西藏自治區(qū)阿里地區(qū)無線電噪聲測量與分析

弓勇義+王聚杰+張連迎

摘 要： 針對西藏自治區(qū)阿里地區(qū)夏季高頻無線電噪聲情況進行了為期一個月的測量。將實測數據進行了處理，并與ITU?R P.372?10建議書的預測值進行了比較和分析。結果表明，該地區(qū)的無線電噪聲水平在2～8 MHz上晝夜變化較為明顯，在8～30 MHz上晝夜變化不大，在白天大部分頻段接近于ITU?R P.372?10建議書中農村級預測值。

關鍵詞： 無線電噪聲； ITU?R P.372?10建議書； 噪聲測量； 農村級預測值

中圖分類號： TN911.3?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）20?0141?04

Measurement and analysis of radio noise in Ngari Prefecture of Tibet Autonomous Region

GONG Yong?yi， WANG Ju?jie， ZHANG Lian?ying

（China Research Institute of Radio Wave Propagation， Qingdao 266107， China）

Abstract： HF radio noise in Ngari Prefecture of Tibet Autonomous Region was measured in a month in summer. The measured data was processed and compared with the predicted value in Recommendation ITU?R P.372?10. The results show that the diurnal change of the radio noise in this area is obvious between 2 MHz and 8 MHz， but is not obvious between 8 MHz and 30 MHz， and the radio noise in the most HF bands during daytime is close to the rural predicted value in Recommendation ITU?R P.372?10.

Keywords： radio noise； Recommendation ITU?R P.372?10； noise measurement； rural predicated value

0 引 言

在設計短波通信線路方案、評估短波通信質量或分析短波超視距雷達的噪聲環(huán)境時，外部噪聲是計算接收信噪比和評估通信質量時必須考慮的因素[1]。

短波段的無線電噪聲主要由大氣無線電噪聲、人為噪聲、銀河系噪聲等各類噪聲組成。大氣噪聲的傳播受電離層影響很大，其強度隨頻率、時間、季節(jié)、地理位置及氣候的改變而變化。因此，在工程應用中通常都是以統計形式取其季時段中值來進行計算。工程上一般依據CCIR322報告和ITU?R P.372建議書提供的一套全球大氣噪聲分布圖和人為噪聲的一組計算公式進行估算所需地區(qū)的無線電噪聲[2]。但是ITU?R P.372建議書所提供的一套全球大氣噪聲分布數據是基于1957—1961年在全球16個站點進行的無線電噪聲測量，人為噪聲則基于1966—1971年美國在其境內103個地區(qū)進行的測量[3] ，并沒有中國地區(qū)的實測數據。

因此，有必要獲得中國典型地區(qū)的實測數據，得到國內的實際無線電噪聲水平和分布情況。特別是環(huán)境較為惡劣、系統前期設計中無法輕易進行開展臨時測量的地方。鑒于此，2013年7—8月在西藏自治區(qū)阿里地區(qū)進行了為期一月的無線電噪聲測量，獲得了國內資料極難查閱到的國內高原地區(qū)的實測無線電噪聲水平。

1 測量原理

短波段的無線電噪聲是大氣無線電噪聲、人為噪聲、銀河系噪聲等各類噪聲的合成[4]。在實際測量中，一般情況下測量得到的也是測量點的綜合噪聲?？梢愿鶕y量點周圍的人為活動情況等來估計綜合噪聲中占主導地位的噪聲來源。

國際慣例中，外部無線電噪聲測量結果通常以外部無線電噪聲系數Fa的形式給出。在使用無損耗垂直單極子短天線時，接收點噪聲場強與外部無線電噪聲系數Fa的換算公式如下[4]：

