车载通信系统同车多电台互扰测试方法研究

张世巍

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

目前国内对同车多机干扰问题的研究局限于对车载天线间耦合度的预测，在干扰的定量计算和评估方面基本属于空白.为能够判断安装在一个平台上的多部电台在通信时相互干扰的情况，对同车多机互扰的测试方法了进行研究.通过建立的测试方法解决在通信车等平台上同车多机互扰的电磁兼容指标是否达到要求.测试数据可检验通信设备的电磁兼容性设计及通信系统频谱规划情况［1］.

1 同车多机互扰的测试方法

根据车辆内安装的通信设备类型及通信设备之间的相互干扰的情况制定测试方法.考虑到车辆内安装的通信设备主要为通信电台，所以该测试方法的目的是考察通信电台功率发射时同车多机互扰对其它处于接收状态通信系统的干扰情况［2］.

1.1 测试方法的构建思路

依照通信系统的特点来构建测试方法.首先对车内通信系统进行划分，统计车内安装通信电台的数量、工作频段范围、发射功率的情况.以较低工作频率的通信设备作为干扰源依次以单独、组合的方式进行大功率发射，相应地易受影响的通信电台处于接收状态;使用接收设备的车载天线连接测量接收机进行干扰频谱分布的扫描，依次测得同车多机状态下各接收电台工作频段的频谱曲线.对比干扰频谱曲线与环境曲线的差别，确定重点干扰区域;对存在较高干扰的频段范围的电台进行灵敏度检查，验证特征干扰频点并判断电台接收信号是否受到同车多机互扰的影响.

1.2 试验前的准备工作

对车载通信系统中相互影响较大的通信系统进行同车多机互扰测试.在进行测试之前，应完成以下准备工作:

在测量通信系统的频谱发射情况之前，先了解被测设备的发射信号特征，包括发射信号频率范围、调制方式、信号幅值及输出功率.尽可能清楚信号特征以便较好地选择适当的测量仪表及测量方法;按照测试状态事前规划设置跳频频率表、收发频率的间隔等参数;根据通信系统的使用习惯以及通信频率规划原则制定出每部通信系统的测试频率范围;对试验场地电磁环境进行连续监测，要求空间电磁环境稳定.

准备试验设备，包括测量接收机、无线电综合测试仪、衰减器(抑制网络)、三通接头及同轴线缆若干(50Ω)、与系统内接收设备通信的陪试设备(测试时与接收设备达成通信状态，可以使用“Ping”命令，对丢包率进行统计).

1.3 无线通信设备相互干扰的预估

以某型号通信指挥车为例，其车内通信设备有:低频通信发射设备(短波电台)、低频通信接收设备(短波接收机)、中频通信发射/接收设备(超短波电台)、高频通信/接收发射设备(Z链V/U信道电台、高速数据电台)、高频通信接收设备(北斗、GPS).根据通信设备的工作频段及电磁特征，预先估计通信系统间的相互干扰情况，制定通信系统干扰矩阵如表1所示.

表1 系统内无线通信设备的干扰矩阵

从预估的干扰矩阵可以看出，相邻频段或同频段通信设备间干扰较为严重，相邻频段的较低工作频率设备会严重影响后续工作频段的设备.例如，低频通信发射设备对同频接收设备干扰严重，对后续接收设备有较强的干扰.

1.4 同车多机互扰测试通信设备状态的选择

统计车内安装同车多机的数量、工作频段范围、发射功率的情况.根据通信电台使用情况确定通信设备的测试状态、发射状态设置、接收状态设置并形成表2的内容.

表2 通信设备状态设置

最低频段的通信发射设备(短波电台)发射功率较高，不容易受到干扰，仅考虑发射的状态.中频通信设备(超短波电台)考虑在接收状态时会受到低频及同频设备的干扰，在发射状态时会影响同频及高频的接收设备.考虑在接收状态时高频通信设备(V/U信道电台、高速数据电台)会受到中频及同频设备的干扰，在发射状态时会影响同频及更高频的接收设备.

