2024年6月15日发(作者：勾清妍)
-
86
-
科学技术创新2021.13
基于物联网技术的无线频谱监测系统硬件
部分设计
成京吕晓丽呼立文
（长春工程学院电气与信息工程学院，吉林长春130000）
摘要：设计出了一套无线频谱监测系统的硬件部分，本设计主要采用了RTL2382U和R820T相结合的硬件电路设计，通过
具体信号频率和幅值，扫描时间间隔可
上位机软件进行对无线频谱进行监测。可显示出频谱波形图
、
该设计具有扫描频率步长
、
低功
耗，设置，经济轻便等优点。
关键词：无线电监测；RTL2382U；无线接收机
中图分类号：TN925.93，TH122文献标识码：A文章编号：2096-4390渊2021冤13-0086-02
近年来,无线电技术的蓬勃发展已经影响了人类生活的方
方面面,然而,科技的进步是把双刃剑,无线电犯罪给人们带来的
危害也不容小觑,它不仅扰乱社会秩序,干扰空管频率,甚至危害
严厉打
人体健康。因此,我们必须加强对无线频谱的监测力度
，
击捣毁黑广播,但由于黑广播信号分布散乱,且探测黑广播的设
备体积大、价格昂贵,逐一击破难度较大,所以对新的无线电监
测设备的研究就显得尤为重要
。本设备实现了自动对
80MHz-115MHz广播信号的接收与监测,还可显示出频谱波形
扫描
图、具体信号频率和幅值。该设计还可设置扫描频率步长
，
大大推动了我国对无线电频谱
时间间隔，且功耗低、经济轻便
，
监测系统领域的研究
。
本设备利用R820T射频芯片和RTL2832U主控芯片相结
合的硬件电路设计，再通过上位机软件对无线电频谱进行监
得出
测，以下分析了该设计的优点以及总结了设备测评数据
，
了本设计具有无线电监测的基本功能的结论
。
1接收机的硬件结构及功能
1.1硬件整体框架
依据实际监测需求，本设计需对无线电信号进行实时监
控，所以根据设计要求，对射频前端和主处理芯片的选取慎重
选择。系统的扫频覆盖范围约为30MHz-2.4GHz，具有步进式扫
描方式，搜索扫描通道可达799通道/s，使用二极管滤波电路
，
射
将收集到的信号进行滤波处理,最后由射频芯片R820T处理。
频芯片控制扫频频率是通过晶振时钟,晶振电路
再传输
由两个电容和晶振构成。处理
后的信号，
将信
给RTL2832U芯片进行进一步的信号处理，
号通过USB串口与电脑的上位机相连
，由上位
机对进号进行处理,最后显示出界面，具体设计
框图如图1所示。
1.2基于R820T射频电路设计
R820T射频芯片有低功耗和体积小的优点,
满足设计需求,且此芯片可为DVB-T、ATSC、
DMB-T、ISDB-T等所有数字广播电视提供不同
的射频信号,所以其性能十分优越,同时,它还嵌
入了智能功率检测器,可优化多种功率场景的动
态范围，其简化芯片结构框图如图2所示。
整个设计的核心部分为射频电路，射频前端
主要采用的是通过R820T芯片搭构的射频电路，
信号通过天线RFin端，经过二极管检波电路将
信号接收到芯片RF_IN端。其一共有32个寄存
同时该芯片通过外搭
器可编程设置其主要功能，
晶振为
28.86MHZ，
它
晶振电路来控制扫频频率
，
变频、混频集于
可通过3.3v小电压驱动，将选择
、
一身，功能强大。
1.3基于RTL2382U主控芯片电路设计
RTL2832U是一款性能很高的DVB-T
COFDM解调器,同时支持USB2.0的接口及2K
或者8K模式,它的带宽为6，7和8MHZ，可进行
有自
