无线电干扰的APD测量方法及实现

张连迎　弓勇义

摘 要：主要讨论了无线电干扰的APD测量方法，介绍了传统的无线电干扰的测量方法及其局限性、APD的定义及APD测量系统的设计与实现，并通过仿真实验进行了验证。由于APD能够更加真实地反映无线电干扰的脉冲特征，对于正确评估无线电干扰对数字通信系统的影响具有重要参考价值。

关键词： 无线电干扰； APD测量； 数字通信； 中频包络

中图分类号： TN995?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0056?02

0 引 言

传统的无线电干扰测量中，一般测量干扰的准峰值或平均值对干扰进行评价。而且CISPR出版物和我国的相关国家标准中给出的无线电干扰限值也一般以准峰值或均值的形式给出。

但是随着通信技术特别是数字通信技术的发展，传统的准峰值或平均值测量无法全面评估无线电干扰对数字通信的影响。而且无线电干扰是一个随机过程，单纯的采用某几个参量并不能完全评估干扰的特性，比较理想的方法是对无线电干扰进行统计特性分析。2005年，日本相关机构向CISPR提出采用APD方法测量无线电干扰[1]。

利用APD测量方法，不仅可以获得无线电干扰的统计特性，还可以通过换算获得传统测量方法的结果[2]。

1 传统测量方法与局限性

目前在主流的无线电干扰测量中，一般采用准峰值或均值对无线电干扰进行测量。这是因为历史上制定有关无线电干扰的标准时，其出发点是为了保护无线电通信业务，而早期的通信系统主要采用模拟调幅体制。而经过大量实验表明，无线电干扰在通过准峰值检波器后电表的指示与人类听觉器官的感觉一样，所以准峰值检波得到了推广和广泛应用[3]。

随着通信技术的发展，产生了更多的通信制式，同一类干扰对不同体制的系统的影响也不一样，由于准峰值的局限性，开始引入平均值测量，用于描述干扰的包络电平特征。

但是传统的测量方法主要偏重于考察无线电干扰对模拟语音通信效果的影响，但是随着数字通信的出现，无线电干扰对数据传输误码率的影响成为关注的焦点，这就需要给出无线电干扰的包络电平统计特性，而这是传统测量方法所无法给出的。

2 APD的定义

APD（Amplitude Probability Distribution）的全称是“幅度概率分布”。它是指干扰包络幅度超过门限电平[E]的时间概率。对实际测量系统而言，它描述的是接收机中频包络的时间统计特性。

如图1所示，在某次测量时间[T]内，有[N]个时段包络幅度超出了门限电平[E，][ti]为每次超出[E]的持续时间。则APD的数学定义可表示为：

[P（A>E）=i=1NΔtiTc] （1）

图1 中频包络示意图

3 APD测量系统的实现

3.1 CISPR的方案

从APD的定义可以看出，APD测量系统实现的关键是提取无线电干扰的包络并计算包络幅度超过门限电平[E]的时间概率。

CISPR报告中给出了两种方案[1]，一种是不采用采用A/D采样，直接利用一组比较器和计数器实现，另一种是采用A/D采样，利用CPU和辅助电路进行统计计算。

上述两种方案均需要一些辅助门电路进行电平判断，设计起来较为复杂并且不够灵活扩展。这里采用“软件无线电”的思想对第二种方案进行改造。

3.2 软件无线电技术

软件无线电技术是以一个通用的模块化硬件平台为依托，通过软件来实现无线电功能。因为系统的功能由程序来实现，系统的功能很容易扩展和修改。无线电干扰测量本质上是对中频输出进行处理，处理中用到的滤波、变频、检波、统计等都有相应的计算方法或模型，完全可以用纯软件计算的方式来实现APD测量，可以独立于前端接收系统，用软件接口技术实现软件与硬件的分离。

如果设计的计算软件要完全脱离硬件系统，可以利用软件设计中的抽象接口的手段，在软件中预留硬件控制部分的抽象接口。这样既可以与多种硬件系统进行耦合，也可以通过建立虚拟仪器的方法实现仿真实验，软件的灵活性就大大提高了。

3.3 中频包络的提取

本文所谓的提取包络，严格地说是提取包络的幅度信息，因为APD测量的对象是包络的幅度电平，提取包络就应该将中频信号进行下变频；提取包络后，可采用统计算法程序提取包络的统计信息，完成测量。中频包络提取的流程如图2所示。

