qu現xian場chang花hua數shu周zhou的de時shi間jian分fen析xi不bu同tong信xin號hao條tiao件jian下xia的de效xiao果guo。而er更geng實shi用yong和he耗hao時shi更geng少shao的de解jie決jue方fang案an
，是shi使shi用yong真zhen實shi記ji錄lu的de收shou音yin機ji信xin號hao仿fang真zhen汽qi車cheAM/FM收音機設計在現場遇到的各種狀況。

一種頗具挑戰性的AM/FM收音機性能測試是對相鄰和/或交替頻道性能的評估，因為收音機在出現很強的相鄰射頻信號時必定接收到較弱的信號。為評估不同收音機之間的主觀接收質量
，OEM汽車收音機製造商經常根據不同地區的特定場地路線實施測試計劃。例如在城市中行駛時

，通常會遇到一種被稱為“市內峽穀”的射頻環境，在這種環境中大型建築物會產生對FM站(zhan)台(tai)來(lai)說(shuo)複(fu)雜(za)的(de)多(duo)徑(jing)和(he)陰(yin)影(ying)模(mo)式(shi)。人(ren)們(men)經(jing)常(chang)會(hui)使(shi)用(yong)頻(pin)道(dao)仿(fang)真(zhen)器(qi)再(zai)現(xian)針(zhen)對(dui)某(mou)個(ge)特(te)定(ding)頻(pin)道(dao)的(de)典(dian)型(xing)多(duo)徑(jing)模(mo)型(xing)。然(ran)而(er)，當(dang)需(xu)要(yao)用(yong)多(duo)個(ge)仿(fang)真(zhen)器(qi)仿(fang)真(zhen)相(xiang)鄰(lin)頻(pin)道(dao)幹(gan)擾(rao)時(shi)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)就(jiu)不(bu)實(shi)用(yong)了(le)，其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)原(yuan)因(yin)是(shi)汽(qi)車(che)工(gong)業(ye)仍(reng)利(li)用(yong)現(xian)場(chang)測(ce)試(shi)行(xing)駛(shi)方(fang)法(fa)來(lai)進(jin)行(xing)收(shou)音(yin)機(ji)的(de)優(you)化(hua)。

raner，ceshixingshifangfazhinengzhanxianzhuyaodekezhongfuxingwenti。youyutianqidebianhuahedaxingcheliangdekaojin，xinhaochuanbozhuangtaihuibuduanfashenggaibian，yincirenliangciceshixingshidoubuhuidedaoxiangtongdejieguo。lingwai，youyuceshixingshishizaihendadequyufanweineiwanchengde，yaozhunquepinggubutongdiqudeAM/FM收音機設計性能，測試可重複性十分關鍵。幸運的是，由於射頻信號記錄和存儲技術的不斷發展，記錄真實的FM廣播信號完全可以替代傳統測試行駛方法實現商用AM/FM收音機設計的評估。

舉例來說，Averna公司的射頻記錄與回放係統能以14位的分辨率捕獲完整的FM頻帶(20MHz帶寬)。這款數字記錄器采用美國國家儀器(NI)公司的PXI硬件架構，能同時記錄GPS位置、收音機的音頻，並能利用板載相機記錄行駛測試的視頻。該係統具有80dB的無雜散動態範圍(SFDR)，看起來相當大，不過FM接收機可以處理從-2dBuV至+110dBuV(-109到+3dBm)的更寬信號電平範圍。

曾經在美國的底特律做過一個“難以再現”的極端動態範圍測試案例，可以用來評估收音機減輕很強相鄰幹擾效應的能力。在這次測試行駛中，本地的3kW發射機工作在107.1MHz，用於幹擾來自底特律的106.7MHz信號。在測試行駛期間
，幹擾源功率在5dBV至95dBV之間變化，而目標頻道功率在25dBV至50dBV之(zhi)間(jian)變(bian)化(hua)。除(chu)了(le)多(duo)徑(jing)衰(shuai)落(luo)外(wai)，還(hai)有(you)一(yi)個(ge)來(lai)自(zi)高(gao)大(da)建(jian)築(zhu)物(wu)的(de)陰(yin)影(ying)效(xiao)應(ying)，它(ta)不(bu)時(shi)地(di)妨(fang)礙(ai)直(zhi)接(jie)視(shi)線(xian)接(jie)收(shou)。這(zhe)種(zhong)衰(shuai)落(luo)很(hen)難(nan)用(yong)射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)器(qi)中(zhong)的(de)模(mo)型(xing)呈(cheng)現(xian)，更(geng)適(shi)合(he)記(ji)錄(lu)與(yu)回(hui)放(fang)信(xin)號(hao)仿(fang)真(zhen)。