自动检测调制参最先进的RTL2832U芯片，
己专门的算法,可为多种算法提供理想合理的解
决方案。
图1方案整体设计流程系统框图
图2简化R820T芯片结构框图
2021.13科学技术创新
-
87
-
扫描间隔时间为
100ms，该电路通过IF+,IF-引脚将R820T芯片处理后的信号接收其次每次扫描的频率带宽为固定，
由表
1数据可以看出，过来，同时通过XTAL_1接收28.8MHZ频率的晶振作为时钟
，
扫描步长固定，实测频率与上位机频率基
自带一个电源指示LED作为接通电源的外接电路
。通过
USB本相符合，实测幅值和上位机幅值存在部分误差
。可能由于传
接通上位机，进行图形的显示和控制
。
输过程中存在信号的干扰，基本可以确定本设计的基本功能可
有资料显示,可以通过调幅波和载波相乘再通过一个滤波以实现
。
器来实现解调,解调后检波有两种方法：分别为整流检波和相敏
4总结及展望
加强
检波,可通过包络分析恢复最初的调制信号。本设计采用二极管时代的进步往往是把双刃剑，无线电飞速发展的同时
，
检波电路,其工作原理是二极管具有单向导电性，检波信号的负对无线电的监测也该日渐重要。本设计采用的是RTL2382U和
将此时的信号周期取
R820T芯片的硬件电路设计，
切
向信号会被二极管截掉，只留下正信号
，
通过上位机软件进行实时监测
，
为无线电监
即实现了检波实设计了一款可以对无线电实时监测的硬件设备
，
平均值，所获得的检波信号波包即为低频信号
，
方案可行。
功能。本设计还采用28.8MHZ的晶振,该晶振电路需要提供一测提供了新思路。经过实时测评
，
个3.3V电压来维持工作
。之后通过
USB接口与电脑的USB相
参考文献
连接，传输数据，便可通过上位机软件进行仿真以便观察系统
[1]李思.基于WEBGIS的柑橘信息管理系统[D].武汉：华中农业
工作是否正常。大学，2018.
[2]丛迅超.一种新的星载TDOA/FDOA/AOA联合定位算法[J].计
2基于HDR上位机仿真
2.1上位机软件功能描述算机应用研究，2019.
首先需
[3]陈德全.基于半定规划的移动辅助定位算法[D].重庆：重庆大
开始前，需提前下载完成Zadig驱动，下载完成后
，
要对采样频率进行初始设置，将输出频率的采样频率设置为学，2019.
192000HZ。通过这样的调制方法，低频信号幅度将会不断变化，
[4]贺谦
，
韩凯
，
冯建民
，
樊俊铃.任意构型传声器阵列声源定位方
导致调频后得到的信号频率也将随之变化。法[J].西安交通大学学报
，
2020.
同时接收无
[5]蔡蕊
，
张仕
，
余晓菲
，
蒋建民.基于程序频谱的缺陷定位方法[J].
在本设计中我们采用FM（调频）的调制方式，
而达到一个接收到
计算机系统应用
，
线电信号，通过电脑的虚拟声卡播放声音
，
2019.
所以需要通过
[6]袁伍威.多移动监测站协同定位研究[D].西安：
信号的反馈。由于收集的信号存在一定的噪声
，
西安工业大学，
HDSDR自带的软件降噪功能进行降噪
。若接收频率仍不稳定，
2018.
则可手动开启AFC功能，他可自动获取采集频率范围内的信
[7]庄所增.无线电频谱监测关键技术研究[J].通信电源技术，2019
号，并自动找到中心频率，将采集频率带宽固定在中心频率上。（4）.
2.2仿真结果
[8]韩逢庆
，
肖丹
，
官礼和.一种非视距环境下基于TOA三维定位
存在信号的的新方法研究[J].应用数学和力学，2019.