图2中，自A/D采样后的所有流程都是靠软件实现。

由于APD测量需要较长的时间，数据量较大，一般数据采集板的数据缓冲较小，无法满足一次存储所有数据。为了解决这个问题，实测系统中，笔者使用的采样设备为PCI接口的数据采集板，并采用了“双缓冲”技术，保证了数据的高速传输和数据的连续性。

图2 包络提取流程图

3.4 APD的计算

假设通过上节所述流程获得了[N]组包络电平[E[N]；]需要测试[M]组门限电平[D[M]。]

设超过电平[D[i]]的电平计数为[nAPD[i]。]则门限电平[D[i]]的幅度概率分布APD[i]为：

[APD[i]=（nAPD[i]）N] （2）

4 仿真实验

为了验证软件APD参量计算算法的正确性，模拟产生了一组服从标准正态分布的信号。仿真计算结果如图3所示。

图3 仿真计算结果

图3中，理论计算的APD是根据正态分布的包络服从瑞利分布这一结论计算得到。软件计算的APD比理论计算的APD要小，这可能是由于滤波器通带的不平坦和滤波导致的正态分布信号带宽损失引起的。总体上软件计算的结果与理论计算结果是吻合的。

5 结 论

本文提出了一种APD测量系统的方案，仿真计算表明该方案是完全可行的，包络提取与APD计算完全脱离于硬件设备，即可进行实际测试，也可应用于干扰数据处理与仿真实验，应用方式灵活，测量结果准确。

相对传统测量方法，APD测量的优越性越来越突出，它可以更准确地反映干扰信号的脉冲特性，可以更加准确评价干扰对不同通信系统的影响。但APD测量的应用还有一个过程，很多问题有待解决，如APD限值，APD测量时间等都是需要解决的问题。

参考文献

[1] CISPR. CISPR 16?1?1?2006 [S/OL]. [2012?09?21]. http：//www. ishare.iask.sina.com.cn.

[2] 张林昌.电气化铁道无线电干扰源幅度分布特性与检波、带宽转换的研究报告[R].北京：北方交通大学，1993.

[3] 闻映红.无线电骚扰的统计参量测量法[J].安全与电磁兼容，2006（1）：9?11.

[4] 沙斐.电磁干扰的统计参量APD和NAD的特性及其测量[J].北方交通大学学报，1983（1）：11?15.

[5] 杨飞，沙斐，王国栋.基于幅度概率分布研究骚扰对通信系统的影响[J].北京交通大学学报，2008（5）：64?67.

[6] 陈嵩，沙斐，王国栋.电气化铁道弓网电磁噪声的建模及其APD统计特性[J].系统仿真学报，2009（12）：3577?3580.

[7] 董伟波，王茜蒨，韩旭.基于虚拟仪器技术的APD噪声等效功率测量系统[J].仪器仪表学报，2011（11）：2635?2640.

[8] 肖猛.APD技术在电磁兼容测试中的应用[J].环境技术，2009（2）：16?18.

摘 要：主要讨论了无线电干扰的APD测量方法，介绍了传统的无线电干扰的测量方法及其局限性、APD的定义及APD测量系统的设计与实现，并通过仿真实验进行了验证。由于APD能够更加真实地反映无线电干扰的脉冲特征，对于正确评估无线电干扰对数字通信系统的影响具有重要参考价值。

关键词： 无线电干扰； APD测量； 数字通信； 中频包络

中图分类号： TN995?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0056?02

0 引 言

传统的无线电干扰测量中，一般测量干扰的准峰值或平均值对干扰进行评价。而且CISPR出版物和我国的相关国家标准中给出的无线电干扰限值也一般以准峰值或均值的形式给出。

但是随着通信技术特别是数字通信技术的发展，传统的准峰值或平均值测量无法全面评估无线电干扰对数字通信的影响。而且无线电干扰是一个随机过程，单纯的采用某几个参量并不能完全评估干扰的特性，比较理想的方法是对无线电干扰进行统计特性分析。2005年，日本相关机构向CISPR提出采用APD方法测量无线电干扰[1]。

利用APD测量方法，不仅可以获得无线电干扰的统计特性，还可以通过换算获得传统测量方法的结果[2]。

1 传统测量方法与局限性

目前在主流的无线电干扰测量中，一般采用准峰值或均值对无线电干扰进行测量。这是因为历史上制定有关无线电干扰的标准时，其出发点是为了保护无线电通信业务，而早期的通信系统主要采用模拟调幅体制。而经过大量实验表明，无线电干扰在通过准峰值检波器后电表的指示与人类听觉器官的感觉一样，所以准峰值检波得到了推广和广泛应用[3]。