圖1顯示了這次在地圖上的測試行駛，其中3kW的發射機架在高大建築物的樓頂。雖然天線在直接視線範圍內，但幹擾源處於峰值水平，接收到的106.7MHz目標頻率信號質量下降嚴重。圖2顯示了信號強度的典型頻譜，圖3顯示了測試行駛期間2個信號的強度。


圖1：本次測試行駛的線路地圖。

雖然射頻記錄與回放係統的動態範圍指標是80dB，但實際記錄顯示可用動態範圍大約為60dB至65dB。這種動態範圍的減少可以用數字轉換器的飽和以及多載波信號的峰均比(PAR)來解釋。為避免數字轉換器(信號削波)出現可能的飽和，被記錄的數據必須至少低於飽和電平5dB。對於像城市環境中的FM波段或COFDM信號等多載波信號來說，被記錄信號通常有10dB至15dB的PAR，因為射頻信號鏈的20MHz通頻帶中存在多個射頻信號的矢量疊加。這兩種因素的組合使得60dB至65dB的可用動態範圍能夠實現高質量的多載波記錄。[page]


圖2：信號強度的典型頻譜。

盡管有這些限製，但是如果強幹擾源(大於40dB)不出現在感興趣頻帶內，射頻記錄與回放係統被證實能有效地捕獲多徑和微弱信號。這種係統采用噪聲指數好於2dB的低噪聲放大器捕獲農村地區的微弱信號
，信號質量沒有明顯下降
，並且考慮了阻抗失配。這種射頻記錄與回放係統是針對50Ω阻抗設計的

，而傳統的汽車FM天線和/或收音機輸入在FM時匹配到75Ω，在AM時匹配到高阻(1.5kΩ以上)。


圖3：測試行駛期間兩個信號的強度。

圖4是推薦的解決方案的框圖。該方案使用通用接收測試儀(URT)來複製像上述收音環境的測試條件。微弱信號是在有強大幹擾源以及多徑效應等障礙情況下接收到的。第一個發生器(發生器1)提供強大的幹擾源。由於這個幹擾源的本底噪聲在微弱信號頻率點很高
，在將它與第二個發生器(發生器2)產生的微弱信號合並以仿真目標信號之前
，需要用一個陷波濾波器抑製這個噪聲。陷波濾波器采用的是一個可以在10MHz範圍內調諧的三極點腔體濾波器

，至少具有50dB的抑製能力(圖5)。


圖4：用於駕駛測試車載FM收音機的RF記錄&回放係統的推薦解決方案。

發生器2與動態範圍擴展器(DRX)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)
，後(hou)者(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)可(ke)編(bian)程(cheng)的(de)衰(shuai)減(jian)器(qi)。通(tong)過(guo)提(ti)供(gong)對(dui)目(mu)標(biao)信(xin)號(hao)的(de)衰(shuai)減(jian)，本(ben)底(di)噪(zao)聲(sheng)同(tong)時(shi)得(de)到(dao)衰(shuai)減(jian)。另(ling)外(wai)，多(duo)徑(jing)衰(shuai)落(luo)效(xiao)應(ying)可(ke)以(yi)強(qiang)加(jia)於(yu)微(wei)弱(ruo)信(xin)號(hao)之(zhi)上(shang)，因(yin)為(wei)DRX響應時間足以對衰落曲線作出反應(標稱值是每秒40次)。出於測試目的，收音機被安裝在屏蔽外殼內
，以抑製來自外部信號的潛在幹擾。[page]


