西藏自治区阿里地区无线电噪声测量与分析

弓勇义+王聚杰+张连迎

摘 要： 针对西藏自治区阿里地区夏季高频无线电噪声情况进行了为期一个月的测量。将实测数据进行了处理，并与ITU?R P.372?10建议书的预测值进行了比较和分析。结果表明，该地区的无线电噪声水平在2～8 MHz上昼夜变化较为明显，在8～30 MHz上昼夜变化不大，在白天大部分频段接近于ITU?R P.372?10建议书中农村级预测值。

关键词： 无线电噪声； ITU?R P.372?10建议书； 噪声测量； 农村级预测值

中图分类号： TN911.3?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）20?0141?04

Measurement and analysis of radio noise in Ngari Prefecture of Tibet Autonomous Region

GONG Yong?yi， WANG Ju?jie， ZHANG Lian?ying

（China Research Institute of Radio Wave Propagation， Qingdao 266107， China）

Abstract： HF radio noise in Ngari Prefecture of Tibet Autonomous Region was measured in a month in summer. The measured data was processed and compared with the predicted value in Recommendation ITU?R P.372?10. The results show that the diurnal change of the radio noise in this area is obvious between 2 MHz and 8 MHz， but is not obvious between 8 MHz and 30 MHz， and the radio noise in the most HF bands during daytime is close to the rural predicted value in Recommendation ITU?R P.372?10.

Keywords： radio noise； Recommendation ITU?R P.372?10； noise measurement； rural predicated value

0 引 言

在设计短波通信线路方案、评估短波通信质量或分析短波超视距雷达的噪声环境时，外部噪声是计算接收信噪比和评估通信质量时必须考虑的因素[1]。

短波段的无线电噪声主要由大气无线电噪声、人为噪声、银河系噪声等各类噪声组成。大气噪声的传播受电离层影响很大，其强度随频率、时间、季节、地理位置及气候的改变而变化。因此，在工程应用中通常都是以统计形式取其季时段中值来进行计算。工程上一般依据CCIR322报告和ITU?R P.372建议书提供的一套全球大气噪声分布图和人为噪声的一组计算公式进行估算所需地区的无线电噪声[2]。但是ITU?R P.372建议书所提供的一套全球大气噪声分布数据是基于1957—1961年在全球16个站点进行的无线电噪声测量，人为噪声则基于1966—1971年美国在其境内103个地区进行的测量[3] ，并没有中国地区的实测数据。

因此，有必要获得中国典型地区的实测数据，得到国内的实际无线电噪声水平和分布情况。特别是环境较为恶劣、系统前期设计中无法轻易进行开展临时测量的地方。鉴于此，2013年7—8月在西藏自治区阿里地区进行了为期一月的无线电噪声测量，获得了国内资料极难查阅到的国内高原地区的实测无线电噪声水平。

1 测量原理

短波段的无线电噪声是大气无线电噪声、人为噪声、银河系噪声等各类噪声的合成[4]。在实际测量中，一般情况下测量得到的也是测量点的综合噪声。可以根据测量点周围的人为活动情况等来估计综合噪声中占主导地位的噪声来源。

国际惯例中，外部无线电噪声测量结果通常以外部无线电噪声系数Fa的形式给出。在使用无损耗垂直单极子短天线时，接收点噪声场强与外部无线电噪声系数Fa的换算公式如下[4]：

[Fa=E+95.5-20lg f-10lgB] （1）

式中：Fa为外部无线电噪声系数，单位为dB；E为噪声场强的均方根值，单位为dBμV/m；f为测量频率，单位为MHz；B为测量带宽，单位为Hz。

根据公式（1）可以通过测量噪声场强的方法得到外部无线电噪声系数。

2 测量方法

2.1 测量设备

本次测量使用的测量接收机型号为ESCI，生产公司为德国R&S公司；测量天线为配套的1 m垂直杆天线，型号为HFH2?Z6，天线系数K为10 dB/m。为了在测量时间内获取大量的实测数据，测量过程中利用计算机通过GPIB通信控制卡控制接收机实现全自动测量并自动存储测量数据。

