无线电信号音频录制研究

信号分析是无线电监测工作中极为重要的一环，通过它我们可以获取信号调制方式、通信速率、通信体制甚至通信内容。随着数字技术在无线电通信中的广泛应用，新的无线电通信方式层出不穷，以往依靠人耳从信号音响上加以判别的方式已无法满足监测工作要求，这不仅要求从事信号分析工作的人员需具备扎实的无线电通信专业知识、丰富的无线电监测经验，还要有正确的方法和手段以及长期不懈的努力。为能对信号进行深入分析（尤其是不明信号），通常是将接收机解调后的信号音频录制下来后，再利用信号分析软件对其进行分析。信号音频录制的正确与否直接影响分析结果。在录制可供信号分析的音频时，应注意以下几方面内容：

1信号音频获取途径

获取无线电信号音频途径通常有以下两种：1.1外录法——利用外录设备采集信号音频采用外录法时获取无线电信号音频时，不可使用外录设备的麦克风来获取音频信号，因为那样会引入过多的背景噪声而恶化所录制的音频[见图1（a）与图1（b）]。正确的方法是通过对录线将外录设备与接收机输出或电脑声卡输出直连，采集模拟音频。这样可避免录制信号时外部噪声的影响（但与后面“纯数字”的内录方法相比失真率仍然较大）.1.2内录法——利用接收机自带软件或第三方内录软件直接录制数字音频利用监测接收机自带的PC软件[见图2（a）]以数字方式录制接收机解调出的信号音频是最佳的，通常可对采样率和位深等参数进行设置，以符合实际信号情况；或者利用第三方录音软件[如AdobeAudition，见图2（b）]，在PC上直接通过内部信号流录制接收机传输到PC的数字音频流。通过内录法录制的信号为纯数字形式，无外部噪声，是进行信号分析的最佳信号源。

2信号音频录制格式

在信号音频录制格式方面，本文推荐采用PCM编码的WAV格式音频（WAV是一种无损的音频文件格式，PCM是没有压缩的编码方式）。WAV是微软公司开发的一种声音文件格式，它是当前一种流行的非压缩（无损）音频文件格式，其符合微软的RIFF（ResourceInterchangeFileFormat—资源交换文件格式）规范。在Windows平台下，基于PCM编码的WAV是被支持得最好的音频格式，支持所有音频软件。PCM（PulseCodeModulation，脉冲编码调制）信号是由“1”、“0”等符号构成的数字信号，未经过任何编码和压缩处理。所谓PCM编码录音就是将声音等模拟信号变成符号化的脉冲列，再予以记录。与模拟信号相比，它不易受传送系统的杂波及失真的影响，动态范围宽，可得到音质相当好的效果。在录制供信号分析的音频时切不可使用MP3、WMA等有损压缩格式来录制音频，以免丢失过多信息（相比于作为源的WAV文件，它们都有相当大程度的信号丢失，这也是它们能达到10％的压缩率的根本原因）。

3信号音频采样速率

信号采样速率必须遵循奈奎斯特抽样定律，即信号采样速率=2倍信号带宽。在实际应用中，采样频率至少为最高频率的两倍，才能保证录制的信号不失真。采样速率表示音频信号每秒的数字快照数。该速率决定了音频文件的频率范围。采样速率越高，数字波形的形状越接近原始模拟波形。低采样速率会限制可录制的频率范围，这会导致录音表现原始声音的效果不佳。为了重现给定频率，采样速率必须至少是该频率的两倍。例如，CD的采样率为每秒44100个采样，因此可重现最高为22050Hz的频率，此频率刚好超过人类的听力极限20000Hz。对于短波信号，通常的数字信号带宽在3kHz左右，采用11025kHz的信号采样率足够（按奈奎斯特抽样定律，11025kHz采样率可满足对带宽为5.5kHz信号的音频录制）；对于10kHz的信号而言，22050kHz的采样率也足够了（信号频率范围与采样速率的关系见表1）。

4信号音频数位深度和动态范围

录制信号音频应根据信号的动态范围采用合适的数位深度（数位深度一般不低于16bit）。数位深度决定动态范围。数位深度越高，提供的动态范围越大。采样音频信号时，为每个采样指定最接近原始声波振幅的振幅值。较高的数位深度可提供更多的振幅值、更大的动态范围、更低的噪声基准和更高的保真度（数位深度、信号振幅值和信号动态范围的关系见表2）。从表2可知，当录制动态范围较大的信号时一定要选择较高的数位深度。采用16bit的数位深度录制信号音频时，要避免信号动态范围超过96dB，否则会造成录制信号的失真。综上所述，为使信号分析工作事半功倍，我们在录制信号音频时，应牢牢把握以下几个原则并在实际监测工作中灵活应用：从接收机直接获取信号音频（避免引入外界噪声），全数字的内录法是最佳选择；音频格式应采用PCM编码的WAV格式（无损压缩格式）；采样速率至少应为信号最高频率的两倍；数位深度应与所录制信号动态范围相匹配，一般不低于16bit。

作者：朱斌 陶建胜 单位：国家无线电监测中心上海监测站