武戈，魯黎

（1 重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065; 2 重慶郵電大學(xué)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)化控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065）

干擾鏈路計(jì)算中頻率相關(guān)抑制算法研究＊

武戈1，魯黎2

（1 重慶郵電大學(xué)通信網(wǎng)與測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065; 2 重慶郵電大學(xué)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)化控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400065）

本文對(duì)WLAN與雷達(dá)系統(tǒng)之間干擾鏈路計(jì)算中的頻率相關(guān)抑制算法（FDR）進(jìn)行研究，通過(guò)使用OoB域內(nèi)頻點(diǎn)序列，采用離散方法得到頻率相關(guān)抑制FDR，得出兩系統(tǒng)共存時(shí)FDR與干擾限值和干擾隔離之間的關(guān)系，為WLAN和雷達(dá)系統(tǒng)間共存提供必要的理論支持。

頻率相關(guān)抑制；干擾計(jì)算；干擾隔離

確定性計(jì)算是基于鏈路預(yù)算，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，得出系統(tǒng)共存所需的隔離度。其中FDR作為干擾源與接收機(jī)間的干擾耦合機(jī)制的衡量尺度，是衡量由接收機(jī)的選擇性曲線產(chǎn)生的對(duì)無(wú)用發(fā)射機(jī)發(fā)射頻譜的抑制程度，可以解決許多干擾評(píng)估的問(wèn)題，為WLAN和雷達(dá)系統(tǒng)間干擾共存提供理論支持。因此本文對(duì)頻率相關(guān)抑制FDR進(jìn)行了研究，給出了頻率相關(guān)抑制FDR的基本原理，通過(guò)對(duì)發(fā)射頻譜掩膜的計(jì)算，得出雷達(dá)對(duì)WLAN的頻率相關(guān)抑制，進(jìn)而得出FDR與保護(hù)間隔之間的關(guān)系，為WLAN與雷達(dá)系統(tǒng)共存提供理論支持。

1 頻率相關(guān)抑制基本原理

FDR是干擾源與接收機(jī)間的干擾耦合機(jī)制的衡量尺度[1]，可以表示為：

其中，P（f）為干擾信號(hào)等效中頻的功率譜密度，H（f）為接收機(jī)的頻率響應(yīng)，△f=ft-fr，ft為干擾源的即時(shí)頻率，fr為接收機(jī)的調(diào)諧頻率。

FDR可以分為調(diào)諧抑制（OTR）和頻率失調(diào)抑制（OFR）兩項(xiàng)，當(dāng)頻率間隔為0時(shí)，即干擾發(fā)射機(jī)與被干擾接收機(jī)同頻時(shí)，F(xiàn)DR可近似表示為：

其中，BR為被干擾接收機(jī)3 dB帶寬，BT為干擾發(fā)射機(jī)3 dB帶寬。

2 頻率相關(guān)抑制算法

2.1 參考帶寬選取

每個(gè)特定的雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)計(jì)算特定的雜散域發(fā)射電平所需的參考帶寬。對(duì)于固定頻率、非脈沖編碼雷達(dá)，參考帶寬為脈沖長(zhǎng)度的倒數(shù)；對(duì)于固定頻率、相位編碼脈沖雷達(dá)，參考帶寬為相位脈沖串長(zhǎng)度的倒數(shù)；對(duì)于調(diào)頻或線性調(diào)頻雷達(dá)，參考帶寬為雷達(dá)帶寬除以脈沖長(zhǎng)度所得值的平方根。

對(duì)于使用上述方法確定其帶寬大于1 MHz的雷達(dá)，應(yīng)使用1 MHz的參考帶寬。

2.2 發(fā)射波形頻譜40 dB帶寬算法

對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)，建立一個(gè)通用的OoB域發(fā)射限值的主要難度在于系統(tǒng)和發(fā)射波形的多樣性。OoB域發(fā)射限值是以發(fā)射波形頻譜的40 dB帶寬（用B-40表示）為基礎(chǔ)的。

