幅度概率分布(APD)測(cè)量技術(shù)介紹

APD是AmplitudeProbabilityDistribution的縮寫，即幅度概率分布。它是一個(gè)用來(lái)描述無(wú)線電騷擾統(tǒng)計(jì)特性的參量，定義為“騷擾幅度超過(guò)某個(gè)規(guī)定電平的時(shí)間概率的累積分布”。APD測(cè)試是目前最新的干擾測(cè)試方法，與典型的測(cè)量方法，如:準(zhǔn)峰值檢波等常規(guī)研究方法相比較，能更好地描述干擾本身的統(tǒng)計(jì)特性，突破了準(zhǔn)峰值測(cè)量的局限性；采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法研究干擾源的本質(zhì)，為研究分析不同特性的騷擾源對(duì)不同制式的通信系統(tǒng)的影響開辟了新的途徑。

CISPR規(guī)定的各種騷擾測(cè)量限值都以峰值、準(zhǔn)峰值、平均值或有效值來(lái)表示，其目的是為了保護(hù)廣播、電視、通信系統(tǒng)和其它電子設(shè)備的正常運(yùn)行。準(zhǔn)峰值反映了人的耳朵和眼睛對(duì)干擾的主觀感覺(jué)；通信系統(tǒng)和電子設(shè)備根據(jù)信噪比來(lái)要求電磁環(huán)境，這里的噪聲常用有效值、平均值、峰值等表示。這些量值對(duì)評(píng)價(jià)模擬系統(tǒng)是有效的，但是很難與誤碼率建立聯(lián)系。隨著社會(huì)的進(jìn)步，數(shù)字系統(tǒng)已大大發(fā)展，而數(shù)字系統(tǒng)是用誤碼率來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的，只有確定了干擾的幅度統(tǒng)計(jì)特性才能確定數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率，并且找出誤碼率和系統(tǒng)輸入信噪比的關(guān)系，因此與衡量數(shù)字通信系統(tǒng)性能直接有關(guān)的是干擾的幅度統(tǒng)計(jì)特性，而非傳統(tǒng)的準(zhǔn)峰值、平均值。APD測(cè)試就是用來(lái)測(cè)量干擾模型的統(tǒng)計(jì)特性的，是評(píng)估數(shù)字通信系統(tǒng)性能的最優(yōu)方案之一。

APD測(cè)量方法[1]

APD測(cè)量是針對(duì)頻率點(diǎn)進(jìn)行的。APD分析儀連接在騷擾測(cè)量?jī)x（測(cè)試接收機(jī)或頻譜儀）的中頻包絡(luò)檢波輸出端，對(duì)中頻包絡(luò)分層測(cè)量，各層幅度對(duì)應(yīng)于接收機(jī)輸入端的電平。APD分析儀的結(jié)構(gòu)有二種，一是用比較器+計(jì)數(shù)器，比較器數(shù)即分層數(shù);二是使用A/D變換器+計(jì)數(shù)器+存儲(chǔ)器，分層數(shù)即A/D變換器的分辨率，例如8位A/D變換器可有256層。

APD測(cè)量結(jié)果如圖1和圖2所示，橫軸是層電平，縱軸是幅度超過(guò)某層電平的概率。由曲線可知超過(guò)低電平層的概率大，超過(guò)高電平層的概率小。騷擾增強(qiáng)，曲線向右移動(dòng)。

圖1 用APD作符合測(cè)試的方法之一

圖2 用APD作符合性測(cè)試的方法二

其中APD定義的限值點(diǎn)有二個(gè)參數(shù):電平限值Elimit和概率限值Plimit。用APD作符合性測(cè)試時(shí)有兩種方法。

方法一（如圖1所示）:確定Plimit,測(cè)量Plimit條件下的電平E。如果E

方法二（如圖2所示）:確定Elimit，測(cè)量超過(guò)Elimit的概率P。如果P

APD限值的確定[1]