2.2 测量方法

本次测量频率范围为2～30 MHz。从2.5～29.5 MHz以1 MHz为间隔选择了28个频率作为测量的标称频率；在测量时为了避开人为发射信号及其他大功率干扰，对每个标称频率在测量前进行一组预扫频测量，扫描范围为标称频率±0.5 MHz，从扫描数据中选择一个安静频率作为实际测量频率开展定频测量。

测量时接收机采用有效值检波，测量带宽为200 Hz，每个频率单次总测量时间为3 min。全频段单次测量时间约1 h，每天24 h循环测量[5]。

2.3 测量系统误差

由ESCI型接收机和HFH2?Z6型天线组成的测量系统测量误差最大为1 dB。按2.2节所述，实际测量时的测量频率通常与标称频率不一致，由于这种频率偏移引起的测量误差最大为[20lg5.55]dB，约0.8 dB。

综合考虑，整个测量系统的总测量误差最大为[6][1×1+0.8×0.8]dB，约1.3 dB。

2.4 测量点简介

测量点选在距离阿里地区狮泉河镇4 km的地点。测试点四周方圆4 km内地势较为平坦、开阔且极少有人为活动，没有树木、房屋等电磁障碍遮挡物，大约4 km处有山岭围绕。测量点的噪声环境特征介于ITU?R SM.1753?2（09/2012）中规定的偏远农村和农村之间[7]。

3 测量数据处理

3.1 处理方法

根据ITU?R P.372建议书中的预测数据的给出方法，将实测数据按照当地时间分为6个时段，分别为：00：00—04：00，04：00—08：00，08：00—12：00，12：00—16：00，16：00—20：00， 20：00—24：00，统计每个频率在每个时段的所有定频测量数据的中值。

3.2 处理结果

00：00—04：00，04：00—08：00，08：00—12：00三个时段的处理结果见图1，12：00—16：00，16：00—20：00，20：00—24：00三个时段的处理结果见图2。

图1 00：00—04：00，04：00—08：00，08：00—12：00

三个时段处理结果

图2 12：00—16：00，16：00—20：00，20：00—24：00

三个时段处理结果

为了更能直观地看出无线电噪声随时间的变化，选取2.5 MHz，8.5 MHz，15.5 MHz，29.5 MHz四个频率的所有时段的实测数据进行随时段处理，结果见图3。

图3 典型频率的处理结果

3.3 初步分析

（1） 测试点外部噪声系数在频段2～8 MHz内有明显的昼夜变化。一般在12：00—16：00时段外部噪声强度最低；在00：00—04：00时段内外部噪声强度达到最高，昼夜变化最大可达24 dB。频率越低，外部噪声强度日变化越明显。

（2） 测试点低频段外部噪声强度的昼夜变化符合大气无线电噪声的逐时变化特征。

（3） 在8～30 MHz频段，外部噪声系数也呈现出昼夜变化，但变化趋势与低频段正好相反。通常在白天时段高，夜间时段低，但昼夜变化幅度较小。

4 与预测数据的比较

4.1 各类噪声预测值的合成

ITU?R P.372建议书给出了短波段大气噪声、人为噪声和银河噪声的预测值。大气噪声预测数据可从ITU?R P.372建议书的大气噪声分布图读取；人为噪声和银河噪声的预测数据可由该建议书给出的公式计算得到。

由于本次实测过程中并未区分这三类噪声，因此需要获取三类噪声预测值的合成作为该地区外部无线电噪声的预测值。

用于合成三类噪声的计算公式如下[6]：

[FamT=cln（αT）-σ2T2c2] （2）

[σT=cln1+βTα2T] （3）

[c=10/ln 10=4.343] （4）

[αT=i=1nexpFamic+σ2i2c2] （5）

[βT=i=1nα2iexpσ2ic2-1] （6）

式中：[FamT]为合成噪声的中值；[σT]为合成噪声的标准差；[Fami]为每个噪声源的中值；[σi]为每个噪声源的标准差。人为噪声预测值取农村级别。

4.2 预测值与实测值的比较

选取2.5 MHz，8.5 MHz，15.5 MHz，29.5 MHz四个频率作为典型频率的实测处理结果与预测值的综合噪声比较见图4～图7。其余频点实测值可从图1和图2中获得。

