作者：宋起柱  王文儉

    幅度概率分布（APD）測量技術是分析不同特性的騷擾源對不同制式的數字通信系統的影響的新方法。本文介紹了國際無線電干擾非凡委員會（CISPR）關于APD技術標準制訂的最新進展，側重于APD測量方法、APD測量限值的確定以及APD測量儀的基本技術規范三個方面，對于APD技術的進一步研究及應用推廣具有一定的參考價值。

    引言

    APD是AmplitudeProbabilityDistribution的縮寫，即幅度概率分布。它是一個用來描述無線電騷擾統計特性的參量，定義為“騷擾幅度超過某個規定電平的時間概率的累積分布”。APD測試是目前最新的干擾測試方法，與典型的測量方法，如:準峰值檢波等常規研究方法相比較，能更好地描述干擾本身的統計特性，突破了準峰值測量的局限性；采用數理統計的方法研究干擾源的本質，為研究分析不同特性的騷擾源對不同制式的通信系統的影響開辟了新的途徑。

    CISPR規定的各種騷擾測量限值都以峰值、準峰值、平均值或有效值來表示，其目的是為了保護廣播、電視、通信系統和其它電子設備的正常運行。準峰值反映了人的耳朵和眼睛對干擾的主觀感覺；通信系統和電子設備根據信噪比來要求電磁環境，這里的噪聲常用有效值、平均值、峰值等表示。這些量值對評價模擬系統是有效的，但是很難與誤碼率建立聯系。隨著社會的進步，數字系統已大大發展，而數字系統是用誤碼率來評價系統性能的，只有確定了干擾的幅度統計特性才能確定數字通信系統的誤碼率，并且找出誤碼率和系統輸入信噪比的關系，因此與衡量數字通信系統性能直接有關的是干擾的幅度統計特性，而非傳統的準峰值、平均值。APD測試就是用來測量干擾模型的統計特性的，是評估數字通信系統性能的最優方案之一。

    APD測量方法[1]

    APD測量是針對頻率點進行的。APD分析儀連接在騷擾測量儀（測試接收機或頻譜儀）的中頻包絡檢波輸出端，對中頻包絡分層測量，各層幅度對應于接收機輸入端的電平。APD分析儀的結構有二種，一是用比較器+計數器，比較器數即分層數;二是使用A/D變換器+計數器+存儲器，分層數即A/D變換器的分辨率，例如8位A/D變換器可有256層。

    APD測量結果如圖1和圖2所示，橫軸是層電平，縱軸是幅度超過某層電平的概率。由曲線可知超過低電平層的概率大，超過高電平層的概率小。騷擾增強，曲線向右移動。

    圖1  用APD作符合測試的方法之一

    圖2  用APD作符合性測試的方法二

    其中APD定義的限值點有二個參數:電平限值Elimit和概率限值Plimit。用APD作符合性測試時有兩種方法。

    方法一（如圖1所示）:確定Plimit,測量Plimit條件下的電平E。假如E

    方法二（如圖2所示）:確定Elimit，測量超過Elimit的概率P。假如P

    APD限值的確定[1]

    只有確定了APD和通信接收抗誤碼率BER之間的相關性，才可導出APD限值的確定方法。

    首先測出通信接收機的誤碼率BER，測試方法見圖3。測量結果見圖4，橫軸為接收到的有用信號電壓U，縱軸是誤碼率。圖4中最右邊曲線為沒有EUT干擾時的誤碼率。接收到的有用信號越大，誤碼率越小。右邊4條曲線是EUT發出不同強度干擾時的誤碼率。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干擾時必須增加有用信號強度U，在可接受的性能降低的極限情況下需增加U。

    圖3  通信接收機誤碼率BER的測試方法

    圖4  通信接收機誤碼率和接收到的有用信號的測試結果

    圖5  用頻譜儀和APD分析測量EUT干擾的APD值

    圖6  EUT干擾的APD值測量結果

    然后再用頻譜儀和APD分析儀測量EUT干擾的APD值，測量方法見圖5。測量結果見圖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發出不同強度干擾時的APD。由圖6可知當概率確保在10-2條件下，干擾的層電壓增加了V。

    實驗和仿真結果證實:當誤碼率和干擾概率相等的情況下，測誤碼率時U的增加量U和測APD時干擾V的增加量V有很明顯的相關性。因此可以利用這種相關性來確定APD的限值點。通常要求通信系統話音傳輸的BER為10-2，數據傳輸的BER為10-4。由此可規定APD的概率限值Plimit分別為10-2,10-4。再根據二者的相關性，由圖6中的V,得出與Plimit10-2和10-4相應的兩個電平限值Vlimit值。

