电磁兼容分析系统中传播模型的选择

一、简介

在无线电网络规划和干扰评估过程中，对于某项特定的任务，选择一个非常适当的传播模型往往是十分困难的，有时还会产生混乱。本文并非从区别不同传播模型的差异出发，即建议用户在何种环境下使用何种传播模型；而是立足于阐明选择不同传播模型对系统设计最终结果的影响。为了清楚地说明这个问题，本文在干扰评估时采用了几种潜在的传播模型，分别是：
• 自由空间传播模型
•ITU-R.P525/526 模型
•ITU-R.P1546 模型

这三种传播模型都是日常工作中普遍使用的，下面将分别讨论每一种模型对结果的影响，以帮助系统设计人员进行综合比较，以确定一个最合适的模型。
同时，我们还应知道，上述三个模型中只有一个是专门的干扰模型，使用其他模型有可能会产生负面影响。

二、案例分析

下面例子基于一个简单的无线环境，一个VHF 全向移动发射台（干扰源）和其他发射台在同一地理区域工作；为了分析方便，只考虑同频干扰。
移动发射台的技术参数基于现有的无线网络，具体参数如下：
＞ 发射功率：2W ；
＞ 天线损耗：8.5 dB (鞭状天线的效率低，损耗大)；
＞ 工作频率：50MHz ；
＞ 天线对地高度：2m ；
待分析的系统技术参数：
＞ 发射制式： 模拟FM；
＞ 在90%可靠通信度条件下，接收天线端灵敏度为14 dBμV/m（典型值）；
＞ 接收机扰动干扰最低电平低于灵敏度门限7dB ，即7 dBμV/m ；
＞ 工作频率：50MHz；

这种情况下，在欲收发射台有效覆盖区内，只有在极端情况下会产生有害干扰；然而，这时系统基本可用,但链路中断的风险将成为我们关注的重点。
另外，在地理环境选择方面，确定为西北欧较普遍而典型的地势起伏的乡村地形；同时，由于分析是带有普遍意义的，并非针对某个特定情况，因此并没有考虑当地的地貌因子。
从概念上来看, 这种场景类似于移动军用发射台，或为便携式，或为小型车载台。但其分析原理可适用于其他类似系统。

分析方法： 将干扰发射台随机放置在所处区域的任意位置，然后使用其中一种模型进行场强预测。 （下面将提到，使用自由空间模型计算损耗时，地球半径不变)。在覆盖区的最远点，可能会产生干扰，干扰电平将用图表显示。具体分析如下：
自由空间计算公式如下：
Ls = 32.4 + 20 log(F) + 20 Log(d)
这里Ls 是损耗(单位：dB)
F 是频率(单位：MHz)
D 是距离(单位：km)
最大损耗由干扰发射台ERP 和最小干扰电平的差值决定；
ERP = 33 dBm — 8.5 dB = 24.5 dBm
最小干扰信号场强为7 dBμV/m，转换成dBm （参考半波振子天线，阻抗50Ω），即是：–102dBm。
最大路径损耗为：24.5 —(-102) = 126.5 dB。
应用上述方程，计算出的干扰距离为1013 km。
现在，使用ITU-R.P525/526 和ITU-R.P1546 模型进行计算，沿用前面的技术参数和系统特性。图-1 为使用ITU- R.P525/526 模型的分析结果，考虑等效地球半径8,500 km (k 因子取4/3)。
图1 分析表明：在这种情况下，干扰电平产生的最远位置距离移动发射台96 km (该距离显得大吗？记得我们接收端使用较低的信号电平，距离大将导致欲收系统通信可靠性变差，还有可能对其他更弱信号链路产生潜在干扰。)

现在我们使用ITU- R.P1546 模型进行同样的分析。一开始，我们就需要对影响干扰的一 些关键性参数进行设定，因为使用模型时必须确定干扰标准，特别是图2 中的两个变量。

图 1: 使用ITU-R.P525/526 预测场强和距离的对应关系

图2: 需要指定时间和地点变化概率(即可靠度)

此时，我们假设分析在10% 的地点概率和 1% 的时间概率下的信号电平，计算结果如图3 所示。

图3: 使用ITU-R.P1546 预测场强和距离的对应关系

图3 结果表明：ITU-1546 模型计算方法能检测到干扰信号（7dBuV/m）的最远点是距移动发射台246km 处。
综上所述，移动发射台在三种不同模型下产生的潜在干扰距离可概括如下：

很明显，上述三个模型计算结果相差甚远，下面将分别阐述三个传播模型的含义及其分析方法的优劣。

1．自由空间模型计算方法

该方法计算的结果值最大(1062km)，超过了1,000 km。从积极的一面来说，距离值越大，意味着接收机经受干扰的概率越低(虽然这么远的距离也会产生导管效应或偶发E 层的干扰)；这种潜在干扰信号在临近最大距离点处的产生影响的可能性也是非常低的。 因此，在大多数情况下，使用这种频率复用度较低的方法将导致频谱利用效率低下，从频谱需求角度考虑，该方法是不可取的。

2．ITU-R.P525/526 计算方法

该方法计算的结果值最小(96km) ，小于100km，频谱利用效率高，是否最优秀呢？答案是否——该模型