[Fa=E+95.5-20lg f-10lgB] （1）

式中：Fa為外部無線電噪聲系數，單位為dB；E為噪聲場強的均方根值，單位為dBμV/m；f為測量頻率，單位為MHz；B為測量帶寬，單位為Hz。

根據公式（1）可以通過測量噪聲場強的方法得到外部無線電噪聲系數。

2 測量方法

2.1 測量設備

本次測量使用的測量接收機型號為ESCI，生產公司為德國R&S公司；測量天線為配套的1 m垂直桿天線，型號為HFH2?Z6，天線系數K為10 dB/m。為了在測量時間內獲取大量的實測數據，測量過程中利用計算機通過GPIB通信控制卡控制接收機實現全自動測量并自動存儲測量數據。

2.2 測量方法

本次測量頻率范圍為2～30 MHz。從2.5～29.5 MHz以1 MHz為間隔選擇了28個頻率作為測量的標稱頻率；在測量時為了避開人為發(fā)射信號及其他大功率干擾，對每個標稱頻率在測量前進行一組預掃頻測量，掃描范圍為標稱頻率±0.5 MHz，從掃描數據中選擇一個安靜頻率作為實際測量頻率開展定頻測量。

測量時接收機采用有效值檢波，測量帶寬為200 Hz，每個頻率單次總測量時間為3 min。全頻段單次測量時間約1 h，每天24 h循環(huán)測量[5]。

2.3 測量系統誤差

由ESCI型接收機和HFH2?Z6型天線組成的測量系統測量誤差最大為1 dB。按2.2節(jié)所述，實際測量時的測量頻率通常與標稱頻率不一致，由于這種頻率偏移引起的測量誤差最大為[20lg5.55]dB，約0.8 dB。

綜合考慮，整個測量系統的總測量誤差最大為[6][1×1+0.8×0.8]dB，約1.3 dB。

2.4 測量點簡介

測量點選在距離阿里地區(qū)獅泉河鎮(zhèn)4 km的地點。測試點四周方圓4 km內地勢較為平坦、開闊且極少有人為活動，沒有樹木、房屋等電磁障礙遮擋物，大約4 km處有山嶺圍繞。測量點的噪聲環(huán)境特征介于ITU?R SM.1753?2（09/2012）中規(guī)定的偏遠農村和農村之間[7]。

3 測量數據處理

3.1 處理方法

根據ITU?R P.372建議書中的預測數據的給出方法，將實測數據按照當地時間分為6個時段，分別為：00：00—04：00，04：00—08：00，08：00—12：00，12：00—16：00，16：00—20：00， 20：00—24：00，統計每個頻率在每個時段的所有定頻測量數據的中值。

3.2 處理結果

00：00—04：00，04：00—08：00，08：00—12：00三個時段的處理結果見圖1，12：00—16：00，16：00—20：00，20：00—24：00三個時段的處理結果見圖2。

圖1 00：00—04：00，04：00—08：00，08：00—12：00

三個時段處理結果

圖2 12：00—16：00，16：00—20：00，20：00—24：00

三個時段處理結果

為了更能直觀地看出無線電噪聲隨時間的變化，選取2.5 MHz，8.5 MHz，15.5 MHz，29.5 MHz四個頻率的所有時段的實測數據進行隨時段處理，結果見圖3。

圖3 典型頻率的處理結果

3.3 初步分析

（1） 測試點外部噪聲系數在頻段2～8 MHz內有明顯的晝夜變化。一般在12：00—16：00時段外部噪聲強度最低；在00：00—04：00時段內外部噪聲強度達到最高，晝夜變化最大可達24 dB。頻率越低，外部噪聲強度日變化越明顯。

（2） 測試點低頻段外部噪聲強度的晝夜變化符合大氣無線電噪聲的逐時變化特征。

（3） 在8～30 MHz頻段，外部噪聲系數也呈現出晝夜變化，但變化趨勢與低頻段正好相反。通常在白天時段高，夜間時段低，但晝夜變化幅度較小。

4 與預測數據的比較

4.1 各類噪聲預測值的合成

ITU?R P.372建議書給出了短波段大氣噪聲、人為噪聲和銀河噪聲的預測值。大氣噪聲預測數據可從ITU?R P.372建議書的大氣噪聲分布圖讀?。蝗藶樵肼暫豌y河噪聲的預測數據可由該建議書給出的公式計算得到。

