电磁环境测试和覆盖测试的实际应用初探

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电磁环境测试是电磁兼容分析的必要基础环节，通过现场测试得到的数据，比理论计算和计算机仿真更能反映实际情况。
    本文以长江沿线重庆－黄石段350MHz电磁环境和覆盖测试为例，就测试中的具体做法和遇到的一些问题与同行进行探讨，以便相互促进。
    全面做好测试准备工作
    长江沿线重庆－黄石段350MHz电磁环境和覆盖测试有以下几个特点:时间长，路途远，既有陆地上的测试，也有水上测试;既有固定站点的测试，也有移动中的测试;既是一个站点一个区域的单独测试，又是连续成面成线的测试;既有山区、丘陵、平原不同地理环境站点的测试，又有重庆、武汉这样的大城市和人口少、经济落后地区的测试。因此，准备工作显得十分重要。
    针对这一特殊情况，我们主要作了以下准备:
    （1）针对频段和业务范围，查找相应的测试标准
    根据测试内容、范围、要求及工作频率，确定测试频段适合的通信系统业务范围。查找与之相应的国标或行标，掌握指标要求。
    （2）向建站单位了解站点基本情况
    向建站单位了解有关参数，如建站地理位置、天线距地面高度、天线尺寸、系统的C/N值、G/T值、调制方式等。
    （3）完善测试方案
    测试方案必须详细周到，包括测试方法、原始记录、报告制作、与相关单位确定测试时间、车船交通等，都应考虑周全。
    （4）测试仪器准备
    我们准备了两部经计量的仪器设备，泰克YBT250和安立MS2721A两部便携式频谱仪。还准备了笔记本电脑、GPS、照相机、读卡器、接线板、扎带、温湿度计、TX710-350车载吸盘天线、天线馈线、记录本、必要的工具等，专门定制了相应频段的高增益玻璃钢天线，并对转接头和馈线损耗进行了测定。根据用户设备接收灵敏度、测试系统天线增益和馈线损耗，初步计算出刚刚能打开通信设备静噪的信号场强的频谱仪读数。
    把握好测试过程
    2.1电磁环境测试
    为获得精确的测试数据，必须严格按照操作程序连接设备，并保证人员和设备安全。
    2.1.1设备设置
    进行电磁环境测试时我们使用增益大于8dB的鞭状天线，馈线损耗小于2.2dB。所用泰克公司YBT250基站测试仪，扫宽300kHz，分辨率带宽为1.46 kHz，测试仪灵敏度达-125 dBm。
    同时我们还注意把握以下几点:
    （1）在拟建台址上，天线高度为设计高度。
    （2）正确设置频谱仪主要参数。根据频率和信号，正确合理设置输入衰减器（Atten）、扫频宽度（Span）、分辨率带宽（RBW）、视频带宽（VBW）、参考电平（RefLevel）、检波方式（Detectionmode）等主要参数，以获得准确的测量数据。
    （3）做好测量数据的记录和保存。数据和图形的采集记录是形成报告非常重要的环节，要选择具有代表性的，排除不符合实际的。
    2.1.2监测结果
    我们对设台单位将使用的7个频点27个预建基站的电磁环境分别监测，并保证了充足的测试时间。其监测结果是:
    （1）基站楼顶临市区繁华街区或机房内有其它发射设备，底噪有较大的起伏，例如洪湖、武汉、黄石基站。
    （2）有被测频点被占用。如邓家口和武汉站这两个区域，均有一对频点存在同频占用的情况，经监测其讲话内容认定为某交通部门的临时占用，经与相关管理部门协商妥善解决了这一问题。
    （3）其他各站在7个频点上较干净和宁静。根据“来自电视广播业务、陆地移动业务的干扰信号电平应符合GB13618-92的规定，在与所测试的陆地移动业务同频段时，保证落入陆地移动业务收发信机输入端的干扰信号电平应比正常接收信号功率电平低8dB～17dB。”规定要求，我们测试发现:所测站址均在预指配的频点上，电磁环境较好，可以满足使用需求。
    2.2覆盖测试
    为能得到较为理想的覆盖测试条件，我们使用了陆上中转台和高增益玻璃钢全向天线及30m长的低损耗馈线，在预选站址上架设天线，高度为设计高度。
    2.2.1设备技术参数
    设备型号及主要技术参数如表1所示。