    APD測量儀的規范[1]

    3.1APD測量儀的指標要求

    以上分析了CISPR關于APD測量方法、APD限值的確定的進展，下面進一步介紹APD測量儀的指標要求。

    APD測量功能可作為測量設備的附加功能，附加到現有測量儀器或使用一體化測量儀器上。APD測量功能可由兩種方法實現:一種使用比較器和計數器，如圖7所示，設備確定超出一組預設電平的概率，電平的數目等于比較器的數目;另一種使用A/D變換器、邏輯電路、存儲器，如圖8所示，該設備也可提供預設電平的APD圖，電平的數目取決于A/D變換器的分辨率（如8bit變換器提供256級電平）。

    圖7  APD測量電路（比較器、計數器）框圖

    圖8  APD測量電路（A/D變換器）框圖

    3.2APD測量功能的規范

    假如能夠判定設備或設備系列可能造成對數字通信系統的干擾，APD測量就可應用于這些產品。下面是應用于APD測量功能的規范。

    （1）幅度動態范圍:大于60dB。

    幅度的動態范圍定義為獲得APD的必要范圍。動態范圍的上限應大于要測量的騷擾的峰值電平，下限應低于產品委員會規定的騷擾限值電平。根據CISPR11中，對于ISM設備，group2，ClassB，峰值限值規定為110dBμV/m，加權限值指定為60dBμV/m。因此提議動態范圍大于60dB，并有10dB余量。

    （2）幅度精度（包括閥值電平設置誤差）:優于±2.7dB。

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

    CISPR11為1GHz以上的微波烹飪器具的峰值測量制訂的最大保持時間為2min一周期，因而APD的測量時間的最小值為2min。因為計數器或存儲器的數量是有限的，對于長測量周期，連續測量可能有困難，因此，在測量中斷時間小于總測量時間的1%的條件下，答應間斷測量。

    （4）APD測量功能可分配至少兩級電平，能夠同時測量所有預設電平的概率，預設電平的分辨率優于:0.25dB。

    （5）最小可測概率:10-7。

    為獲得有意義的測量結果，測量過程中出現約100次取值是必要的。因此最小可測概率計算如下:

    假定測量時間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，使用要保護的無線設備的等效帶寬測量騷擾的APD。然而，對于1GHz以上的頻率范圍頻譜分析儀的分辨帶寬指定為1MHz，因而采用率應大于10M/s。

    （7）推薦規范:使用A/D變換器時，測量結果顯示的幅度分辨率優于:0.25dB。

    APD結果顯示的分辨率取決于動態范圍和A/D變換器的分辨率。例如，使用8bitA/D變換器，動態范圍60dB時，顯示的分辨率小于0.25 dB（60 dB/256）。

    總結

    傳統的測量方法，如準峰值檢波、有效值檢波，是測量干擾對系統影響的最終結果，與干擾的本質有關，還同系統的性能有關，這給無線干擾的測量帶來了不確定因素。隨著無線技術的發展，干擾的研究是測量行業面臨的突出問題——必須尋找新的測量方法，對其進行評估，而APD測量結果是干擾本身的統計特性，與系統性能無關，所以更具有廣泛性和適宜性，但APD技術現在只是摸索階段，標準化和產品化進程相對緩慢。

    根據CISPR的進展可知，有關APD的內容有三部分:

    （1）APD測量儀的指標要求——CISPR/A分會已于2006.2.24全部通過，不久就會寫進第二版CISPR16-1-1中。

    （2）APD測量方法——已進入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的關系）——CISPR/A分會已寫出指南，發給各產品委員會，等待他們提出建議。限值確定以后，將加入CISPR-16-3中。

    國內的測量界同仁們應積極跟蹤APD技術，制訂相關測試標準，研制相關儀器儀表，開展相關的測試工作，更好地服務于干擾的測量和研究，為無線電監測和設備檢測提供更科學、更準確的測量方法和手段。

    參考文獻

    [1]CISPR/A/594/DC:Guidancefor applying the APD method to compliance testing and for developing APD emission limits.

    [2]CISPR16-1-1Ed.2: Specification for radio disburbance and immunity measuring apparatus and methods-Part 1-1: Radio disturbance and immunity measuring apparatus - Measurement apparatus.