GB T 13619-1992 微波接力通信系统干扰计算方法.pdf

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1、中华人民共和国国家标准微波接力通信系统干扰计算方法发布 实施国家技术监督局 发布中华人民共和国国家标准微波接力通信系统干扰计算方法国家技术监督局 批准 实施主题内容与适用范围本标准给出了模拟微波与数字微波接力通信系统的干扰容限 干扰类型以及干扰计算方法 其中包括路径传输损耗 地形影响 雷达干扰以及不同调制方式的系统干扰计算等本标准适用于 频段 微波接力通信系统之间以及雷达系统对模拟微波接力通信系统的干扰计算本标准是微波通信系统之间干扰协调的主要依据和验算手段 也是各种容量微波通信系统的总体设计 电路建设以及维护的依据引用标准大容量长距离模拟微波通信干线电话传输干扰容限模拟微波接力通信系统容量系

2、列及波道配置术语同波道干扰在可以预料的频率稳定度范围内 干扰信号与有用信号载波频率相同或相近时产生的干扰相邻波道干扰参见单频干扰参见鉴别角干扰站或被干扰站天线的主波束中心轴方向偏离两站连线的夹角 参见图干扰抑制因子在微波系统中由于射频与中频电路的选择性 对相邻波道无用边带的衰减量干扰分析基本方程本章主要给出干扰计算过程中所涉及的传输损耗 有用信号电平和干扰信号电平以及一些基本参数的计算方法传输损耗的计算为了计算传输损耗 将世界划分为四个无线电气候区 其定义分别为区 与 区或 区相邻的海岸或海湾陆地 其海拔标高不超过 并且离最近的 区或区的距离不超过 的海岸地区区 除 区以外的所有陆地区 纬度高

3、于 的海 洋和其他大面积水域 至少覆盖直径为 的圆面积 但不包括地中海与黑海区 纬度低于 的海 洋和其他大面积水域 至少覆盖直径为 的圆面积 包括地中海与黑海视距路径传输损耗计算视距路径传输损耗主要包括自由空间传输损耗及氧气和水汽的吸收损耗式中 视距路径传输损耗自由空间传输损耗频率路径长度水汽吸收衰减系数氧气吸收衰减系数当 时当 时式中 水汽浓度 取决于无线电气候区区与 区区超视距路径传输损耗计算超视距传播机制主要是绕射 包括障碍物绕射和光滑球面绕射 和对流层散射 但在较少的时间里 也可能出现超折射与对流层波导之类的反常传播机制 对于距离稍超过视距的传输路径 在大多数情况下绕射是主要传播机制

4、散射可忽略不计 相反 对很长的路径来说 绕射场比散射场可能弱几百个分贝 因此 绕射传播机制可忽略不计 对于中等长度的路径两种传播机制都需考虑 在干扰计算中 可取传输损耗较少的为主要传播机制光滑球面绕射光滑球面绕射损耗的近似计算公式如下式中 光滑球面绕射损耗距离项函数高度增益项函数两天线间的归一化长度天线的归一化高度式中 路径长度等效地球半径天线高度频率是一个与地形 频率和极化类型有关的参数对于本标准所考虑的频段 可近似为式中表示地面导纳归一化因子并由下式给出对于水平极化对于垂直极化式中 相对介电常数大地导电率不同地面的电特性参数 值见表表 地面电特性参数 值地形参数变化范围平均值海水淡水湿土干

5、土不规则地形障碍物上的绕射在传输路径上往往会遇到一个或多个障碍物 为了估算这些障碍物的附加绕射损耗通常是将障碍物的形状理想化一种情况是当障碍物的厚度相对较窄时可假定为刃形障碍另一种情况是当障碍物的厚度相对较宽时可假定为平滑的物体 并在顶部可定义出曲率半径 这种障碍物称为圆形障碍刃形绕射损耗的计算在工程设计中为了计算上的方便常常采用近似法计算绕射损耗刃形绕射损耗的近似计算公式如下式中 刃形绕射损耗路径余隙式中 和 两站天线标高并且标高低的天线至障碍物的距离两站间距离地球半径等效地球半径系数障碍物标高自由空间余隙式中 波长第一费涅耳区半径单圆形障碍物绕射损耗的计算式中 单圆形障碍物绕射损耗路径余隙

