【国家标准】GB 4958.17-1992 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

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两支路的射频输入电平 例如相位阶跃幅度 例如在图 中 和 允许的最大值例如 和传输特性仅对中频或射频合成器一般考虑测量分集合成设备的传输特性用以确定两射频通道输入电平在指定范围内 合成器的幅度及群时延特性的变化特性测量是在仿真电路的所有射频部分的中频终端之间进行的仿真电路包括分集合成设备于是测量通路不仅包括合成器本身也包括两支路的所有电路和对应于工作条件的均衡