GB 4958.17-1992 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 分系统测量 第六节 分集、双路和热备用设备.pdf

中华人民共和国国家标准 地面无线电接力系统所用设备的 测量方法 第二部分 分系统测量 第六节 分集 双路和热备用设备 发布实施 国 家 技 术 监 督 局 发 布 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 地面无线电接力系统所用设备的 测量方法 第二部分 分系统测量 第六节 分集 双路和热备用设备 国家技术监督局批准实施 本标准为 地面无线电接力系统所用设备的测量方法 系列标准之一 本标准等效采用国际标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部 分 分系统测量第六节分集 双路和热备用设备 主题内容与适用范围 本标准适用于模拟系统 主要论述在一个无线电接力站上使用两个或多个收信机的分集接收设备 测量为此 我们假设分集设备构成倒换和 或 合成的分集通道电路尽管除了分集通道设备本身外 发信机 收信机 调制器及解调器等也可能包括在测量范围之内 除分集设备测量外 在本系列标准地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部 分 分系统测量第九节备用通道倒换设备 中没被论述的双路和热备用设备测量考虑在本标准中 测量要涉及到开关特性和倒换过程特性 应等同适用于备用通道倒换设备测试及分集 双路和热备用设 备测量 该内容可在本系列标准中查阅 引用标准 地面无线电接力系统所用设备的测量方法第二部分 分系统测量第九节备用 通道倒换设备 地面无线电接力系统所用设备的测量方法第一部分 分系统和仿真系统通用的测量 第三节中频范围的测量 地面无线电接力系统所用设备的测量方法第三部分 仿真系统的测量第四节 频分复用传输的测量 地面无线电接力系统所用设备的测量方法第一部分 分系统和仿真无线电接力 系统通用的测量第二节射频范围的测量 引言 影响一个无线电接力电路可用性的主要因素是传播条件和设备本身的可靠性 前者论述在条 中 后者在条中 分集系统 分集接收以无线电信号跨越不同路径和 或 使用不同频率 到达接收地点 具有局部不相关电平和 相位为依据 采用适当的倒换或合成方法使衰落的影响减少 双路和 或 不同频率 广泛用于视距系统 中分集通道同时馈送同一基带信号 在分集部分的终端完成选择 在收信终端可得到两个不同信噪比 的信号 使用自动开关在两信号之间选取信噪比较好的一个作为输出或使用一个合成器将两个输出信 号合成 以改善信噪比 常用的分集系统类型如下 频率分集系统 该分集装置使用不同射频通道和收发共用天线 在微波频段 频率差别大于或 通道衰落特性大体上不相关 频率分集主要用于减少多径传播引起衰落的影响 空间分集和射角分集系统 如果场强在很大程度上依赖于电波反射 首先要采用单个发信天线和多 个接收天线的空间分集因此收信天线的放置是一个在另一个的上方射角分集可应用在对流层散射 接收 将各接收天线的指向轻微移动不同方向 达到分集效果这里不予考虑 路由分集系统 分集路由为不同地形的路径 每一段路径包括两个或多个无线电接力段在不同路 由上电波传播条件不同 故可起到分集作用为减少雨衰对信噪比的影响 该系统主要应用于 以上频段 双路和热备用系统 与分集系统不同 双路和热备用系统 是指为了减小设备失效的影响而不是衰落影响 用开关倒换 到备用设备 然而在双路系统中 频率差别可低至在热备用系统中两通道采用同一频率 在后一系 