張連迎　弓勇義

摘 要：主要討論了無(wú)線電干擾的APD測(cè)量方法，介紹了傳統(tǒng)的無(wú)線電干擾的測(cè)量方法及其局限性、APD的定義及APD測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。由于APD能夠更加真實(shí)地反映無(wú)線電干擾的脈沖特征，對(duì)于正確評(píng)估無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的影響具有重要參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線電干擾； APD測(cè)量； 數(shù)字通信； 中頻包絡(luò)

中圖分類號(hào)： TN995?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）09?0056?02

0 引 言

傳統(tǒng)的無(wú)線電干擾測(cè)量中，一般測(cè)量干擾的準(zhǔn)峰值或平均值對(duì)干擾進(jìn)行評(píng)價(jià)。而且CISPR出版物和我國(guó)的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出的無(wú)線電干擾限值也一般以準(zhǔn)峰值或均值的形式給出。

但是隨著通信技術(shù)特別是數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的準(zhǔn)峰值或平均值測(cè)量無(wú)法全面評(píng)估無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)字通信的影響。而且無(wú)線電干擾是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，單純的采用某幾個(gè)參量并不能完全評(píng)估干擾的特性，比較理想的方法是對(duì)無(wú)線電干擾進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特性分析。2005年，日本相關(guān)機(jī)構(gòu)向CISPR提出采用APD方法測(cè)量無(wú)線電干擾[1]。

利用APD測(cè)量方法，不僅可以獲得無(wú)線電干擾的統(tǒng)計(jì)特性，還可以通過(guò)換算獲得傳統(tǒng)測(cè)量方法的結(jié)果[2]。

1 傳統(tǒng)測(cè)量方法與局限性

目前在主流的無(wú)線電干擾測(cè)量中，一般采用準(zhǔn)峰值或均值對(duì)無(wú)線電干擾進(jìn)行測(cè)量。這是因?yàn)闅v史上制定有關(guān)無(wú)線電干擾的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其出發(fā)點(diǎn)是為了保護(hù)無(wú)線電通信業(yè)務(wù)，而早期的通信系統(tǒng)主要采用模擬調(diào)幅體制。而經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)線電干擾在通過(guò)準(zhǔn)峰值檢波器后電表的指示與人類聽覺器官的感覺一樣，所以準(zhǔn)峰值檢波得到了推廣和廣泛應(yīng)用[3]。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了更多的通信制式，同一類干擾對(duì)不同體制的系統(tǒng)的影響也不一樣，由于準(zhǔn)峰值的局限性，開始引入平均值測(cè)量，用于描述干擾的包絡(luò)電平特征。

但是傳統(tǒng)的測(cè)量方法主要偏重于考察無(wú)線電干擾對(duì)模擬語(yǔ)音通信效果的影響，但是隨著數(shù)字通信的出現(xiàn)，無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的影響成為關(guān)注的焦點(diǎn)，這就需要給出無(wú)線電干擾的包絡(luò)電平統(tǒng)計(jì)特性，而這是傳統(tǒng)測(cè)量方法所無(wú)法給出的。

2 APD的定義

APD（Amplitude Probability Distribution）的全稱是“幅度概率分布”。它是指干擾包絡(luò)幅度超過(guò)門限電平[E]的時(shí)間概率。對(duì)實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)而言，它描述的是接收機(jī)中頻包絡(luò)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)特性。

如圖1所示，在某次測(cè)量時(shí)間[T]內(nèi)，有[N]個(gè)時(shí)段包絡(luò)幅度超出了門限電平[E，][ti]為每次超出[E]的持續(xù)時(shí)間。則APD的數(shù)學(xué)定義可表示為：

[P（A>E）=i=1NΔtiTc] （1）

圖1 中頻包絡(luò)示意圖

3 APD測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 CISPR的方案

從APD的定義可以看出，APD測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是提取無(wú)線電干擾的包絡(luò)并計(jì)算包絡(luò)幅度超過(guò)門限電平[E]的時(shí)間概率。

