信道占用度測試在通信選頻中的應用＊

郭衛平 薄 遠

（63888部隊 濟源 454650）

1 引言

隨著電子對抗設備的技術進步和快速發展，戰區環境內的通信專向（網專）日趨增多，導致戰區的通信信號環境日趨復雜，作戰指揮員需要了解通信收發雙方的電磁環境情況，以便選擇“寂靜”頻點保障己方進行快速實時通信［1］。信道占用度測試工作是無線電監測工作的重要內容，它為準確選擇通信頻段提供保證，還有助于更好地了解和掌握每一個正在使用的或己經指配的頻道占用和使用的情況。

2 信道測試原理和測試方法

2.1 測試原理

利用對信號采樣的原理，對超過所設置的門限電平值（信號檢測門限）以上的信號的持續時間進行統計，將在一段時間內得到的統計數值與測試時

式中，η為信道占用度測試數值；T1為信號超過接收機門限電平值以上的持續時間；T為測試時間。

統計測量時間內的信道占用度平均值和統計測量時間內每小時的頻道占用度平均值即為測量結果［2］。需要說明的是，所謂的信道占用，與所選定的參考門限電平緊密聯系，因此，該波段的信道占用度是在某一門限電平下的信道占用度。

2.2 測量方法

用頻譜分析設備實時監測戰區電磁環境，做出統計分析。由于測量結果為頻率、電平，只有根據這些參數來判定信道質量，先將這些測量結果存入信道質量信息庫，按照時間段及選頻方法的要求，從而對各種信道質量作出較準確的判斷，生成可用間的比值稱為該信道的占用度測試數據。測試原理的數學表達見式（1）頻率參數庫，提供可用頻率。

1）頻段掃描方式

在頻段掃描方式下，把通信頻段分成幾個子頻段分別進行測試并記錄，每次只進行其中某一子頻段的測試，其目的是保證測試的結果滿足測試精度和測試可信度的要求。

頻段掃描方式下的設備參數設置［3］：

掃描模式：自動；

中頻濾波器帶寬／步長：15kHz／25kHz；

掃描速度：標準速度由設備決定；

信號檢測門限：NdB（具體而定）。

2）信道掃描方式

圖1 超短波信號占用度的測試

在信道掃描方式下，把通信頻段中的頻點逐一輸入到掃描測試頻率表中建立一個預制掃描頻點表，按照該頻率表的順序測量每個信道的占用度數值并記錄。

圖1給出了超短波30MHz～80MHz頻段，監測門限電平為－110dBm的信號占用度的測試結果。

2.3 兩種測試方式的比較

在頻段掃描方式下，可以按照預制掃描頻段范圍、步進長度及固定的檢測門限電平進行監測。因此，通過監測結果，可以比較全面地觀察到整個被測頻段內全部信號的情況，既可以測量該頻段內信號的信道占用度又可以同時觀察到其它信號（如其它常用電臺用通信信號）和干擾信號的情況。其中包括信號幅度的大小和出現的頻次、信道占用度等。但是，在整個被測頻段內如有同頻干擾、鄰道干擾等情況，將會較大程度地影響測試數據的可信度。特別是在干擾信號電平比較高的情況下很容易造成較大的測量偏差。

在信道掃描方式下，可以按照事先預制掃描頻點表（LIST），其中包括每個測試頻點不同的測試條件進行測試。如：依據被測信號精確的測試頻率值、信號帶寬和同頻干擾、鄰道干擾的具體情況確定信道占用度測試的接收頻率、中頻帶寬和噪聲門限值等測量參數［6］。因此，在信道掃描方式下的占用度測試可以獲得比較準確的測試結果。

經以上兩種測試方式的對比可以得知，頻段掃描方式的測試有助于全面了解整個被測頻段，而信道掃描方式的測試可以在某些不利的條件下得到比較精確的測量數據。因此，在實際監測工作中往往需要根據不同的測試需求和被測頻段背景噪聲及干擾信號的情況選擇不同的測試方式。