1.5 干扰区域的确定

在通信信号工作频段进行频谱扫描来确定干扰区域.使用同轴电缆将车载天线连接测量接收机进行扫频，通过车载天线对通信信号发射频谱分布情况进行测试.将各频段车载天线射频线从通讯设备射频输入端取下，连接测试同轴电缆，另一端连接衰减器(如果电台基频发射功率太大需要连接陷波滤波器)，再使用测试电缆连接至接收机.这样构成一条测试路径:干扰信号从车载天线至衰减器再至测量接收机.测试时接收机信号输入端至少接入10 dB衰减器来确保射频发射强度不确定的情况下避免EMI接收机过载，同时避免接收机产生的乱真响应，保证接收机有足够的测量灵敏度测得较准确的测量结果.同频发射测试时需要增加陷波滤波器减小基频对接收测试设备的影响，避免接收设备的损坏.进行测试时，线缆衰减及滤波器的衰减部分在测试设置中需要进行补偿.依次在接收设备的天线端口处测试，获得各个接收频段内同车多机互扰频谱分布情况.试配置如图1所示.

图1 通信信号干扰频谱扫描的测试配置图

为了便于区分测试状态和试验结果，按通信设备工作频段将通信设备分为低频、中频、高频设备，并分别确定其干扰区域.使用测量接收机扫描时按表3的要求设置参数，扫描步长根据车载通信系统的通信频率间隔来确定.

表3 通信信号频谱扫描测量接收机参数设置

依次以低频、中频、高频接收设备对应的天线作为接收天线，低频、中频及其它同频通信设备作为干扰源在其高、中、低频段选择3个常用的发射频点进行功率发射，测试其干扰性.步骤如下:

1)接收设备上电，其它设备关闭，使用车载天线端口测试其环境曲线T0;

2)在同车多机测试状态，低频及同频设备根据发射状态设置进行大功率发射，使用同频及高频接收设备在其工作频段测试其干扰曲线 T1，……，TN;

3)对比接收设备工作频段的干扰曲线与环境曲线的差别，确定重点干扰区域.

值得注意的是，考虑到低频及同频设备同时发射时产生的互调干扰，当选取高、低发射频点时，尽量保证低频及同频信号形成的二阶互调信号(基频相加、相减)在被测接收设备的工作频段范围内.

依次类推，对整车系统内安装的其它电台进行兼容性测试，直到完成所有可能同车多机工作情况的排列组合，得到每部电台其工作频段范围的干扰特征频谱以及干扰频点;在每个用频设备的接收频段内依据曲线特征选取特征干扰点，绘制成表;在接收设备对应的干扰区域内对其造成影响的频点、频段进行筛选.

1.6 干扰区域频点、频段的筛选

车内各类通信系统组合方式较多，干扰区域内的频谱分布较为复杂，由于HF电台、VHF电台、UHF电台的工作频段较为集中，所以谐波干扰不可避免.在通信系统总体设计时，综合分析天线耦合度、电台发射功率、电台接收灵敏度、空间损耗等多种因素，通过频率规划的手段对部分存在互扰的频点进行规避.所以在对干扰区域的频段进行验证前，先确定通信系统同车多机工作时是否进行了频率规划，以及通信电台是否默认在频率规划内的频段工作;再根据频谱管理原则及使用习惯对干扰区域内的频点、频段进行筛选.仅在通信设备最常用的工作频段进行验证.

主要依据以下原则进行同车多机干扰频点的剔除、筛选:

1)固有自干扰点(通信设备的特征);

2)发射的基频及其多次谐波;

3)由两台或以上发射设备在两个或以上频点发射时产生的交调、互调产物，为混频后产生新的干扰频点.

测试时低频接收设备尽量设置在工作频段中的较低频段，中、高频发射设备在工作频段中较高频点进行功率发射.低频设备发射时避免同频设备为接收状态.短波电台发射时，短波接收机不工作，或者两者都为接收状态工作.低频设备在较低频点且避免在整数频点进行大功率发射.避免在低频设备发射的基频及其二次三次谐波的－5～+5 MHz范围内测试.进行大功率发射时选择的频段范围与同频接收设备的工作频段应间隔较大频率，工作在同一模式不同网段的超短波电台建议组建同步正交网络;工作在不同模式的超短波电台建议组建异步正交网.

1.7 干扰区域的验证

依次将每部设备接收状态下测得的干扰特征频段进行汇总，依据曲线特征选取特征干扰频点并参考干扰区域频点、频段的筛选的原则进行剔除部分频段后，绘制成表.在同车多机通信状态下依次将上述每部用频设备设置为接收状态，在其工作频段对应的干扰区域内对其是否受到干扰影响进行验证.