统中倒换不仅仅是在收信终端 而是在无线电接力电路上的每一个收发信机上 开关分集 双路和热备用设备 一般考虑 图示出基带倒换设备简化框图 它应用于分集系统和热备用系统中的收信部分倒换由导频检 测器和噪声检测器或电压驱动 图示出中频倒换设备简化框图 它应用于分集系统 双路系统和热备用系统中的收信机部分 在 中频倒换设备中 除导频和噪声检测器外 还使用一个快速响应的中频检波器 图中分支用虚线表示 可 根据情况选用 噪声检测器可用射频接收机的检波器代替 采用去驱动开关 中频倒换装置 总是与射频接收机联接在一起 图示出射频倒换设备的简化框图 它应用于热备用系统发信部分 倒换由射频检波器电压驱动 在所有的倒换设备中 检波电压被馈送到逻辑电路 在这里从输入的电压中产生一个开关驱动信号所 有的检测器一般装有指示从正常到异常情况变化的告警灯 倒换两种状态通常用灯指示 注在多数两通道倒换设备中 为避免不必要的倒换 即使原故障通道的情况已经恢复 开关还保持它上一次的状 态下面测量方法适用于那种 互为备用 类型系统 依据导频电平 噪声电平或电平变化 开关从一个通道倒换到另一通道 这些电平测量使用 的框图如图图和图所示 其中包括被测倒换设备及附加导频 中频和射频电平衰减器来模拟 传播条件或设备失效所要求的导频 中频或射频电平通过调整这些衰减器获得 噪声电平测量是使用 一个接至倒换设备输出端的白噪声接收机 若是基带设备便可直接测量 若是中频设备可经过一个测量 解调器进行测量如需阻断工作导频 可采用串接导频带阻滤波器 采用外部导频发生器给两个通道提 供一个标准电平的导频信号 注所有的测量应增加几个设备控制的特殊调整 以提供开关转换电平的调节 为避免信号的瞬时中断 不得使用步进制衰减器 图使用在分集系统 双路和热备用系统收信部分的基带倒换设备的简化框图 解调器射频收信机基带分支导频检测器 噪声检测器逻辑基带开关 图使用在分集系统 双路和热备用系统收信部分的基带倒换设备功能测量框图 衰减器测量调制器射频发信机射频收信机解调器 被测基带倒换设备白噪声接收机外部导频振荡器 图使用在分集 双路系统和热备用系统收信部分的中频倒换设备的简化框图 射频收信机中频分支中频检测器解调器 导频检测器噪声检测器逻辑 中频开关 图使用在分集 双路系统和热备用系统收信部分的中频倒换设备功能测量框图 衰减器测量调制器外部导频振荡器射频发信机射频收信机 被测中频倒换设备测量解调器白噪声接收机 图热设备用系统发信部分的射频倒换设备的简化框图 射频发信机基带或中频分支耦合器射频检波器 逻辑射频开关 图热备用系统发信部分的射频倒换设备功能测量框图 射频发信机射频分支衰减器 被测射频倒换设备 由于导频电平变化引起的倒换 如图和图的基带和中频倒换设备中 导频变化由导频检测器检出 能使倒换启动和复原的两 个规定电平需要进行测量这些电平测量的定义及方法见本系列标准所述 每个通道中的 导频检测器的测量应分别进行叙述当完成这些测量时 启动与复原电平得到核实 倒换便能正确地工 作 由于中频或射频电平变化引起的倒换 定义及一般考虑 如图和图所示 用于中频 射频倒换设备中的中频 射频 电平变化由中频 射频检测器检测 能使倒换启动及复原的两个规定电平需要进行测量一个中频 或射频检测器的启动电平是检测器动作 并表示从 正常 状态变到 异常 状态时的中频 射频输入信号 电平 这个电平通常可调节为超出指定范围恢复电平是指中频 射频检测器从 异常 状态变到 正常 状态时中频 射频输入信号电平这个电平指定为高于启动电平在某些情况下是可调节的 测量方法 在中频 射频倒换设备中 中频 射频检测器电平测量框图如图和图所示在中频电平测量 图和射频电平测量 图中 在收信机输入端 