CISPR報(bào)告中給出了兩種方案[1]，一種是不采用采用A/D采樣，直接利用一組比較器和計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，另一種是采用A/D采樣，利用CPU和輔助電路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

上述兩種方案均需要一些輔助門電路進(jìn)行電平判斷，設(shè)計(jì)起來(lái)較為復(fù)雜并且不夠靈活擴(kuò)展。這里采用“軟件無(wú)線電”的思想對(duì)第二種方案進(jìn)行改造。

3.2 軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電技術(shù)是以一個(gè)通用的模塊化硬件平臺(tái)為依托，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電功能。因?yàn)橄到y(tǒng)的功能由程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的功能很容易擴(kuò)展和修改。無(wú)線電干擾測(cè)量本質(zhì)上是對(duì)中頻輸出進(jìn)行處理，處理中用到的濾波、變頻、檢波、統(tǒng)計(jì)等都有相應(yīng)的計(jì)算方法或模型，完全可以用純軟件計(jì)算的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)APD測(cè)量，可以獨(dú)立于前端接收系統(tǒng)，用軟件接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的分離。

如果設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件要完全脫離硬件系統(tǒng)，可以利用軟件設(shè)計(jì)中的抽象接口的手段，在軟件中預(yù)留硬件控制部分的抽象接口。這樣既可以與多種硬件系統(tǒng)進(jìn)行耦合，也可以通過(guò)建立虛擬儀器的方法實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)，軟件的靈活性就大大提高了。

3.3 中頻包絡(luò)的提取

本文所謂的提取包絡(luò)，嚴(yán)格地說(shuō)是提取包絡(luò)的幅度信息，因?yàn)锳PD測(cè)量的對(duì)象是包絡(luò)的幅度電平，提取包絡(luò)就應(yīng)該將中頻信號(hào)進(jìn)行下變頻；提取包絡(luò)后，可采用統(tǒng)計(jì)算法程序提取包絡(luò)的統(tǒng)計(jì)信息，完成測(cè)量。中頻包絡(luò)提取的流程如圖2所示。

圖2中，自A/D采樣后的所有流程都是靠軟件實(shí)現(xiàn)。

由于APD測(cè)量需要較長(zhǎng)的時(shí)間，數(shù)據(jù)量較大，一般數(shù)據(jù)采集板的數(shù)據(jù)緩沖較小，無(wú)法滿足一次存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)測(cè)系統(tǒng)中，筆者使用的采樣設(shè)備為PCI接口的數(shù)據(jù)采集板，并采用了“雙緩沖”技術(shù)，保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸和數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

圖2 包絡(luò)提取流程圖

3.4 APD的計(jì)算

假設(shè)通過(guò)上節(jié)所述流程獲得了[N]組包絡(luò)電平[E[N]；]需要測(cè)試[M]組門限電平[D[M]。]

設(shè)超過(guò)電平[D[i]]的電平計(jì)數(shù)為[nAPD[i]。]則門限電平[D[i]]的幅度概率分布APD[i]為：

[APD[i]=（nAPD[i]）N] （2）

4 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證軟件APD參量計(jì)算算法的正確性，模擬產(chǎn)生了一組服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的信號(hào)。仿真計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 仿真計(jì)算結(jié)果

圖3中，理論計(jì)算的APD是根據(jù)正態(tài)分布的包絡(luò)服從瑞利分布這一結(jié)論計(jì)算得到。軟件計(jì)算的APD比理論計(jì)算的APD要小，這可能是由于濾波器通帶的不平坦和濾波導(dǎo)致的正態(tài)分布信號(hào)帶寬損失引起的?？傮w上軟件計(jì)算的結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果是吻合的。

5 結(jié) 論

本文提出了一種APD測(cè)量系統(tǒng)的方案，仿真計(jì)算表明該方案是完全可行的，包絡(luò)提取與APD計(jì)算完全脫離于硬件設(shè)備，即可進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，也可應(yīng)用于干擾數(shù)據(jù)處理與仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用方式靈活，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法，APD測(cè)量的優(yōu)越性越來(lái)越突出，它可以更準(zhǔn)確地反映干擾信號(hào)的脈沖特性，可以更加準(zhǔn)確評(píng)價(jià)干擾對(duì)不同通信系統(tǒng)的影響。但APD測(cè)量的應(yīng)用還有一個(gè)過(guò)程，很多問(wèn)題有待解決，如APD限值，APD測(cè)量時(shí)間等都是需要解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] CISPR. CISPR 16?1?1?2006 [S/OL]. [2012?09?21]. http：//www. ishare.iask.sina.com.cn.

