無線電騷擾統(tǒng)計參量的檢測及應用

0 引言

作為一種新的測量方法和研究騷擾特性的手段,幅度概率分布(APD)和噪聲幅度分布(NAD)等統(tǒng)計測量方法正受到業(yè)界的廣泛關注。隨著CISPR把APD測量方法提到標準議程,國內越來越多的學者也開始關注這一新的測量方法。

無線電噪聲統(tǒng)計測量方法可以追溯到上世紀50年代,但之所以稱之為一種新的測量方法是因為最初的統(tǒng)計測量方法主要是用來分析大氣噪聲,隨后又用來研究城市噪聲等人為干擾,但是如何應用這些統(tǒng)計模型,當時還沒有進一步的研究。最近幾年,隨著數(shù)字通信的飛速發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的峰值、準峰值等測量方法無法用來預測騷擾對數(shù)字通信系統(tǒng)性能的影響,尤其是在預測脈沖性質的騷擾對數(shù)字通信系統(tǒng)性能的影響方面,傳統(tǒng)的測量方法更顯得無能為力;谶@種考慮,國際學術界開始關注騷擾的統(tǒng)計參量與數(shù)字通信系統(tǒng)性能之間的關系。經過研究發(fā)現(xiàn),騷擾的統(tǒng)計參量,尤其是幅度概率分布(APD)和噪聲幅度分布(NAD)與數(shù)字通信系統(tǒng)誤碼率之間具有很大的關聯(lián)性。在這方面,本文作了一些初步的研究,文章的第三部分將展示部分實驗結果。

目前,CISPR已經討論通過了APD測量儀器的標準草案,相信正式的國際標準不久將會出臺,F(xiàn)在國際上對APD統(tǒng)計測量方法的研究主要集中在研究統(tǒng)計參量與各種制式數(shù)字通信系統(tǒng)性能之間的關系,以及如何通過這些統(tǒng)計參量來預測騷擾對各種制式數(shù)字通信系統(tǒng)的影響。這些研究結果對于制定APD等統(tǒng)計參量的限值標準具有重要的意義。目前對于限值標準,CISPR的各個產品委員會還沒有統(tǒng)一的建議,因此我們也應該加強這方面的研究工作,積極地參與到標準的制訂中。這對于今后的無線電設備檢測工作將具有深遠的意義。

此外,國際上有學者用APD等統(tǒng)計測量方法來研究低功率小信號,如超寬帶信號等對通信系統(tǒng)性能的影響。因為這些低功率譜密度的信號按照常規(guī)的檢測方法很容易淹沒在背景噪聲之中,而APD等統(tǒng)計測量方法在這方面提供了一個很好解決方案。這也給無線電設備檢測工作提出了一個新的研究方向。

1 統(tǒng)計測量理論基礎

APD等統(tǒng)計測量方法建立在概率論和數(shù)理統(tǒng)計的基礎之上。統(tǒng)計測量最重要的一個目的是獲得無線電騷擾的概率密度函數(shù),這是統(tǒng)計參量的基礎,在最初的研究中,有兩種備選方案:

(a)在某一時間間隔Δt內騷擾電平位于區(qū)間[y0,y0+Δy]內的概率,用公式(1)表示為:

(1)。

(b)在某段時間Δt內騷擾電平超過y0的概率,用公式(2)表示為:

(2)。

其中f(y)表示的是騷擾的概率密度函數(shù)。

考慮到實際電路實現(xiàn)的復雜程度,選用公式(2)給出的表達式作為測量方法的基礎,而(2)給出的公式正是我們現(xiàn)在正在研究的幅度概率分布(APD)的一種表述形式,它給出了APD與概率密度函數(shù)之間的關系。

CISPR給出的APD定義為:干擾幅度超過規(guī)定電平的時間概率,即:

(3)。

其中P(Ai)是干擾包絡的累積概率分布,其離散的形式可寫為:

(4)。

其中R是門限電平,T是測量總時間,tk是第k個幅度超過R的脈沖的持續(xù)時間。

APD是包絡的一階統(tǒng)計量,它反映了干擾的幅度統(tǒng)計特性。

另一個重要的統(tǒng)計參量是噪聲幅度分布(Noise Amplitude Distribution, NAD),它表示的是包絡正向穿過某個電平的速率,即:

NAD(Ai)=n(Ai)/T (5)。

其中n(Ai)表示在時間T內正向穿過Ai的次數(shù)。NAD描述了干擾包絡的時間統(tǒng)計特性。

此外還有兩個常用的統(tǒng)計參量是脈沖持續(xù)分布(Pulse Duration Distribution,PDD)和脈沖間隔分布(Pulse Spacing Distribution,PSD)。脈沖持續(xù)分布表示的是脈沖持續(xù)時間超過某個值的概率,而脈沖間隔分布描述的是脈沖間隔時間超過某個值的概率,這兩個參數(shù)互為補充,反映了包絡的時間統(tǒng)計特性。


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