一种短波无用发射功率的约束方法
【专利摘要】本发明提出了一种短波无用发射功率分布的限制方法，包括基于洛仑兹曲线的无用发射功率分布模型和短波无用发射功率评判准则，其中短波无用发射功率评判准则包括必要条件和充分条件。现行无线电规则中没有体现短波带外域和杂散域无用发射功率越大则无用发射功率限值要求越高的原则，没有针对短波天波传播的地域不可分割性对无用发射功率限值做出特别规定，从而造成异频互扰，短波无用发射成为短波电磁环境的重要干扰噪声来源。本发明提出的短波无用发射功率分布的限制方法具体实施步骤是：基于洛仑兹曲线的无用发射功率分布模型，对短波发射功率进行测试、计算，得到短波无用发射功率的洛仑兹曲线，相继用短波无用发射功率评判准则中的必要条件和充分条件进行判定，均符合则判定短波无用发射功率的分布符合要求，任意一条不符合则判定短波无用发射功率的分布不符合要求。
【专利说明】_种短波无用发射功率的约束方法
[0001 ]姚富强，杨健，赵杭生，张建照，曹龙 一技术领域
[0002] 本发明属于无线通信领域，具体涉及基于洛仑兹曲线设计一种无用功率分布模 型，提出短波无用发射功率评判准则，限制短波无用发射功率在带外域和杂散域的分布。 二【背景技术】
[0003] ITU(国际电信联盟)制定了无线电设备带外域和杂散域无用发射的功率限值及测 量方法等系列规则，并对无用发射的内涵、频率范围和边界等进行了定义和论述，如图1所 不。
[0004] ITU-R SM. 1541-5建议书对工作于30MHz以下固定数字业务相对于发射中心频偏 的带外域发射的相对衰减值作出了相应规定，如表1所示。
[0005] 表1 30MHz以下固定数字业务带外域发射的典型相对衰减值
[0006]
[0007] 其中，CS指信道间隔，dBsd指相对于必要带宽内功率谱密度(psd)最大值的分贝。
[0008] ITU-R《无线电规则》附录3 (WRC-12，修订版)等条款对30MHz以下业务发射机杂散 域发射功率限值作出了如下规定：
[0009] 30MHz以下工作的业余业务(包括使用SSB的业务，不含30MHz以下卫星业余业务）， 最大允许杂散域发射功率电平衰减值为
[0010] P。bd = 43+log(PEP)，或50dB，取宽松者 （1)
[0011] 30MHz以下工作的业务(含30MHz以下卫星业余业务，但空间、无线电测定、广播、使 用SSB移动电台的业务和业余业务除外），最大允许杂散域发射功率电平的衰减值Ρ〇μ为 [0012] Pobd = 43+101og⑴，或6〇dBc，取宽松者 ⑵
[0013]其中，X = PEP(SSB调制）或P(其他调制），PEP指加到天线馈线的以瓦表示的峰值包 络功率，P指加到天线馈线的以瓦表示的平均功率，dBc指相对于未调制发射载波功率的分 贝。
[0014]由以上规则可见，对带外域发射功率限值，只规定了相对衰减值，与天线发射总功 率无关;对杂散域发射功率限值，虽然规定了相对于天线发射峰包功率或平均功率的衰减 值，但又可以不考虑总发射功率大小，仅取与天线发射功率无关的固定衰减值50dB或 60dBc，并且可取其中宽松者。
[0015] 实际中，尽管短波无用发射功率的相对衰减值可能满足规则要求，但无用发射功 率的绝对值随着发射功率的增加而增加。例如，10kW的短波海岸电台，在取固定衰减值50dB 的情况下，带外域和杂散域仍然有20dBm的无用发射功率，根据监测结果发现同频段很多小 信号功率在20dBm以下，如图2所示。如果此海岸电台的发射信号经天波传输后落在同频段 其他信号的必要带宽内，势必对其他信号的通信效果造成影响，受干扰的系统为了改善其 接收效果，最简单的办法就是提高信号发射机的发射功率，从而又对短波电磁环境构成污 染。
[0016] 与水上移动业务短波海岸电台的发射功率相比，短波广播业务发射机的功率更 大，表表1列出了常见短波广播电台的相关信息，其中功率最小的短波广播台站发射功率为 200kW，而美国之音、BBC等境外短波广播电台的发射功率高达1000kW，依据ITU现有规则，其 带外域和杂散域只要分别低于33dBm和40dBm即可，但此值对于处于带外域和杂散域频段内 的其他短波业务系统接收机将形成严重的异频干扰。并且由于短波天波传播的地域不可分 割性（即短波的全球传输特性），导致了与此台站相隔数十公里，甚至上百公里的短波电磁 环境都将受到污染。
[0017] 表2常见短波广播电台发射信息
[0018]
三
【发明内容】
[0019] 无线电规则中关于短波带外域和杂散域无用发射的现行规则没有很好地体现短 波发射功率越大对无用发射功率限值要求越高的原则，更没有针对短波天波传播的地域不 可分割性（即短波的全球传输的特性)对其无用发射功率限值做出特别规定，从而造成异频 互扰，短波中大功率台（站）的带外域和杂散域无用发射是短波电磁环境的重要干扰噪声来 源。针对现行无线电规则中的上述不足，设计一种基于洛仑兹曲线的无用功率分布模型，提 出短波无用发射功率评判准则，作为对短波带外域和杂散域无用发射现行规则的补充，限 制短波无用发射功率在带外域和杂散域的分布。
