干擾鏈路計算中頻率相關(guān)抑制算法研究＊

武戈，魯黎

（1 重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點實驗室，重慶 400065; 2 重慶郵電大學(xué)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)化控制教育部重點實驗室，重慶 400065）

干擾鏈路計算中頻率相關(guān)抑制算法研究＊

武戈1，魯黎2

（1 重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測試技術(shù)重點實驗室，重慶 400065; 2 重慶郵電大學(xué)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)化控制教育部重點實驗室，重慶 400065）

本文對WLAN與雷達系統(tǒng)之間干擾鏈路計算中的頻率相關(guān)抑制算法（FDR）進行研究，通過使用OoB域內(nèi)頻點序列，采用離散方法得到頻率相關(guān)抑制FDR，得出兩系統(tǒng)共存時FDR與干擾限值和干擾隔離之間的關(guān)系，為WLAN和雷達系統(tǒng)間共存提供必要的理論支持。

頻率相關(guān)抑制；干擾計算；干擾隔離

確定性計算是基于鏈路預(yù)算，通過數(shù)值計算，得出系統(tǒng)共存所需的隔離度。其中FDR作為干擾源與接收機間的干擾耦合機制的衡量尺度，是衡量由接收機的選擇性曲線產(chǎn)生的對無用發(fā)射機發(fā)射頻譜的抑制程度，可以解決許多干擾評估的問題，為WLAN和雷達系統(tǒng)間干擾共存提供理論支持。因此本文對頻率相關(guān)抑制FDR進行了研究，給出了頻率相關(guān)抑制FDR的基本原理，通過對發(fā)射頻譜掩膜的計算，得出雷達對WLAN的頻率相關(guān)抑制，進而得出FDR與保護間隔之間的關(guān)系，為WLAN與雷達系統(tǒng)共存提供理論支持。

1 頻率相關(guān)抑制基本原理

FDR是干擾源與接收機間的干擾耦合機制的衡量尺度[1]，可以表示為：

其中，P（f）為干擾信號等效中頻的功率譜密度，H（f）為接收機的頻率響應(yīng)，△f=ft-fr，ft為干擾源的即時頻率，fr為接收機的調(diào)諧頻率。

FDR可以分為調(diào)諧抑制（OTR）和頻率失調(diào)抑制（OFR）兩項，當頻率間隔為0時，即干擾發(fā)射機與被干擾接收機同頻時，F(xiàn)DR可近似表示為：

其中，BR為被干擾接收機3 dB帶寬，BT為干擾發(fā)射機3 dB帶寬。

2 頻率相關(guān)抑制算法

2.1 參考帶寬選取

每個特定的雷達系統(tǒng)應(yīng)計算特定的雜散域發(fā)射電平所需的參考帶寬。對于固定頻率、非脈沖編碼雷達，參考帶寬為脈沖長度的倒數(shù)；對于固定頻率、相位編碼脈沖雷達，參考帶寬為相位脈沖串長度的倒數(shù)；對于調(diào)頻或線性調(diào)頻雷達，參考帶寬為雷達帶寬除以脈沖長度所得值的平方根。

對于使用上述方法確定其帶寬大于1 MHz的雷達，應(yīng)使用1 MHz的參考帶寬。

2.2 發(fā)射波形頻譜40 dB帶寬算法

對于雷達系統(tǒng)，建立一個通用的OoB域發(fā)射限值的主要難度在于系統(tǒng)和發(fā)射波形的多樣性。OoB域發(fā)射限值是以發(fā)射波形頻譜的40 dB帶寬（用B-40表示）為基礎(chǔ)的。

對于非調(diào)頻非脈沖編碼雷達、非調(diào)頻相位編碼脈沖雷達，發(fā)射機B-40dB帶寬可表示為：

其中，t為脈沖寬度，tr脈沖上升時間。對于輸出功率大于100 kW的雷達，K為6.2；對于低功率雷達和工作于2 900～3 100 MHz以及9 200～9 500 MHz兩個頻段內(nèi)的雷達，K為7.6。公式（3）中之K選擇二者中較小者。

對于調(diào)頻脈沖雷達，發(fā)射機B-40dB帶寬可由公式（4）表示：

其中，Brise用于上升時間，Bfall用于下降時間，Brise&fall用于上升和下降時間的組合；τ為包括上升和下降時間的脈沖長度； Bc為脈沖生成過程中的總頻偏；Bs為載頻發(fā)生偏移的最大范圍，在非跳頻的情況下等于0。

公式（4）成立需滿足Bc`Minimum(tr，tf)大于等于0.1且Bc`τ必須大于10。否則，在其它情況下，使用公式（5）如下：

其中，當K=6.2時，A=0.105，當K=7.6時，A= 0.065。

對于未調(diào)制的CW雷達， B-40dB的帶寬為：

B-40=0.000 3F (6)

其中FC為載頻。

對于頻率調(diào)制的連續(xù)波雷達，B-40dB帶寬表示為：

式中BR為總頻偏且T為脈沖期。對于使用跳頻的FMCW雷達，需在B-40dB帶寬公式內(nèi)加入Bs。

2.3 OoB掩膜算法

根據(jù)《無線電規(guī)則》，OoB掩膜是從發(fā)射波形頻譜40 dB帶寬衰減到所規(guī)定的雜散電平[2]。雜散電平選取43+10lg（PEP）和60 dB之中較寬松者，PEP為峰分組功率。

