如何利用RF记录与回放将真实性引入您的GNSS测试

RF记录与回放系统有望将真实的世界引入GNSS测试实验室,但如何才能实现真实性呢?我们将在此对实现真实性的若干技术加以探讨。

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记录与回放系统(RPS)是专业GNSS测试人员工具箱中的一个关键组成部分。这些便携式的设备使工程师能够以数字方式记录现实世界的RF环境并将其回放出来,在真实的条件下对GNSS接收机的性能加以测试。与现实世界不同的是,这种回放机制可以不断重复相同的条件,从而使迭代测试成为可能。

但是,现实世界的RF环境空间巨大且动态丰富,并且充斥着各种噪音,要想记录其完整的丰富性根本是不可能的。因此,记录与回放系统(RPS)可以实现的真实性水平只能大致接近接收机在日常使用中将会遇到的环境真实性。然而,有些RPS系统可以提供傲视同群的更高真实性,而这种能力在很大程度上取决于此类系统中所使用技术。

本博客延续了我们的电子书如何在实验室中创造真实的GNSS测试环境所涵盖的主题,探讨了影响RF记录与回放真实性的五项技术因素。如果您目前正在对各种RPS单元进行评测,或者您希望对使用RPS开展测试时看似异常的结果刨根问底,这些关键因素都值得您认真考虑。

01 记录的位深度
在对环境进行数字化记录时,记录与回放设备所采用的分辨率具有至关重要的意义。与周围的噪音相比,GNSS信号极其微弱,因此如果某个记录设备只能以1或2位进行记录,所记录的信号可能会完全淹没在充满噪音的环境中。采用更高位数的记录则可以更精确地将输入的信号重现出来。

因此,记录的位深度必须高于接收机的位深度,否则它就无法从接收机的视角提供所在环境的真实呈现,而且接收机从噪音中辨识信号的能力也就无法得到测试。

具备更高位深度的RPS单元,例如思博伦GSS6450,可以使用更尖端的模拟-数字(ADC)和数字-模拟(DAC)信号转换器,并具备先进的RF设计和高分辨率的信号处理能力。

也就是说,它们可以更好地记录和回放不同强度下的不同信号(见下文),使工程师能够更好地评价接收机捕获和重新捕获GNSS信号的能力。在另一方面,这还意味着该系统可以生成更大的数字文件,从而限制记录的时长,或者需要用到额外的外部存储空间。

02 动态范围
与位深度密切相关的另一项指标就是记录与回放系统的动态范围。该指标表示的是该系统可记录的信号强度范围。例如,如果某个单元的动态范围为40dB,它就可以记录该环境中最强信号40dB范围内的一切。如果GNSS信号比该环境中最强信号还要小60dB,则具备40dB动态范围的记录与回放系统就不可能拾获该信号。

需要特别注意的是,RPS系统会使用滤波来去除环境中的带外RF噪声,而这些噪声很可能会淹没GNSS信号。在测试应对真实GNSS信号的接收机时,这种方式自然是没问题的,但过滤噪声也会降低已记录环境的整体真实性,如果没有得到充分的考虑到这一因素,很可能会产生颇具误导性的结果。

较为先进的RPS系统可以提供更宽广的动态范围,使环境中的不同组成部分可以通过多路RF输出被独立记录下来。例如,思博伦GSS6450就具备一路专用于GNSS信号的输入、一路适用于蜂窝信号的输入,以及一路面向宽带信号的输入。接下来,这些信号可以被重新组合在一起,形成真实环境的如实回放,而这种能力对于接收机面对RF干扰时的强健性和弹性测试尤为宝贵。

03 振荡器质量
振荡器是RPS系统中的关键器件,负责提供将已记录信号回放给被测设备的频率。该频率必须与该系统数模转换器生成的RF信号精确校准。如果两者不一致,就可能产生相位噪音,从而降低辐射信号的载噪比(C/N0)。