[0020] 短波设备的发射功率不可避免地扩展到带外域和杂散域，短波发射分布在带外域 和杂散域上的功率称为无用发射功率。对无用发射功率，应采用先进的技术手段，使绝大部 分无用功率分布在靠近必要带宽的带外域内，尽可能避免无用发射功率分布在远离必要带 宽的带外域和杂散域内，即应当对短波无用发射功率在频谱上的分布做出限制。
[0021] 本发明提出一种基于洛仑兹曲线的功率分布模型，并进一步提出短波无用发射功 率评判准则，无用发射功率分布模型和无用发射功率评判准则一起构成短波无用发射功率 分布的限制方法。
[0022] 为了实现上述目的，本申请提出以下技术方案：
[0023] 提出一种基于洛仑兹曲线的无用发射功率分布模型，经过测试、计算可以得到短 波无用发射功率在带外域和杂散域上的分布情况。
[0024] 提出短波无用发射功率评判准则包括必要条件和充分条件。
[0025]短波无用发射功率评判准则的必要条件为di/So多〇,短波无用发射功率符合规 定;Si/Sofo,短波无用发射功率不符合规定。Si为无用发射功率的累积分布曲线与对角线 所围部分的面积，So为对角线以上部分的面积，σ为无用发射指数，无用发射指数σ视短波业 务而异
[0026] 短波无用发射功率评判准则的充分条件为:短波无用发射功率的累积分布曲线在 带外域和杂散域范围始终位于无用发射功率限值曲线上方。无用发射功率限值曲线视短波 业务而异。
[0027] 本发明提出的短波无用发射功率评判准则，针对短波天波传播的地域不可分割性 对无用发射功率在带外域和杂散域上的分布提出了要求，对无用发射功率限值做出了特别 规定，体现了短波发射功率越大对无用发射功率限值要求越高的原则。
[0028] 判断短波无用发射功率分布是否符合要求的步骤为:通过测试得到基于无用发射 功率分布模型的短波无用发射功率累积分布曲线；首先判断其是否满足必要条件，对照其 所属的业务划分，分别计算SdPSo,判断5 1/5〇多〇是否成立，如不成立说明该短波无用发射 功率的分布不符合要求，如成立则进一步判断其是否满足充分条件;将该短波发射设备的 无用发射功率累积分布曲线，对照其所属的业务划分，与无用发射功率限值曲线相比，观察 曲线是否在带外域和杂散域范围始终位于无用发射功率限值曲线上方，如不成立说明该短 波无用发射功率的分布不符合要求，如成立则说明符合要求。
[0029] 本发明的基本特点是：1)设计了基于洛仑兹曲线的无用发射功率分布模型，得到 短波无用发射功率在带外域和杂散域上的分布情况；2)提出了短波无用发射功率评判准 贝1J;3)提出的短波无用发射功率评判准则包括必要条件和充分条件，必要条件可以对不符 合要求的短波无用发射功率分布进行快速判断，充分条件可以对符合要求的短波无用发射 功率分布进行判断;4)通过必要条件和充分条件相结合的方式，给出了短波无用发射功率 分布的判定流程。 四【附图说明】
[0030] 图1无线电设备无用发射分布示意图；
[0031] 图2水上移动业务典型信号的功率水平；
[0032]图3短波无用发射功率密度函数；
[0033] 图4基于洛仑兹曲线的无用发射功率分布模型；
[0034] 图5短波无用发射功率分布的评判步骤；
[0035]图6两种短波设备的洛仑兹曲线；
[0036] 图7两种短波设备洛仑兹曲线与无用发射功率限值曲线。 五【具体实施方式】
[0037] 洛仑兹曲线最早由美国统计学家M.O.Lorenz提出，作为一种总结收入和财富分配 的图形工具在经济学领域得到了广泛应用，主要用来评估一个国家或地区贫富不均的程 度。类比该曲线的描述方法，建立基于洛仑兹曲线的无用发射功率分布模型，以f(x)表示无 用发射的功率密度函数，其中χ>〇代表频率，如图3所示。设与功率密度函数f(x)对应的累 积分布函数为F(x)，则p=F(x)中X代表功率大于或等于p的频率范围。因此，图3中阴影部分 面积为频率范围[a，b]上分布的无用发射功率，占总无用发射功率的比例为^^^，其中
，代表带外域和杂散域的总无用发射功率。基于洛仑兹曲线的无用发射功率 分布模型L(p)定义为
[0038]
(3)
[0039] 即频率低于X的无用发射功率占总无用发射功率μ的比例，模型如图4的实线所示， 横坐标为相对于必要带宽的频率，纵坐标为无用发射功率的比例。根据ITU-R SM. 1541和 ITU-R SM. 329建议书，带外域频率范围为0.5倍必要带宽至2.5倍必要带宽，杂散域频率范 围为2.5倍必要带宽至无穷远。无用发射功率分布的频率范围包括带外域和杂散域，即0.5 倍必要带宽至无穷远，通过基于洛仑兹曲线的无用发射功率分布模型，可以得到短波无用 发射功率在带外域和杂散域上的分布情况。
