基于业务的VHF UHF通信可达预测模型

孙 翔，张海勇

（海军大连舰艇学院 信息与通信工程系，辽宁 大连 116018）

0 引言

完整 VHF，UHF通信系统，指从发射机开始，经由发射天线和传播路径，到达接收天线的整体。由于接收机的型号种类繁多，参数不一[1]，故这里只考虑到接收天线的情况。其中，包括了信号功率预测，噪声功率预测两个主要计算模块，继而可以得到接收天线的信噪比。而不同的业务所需最低信噪比是已知的，因此，预测了接收天线的信噪比值，与根据相应业务查表得到的信噪比值对比可得该业务是否可以达成的最终预测结果。

1 信号功率预测

对信号功率的预测，分为场强数值预测和场强换算成功率两个部分进行处理。这是因为，目前场强预测有很多成熟可靠的计算方法，而且在计算过程中，路径中的耗损用场强计算比较简便，而最终在接收天线换算成功率的方法也很简单可靠。

1.1 场强预测模块

场强预测模块主要根据国际电信联盟（ITU）R-REC-P.1546-4建议书[2]所提供的数据和方法，该建议书对30～3 000 MHz频率范围内地面业务点对面无线电传播的预测方法做了说明。该方法可以用于有效发射天线高度小于3000 m、路径长度在1～1000 km之间的陆地路径、海面路径和陆地—海面混合路径上的对流层无线电电路，该方法的基础是对经验导出场强曲线进行内插/外推，进而计算得到某个点上的场强数值。

1.2 工程化实现

R-REC-P.1546-4建议书给出了大量的图表和基础数据，传统方法是根据频率、传播路径类型等参数进行查图表和读数据（24张图表，一万多个基础数据），效率十分低下。现对其进行工程实现，基于Matlab的GUI界面如图1所示，得到该组参数下的场强值为8.947dB(μV/m)。

图1 基于R-REC-P.1546-4的工程化实现软件界面

1.3 场强功率转换

若接收点的场强为rEdB(μV/m)，则经过接收天线的接收功率rP可表示为[3]：

式中，f为频率，单位MHz；D为接收天线方向性系数。几种典型天线的方向性系数见表1。

表1 典型天线的方向性系数

2 噪声功率预测

国际电话电报公司（美国 ITT）将噪声分为 6种[4]：①大气噪声；②太阳噪声；③银河噪声；④郊区人为噪声；⑤市区人为噪声；⑥典型接收机的内部噪声。由于文中主要针对接收天线之前的路径噪声影响[5]，故不考虑接收机内部噪声。VHF，UHF频率范围为30～3000 MHz，在此范围内，大气噪声、银河噪声和太阳噪声相对于人为噪声可以忽略不计，故只需按照传播路径确定所受人为噪声影响即可。

噪声功率通常表示为[6]：

式中，B为系统有效噪声功率带宽（Hz），Fam是噪声中值系数，表示为 Fam= c - d l g f ，常参数c和d的取值情况与传播路径有关，见表2。 Fam随频率（0.2～300 MHz）变化的曲线见图2，图2中D、E曲线分别为宁静乡村和银河背景噪声。图2可以看出银河噪声背景相对于人为噪声可以忽略不计。

表2 常数c和d的取值

图2 短垂直无耗损天线的amF 随频率变化情况

3 业务对应的信噪比

典型的业务都有统一的最低信噪比要求，当接收信号信噪比大于或等于所需最低信噪比时，此业务可以达成。由于业务种类比较多，而同一业务根据服务对象要求通信质量不同又可能分成几个不同等级，每个等级也对应了一定的最低信噪比要求，一般采用查手册或表格的方法确定所需最低信噪比。例如，按照国际电报电话咨询委员会（CCITT）规定，话音质量分为五级，按照主观印象评定。其标准见表 3。对于公共移动通信网，话音质量不低于4级，相当于要求音频信噪比大于29 dB；对于专用移动通信网，话音质量不低于3级，相当于要求音频信噪比大于20 dB。而按照CCIR 339-6号建议规定，勉强可供商用的音频信噪比为15 dB，良好商用需要音频信噪比33 dB。

一些典型的业务[7-8]见表4和表5。

表3 CCITT话音质量五级评分标准

表4 几种典型电报业务

表5 几种典型话音业务

以A1A电报8波特业务为例，采用理想地面上四分之一波长天线，结合1.2节中各输入参数和得到的场强值，预测以陆地为传播路径的可达情况。

则:信噪比 = 1 8.56dB ＞ -4dB 。

所以，该业务在此种条件下可达。

4 结语

综上，文中介绍了基于业务的完整 VHF，UHF通信系统可达预测模型的原理和使用方法，模型包括3个主要部分，分别是信号功率预测模块、噪声功率预测模块和与业务对应的最低信噪比查询模块。3个模块计算得到的中间数据可以为本系统最终预测提供支持，也可以用作其他指标判断的依据。文中所需数据在某些发射类型上予以省略，读者如有需要可联系作者。本工作组同时对模型进行了工程化处理，采用软件代替人工进行计算与处理，提高了工作效率，具有显著的实际应用价值。

[1] 李铁彪. 一种新型 VHF跳频多工器方案探讨[J].通信技术,2010,2010,43(09):62-64.

[2] 30 MHz至3 000 MHz频率范围内地面业务点对面预测的方法. ITU Report 1546-4.Radiowave propagation [R].Geneva:ITU,2009.

[3] 熊皓. 无线电波传播[M].北京：电子工业出版社. 2002.

[4] 翁木云，张其星，谢绍斌,等．频谱管理与检测[M]．北京:电子工业出版社.

[5] 贾立印,雷斌,钟圣.检测电磁环境的构建与评估方法研究[J].通信技术,2010,43(11):56-59.

[6] 无线电噪声. ITU Report 372-10:Radio Noise [R].Geneva: ITU,2010.

[7] 在完整系统中的带宽、信号噪声比和衰落余量. ITU Report 339-7:Fixed Service [R].Geneva:ITU,2011.

[8] 邮电部北京设计院.电信工程设计手册（13移动通信）[M].北京：人民邮电出版社，1991.