3 信道占用度測試可信度分析

影響測試可信度的因素有以下兩種：

1）干擾信號的影響

通過頻譜監測分析發現，在通信頻段中長時間地存在著許多干擾信號，其中一些是同頻道的干擾信號［7］。干擾信號的存在有可能會造成比較大的占用度測試結果的偏差。

2）監測設備測試能力的影響

由于監測設備采樣頻率（或掃描速度）偏低的原因，在信道占用度測試過程中，無論是在頻段掃描方式下還是在信道掃描方式下的測試都有可能出現由于測試能力不夠而造成的測試誤差較大的問題［4］。所謂測試能力不夠的問題，其產生的原因有兩個方面：一方面由于測試設備的掃描速度過低，達不到測試要求；另一方面是由于設置的某些不合理參數所造成的。如：接收機的掃描頻段范圍過大或掃描頻點數目過多。

4 信道占用度在通信選頻中的應用

對信道占用度的測量最終目的是為了通信的選頻，通常的選頻原則如下：

1）在統一規劃的頻段內進行選擇；

2）按照頻譜的三維特性，采取空間、時間、頻率相結合的辦法進行選頻；

3）避開禁用頻率和保護頻率；

4）給某種業務電臺選頻時應與劃分給這項業務的頻帶上下限保留間隔；

5）對擬選用頻率進行電磁兼容性分析，避免對已選頻率產生干擾；

6）根據通信距離、地形條件、電磁環境、業務需求等因素選擇頻段。

4.1 信道占用度在短波頻段選頻中的應用

在短波復雜背景干擾和噪聲條件下，必須實時監測短波波段頻譜，探測出頻段內的安靜縫隙進行通信，以保證短波通信的質量。短波頻譜具有隨機性、時變性，考察一個短波信道的質量，不僅要看信道頻譜的瞬時值，還要統計信道歷史占用情況，這樣選出的信道質量才更可靠［5］。短波通信通常是軍用跨視距遠程通信的主要手段，其可用頻帶的擁擠現象在夜間特別嚴重［8］。因此，如果不能準確實時測量特定頻帶上的干擾情況，即使使用經過統計得出的最佳通信頻帶，仍然無法有效通信。避免干擾的最可靠的方法就是在通信之前實時測量可用頻帶，然后從中選擇干擾電平較低的信道來進行通信。頻譜監測儀在2～30MHz的短波波段上進行頻譜的快速測量，測量頻譜幅度，建立短波電磁環境數據庫，并給出每一個頻率上其接收功率占用情況（超過給定門限值）。基于上述思想，掃描過程是在一個時段選用一個頻率段，以3kHz為一個頻率間隔在一定時間內進行循環掃描，如果某個3kHz的信道在這一時段內低于某一門限電平的比率超過了一定比值，這時認為該信道在這個時段為安靜的（可用）。在這段時間段里對安靜頻率進行統計，根據統計結果可得出每一頻率段的可用頻率，依據選頻原則給出最終可用頻率。由于選用的門限值不同，可用頻率也不一樣。當選用恰當的門限值，有統計表明：在以后的一段時間內，安靜頻率信道依然保持安靜的可能性在60%以上。由此可以得出，前一段時間的可用頻率點在往后的一段時間內在一定程度上還是可用的。

短波通信鏈路的建立取決于對短波信道的實時監測。特征參數為信道中的信號平均功率。將整個短波信道分成以SPAN＝1.5MHz為單位跨度帶寬（對于HP8920綜合測試儀，此時的分辨帶寬為BW＝3kHz）的N（Nmax＝20）個頻段，依次對各頻段上的平均電平Pi進行一定時間的探測，然后將各頻段的探測結果進行統計平均，作為噪聲門限電平。為防止噪聲門限電平的過大偏差，統計此門限電平下的信道占用情況，若占用度大于95%，則認為此電平為噪聲門限電平，否則下調3dB。以此為基礎，分別浮動＋3dB、－3dB作為門限電平統計信道占用情況，若該信道在某一掃描時間段內，小于所設門限電平的頻度（占總掃描次數的百分比）超過90%，則認為該信道未被占用，是暫時可用的。