[2] 張林昌.電氣化鐵道無(wú)線電干擾源幅度分布特性與檢波、帶寬轉(zhuǎn)換的研究報(bào)告[R].北京：北方交通大學(xué)，1993.

[3] 聞?dòng)臣t.無(wú)線電騷擾的統(tǒng)計(jì)參量測(cè)量法[J].安全與電磁兼容，2006（1）：9?11.

[4] 沙斐.電磁干擾的統(tǒng)計(jì)參量APD和NAD的特性及其測(cè)量[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1983（1）：11?15.

[5] 楊飛，沙斐，王國(guó)棟.基于幅度概率分布研究騷擾對(duì)通信系統(tǒng)的影響[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（5）：64?67.

[6] 陳嵩，沙斐，王國(guó)棟.電氣化鐵道弓網(wǎng)電磁噪聲的建模及其APD統(tǒng)計(jì)特性[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009（12）：3577?3580.

[7] 董偉波，王茜蒨，韓旭.基于虛擬儀器技術(shù)的APD噪聲等效功率測(cè)量系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2011（11）：2635?2640.

[8] 肖猛.APD技術(shù)在電磁兼容測(cè)試中的應(yīng)用[J].環(huán)境技術(shù)，2009（2）：16?18.

摘 要：主要討論了無(wú)線電干擾的APD測(cè)量方法，介紹了傳統(tǒng)的無(wú)線電干擾的測(cè)量方法及其局限性、APD的定義及APD測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。由于APD能夠更加真實(shí)地反映無(wú)線電干擾的脈沖特征，對(duì)于正確評(píng)估無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的影響具有重要參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線電干擾； APD測(cè)量； 數(shù)字通信； 中頻包絡(luò)

中圖分類號(hào)： TN995?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）09?0056?02

0 引 言

傳統(tǒng)的無(wú)線電干擾測(cè)量中，一般測(cè)量干擾的準(zhǔn)峰值或平均值對(duì)干擾進(jìn)行評(píng)價(jià)。而且CISPR出版物和我國(guó)的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出的無(wú)線電干擾限值也一般以準(zhǔn)峰值或均值的形式給出。

但是隨著通信技術(shù)特別是數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的準(zhǔn)峰值或平均值測(cè)量無(wú)法全面評(píng)估無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)字通信的影響。而且無(wú)線電干擾是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，單純的采用某幾個(gè)參量并不能完全評(píng)估干擾的特性，比較理想的方法是對(duì)無(wú)線電干擾進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特性分析。2005年，日本相關(guān)機(jī)構(gòu)向CISPR提出采用APD方法測(cè)量無(wú)線電干擾[1]。

利用APD測(cè)量方法，不僅可以獲得無(wú)線電干擾的統(tǒng)計(jì)特性，還可以通過(guò)換算獲得傳統(tǒng)測(cè)量方法的結(jié)果[2]。

1 傳統(tǒng)測(cè)量方法與局限性

目前在主流的無(wú)線電干擾測(cè)量中，一般采用準(zhǔn)峰值或均值對(duì)無(wú)線電干擾進(jìn)行測(cè)量。這是因?yàn)闅v史上制定有關(guān)無(wú)線電干擾的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其出發(fā)點(diǎn)是為了保護(hù)無(wú)線電通信業(yè)務(wù)，而早期的通信系統(tǒng)主要采用模擬調(diào)幅體制。而經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)線電干擾在通過(guò)準(zhǔn)峰值檢波器后電表的指示與人類聽覺器官的感覺一樣，所以準(zhǔn)峰值檢波得到了推廣和廣泛應(yīng)用[3]。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了更多的通信制式，同一類干擾對(duì)不同體制的系統(tǒng)的影響也不一樣，由于準(zhǔn)峰值的局限性，開始引入平均值測(cè)量，用于描述干擾的包絡(luò)電平特征。