6、自由空间余隙余隙为零时的绕射损耗近似公式如下式中 为与 有关的参数近似值如下当 为 时时时时时为地形参数近似计算公式为式中路径长度标高低的天线至障碍点的距离数值 的确定 参见图 先将两天线连成直线 然后在障碍点低于自由空间余隙 处作一条平行于 的直线 最高障碍物在这条平行线上所截取的 即为图 数值 的确定刃形与圆形障碍物的判别刃形与圆形障碍物可按式 求得的地形参数 来判别当 时可视为理想刃形多重障碍物绕射计算这种情况在高低起伏山区和丘陵地带常常出现 可按如下过程处理首先确定多重障碍物是否能够合并 如图 所示 连接两天线的直线 以最大第一费涅耳区半径 为距离作平行于 的直线 这条线截出了各个障碍

7、物之间的距离 以及它们在这条线上的宽度 如果 则障碍物 与 可等效为一个障碍物来计算反之两个障碍物要分别计算图 障碍物几何参数其次判定各等效障碍物是刃形还是非刃形障碍物 确定所要使用的绕射模式第三将整个剖面图分解成各重主障碍物的小剖面图 并根据绕射类型分别求得其绕射损耗 设有个障碍物 表示第 个障碍物 的绕射损耗则总绕射损耗 为剖面图的分解及各自绕射损耗的计算过程如下见图图 各重主障碍物小剖面示意图首先求出 个障碍物的各自余隙 及第一费涅耳区半径求主障碍物 为满足 的下标按单一障碍物求剖面 主障碍物 的绕射损耗以主障碍物 为基准向左连接各障碍物得到剖面 与 方法相同找出该剖面图的次主障碍物并计

8、算出其绕射损耗 同理 向右得到另一剖面 及该剖面的主障碍物绕射损耗依次类推 直到求出全部 重主障碍物及对应的绕射损耗对流层散射传播年度传输损耗大于 的时间的年度对流层散射传输损耗如下预测式中 时间内的传输损耗频率路径长度最小散射角即收 发无线电地平线间的夹角毫弧度等效地球半径天线口面介质耦合损耗分别为收 发信天线增益气象参数因子大气结构参数见表表征对数正态分布斜率为 的函数 时 的典型值见表和 时间的传输损耗差对于 和 型气候区 确定如下区区型气候区的 由图 确定 其中 为路径长度与收发端视距和的差有关气候区类型为区大陆性亚热带区 海洋性亚热带区 沙漠区 大陆性温带区 海洋性温带陆地区海洋性温

9、带海面表 气象因子和大气结构参数气候区表 的典型值图 区 曲线最坏月份传输损耗最坏月份对流层散射传输损耗 由 中年度传输损耗加一修正值得到 此项修正由图 确定 等效距离 的计算见式图 最坏月份和年度传输损耗差反常传播机制下的干扰路径传输损耗超折射与对流层波导之类的反常传播机制下的干扰预测 适于 以下的时间 这种机制下的干扰传输损耗如下确定式中 频率路径长度为与无线电气候区 频率和时间百分数有关的衰减率式中 时间百分数的值见表表 在不同气候区的值区域为与地形不规则度 有关的衰减率区区式中 为地形不规则度通常可表示为传输路径上 和 的地形高度值的差 乘积 的最大值为耦合损耗其值与气候区和时间百分数

