車載FM收音機的性能測試

商用汽車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(shè)計師采用數(shù)字信號處理(DSP)算法來克服反射、信號多徑和衰落等效應(yīng)，所以他們經(jīng)常要去現(xiàn)場花數(shù)周的時間分析不同信號條件下的效果。而更實用和耗時更少的解決方案，是使用真實記錄的收音機信號仿真汽車AM/FM收音機設(shè)計在現(xiàn)場遇到的各種狀況。

一種頗具挑戰(zhàn)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(xiàn)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(zhì)量，OEM汽車收音機制造商經(jīng)常根據(jù)不同地區(qū)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(nèi)峽谷”的射頻環(huán)境，在這種環(huán)境中大型建筑物會產(chǎn)生對FM站臺來說復(fù)雜的多徑和陰影模式。人們經(jīng)常會使用頻道仿真器再現(xiàn)針對某個特定頻道的典型多徑模型。然而，當需要用多個仿真器仿真相鄰頻道干擾時，這種方法就不實用了，其中一個原因是汽車工業(yè)仍利用現(xiàn)場測試行駛方法來進行收音機的優(yōu)化。

然而，測試行駛方法只能展現(xiàn)主要的可重復(fù)性問題。由于天氣的變化和大型車輛的靠近，信號傳播狀態(tài)會不斷發(fā)生改變，因此任兩次測試行駛都不會得到相同的結(jié)果。另外，由于測試行駛是在很大的區(qū)域范圍內(nèi)完成的，要準確評估不同地區(qū)的AM/FM收音機設(shè)計性能，測試可重復(fù)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，記錄真實的FM廣播信號完全可以替代傳統(tǒng)測試行駛方法實現(xiàn)商用AM/FM收音機設(shè)計的評估。

舉例來說，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)字記錄器采用美國國家儀器(NI)公司的PXI硬件架構(gòu)，能同時記錄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(tǒng)具有80dB的無雜散動態(tài)范圍(SFDR)，看起來相當大，不過FM接收機可以處理從-2dBuV至+110dBuV(-109到+3dBm)的更寬信號電平范圍。

曾經(jīng)在美國的底特律做過一個“難以再現(xiàn)”的極端動態(tài)范圍測試案例，可以用來評估收音機減輕很強相鄰干擾效應(yīng)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，還有一個來自高大建筑物的陰影效應(yīng)，它不時地妨礙直接視線接收。這種衰落很難用射頻信號發(fā)生器中的模型呈現(xiàn)，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系統(tǒng)的動態(tài)范圍指標是80dB，但實際記錄顯示可用動態(tài)范圍大約為60dB至65dB。這種動態(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的峰均比(PAR)來解釋。為避免數(shù)字轉(zhuǎn)換器(信號削波)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。對于像城市環(huán)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(tài)范圍能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的多載波記錄。

圖2：信號強度的典型頻譜。