1.7.1 干扰区域验证的要求

根据干扰区域的确定方法得到同车多机状态下高、中、低频接收设备工作频段的频谱分布图.根据干扰区域频点、频段的筛选对频谱分布图中的干扰区域进行划分，排除筛选频段后在干扰区域中对出现以下特征的频段进行验证:

1)在50 MHz以下，对在发射基频f0的－5～+5 MHz范围以外的频段，有明显突起的宽带干扰频段;

2)在50 MHz以上，对在发射基频 f0的 －10%～+10%范围以外的频段，有明显突起的宽带干扰频段;

3)在跳频发射时，干扰区域频谱底部噪声有明显抬升的干扰频段;

4)在交调、互调及高次谐波的干扰频点两端有明显抬升，形成的宽带干扰频段.

综上所述，在同车多机测试状态下，处于基频的－5～+5 MHz或－10%f0～+10%f0范围以内的频段，跳频发射频段底噪没有抬升的频段，谐波、互调产生的窄带干扰频点均可不验证.测试时根据试验方要求可对上述频段进行抽查来确定通信设备的功能状态.

1.7.2 干扰区域验证方法

最常用也是最有效的验证手段是采用无线电综测仪构成测试网络进行敏感度标定，记录接收设备场强/灵敏度下降情况.通过综测仪监测电台音频输出端信纳德(SINAD)的变化情况来判断其干扰带宽大小.信纳德反映了接收机的灵敏度，即反映了接收机接收微弱信号的能力.在车载天线至通讯设备的射频电缆中串入耦合网络，耦合网络输入端使用测试电缆连接无线电综合测试仪输出端，防止外界干扰信号影响，通信综合测试仪需要在综测仪信号输出端加衰减器.通信设备音频输出端连接无线电综合测试仪音频输入端.测试配置如图2所示.

图2 干扰频点通讯信号灵敏度验证的配置图

对接收电台在通信信号干扰较强的频点使用综测仪进行电台灵敏度验证.当干扰信号通过接收电台天线馈入测试系统与综测仪产生的功率信号(S)一同加载到电台天线的射频端口上，此时干扰使噪声功率(N)增大，从而SINAD减小.增大综测仪信号强度(△S)使SINAD重新回到12 dB，即重新达到临界状态(拉距测试:3+话音质量)，这里的S+△S即为传统测试中的车辆距离变化带来的功率信号的增强和衰减，△S变化的越多表示电台灵敏度下降越厉害，从而通信距离减少的越多.

对整车系统进行验证时，使用上述测试方法开启通信接收设备.通信设备在不发射的状态下进行采样频点的测量并记录无线电综合测试仪的输出电平S1作为初始标定值;再在通信设备大功率发射状态下重复上述测量过程得到无线电综合测试仪的输出电平S2作为测试值.对比初始标定值与测试值测试结果的差值△S并记录.利用综测仪模拟产生电台信号和分析电台信号的功能模拟了传统测试的车辆拉距，从而可以对同车多机的干扰情况进行定量分析.

1.8 测试结果的评定

在发射电台大功率发射时，车内通信设备应能正常工作.当通信系统以其主要工作方式接收信号时，在大部分频段内不受发射机干扰影响.使用上述方法对干扰区域进行测试判断，需要保证采样频点的电台灵敏度下降小于6 dB.通信电台的数据变化及PING包率、误码率情况按照试验委托方给出的数据下降与通信距离关系，结合试验结果来评定.

2 同车多机互扰对电台通信带来的影响

车内安装的部分通信系统在同车多机的工作条件下会造成各类型干扰，导致出现以下两方面问题.1)误码率的增大;2)通信距离的减少.

通过对装有多部短波、超短波电台通信车的拉距测试，发现同址干扰对跳频电台工作性能影响特别严重，测试结果如表4所示.当多部同台共址电台同时发射工作时，在原有效的通信距离下，同台的接收电台已无法正常接收.

表4 同址干扰下超短波电台的最大通信距离变化情况

3 同车多机互扰测试方法的应用

以1.3节某型号通信指挥车为例，根据通信电台使用情况确定通信设备的测试、发射、接收状态设置，如表2所示.试验前，检查车内工作电台均处接收时，相互间无明显干扰，均能接收额定通信距离的远端电台发送的话音，并达到标准的话音水平.为了解每部通信电台的发射频谱特点以及对不同接收设备的影响，在每个接收设备的天线端口进行频谱扫描，掌握其受扰情况.下面以超短波电台工作频率30～90 MHz范围内的同车多机互扰情况来进行测试.

1)定频发射干扰区域测试.