如果振荡器的温度超过该单元的已校准范围(在产品资料规格中会详细说明),则也会产生相位噪声。温度补偿振荡器(TCXO)通常较不稳定,而且比恒温振荡器(OCXO)更容易受到温度变化的影响,因此检查您的RPS单元所采用的振荡器类型是非常有必要的。

振荡器的选择其实是制造商在成本、尺寸和功耗方面折衷的产物,因此,如果某种单元既具备更长的电池寿命,而且还更加便宜,这很可能是因为它采用的是TCXO,而非OCXO。

如果信号总是在类似的温度下记录和回放,这似乎也没什么不妥。但如果信号在摄氏零下4度的条件下记录,而在温暖的实验室中回放,我们就可能要面临振荡器频率与记录信号时的频率存在巨大差异的风险。由此产生的相位噪声可能会使被测接收机更难以锁定信号。事实上,振荡器所引入的任何噪声都会对真实性造成侵蚀,因为回放出来的信号与真实的已记录信号截然不同。

04 设计和制造水平
记录与回放系统的设计和制造质量非常重要,但在确保实验室中真实性的考虑中却常常被忽视。质量较差的单元可能会因为其内部组件产生的噪声而将抖动引入记录中,而这种噪声在记录时的真实环境中是不存在的。

高质量的记录与回放单元在各方面都是有保障的,其中的内置电源等器件都可以将抖动降至最低水平。然而,随着时间的推移,各器件的性能都会逐步下滑,因此较老的单元应当定期接受重新评估,确保其内部噪声水平不会在记录或回放阶段引入任何异常。

05 不同单元上的回放
记录与回放系统会将已记录的环境存储为数字I/Q文件,而此类文件可以在未参与记录的其它的系统上回放出来。

然而,在这里需要注意的是,每个RPS系统在记录路径和回放路径方面都会有自己的微妙差异,主要原因就是其设计和制造时使用了不同的器件。此外,第二个单元中振荡器引入的任何相位噪声也会对测试的真实性产生影响,进而影响测试结果的完整性。

为避免这种情况的发生,有些RPS系统,例如思博伦GSS6450,会在制造期间接受校准,并对回放线路进行校准调整。这种作法可以提高已记录内容在其它系统上回放时的性能。

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作者:Ajay Vemuru
思博伦通信公司PNT仿真产品总监
Ajay Vemuru现任思博伦通信公司PNT仿真产品总监。Ajay在定位技术领域拥有十余年的工作经验,而他的工作使思博伦能够获得最新的深入认知并做出更好的决策,加快客户在一系列新兴市场中的开发进度。在加入思博伦之前,Ajay曾在硅谷的两家半导体领军企业担任软件工程师和研究工程师。Ajay还曾在众多行业会议和研讨会上主持其中的技术会议和分组讨论。Ajay拥有俄亥俄大学的电气工程硕士学位。

#北海# 【“文化北海”优秀文化作品展播】文学节目:《追寻海丝路》
“文化北海”优秀文化作品展播
请听文学节目《追寻海丝路》
寻找“海丝路”

北海市园博园内,大型舞台剧《碧海丝路》正在大剧场上映。大剧院外观设计形似海洋生物——海胆,“海胆”内座无虚席,散场很久,观众的目光仍然注视着灯光璀璨的舞台,沉浸在扣人心弦的表演中。
中国作协会员,北海作家庞华坚:“感觉特别亲切,很熟悉,就像看到小时候的一些场面,看到南流江上的那些船,那些人,看到他们开船出发,又看到他们开船回家。 ”

2014年,北海市作为中国海上丝绸之路最早的始发港之一,与泉州、扬州、宁波、广州等市联合申报“世界文化遗产”项目。

事实上,早在2004年,北海就已经开始参与海上丝绸之路的申遗工作。当年,来自全国各地的50多位专家学者汇聚北海,就合浦“海上丝绸之路”始发港的背景、历史价值及其深远意义展开广泛的研究和讨论。作为工作人员之一,我参与了整个研讨会,由此对我的家乡产生了新的认识:活力无限,风景明媚只是北海的外在形象,而它的魂,却是那么深邃、厚重。
《碧海丝路》于我,不仅是一部舞剧,更是一份对城市脉络的梳理、回望与感知。悠长的海上丝绸之路,不知承载了多少时空的烟云,又回荡着多少动人的故事。这部舞剧以风格独特的音乐与风情无限的舞姿,在舞台复活了一段荡气回肠的汉代传奇。舞剧由 2008年北京奥运会闭幕式执行总导演、中国舞协第十届副主席陈维亚担任总编导,冯双白、卞留念、郑冰等名家参与编剧、作曲,具有51年创团历史的北海歌舞剧院担纲演出。

