一、簡介

在無線電網絡規劃和干擾評估過程中，對于某項特定的任務，選擇一個非常適當的傳播模型往往是十分困難的，有時還會產生混亂。本文并非從區別不同傳播模型的差異出發，即建議用戶在何種環境下使用何種傳播模型；而是立足于闡明選擇不同傳播模型對系統設計最終結果的影響。為了清楚地說明這個問題，本文在干擾評估時采用了幾種潛在的傳播模型，分別是：
• 自由空間傳播模型
•ITU-R.P525/526 模型
•ITU-R.P1546 模型

這三種傳播模型都是日常工作中普遍使用的，下面將分別討論每一種模型對結果的影響，以幫助系統設計人員進行綜合比較，以確定一個最合適的模型。
同時，我們還應知道，上述三個模型中只有一個是專門的干擾模型，使用其他模型有可能會產生負面影響。

二、案例分析

下面例子基于一個簡單的無線環境，一個VHF 全向移動發射臺（干擾源）和其他發射臺在同一地理區域工作；為了分析方便，只考慮同頻干擾。
移動發射臺的技術參數基于現有的無線網絡，具體參數如下：
＞ 發射功率：2W ；
＞ 天線損耗：8.5 dB (鞭狀天線的效率低，損耗大)；
＞ 工作頻率：50MHz ；
＞ 天線對地高度：2m ；
待分析的系統技術參數：
＞ 發射制式： 模擬FM；
＞ 在90%可靠通信度條件下，接收天線端靈敏度為14 dBμV/m（典型值）；
＞ 接收機擾動干擾最低電平低于靈敏度門限7dB ，即7 dBμV/m ；
＞ 工作頻率：50MHz；

這種情況下，在欲收發射臺有效覆蓋區內，只有在極端情況下會產生有害干擾；然而，這時系統基本可用,但鏈路中斷的風險將成為我們關注的重點。
另外，在地理環境選擇方面，確定為西北歐較普遍而典型的地勢起伏的鄉村地形；同時，由于分析是帶有普遍意義的，并非針對某個特定情況，因此并沒有考慮當地的地貌因子。
從概念上來看, 這種場景類似于移動軍用發射臺，或為便攜式，或為小型車載臺。但其分析原理可適用于其他類似系統。

分析方法： 將干擾發射臺隨機放置在所處區域的任意位置，然后使用其中一種模型進行場強預測。 （下面將提到，使用自由空間模型計算損耗時，地球半徑不變)。在覆蓋區的最遠點，可能會產生干擾，干擾電平將用圖表顯示。具體分析如下：
自由空間計算公式如下：
Ls = 32.4 + 20 log(F) + 20 Log(d)
這里Ls 是損耗(單位：dB)
F 是頻率(單位：MHz)
D 是距離(單位：km)
最大損耗由干擾發射臺ERP 和最小干擾電平的差值決定；
ERP = 33 dBm — 8.5 dB = 24.5 dBm
最小干擾信號場強為7 dBμV/m，轉換成dBm （參考半波振子天線，阻抗50Ω），即是：–102dBm。
最大路徑損耗為：24.5 —(-102) = 126.5 dB。
應用上述方程，計算出的干擾距離為1013 km。
現在，使用ITU-R.P525/526 和ITU-R.P1546 模型進行計算，沿用前面的技術參數和系統特性。圖-1 為使用ITU- R.P525/526 模型的分析結果，考慮等效地球半徑8,500 km (k 因子取4/3)。
圖1 分析表明：在這種情況下，干擾電平產生的最遠位置距離移動發射臺96 km (該距離顯得大嗎？記得我們接收端使用較低的信號電平，距離大將導致欲收系統通信可靠性變差，還有可能對其他更弱信號鏈路產生潛在干擾。)

現在我們使用ITU- R.P1546 模型進行同樣的分析。一開始，我們就需要對影響干擾的一 些關鍵性參數進行設定，因為使用模型時必須確定干擾標準，特別是圖2 中的兩個變量。

圖 1: 使用ITU-R.P525/526 預測場強和距離的對應關系

圖2: 需要指定時間和地點變化概率(即可靠度)

