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列及波道配置术语同波道干

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、出值最后将查曲线求出的值和代入式便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

17、度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调制指数时严格计算需求出式的

18、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限电平定义为恰好满足中断概率指标的接收信号电平

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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

25、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

26、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