见图或倒换装置输入端 见图都是靠调节 衰减器和获得标称射频电平 在中频电平变化引起倒换的情况中 见图首先调节衰减器 和为零衰减 相当于将两通道中的标称中频电平送入倒换装置 这些中频电平测试方法在本系 列标准中叙述在射频电平变化引起倒换情况中 倒换装置输入端的电平测量方法在本系列 标准中叙述以上所用和衰减器必须进行校准 通道检测器电平可用增加衰减 对中频电平变化倒换 图或衰减 对射频电平变化 倒换 图直至检测器动作 然后减少衰减直至检测器再次指示正常位置的方法进行测量 用上述相 关衰耗器的测量值与初始值进行比较 获得测量结果然后重复同样步骤对通道检测器进行测量 完成这些测量后 当抵达的启动与复原电平得到核实时 倒换便能正确地工作 注 在许多情况中 如图所示的射频倒换设备的耦合器和检测器 包括在发信机中 此时将发信机作为被测试装 置构成部分是必要的 测量结果的表示 测出的启动与复原电平应制表表示 要规定的细节 在详细的设备规范中 如果需要 应规定下列项目 要求的启动电平范围 例如相对于标称电平 要求的复原电平范围 例如高于启动电平 由于噪声电平变化引起的倒换 一般考虑 在基带 中频倒换设备中 用噪声检测器检测噪声电平变化如图和图所示 在通道和通道中的噪声检测器启动与复原电平以及在通道和通道之间的噪声电平差可用 作倒换标准对于启动与复原电平的测量方法和定义见本系列标准 对两通道的噪声检测器测量的描述应分别进行 完成这些测量后 当抵达的启动与复原电平得到核 实时 倒换便能正确地工作当两通道噪声电平不同时便启动倒换 倒换的测量采用下列方法 测量方法 两通道之间噪声电平不同而启动倒换的测量框图如图和图所示 首先调节衰减器及 以使接收机获得标称输入电平 并记录此值 假定此时开关位置在通道然后采用增加的衰 减 使通道中的噪声电平升高 直到开关转向到通道下一步是增加的衰减 使通道中的噪声 电平升高 直至开关转回到通道在初始和每次倒换之后 都应该相应记录白噪声接收机噪声电平读 数连续交替增加和的衰减直至达到分集工作所指定的最高噪声电平 测量结果的表示 初始的噪声功率值和每次转换后噪声功率的差值应依次以分贝数填入表格 要规定的细节 在详细的设备规范中 如果需要应规定下列项目 分集工作所需的噪声输出功率电平范围 例如 启动倒换所需的最小噪声功率电平差值范围 例如 白噪声接收机测量频率 加重特性 由于电平变化引起的倒换 测量方法 中频分集倒换设备前面的射频收信机中的检测器 检测出电平变化如图所示 如果 检测器是用来控制中频分集倒换设备 必须测量倒换启动时两通道间射频输入电平差值 测量框 图如图所示 首先调节衰减器和以使收信机获得标称输入电平 并记录此值假定此时开关位置在通 道然后用增加的衰减 使通道中的射频输入电平减小 直至开关转向通道下一步用增加 的衰减 使通道中的射频输入电平减小直至开关转回通道记录衰减器初始及每次转换之后的 读数 连续交替增加和的衰减 直至达到分集启动所指定的收信机最低输入电平 测量结果的表示 初始电平值和每次转换后相对于收信机标称输入的电平值以及相邻测量之间的差值均应以分贝数 一道制表表示 要规定的细节 在详细的设备规范中 如果需要应规定下列项目 收信机的标称输入电平 例如 启动分集所需要的收信机输入电平范围 例如相对于标称电平值 启动倒换需要的收信机最小输入电平差的范围 例如 开关端口之间的隔离度 见本系列标准 合成分集设备 一般考虑 对于接着两个微波收信机的任一分集系统 合成工作不是在中频就是在基带进行 在两信号为同一 射频频率的空间分集系统中 合成可在射频进行而且射频合成器后面是单个收信机 合成设备包括合 成器本身及为中频和射频合成器输入端口提供同相位信号的几种相位控制电路 