圖5：微波矢量網絡分析儀測量到的陷波濾波器的頻率響應。

在上述硬件配置和性能條件下，必須從發生器輸出端準確地呈現射頻信號狀態。強大幹擾源是通過發生器1從FM頻段的現場射頻記錄提供的。通用接收測試儀(URT)射頻記錄器用於在典型氣候條件下的測試行駛中捕獲信號。微弱信號通過發生器2產生，需要用到FM衰落仿真器、.wav文件格式音軌以及在現場記錄微弱信號時得到的功率曲線回放。

多徑衰落是移動信號接收時產生的一種常見信號損傷。對於FM信號來說，多徑衰落可能造成每秒多達好幾次的信號丟失，具體取決於車輛的行駛速度。與各種效應更加全麵的標準頻道仿真器相比
，FM衰落仿真器可以向測試信號提供平落衰減響應
，而這種多徑的近似通常足以測試FM調諧器性能。

FM衰落仿真器允許采用像標準調幅/調頻發生器一樣產生的測試音，或者待調製的指定的.wav文件格式音軌。另外，所發生信號的包絡可以通過用製表符分隔的文本文件的回放進行調製。功率模式包絡可以通過對任何預記錄FM信號的簡單信號處理進行提取，方法是使用回放工具套件中的簡單工具。

圖6描述了測試裝置的基本功能。回放任何指定音頻信號或音軌、並且對目標信號應用多徑平落衰減損傷的能力提供了現場測試中不可能實現的額外自由度。由於所設計的DSP算法會根據音頻節目類型的不同作出不同的反應，這點非常重要。


圖6：FM衰落仿真器可以用測試音或.wav文件以及功率模式文件來實現。

為方便案例分析，假設目標微弱信號的功率是30dBμV
，強幹擾源的功率是110dBμV，頻率與目標信號相距400kHz。這將是一個應用於FM收音機的最嚴格測試
，也是在測試行駛的最差部分中遇到的典型情景(圖7)。在這些實驗條件設定好後

，就可以計算係統的有效動態範圍。在現場ADC記錄動態範圍約65dB、FM腔體陷波濾波器約50db抑製能力下

，這個測試係統在感興趣頻率點的動態範圍約為115dB。


圖7：係統動態範圍的計算。
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必須對115dB是否足夠用於測試標準FM收音機進行準確判斷。測試需要多大動態範圍取決於幾個條件：FM接收機具有4dB的噪聲指數
、寬帶AGC閾值大約80dBV、由於幹擾信號強度超出寬帶AGC閾值而使噪聲指數增加1dB
、射頻幹擾信號隻有110dBV。根據最後三個假設，接收機靈敏度將降低80dB至110dB或30dB範圍。因此，這種情況下FM收音機接收機的本底噪聲是-15dBV+4dB(因為噪聲指數)+30dB(因為去靈敏度)或19dBV。因測試所需的射頻動態範圍是91dB(110dB-19dB)
，允許裝置提供超過20dB的餘量用於案例測量。

zaishiyongxitongzhiqianyaoduiceliangzhuangzhijinxingceshi，yibianquerenceliangzhuangzhibuhuiyinqirenhekenengjiangdiceliangjingdudexianzhuzaoshenghuoshizhen。haiyaotongguotiaozhengxiangduidecharuzhiduigonglvdianpingjinxingxiaozhun。zhidingdianpingzaihechengqishuchuduan——收音機天線連接點進行測量。線性度在要求的信號電平之上測量，要做到這一點
，必須將兩個發生器在各自頻率處設為CW模式，並且總功率電平要超過測試案例中使用的值。參考圖8
，發生器1被設為0dBm

，發生器2被設為-20dBm。這裏沒有可測量的三階互調(IM3)。圖7描述了被設為接近最大測試條件的信號。


圖8和圖9所示的頻譜分析儀波形證明了功率電平是精確的
，並且不存在由於整合兩個信號發生器而引入的IM3。ewaideceshibiaomingxianbolvboqiqueshinengyouxiaodiyizhilaizifashengqidezaosheng
，ersuihouzaiganxingqupinlvdiandeceliangshouxianyurezaosheng
，erbushilaiziceshixitongdezaosheng。yinpinceliangshiliyongURT音(yin)頻(pin)分(fen)析(xi)儀(yi)在(zai)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)中(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)的(de)不(bu)同(tong)偏(pian)移(yi)處(chu)於(yu)測(ce)試(shi)接(jie)收(shou)機(ji)的(de)輸(shu)出(chu)端(duan)進(jin)行(xing)的(de)。這(zhe)樣(yang)