但是傳統(tǒng)的測(cè)量方法主要偏重于考察無(wú)線電干擾對(duì)模擬語(yǔ)音通信效果的影響，但是隨著數(shù)字通信的出現(xiàn)，無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的影響成為關(guān)注的焦點(diǎn)，這就需要給出無(wú)線電干擾的包絡(luò)電平統(tǒng)計(jì)特性，而這是傳統(tǒng)測(cè)量方法所無(wú)法給出的。

2 APD的定義

APD（Amplitude Probability Distribution）的全稱是“幅度概率分布”。它是指干擾包絡(luò)幅度超過(guò)門限電平[E]的時(shí)間概率。對(duì)實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)而言，它描述的是接收機(jī)中頻包絡(luò)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)特性。

如圖1所示，在某次測(cè)量時(shí)間[T]內(nèi)，有[N]個(gè)時(shí)段包絡(luò)幅度超出了門限電平[E，][ti]為每次超出[E]的持續(xù)時(shí)間。則APD的數(shù)學(xué)定義可表示為：

[P（A>E）=i=1NΔtiTc] （1）

圖1 中頻包絡(luò)示意圖

3 APD測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 CISPR的方案

從APD的定義可以看出，APD測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是提取無(wú)線電干擾的包絡(luò)并計(jì)算包絡(luò)幅度超過(guò)門限電平[E]的時(shí)間概率。

CISPR報(bào)告中給出了兩種方案[1]，一種是不采用采用A/D采樣，直接利用一組比較器和計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，另一種是采用A/D采樣，利用CPU和輔助電路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

上述兩種方案均需要一些輔助門電路進(jìn)行電平判斷，設(shè)計(jì)起來(lái)較為復(fù)雜并且不夠靈活擴(kuò)展。這里采用“軟件無(wú)線電”的思想對(duì)第二種方案進(jìn)行改造。

3.2 軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電技術(shù)是以一個(gè)通用的模塊化硬件平臺(tái)為依托，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電功能。因?yàn)橄到y(tǒng)的功能由程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的功能很容易擴(kuò)展和修改。無(wú)線電干擾測(cè)量本質(zhì)上是對(duì)中頻輸出進(jìn)行處理，處理中用到的濾波、變頻、檢波、統(tǒng)計(jì)等都有相應(yīng)的計(jì)算方法或模型，完全可以用純軟件計(jì)算的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)APD測(cè)量，可以獨(dú)立于前端接收系統(tǒng)，用軟件接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的分離。

如果設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件要完全脫離硬件系統(tǒng)，可以利用軟件設(shè)計(jì)中的抽象接口的手段，在軟件中預(yù)留硬件控制部分的抽象接口。這樣既可以與多種硬件系統(tǒng)進(jìn)行耦合，也可以通過(guò)建立虛擬儀器的方法實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)，軟件的靈活性就大大提高了。

3.3 中頻包絡(luò)的提取

本文所謂的提取包絡(luò)，嚴(yán)格地說(shuō)是提取包絡(luò)的幅度信息，因?yàn)锳PD測(cè)量的對(duì)象是包絡(luò)的幅度電平，提取包絡(luò)就應(yīng)該將中頻信號(hào)進(jìn)行下變頻；提取包絡(luò)后，可采用統(tǒng)計(jì)算法程序提取包絡(luò)的統(tǒng)計(jì)信息，完成測(cè)量。中頻包絡(luò)提取的流程如圖2所示。

圖2中，自A/D采樣后的所有流程都是靠軟件實(shí)現(xiàn)。

由于APD測(cè)量需要較長(zhǎng)的時(shí)間，數(shù)據(jù)量較大，一般數(shù)據(jù)采集板的數(shù)據(jù)緩沖較小，無(wú)法滿足一次存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)測(cè)系統(tǒng)中，筆者使用的采樣設(shè)備為PCI接口的數(shù)據(jù)采集板，并采用了“雙緩沖”技術(shù)，保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸和數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

