基于幅度概率分布理论的广播监测数据统计分析研究

2013-10-08王强

中国传媒科技 2013年5期

文｜王强

幅度概率分布概述

随着电子技术的飞速发展，我们周围的电磁环境变得越来越复杂。保障在同一电磁环境中各系统都能正常工作的电磁兼容性问题日益突出。要实现这一目的，需要合理的频谱规划和管理。

幅度概率分布（Amplitude Probability Distribution）统计理论历史悠久，早在上世纪40年代就被Jonson和Hoff提出，并于上世纪50年代初发表在无线电工程师协会(IRE)的论文集中，由此开始了幅度概率分布统计分析研究的新纪年。而伴随着对各种不同种类电磁干扰统计特性的研究，APD统计测量理论不断发展成熟。根据是否有人为因素，电磁干扰可分为自然干扰和人为干扰两大类。自然干扰主要来源于大气层的天电噪声、宇宙噪声和沉积静电噪声及热噪声。天电噪声、宇宙噪声和沉积静电噪声既是地球电磁环境基本要素的组成部分，又是对无线电通信、空间技术造成干扰的骚扰源。而人为噪声是由机电或其他人工装置产生的电磁能量干扰，包括功能性干扰和非功能性干扰。功能性干扰源是指设备、系统在实现自身功能的过程中产生有用电磁能量而对其他设备、系统造成干扰的用电装置，如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备，又称为有意发射干扰源。非功能性干扰源是指设备、系统在实现自身功能的过程中产生无用电磁能量而对其他设备、系统造成干扰的用电装置，如交通车辆、架空电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等，这部分干扰源又称为无意发射干扰源。

APD技术的发展史依照研究对象不同分为三个阶段：第一阶段，主要用于研究大气噪声；第二阶段，主要用于描述人为噪声，比如城区的背景噪声、电气化铁路噪声等；第三阶段，主要用于评价通信系统的性能。根据是否存在人为因素，电磁干扰可分为自然干扰和人为干扰两大类。自然干扰主要来源于大气层的天电噪声、宇宙噪声和沉积静电噪声及热噪声。而人为干扰是由机电或其他人工装置产生的电磁能量干扰，包括功能性干扰和非功能性干扰。

APD基础理论

CISPR将APD定义为骚扰信号幅度超过某个规定电平的时间概率，用公式表示为：

其中R是门限电平，T是总测量时间，是第k个幅度超过R的脉冲持续时间，如图1所示。APD是包络的一阶统计量，它反映了干扰的幅度统计特性。

图1 骚扰信号包络时域波形

连续信号的概率密度函数，累计分布函数以及幅度的之间关系如下：

在实际的工程测量应用时，获得的都是离散信号。运用以上理论，再对连续域公式进行离散化，可得离散信号的概率密度，累计概率分布函数以及之间的关系如下：

实际APD数据的分析

对APD数据的比较研究，所使用的数据来源于各地方监测台对于广播的实际收测结果，即来源于值班员的打分数据，也就是可听度。数据时间从2011年的1月份到2011年3月份，虽然只有三个月的数据，但是由于采样频率较高和收测的频率数众多，这就造成采样收测的数据量很大，超过100万次收测。图2是1到3月份的APD数据比较，横坐标轴是可听度的升序排列，纵坐标轴是可听度超过某可听度数值的概率。基于保密纪律考虑，横坐标轴被隐去，而不加以显示。由曲线可知，超过低可听度层的概率大，超过高可听度层的概率小。

由图1可以看出，各月的数据曲线的趋势较为接近。这说明由每月的运行图数据和收测范围表产生的收测任务的APD趋势较为接近，电波传播的环境没有剧烈变化，且各值班员打分都受过严格培训。

1月到3月全部数据结果的APD值高于各月数据的APD值。此情况相当于代表全部数据APD曲线右移。1月到3月全部数据结果的APD值是各月数据APD值的抽样点数上的叠加。这表明在较大可听度时仍有广播信号存在。横坐标是较高可听率时，对应的纵坐标概率较低。这说明值班员对于高可听度的打分很是慎重，出于理论和实际的差距的考虑（即理论上存在可听率是5分的情况，而实际上出现打分为5分的概率很低），他们不轻易对广播效果打高分。

在可听度较低时，1月到3月份全部数据结果的APD值会和各月数据的APD值几乎重合，说明对于可听度值较低的情况，值班员判断易达成共识，特别是广播效果为0分的情况。

图中出现的台阶区域是可听率为3分、4分的情况。可以看出，在可听率上，出现3分、4分的概率很高，说明我们的广播形势一片大好，广大听众可以很好地收听广播。