基于業(yè)務(wù)的VHF UHF通信可達(dá)預(yù)測(cè)模型

孫 翔，張海勇

（海軍大連艦艇學(xué)院 信息與通信工程系，遼寧 大連 116018）

0 引言

完整 VHF，UHF通信系統(tǒng)，指從發(fā)射機(jī)開(kāi)始，經(jīng)由發(fā)射天線(xiàn)和傳播路徑，到達(dá)接收天線(xiàn)的整體。由于接收機(jī)的型號(hào)種類(lèi)繁多，參數(shù)不一[1]，故這里只考慮到接收天線(xiàn)的情況。其中，包括了信號(hào)功率預(yù)測(cè)，噪聲功率預(yù)測(cè)兩個(gè)主要計(jì)算模塊，繼而可以得到接收天線(xiàn)的信噪比。而不同的業(yè)務(wù)所需最低信噪比是已知的，因此，預(yù)測(cè)了接收天線(xiàn)的信噪比值，與根據(jù)相應(yīng)業(yè)務(wù)查表得到的信噪比值對(duì)比可得該業(yè)務(wù)是否可以達(dá)成的最終預(yù)測(cè)結(jié)果。

1 信號(hào)功率預(yù)測(cè)

對(duì)信號(hào)功率的預(yù)測(cè)，分為場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值預(yù)測(cè)和場(chǎng)強(qiáng)換算成功率兩個(gè)部分進(jìn)行處理。這是因?yàn)椋壳皥?chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)有很多成熟可靠的計(jì)算方法，而且在計(jì)算過(guò)程中，路徑中的耗損用場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算比較簡(jiǎn)便，而最終在接收天線(xiàn)換算成功率的方法也很簡(jiǎn)單可靠。

1.1 場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)模塊

場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)模塊主要根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）R-REC-P.1546-4建議書(shū)[2]所提供的數(shù)據(jù)和方法，該建議書(shū)對(duì)30～3 000 MHz頻率范圍內(nèi)地面業(yè)務(wù)點(diǎn)對(duì)面無(wú)線(xiàn)電傳播的預(yù)測(cè)方法做了說(shuō)明。該方法可以用于有效發(fā)射天線(xiàn)高度小于3000 m、路徑長(zhǎng)度在1～1000 km之間的陸地路徑、海面路徑和陸地—海面混合路徑上的對(duì)流層無(wú)線(xiàn)電電路，該方法的基礎(chǔ)是對(duì)經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出場(chǎng)強(qiáng)曲線(xiàn)進(jìn)行內(nèi)插/外推，進(jìn)而計(jì)算得到某個(gè)點(diǎn)上的場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值。

1.2 工程化實(shí)現(xiàn)

R-REC-P.1546-4建議書(shū)給出了大量的圖表和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)方法是根據(jù)頻率、傳播路徑類(lèi)型等參數(shù)進(jìn)行查圖表和讀數(shù)據(jù)（24張圖表，一萬(wàn)多個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)），效率十分低下。現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行工程實(shí)現(xiàn)，基于Matlab的GUI界面如圖1所示，得到該組參數(shù)下的場(chǎng)強(qiáng)值為8.947dB(μV/m)。

圖1 基于R-REC-P.1546-4的工程化實(shí)現(xiàn)軟件界面

1.3 場(chǎng)強(qiáng)功率轉(zhuǎn)換

若接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為rEdB(μV/m)，則經(jīng)過(guò)接收天線(xiàn)的接收功率rP可表示為[3]：

式中，f為頻率，單位MHz；D為接收天線(xiàn)方向性系數(shù)。幾種典型天線(xiàn)的方向性系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 典型天線(xiàn)的方向性系數(shù)

2 噪聲功率預(yù)測(cè)

國(guó)際電話(huà)電報(bào)公司（美國(guó) ITT）將噪聲分為 6種[4]：①大氣噪聲；②太陽(yáng)噪聲；③銀河噪聲；④郊區(qū)人為噪聲；⑤市區(qū)人為噪聲；⑥典型接收機(jī)的內(nèi)部噪聲。由于文中主要針對(duì)接收天線(xiàn)之前的路徑噪聲影響[5]，故不考慮接收機(jī)內(nèi)部噪聲。VHF，UHF頻率范圍為30～3000 MHz，在此范圍內(nèi)，大氣噪聲、銀河噪聲和太陽(yáng)噪聲相對(duì)于人為噪聲可以忽略不計(jì)，故只需按照傳播路徑確定所受人為噪聲影響即可。

噪聲功率通常表示為[6]：

式中，B為系統(tǒng)有效噪聲功率帶寬（Hz），F(xiàn)am是噪聲中值系數(shù)，表示為 Fam= c - d l g f ，常參數(shù)c和d的取值情況與傳播路徑有關(guān)，見(jiàn)表2。 Fam隨頻率（0.2～300 MHz）變化的曲線(xiàn)見(jiàn)圖2，圖2中D、E曲線(xiàn)分別為寧?kù)o鄉(xiāng)村和銀河背景噪聲。圖2可以看出銀河噪聲背景相對(duì)于人為噪聲可以忽略不計(jì)。