    2.2.2测试方式
    覆盖测试采取的方式为:把测试人员分成基站组和移动组两组，共同完成了11个站点的覆盖测试。具体过程如下。
    （1）基站组的工作
    基站组先进行电磁环境测试，做好原始记录。
    电磁环境测试完成后架设陆上中转台，接好双工器，双工器的收发端口要与陆上中转台的收发端口正确连接。双工器的RFIN端口与中转台的TX端口用短馈线直接相连，RFOUT端口与中转台的TX端口用短馈线直接相连，ANT天线端口用30米长馈线与高增益玻璃钢天线相连。如果接线不正确，设备就不能正常工作。陆上中转台和双工器的连线如图1所示。

    图1  陆上中转台和双工器的连线

    然后正确设置好触发门限，门限太高将使实际的通信距离缩短，门限太低易使中转台被背景噪声启动，处于长发状态而出现过载保护。
    中转台收到高于所设静噪门限的信号时，其前面板上的RX（绿色）指示灯会亮，这时由于开始转发信号，TX（红色）指示灯也会亮，无论是由从外部接收到的高于静噪门限设定值信号触发中转台发射，还是通过中转台上的PPT麦克风直接使中转台发射，中转台持续发射时间不能超过10秒，否则容易烧毁设备。
    准备工作完成后，移动组就可以进行覆盖测试了。
    （2）移动组的工作
    移动组携车载台和手持台乘车或船沿江向上游或下游行进。车台使用车辆点烟器电源。首先用手台触发中转台，若能触发，车载台会响应，用频谱仪在GPS显示每行进5～10公里时，记录下中转台被触发的发射信号的峰值频谱图，并记录该点的经纬度。经纬度和频谱图存在仪表里，应在记录本上写上对应的图号和存点数。
    频谱仪在临近中转台时要适当抬高参考电平，以防过强的中转台信号对频谱仪造成损害。在远离中转台的区域，就应当降低参考电平，减小扫宽（因为有些频谱仪的扫宽和分辨率带宽是联动的）和分辨率带宽，提高频谱仪的接收灵敏度，使微弱的中转台信号能显示在频谱仪的正中央，便于测量其强度。
    在手台不能触发的情况下，用车台触发，如果车台也不能触发，则通知中转台间断发射，当手台和车台都收不到中转台发射的信号时，那么此位置就是陆上中转台的最大覆盖范围。
    重点记录手台和车台不能触发中转台、中转台信号不能触发手台和车台的地点的经纬度，与中转台发射信号的峰值频谱图。留意行进过程中有无明显的盲区，并作好记录。
    2.3数据保存和设备检查准备工作
    由于数据保存在仪表中既占内存，又怕出现误删除，因此每次测试结束后需用笔记本电脑把频谱图导出并保存，并用闪存保存好备份文件，用记录本记录好GPS中存点的经纬度信息，以防意外损失。
    同时，对频谱仪电池要进行充电并及时更换手持台电池。
    典型覆盖测试案例分析
    3.1两基站距离比较近的情况
    本测试过程中，存在两相邻的预选站点间距离比较近的情况（20公里），单站覆盖能力就可以达到另一个基站，我们建议设台单位重新考虑调整站点分布，拉开两站之间的距离，使其向上游或下游较远的基站靠拢，以弥补两邻站覆盖能力的不足。如果相邻的四个基站之间的距离本身就较短，三个基站完全可以覆盖的话，就可减少一个基站的设置。例如:白水河和郭家坝之间的覆盖测试情况（见图2）。