随着通信技术的发展，产生了更多的通信制式，同一类干扰对不同体制的系统的影响也不一样，由于准峰值的局限性，开始引入平均值测量，用于描述干扰的包络电平特征。

但是传统的测量方法主要偏重于考察无线电干扰对模拟语音通信效果的影响，但是随着数字通信的出现，无线电干扰对数据传输误码率的影响成为关注的焦点，这就需要给出无线电干扰的包络电平统计特性，而这是传统测量方法所无法给出的。

2 APD的定义

APD（Amplitude Probability Distribution）的全称是“幅度概率分布”。它是指干扰包络幅度超过门限电平[E]的时间概率。对实际测量系统而言，它描述的是接收机中频包络的时间统计特性。

如图1所示，在某次测量时间[T]内，有[N]个时段包络幅度超出了门限电平[E，][ti]为每次超出[E]的持续时间。则APD的数学定义可表示为：

[P（A>E）=i=1NΔtiTc] （1）

图1 中频包络示意图

3 APD测量系统的实现

3.1 CISPR的方案

从APD的定义可以看出，APD测量系统实现的关键是提取无线电干扰的包络并计算包络幅度超过门限电平[E]的时间概率。

CISPR报告中给出了两种方案[1]，一种是不采用采用A/D采样，直接利用一组比较器和计数器实现，另一种是采用A/D采样，利用CPU和辅助电路进行统计计算。

上述两种方案均需要一些辅助门电路进行电平判断，设计起来较为复杂并且不够灵活扩展。这里采用“软件无线电”的思想对第二种方案进行改造。

3.2 软件无线电技术

软件无线电技术是以一个通用的模块化硬件平台为依托，通过软件来实现无线电功能。因为系统的功能由程序来实现，系统的功能很容易扩展和修改。无线电干扰测量本质上是对中频输出进行处理，处理中用到的滤波、变频、检波、统计等都有相应的计算方法或模型，完全可以用纯软件计算的方式来实现APD测量，可以独立于前端接收系统，用软件接口技术实现软件与硬件的分离。

如果设计的计算软件要完全脱离硬件系统，可以利用软件设计中的抽象接口的手段，在软件中预留硬件控制部分的抽象接口。这样既可以与多种硬件系统进行耦合，也可以通过建立虚拟仪器的方法实现仿真实验，软件的灵活性就大大提高了。

3.3 中频包络的提取

本文所谓的提取包络，严格地说是提取包络的幅度信息，因为APD测量的对象是包络的幅度电平，提取包络就应该将中频信号进行下变频；提取包络后，可采用统计算法程序提取包络的统计信息，完成测量。中频包络提取的流程如图2所示。

图2中，自A/D采样后的所有流程都是靠软件实现。

由于APD测量需要较长的时间，数据量较大，一般数据采集板的数据缓冲较小，无法满足一次存储所有数据。为了解决这个问题，实测系统中，笔者使用的采样设备为PCI接口的数据采集板，并采用了“双缓冲”技术，保证了数据的高速传输和数据的连续性。

图2 包络提取流程图

3.4 APD的计算

假设通过上节所述流程获得了[N]组包络电平[E[N]；]需要测试[M]组门限电平[D[M]。]

设超过电平[D[i]]的电平计数为[nAPD[i]。]则门限电平[D[i]]的幅度概率分布APD[i]为：

[APD[i]=（nAPD[i]）N] （2）

4 仿真实验

为了验证软件APD参量计算算法的正确性，模拟产生了一组服从标准正态分布的信号。仿真计算结果如图3所示。

图3 仿真计算结果

图3中，理论计算的APD是根据正态分布的包络服从瑞利分布这一结论计算得到。软件计算的APD比理论计算的APD要小，这可能是由于滤波器通带的不平坦和滤波导致的正态分布信号带宽损失引起的。总体上软件计算的结果与理论计算结果是吻合的。

5 结 论

本文提出了一种APD测量系统的方案，仿真计算表明该方案是完全可行的，包络提取与APD计算完全脱离于硬件设备，即可进行实际测试，也可应用于干扰数据处理与仿真实验，应用方式灵活，测量结果准确。

相对传统测量方法，APD测量的优越性越来越突出，它可以更准确地反映干扰信号的脉冲特性，可以更加准确评价干扰对不同通信系统的影响。但APD测量的应用还有一个过程，很多问题有待解决，如APD限值，APD测量时间等都是需要解决的问题。

参考文献

[1] CISPR. CISPR 16?1?1?2006 [S/OL]. [2012?09?21]. http：//www. ishare.iask.sina.com.cn.