表2 常數(shù)c和d的取值

圖2 短垂直無(wú)耗損天線(xiàn)的amF 隨頻率變化情況

3 業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的信噪比

典型的業(yè)務(wù)都有統(tǒng)一的最低信噪比要求，當(dāng)接收信號(hào)信噪比大于或等于所需最低信噪比時(shí)，此業(yè)務(wù)可以達(dá)成。由于業(yè)務(wù)種類(lèi)比較多，而同一業(yè)務(wù)根據(jù)服務(wù)對(duì)象要求通信質(zhì)量不同又可能分成幾個(gè)不同等級(jí)，每個(gè)等級(jí)也對(duì)應(yīng)了一定的最低信噪比要求，一般采用查手冊(cè)或表格的方法確定所需最低信噪比。例如，按照國(guó)際電報(bào)電話(huà)咨詢(xún)委員會(huì)（CCITT）規(guī)定，話(huà)音質(zhì)量分為五級(jí)，按照主觀(guān)印象評(píng)定。其標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表 3。對(duì)于公共移動(dòng)通信網(wǎng)，話(huà)音質(zhì)量不低于4級(jí)，相當(dāng)于要求音頻信噪比大于29 dB；對(duì)于專(zhuān)用移動(dòng)通信網(wǎng)，話(huà)音質(zhì)量不低于3級(jí)，相當(dāng)于要求音頻信噪比大于20 dB。而按照CCIR 339-6號(hào)建議規(guī)定，勉強(qiáng)可供商用的音頻信噪比為15 dB，良好商用需要音頻信噪比33 dB。

一些典型的業(yè)務(wù)[7-8]見(jiàn)表4和表5。

表3 CCITT話(huà)音質(zhì)量五級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表4 幾種典型電報(bào)業(yè)務(wù)

表5 幾種典型話(huà)音業(yè)務(wù)

以A1A電報(bào)8波特業(yè)務(wù)為例，采用理想地面上四分之一波長(zhǎng)天線(xiàn)，結(jié)合1.2節(jié)中各輸入?yún)?shù)和得到的場(chǎng)強(qiáng)值，預(yù)測(cè)以陸地為傳播路徑的可達(dá)情況。

則:信噪比 = 1 8.56dB ＞ -4dB 。

所以，該業(yè)務(wù)在此種條件下可達(dá)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，文中介紹了基于業(yè)務(wù)的完整 VHF，UHF通信系統(tǒng)可達(dá)預(yù)測(cè)模型的原理和使用方法，模型包括3個(gè)主要部分，分別是信號(hào)功率預(yù)測(cè)模塊、噪聲功率預(yù)測(cè)模塊和與業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)的最低信噪比查詢(xún)模塊。3個(gè)模塊計(jì)算得到的中間數(shù)據(jù)可以為本系統(tǒng)最終預(yù)測(cè)提供支持，也可以用作其他指標(biāo)判斷的依據(jù)。文中所需數(shù)據(jù)在某些發(fā)射類(lèi)型上予以省略，讀者如有需要可聯(lián)系作者。本工作組同時(shí)對(duì)模型進(jìn)行了工程化處理，采用軟件代替人工進(jìn)行計(jì)算與處理，提高了工作效率，具有顯著的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1] 李鐵彪. 一種新型 VHF跳頻多工器方案探討[J].通信技術(shù),2010,2010,43(09):62-64.

[2] 30 MHz至3 000 MHz頻率范圍內(nèi)地面業(yè)務(wù)點(diǎn)對(duì)面預(yù)測(cè)的方法. ITU Report 1546-4.Radiowave propagation [R].Geneva:ITU,2009.

[3] 熊皓. 無(wú)線(xiàn)電波傳播[M].北京：電子工業(yè)出版社. 2002.

[4] 翁木云，張其星，謝紹斌,等．頻譜管理與檢測(cè)[M]．北京:電子工業(yè)出版社.

[5] 賈立印,雷斌,鐘圣.檢測(cè)電磁環(huán)境的構(gòu)建與評(píng)估方法研究[J].通信技術(shù),2010,43(11):56-59.

[6] 無(wú)線(xiàn)電噪聲. ITU Report 372-10:Radio Noise [R].Geneva: ITU,2010.

[7] 在完整系統(tǒng)中的帶寬、信號(hào)噪聲比和衰落余量. ITU Report 339-7:Fixed Service [R].Geneva:ITU,2011.

[8] 郵電部北京設(shè)計(jì)院.電信工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（13移動(dòng)通信）[M].北京：人民郵電出版社，1991.