仿真后可看出显示的信道在这段频率范围内
，
本次仿真所收集到的是双辽市
[9]贺谦
，
韩凯
，
冯建民
，
樊俊铃.任意构型传声器阵列声源定位方
信道频率将会用红色标记出来，
广播，其中心频率为99893821HZ，可以看到其具体的频率信号法[J].西安交通大学学报
，
2020.
大小和噪声系数
。
[10]蔡蕊
，
张仕
，
余晓菲
，
蒋建民.基于程序频谱的缺陷定位方法
本次仿真我们扫频的范围为90Mhz-110Mhz，扫频间隔为
[J].计算机系统应用
，
2019.
在
100MHz附
[11]林挺挺.基于无线通信基站的终端定位研究[D].苏州：
100ms，通过仿真显示的频率波形我们可以发现
，
苏州大
近的幅值明显出现波动，这就是HDSDR仿真软件所收集到的学，2017.
双辽市广播的无线电信号，可以看出扫频仪的仿真结果成功。
[12]张银银.无线电频谱监测与分析系统设计及实现[J].戏剧之
3系统测评及性能分析
家，2018（10）.
3.1系统测试
[13]童珉
，
郜世河
，
赖东方.无线广播频谱监测与管理系统[J].广播
本测试选择在0-40GHz的室内进行对无线频谱监测系统与电视技术，2016（6）.
然后通过
USB将硬件进行测试。首先将外围硬件电路连接好
，
电路与上位机相连接
。
本地的无线
根据当地的无线电广播作为信号源进行测试
，
电广播信号源分别为97MHz、100MHz、103MHz。
3.2系统性能分析
通过对市广播的频率分别对97MHz，100MHz，103MHz频率
的无线电进行测试。
具体测试数据如表
1所示
。
表1无线频谱监测系统测试数据
实测频率（MHz）
上位机频率（MHz）
实测幅值（dB）
上位机幅值（dB）
97MHz
98MHz
-47dB
-26dB
100MHz
99MHz
-39.94dB
-44dB
103MHz
103MHz
-46dB
-49.8dB
2024年6月15日发(作者：勾清妍)
-
86
-
科学技术创新2021.13
基于物联网技术的无线频谱监测系统硬件
部分设计
成京吕晓丽呼立文
（长春工程学院电气与信息工程学院，吉林长春130000）
摘要：设计出了一套无线频谱监测系统的硬件部分，本设计主要采用了RTL2382U和R820T相结合的硬件电路设计，通过
具体信号频率和幅值，扫描时间间隔可
上位机软件进行对无线频谱进行监测。可显示出频谱波形图
、
该设计具有扫描频率步长
、
低功
耗，设置，经济轻便等优点。
关键词：无线电监测；RTL2382U；无线接收机
中图分类号：TN925.93，TH122文献标识码：A文章编号：2096-4390渊2021冤13-0086-02
近年来,无线电技术的蓬勃发展已经影响了人类生活的方
方面面,然而,科技的进步是把双刃剑,无线电犯罪给人们带来的
危害也不容小觑,它不仅扰乱社会秩序,干扰空管频率,甚至危害
严厉打
人体健康。因此,我们必须加强对无线频谱的监测力度
，
击捣毁黑广播,但由于黑广播信号分布散乱,且探测黑广播的设
备体积大、价格昂贵,逐一击破难度较大,所以对新的无线电监
测设备的研究就显得尤为重要
。本设备实现了自动对
80MHz-115MHz广播信号的接收与监测,还可显示出频谱波形
扫描
图、具体信号频率和幅值。该设计还可设置扫描频率步长
，
大大推动了我国对无线电频谱
时间间隔，且功耗低、经济轻便
，
监测系统领域的研究
。
本设备利用R820T射频芯片和RTL2832U主控芯片相结
合的硬件电路设计，再通过上位机软件对无线电频谱进行监
得出
测，以下分析了该设计的优点以及总结了设备测评数据
，
