車(chē)載FM收音機的性能測試

商用汽車(chē)AM/FM收音機必須能在各種環(huán)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(lái)克服反射、信號多徑和衰落等效應，所以他們經(jīng)常要去現場(chǎng)花數周的時(shí)間分析不同信號條件下的效果。而更實(shí)用和耗時(shí)更少的解決方案，是使用真實(shí)記錄的收音機信號仿真汽車(chē)AM/FM收音機設計在現場(chǎng)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(shí)必定接收到較弱的信號。為評估不同收音機之間的主觀(guān)接收質(zhì)量，OEM汽車(chē)收音機制造商經(jīng)常根據不同地區的特定場(chǎng)地路線(xiàn)實(shí)施測試計劃。例如在城市中行駛時(shí)，通常會(huì )遇到一種被稱(chēng)為“市內峽谷”的射頻環(huán)境，在這種環(huán)境中大型建筑物會(huì )產(chǎn)生對FM站臺來(lái)說(shuō)復雜的多徑和陰影模式。人們經(jīng)常會(huì )使用頻道仿真器再現針對某個(gè)特定頻道的典型多徑模型。然而，當需要用多個(gè)仿真器仿真相鄰頻道干擾時(shí)，這種方法就不實(shí)用了，其中一個(gè)原因是汽車(chē)工業(yè)仍利用現場(chǎng)測試行駛方法來(lái)進(jìn)行收音機的優(yōu)化。

然而，測試行駛方法只能展現主要的可重復性問(wèn)題。由于天氣的變化和大型車(chē)輛的靠近，信號傳播狀態(tài)會(huì )不斷發(fā)生改變，因此任兩次測試行駛都不會(huì )得到相同的結果。另外，由于測試行駛是在很大的區域范圍內完成的，要準確評估不同地區的AM/FM收音機設計性能，測試可重復性十分關(guān)鍵。幸運的是，由于射頻信號記錄和存儲技術(shù)的不斷發(fā)展，記錄真實(shí)的FM廣播信號完全可以替代傳統測試行駛方法實(shí)現商用AM/FM收音機設計的評估。

舉例來(lái)說(shuō)，Averna公司的射頻記錄與回放系統能以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(shí)記錄GPS位置、收音機的音頻，并能利用板載相機記錄行駛測試的視頻。該系統具有80dB的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)，看起來(lái)相當大，不過(guò)FM接收機可以處理從-2dBuV至+110dBuV(-109到+3dBm)的更寬信號電平范圍。

曾經(jīng)在美國的底特律做過(guò)一個(gè)“難以再現”的極端動(dòng)態(tài)范圍測試案例，可以用來(lái)評估收音機減輕很強相鄰干擾效應的能力。在這次測試行駛中，本地的3kW發(fā)射機工作在107.1MHz，用于干擾來(lái)自底特律的106.7MHz信號。在測試行駛期間，干擾源功率在5dBV至95dBV之間變化，而目標頻道功率在25dBV至50dBV之間變化。除了多徑衰落外，還有一個(gè)來(lái)自高大建筑物的陰影效應，它不時(shí)地妨礙直接視線(xiàn)接收。這種衰落很難用射頻信號發(fā)生器中的模型呈現，更適合記錄與回放信號仿真。

圖1顯示了這次在地圖上的測試行駛，其中3kW的發(fā)射機架在高大建筑物的樓頂。雖然天線(xiàn)在直接視線(xiàn)范圍內，但干擾源處于峰值水平，接收到的106.7MHz目標頻率信號質(zhì)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(gè)信號的強度。

圖1：本次測試行駛的線(xiàn)路地圖。

雖然射頻記錄與回放系統的動(dòng)態(tài)范圍指標是80dB，但實(shí)際記錄顯示可用動(dòng)態(tài)范圍大約為60dB至65dB。這種動(dòng)態(tài)范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(lái)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于飽和電平5dB。對于像城市環(huán)境中的FM波段或COFDM信號等多載波信號來(lái)說(shuō)，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(gè)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(dòng)態(tài)范圍能夠實(shí)現高質(zhì)量的多載波記錄。

圖2：信號強度的典型頻譜。