只有確定了APD和通信接收抗誤碼率BER之間的相關(guān)性，才可導(dǎo)出APD限值的確定方法。

首先測(cè)出通信接收機(jī)的誤碼率BER，測(cè)試方法見(jiàn)圖3。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖4，橫軸為接收到的有用信號(hào)電壓U，縱軸是誤碼率。圖4中最右邊曲線為沒(méi)有EUT干擾時(shí)的誤碼率。接收到的有用信號(hào)越大，誤碼率越小。右邊4條曲線是EUT發(fā)出不同強(qiáng)度干擾時(shí)的誤碼率。干擾越大，曲線越右移。由圖4可知，在確定誤碼率為10-2條件下，有EUT干擾時(shí)必須增加有用信號(hào)強(qiáng)度U，在可接受的性能降低的極限情況下需增加U。

圖3 通信接收機(jī)誤碼率BER的測(cè)試方法

圖4 通信接收機(jī)誤碼率和接收到的有用信號(hào)的測(cè)試結(jié)果

圖5 用頻譜儀和APD分析測(cè)量EUT干擾的APD值

圖6 EUT干擾的APD值測(cè)量結(jié)果

然后再用頻譜儀和APD分析儀測(cè)量EUT干擾的APD值，測(cè)量方法見(jiàn)圖5。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)圖6，橫軸為干擾電壓，縱軸是概率，最左邊曲線是EUT不工作情況，右邊4條曲線是EUT發(fā)出不同強(qiáng)度干擾時(shí)的APD。由圖6可知當(dāng)概率確保在10-2條件下，干擾的層電壓增加了V。

實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果證明:當(dāng)誤碼率和干擾概率相等的情況下，測(cè)誤碼率時(shí)U的增加量U和測(cè)APD時(shí)干擾V的增加量V有很明顯的相關(guān)性。因此可以利用這種相關(guān)性來(lái)確定APD的限值點(diǎn)。通常要求通信系統(tǒng)話音傳輸?shù)腂ER為10-2，數(shù)據(jù)傳輸?shù)腂ER為10-4。由此可規(guī)定APD的概率限值Plimit分別為10-2,10-4。再根據(jù)二者的相關(guān)性，由圖6中的V,得出與Plimit10-2和10-4相應(yīng)的兩個(gè)電平限值Vlimit值。

APD測(cè)量?jī)x的規(guī)范[1]

3.1APD測(cè)量?jī)x的指標(biāo)要求

以上分析了CISPR關(guān)于APD測(cè)量方法、APD限值的確定的進(jìn)展，下面進(jìn)一步介紹APD測(cè)量?jī)x的指標(biāo)要求。

APD測(cè)量功能可作為測(cè)量設(shè)備的附加功能，附加到現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器或使用一體化測(cè)量?jī)x器上。APD測(cè)量功能可由兩種方法實(shí)現(xiàn):一種使用比較器和計(jì)數(shù)器，如圖7所示，設(shè)備確定超出一組預(yù)設(shè)電平的概率，電平的數(shù)目等于比較器的數(shù)目;另一種使用A/D變換器、邏輯電路、存儲(chǔ)器，如圖8所示，該設(shè)備也可提供預(yù)設(shè)電平的APD圖，電平的數(shù)目取決于A/D變換器的分辨率（如8bit變換器提供256級(jí)電平）。

圖7 APD測(cè)量電路（比較器、計(jì)數(shù)器）框圖

圖8 APD測(cè)量電路（A/D變換器）框圖

3.2APD測(cè)量功能的規(guī)范

如果能夠判定設(shè)備或設(shè)備系列可能造成對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾，APD測(cè)量就可應(yīng)用于這些產(chǎn)品。下面是應(yīng)用于APD測(cè)量功能的規(guī)范。

（1）幅度動(dòng)態(tài)范圍:大于60dB。

幅度的動(dòng)態(tài)范圍定義為獲得APD的必要范圍。動(dòng)態(tài)范圍的上限應(yīng)大于要測(cè)量的騷擾的峰值電平，下限應(yīng)低于產(chǎn)品委員會(huì)規(guī)定的騷擾限值電平。根據(jù)CISPR11中，對(duì)于ISM設(shè)備，group2，ClassB，峰值限值規(guī)定為110dBμV/m，加權(quán)限值指定為60dBμV/m。因此提議動(dòng)態(tài)范圍大于60dB，并有10dB余量。

