車載FM收音機(jī)的性能測(cè)試

商用汽車AM/FM收音機(jī)必須能在各種環(huán)境下可靠地工作。因?yàn)檫@些收音機(jī)的設(shè)計(jì)師采用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)算法來(lái)克服反射、信號(hào)多徑和衰落等效應(yīng)，所以他們經(jīng)常要去現(xiàn)場(chǎng)花數(shù)周的時(shí)間分析不同信號(hào)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(jī)信號(hào)仿真汽車AM/FM收音機(jī)設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)遇到的各種狀況。

一種頗具挑戰(zhàn)性的AM/FM收音機(jī)性能測(cè)試是對(duì)相鄰和/或交替頻道性能的評(píng)估，因?yàn)槭找魴C(jī)在出現(xiàn)很強(qiáng)的相鄰射頻信號(hào)時(shí)必定接收到較弱的信號(hào)。為評(píng)估不同收音機(jī)之間的主觀接收質(zhì)量，OEM汽車收音機(jī)制造商經(jīng)常根據(jù)不同地區(qū)的特定場(chǎng)地路線實(shí)施測(cè)試計(jì)劃。例如在城市中行駛時(shí)，通常會(huì)遇到一種被稱為“市內(nèi)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(duì)FM站臺(tái)來(lái)說(shuō)復(fù)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(xiàn)針對(duì)某個(gè)特定頻道的典型多徑模型。然而，當(dāng)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)原因是汽車工業(yè)仍利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試行駛方法來(lái)進(jìn)行收音機(jī)的優(yōu)化。

然而，測(cè)試行駛方法只能展現(xiàn)主要的可重復(fù)性問(wèn)題。由于天氣的變化和大型車輛的靠近，信號(hào)傳播狀態(tài)會(huì)不斷發(fā)生改變，因此任兩次測(cè)試行駛都不會(huì)得到相同的結(jié)果。另外，由于測(cè)試行駛是在很大的區(qū)域范圍內(nèi)完成的，要準(zhǔn)確評(píng)估不同地區(qū)的AM/FM收音機(jī)設(shè)計(jì)性能，測(cè)試可重復(fù)性十分關(guān)鍵。幸運(yùn)的是，由于射頻信號(hào)記錄和存儲(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展，記錄真實(shí)的FM廣播信號(hào)完全可以替代傳統(tǒng)測(cè)試行駛方法實(shí)現(xiàn)商用AM/FM收音機(jī)設(shè)計(jì)的評(píng)估。

舉例來(lái)說(shuō)，Averna公司的射頻記錄與回放系統(tǒng)能以14位的分辨率捕獲完整的FM頻帶(20MHz帶寬)。這款數(shù)字記錄器采用美國(guó)國(guó)家儀器(NI)公司的PXI硬件架構(gòu)，能同時(shí)記錄GPS位置、收音機(jī)的音頻，并能利用板載相機(jī)記錄行駛測(cè)試的視頻。該系統(tǒng)具有80dB的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)，看起來(lái)相當(dāng)大，不過(guò)FM接收機(jī)可以處理從-2dBuV至+110dBuV(-109到+3dBm)的更寬信號(hào)電平范圍。

曾經(jīng)在美國(guó)的底特律做過(guò)一個(gè)“難以再現(xiàn)”的極端動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試案例，可以用來(lái)評(píng)估收音機(jī)減輕很強(qiáng)相鄰干擾效應(yīng)的能力。在這次測(cè)試行駛中，本地的3kW發(fā)射機(jī)工作在107.1MHz，用于干擾來(lái)自底特律的106.7MHz信號(hào)。在測(cè)試行駛期間，干擾源功率在5dBV至95dBV之間變化，而目標(biāo)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(yīng)，它不時(shí)地妨礙直接視線接收。這種衰落很難用射頻信號(hào)發(fā)生器中的模型呈現(xiàn)，更適合記錄與回放信號(hào)仿真。

圖1顯示了這次在地圖上的測(cè)試行駛，其中3kW的發(fā)射機(jī)架在高大建筑物的樓頂。雖然天線在直接視線范圍內(nèi)，但干擾源處于峰值水平，接收到的106.7MHz目標(biāo)頻率信號(hào)質(zhì)量下降嚴(yán)重。圖2顯示了信號(hào)強(qiáng)度的典型頻譜，圖3顯示了測(cè)試行駛期間2個(gè)信號(hào)的強(qiáng)度。

圖1：本次測(cè)試行駛的線路地圖。

雖然射頻記錄與回放系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)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(shù)字轉(zhuǎn)換器的飽和以及多載波信號(hào)的峰均比(PAR)來(lái)解釋。為避免數(shù)字轉(zhuǎn)換器(信號(hào)削波)出現(xiàn)可能的飽和，被記錄的數(shù)據(jù)必須至少低于飽和電平5dB。對(duì)于像城市環(huán)境中的FM波段或COFDM信號(hào)等多載波信號(hào)來(lái)說(shuō)，被記錄信號(hào)通常有10dB至15dB的PAR，因?yàn)樯漕l信號(hào)鏈的20MHz通頻帶中存在多個(gè)射頻信號(hào)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?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的多載波記錄。

圖2：信號(hào)強(qiáng)度的典型頻譜。