對(duì)于非調(diào)頻非脈沖編碼雷達(dá)、非調(diào)頻相位編碼脈沖雷達(dá)，發(fā)射機(jī)B-40dB帶寬可表示為：

其中，t為脈沖寬度，tr脈沖上升時(shí)間。對(duì)于輸出功率大于100 kW的雷達(dá)，K為6.2；對(duì)于低功率雷達(dá)和工作于2 900～3 100 MHz以及9 200～9 500 MHz兩個(gè)頻段內(nèi)的雷達(dá)，K為7.6。公式（3）中之K選擇二者中較小者。

對(duì)于調(diào)頻脈沖雷達(dá)，發(fā)射機(jī)B-40dB帶寬可由公式（4）表示：

其中，Brise用于上升時(shí)間，Bfall用于下降時(shí)間，Brise&fall用于上升和下降時(shí)間的組合；τ為包括上升和下降時(shí)間的脈沖長(zhǎng)度； Bc為脈沖生成過(guò)程中的總頻偏；Bs為載頻發(fā)生偏移的最大范圍，在非跳頻的情況下等于0。

公式（4）成立需滿足Bc`Minimum(tr，tf)大于等于0.1且Bc`τ必須大于10。否則，在其它情況下，使用公式（5）如下：

其中，當(dāng)K=6.2時(shí)，A=0.105，當(dāng)K=7.6時(shí)，A= 0.065。

對(duì)于未調(diào)制的CW雷達(dá)， B-40dB的帶寬為：

B-40=0.000 3F (6)

其中FC為載頻。

對(duì)于頻率調(diào)制的連續(xù)波雷達(dá)，B-40dB帶寬表示為：

式中BR為總頻偏且T為脈沖期。對(duì)于使用跳頻的FMCW雷達(dá)，需在B-40dB帶寬公式內(nèi)加入Bs。

2.3 OoB掩膜算法

根據(jù)《無(wú)線電規(guī)則》，OoB掩膜是從發(fā)射波形頻譜40 dB帶寬衰減到所規(guī)定的雜散電平[2]。雜散電平選取43+10lg（PEP）和60 dB之中較寬松者，PEP為峰分組功率。

對(duì)于非調(diào)頻非脈沖編碼雷達(dá)、調(diào)頻脈沖雷達(dá)、調(diào)頻脈沖跳頻雷達(dá)，掩膜每10倍頻衰減30 dB，結(jié)果如圖1所示。

對(duì)于非調(diào)頻相位編碼脈沖雷達(dá)、頻率調(diào)制連續(xù)波雷達(dá)、頻率調(diào)制連續(xù)波跳頻雷達(dá)，掩膜每10倍頻衰減20 dB，結(jié)果如圖2所示。

采用離散的方法通過(guò)選取頻譜模版上的頻點(diǎn)序列來(lái)求FDR。

首先選取雷達(dá)與WLAN臺(tái)站之間的中心頻率間隔△f為中心，選取f1=△f-Bw/2，f2=△f+Bw/2。然后分別拿f1和f2與頻譜模版的邊界edge1和edge2進(jìn)行比較，負(fù)半軸方向選取f1和edge1之間較大的，設(shè)為起始點(diǎn)f1；正半軸方向選取f2和edge2之間較小的，設(shè)為結(jié)束點(diǎn)f2，序列點(diǎn)之間以參考帶寬為間隔。

圖1 非調(diào)頻非脈沖編碼雷達(dá)、調(diào)頻脈沖雷達(dá)、調(diào)頻脈沖跳頻雷達(dá)OoB掩膜

圖2 非調(diào)頻相位編碼脈沖雷達(dá)、頻率調(diào)制連續(xù)波雷達(dá)、頻率調(diào)制連續(xù)波跳頻雷達(dá)OoB掩膜

但是，需要做一個(gè)分辨濾波器帶寬一半的調(diào)節(jié)來(lái)排除鄰頻段外能量所包含的成分。所以功率總和需要從f1+Bref/2開(kāi)始。