图示出用于分集系统中的合成设备简化框图如图所示的射频合成设备中 采用伺服电动机 驱动射频移相器和一个插入射频通路中并由一个低频振荡器所调制的调相器来达到对射频相位的控 制 合成后中频输出信号的调幅度 取决于两射频信号之间的相位差 用中频包络检波器为伺服电机提 供相位控制信号 如图和图所示的中频合成设备中 将一个射频移相器插入本地振荡器和其中一个混频器之 间或将一个中频移相器插入其中一路中频输出与鉴相器输入之间或用压控本地振荡器 以达到对中频 相位的控制 这个控制是采用将合成器输入信号进行比较的中频鉴相器输出如图所示的基带合成设备中 一般来说仅使用基带合成器本身而没有相位控制 但是需要一些相位均衡 三种类型的合成器 可用来改善信噪比 有时也称为分集增益 如图所示 其功能如下 在主要用于基带的等信号电平合成器中 信号是以相等信号电平合成 因此提供的信噪比改善 度仅限于信噪比之差范围内所以当信噪比之差大于约时 信噪比较低的通道被关闭 在主要用于射频或中频等增益合成的线性加法合成器中 信号在它们的固有电平差上合成 即 上述的电路因此提供一个比等信号电平类型较高的信噪比 但是再改善也只能达到限于信噪 比之差范围之内 尽管在大于的信噪比之差内 信噪比有较小的损失 当信噪比之差大于此值 时不关闭信噪比较低的通道 其原因是倒换设备的复杂性与其可获得的改善限度 在主要用于中频或基带的比值平方器或最大比值合成器中 信号依据它们各自信噪比大小按 比例合成 该种合成器对具有任何信噪比之差的信噪比进行改善 因此这种合成方式 无须去转换通道 注 对于中频和基带合成器 为使无用通道失效 通常采用导频检皮器启动倒换 这种倒换功能测量依据条这 种倒换发生同时 必须保持基带信号输出电平 对于任一合成分集设备要测量的最重要特性是当一通道中的信噪比保持常量另一通道信噪比对合 成器输出端信噪比的作用对于射频 中频合成设备 要测量射频输入电平及相位对中频输出电平的作 用 而且也应测量输入相位突变时的中频瞬态响应 尽管信噪比函数是合成器最重要的特性 在仿真电路传输质量上 评价合成器插入的影响也是重要 的 见条在该连接中 传输质量的评价在各种工作条件下进行 例如各通道处于正常工作或一通 道从合成器上断开 图射频合成器的简化框图 调制振荡器带通滤波器射频相位调制器射频移相器 伺服电机射频合成器射频收信机 图中频合成器公用本地振荡器 空间分集 的简化框图 本地振荡器混频器射频分支中频放大器 射频移相器中频移相器中频鉴相器 中频合成器 图中频合成器独立本地振荡器的简化框图 混频器本地振荡器中频放大器 中频鉴相器中频合成器 图基带合成器的简化框图 射频收信机解调器基带合成器 图理想分集合成器的信噪比函数 比值平方或最大比值合成器等增益或线性加法合成器 等信号电平合成器 信噪比函数 测量方法 分集合成设备的信噪比函数测量框图如图所示 在射频发信机装有中频代振器的情况中 不需要 中频发生器对应于基础噪声的信噪比 即无噪声负载 用白噪声接收机测量 信噪比的定标直接采用 分贝如本系列标准所述 由下列信噪比测试 评价合成器特性 合成器两输入均有效时的信噪比 排除通道通道的信噪比 排除通道通道的信噪比 在中频或基带合成器下 为了排除其中的一个通道通常需要一个开关在射频合成器情况下 断开 一个射频端口并接上匹配负载 调节衰减器和使收信机输入电平位于范围中间 在此范围中三角形噪声是主要 的当等于时记录这个输入电平的初始比值 首先用增加的衰减使减小 对应于几个值测试和然后复 位到它原来衰减值下一步是增加衰减使减小 对应几个值对与进 行测试最后复位到它原来的衰减值 在等信号电平合成器中 通道随输入电平变化 