基于業務的VHF UHF通信可達預測模型

孫 翔，張海勇

（海軍大連艦艇學院 信息與通信工程系，遼寧 大連 116018）

0 引言

完整 VHF，UHF通信系統，指從發射機開始，經由發射天線和傳播路徑，到達接收天線的整體。由于接收機的型號種類繁多，參數不一[1]，故這里只考慮到接收天線的情況。其中，包括了信號功率預測，噪聲功率預測兩個主要計算模塊，繼而可以得到接收天線的信噪比。而不同的業務所需最低信噪比是已知的，因此，預測了接收天線的信噪比值，與根據相應業務查表得到的信噪比值對比可得該業務是否可以達成的最終預測結果。

1 信號功率預測

對信號功率的預測，分為場強數值預測和場強換算成功率兩個部分進行處理。這是因為，目前場強預測有很多成熟可靠的計算方法，而且在計算過程中，路徑中的耗損用場強計算比較簡便，而最終在接收天線換算成功率的方法也很簡單可靠。

1.1 場強預測模塊

場強預測模塊主要根據國際電信聯盟（ITU）R-REC-P.1546-4建議書[2]所提供的數據和方法，該建議書對30～3 000 MHz頻率范圍內地面業務點對面無線電傳播的預測方法做了說明。該方法可以用于有效發射天線高度小于3000 m、路徑長度在1～1000 km之間的陸地路徑、海面路徑和陸地—海面混合路徑上的對流層無線電電路，該方法的基礎是對經驗導出場強曲線進行內插/外推，進而計算得到某個點上的場強數值。

1.2 工程化實現

R-REC-P.1546-4建議書給出了大量的圖表和基礎數據，傳統方法是根據頻率、傳播路徑類型等參數進行查圖表和讀數據（24張圖表，一萬多個基礎數據），效率十分低下。現對其進行工程實現，基于Matlab的GUI界面如圖1所示，得到該組參數下的場強值為8.947dB(μV/m)。

圖1 基于R-REC-P.1546-4的工程化實現軟件界面

1.3 場強功率轉換

若接收點的場強為rEdB(μV/m)，則經過接收天線的接收功率rP可表示為[3]：

式中，f為頻率，單位MHz；D為接收天線方向性系數。幾種典型天線的方向性系數見表1。

表1 典型天線的方向性系數

2 噪聲功率預測

國際電話電報公司（美國 ITT）將噪聲分為 6種[4]：①大氣噪聲；②太陽噪聲；③銀河噪聲；④郊區人為噪聲；⑤市區人為噪聲；⑥典型接收機的內部噪聲。由于文中主要針對接收天線之前的路徑噪聲影響[5]，故不考慮接收機內部噪聲。VHF，UHF頻率范圍為30～3000 MHz，在此范圍內，大氣噪聲、銀河噪聲和太陽噪聲相對于人為噪聲可以忽略不計，故只需按照傳播路徑確定所受人為噪聲影響即可。

噪聲功率通常表示為[6]：

式中，B為系統有效噪聲功率帶寬（Hz），Fam是噪聲中值系數，表示為 Fam= c - d l g f ，常參數c和d的取值情況與傳播路徑有關，見表2。 Fam隨頻率（0.2～300 MHz）變化的曲線見圖2，圖2中D、E曲線分別為寧靜鄉村和銀河背景噪聲。圖2可以看出銀河噪聲背景相對于人為噪聲可以忽略不計。

表2 常數c和d的取值

圖2 短垂直無耗損天線的amF 隨頻率變化情況

3 業務對應的信噪比

典型的業務都有統一的最低信噪比要求，當接收信號信噪比大于或等于所需最低信噪比時，此業務可以達成。由于業務種類比較多，而同一業務根據服務對象要求通信質量不同又可能分成幾個不同等級，每個等級也對應了一定的最低信噪比要求，一般采用查手冊或表格的方法確定所需最低信噪比。例如，按照國際電報電話咨詢委員會（CCITT）規定，話音質量分為五級，按照主觀印象評定。其標準見表 3。對于公共移動通信網，話音質量不低于4級，相當于要求音頻信噪比大于29 dB；對于專用移動通信網，話音質量不低于3級，相當于要求音頻信噪比大于20 dB。而按照CCIR 339-6號建議規定，勉強可供商用的音頻信噪比為15 dB，良好商用需要音頻信噪比33 dB。

一些典型的業務[7-8]見表4和表5。

表3 CCITT話音質量五級評分標準

表4 幾種典型電報業務

表5 幾種典型話音業務

以A1A電報8波特業務為例，采用理想地面上四分之一波長天線，結合1.2節中各輸入參數和得到的場強值，預測以陸地為傳播路徑的可達情況。

則:信噪比 = 1 8.56dB ＞ -4dB 。

所以，該業務在此種條件下可達。

4 結語

綜上，文中介紹了基于業務的完整 VHF，UHF通信系統可達預測模型的原理和使用方法，模型包括3個主要部分，分別是信號功率預測模塊、噪聲功率預測模塊和與業務對應的最低信噪比查詢模塊。3個模塊計算得到的中間數據可以為本系統最終預測提供支持，也可以用作其他指標判斷的依據。文中所需數據在某些發射類型上予以省略，讀者如有需要可聯系作者。本工作組同時對模型進行了工程化處理，采用軟件代替人工進行計算與處理，提高了工作效率，具有顯著的實際應用價值。

[1] 李鐵彪. 一種新型 VHF跳頻多工器方案探討[J].通信技術,2010,2010,43(09):62-64.

[2] 30 MHz至3 000 MHz頻率范圍內地面業務點對面預測的方法. ITU Report 1546-4.Radiowave propagation [R].Geneva:ITU,2009.

[3] 熊皓. 無線電波傳播[M].北京：電子工業出版社. 2002.

[4] 翁木云，張其星，謝紹斌,等．頻譜管理與檢測[M]．北京:電子工業出版社.

[5] 賈立印,雷斌,鐘圣.檢測電磁環境的構建與評估方法研究[J].通信技術,2010,43(11):56-59.

[6] 無線電噪聲. ITU Report 372-10:Radio Noise [R].Geneva: ITU,2010.

[7] 在完整系統中的帶寬、信號噪聲比和衰落余量. ITU Report 339-7:Fixed Service [R].Geneva:ITU,2011.

[8] 郵電部北京設計院.電信工程設計手冊（13移動通信）[M].北京：人民郵電出版社，1991.