由于本次實測過程中并未區(qū)分這三類噪聲，因此需要獲取三類噪聲預測值的合成作為該地區(qū)外部無線電噪聲的預測值。

用于合成三類噪聲的計算公式如下[6]：

[FamT=cln（αT）-σ2T2c2] （2）

[σT=cln1+βTα2T] （3）

[c=10/ln 10=4.343] （4）

[αT=i=1nexpFamic+σ2i2c2] （5）

[βT=i=1nα2iexpσ2ic2-1] （6）

式中：[FamT]為合成噪聲的中值；[σT]為合成噪聲的標準差；[Fami]為每個噪聲源的中值；[σi]為每個噪聲源的標準差。人為噪聲預測值取農村級別。

4.2 預測值與實測值的比較

選取2.5 MHz，8.5 MHz，15.5 MHz，29.5 MHz四個頻率作為典型頻率的實測處理結果與預測值的綜合噪聲比較見圖4～圖7。其余頻點實測值可從圖1和圖2中獲得。

圖4 2.5 MHz實測數據與預測值比較

圖5 8.5 MHz實測數據與預測值比較

圖6 15.5 MHz實測數據與預測值比較

圖7 29.5 MHz實測數據與預測值比較

4.3 實測值與預測值比較分析

總的看來，阿里測量點在白天時段實測外部噪聲強度非常接近于農村預測值，但在夜間時段頻率低端實測外部噪聲強度同預測值相比顯得較高。

4.4 進一步分析

為了進一步分析阿里地區(qū)的無線電噪聲與預測值具有偏差的原因，選取了距離阿里地區(qū)較近的印度實測數據進行對比分析。印度在1957—1961年由全印度無線電All India Radio（AIR）負責組織在德里進行了大氣無線電噪聲測量。德里測量點距離阿里測試點距離為500 km左右。我們獲得了印度德里測量點在2.5 MHz，5.5 MHz，10 MHz上，08：00—12：00，12：00—16：00，16：00—20：00，20：00—24：00四個時段的測量結果，與阿里實測結果對比圖見圖8～圖10。

圖8 2.5 MHz阿里與德里實測數據比較

圖9 5.5 MHz阿里與德里實測數據比較

圖10 10 MHz阿里與德里實測數據比較

由圖8～圖10可知德里夏季短波波段的外部噪聲強度日變化較小，夜晚時段的實測外部噪聲數據也是比較高的。阿里測試點實測數據在夜晚時段的短波頻段低端與德里實測結果相差不大。在短波中段阿里實測數據明顯低于德里數據。

導致阿里地區(qū)白天背景噪聲較低的原因可能與這一地區(qū)的獨特氣候特征有關，也與本地極低的人口密度有關。原則上，短波低端白天的環(huán)境無線電噪聲主要是由本地雷電和人為噪聲產生的；而夜間，不同地區(qū)的雷電脈沖能夠四面八方地傳播，阿里和德里地面距離較近，它們在夜間的大氣無線電噪聲強度相當是很自然的。

5 結 論

（1） 阿里測量點實測外部噪聲數據頻率地段晝夜變化明顯，外部噪聲強度與該地區(qū)自然噪聲和人為噪聲的一般變化規(guī)律相符合；

（2） 阿里實測數據與附近地區(qū)國際測量站測量數據對比分析表明：阿里測量點背景噪聲環(huán)境優(yōu)良，特別是在白天時段優(yōu)勢明顯。

通過此次測量，可以看出實測數據與預測值有些時段會有較大偏差，因此在短波通信工程設計中，應盡量對站點的外部無線電噪聲進行實地測量，以更準確地估計接收信噪比和評估通信質量。

參考文獻

[1] 胡繪斌，陳建忠.短波大氣噪聲的數值計算方法[J].通信技術，2010（7）：31?35.

[2] ITU Radiocommunication Assembly. ITU?RP. 372?10： radio noise [R]. Geneva： ITU， 2009.