10、的关系列于表表 耦合损耗区域时间百分数发收端水平仰角所引起的附加绕射衰减式中 分别为发 收端的附加绕射衰减 的最大值为分别为两端的水平仰角 见图分别为两端的视距 从接收天线或发射天线到相应视线点的大圆路径障碍物的曲率半径水平仰角可在现场用仪器测出 也可用下面的公式近似计算式中 分别为两端天线的海拔高度分别为两端视线点的海拔高度等效地球半径图 路径的几何参数基本参数计算微波站天线通信方位的计算根据收发 两点的经纬度 计算 点到 点的真北方位角当当角度与弧度的关系如下式中 点经度点经度点纬度点纬度根据收发 两点投影坐标计算 点对 点的真北方位角式中 点纵坐标点横坐标点纵坐标点横坐标点所在地图下方标

11、出的真子午线与坐标的夹角点坐标在真子午线左侧 取 值点坐标在真子午线右侧 取 值路径距离计算平坦地面计算方法式中 地球半径经纬度参数均为弧度大圆路径计算方法式中坐标路径距离计算方法式中各参数意义与 相同天线增益的确定天线增益是通过实际天线方向图来确定的 但当缺少方向图资料时 可采用下述公式预测设 为天线直径 为波长当 时当 时式中偏离主波束中心轴的张角 度鉴别角计算鉴别角计算公式如下式中 被干扰站的通信方位干扰站的通信方位点对 点的鉴别角点对 点的鉴别角如图 所示 图中 为信号传输路径 为干扰路径图 鉴别角计算载波干扰比 计算有用信号电平的计算式中 收信机输入端的信号功率发信机输出端的信号功率

12、发射天线增益接收天线增益发射端馈线系统损耗接收端馈线系统损耗路径传输损耗路径传输损耗 可按如下方法确定当路径余隙 并且路径距离不超过 时按自由空间传输损耗计算当路径余隙 并且路径距离大于 时 按式 计算当路径余隙 并且路径距离不超过 时当路径余隙 并且路径距离超过 按式 计算并附加绕射损耗干扰信号电平的计算式中 收信机输入端的干扰信号功率干扰发射机输出端信号功率干扰站天线在被干扰站方向的天线增益被干扰站天线在干扰源方向的天线增益被干扰站接收端馈线系统损耗干扰站发射端馈线系统损耗干扰路径传输损耗交叉极化去耦与鉴别角有关 计算时查天线方向图的计算参见干扰路径传输损耗 确定如下视距传播机制下的干扰路

13、径传输损耗与有用信号的视距路径传输损耗计算方法相同见和绕射传播机制下的干扰路径传输损耗这种传播机制下的干扰预测适于 的时间 绕射衰减量按 中方法计算对流层散射机制下的干扰路径传输损耗这种传播机制下的干扰预测 主要适于 的时间 传输损耗按 中式 预测 此时式中的 和 分别为被干扰站和干扰站的天线增益并且 需要以 代之其中是干扰预测所关心的干扰出现时间百分数反常传播机制下的干扰路径传输损耗超折射与对流层波导之类的反常传播机制下的干扰预测适于 以下的时间 这种机制下的干扰传输损耗按 中方法计算微波接力通信系统干扰允许值模拟 系统的干扰允许值在模拟系统的假设参考电路 的每个调制段内 系统外部的干扰源在

14、最高话路零相对电平点处所产生的总干扰噪声功率在任意月份的 以上时间内 每分钟平均的加重不加权 干扰允许值规定如下来自其他微波接力系统的干扰允许值为每个干扰源单频干扰允许的干扰噪声功率为每个雷达干扰源的允许干扰噪声功率为 每个调制段以及全程的雷达干扰源允许的干扰噪声功率均为数字系统干扰允许值来自其他地面微波通信系统及雷达系数的干扰允许值对 参考电路 规定如下任何月份 以上时间 任意一分钟射频干扰功率引起的平均误码率应不超过任何月份 以上时间 任意一秒钟射频干扰功率引起的平均误码率应不超过任何月份由于射频干扰功率引起的误码秒累积时间应不大于系统的干扰计算干扰降低因子当接收机鉴频器输入端的载波干扰比