超短波电台通信频段会遭受HF电台和UHF电台同时定频发射带来的干扰，测试频谱分布如图3所示.

图3 超短波通信频段区域干扰分布 (定频)

短波以20.8500 MHz频率发射，超短波以 66.875 MHz频率发射.从超短波频段测试曲线可以看出，在多部电台同时进行大功率定频发射时均会产生非线性干扰.部分窄带干扰信号频率点与两发射信号频率的2、3阶互调频率相符，短波产生的二次、三次谐波 (41.7 MHz、62.275 MHz)及互调产生的干扰(46.025 MHz、72.4 MHz、87.725 MHz)均为窄带干扰信号且两端没有明显抬升，按筛选原则可以排除.主频干扰在基频f0的－10%～+10%范围以外的部分频段有明显突起，底噪均有较大程度的提升，对超短波整个通信频段形成宽带干扰.需要在宽带干扰部分选择3～5个频点进行灵敏度验证.

对干扰区域进行进一步测试来判断接收设备的受扰情况，采用无线电综测仪构成测试网络进行敏感度标定.测试结果如表5所示.

表5 超短波电台A灵敏度变化情况

从电台灵敏度测试结果可以看出，当短波和超短波电台同时定频大功率发射时，对超短波整个通信频段干扰较小，灵敏度没有明显下降.

2)跳频发射干扰区域的测试.

U/V信道机工作在V段接收时会遭受同频超短波电台功率发射(跳频)的干扰，测试频谱分布如图4所示.

图4 U/V信道机V段通信频段区域干扰分布 (跳频)

从测试曲线可以看出，超短波电台在发射频表6进行大功率跳频发射时均会产生较多的宽带干扰且底噪有明显提升.由于电台通讯时主要以跳频工作方式来通讯，所以即使在个别频点出现窄带干扰也不会影响通讯质量，只有在跳频频段范围较多的频点均出现干扰时才会明显干扰电台正常通讯，从而对U/V信道机V段通信频段形成宽带干扰.因此要着重对频谱干扰图中有整片突起的频段(干扰区域)选择部分频点进行灵敏度验证.

采用无线电综测仪构成测试网络，对受扰的接收设备进行敏感度标定.测试结果如表6所示.

表6 U/V信道机V段灵敏度变化情况

测试结果表明:当同频的超短波电台跳频发射时、U/V信道机V段接收时，在宽带干扰的作用下处于工作频段30～60 MHz范围内的电台灵敏度平均下降50 dB左右，处于工作频段60～80 MHz范围内的电台灵敏度平均下降10 dB左右.其中两台电台同时跳频发射时致使非线性干扰更严重，干扰噪声频谱底部抬起，更容易对同频段接收电台造成影响，致使电台话音严重干扰，数据传输误码率上升及通讯距离下降.

通过分析试验得到的结果可以看出，两部超短波电台采用不同频表同时大功率跳频发射时，在UV信道机V段产生全频干扰，灵敏度受到影响较大.短波电台、超短波电台B同时大功率跳频发射时，需对超短波电台A进行灵敏度的验证.在超短波频段内跳频发射范围以内的频点灵敏度有较多下降;跳频发射范围以外的频点测试结果没有明显下降的情况.超短波电台间的同车多机测试结果表明，当同频的电台大功率跳频发射时对整个通信频段干扰较大，电台灵敏度会有明显的下降并存在误码率现象.所测结果与实际的使用情况相似.在实际使用中两部超短波电台同时跳频工作时，UV信道机应避免在V段进行接收;两部超短波电台的工作频率，应做好频率管理才能够相互兼容地工作.

4 结束语

通信指挥车中一般同时配备多部通信电台，这些通信电台在一定概率内会同时工作，这时通信电台发射必然会对相邻频段的通信电台接收产生影响造成同车多机互扰.为解决同车多机定量测试的问题，提出了一种车载通信系统同车多机互扰的测试方法.使用该方法进行测试可以采集多部电台同时大功率发射时干扰的频谱分布数据，掌握各通信电台间的互扰情况.该方法为解决通信电台的同车多机问题及实际运用提供数据支撑，对车载通信电台间的布局设计，干扰预测和分析都具有指导意义.

［1］赵 波，全厚德，崔佩璋.车载无线电台同址干扰测试与分析 ［J］.计算机测量与控制，2011，(8):15-18.

［2］郑新新，朱会强.无线设备同车多机干扰耦合特性测试方法研究 ［J］.计量技术，2008，(11):22-24.