[3] Department of Commerce Office of Telecommunications. OT Report 74?38： man?made radio noise [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1974.

[4] 焦培南，張忠治.雷達環(huán)境與電播傳播特性[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[5] ITU Radiocommunication Assembly. ITU? R SM. 1753?1： the measurement method of radio noise [R]. Geneva： ITU， 2009.

[6] 王化吉.EMC傳導發(fā)射測試測量不確定度評定[J].國外電子測量技術，2012（3）： 42?44.

[7] Department of Commerce Office of Telecommunications. NTIA Report 85?173： atmospheric radio noise： world levels and other characteristics [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1985.

圖8 2.5 MHz阿里與德里實測數據比較

圖9 5.5 MHz阿里與德里實測數據比較

圖10 10 MHz阿里與德里實測數據比較

由圖8～圖10可知德里夏季短波波段的外部噪聲強度日變化較小，夜晚時段的實測外部噪聲數據也是比較高的。阿里測試點實測數據在夜晚時段的短波頻段低端與德里實測結果相差不大。在短波中段阿里實測數據明顯低于德里數據。

導致阿里地區(qū)白天背景噪聲較低的原因可能與這一地區(qū)的獨特氣候特征有關，也與本地極低的人口密度有關。原則上，短波低端白天的環(huán)境無線電噪聲主要是由本地雷電和人為噪聲產生的；而夜間，不同地區(qū)的雷電脈沖能夠四面八方地傳播，阿里和德里地面距離較近，它們在夜間的大氣無線電噪聲強度相當是很自然的。

5 結 論

（1） 阿里測量點實測外部噪聲數據頻率地段晝夜變化明顯，外部噪聲強度與該地區(qū)自然噪聲和人為噪聲的一般變化規(guī)律相符合；

（2） 阿里實測數據與附近地區(qū)國際測量站測量數據對比分析表明：阿里測量點背景噪聲環(huán)境優(yōu)良，特別是在白天時段優(yōu)勢明顯。

通過此次測量，可以看出實測數據與預測值有些時段會有較大偏差，因此在短波通信工程設計中，應盡量對站點的外部無線電噪聲進行實地測量，以更準確地估計接收信噪比和評估通信質量。

參考文獻

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[7] Department of Commerce Office of Telecommunications. NTIA Report 85?173： atmospheric radio noise： world levels and other characteristics [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1985.

圖8 2.5 MHz阿里與德里實測數據比較

圖9 5.5 MHz阿里與德里實測數據比較

圖10 10 MHz阿里與德里實測數據比較

由圖8～圖10可知德里夏季短波波段的外部噪聲強度日變化較小，夜晚時段的實測外部噪聲數據也是比較高的。阿里測試點實測數據在夜晚時段的短波頻段低端與德里實測結果相差不大。在短波中段阿里實測數據明顯低于德里數據。

導致阿里地區(qū)白天背景噪聲較低的原因可能與這一地區(qū)的獨特氣候特征有關，也與本地極低的人口密度有關。原則上，短波低端白天的環(huán)境無線電噪聲主要是由本地雷電和人為噪聲產生的；而夜間，不同地區(qū)的雷電脈沖能夠四面八方地傳播，阿里和德里地面距離較近，它們在夜間的大氣無線電噪聲強度相當是很自然的。

5 結 論

（1） 阿里測量點實測外部噪聲數據頻率地段晝夜變化明顯，外部噪聲強度與該地區(qū)自然噪聲和人為噪聲的一般變化規(guī)律相符合；

（2） 阿里實測數據與附近地區(qū)國際測量站測量數據對比分析表明：阿里測量點背景噪聲環(huán)境優(yōu)良，特別是在白天時段優(yōu)勢明顯。

通過此次測量，可以看出實測數據與預測值有些時段會有較大偏差，因此在短波通信工程設計中，應盡量對站點的外部無線電噪聲進行實地測量，以更準確地估計接收信噪比和評估通信質量。

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