15、足够大时 话路中基带干扰功率与载波干扰比之间呈线性关系并可用干扰降低因子 表示式中 一个话路中的测试音功率话路中带宽为 未加权干扰噪声功率接收的有用信号射频功率接收的干扰信号射频功率干扰降低因子 可进一步表示为式中 有用信号测试音有效频偏 未预加重有用信号基带内有关话路中心频率有用信号基带最高频率有用信号基带内有关话路的预加重因子话路带宽有用信号与干扰信号载频间隔干扰扩散因子当当式中 有用信号归一化功率谱密度的连续部分干扰信号归一化功率谱密度的连续部分有用信号归一化残余载波功率干扰信号归一化残余载波功率将干扰信号的对应参数代入式 便可求出有用信号的有效调制指数有用信号的基带最低频率接收机滤波器

16、幅频特性 以干扰信号载波中心频率为原点干扰噪声功率未加权与载波干扰比的关系系统对 系统干扰计算低调制指数时的干扰计算模式当干扰信号为低调制指数有用信号为中 高调制指数时式中 有用信号测试音有效频偏 未预加重有用信号基带内有关话路中心频率有用信号基带最高频率有用信号基带内有关话路的预加重因子话路带宽有用信号与干扰信号载频间隔有用信号的归一化功率谱密度的连续部分信号频谱密度的数学表达式是非常复杂的参见附录 为了使问题简化采用图表法近似求解式 中 可按下述过程确定令 利用图 将 对应于图中参娄 并根据已知有用信号的调制指数 查出值并除以基带最高频率 同理可以求出值最后将查曲线求出的值 和 代入 式便

17、可算出干扰降低因子当有用信号为低调制指数干扰信号为中 高调制指数时式中 干扰信号的归一化功率谱密度的连续部分这里 和 确定方法与 相同有用信号和干扰信号均为低调制指数时当调制指数 时 信号的能量主要集中在残余载波和上下两个第一边带此时信号和干扰频谱的交迭情况如图 所示图 低调制指数时信号波和干扰波频谱的交迭图此时 因此式 的干扰扩散因子为其积分上下限由下列三个不等式确定进一步由于低调制指数下的载波对边带的差拍远大于边带对边带的差拍所引起的噪声 故式可简化为下式中等调制指数时的干扰计算当有用信号和干扰信号的调制指数以及载波频率间隔给定时 干扰降低因子 可按如下步骤计算首先利用 归一化功率谱密度

18、参见附录 或图 归一化功率谱密度曲线及式计算卷积 然后根据接收机滤波器的幅频特性求出残余载波影响最后利用式 确定话路干扰降低因子当有用信号和干扰信号的基带最高频率相同 即 时干扰降低因子 的计算可以进一步简化令图 信号归一化频谱密度利用图 再根据上式 和 对应的值求出 然后计算式中 有用信号基带最高频率干扰信号基带最高频率有用信号的均方根调制指数干扰信号的均方根调制指数有用信号基带内有关话路中心频率有用信号与干扰信号载频间隔数字系统对 系统的干扰计算数字信号对 系统的干扰有用信号为低调制指数时式中信号的调制相数信号比特率有用信号与干扰信号的载波频率差有用信号基带内有关话路中心频率有用信号为中等

19、调制指数时严格计算需求出式 的卷积 由于两种信号的频谱不同计算机处理的运算量很大为此在附录参考件中给出简化估算式作为参考信号对 系统的干扰有用信号为低调制指数时式中调制电平数其他参数同有用信号为中等调制指数时的干扰计算同单频干扰当调频信号的有效调制指数较小 并且有用信号和干扰信号的载频差落入被干扰信道的基带内时应特别注意残余载波差拍所产生的单频干扰单频干扰的计算式如下式中 有用信号和干扰信号的归一化残余载波功率参见式 对于未调信号调制指数信号载频与干扰信号载频差的绝对值有用信号和干扰信号的载波频率当载频差为零时 决定于发射机的频率稳定度有用和干扰发射机的频率稳定度 其他参数与式 相同门限恶化门

