本文作者：R&S技術專家武繼兵、侯學斌

01數據是新時期無線電監(jiān)測業(yè)務的基礎

進入2025年，以我國Deepseek為代表的人工智能基礎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)的應用。多個電信運營商和云計算服務商宣布為客戶提供Deepseek的接入服務，很多機構也在內部云搭建了Deepseek模型，這些進展極大的降低了AI的使用門檻和成本。與此同時，算力和數據也成為大家討論的熱門技術名詞。最早且最成熟的應用主要集中在基于自然語言的生成式大模型、圖片和視頻相關的生成大模型，這和自然語言、圖片和視頻數據容易獲得、標準化程度高且適于AI訓練有很大關系。隨著基礎模型使用成本的逐步降低，可以預期各種細分行業(yè)的專業(yè)大模型也呼之欲出，行業(yè)的應用也將在AI助力下出現顛覆式的創(chuàng)新。在各種媒體和文獻上常看到“AI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基礎模型理解行業(yè)涉及的物理世界從而形成推理和數據處理是當前AI進入專業(yè)領域的首要困難。從AI的原理來看，數據是訓練生成式大模型的基礎，對數據的標記也是其正確理解物理世界的前提。

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

AI 時代即將到來，走出第一步：準備訓練用的數據！

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備。

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

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

03監(jiān)測接收機輸出的數據類型及其應用

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據給監(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接收輸出數據，個別監(jiān)測接收機也會通過無線網絡（如Wi-Fi）的方式傳輸。從輸出數據的類型看，數據可分為I/Q數據、頻譜數據、頻段掃描數據（PSCAN）、頻率表掃描數據（MSCAN）等。不同類型的數據，對應著不同的監(jiān)測參數，面向不同的監(jiān)測需求。

01數據的接口

數據的接口是監(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)測接收機會設置非常豐富的通信、控制、同步、數據等接口。以ESMW超寬帶監(jiān)測接收機的數據輸出接口為例，其設置了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數據因為數據速率高，要通過10GE和100GE的接口輸出，而窄帶I/Q數據、頻譜數據、頻段掃描數據（PSCAN）、頻率表掃描數據（MSCAN）、解調音頻數據等，都可以通過1 GE的LAN口傳輸。

02I/Q數據

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

內容完整且格式清晰的I/Q數據，是現場信號分析或者后期還原無線電傳輸環(huán)境的基礎。

1數據完整性要求

I/Q數據的數據量是非常巨大的，例如完整記錄2000 MHz帶寬信號（例如衛(wèi)星互聯網下行鏈路的寬帶傳輸，或者雷達）的I/Q數據，是用戶經常面對的應用需求。當采用1.28 倍采樣，16 bit采樣深度時，一次采樣產生的I/Q幀為 16 bit I + 16 bit Q = 32 bit = 4 byte，即一次采樣會產生32 bit / 4 byte數據。

當帶寬為2000 MHz時，在1.28倍采樣率下，采樣率為2560 M 次/秒，數據率為 81,920 M bit/s ，即每秒輸出10,240 M byte = 10 G byte數據，而實際數據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據接口，才可以確保完整的I/Q數據輸出。

2格式開放性要求

I/Q數據完整記錄后，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，都需要對數據的格式有明確的認知。

我們嘗試用工具軟件打開一個I/Q數據文件，會發(fā)現在每個數據地址中都存儲著16進制的數據信息，如下截圖所示。我們對相應數據地址中的數據信息進行了標記，可以看到Magic word（類型代號）、帶寬、中心頻點、采樣率等信息，而這些數據信息后面，則是每個I/Q采樣點的數據：

顯然，在沒有明確的I/Q數據文件格式說明的情況下，數據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，是至關重要的。

03頻譜數據

1頻譜數據的獲取

頻譜數據是監(jiān)測接收機在FFT后經過采樣和檢波處理，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數據進行FFT計算后，產生的頻譜數據和I/Q采樣率一致。但是無論數據傳輸還是頻譜顯示，都不必要也不可能把全部數據（可高達每秒上百萬幀）都發(fā)送給監(jiān)測系統(tǒng)，而是對數據進行挑選（檢波）和抽取（時間間隔），把很少的一部分數據傳輸給監(jiān)測接收機的顯示模塊或者監(jiān)測系統(tǒng)，此數據被稱為頻譜數據。如下圖所示：