在上述步骤期间自动地关闭与复原 在通道关闭与 复原时应对信噪比作记录 注除上述步骤中对和进行调整使每个收信机获得射频输入电平外 在近似于和 条件下 检验和应满足当或增加时或下降 这个条件 图射频合成设备信噪比函数测量框图 中频发生器射频发生器衰减器射频分支被测收信设备射频合成器 测量解调器白噪声接收机 图中频合成设备信噪比函数测量框图 中频发生器射频发信机衰减器射 频分支被测收信设备中频合成器测量解调器 白噪声接收机 图基带合成设备信噪比函数测量框图 中频发生器射频发信机衰减器射频分支 被测接收设备基带合成器白噪声接收机 测量结果的表示 结果应用下列定标的两条标绘曲线表示 水平坐标当变化时用分贝标度 当变化时用分贝标度 垂直坐标用分贝标度 对于等信号电平合成器 关闭和复原点应在水平坐标上作标记 在垂直坐标上标绘的数值 有时称为分集增益 要规定的细节 在详细的设备规范中 如果需要 应规定下列项目 作为两通道之间信噪比之差的函数的最小分集增益 用分贝表示 分集启动所要求的较小噪声通道的噪声输出功率电平范围 例如 通道关闭时两通道之间的信噪比之差 用分贝表示 白噪声接收机测量频率 加重特性 中频输出电平函数 仅对中频或射频合成器 测量方法 某一通道中作为射频输入电平与输入相位的函数的中频输出电平的测量框图如图所示输出电 平用选频电平表测量 以避免在收信机输入电平低时噪声对测量的影响如果使用电路 在测量 期间应将其封闭 先调整衰减器和使收信机获得标称输入电平 作为射频输入电平函数的中频输出电平的测量是用调节衰减器为指定范围内几个值的方法 进行 然后对另一通道重复这种测量 作为两通道间射频输入相位差函数的中频输出电平的测量是在两通道均为标称输入电平时 用调 节移相器到指定范围内的几个值进行 图射频 中频分集合成设备的中频输出电平函数测量框图 外部射频发生器射频混合衰减器移相器 被测收信设备 射频或中频合成器中频选频电表 测量结果的表示 上述三种测量结果应分别以曲线表示 要规定的细节 在详细的设备规范中 如果需要 应规定下列项目 收信机标称输入电平 例如 收信机输入电平范围 例如相对于标称电平值 两射频输入相位差范围 例如 按照条中给出的电平变化 中频输出电平偏离指定特性的容差 例如 按照条中给出的相位差范围内 容许的中频输出电平变化值 例如 中频瞬态响应 仅对中频或射频合成器 测量方法 在一个通道中 由于输入射频相位突变 引起的中频输出信号包络 时间函数和变化其测量框图如 图所示显示在存贮示波器上的中频输出信号如图所示任一射频信号的相位变化是由脉冲信 号发生器控制相位阶跃器来实现的脉冲信号发生器是用人工操作按键产生一个单一脉冲信号脉冲 信号发生器同时触发存贮示波器的水平偏转在图所示的例子中 相位阶跃器由一个微波二极管开 关 一个可调移相器 一个可变衰减器和一个同相混合耦合器组成 二极管开关所需要的转移时间要比 被测分集合成设备的自动相位控制的响应时间小得多 调节衰减器使两支路中的输出电平相等 调节移相器用以满足所需要的相位阶跃 中频瞬态响应的测量是采用启动脉冲信号发生器按钮 并观察存贮示波器上的中频包络 测量分两 次作 第一次在支路中使用相位阶跃器 如图所示第二次在支路中使用相位阶跃器 并调节衰 减器和以获得规定输入电平 如果使用电路 在测量期间应将其封闭 注 在射频合成设备情况中 射频移相器的瞬态响应 可用对中频瞬态响应的测量代替 测量框图 图用图中射频 中频分集合成设备测量的中频瞬态响应 射频发生器射频混合脉冲发生器开关衰减器 移相器存贮示波器被测收信设备 射频或中频合成器 典型的中频输出信号 续图 测量结果的表示 测量的结果应用带有恰当的水平和垂直定标的存贮示波器的照片