，接(jie)收(shou)機(ji)去(qu)敏(min)感(gan)效(xiao)應(ying)將(jiang)證(zheng)明(ming)裝(zhuang)置(zhi)的(de)本(ben)底(di)噪(zao)聲(sheng)並(bing)不(bu)影(ying)響(xiang)測(ce)試(shi)案(an)例(li)的(de)測(ce)量(liang)。

兩個發生器均設為FM模式：發生器1的頻率為107.1、107.3、107.5和107.7MHz，輸出功率為+3dBm，提供1kHz調製音
、立體聲模式和75kHz偏移；發生器2頻率為106.7MHz
，輸出功率為-62dBm，提供1kHz調製音、單聲道模式和22.5kHz偏移。

在不同的發生器1頻率設置點觀察到以下現象：如果測試裝置有限製因素，那麼音頻的信噪比(SNR)不會隨著幹擾射頻信號的遠離而變化。如表所示，接收機的去靈敏作用是由強大的幹擾源引起的，從而證明來自測試裝置的噪聲不是106.7MHz測試頻率點的限製因素。

yongyujiliceshijieshoujidexinhaoshicongguangbodeshepinxinhaozhonghuoqude，erzhegeshepinxinhaoyoushizaiceshixingshiqijianbuhuodaode。yinpinshoutingceshishiyouzhuanyeshoutingrenshiwanchengde。

音軌來自現場記錄期間使用的相同測試接收機的輸出和Averna實驗室。在記錄的信號中還有通過裝置的發生器1回放的射頻信號。最後，發生器2與URTFM衰落仿真器一起用於產生106.7MHz的微弱信號。FM衰落仿真器使用的.wav文件與測試行駛期間做的空中音頻記錄有著相同的內容和軌跡。

對這次測試工作總結如下：開啟URT射頻播放器，FM衰落仿真器提供用於測試的目標射頻信號
，並傳送給測試接收機，測試接收機則調諧到106.7MHz的微弱信號。接下來在RF回hui放fang期qi間jian記ji錄lu來lai自zi測ce試shi接jie收shou機ji的de音yin頻pin，然ran後hou由you訓xun練lian有you素su的de專zhuan業ye收shou聽ting人ren員yuan收shou聽ting從cong現xian場chang采cai集ji的de記ji錄lu音yin頻pin。然ran後hou是shi在zai實shi驗yan室shi中zhong收shou聽ting從cong測ce試shi裝zhuang置zhi中zhong采cai集ji到dao的de記ji錄lu音yin頻pin。接jie著zhe在zai保bao真zhen度du和he質zhi量liang方fang麵mian對dui這zhe兩liang個ge音yin頻pin記ji錄lu進jin行xing比bi較jiao
，從cong而er判pan斷duan是shi否fou由you於yu環huan境jing或huo信xin號hao衰shuai落luo效xiao應ying而er發fa生sheng了le信xin號hao劣lie化hua。經jing過guo比bi較jiao音yin頻pin記ji錄lu發fa現xian記ji錄lu是shi相xiang似si的de。兩liang個ge音yin頻pin記ji錄lu都dou包bao含han源yuan自zi接jie收shou機ji內nei置zhiDSPdexiangtongjiangzaoxiaoguo，liruconglitishengdaodanshengdaodeqiehuanyijiyinpingaopindejiezhi。lingwai
，zaiduiweiruoxinhaoyingyonghebuyingyongduojingshuailuodeqingkuangxiazuolejinyibudeshoutingceshi，zheyangjieshoujiqulingminxiaoyingdedaolegeli。

zhezhongfangfashiyizhonghenyoujiazhidegongchengceshigongju，keyiyonglaigelixianchangdesunshangxingbianhua，congerhuodeduiyinpinzhiliangdegengshenlijieheyouhua。ciwai，zhezhongfangfahainengyingyongyufanweiguangfandeqitashouyinji。