北海歌舞剧院院长宋亚平:“海上丝绸之路,千秋万代,连绵不断,这就是我们创编大型历史舞剧《碧海丝路》的初衷和它的艺术定位。我们这一代人有责任,有义务,有能力继续将其世世代代传播下去,并且发扬光大。”

全剧由“使命”“婚礼”“海路”“感恩”“守望”“归来”“红帆”一共七幕组成。年轻船长大浦出使海外,临行前与渔家姑娘阿斑结婚,在海路上救起已程不国(今 斯里兰卡)公主梅丽莎并俘获其芳心,然而大浦仍不为所动,只顾完成使命。而大海的另一边,在漫长的等候中,阿斑在海边石化了。“归来”一幕,终于交付国书完成出使回到了合浦的大浦,拥抱着阿斑,于是奇迹发生了……
2016年春天,我们跟随中国作协会员,北海作家庞华坚来到他的家乡:合浦县乾江镇采风。修于道光年间的《廉州府志》称:“由乾体过大观港、乌雷岭便到越南”;《合浦县志》称“乾体港‘扼江海之交,为合浦门户’”,在汉代即为中国与东南亚交通贸易的重要口岸。

庞华坚:“这里就是海上丝绸之路始发港之一乾江,舞剧中的船长大浦船长,就是从这里扬帆起航去到世界各地的。”
散文 《从汉朝走过》
作者:庞华坚

我老家乾江紧挨禁山,地处合浦县城廉州南郊。小时候,我们捡树枝、砍柴、扒柴草,一般会穿过禁山、杨家山,去中站。那里树林茂密。有非常多的小山丘。

我们知道,那些小山丘叫汉墓,埋着两千年前汉朝的人。传说能把坟墓建得这么高大,埋的都是当时的大官,大官墓里自然有金银珠宝,越高大的墓,陪葬的金银珠宝越多。平时也听大人讲过不少哪个村子的人盗墓发了大财,哪个村子的人盗墓遇上不干净的东西疯了,哪个村子的人盗墓被抓了被判被枪毙了的事。

按说小孩子应该恐惧坟墓,其实不然,我们只是对那些新坟害怕,在树林里不小心看到,会远远绕开。但是汉朝那些小山丘上,是我们攀高、爬低、耙草、砍柴、玩耍的好场所。碰到一些因雨水浇淋暴露出来的宽大墓室,忍不住好奇地探头探脑。汉墓里,白骨之类是见不到的,顶多只能看到一些破罐残砖。小孩子不懂事,见没什么好玩,也不刺激,一声“撤——”,便离开了。

长大之后才知道,那些“破罐残砖”,都是两千年前烧制的物品,是考古工作者视为宝贝的东西。我去过一些博物馆,曾看见玻璃柜里垫着厚厚的绸缎,陈列着很多“破罐残砖”,就禁不住笑自己:说不定哪一件就是我小时候见过并戏笑为“废品”的呢!

小时候玩耍的那些小山丘,就是大名鼎鼎的全国重点文物保护单位——合浦汉墓群。

合浦汉墓群,经勘探造册编号的封土堆有1200座,而专家分析,地下的汉墓估计在10000座左右。自上世纪70年代以来,出土文物逾万件,陶器、青铜器、铁器,玻璃器、玉石器等不计其数,“不少文物的精美程度,全国罕见。”

合浦的汉墓里为什么藏有那么多的文物?据史书记载,汉墓陪葬品多,是汉继秦风之故。奇怪的是,在当时的交通条件下,相对于中原而言,北部湾畔的合浦,几乎可以称得上是天边了。那么遥远的地方,竟然留下如此众多的汉墓,不能不让人惊叹和好奇。