图4 2.5 MHz实测数据与预测值比较

图5 8.5 MHz实测数据与预测值比较

图6 15.5 MHz实测数据与预测值比较

图7 29.5 MHz实测数据与预测值比较

4.3 实测值与预测值比较分析

总的看来，阿里测量点在白天时段实测外部噪声强度非常接近于农村预测值，但在夜间时段频率低端实测外部噪声强度同预测值相比显得较高。

4.4 进一步分析

为了进一步分析阿里地区的无线电噪声与预测值具有偏差的原因，选取了距离阿里地区较近的印度实测数据进行对比分析。印度在1957—1961年由全印度无线电All India Radio（AIR）负责组织在德里进行了大气无线电噪声测量。德里测量点距离阿里测试点距离为500 km左右。我们获得了印度德里测量点在2.5 MHz，5.5 MHz，10 MHz上，08：00—12：00，12：00—16：00，16：00—20：00，20：00—24：00四个时段的测量结果，与阿里实测结果对比图见图8～图10。

图8 2.5 MHz阿里与德里实测数据比较

图9 5.5 MHz阿里与德里实测数据比较

图10 10 MHz阿里与德里实测数据比较

由图8～图10可知德里夏季短波波段的外部噪声强度日变化较小，夜晚时段的实测外部噪声数据也是比较高的。阿里测试点实测数据在夜晚时段的短波频段低端与德里实测结果相差不大。在短波中段阿里实测数据明显低于德里数据。

导致阿里地区白天背景噪声较低的原因可能与这一地区的独特气候特征有关，也与本地极低的人口密度有关。原则上，短波低端白天的环境无线电噪声主要是由本地雷电和人为噪声产生的；而夜间，不同地区的雷电脉冲能够四面八方地传播，阿里和德里地面距离较近，它们在夜间的大气无线电噪声强度相当是很自然的。

5 结 论

（1） 阿里测量点实测外部噪声数据频率地段昼夜变化明显，外部噪声强度与该地区自然噪声和人为噪声的一般变化规律相符合；

（2） 阿里实测数据与附近地区国际测量站测量数据对比分析表明：阿里测量点背景噪声环境优良，特别是在白天时段优势明显。

通过此次测量，可以看出实测数据与预测值有些时段会有较大偏差，因此在短波通信工程设计中，应尽量对站点的外部无线电噪声进行实地测量，以更准确地估计接收信噪比和评估通信质量。

参考文献

[1] 胡绘斌，陈建忠.短波大气噪声的数值计算方法[J].通信技术，2010（7）：31?35.

[2] ITU Radiocommunication Assembly. ITU?RP. 372?10： radio noise [R]. Geneva： ITU， 2009.

[3] Department of Commerce Office of Telecommunications. OT Report 74?38： man?made radio noise [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1974.

[4] 焦培南，张忠治.雷达环境与电播传播特性[M].北京：电子工业出版社，2007.

[5] ITU Radiocommunication Assembly. ITU? R SM. 1753?1： the measurement method of radio noise [R]. Geneva： ITU， 2009.

[6] 王化吉.EMC传导发射测试测量不确定度评定[J].国外电子测量技术，2012（3）： 42?44.

[7] Department of Commerce Office of Telecommunications. NTIA Report 85?173： atmospheric radio noise： world levels and other characteristics [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1985.