    图2  白水河和郭家坝之间覆盖测试

    白水河和郭家坝之间相距20公里左右，航道呈近似直线，起点为白水河，终点为郭家坝。两岸山体的影响不大。手台在行进15公里、距下游郭家坝5公里处，不能与中转台联系;车台在行进17公里、距下游郭家坝3公里处，不能与中转台联系;直接用中转台发射，郭家坝附近电平值在-100dBm以上，可以触发手台和车台。
    测试结果显示，该基站覆盖情况良好，不存在盲区，与下游郭家坝基站相配合，可保证较好的通信效果。因此郭家坝基站的上游覆盖测试可以不必重复。
    3.2地形地貌较大差异引起的覆盖变化
    以三峡、宜昌、荆州段的覆盖测试为例，简要阐述一下峡谷、丘陵地貌对中继台覆盖能力的影响。
    （1）三峡覆盖测试
    由于峡区水位抬高，两岸山体相对于水面的净高减小。从实地监测的情况来看，通信比进三峡前一段水域的覆盖情况要差，山体对中转台的覆盖距离影响主要是衰减，存在着一定的屏风效应，基站到覆盖边缘的直线距离比丘陵地带传播距离要缩短1/3左右。
    （2）宜昌、枝城、荆州段覆盖测试
    宜昌、枝城段仍然处于丘陵地势，因此覆盖测试情况与三峡前一段水域的情况相仿。进入荆州，地势减缓，河道蜿蜒曲折，但视距渐远，特别是荆州下游，由于陆上中转台天线架设距离地面50米，沿河道向下游行进30公里、直线距离21.8公里处，由车台触发的陆上中转台信号还能达到-71.2dBm。
    3.3基站天线高度和所处地点环境对覆盖的影响
    从荆州下游到黄石上游，地形以平原地貌为特征，地势较平坦开阔，电波的传播以自由空间传输损耗为主，因此对中继台覆盖能力影响的主要因素是其天线架设的高度和所选站址的周边环境。
    （1）邓家口和武汉关之间覆盖测试
    邓家口新机房还在建设过程中，陆上中转台天线临时架设在25米高的桅杆上，武汉陆上中转台天线架设在距地面70米高的高楼上。
    邓家口下游用手持台触发，覆盖测试直线距离在20公里左右;而武汉中转台上游覆盖测试，用手持台触发直线距离接近24公里;武汉下游，用车载台触发直线距离接近34公里。测试结果显示，在武汉和邓家口的航道上存在3.72公里的盲区。
    测试表明陆上中转台天线架设会影响覆盖测试距离，平原地区覆盖区域明显比山区要大，车载台通信比手持台要好。
    消除盲区的方法:适当升高邓家口陆上中转台天线高度以增大该台的覆盖范围，即可消除“盲区”。
    （2）黄石覆盖测试

    图3  黄石覆盖测试情况

    注:圆弧内为陆上中转台覆盖区域，两圆弧之间的区域为盲区。
    进入黄石市区，山地起伏，群山环绕，翠湖星罗棋布，加上中转台所在地楼房较矮，周围被新修的高楼半包围，不远处有较高的山峦遮挡，因此车载台上游覆盖测试直线距离不到21公里，下游手持台覆盖测试直线距离不到18公里。
    由图3可见，武汉和黄石之间相距约100公里，武汉陆上中转台由于架设地点理想，天线高度较高，覆盖已达到极限情况。黄石陆上中转台受地理环境影响，天线架设高度不够，导致覆盖范围明显偏小。
    建议在黄石市区沿江往武汉方向选择一较高站址，适当加高陆上中转台天线高度，提高黄石陆上中转台的覆盖范围，减小武汉和黄石两个陆上中转台之间的盲区。
    完善测试报告
    测试完成后，能否及时完成数据整理，计算并得出结论性的意见，形成规范的测试报告，将直接体现该项测试工作的成果和价值。
    最后审定的测试报告涵盖了以下内容（见表2）。

    测试报告在概述中明确测试任务和目的是:根据国家标准GB/T14431-93《无线电业务要求的信号/干扰保护比和最小可用场强》的规定，全面测试设台单位预选UHF转信台站址电磁环境，确定各类干扰源的干扰信号强度，做出选址是否满足技术要求的结论。并且说明:此报告可以作为建设单位进行无线电业务网络的规划和设计以及无线电管理部门审批台站的技术依据。从中我们可以看出电磁环境测试和覆盖测试的实际作用。
    结束语
    此项测试工作从重庆到黄石，行程上千公里，共测试27个基站电磁环境，完成11个站点的覆盖测试，提供14个用台单位所需的地理参数数据，形成十二份测试报告和一份情况汇总及其PDF电子文档。它还涉及通信网的组网方式、使用通信设备的通信能力、陆上中转台选址架设、天线架设的高度、站址所处地理环境、线形通信网航线周围地势对陆上中转台通信距离的影响，以及测试系统的正确使用等多方面的问题。
    在最后形成测试报告时，我们结合实际通信情况和实时记录的数据，参考电波在不同环境中传播衰减模式理论，对实际出现的两站之间不能完全覆盖的问题，提出了建设性参考意见，充分发挥了现有基础设施的潜力，满足了建网需求。
    由此可见，在工作实践中科学技术理论为我们提供了解决实际问题的新思路，也弥补了实际测试工作中因现实条件制约无法获取所需信息而产生的空白。运用正确的知识理论结合现实情况进行科学判断，使我们认知世界的能力更加系统化、科学化，从而可以提升无线电管理部门的实践水平，使工作效率得到提高。
    作者：文岗  彭玉芳  冯培文