設想在連續的3個未被占用的信道內，中間的一個信道是可用的。該信道若與保護頻率沖突，則判為不可用，此為調幅電臺時的情況。

若短波通信為數字傳輸方式，如FSK，則依據所需帶寬進行選擇，兩側各留1個保護信道（寬度為3kHz），中心頻率即為可用頻率。

4.2 信道占用度在超短波頻段選頻中的應用

信道占用度的測試方法同上，不過以12.5kHz或25kHz為一個頻率間隔。將超短波信道分成以SPAN＝15MHz為單位跨度帶寬（對于HP8920綜合測試儀，此時的分辨帶寬為BW＝30kHz）的N個頻段，依次對各頻段上的平均電平Pi進行一定時間的探測，然后將各頻段的探測結果進行統計平均，作為噪聲門限電平。為防止噪聲門限電平的過大偏差，統計此門限電平下的信道占用情況，若占用度大于90%，則認為此電平為噪聲門限電平，否則下調3dB。以此為基礎，分別浮動＋3dB，－3dB作為門限電平統計信道占用情況，若該信道在某一掃描時間段內，小于所設門限電平的頻度（占總掃描次數的百分比）超過90%，則認為該信道未被占用，是暫時可用的。

設想在連續的3個未被占用的信道內，中間的一個信道是可用的。該信道若與保護頻率沖突，則判為不可用，此為一般調頻電臺時的情況。

若超短波通信為數字傳輸方式，如FSK，則依據所需帶寬進行選擇，兩側各留1個保護信道（帶寬25kHz），中心頻率即為可用頻率。

當電臺的頻道數甚多，頻率間隔較小，分配頻率時務必考慮最小間隔，必須以保證正常通信為前提。在設計程序時，必須確保在刪除各類限定頻率、排除各項限定條件之后，實用性要好的原則［12］。

5 保證測試精度的措施

為保證得到高精度的測試結果，應該在開始占用度測試之前，通過無線電頻譜監測對信號以及被測頻段的情況進行細致、全面的了解。其中包括：對被測信道中信號的最短持續時間長度、最短間隔長度進行測量統計，對被測頻段內的干擾信號電平值的測量。然后，再根據測量結果以及監測設備的信道掃描速度指標（準確地講應該是接收機的信道掃描重訪時間間隔），決定信道占用度測試系統的掃描設置參數。另外，根據被測頻段內的信號電平值和干擾信號電平值，決定信道占用度測試系統的噪聲門限值的設置參數［13］。有時還可以通過改變接收機的中頻帶寬、改變接收天線方向等方法在一定程度上降低干擾的影響。必要時應對測試系統的測量速度指標進行測試，能夠準確地知道監測系統的掃描測量速度，為占用度測試的有關設置參數的確定提供參考依據。

6 結語

本文在電臺通信基礎上，提出信道占用度的測試選頻方法，對于設置的檢測門限電平值，根據具體信號環境而定，對于突發的沒有規律的較強信號有待進一步分析研究。

［1］劉廣建.一種自動化通信選頻與評估系統［J］.電子對抗試驗，2005（4）：25～27

［2］樊昌信，曹麗娜.通信原理［M］.北京：國防工業出版社，2006：73～76

［3］馮小平，李鵬，楊紹全.通信對抗原理［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2009：126～130

［4］張旻，謝成山，陳家松，等.一種信道占用度及頻譜分布的有效測量方法［J］.無線電工程，2000，30（5）：50～52

［5］沈琪琪.短波通信［M］.西安：西安電子科技大學出版社，56～58

［6］約翰 G，普羅斯基，祁懷亮，等.數字通信［M］.北京：北京電子工業出版社，1988：114～116

［7］李旭，羅承烈.選頻系統抗干擾和抗衰落技術及其應用［J］.電子科技大學學報，1992，21（2）：167～173

［8］于洋.實時選頻技術及其在短波自適應系統中的應用［J］.電子工程師，1999（10）：17～19

［9］李麗華，徐丹，劉宏波.通信業務網絡化傳輸仿真設計［J］.計算機與數字工程，2010，38（12）

［10］李少凱，劉承承，李剛磊.數字通信信號小波變換尺度選取問題研究［J］.計算機與數字工程，2010，38（7）

［11］戚春超，顧韻華.基于基站定位的通信協議設計與實現［J］.計算機與數字工程，2011，39（3）

［12］劉正維.實時選頻通信技術［D］.現代通信技術，1988：13～19

［13］趙躍杰.用于交通信息獲取的射頻通信選頻方案設計［D］.大連理工大學，2006：15～17