幅度概率分布(APD)測量技術(shù)介紹

APD是AmplitudeProbabilityDistribution的縮寫(xiě)，即幅度概率分布。它是一個(gè)用來(lái)描述無(wú)線(xiàn)電騷擾統計特性的參量，定義為“騷擾幅度超過(guò)某個(gè)規定電平的時(shí)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(zhì)，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(kāi)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(lái)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(guān)感覺(jué)；通信系統和電子設備根據信噪比來(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。這些量值對評價(jià)模擬系統是有效的，但是很難與誤碼率建立聯(lián)系。隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步，數字系統已大大發(fā)展，而數字系統是用誤碼率來(lái)評價(jià)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(guān)系，因此與衡量數字通信系統性能直接有關(guān)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(lái)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(yōu)方案之一。

APD測量方法[1]

APD測量是針對頻率點(diǎn)進(jìn)行的。APD分析儀連接在騷擾測量?jì)x（測試接收機或頻譜儀）的中頻包絡(luò )檢波輸出端，對中頻包絡(luò )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(guò)某層電平的概率。由曲線(xiàn)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，曲線(xiàn)向右移動(dòng)。

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(diǎn)有二個(gè)參數:電平限值Elimit和概率限值Plimit。用APD作符合性測試時(shí)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。如果E

方法二（如圖2所示）:確定Elimit，測量超過(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(jiàn)圖3。測量結果見(jiàn)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(xiàn)為沒(méi)有EUT干擾時(shí)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(xiàn)是EUT發(fā)出不同強度干擾時(shí)的誤碼率。干擾越大，曲線(xiàn)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(jiàn)圖5。測量結果見(jiàn)圖6，橫軸為干擾電壓，縱軸是概率，最左邊曲線(xiàn)是EUT不工作情況，右邊4條曲線(xiàn)是EUT發(fā)出不同強度干擾時(shí)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(shí)驗和仿真結果證明:當誤碼率和干擾概率相等的情況下，測誤碼率時(shí)U的增加量U和測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)。通常要求通信系統話(huà)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(guān)性，由圖6中的V,得出與Plimit10-2和10-4相應的兩個(gè)電平限值Vlimit值。

APD測量?jì)x的規范[1]

3.1APD測量?jì)x的指標要求

以上分析了CISPR關(guān)于A(yíng)PD測量方法、APD限值的確定的進(jìn)展，下面進(jìn)一步介紹APD測量?jì)x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?jì)x器或使用一體化測量?jì)x器上。APD測量功能可由兩種方法實(shí)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(yíng)/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

如果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(chǎn)品。下面是應用于A(yíng)PD測量功能的規范。

（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)范圍的上限應大于要測量的騷擾的峰值電平，下限應低于產(chǎn)品委員會(huì )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(dòng)態(tài)范圍大于60dB，并有10dB余量。

（2）幅度精度（包括閥值電平設置誤差）:優(yōu)于±2.7dB。

（3）騷擾最大測量時(shí)間:≥2min，測量中斷時(shí)間小于總測量時(shí)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(shí)間為2min一周期，因而APD的測量時(shí)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(cháng)測量周期，連續測量可能有困難，因此，在測量中斷時(shí)間小于總測量時(shí)間的1%的條件下，允許間斷測量。

（4）APD測量功能可分配至少兩級電平，能夠同時(shí)測量所有預設電平的概率，預設電平的分辨率優(yōu)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(guò)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(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，使用要保護的無(wú)線(xiàn)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(shí)，測量結果顯示的幅度分辨率優(yōu)于:0.25dB。

APD結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

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(zhì)有關(guān)，還同系統的性能有關(guān)，這給無(wú)線(xiàn)干擾的測量帶來(lái)了不確定因素。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，干擾的研究是測量行業(yè)面臨的突出問(wèn)題——必須尋找新的測量方法，對其進(jìn)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(wú)關(guān)，所以更具有廣泛性和適宜性，但APD技術(shù)現在只是摸索階段，標準化和產(chǎn)品化進(jìn)程相對緩慢。

根據CISPR的進(jìn)展可知，有關(guān)APD的內容有三部分:

（1）APD測量?jì)x的指標要求——CISPR/A分會(huì )已于2006.2.24全部通過(guò)，不久就會(huì )寫(xiě)進(jìn)第二版CISPR16-1-1中。

（2）APD測量方法——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(xiě)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。

國內的測量界同仁們應積極跟蹤APD技術(shù)，制訂相關(guān)測試標準，研制相關(guān)儀器儀表，開(kāi)展相關(guān)的測試工作，更好地服務(wù)于干擾的測量和研究，為無(wú)線(xiàn)電監測和設備檢測提供更科學(xué)、更準確的測量方法和手段。