此時，我們假設分析在10% 的地點概率和 1% 的時間概率下的信號電平，計算結果如圖3 所示。

圖3: 使用ITU-R.P1546 預測場強和距離的對應關系

圖3 結果表明：ITU-1546 模型計算方法能檢測到干擾信號（7dBuV/m）的最遠點是距移動發射臺246km 處。
綜上所述，移動發射臺在三種不同模型下產生的潛在干擾距離可概括如下：

很明顯，上述三個模型計算結果相差甚遠，下面將分別闡述三個傳播模型的含義及其分析方法的優劣。

1．自由空間模型計算方法

該方法計算的結果值最大(1062km)，超過了1,000 km。從積極的一面來說，距離值越大，意味著接收機經受干擾的概率越低(雖然這么遠的距離也會產生導管效應或偶發E 層的干擾)；這種潛在干擾信號在臨近最大距離點處的產生影響的可能性也是非常低的。 因此，在大多數情況下，使用這種頻率復用度較低的方法將導致頻譜利用效率低下，從頻譜需求角度考慮，該方法是不可取的。

2．ITU-R.P525/526 計算方法

該方法計算的結果值最小(96km) ，小于100km，頻譜利用效率高，是否最優秀呢？答案是否——該模型存在許多缺陷：尤為重要的是，該模型主要考慮地形的影響，唯一的大氣校正因子是地球的有效半徑(我們取地球曲率默認值 ，K= 4/3)。實際上，對于50% 的時間概率， 地球曲率已經超過了上述典型值，導致非預期的干擾。我們能通過變換地球的有效半徑，以糾正地球曲率， 選擇更大的K 因子（雖然所設值很少見）；但即便如此，也不可能解決全部因素的影響。使用該模型主要不足在于兩點：首先，我們可能低估了干擾的可能性；
其次，使用該方法很難評估預期值在實施過程中是否超過。這兩點都將直接導致干擾風險的增加。 這種風險，既難預計，也難處理。

3．ITU-R.P1546 計算方法

ITU-R.P1546 是專門的干擾模型，和其他兩種模型相比，具有顯著的優勢。首先，它使用實 際信號傳播的測試結果，這點和ITU-R.P525/526 是截然不同的。而ITU-R.P525/526 卻主要 依賴與發射機和接收機之間的物理鏈路。這意味著該模型集成了所有傳播環境的影響因素， 包括那些不經常發生的及間歇的干擾，例如導管效應。對于干擾模型來說，這些因素都是非 常重要的，對所有傳播環境在全年內變化的綜合考慮也正是該模型的價值所在。第二個主要 優勢是：該方法使系統設計者將主要精力集中在思考在設定的時間概率和地點概率上可接受 的干擾電平是多少？使用該模型須依靠系統設計人員選擇合適的時間概率和地點概率，因此 須審慎考慮。處理正確， 意味著干擾風險不僅能正確評估，也能被清醒地控制或規避。選 擇合適的時間概率和地點概率還能對頻譜利用效率的提高產生深遠的影響。如圖 4 所示， 不同的時間概率和地點概率對應著不同的干擾距離。

圖4: 時間、地點概率的綜合選擇和干擾距離的對應關系

三、結論

本文為系統設計者在兩個矛盾的主體——頻譜利用效率（頻率復用盡可能高）和最小干擾概率 （盡量提高同頻臺隔離距離）方面獲得折衷提供了一套切實可行解決方法。

然而，具體采用哪種傳播模型，最終將取決于系統設計者——綜合考慮影響通信系統的各種因素，再作出抉擇。但是，ITU- R.P1546 模型能為系統設計者為平衡多種干擾因素提供了一個非常友好的工具——這一點，是其他兩種模型尚不具備的。

最后需要說明的是：本文中為方便理解所列的技術參數均為典型值，并非真實數據，切不可應用于各種實際技術方案。

文章作者Adrian Graham RD BEng CEng 系英國電機工程師協會會員，服務于英國高級地形發展和圖象有限公司。 翻譯羅西平，服務于上海特金公司。