20、限电平定义为恰好满足中断概率指标的接收信号电平 描述门限恶化的一种方法是给出最大允许的干扰信号电平 式 可用来估算 系统和 系统的最大允许干扰信号电平式中 最大允许干扰信号电平被干扰接收机的门限电平被干扰接收机的有效选择性数字微波接力通信系统干扰计算误码率计算公式符号误码率调制系统当 时当 时式中 补余误差函数调相相数信号比特能量与噪声功率谱密度之比对应于某一误码率 如 或 的信噪比理论值调制系统式中 的意义与 相同调制系统两个正交分量之一的基带信号误码率调制电平数信号干扰比允许值计算同波道干扰根据上述公式可算出信噪比的理论值 另外还有设备不完善引起的恶化系统内部干扰引起的恶化和系统外部干扰引

21、起的恶化 因此实际的门限信噪比可表达如下式中 对应于某一误码率 如 或 的门限信噪比对应于某一误码率 如 或 的信噪比理论值设备恶化量 设备厂家给出系统内部干扰的恶化量系统外部干扰的恶化量信号干扰比允许值 可按下式近似估算式中 由于系统外部干扰所要求的信号干扰比增量与 的关系如下一般取 则相邻波道干扰相邻波道干扰计算应计及干扰抑制因子 此时信号干扰比允许值修改如下式中 相邻波道干扰的信号干扰比允许值有用信号归一化功率谱密度干扰信号归一化功率谱密度有用信号与干扰信号载波频率差收信滤波器选择性收信滤波器选择性一般是由设备厂家给出的 缺省时可用 滤波器来代替 阶滤波器的频率响应由下式给出式中调制电平

22、数信号比特率雷达对微波接力通信系统干扰计算雷达干扰的主要因素雷达对微波接力系统的干扰可分为两类雷达辐射成分落入接收机通带内产生的干扰由于微波接收机混频器的非线性 带外雷达基波产生的干扰干扰预测模型带内干扰微波站天线口端的射频信号干扰比 计算式中 收信机输入端射频信号电平收信机输入端雷达干扰信号的峰值电平式中 干扰信号的辐射功率辐射衰减量 该参数与雷达的辐射类型和调制信号的形状有关一般由雷达设备厂家或通过测试给出 当该参数未知时对于脉冲幅度调制的雷达信号可按下面公式近似计算当雷达干扰信号的载波频率落入被干扰接收机通带内时当雷达干扰信号的基波频谱落入被干扰接收机通带内时 根据调制脉冲的形状按如下情

23、况考虑矩形调制脉冲余弦调制脉冲余弦平方调制脉冲式中有用信号和雷达干扰信号的载波频率收信机频带宽度脉冲宽度当雷达干扰信号的杂散辐射功率落入被干扰接收机通带内时目前我国尚未建立雷达发射机杂散辐射衰减量的统计模型标准 因此 杂散辐射衰减量应以实测数据为准脉冲发射峰值功率雷达天线增益雷达馈线损耗干扰路径传输损耗被干扰站在干扰源方向的天线增益被干扰站天线在 角时的交叉极化去耦被干扰站接收端馈线系统损耗注 当干扰噪声临界于干扰允许值时 应以实测值为准带外干扰微波接收系统对带外干扰的频率响应取决于它的馈线和分路滤波系统在工作频带外的频率响应以及由混频器形成的变频响应设 为被干扰信道的本振频率 为接收机的中频