图8 2.5 MHz阿里与德里实测数据比较

图9 5.5 MHz阿里与德里实测数据比较

图10 10 MHz阿里与德里实测数据比较

由图8～图10可知德里夏季短波波段的外部噪声强度日变化较小，夜晚时段的实测外部噪声数据也是比较高的。阿里测试点实测数据在夜晚时段的短波频段低端与德里实测结果相差不大。在短波中段阿里实测数据明显低于德里数据。

导致阿里地区白天背景噪声较低的原因可能与这一地区的独特气候特征有关，也与本地极低的人口密度有关。原则上，短波低端白天的环境无线电噪声主要是由本地雷电和人为噪声产生的；而夜间，不同地区的雷电脉冲能够四面八方地传播，阿里和德里地面距离较近，它们在夜间的大气无线电噪声强度相当是很自然的。

5 结 论

（1） 阿里测量点实测外部噪声数据频率地段昼夜变化明显，外部噪声强度与该地区自然噪声和人为噪声的一般变化规律相符合；

（2） 阿里实测数据与附近地区国际测量站测量数据对比分析表明：阿里测量点背景噪声环境优良，特别是在白天时段优势明显。

通过此次测量，可以看出实测数据与预测值有些时段会有较大偏差，因此在短波通信工程设计中，应尽量对站点的外部无线电噪声进行实地测量，以更准确地估计接收信噪比和评估通信质量。

参考文献

[1] 胡绘斌，陈建忠.短波大气噪声的数值计算方法[J].通信技术，2010（7）：31?35.

[2] ITU Radiocommunication Assembly. ITU?RP. 372?10： radio noise [R]. Geneva： ITU， 2009.

[3] Department of Commerce Office of Telecommunications. OT Report 74?38： man?made radio noise [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1974.

[4] 焦培南，张忠治.雷达环境与电播传播特性[M].北京：电子工业出版社，2007.

[5] ITU Radiocommunication Assembly. ITU? R SM. 1753?1： the measurement method of radio noise [R]. Geneva： ITU， 2009.

[6] 王化吉.EMC传导发射测试测量不确定度评定[J].国外电子测量技术，2012（3）： 42?44.

[7] Department of Commerce Office of Telecommunications. NTIA Report 85?173： atmospheric radio noise： world levels and other characteristics [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1985.

图8 2.5 MHz阿里与德里实测数据比较

图9 5.5 MHz阿里与德里实测数据比较

图10 10 MHz阿里与德里实测数据比较

由图8～图10可知德里夏季短波波段的外部噪声强度日变化较小，夜晚时段的实测外部噪声数据也是比较高的。阿里测试点实测数据在夜晚时段的短波频段低端与德里实测结果相差不大。在短波中段阿里实测数据明显低于德里数据。

导致阿里地区白天背景噪声较低的原因可能与这一地区的独特气候特征有关，也与本地极低的人口密度有关。原则上，短波低端白天的环境无线电噪声主要是由本地雷电和人为噪声产生的；而夜间，不同地区的雷电脉冲能够四面八方地传播，阿里和德里地面距离较近，它们在夜间的大气无线电噪声强度相当是很自然的。

5 结 论

（1） 阿里测量点实测外部噪声数据频率地段昼夜变化明显，外部噪声强度与该地区自然噪声和人为噪声的一般变化规律相符合；

（2） 阿里实测数据与附近地区国际测量站测量数据对比分析表明：阿里测量点背景噪声环境优良，特别是在白天时段优势明显。

通过此次测量，可以看出实测数据与预测值有些时段会有较大偏差，因此在短波通信工程设计中，应尽量对站点的外部无线电噪声进行实地测量，以更准确地估计接收信噪比和评估通信质量。

参考文献

[1] 胡绘斌，陈建忠.短波大气噪声的数值计算方法[J].通信技术，2010（7）：31?35.

[2] ITU Radiocommunication Assembly. ITU?RP. 372?10： radio noise [R]. Geneva： ITU， 2009.

[3] Department of Commerce Office of Telecommunications. OT Report 74?38： man?made radio noise [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1974.

[4] 焦培南，张忠治.雷达环境与电播传播特性[M].北京：电子工业出版社，2007.

[5] ITU Radiocommunication Assembly. ITU? R SM. 1753?1： the measurement method of radio noise [R]. Geneva： ITU， 2009.

[6] 王化吉.EMC传导发射测试测量不确定度评定[J].国外电子测量技术，2012（3）： 42?44.

[7] Department of Commerce Office of Telecommunications. NTIA Report 85?173： atmospheric radio noise： world levels and other characteristics [R]. Washington： Department of Commerce Office of Telecommunications， 1985.