无线电噪声测量方法.docx

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1、ITU-R SM.1753 建议书无线电噪声测量方法(ITU-R 1/45号研究课题)(2006)范围为进行无线电噪声测量，需要一种与频率无关的通用测量方法，以便让不同测量系统得到的测量结果 具有可比性、准确性和可重复性。本建议书提供了一套测量过程或者步骤，这些过程或者步骤应与测量程 序有机结合，以便得到的结果具有可比性。国际电联无线通信全会，考虑到a) 因为采用了新的无线电通信系统(例如超宽带(UWB)和电力线通信(PLO), ITU-RP.372建议 书中规定的无线电噪声电平可能会提高；b) 为了有效地进行频谱管理，主管部门需要知道确切的噪声电平；c) 为使多次测量的结果能够相互比对，有必

2、要调整测量方法，注意到a) 频谱监测手册中包含大量关于监测和测量设备的信息；b) 对于噪声测量，有必要提出其他的接收机规范，建议1 应按照附件1所述的要求开展无线电噪声测量。附件1无线电噪声测量方法1 引言本附件描述了在实际无线电应用中与频率无关的无线电噪声测量方法。2 无线电噪声的特征根据ITU-RP.372建议书中的定义，无线电噪声是来自于多个发射源的无线电发射总和，并且这些发射 不是来自无线电发射机。在给定测量地点，如果没有单一的噪声源占主导，那么无线电噪声在幅度上服从 正态分布，此时无线电噪声可以看做高斯白噪声。如果信号来自于单一信号源，例如脉冲和连续载波，那 么这种情况则不在本建议书

3、所讨论的无线电噪声测量范围内，应不予考虑。3 设备规范3.1接收机测量接收机可以是标准的可搬运测量接收机，也可以是满足一些额外条件的频谱分析仪，例如设备的 本底噪声低、频率与增益稳定性高，这些条件对于噪声测量都必不可少。表1并未说明一组新的测量接收 机规范，而只是指出了用于无线电噪声测量的接收机必须具备的附加要求或特定要求。表1接收机功 能频率范围频率范围9 kHz-30 MHz30-500 MHz0.5-3 GHz输入驻波比（天线输入端）50 Q,标称值 20( 3 MHz)100二阶截断点（dBm） 60( 3 MHz)50预选器一套亚倍频程滤波器 或者追踪滤波器追踪或者固定滤波器 低通/

4、高通滤波器噪声系数15dB(2MHz)灵敏度（500 Hz带宽）（dBpV）TO-7-7本振相位噪声（dBc/Hz）-12010 kHz偏置频率-10010 kHz偏置频率-10010 kHz偏置频率中频抑制（dB）8090 100镜频抑制（dB）8090 100日动增益控制（AGC）测量输出应不使用AGC测量设备的电磁兼容性，包括（dB）计算机和接口 （dB）测虽设备产生和接收到的所有干扰信号应低于被测噪声平均值至少10 dB为计算等效噪声带宽，应准确知道接收机的中频选择性（6至60 dB）,这样才能比较不同中频滤波器 条件下的测量结果。3.2低噪声放大器(LNA)当频率20 MHz时，必须

5、使用低噪声放大器。如果采用均方值检波方式，为保证测量准确度设备本底噪声应至少低于所测量的噪声10dBo低噪声放 大器可以帮助实现这个目标。表2给出了这类低噪声放大器的技术要求。表2并未说明一组新的测量接收 机或LNA规范，而只是指出了用于无线电噪声测量的LNA必须具备的附加要求或特定要求。表2低噪声放大器功 能频率范围20-50 MHz50-500 MHz0.5-3 GHz输入驻波比(天线输入端)50。，标称值1.5增益(dB)182525增益稳定度在 10-30 C 之间0.1dB噪声系数(dB)222在相关频带内增益的平坦度(dB)0.10.20.5当使用低噪声放大器时应谨防接收机过载。夕

6、卜接带通滤波器可以防止接收机过我。3.3 天线现在没有通用的天线对所有类型的噪声进行测量，也没有通用的天线适用于所有频带，但是却有一般 性的要求。天线的辐射方向图应根据被测噪声的传播方式进行优化，这些传播方式例如：天波、直射波。 天线的增益应随着相应的接收11径尽可能保持恒定。噪声尽管会受到周【韦I环境条件的影响，但是噪声本身 是没有极化的，所以应当采用无极化的天线或者组合天线进行测量。如果把天线放置在周围噪声源是均匀 分布的环境中，那么相对于把天线放在以给定角度接收噪声的环境的情况，天线的方向图的重要性则大大 降低。对于这种均匀分布的环境，只有随天线I】径的天线效率或者平均增益会影响到天线校