采用離散方法，對(duì)于n個(gè)序列點(diǎn)，得出落到發(fā)射機(jī)頻譜掩膜內(nèi)的掩膜，其中G（f）為OoB掩膜函數(shù)。

采用離散方法，對(duì)于N個(gè)頻點(diǎn)序列，得到發(fā)射功率為：

最后把公式（8）和公式（9）得到的值帶入公式（1）得出頻率相關(guān)抑制FDR。

3 頻率相關(guān)抑制結(jié)果分析

根據(jù)ITU-R SM.337建議書(shū)，采用光滑地球表面繞射傳播模型[4]，路徑損耗L和FDR的關(guān)系用公式（10）表示：

其中，Pt為干擾發(fā)射機(jī)功率，Gt、Gr分別為發(fā)射和接收天線增益。

采用I/N=-6 dB干擾保護(hù)準(zhǔn)則[5]，以ITU-R M.1638建議書(shū)中雷達(dá)A為例，表1給出了雷達(dá)和WLAN臺(tái)站在不同的頻率間隔的情況下，得到的理論干擾限值和干擾隔離。FDR與干擾限值和干擾隔離的關(guān)系分別由圖3和圖4表示。

采用光滑地球表面繞射傳播模型，在雷達(dá)主瓣正對(duì)的條件下，雷達(dá)與WLAN頻率間隔越大，頻率相關(guān)抑制越強(qiáng)，得到的干擾限值越小，所需的干擾保護(hù)距離也越小。當(dāng)干擾保護(hù)距離小于視距邊界時(shí)，即WLAN臺(tái)站處于雷達(dá)視距范圍內(nèi)，F(xiàn)DR對(duì)干擾隔離影響顯著，如圖6所示。在實(shí)際場(chǎng)景中，受實(shí)際地形地貌以及雷達(dá)方向等多方面因素的影響，雷達(dá)主瓣基本上不能與WLAN天線正對(duì)，所需的隔離距離將會(huì)更小。

表1 FDR與雷達(dá)和WLAN臺(tái)站干擾隔離的關(guān)系

圖3 FDR與干擾限值的關(guān)系

圖4 FDR與隔離距離的關(guān)系

5 結(jié)論

本文對(duì)WLAN與雷達(dá)系統(tǒng)之間干擾鏈路計(jì)算中的頻率相關(guān)抑制算法進(jìn)行研究，得出WLAN和雷達(dá)之間的頻率間隔的越大，接收機(jī)的選擇性曲線對(duì)無(wú)用發(fā)射機(jī)發(fā)射頻譜的抑制程度越強(qiáng)，所需的隔離距離越小，F(xiàn)DR可廣泛用于系統(tǒng)共存研究。

[1] ITU-R，F(xiàn)requency and Distance Separations，Recommendation ITU-R SM.337-6[S]. 2008.10.

[2] ITU-R，Unwanted Emissions in the Out-of-Band Domain，Recommendation ITU-R SM[S]. 1541-4，2011.9.

[3] ITU-R，Characteristics of and Protection Criteria for Sharing Studies for Radiolocation, Aeronautical Radionavigation and Meteorological Radars Operating in the Frequency Bands between 5 250 and 5 850 MHz ，Recommendation ITU-RM[S]. 1638，2003.

[4] ITU-R，Propagation by Diffraction，Recommendation ITU-R[S]. 2009. P.526-11.

[5] ITU-R，Procedures for Determining the Potential for Interference between Radars Operating in the Radiodetermination Service and Systems in Other Services, Recommendation ITU-RM[S]. 2003.1461-1.

Study of frequency dependent rejection in interference link

WU Ge1, LU Li2
(1 Engineering Research Center on Communication Networks Testing Technology, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China; 2 Key Lab of Industrial Wireless Network and Networked Control, Ministry of Education, Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

The algorithm of frequency dependent rejection between WLAN and meteorological radar system is studied by using frequency sequence in the method of discrete to get the relationships between FDR and the distance separations. The results provide theoretical support for coexistence between WLAN system and meteorological radar system.

FDR; interference calculations; distance separations

TN955

A

1008-5599（2013）12-0081-05

2013-09-03

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目（2012ZX03001021-004）；重慶市科委自然科學(xué)基金（重點(diǎn)）項(xiàng)目（cstc2013jjB0136）。