[2] 张林昌.电气化铁道无线电干扰源幅度分布特性与检波、带宽转换的研究报告[R].北京：北方交通大学，1993.

[3] 闻映红.无线电骚扰的统计参量测量法[J].安全与电磁兼容，2006（1）：9?11.

[4] 沙斐.电磁干扰的统计参量APD和NAD的特性及其测量[J].北方交通大学学报，1983（1）：11?15.

[5] 杨飞，沙斐，王国栋.基于幅度概率分布研究骚扰对通信系统的影响[J].北京交通大学学报，2008（5）：64?67.

[6] 陈嵩，沙斐，王国栋.电气化铁道弓网电磁噪声的建模及其APD统计特性[J].系统仿真学报，2009（12）：3577?3580.

[7] 董伟波，王茜蒨，韩旭.基于虚拟仪器技术的APD噪声等效功率测量系统[J].仪器仪表学报，2011（11）：2635?2640.

[8] 肖猛.APD技术在电磁兼容测试中的应用[J].环境技术，2009（2）：16?18.

摘 要：主要讨论了无线电干扰的APD测量方法，介绍了传统的无线电干扰的测量方法及其局限性、APD的定义及APD测量系统的设计与实现，并通过仿真实验进行了验证。由于APD能够更加真实地反映无线电干扰的脉冲特征，对于正确评估无线电干扰对数字通信系统的影响具有重要参考价值。

关键词： 无线电干扰； APD测量； 数字通信； 中频包络

中图分类号： TN995?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）09?0056?02

0 引 言

传统的无线电干扰测量中，一般测量干扰的准峰值或平均值对干扰进行评价。而且CISPR出版物和我国的相关国家标准中给出的无线电干扰限值也一般以准峰值或均值的形式给出。

但是随着通信技术特别是数字通信技术的发展，传统的准峰值或平均值测量无法全面评估无线电干扰对数字通信的影响。而且无线电干扰是一个随机过程，单纯的采用某几个参量并不能完全评估干扰的特性，比较理想的方法是对无线电干扰进行统计特性分析。2005年，日本相关机构向CISPR提出采用APD方法测量无线电干扰[1]。

利用APD测量方法，不仅可以获得无线电干扰的统计特性，还可以通过换算获得传统测量方法的结果[2]。

1 传统测量方法与局限性

目前在主流的无线电干扰测量中，一般采用准峰值或均值对无线电干扰进行测量。这是因为历史上制定有关无线电干扰的标准时，其出发点是为了保护无线电通信业务，而早期的通信系统主要采用模拟调幅体制。而经过大量实验表明，无线电干扰在通过准峰值检波器后电表的指示与人类听觉器官的感觉一样，所以准峰值检波得到了推广和广泛应用[3]。

随着通信技术的发展，产生了更多的通信制式，同一类干扰对不同体制的系统的影响也不一样，由于准峰值的局限性，开始引入平均值测量，用于描述干扰的包络电平特征。

但是传统的测量方法主要偏重于考察无线电干扰对模拟语音通信效果的影响，但是随着数字通信的出现，无线电干扰对数据传输误码率的影响成为关注的焦点，这就需要给出无线电干扰的包络电平统计特性，而这是传统测量方法所无法给出的。

2 APD的定义

APD（Amplitude Probability Distribution）的全称是“幅度概率分布”。它是指干扰包络幅度超过门限电平[E]的时间概率。对实际测量系统而言，它描述的是接收机中频包络的时间统计特性。