7、正因子。高频 波段尤其是这种情况。频率越低，天线方向图的影响越大。3.4 不确定度分析噪声测量的最终结果应反映到真实值上。如果使用其他的测量设备，这个真实值也应该能够再现。在 测量中还要关心平均准确度以及测量值变化门限值。对于每次噪声测量都要进行不确定度分析，并旦这种 不确定度应该包含所有分量。以上信息可以在例如国际标准化组织(ISO)的“测量中不确定度的表述指南” 中找到。图15 MHz频带测试图TSONERA；光谱图；廿期：04-09-20035 000频率范围（kHz）5 500 dB(pV/m)4 5004 测量方法/算法噪声测量大体上可以分为两种方法，一种方法是使用均方根检波器来检测

8、噪声功率；另一种方法是使 用采样检波器来获取原始数据。这两种方法的最终测试结果类似，但是两种方法在如何处理和数据表示上 有区别。均方根检波器方法更适用于HF波段的噪声测量，采样检波器测试方法更适用于VHF/UHF波段的 测量。4.1频带或频率的选择在进行噪声测量时可以对单个频率（频道）进行测量，也可以对某一频带（例如100 kHz）进行测量。 这些测量可以自动进行，数据结果也可以按照预定的协议进行处理。在进行频带测量时，所测量频带内大信号越少，测量结果的质量就会越高。历史测量数据可有助于在 测量频带内选择占用度低的频带。对于单频率测量的情况，该频率应是干扰信号低占用的频率。虽然原始 采样数据能

9、够合成频率扫描数据，但是单频率测量更具有实际意义。2423222120191817161514131753-01图1举例是对4 500-5 500 kHz频带进行24小时测量，其中对5 250-5 350 kHz进行进一步测量。图2 是对这个频带的24小时的测量结果，这个结果用来计算噪声电平。图2所选择的52505350kHz测试图TSONERA；光谱图；廿期：05-09-20032015105052505300频率.范围(kHz)(芝、寸邛。0)匡云6050403020100 -105 350dB(gV/m)1753Q24.2频谱仪/接收机设置为了能够提供有用的测量结果，部分设置如表3：表3

10、频谱仪/接收机设置测量时间一般每隔10 s或20 s产生一次结果比较可行，所以扫描时间或者原始数据处理时间为10至20 s频率范围观测频率范围完全取决于被选频带的使用情况。这些频带可以分成若干子频带或者频率分辨率带宽如果采用频率扫描的方法，滤波器带宽取决于所要求的频率分辨率：如果采用原始数据采样的方法， 那么分辨率带宽应为采样频率的两倍以上。滤波器波形因子应根据使不同接收机的测星结果可以比较 的原则进行选择检波器对于噪声功率测量，必需要真正的均方根检波器，其他类型的检波器都不是太合适。当测量值高于设 备本底噪声不足10 dB时，检波器通常需要校准。原始数据方法需要使用采样检波器，因为这种方法

11、在后期处理过程中会使用均方根校准衰减器3dB接收机输入端的滤波器应有合适的阻抗以减小测量的不确定度预选滤波器打开4.3 测量周期测量周期应当选择那些主观判断噪声没有显著变化的时间段。例如，为了能反映白天和晚上的变化情 况，通常测量周期都会大于或等于24个小时。为了能反映不同季节之间的差异，噪声测量每年都会重复做 好几次。也有不考虑季节的影响测量周期大于或等于24小时的情况，例如，本地产生的噪声会在工作时间 内随着设备的开关而变化。4.4 后期处理频谱分析仪可以看做以一系列频率步长扫描频谱。通常现代频谱仪的频率步长会在500到10 000之间。 如果扫描时间是10 s,那么测量结果会是一个500

12、 x 8 600到10 000 x 8 600的场强数据库（矩阵）。为了能 去除某些部分的测量结果和采用不同的统计方法，该数据库时候应采用专用软件进行处理。4.4.1处理和绘制顺序表4所示不同处理方法的处理顺序。表4处理步腺处理步骤频率扫描单频点原始数据采样天线K因子校正结果（见第4.5.1节）XXX设备噪声校正结果（见第4.5.2节）XXX滤波器形状/带宽校正（见第4.5.3节）XXX绘制原始数据的功率密度谱（PDF）X计算每一段原始采样的均方根值X选取包含噪声的采样点：一按照递增的顺序选取每次扫描的数据矩阵-按照采样点20% （或者.1%）大小来区别噪声点和非噪声点一抽取20% （或者*%