[0040] 基于洛仑兹曲线的无用发射功率分布模型（以下简称"模型"）表征了短波无用发 射功率在带外域和杂散域上的分布情况，在此基础上，提出短波无用发射功率评判准则，包 括必要条件和充分条件。
[0041]短波无用发射功率分布的评判步骤如图5所示。首先，判定短波无用发射功率的分 布是否满足必要条件。图6为两种具体短波设备无用发射功率的累积分布曲线（洛仑兹曲 线），在[0.5BW，B w]频率范围内（Bw为必要带宽），集中了短波设备1的75 %无用发射功率，而 短波设备2只有50%，认为短波设备1对无用发射功率的限值优于短波设备2。可见，当短波 无用发射功率分布越集中在靠近必要带宽的带外域上时，其洛仑兹曲线与对角线所围的面 积3 1越大，而对角线以上部分面积So为常数，则Si/So越接近1，则代表该短波无用发射功率 越集中于靠近必要带宽的带外域。因此，符合必要条件的短波无用发射功率分布应满足
[0042] o^Si/So<l (4)
[0043] gSi/SoSo,则可直接判定该短波无用发射功率不符合规定。〇<S1/SO<1(4)是判 定短波无用发射功率的分布符合要求的必要条件。σ为无用发射指数，无用发射指数 〇视短 波业务而异。
[0044]其次，判定短波无用发射功率的分布是否满足充分条件。图7为两种短波设备无用 发射功率的洛仑兹曲线与"无用发射功率限值曲线"（以下简称"限值曲线"）的关系。尽管短 波设备1和3均满足必要条件，但短波设备1在[1.5B w，m]频率范围内，洛仑兹曲线落到了 "限值曲线"的下方，而短波设备3的洛仑兹曲线在带外域和杂散域的频率范围内均位于"限 值曲线"的上方，说明短波设备3对无用发射功率分布的限制优于短波设备1。因此，短波无 用发射功率评判准则的充分条件为:无用发射功率的洛仑兹曲线在带外域和杂散域频谱范 围始终位于"限值曲线"上方。无用发射功率限值曲线视短波业务而异。
[0045]综上所述，在短波无用发射总量满足要求的前提下，必要条件(oSSi/SoSl)和充 分条件(短波无用发射功率的洛仑兹曲线在带外域和杂散域始终位于"限值曲线"上方)构
【主权项】
1. 一种短波发射设备无用发射功率分布的判定方法，其特征在于，主要步骤如下： Sl:测试得到短波发射设备无用发射功率在带外域和杂散域的累积分布曲线； S2:判定该短波发射设备是否符合短波无用发射功率评判准则的必要条件。对照其所 属的业务划分，计算SdPSo,判断51/5〇多〇是否成立:不成立，说明该短波发射设备的无用发 射功率分布不符合要求;成立，则需要通过充分条件进一步判断。 S3:判定该短波发射设备是否符合短波无用发射功率评判准则的充分条件。在判定该 短波发射设备是否符合短波无用发射功率评判准则必要条件的基础上，观察该短波发射设 备的无用发射累积分布曲线是否在带外域和杂散域范围内始终位于无用发射功率限值曲 线上方，如不成立说明该短波发射设备的无用发射功率分布不符合要求，如成立说明该短 波发射设备的无用发射功率分布符合要求。 S4:短波发射设备符合短波无用发射功率评判准则的必要条件和充分条件，说明该短 波发射设备的无用发射功率分布符合要求。2. 根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于:所述Sl中的累积分布曲线为短波发射 设备经过测试、计算得到的基于洛仑兹曲线的短波无用发射功率分布模型。3. 根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于;所述S2、S3中短波无用发射功率评判 准则包括必要条件和充分条件。4. 根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于:所述S2中的必要条件SSi/So多〇。其中 S1S无用发射功率累积分布曲线与对角线所围部分的面积，So为对角线以上部分的面积，σ 为无用发射指数。必要条件可以描述为&与&的比值应当大于等于无用发射指数(无用发射 指数σ视短波业务而异）。5. 根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于:所述S3中的充分条件为短波发射设备 的累积分布曲线在带外域和杂散域范围始终位于无用发射功率限值曲线上方，无用发射功 率限值曲线视短波业务而异。
【文档编号】H04B17/30GK105897355SQ201610463691
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】姚富强, 杨健, 赵杭生, 张建照, 曹龙
【申请人】中央军委装备发展部第六十三研究所