了本设计具有无线电监测的基本功能的结论
。
1接收机的硬件结构及功能
1.1硬件整体框架
依据实际监测需求，本设计需对无线电信号进行实时监
控，所以根据设计要求，对射频前端和主处理芯片的选取慎重
选择。系统的扫频覆盖范围约为30MHz-2.4GHz，具有步进式扫
描方式，搜索扫描通道可达799通道/s，使用二极管滤波电路
，
射
将收集到的信号进行滤波处理,最后由射频芯片R820T处理。
频芯片控制扫频频率是通过晶振时钟,晶振电路
再传输
由两个电容和晶振构成。处理
后的信号，
将信
给RTL2832U芯片进行进一步的信号处理，
号通过USB串口与电脑的上位机相连
，由上位
机对进号进行处理,最后显示出界面，具体设计
框图如图1所示。
1.2基于R820T射频电路设计
R820T射频芯片有低功耗和体积小的优点,
满足设计需求,且此芯片可为DVB-T、ATSC、
DMB-T、ISDB-T等所有数字广播电视提供不同
的射频信号,所以其性能十分优越,同时,它还嵌
入了智能功率检测器,可优化多种功率场景的动
态范围，其简化芯片结构框图如图2所示。
整个设计的核心部分为射频电路，射频前端
主要采用的是通过R820T芯片搭构的射频电路，
信号通过天线RFin端，经过二极管检波电路将
信号接收到芯片RF_IN端。其一共有32个寄存
同时该芯片通过外搭
器可编程设置其主要功能，
晶振为
28.86MHZ，
它
晶振电路来控制扫频频率
，
变频、混频集于
可通过3.3v小电压驱动，将选择
、
一身，功能强大。
1.3基于RTL2382U主控芯片电路设计
RTL2832U是一款性能很高的DVB-T
COFDM解调器,同时支持USB2.0的接口及2K
或者8K模式,它的带宽为6，7和8MHZ，可进行
有自
自动检测调制参最先进的RTL2832U芯片，
己专门的算法,可为多种算法提供理想合理的解
决方案。
图1方案整体设计流程系统框图
图2简化R820T芯片结构框图
2021.13科学技术创新
-
87
-
扫描间隔时间为
100ms，该电路通过IF+,IF-引脚将R820T芯片处理后的信号接收其次每次扫描的频率带宽为固定，
由表
1数据可以看出，过来，同时通过XTAL_1接收28.8MHZ频率的晶振作为时钟
，
扫描步长固定，实测频率与上位机频率基
自带一个电源指示LED作为接通电源的外接电路
。通过
USB本相符合，实测幅值和上位机幅值存在部分误差
。可能由于传
接通上位机，进行图形的显示和控制
。
输过程中存在信号的干扰，基本可以确定本设计的基本功能可
有资料显示,可以通过调幅波和载波相乘再通过一个滤波以实现
。
器来实现解调,解调后检波有两种方法：分别为整流检波和相敏
4总结及展望
加强
检波,可通过包络分析恢复最初的调制信号。本设计采用二极管时代的进步往往是把双刃剑，无线电飞速发展的同时
，
检波电路,其工作原理是二极管具有单向导电性，检波信号的负对无线电的监测也该日渐重要。本设计采用的是RTL2382U和
将此时的信号周期取
R820T芯片的硬件电路设计，
切
向信号会被二极管截掉，只留下正信号
，
通过上位机软件进行实时监测
，
为无线电监
即实现了检波实设计了一款可以对无线电实时监测的硬件设备
，
平均值，所获得的检波信号波包即为低频信号
，
方案可行。
功能。本设计还采用28.8MHZ的晶振,该晶振电路需要提供一测提供了新思路。经过实时测评
，
个3.3V电压来维持工作
。之后通过
USB接口与电脑的USB相
参考文献
连接，传输数据，便可通过上位机软件进行仿真以便观察系统
[1]李思.基于WEBGIS的柑橘信息管理系统[D].武汉：华中农业
工作是否正常。大学，2018.