合浦先秦属百越中的骆越,秦代为象郡辖地。汉元鼎六年,也就是公元前111年始设合浦郡。合浦,意为江河汇集于海之地。汉朝时期,尤其是在东汉,由于匈奴占领了河西走廊大部分地区,经西域与外国贸易的丝绸之路不畅,南方的通商海路就显得尤其重要。从合浦港出海南下,可抵达越南、缅甸、印度、马来半岛、斯里兰卡等国家和地区。这是一条从中原出发,去东南亚诸国最便捷的通道。特殊的地理位置和历史背景,使合浦成为汉代一个重要的地域性政治、文化、经济中心,成为“海上丝绸之路”始发港之一。

中心既成,达官显贵、富商巨贾云集,那是自然而然的事情了。

于是在这块土地上,留下了无数让人惊叹的汉墓,而汉代的气息,以“南珠”、“马援”、“铜凤灯”的名义,在这块土地上经久不息。

我无法去判断那些从汉墓里出土的诸如“铜凤灯”、“铜仓”之类文物的价值。对我而言,生活在这样一块土地上,即使回老家,也必须穿过那些高高低低的土丘。在那些小山丘走过时,我有走进遥远的汉代的感觉,好像看到一些穿着汉服的人依然平静地过着他们的生活。我们和他们,似乎是同一类人,似乎又不是同一类人。他们并不因为我们的惊扰而错乱了生活的节奏,也不因为我们的好奇而回避其大气象和雍容华贵。

我们更像一群无知者,无措地站在他们身边。

海浩淼兮汩洪溶,流蕴蕴兮涛汹汹。

沧海浩茫,不停翻卷的滔滔白浪,无声地讲述着北海充满浓郁人文气息的历史故事。

站在乾江,一幅幅画面在我眼前浮动:

太阳在绿如草原的北部湾海面上升起,通体红亮。东北风吹得海面波光粼粼,像抖动的丝绸,海鸟在起伏不定的绸面上翩跹。

艳阳初升,风顺浪平,这是一个好日子,船长大浦率领的一列船队出发了!

楼船上载着一匹匹与黄金同价的丝绸,还有瓷器和珍珠。船上的黄门、驿长、商人以及水手们在向岸上的人们告别、挥手;岸上锣鼓喧天,号角声声,旌旗猎猎,送行的人们依依不舍……

这是一个根据古籍想像出来的起航场景。而这一幕的时间距今已经有两千余年。

那些古远痕迹被岁月之尘掩埋,又再次被时光之手拂开。

我相信,大浦船长带上船去的,除了丝绸、瓷器,一定还有我们合浦的南珠。

关于南珠,有许多历史故事和传说。如成语故事“珠还合浦”,就是以南珠之乡——合浦为背景,讲述了清廉勤政的孟尝君兴利除弊,去珠复还的故事。

北海作家段扬:“自古以来,合浦就出产世界上最好的海水珍珠,把地名和特产组合起来构成一个成语,在成语大词典里边,不说是绝无仅有,那也是凤毛麟角。”

不过,以珍珠为线索,串起的最有情味的故事,莫过于明代作家冯梦龙“三言两拍”里的一章《蒋兴哥重会珍珠衫》。故事的主人公蒋兴哥是一位湖广襄阳府的生意人,从广东合浦一代贩卖珍珠、玳瑁等到苏州枫桥。故事一波三折,内有乾坤。

故事:《蒋兴哥重会珍珠衫》
年轻商人蒋兴哥与妻子王三巧是一对恩爱夫妻。蒋兴哥去广东做生意,中途生病延误了归期。三巧在商人陈大郎的挑逗下与之产生私情,并将丈夫祖传的珍珠衫相赠。陈大郎在行商途中与蒋兴哥相识,在陈大郎的细心照料下,蒋兴哥的病终于好了,说起要返乡一事。陈大郎不知内情,把珍珠衫拿给蒋兴哥看,还托他带情信和礼物给三巧。