圖2 包絡(luò)提取流程圖

3.4 APD的計(jì)算

假設(shè)通過(guò)上節(jié)所述流程獲得了[N]組包絡(luò)電平[E[N]；]需要測(cè)試[M]組門限電平[D[M]。]

設(shè)超過(guò)電平[D[i]]的電平計(jì)數(shù)為[nAPD[i]。]則門限電平[D[i]]的幅度概率分布APD[i]為：

[APD[i]=（nAPD[i]）N] （2）

4 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證軟件APD參量計(jì)算算法的正確性，模擬產(chǎn)生了一組服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的信號(hào)。仿真計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 仿真計(jì)算結(jié)果

圖3中，理論計(jì)算的APD是根據(jù)正態(tài)分布的包絡(luò)服從瑞利分布這一結(jié)論計(jì)算得到。軟件計(jì)算的APD比理論計(jì)算的APD要小，這可能是由于濾波器通帶的不平坦和濾波導(dǎo)致的正態(tài)分布信號(hào)帶寬損失引起的?？傮w上軟件計(jì)算的結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果是吻合的。

5 結(jié) 論

本文提出了一種APD測(cè)量系統(tǒng)的方案，仿真計(jì)算表明該方案是完全可行的，包絡(luò)提取與APD計(jì)算完全脫離于硬件設(shè)備，即可進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，也可應(yīng)用于干擾數(shù)據(jù)處理與仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用方式靈活，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法，APD測(cè)量的優(yōu)越性越來(lái)越突出，它可以更準(zhǔn)確地反映干擾信號(hào)的脈沖特性，可以更加準(zhǔn)確評(píng)價(jià)干擾對(duì)不同通信系統(tǒng)的影響。但APD測(cè)量的應(yīng)用還有一個(gè)過(guò)程，很多問(wèn)題有待解決，如APD限值，APD測(cè)量時(shí)間等都是需要解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] CISPR. CISPR 16?1?1?2006 [S/OL]. [2012?09?21]. http：//www. ishare.iask.sina.com.cn.

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[3] 聞?dòng)臣t.無(wú)線電騷擾的統(tǒng)計(jì)參量測(cè)量法[J].安全與電磁兼容，2006（1）：9?11.

[4] 沙斐.電磁干擾的統(tǒng)計(jì)參量APD和NAD的特性及其測(cè)量[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1983（1）：11?15.

[5] 楊飛，沙斐，王國(guó)棟.基于幅度概率分布研究騷擾對(duì)通信系統(tǒng)的影響[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（5）：64?67.

[6] 陳嵩，沙斐，王國(guó)棟.電氣化鐵道弓網(wǎng)電磁噪聲的建模及其APD統(tǒng)計(jì)特性[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009（12）：3577?3580.

[7] 董偉波，王茜蒨，韓旭.基于虛擬儀器技術(shù)的APD噪聲等效功率測(cè)量系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2011（11）：2635?2640.

[8] 肖猛.APD技術(shù)在電磁兼容測(cè)試中的應(yīng)用[J].環(huán)境技術(shù)，2009（2）：16?18.

摘 要：主要討論了無(wú)線電干擾的APD測(cè)量方法，介紹了傳統(tǒng)的無(wú)線電干擾的測(cè)量方法及其局限性、APD的定義及APD測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。由于APD能夠更加真實(shí)地反映無(wú)線電干擾的脈沖特征，對(duì)于正確評(píng)估無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的影響具有重要參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線電干擾； APD測(cè)量； 數(shù)字通信； 中頻包絡(luò)

中圖分類號(hào)： TN995?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）09?0056?02

0 引 言

傳統(tǒng)的無(wú)線電干擾測(cè)量中，一般測(cè)量干擾的準(zhǔn)峰值或平均值對(duì)干擾進(jìn)行評(píng)價(jià)。而且CISPR出版物和我國(guó)的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出的無(wú)線電干擾限值也一般以準(zhǔn)峰值或均值的形式給出。