[2]丛迅超.一种新的星载TDOA/FDOA/AOA联合定位算法[J].计
2基于HDR上位机仿真
2.1上位机软件功能描述算机应用研究，2019.
首先需
[3]陈德全.基于半定规划的移动辅助定位算法[D].重庆：重庆大
开始前，需提前下载完成Zadig驱动，下载完成后
，
要对采样频率进行初始设置，将输出频率的采样频率设置为学，2019.
192000HZ。通过这样的调制方法，低频信号幅度将会不断变化，
[4]贺谦
，
韩凯
，
冯建民
，
樊俊铃.任意构型传声器阵列声源定位方
导致调频后得到的信号频率也将随之变化。法[J].西安交通大学学报
，
2020.
同时接收无
[5]蔡蕊
，
张仕
，
余晓菲
，
蒋建民.基于程序频谱的缺陷定位方法[J].
在本设计中我们采用FM（调频）的调制方式，
而达到一个接收到
计算机系统应用
，
线电信号，通过电脑的虚拟声卡播放声音
，
2019.
所以需要通过
[6]袁伍威.多移动监测站协同定位研究[D].西安：
信号的反馈。由于收集的信号存在一定的噪声
，
西安工业大学，
HDSDR自带的软件降噪功能进行降噪
。若接收频率仍不稳定，
2018.
则可手动开启AFC功能，他可自动获取采集频率范围内的信
[7]庄所增.无线电频谱监测关键技术研究[J].通信电源技术，2019
号，并自动找到中心频率，将采集频率带宽固定在中心频率上。（4）.
2.2仿真结果
[8]韩逢庆
，
肖丹
，
官礼和.一种非视距环境下基于TOA三维定位
存在信号的的新方法研究[J].应用数学和力学，2019.
仿真后可看出显示的信道在这段频率范围内
，
本次仿真所收集到的是双辽市
[9]贺谦
，
韩凯
，
冯建民
，
樊俊铃.任意构型传声器阵列声源定位方
信道频率将会用红色标记出来，
广播，其中心频率为99893821HZ，可以看到其具体的频率信号法[J].西安交通大学学报
，
2020.
大小和噪声系数
。
[10]蔡蕊
，
张仕
，
余晓菲
，
蒋建民.基于程序频谱的缺陷定位方法
本次仿真我们扫频的范围为90Mhz-110Mhz，扫频间隔为
[J].计算机系统应用
，
2019.
在
100MHz附
[11]林挺挺.基于无线通信基站的终端定位研究[D].苏州：
100ms，通过仿真显示的频率波形我们可以发现
，
苏州大
近的幅值明显出现波动，这就是HDSDR仿真软件所收集到的学，2017.
双辽市广播的无线电信号，可以看出扫频仪的仿真结果成功。
[12]张银银.无线电频谱监测与分析系统设计及实现[J].戏剧之
3系统测评及性能分析
家，2018（10）.
3.1系统测试
[13]童珉
，
郜世河
，
赖东方.无线广播频谱监测与管理系统[J].广播
本测试选择在0-40GHz的室内进行对无线频谱监测系统与电视技术，2016（6）.
然后通过
USB将硬件进行测试。首先将外围硬件电路连接好
，
电路与上位机相连接
。
本地的无线
根据当地的无线电广播作为信号源进行测试
，
电广播信号源分别为97MHz、100MHz、103MHz。
3.2系统性能分析
通过对市广播的频率分别对97MHz，100MHz，103MHz频率
的无线电进行测试。
具体测试数据如表
1所示
。
表1无线频谱监测系统测试数据
实测频率（MHz）
上位机频率（MHz）
实测幅值（dB）
上位机幅值（dB）
97MHz
98MHz
-47dB
-26dB
100MHz
99MHz
-39.94dB
-44dB
103MHz
103MHz
-46dB
-49.8dB