（2）幅度精度（包括閥值電平設(shè)置誤差）:優(yōu)于±2.7dB。

（3）騷擾最大測(cè)量時(shí)間:≥2min，測(cè)量中斷時(shí)間小于總測(cè)量時(shí)間的1%。

CISPR11為1GHz以上的微波烹飪器具的峰值測(cè)量制訂的最大保持時(shí)間為2min一周期，因而APD的測(cè)量時(shí)間的最小值為2min。因?yàn)橛?jì)數(shù)器或存儲(chǔ)器的數(shù)量是有限的，對(duì)于長(zhǎng)測(cè)量周期，連續(xù)測(cè)量可能有困難，因此，在測(cè)量中斷時(shí)間小于總測(cè)量時(shí)間的1%的條件下，允許間斷測(cè)量。

（4）APD測(cè)量功能可分配至少兩級(jí)電平，能夠同時(shí)測(cè)量所有預(yù)設(shè)電平的概率，預(yù)設(shè)電平的分辨率優(yōu)于:0.25dB。

（5）最小可測(cè)概率:10-7。

為獲得有意義的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)約100次取值是必要的。因此最小可測(cè)概率計(jì)算如下:

假定測(cè)量時(shí)間2min，采樣率10M/s，概率確定為

100/(12010106)～10-7。

（6）采樣率:≥10M/s（分辨帶寬1MHz）。

理想情況下，使用要保護(hù)的無(wú)線設(shè)備的等效帶寬測(cè)量騷擾的APD。然而，對(duì)于1GHz以上的頻率范圍頻譜分析儀的分辨帶寬指定為1MHz，因而采用率應(yīng)大于10M/s。

（7）推薦規(guī)范:使用A/D變換器時(shí)，測(cè)量結(jié)果顯示的幅度分辨率優(yōu)于:0.25dB。

APD結(jié)果顯示的分辨率取決于動(dòng)態(tài)范圍和A/D變換器的分辨率。例如，使用8bitA/D變換器，動(dòng)態(tài)范圍60dB時(shí)，顯示的分辨率小于0.25 dB（60 dB/256）。

總結(jié)

傳統(tǒng)的測(cè)量方法，如準(zhǔn)峰值檢波、有效值檢波，是測(cè)量干擾對(duì)系統(tǒng)影響的最終結(jié)果，與干擾的本質(zhì)有關(guān)，還同系統(tǒng)的性能有關(guān)，這給無(wú)線干擾的測(cè)量帶來(lái)了不確定因素。隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，干擾的研究是測(cè)量行業(yè)面臨的突出問(wèn)題——必須尋找新的測(cè)量方法，對(duì)其進(jìn)行評(píng)估，而APD測(cè)量結(jié)果是干擾本身的統(tǒng)計(jì)特性，與系統(tǒng)性能無(wú)關(guān)，所以更具有廣泛性和適宜性，但APD技術(shù)現(xiàn)在只是摸索階段，標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化進(jìn)程相對(duì)緩慢。

根據(jù)CISPR的進(jìn)展可知，有關(guān)APD的內(nèi)容有三部分:

（1）APD測(cè)量?jī)x的指標(biāo)要求——CISPR/A分會(huì)已于2006.2.24全部通過(guò)，不久就會(huì)寫進(jìn)第二版CISPR16-1-1中。

（2）APD測(cè)量方法——已進(jìn)入CDV階段，即將付與投票，建議加入CISPR16-2-3中。

（3）APD限值的確定（APD與BER的關(guān)系）——CISPR/A分會(huì)已寫出指南，發(fā)給各產(chǎn)品委員會(huì)，等待他們提出建議。限值確定以后，將加入CISPR-16-3中。

國(guó)內(nèi)的測(cè)量界同仁們應(yīng)積極跟蹤APD技術(shù)，制訂相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，研制相關(guān)儀器儀表，開展相關(guān)的測(cè)試工作，更好地服務(wù)于干擾的測(cè)量和研究，為無(wú)線電監(jiān)測(cè)和設(shè)備檢測(cè)提供更科學(xué)、更準(zhǔn)確的測(cè)量方法和手段。