但是隨著通信技術(shù)特別是數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的準(zhǔn)峰值或平均值測(cè)量無(wú)法全面評(píng)估無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)字通信的影響。而且無(wú)線電干擾是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，單純的采用某幾個(gè)參量并不能完全評(píng)估干擾的特性，比較理想的方法是對(duì)無(wú)線電干擾進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特性分析。2005年，日本相關(guān)機(jī)構(gòu)向CISPR提出采用APD方法測(cè)量無(wú)線電干擾[1]。

利用APD測(cè)量方法，不僅可以獲得無(wú)線電干擾的統(tǒng)計(jì)特性，還可以通過(guò)換算獲得傳統(tǒng)測(cè)量方法的結(jié)果[2]。

1 傳統(tǒng)測(cè)量方法與局限性

目前在主流的無(wú)線電干擾測(cè)量中，一般采用準(zhǔn)峰值或均值對(duì)無(wú)線電干擾進(jìn)行測(cè)量。這是因?yàn)闅v史上制定有關(guān)無(wú)線電干擾的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其出發(fā)點(diǎn)是為了保護(hù)無(wú)線電通信業(yè)務(wù)，而早期的通信系統(tǒng)主要采用模擬調(diào)幅體制。而經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)線電干擾在通過(guò)準(zhǔn)峰值檢波器后電表的指示與人類聽覺器官的感覺一樣，所以準(zhǔn)峰值檢波得到了推廣和廣泛應(yīng)用[3]。

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了更多的通信制式，同一類干擾對(duì)不同體制的系統(tǒng)的影響也不一樣，由于準(zhǔn)峰值的局限性，開始引入平均值測(cè)量，用于描述干擾的包絡(luò)電平特征。

但是傳統(tǒng)的測(cè)量方法主要偏重于考察無(wú)線電干擾對(duì)模擬語(yǔ)音通信效果的影響，但是隨著數(shù)字通信的出現(xiàn)，無(wú)線電干擾對(duì)數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的影響成為關(guān)注的焦點(diǎn)，這就需要給出無(wú)線電干擾的包絡(luò)電平統(tǒng)計(jì)特性，而這是傳統(tǒng)測(cè)量方法所無(wú)法給出的。

2 APD的定義

APD（Amplitude Probability Distribution）的全稱是“幅度概率分布”。它是指干擾包絡(luò)幅度超過(guò)門限電平[E]的時(shí)間概率。對(duì)實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)而言，它描述的是接收機(jī)中頻包絡(luò)的時(shí)間統(tǒng)計(jì)特性。

如圖1所示，在某次測(cè)量時(shí)間[T]內(nèi)，有[N]個(gè)時(shí)段包絡(luò)幅度超出了門限電平[E，][ti]為每次超出[E]的持續(xù)時(shí)間。則APD的數(shù)學(xué)定義可表示為：

[P（A>E）=i=1NΔtiTc] （1）

圖1 中頻包絡(luò)示意圖

3 APD測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 CISPR的方案

從APD的定義可以看出，APD測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是提取無(wú)線電干擾的包絡(luò)并計(jì)算包絡(luò)幅度超過(guò)門限電平[E]的時(shí)間概率。

CISPR報(bào)告中給出了兩種方案[1]，一種是不采用采用A/D采樣，直接利用一組比較器和計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，另一種是采用A/D采樣，利用CPU和輔助電路進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

上述兩種方案均需要一些輔助門電路進(jìn)行電平判斷，設(shè)計(jì)起來(lái)較為復(fù)雜并且不夠靈活擴(kuò)展。這里采用“軟件無(wú)線電”的思想對(duì)第二種方案進(jìn)行改造。

3.2 軟件無(wú)線電技術(shù)