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

頻譜數據涉及到了接收機操作時的一些基本參數，例如：

接收頻率或中心頻率，其用于指定監(jiān)測設備或系統(tǒng)對信號進行監(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。跨距一般等于中頻帶寬，并通常與FFT點數聯動，影響噪底；也影響解調頻率值范圍，即解調頻率值應在跨距范圍內。在一些接收機設備參數中，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點數聯動，影響噪底。

下圖展現了接收頻率在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，展現信號最大值特征；藍色為采樣，展現了信號快速變化特征；綠色為平均，展現了信號的均值特征。

2頻譜數據與突發(fā)信號的截獲

在現場監(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，是通過頻譜數據體現出來的。

當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，掃描速度提升到100 GHz/秒時，也僅可以發(fā)現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、雷達或其它毫秒級甚至微秒級別突發(fā)信號實現有效截獲的，必須在定頻模式下實現，是由定頻監(jiān)測下的100 % POI指標決定的。

當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指標實現。

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

04其他數據

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據，例如寬帶測向數據，ITU測量數據，解調音頻數據等，有些數據需要相應的功能配置。

無論是何種數據，明確且開放的說明都是必須的。

05I/Q數據的應用

信號分析工作是基于監(jiān)測接收機輸出的I/Q數據完成的，通過軟件完成對I/Q數據的FFT計算，可以獲取頻譜、瀑布圖，于時域分辨能力密切相關的FFT點數和疊加系數，都可以靈活調整，從而真正“無遺漏”地看到信號的完整狀態(tài)。下圖展現的是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)測接收機完整的數據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、信號的解調和解碼等。下圖展現了對某發(fā)射信號顯示、識別、解調、定位的完整過程。

04射頻前端設置和數據輸出

監(jiān)測接收機射頻前端的技術性能和使用設置，與數據輸出的準確性和完整性是密切相關的。

例如設置不當造成動態(tài)范圍不佳，會導致數據準確性下降，造成虛假信號的產生；而數據完整性不好，帶來的則是真實信號的丟失。

01前端預選器對監(jiān)測數據的影響

前端預選器和濾波器框圖:

從上圖可以看出在射頻信號進入混頻器之前，先經過預選器，這樣提高輸入信號的總負載，從而提高設備的動態(tài)范圍。

預選器處理射頻信號的示意圖：

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

另外沒有預選器，掃描速度會高，大信號進入射頻，會產生虛假信號，從而影響監(jiān)測接收機數據采集的準確性。

02YIG濾波器設置對監(jiān)測數據的影響

部分監(jiān)測接收機是通過內部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濾波器關閉的射頻頻譜圖：

如上圖所示，當YIG濾波器關閉后，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YIG濾波器會影響鏡像頻率和諧波，如果關閉YIG濾波器，會提高掃描速度，但是數據采集就會采集到虛假信號（諧波和鏡頻）。

03射頻設置對于信號監(jiān)測和數據采集的影響以及應用

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

大功率信號會導致接收機過載，產生虛假信號，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，就對接收機的設置提出更高的技術要求。

常規(guī)模式（衰減器為0dB）下的監(jiān)測和數據采集：

在上圖中，射頻模式是“常規(guī)模式”，由于有大信號，從而導致接收機過載，可能有虛假信號產生，采集數據有誤。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”調整衰減器。

低失真模式下的監(jiān)測和數據采集：

在上圖中，射頻模式是“低失真模式”，“過載提示”消失，噪底升高，大信號得到準確測量和數據采集，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據。

常規(guī)模式（衰減器為自動）下的監(jiān)測和數據采集：

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，大信號得到準確測量和數據采集，同時也能監(jiān)測到周圍的微弱信號，進而采集到真實數據。

結語

根據以上分析和實際案例，超短波無線電監(jiān)測數據涉及眾多的部件：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設置，只有采用合適的系統(tǒng)和合理的參數設置，才能進行有效的監(jiān)測和真實的數據采集。

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