對于非調(diào)頻非脈沖編碼雷達、調(diào)頻脈沖雷達、調(diào)頻脈沖跳頻雷達，掩膜每10倍頻衰減30 dB，結(jié)果如圖1所示。

對于非調(diào)頻相位編碼脈沖雷達、頻率調(diào)制連續(xù)波雷達、頻率調(diào)制連續(xù)波跳頻雷達，掩膜每10倍頻衰減20 dB，結(jié)果如圖2所示。

采用離散的方法通過選取頻譜模版上的頻點序列來求FDR。

首先選取雷達與WLAN臺站之間的中心頻率間隔△f為中心，選取f1=△f-Bw/2，f2=△f+Bw/2。然后分別拿f1和f2與頻譜模版的邊界edge1和edge2進行比較，負半軸方向選取f1和edge1之間較大的，設(shè)為起始點f1；正半軸方向選取f2和edge2之間較小的，設(shè)為結(jié)束點f2，序列點之間以參考帶寬為間隔。

圖1 非調(diào)頻非脈沖編碼雷達、調(diào)頻脈沖雷達、調(diào)頻脈沖跳頻雷達OoB掩膜

圖2 非調(diào)頻相位編碼脈沖雷達、頻率調(diào)制連續(xù)波雷達、頻率調(diào)制連續(xù)波跳頻雷達OoB掩膜

但是，需要做一個分辨濾波器帶寬一半的調(diào)節(jié)來排除鄰頻段外能量所包含的成分。所以功率總和需要從f1+Bref/2開始。

采用離散方法，對于n個序列點，得出落到發(fā)射機頻譜掩膜內(nèi)的掩膜，其中G（f）為OoB掩膜函數(shù)。

采用離散方法，對于N個頻點序列，得到發(fā)射功率為：

最后把公式（8）和公式（9）得到的值帶入公式（1）得出頻率相關(guān)抑制FDR。

3 頻率相關(guān)抑制結(jié)果分析

根據(jù)ITU-R SM.337建議書，采用光滑地球表面繞射傳播模型[4]，路徑損耗L和FDR的關(guān)系用公式（10）表示：

其中，Pt為干擾發(fā)射機功率，Gt、Gr分別為發(fā)射和接收天線增益。

采用I/N=-6 dB干擾保護準則[5]，以ITU-R M.1638建議書中雷達A為例，表1給出了雷達和WLAN臺站在不同的頻率間隔的情況下，得到的理論干擾限值和干擾隔離。FDR與干擾限值和干擾隔離的關(guān)系分別由圖3和圖4表示。

采用光滑地球表面繞射傳播模型，在雷達主瓣正對的條件下，雷達與WLAN頻率間隔越大，頻率相關(guān)抑制越強，得到的干擾限值越小，所需的干擾保護距離也越小。當干擾保護距離小于視距邊界時，即WLAN臺站處于雷達視距范圍內(nèi)，F(xiàn)DR對干擾隔離影響顯著，如圖6所示。在實際場景中，受實際地形地貌以及雷達方向等多方面因素的影響，雷達主瓣基本上不能與WLAN天線正對，所需的隔離距離將會更小。

表1 FDR與雷達和WLAN臺站干擾隔離的關(guān)系

圖3 FDR與干擾限值的關(guān)系

圖4 FDR與隔離距離的關(guān)系

5 結(jié)論

本文對WLAN與雷達系統(tǒng)之間干擾鏈路計算中的頻率相關(guān)抑制算法進行研究，得出WLAN和雷達之間的頻率間隔的越大，接收機的選擇性曲線對無用發(fā)射機發(fā)射頻譜的抑制程度越強，所需的隔離距離越小，F(xiàn)DR可廣泛用于系統(tǒng)共存研究。

[1] ITU-R，F(xiàn)requency and Distance Separations，Recommendation ITU-R SM.337-6[S]. 2008.10.

[2] ITU-R，Unwanted Emissions in the Out-of-Band Domain，Recommendation ITU-R SM[S]. 1541-4，2011.9.

[3] ITU-R，Characteristics of and Protection Criteria for Sharing Studies for Radiolocation, Aeronautical Radionavigation and Meteorological Radars Operating in the Frequency Bands between 5 250 and 5 850 MHz ，Recommendation ITU-RM[S]. 1638，2003.

[4] ITU-R，Propagation by Diffraction，Recommendation ITU-R[S]. 2009. P.526-11.

[5] ITU-R，Procedures for Determining the Potential for Interference between Radars Operating in the Radiodetermination Service and Systems in Other Services, Recommendation ITU-RM[S]. 2003.1461-1.

Study of frequency dependent rejection in interference link

WU Ge1, LU Li2
(1 Engineering Research Center on Communication Networks Testing Technology, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China; 2 Key Lab of Industrial Wireless Network and Networked Control, Ministry of Education, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

The algorithm of frequency dependent rejection between WLAN and meteorological radar system is studied by using frequency sequence in the method of discrete to get the relationships between FDR and the distance separations. The results provide theoretical support for coexistence between WLAN system and meteorological radar system.

FDR; interference calculations; distance separations

TN955

A

1008-5599（2013）12-0081-05

2013-09-03

國家科技重大專項資助項目（2012ZX03001021-004）；重慶市科委自然科學(xué)基金（重點）項目（cstc2013jjB0136）。