13、）作为有效数据（见第4.6节）一修正20% （或者*%）的数据（见第4.5.4节）XX可选计算每次扫描中*%抽取值的平均值XX可选计算每10次或者次扫描的最小值、平均值和最大值XX可选绘制最小值、平均值和最大值结果XX可选4.5 修正在后期处理过程的不同阶段，应进行一些修正，如第4.4.1节所述。4.5.1 天线K因子修正结果每个频率的测量都应经过合适K因子的修正，特别是用窄带天线进行次宽带测量的情况。一定要记住: 窄带天线无法用于超出其工作频率范闱的测量，因为此时天线图将会改变。第3.3节中论述了根据不同测量 情况选择K因子修正。4.5.2 设备噪声修正所测量的信号实际上是叠加在设备噪声之上

14、的信号。设备噪声修正的步骤如下：首先不接源（无源天 线）测量一小段时间，此时要接低噪声放大器，并且设备参数设置保持与实际测量一致。然后使用和实际 测量相同测量方法以及百分比测量最小值，最后用测量平均值线性减去该最小值。4.5.3 修正20 %或x %的值在测量过程中，应使用20%的方法滤除无用噪声分量，例如载波等。然而，有用噪声用此方法也会被 滤掉。需要使用修正因子来补偿引入的误差。这种引入的误差可以通过高斯噪声源以及实际测量中的一些 设置来判定，包括中频滤波器设置、视频滤波器设置以及X%百分比。对于特殊的噪声类型应选用相应的噪 声源。4.5.4修正滤波器形状和带宽虽然在频谱监测中经常谈到噪声

15、电平，但是噪声却总是表示为单位带宽内的功率值。这种表述需要综 合考虑滤波器带宽，一般滤波器形状都被看做矩形。图3如果想比较两个不同分辨率带宽下的测量结果，那么必须要把其中一个测量结果加以修正，修正因子 就等于两个分辨率带宽之比。为把分辨率带宽为RBW,的测量结果转换到分辨率带宽为的测量结果， 应把修正因子：10 log(RBWjRBWD加到测得的值（dB）上。为了得到与带宽无关的测量结果，测量值可以归一化为热噪声电平（Po）,计算公式如下：Po = kTB其中：k：玻尔茨曼常量=1.38 x 1023 W/HzT。：环境温度B：等效噪声带宽。4.6选择百分比x%的有效性对于短波波段，20%是判

16、定噪声电平的经验值。对于其他波段，应该考虑20%是否合适或是否需要改 变成其他值。假设.炀的值只包含噪声采样，那么在这种情况下中值和均值应该相等。实际的测量能够显示 中值和均值之间的差别，这种差别很明显是由非噪声信号造成的。图4中值与均值的差别（选择20%）(Anap)录粮10.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.81CTSONERA；中值与均值的差别（X%）频带：10.2-10.4MHz：日期：27-07-200405101520时间（00-24小时）1753-04如上图所示，每次扫描都以20%为判断噪声的标准，中值和均值是有差别的。测量时间是24小时（00:00 到23:5

17、9）。在7:00到20:00这段时间段内雷暴影响了 20%的判定，所以中值和均值会有非常陡峭的变化。另一项测试则是要检查20%右侧的曲线是否平滑、变化小。两种测量方法都需要做一些预校准，并且 相当一部分采样结果都会用于校准，所以单个采样结果无法用于此类测量。图5随机抽取的扫描结果低于此线的数值 用于噪声功率 评估5表示方法在30 MHz以下频带，无线电噪声随着一天时间的不同而显著变化，因此计算的结果应表示成24小时 的结果。下面是测量5 MHz频带（4.9-5.1MHZ）的结果。最大值、平均值和最小值随时间（24小时）如左图所 示，右图的光谱图包含24小时内所有的扫描结果。图6平均值、最大值和

18、最小值以及24小时的光谱图TSONERA；噪声电平值：频带：4.9.5.】MHz日 WJ： 17-07-20040 5 02 11-1505101520时间（00-24小时）04.9TSONERA；光谱图；日期：1707200420516050403()20100104.9555.05频率范M (MHz)5.1dB(pV.m)1高斯麋）.k冲噪声7* .X单载波 噪声、0.001 0.1 15 10 20 37 5070 80909599超过纵轴的百分比1753-072010在vhffuhf波段，无线电噪声电平虽然在一天内比较稳定，但仍主要依赖于;则量地点的环境种类（例 如：城市/商业区、居民区、郊区等）。为了压缩所有采样值成一个参量，引入幅度概率分布（APD）的概念。 这种幅度概率分布图能够显示测量值超过某一幅度的百分比。图7显示了在居民区环境下410 MHz的测量结果。图7APD807060504030幅度概率分布的A轴服从瑞利分布。在这种分布条件下，很容易区分不同的噪声类型：白噪声表现为 一条直的斜线（图的中部）。图中左边升起的曲线代表单个噪声源的脉冲噪声，图中右侧的水平曲线则代表 附近发射源的单载波信号。总体的均方根电平是37%。