軟件無(wú)線電技術(shù)是以一個(gè)通用的模塊化硬件平臺(tái)為依托，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電功能。因?yàn)橄到y(tǒng)的功能由程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的功能很容易擴(kuò)展和修改。無(wú)線電干擾測(cè)量本質(zhì)上是對(duì)中頻輸出進(jìn)行處理，處理中用到的濾波、變頻、檢波、統(tǒng)計(jì)等都有相應(yīng)的計(jì)算方法或模型，完全可以用純軟件計(jì)算的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)APD測(cè)量，可以獨(dú)立于前端接收系統(tǒng)，用軟件接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的分離。

如果設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件要完全脫離硬件系統(tǒng)，可以利用軟件設(shè)計(jì)中的抽象接口的手段，在軟件中預(yù)留硬件控制部分的抽象接口。這樣既可以與多種硬件系統(tǒng)進(jìn)行耦合，也可以通過(guò)建立虛擬儀器的方法實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)，軟件的靈活性就大大提高了。

3.3 中頻包絡(luò)的提取

本文所謂的提取包絡(luò)，嚴(yán)格地說(shuō)是提取包絡(luò)的幅度信息，因?yàn)锳PD測(cè)量的對(duì)象是包絡(luò)的幅度電平，提取包絡(luò)就應(yīng)該將中頻信號(hào)進(jìn)行下變頻；提取包絡(luò)后，可采用統(tǒng)計(jì)算法程序提取包絡(luò)的統(tǒng)計(jì)信息，完成測(cè)量。中頻包絡(luò)提取的流程如圖2所示。

圖2中，自A/D采樣后的所有流程都是靠軟件實(shí)現(xiàn)。

由于APD測(cè)量需要較長(zhǎng)的時(shí)間，數(shù)據(jù)量較大，一般數(shù)據(jù)采集板的數(shù)據(jù)緩沖較小，無(wú)法滿足一次存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)測(cè)系統(tǒng)中，筆者使用的采樣設(shè)備為PCI接口的數(shù)據(jù)采集板，并采用了“雙緩沖”技術(shù)，保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸和數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

圖2 包絡(luò)提取流程圖

3.4 APD的計(jì)算

假設(shè)通過(guò)上節(jié)所述流程獲得了[N]組包絡(luò)電平[E[N]；]需要測(cè)試[M]組門限電平[D[M]。]

設(shè)超過(guò)電平[D[i]]的電平計(jì)數(shù)為[nAPD[i]。]則門限電平[D[i]]的幅度概率分布APD[i]為：

[APD[i]=（nAPD[i]）N] （2）

4 仿真實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證軟件APD參量計(jì)算算法的正確性，模擬產(chǎn)生了一組服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的信號(hào)。仿真計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 仿真計(jì)算結(jié)果

圖3中，理論計(jì)算的APD是根據(jù)正態(tài)分布的包絡(luò)服從瑞利分布這一結(jié)論計(jì)算得到。軟件計(jì)算的APD比理論計(jì)算的APD要小，這可能是由于濾波器通帶的不平坦和濾波導(dǎo)致的正態(tài)分布信號(hào)帶寬損失引起的。總體上軟件計(jì)算的結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果是吻合的。

5 結(jié) 論

本文提出了一種APD測(cè)量系統(tǒng)的方案，仿真計(jì)算表明該方案是完全可行的，包絡(luò)提取與APD計(jì)算完全脫離于硬件設(shè)備，即可進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，也可應(yīng)用于干擾數(shù)據(jù)處理與仿真實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用方式靈活，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。

相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量方法，APD測(cè)量的優(yōu)越性越來(lái)越突出，它可以更準(zhǔn)確地反映干擾信號(hào)的脈沖特性，可以更加準(zhǔn)確評(píng)價(jià)干擾對(duì)不同通信系統(tǒng)的影響。但APD測(cè)量的應(yīng)用還有一個(gè)過(guò)程，很多問(wèn)題有待解決，如APD限值，APD測(cè)量時(shí)間等都是需要解決的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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[7] 董偉波，王茜蒨，韓旭.基于虛擬儀器技術(shù)的APD噪聲等效功率測(cè)量系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2011（11）：2635?2640.

[8] 肖猛.APD技術(shù)在電磁兼容測(cè)試中的應(yīng)用[J].環(huán)境技術(shù)，2009（2）：16?18.