如图1所示，在某次测量时间[T]内，有[N]个时段包络幅度超出了门限电平[E，][ti]为每次超出[E]的持续时间。则APD的数学定义可表示为：

[P（A>E）=i=1NΔtiTc] （1）

图1 中频包络示意图

3 APD测量系统的实现

3.1 CISPR的方案

从APD的定义可以看出，APD测量系统实现的关键是提取无线电干扰的包络并计算包络幅度超过门限电平[E]的时间概率。

CISPR报告中给出了两种方案[1]，一种是不采用采用A/D采样，直接利用一组比较器和计数器实现，另一种是采用A/D采样，利用CPU和辅助电路进行统计计算。

上述两种方案均需要一些辅助门电路进行电平判断，设计起来较为复杂并且不够灵活扩展。这里采用“软件无线电”的思想对第二种方案进行改造。

3.2 软件无线电技术

软件无线电技术是以一个通用的模块化硬件平台为依托，通过软件来实现无线电功能。因为系统的功能由程序来实现，系统的功能很容易扩展和修改。无线电干扰测量本质上是对中频输出进行处理，处理中用到的滤波、变频、检波、统计等都有相应的计算方法或模型，完全可以用纯软件计算的方式来实现APD测量，可以独立于前端接收系统，用软件接口技术实现软件与硬件的分离。

如果设计的计算软件要完全脱离硬件系统，可以利用软件设计中的抽象接口的手段，在软件中预留硬件控制部分的抽象接口。这样既可以与多种硬件系统进行耦合，也可以通过建立虚拟仪器的方法实现仿真实验，软件的灵活性就大大提高了。

3.3 中频包络的提取

本文所谓的提取包络，严格地说是提取包络的幅度信息，因为APD测量的对象是包络的幅度电平，提取包络就应该将中频信号进行下变频；提取包络后，可采用统计算法程序提取包络的统计信息，完成测量。中频包络提取的流程如图2所示。

图2中，自A/D采样后的所有流程都是靠软件实现。

由于APD测量需要较长的时间，数据量较大，一般数据采集板的数据缓冲较小，无法满足一次存储所有数据。为了解决这个问题，实测系统中，笔者使用的采样设备为PCI接口的数据采集板，并采用了“双缓冲”技术，保证了数据的高速传输和数据的连续性。

图2 包络提取流程图

3.4 APD的计算

假设通过上节所述流程获得了[N]组包络电平[E[N]；]需要测试[M]组门限电平[D[M]。]

设超过电平[D[i]]的电平计数为[nAPD[i]。]则门限电平[D[i]]的幅度概率分布APD[i]为：

[APD[i]=（nAPD[i]）N] （2）

4 仿真实验

为了验证软件APD参量计算算法的正确性，模拟产生了一组服从标准正态分布的信号。仿真计算结果如图3所示。

图3 仿真计算结果

图3中，理论计算的APD是根据正态分布的包络服从瑞利分布这一结论计算得到。软件计算的APD比理论计算的APD要小，这可能是由于滤波器通带的不平坦和滤波导致的正态分布信号带宽损失引起的。总体上软件计算的结果与理论计算结果是吻合的。

5 结 论

本文提出了一种APD测量系统的方案，仿真计算表明该方案是完全可行的，包络提取与APD计算完全脱离于硬件设备，即可进行实际测试，也可应用于干扰数据处理与仿真实验，应用方式灵活，测量结果准确。

相对传统测量方法，APD测量的优越性越来越突出，它可以更准确地反映干扰信号的脉冲特性，可以更加准确评价干扰对不同通信系统的影响。但APD测量的应用还有一个过程，很多问题有待解决，如APD限值，APD测量时间等都是需要解决的问题。

参考文献

[1] CISPR. CISPR 16?1?1?2006 [S/OL]. [2012?09?21]. http：//www. ishare.iask.sina.com.cn.

[2] 张林昌.电气化铁道无线电干扰源幅度分布特性与检波、带宽转换的研究报告[R].北京：北方交通大学，1993.

[3] 闻映红.无线电骚扰的统计参量测量法[J].安全与电磁兼容，2006（1）：9?11.

[4] 沙斐.电磁干扰的统计参量APD和NAD的特性及其测量[J].北方交通大学学报，1983（1）：11?15.

[5] 杨飞，沙斐，王国栋.基于幅度概率分布研究骚扰对通信系统的影响[J].北京交通大学学报，2008（5）：64?67.

[6] 陈嵩，沙斐，王国栋.电气化铁道弓网电磁噪声的建模及其APD统计特性[J].系统仿真学报，2009（12）：3577?3580.

[7] 董伟波，王茜蒨，韩旭.基于虚拟仪器技术的APD噪声等效功率测量系统[J].仪器仪表学报，2011（11）：2635?2640.

[8] 肖猛.APD技术在电磁兼容测试中的应用[J].环境技术，2009（2）：16?18.