基于无线电监测传感器的地面无线电台站边界干扰限值自动化测算及应用.pdf

66CHINARADIO2023.6Monitoring&Testing监测检测基于无线电监测传感器的地面无线电台站边界干扰限值自动化测算及应用文丨北京市无线电监测站耿开磊孙旭光摘要：本文结合实际电磁环境测试工作中遇到的问题和困难，以地面无线电台站为例，对台站干扰限值和干扰保护区的测算方法进行研究。通过对传统测试方法进行扩展，提出利用无线电监测传感器和无线电传播模型为核心的理论仿真结合的方式，快速对重要测试点进行规划，并利用无线电监测传感器可适用于多种使用场景的特点，对测试点进行快速的自动化测试。同时通过理论仿真对覆盖范围内的其他测试点进行计算，从而达到对台站周边电磁环境的快速全面测试的目的，有效提高电磁环境测试工作的效率。该方法也可通过长期部署和定时部署的方式，应用于重大活动保障以及日常电磁环境监测。关键词：通信技术无线电电磁环境测试干扰限值传播模型1实际测试工作中遇到的问题边界干扰限值测试的目的是对台站的实际覆盖范围进行评估，并分析拟建台站和已建台站之间可能存在的电磁干扰现象。在实际测试工作中，很多无线电台站所在的位置电磁环境非常复杂，需要对台站所处的业务频段进行准确的测试，并排除带外大信号对监测灵敏度带来的影响。同时，也要对周边大量已建台站可能产生的影响进行分析。在以往的测试中，只能对有限位置和高度的电磁环境进行测量和分析，无法进行更加全面的分析。如图1所示，在实际工作中，台站覆盖范围的等值线因为地理环境等因素，不是理想的圆形，对于相同的边界干扰限值，不同台站的距离差别很大。此外，拟建台站有可能对周围的已建台站产生影响，但逐个计算周边所有区域的干扰保护区工作量极大，也无法对每一个位置进行测试。2解决思路及方案基于上述分析，我们可以知道在无线电台站干扰限值的测算过程中有几个关键点：一是监测系统的监测灵敏度；二是测试点的位置规划，需要测量出这些位置的接收场强；三是根据接收场强及相关因素折算出每个位置的信号强度；四是根据计算结果和相关规范判断预选站址周边的电磁环境是否适合建站。同频干扰区域同频干扰区域同频干扰区域最大可用区域最大可用区域拟建台站最大可用区域已建台站禾扰区域已建台站干扰区域图1干扰区域3基于无线电监测传感器实现自动化测试3.1实现方法基于被测台站技术参数计算边界场强，并规划测试路径，按照规划的路径对被测台站的接收场强进行测试。记录监测数据以及对应的位置，通过自动化测试工具汇总测试数据，分析后形成测试结果（见图2）。计算边界自动生成路径规划路测场强测试报告图2 自动化测试实现流程3.2无线电监测设备测试所使用的监测设备应为体积小、易携带的无线电监测设备，支持多种网络传输方式（4G物联网/Wi-FiCHINARADIO2023.6Monitoring&Testing监测检测网络有线网络），具备自动化控制机制，支持通过自动化控制软件远程下达监测任务并采集监测数据。基于以上需求，可采用符合国家发布的省级无线电监测设施建设规范和技术要求（试行）中的一类传感器要求的无线电监测传感器进行数据采集。3.3测试依据以下分析依照GBT14431-93无线电业务要求的信号干扰保护比和最小可用场强（以下简称要求）中的相关要求，且接收天线挂高为地面之上1.5m处。3.4自动化数据分析分析程序汇总监测数据，完成数据的接收、分析、存储和展示功能。可根据任务设置自动完成以下计算：（1）计算台站覆盖区域内的场强基于拟建台站资料中的技术参数和台站数据库中同频和邻频台站的技术参数，包括台站的经纬度、发射功率、发射频率、发射天线挂高、天馈线因子、接收天线挂高、监测灵敏度，结合地理信息系统数据库中的高程数据，计算拟建台站和已建台站周围所有位置的场强。（2）根据业务和频段计算最小可用场强和边界干扰限值根据要求和上述分析计算指定台站和周围同频台站的最小可用场强和边界干扰限值，并折算为接收场强值。（3）接收机输人端千扰限值的折算接收机测得的读数为仪表输人端电流的功率值，在实际电磁环境测试中需要根据输人端的读数折算出实际的干扰限值P1，并与测量读数相比较。最大允许干扰信号场强折算方法如下：对于地面无线电台站，可使用以下方式推算出测试仪表输入端的干扰限值。将干扰信号场强折算至天线输出端的功率值P。：Po=E-Ke-107(1)其中E为接收场强值；K。为天线系数；10 7 为转换堂数考虑低噪声放大器增益及馈线损耗，并进行带宽折算，可推算出干扰场强对应到测试仪表输人端的功率限值P,：P,=Po+GL-L-M(2)其中GL为低噪声放大器的增益，L为馈线损耗，M为带宽转换因子。由式（1）和式（2）可得到对应最大允许干扰场强E的测试仪表输人端干扰限值P,：P,=E-Ke-107+GL-L-10log（Bs/Br)(3)其中E为最大允许的干扰信号场强，K。