24、 为干扰信号的载波频率 即混频器产生的新的频率成分为当时就能对微波接收机形成变频干扰 式中 为中频带宽 和 分别为本振信号和干扰信号频率的谐波次数带外干扰与带内干扰的不同点是把计算点从高频 移到中频式中 混频器输出端的信噪比被干扰信道载波功率与雷达干扰载波功率比被干扰信道的天线至混频器输入端的天馈线波道滤波系统在频率 的总响应该参数由设备厂家给出微波接收机混频器的变频响应阶第一类修正贝塞尔函数式中 混频器输入端干扰信号以毫瓦为零分贝的绝对功率电平收信机输入端射频信号电平干扰噪声的确定如果干扰允许值是以射频信号干扰比形式给出的那么可以直接使用 介绍的方法进行电磁兼容分析 当干扰允许值以噪声功率给

25、出时 需要从实际电路射频信号干扰比中确定干扰噪声功率以便和干扰噪声允许值进行比较 干扰噪声功率 的表达式如下式中 脉冲宽度重复频率需要指出在 中噪声允许值是以平均噪声功率给出的 由于式 计算的雷达干扰信号电平是峰值电平因此雷达干扰波的峰值电平需要转化成平均电平 式中 是将雷达干扰波的峰值电平转化成平均电平的因子从式 可以看出雷达信号对 系统的干扰噪声与射频信号干扰比之间的关系可通过干扰降低因子 联系起来参见对于脉冲幅度调制的雷达信号 干扰降低因子 的精确计算 需要根据式 对雷达脉冲信号和 信号的归一化功率谱密度 参见附录 做卷积运算 由于计算数据量相当庞大 因此计算工作必须借助于计算机才能完成

26、 当 信号为低调制指数时 可采用下面的近似式估算矩形调制脉冲式中 有用信号测试音有效频偏有用信号基带内有关话路中心频率有用信号基带最高频率有用信号基带内有关话路的预加重因子脉冲宽度有用信号与干扰信号的载波频率差余弦调制脉冲式中其他参数意义与 相同余弦平方调制脉冲式中其他参数意义与 相同需要指出 对于带内干扰当雷达的杂散辐射起主要干扰作用时 式干扰降低因子 的计算应取最坏情况下的值 取有用信号基带最高话路的中心频率 并且 对于带外干扰见附录功率谱密度参考件数字信号功率谱密度信号规一化功率谱密度以载波频率为中心的规一化功率谱密度式中信号比特率信号调相相数信号规一化功率谱密度式中信号比特率调制电平数

27、信号的规一化功率谱密度集中在以载波频率为中心的规一化功率谱密度的表达式为式中 狄拉克函数函数 的 次自卷积信号相位的规一化频谱密度式中基带最低频率基带最高频率均方根调制指数当 时式 可简化为式中 多路信号有效频偏该式为规一化埃尔米特多项式阶埃尔米特多项式 定义如下雷达幅度调制信号的规一化功率谱密度矩形调制脉冲式中 脉冲宽度余弦调制脉冲式中其他参数意义与 相同余弦平方调制脉冲式中其他参数意义与 相同附录数字信号对模拟 系统干扰计算的简化算法参考件数字信号对模拟 系统干扰的精确计算需按照 中式 计算干扰降低因子但运算量很大特别当 信号为中等调制指数时 必须借助于计算机进行数值计算为此在工程上常采用

28、简化公式进行估算同波道干扰计算公式式中 相对于平均发射功率 带内的数字信号归一化功率谱密度即数字信号的平均归一化功率谱密度乘以 带宽因子指定话路的中心频率基带最高话路频率测试音有效频偏指定话路中的未加权干扰噪声功率相邻波道干扰计算公式式中 有用信号与干扰信号载波频率差其他参数与 相同附录信号对 系统干扰计算参考件信号对 系统的干扰干扰降低因子 的计算可按式 近似估算式中行扫描周期行同步顶端电平所对应的射频有用信号的载波频率当有用信号和干扰信号的载波频率相同时附加说明本标准由国家无线电管理委员会提出由全国无线电干扰标准化技术委员会归口本标准由邮电部第四研究所负责起草本标准主要起草人韩建敏 许仁秋 李诚