得知真相的蒋兴哥回家后,对妻子一句重话也没有,只责怪自己不该抛下年青的妻子独守空房。他平静地附上休书送三巧回了娘家,又把妻子的衣服首饰物品封成了十六个箱子。只因兴哥夫妇本是十二分相爱的,“虽则一时休了,心中好生痛切,见物思人,何忍开看。”

三巧被休后,试图自杀被父母救起,后嫁给吴进士做妾,随夫上任。临行时蒋兴哥将十六个箱子做为前妻的陪嫁送上。大家有说兴哥忠厚,有说兴哥痴呆的,兴哥并不理会。

多年后,蒋兴哥再次出门做生意,在合浦县无意中打死了一个老人,审理的官员正是三巧的老公吴进士。三巧得讯后连哭带求,假称蒋是过继给他人的亲哥哥,吴进士只好特别替蒋兴哥开脱掉了这场官司。

三巧要求与蒋兴哥见面。“他两个也不行礼,也不讲话,紧紧地你我相拥,放声大哭。就是哭爹哭娘,从没见这般哀惨”。这一哭,吴进士看出不对了,两人只好说了实话。

吴进士得知真相后,索性把三巧还给了蒋兴哥,连那十六箱财物也一并发还。

蒋兴哥从此与三巧过着其乐融融的生活。
在那样的封建时代,破镜还能重圆。在这篇小说里,少了仇恨和扭曲,多了宽容和善良,体现了人性的温暖。夏志清在他的《中国古典小说导论》中对此文做出了极高的评价:“中国古典小说充满了荒诞,而《珍珠衫》则是其中经过变异的独一无二的奇迹。”
沧海月明珠有泪。2016年5月,对南珠研究情有独钟的作家段扬罹患抑郁症,不幸离世,留给世人的是他的最新著作《珍珠故事》。

段扬:“在南珠之乡,南国珠城讲述珍珠的故事,展示珍珠文化,那真是如数家珍啊。足以令北海人的自豪感油然而生,能够激发我们更加地热爱家乡。”

斯人已逝,在他的笔下那些与珍珠有关的美与丑、善与恶、正与邪、忠与奸、廉洁与腐败、仁慈与残暴的故事,依然伴随阵阵涛声,娓娓地讲述着。

北宋文豪欧阳修在诗歌《鹦鹉螺》中曾经这样描述:

大哉沧海何茫茫,天地百宝皆中藏。

牙须甲角争光鋩,腥风怪雨洒幽荒。

珊瑚玲珑巧缀装,珠宫贝阙烂煌煌……

生活在陆地上的人,只能凭藉着想象来勾勒海上风光。隔着层峦叠嶂的波涛,隔着腥咸凌厉的海风,异域究竟是珠宫贝阙?还是弥漫着腥风怪雨的幽荒之地?

对“外世界”的向往和征服是从古至今深植于人们心底的一个勇者梦。

“海上丝绸之路始发港”、合浦汉代墓葬群和光彩夺目的南珠,这三样“标志性”地理要素见证着北海对外开放的滥觞。如今,始发港的遗址被淹没在合浦一片濡积平原之下;当年那些战风浪,扬国威,主动参与世界交往的黄门、船队官兵、商人,也已长眠于地下。远远看去,静默的封土堆和其上枝繁叶茂的树,仿佛一个个巨大的感叹号,在感叹那段历史的辉煌与神奇。海纳百川,扬帆济远。先辈们筚路蓝缕,百转千回,留下无数的珍贵文献,记载了独到而生动的体验,交流着新奇又珍贵的物品。

我用目光在地理与文物里,在史料与典籍里,在文学与艺术里,追随着先辈们的脚步,折服于他们的勇气与智慧。唯其开放的胸襟和视野,唯其勇敢无畏的探索精神,才让今天的我们领略到灿烂的西方文化,也让西方世界感受到了中华文明璀璨的光华。
▍撰稿:路迪 庞华坚
▍播音:红叶 敦威
▍录音合成:叶清 覃斌

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