为监测天线系数，GL为低噪声放大器增益，L为馈线损耗，Bs为被测通信系统中频带宽，B为测试系统中频带宽。所得干扰限值P，单位为dBm，当接收机读数低于P,时，可认为环境噪声符合标准，不会产生干扰。（4）对于不同业务最小可用场强的测算方法最小可用场强是以上计算过程中的重要参数，不同业务最小可用场强的要求不同，对于要求中未涉及的通用无线电台站，可采用以下公式计算最小可用场强Emin和同频干扰场强PLEmin=-174+10+101og（B）+ma x（7 6.8-2 7.7 l o g（f）,0）-G,+2 0 lo g（f）+97.2（4)其中B。为台站信号带宽，f为台站中心频率，G,为监测天线增益。P,=Emin-30(5)其中P为边界干扰限值。（5）计算各台站周围各点接收场强根据无线电传播模型，计算出拟建台站和周围同频已建台站周围每个位置的接收场强，并绘制接收场强图。（6）计算拟建台站和已建台站干扰面积根据计算出的各点场强值，结合相关规范中对指定业务频段最小可用场强和边界干扰限值的要求，可快速分析出所有存在干扰现象的点。假设：台站的最小可用场强为Emin，边界干扰场强为Ei。如图3所示，通过传播模型计算出已建台站A的信号在a点位置场强为Eao，且EaoEmin，则a点在台站A的最大可用区域内。而拟建台站T的信号在a点位置场强为Eat，且EatEi，则a点在台站T的同频干扰区域内，因此台站T在a点将对台站A产生干扰。同理，通过传播模型计算出已建台站B的信号在b点位置场强为Ebo，且EboEi，则b点在台站B的同频干扰区域内，拟建台站T在b点的场强为Ebt，且EbtEmin，则b点在台站T的最大可用区域内，因此台站B在b点将对台站T产生干扰。同频干扰区域同频干扰区域同频干扰区域最大可用区域最大可用区域6点最大可用区域拟建台站T已建台站B点一已建台站A图3干扰区域计算CHINARADIO2023.668Monitoring&Testing监测检测4自动化测算的应用效果北京市无线电监测站在已立项的“无线电频率台站审批技术支撑系统建设项目”中已成功应用了自动化测算方法，并已取得一定成果。通过此次创新尝试，实现了以下功能，并验证了自动化测算方式可达到预期的效果。4.1绘制场强覆盖图利用传播模型计算工具计算台站周边各个位置的场强，并在电子地图中绘制场强覆盖图。无线电信号在空中的传播会产生损耗，距离发射天线越远，接收场强值越小。在实际场景中，无线电台站信号的传播将受到多种因素的影响，包括地形、地貌、遮挡、发射天线高度、接收天线高度等。图4为系统软件在加人各种影响因素后，通过传播模型计算工具计算后的台站场强覆盖图。可利用计算出的场强值，结合公式（3），计算出覆盖范围内每个点的功率值，并基于不同业务频段的干扰限值计算出干扰限值等值线，绘制无线电台站同频干扰区域图（见图5）。同频干扰区域大河用区城A图4实际无线电信号场强图5无线电台站最大可用区域覆盖图和同频干扰区域4.2自动规划测试点完成实测基于上述分析，可利用无线电传播模型计算工具计算出台站周围的边界干扰限值的区域，在电子地图上对测试点进行自动规划。在完成对指定测试点的测试后，系统可绘制无线电台站的干扰限值边界，然后利用无线电监测传感器对边界点进行测试。图6 为边界点路测场强轨迹图。4.3计算干扰区域，绘制干扰区域图如图7 所示，通过以上分析，可以得出已建台站对大场4.06dBM图6 边界点路测场强轨迹图拟建台站T存在相互干扰的结论。利用监测接收机在已知的干扰位置进行实测数据的验证，以保证最终审核结果的正确性。通过实测数据对模型计算数据进行校准后，可绘制出相对精确的干扰区域图，得到可能产生干扰的位置数据。通过此方法，可以快速全面地完成电磁环境测试、台站技术资料审批、临时频率指配等工作，提高工作效率并保证测试的全面性。边界干扰限值同频干扰区域拟建台站干扰区域同频已建台站图7 同频干扰区域量化分析4.4自动生成测试报告在完成测试后，系统可根据测试任务和测试结果自动生成可编辑的电子版测试报告。5总结在台站审批过程中，电磁环境测试是极其重要的环节。有效准确的电磁环境测试，可为拟建台站和已建台站的正常使用提供保证。同时，电磁环境测试是一项理论和实际紧密联系的工作，要求测试人员对测试过程中的每个关键点的数据以及影响因素有充分的了解，并且对于不同的环境和台站，做到具体问题具体分析。本文中阐述了几种常用的地面无线电台站的边界干扰限值分析方法，结合实际电磁环境测试工作中的问题和难点，提出了基于无线电监测传感器结合无线电传播模型的方法对电磁环境测试中的测试位置进行规划，并对边界干扰限值进行快速计算的方法。该方法可应用于自动化电磁环境测试、重大活动保障、临时频率指配、日常无线电台站电磁环境监测，文中同时对拟建台站和已建同频台站间的电磁兼容性进行了分析，希望能够为相关工作的开展提供参考。【