VHF频段数字音频广播系统人为噪声容差研究

李薰春 刘晓蓉 戴宁江

（国家新闻出版广电总局广播科学研究院，江西广播电视台）

[摘要]本文对人为噪声容差的计算方法进行了研究，给出了VHF频段数字音频广播系统覆盖最小中值场强的计算步骤，为中国数字音频广播系统覆盖规划和相关标准的制定提供了技术依据和参考。[关键词]数字音频广播系统 人为噪声容差 天线噪声系数

0 引言

在网络规划或接收机设计时，需要考虑人为噪声对数字广播电视地面传输的影响。人为噪声的来源很多，如汽车点火系统、输电线路、开关电源、微波炉和电脑等。在VHF频段数字音频广播系统覆盖规划计算最小中值场强时，需确定传输网络规划所用到的接收机和发射机特性、系统参数和传输特性，而人为噪声容差是规划的重要参数之一，本文对人为噪声容差的计算方法进行了研究，给出了VHF频段数字音频广播系统天线噪声容差计算结果及其应用，为数字音频广播系统覆盖规划和相关标准的制定提供了技术依据和参考。

1 人为噪声容差计算方法

1.1 天线噪声系数定义对于任何接收效率为1的地面天线，从环境中接收到热噪声的功率为：

n=kT0B

（1）

式中：k: 玻尔兹曼常数k = 1.38 × 10?23 (J/K)T0: 绝对温度=290 (K)B: 接收机噪声带宽 (Hz).如果天线在带宽B内接收到的人为噪声功率等于，则所收到的噪声功率和为：

Pa=n+i

（2）

天线噪声因子fa定义为：

（3）

天线噪声系数Fa为：

（4）

1.2用于覆盖计算的人为噪声容差在覆盖计算的链路预算中，会考虑接收机的噪声系数Fr。可以看到，天线收到的人为噪声i等效于接收机噪声系数Fr的增量，数值上等于用dB表达的Pmmn，称作人为噪声容差。如果天线接收不到人为噪声，则接收机输入端的全部等量噪声就是：

P=Pr+n

（5）

式中：P ：总功率（W）Pr ：接收机噪声（W）n ：热噪声（kT0B）（W）接收机噪声因子fr定义为：

（6）

如果天线收到的人为噪声为i ，则接收机输入端的总功率为：

P=Pr+n+i

（7）

人为噪声因子mmn表示为：

（8）

由公式6可得：

（9）

由公式3可得：

（10）

mmn因子即可表达为fa和fr的函数：

（11）

人为噪声容差Pmmn表示为：

（12）

上式中：fr为接收机噪声因子，即：

（13）

fa为天线噪声因子，即：

（14）

1.3天线增益小于-0.4dBd时的特殊案例天线增益是方向性和效率的产物。最小的真实方向性是一个短偶极子（长度<<λ），增益值为-0.4dBd，此时天线效率η小于1。如果天线效率为η，则欲收信号w中只有η×w到达了接收机，同样，到达接收机的高斯噪声和人为噪声也减少为η×n和η×i。人为噪声因子mmn可以表示为：

（15）

（16）

天线增益低于-0.4dBd时，效率η可从天线增益GD计算得到：

（17）

2 VHF频段数字音频广播系统人为噪声容差计算

2.1固定、便携和移动接收时的人为噪声容差建议书ITU-R P.372给出了不同地区人为噪声容差的法定容差，以及定义天线噪声系数时用到的频率值，天线噪声系数的中值，不同地区测到的概率变化（10%和90%）与频率的函数关系。根据建议书ITU-R P.372-11，计算天线噪声系数的公式为：

（dB） （18）

图1 天线噪声系数中值与频率关系（A代表城市，B代表住宅区，C代表乡村，D代表宁静的乡村，E代表银河）

假设所有接收模式都发生在住宅区，见图1中的B曲线。此时变量和 的值如下：

c=72.5 d=27.7

不同频率的天线噪声系数Fam计算结果见表1。

表1 天线噪声系数中值Fam

频率（MHz）	65	100	200
住宅区的天线噪声系数中值Fam（dB）	22.28	17.10	8.76

考虑7dB的接收机噪声系数Fr之后，根据公式12，即可算出Pmmn，结果见表2。

表2 固定、便携和移动接收时的人为噪声容差（Pmmn）

频率（MHz）	65	100	200
固定、便携和移动接收时的人为噪声容差（dB）	15.38	10.43	3.62

建议书ITU-R P.372给出了住宅区里不同地点变化（10%和90%）的值为5.8dB。90%时的地点概率分布因子?=1.28。因此，固定、便携和移动接收时的均方差σMMN=4.53dB。2.2 便携手持接收时的人为噪声容差便携手持接收时的Pmmn，按照接收机噪声系数等于7dB考虑，根据公式(16)和(17)，计算结果见表3。

表3 便携手持接收（外接天线）的人为噪声容差

频率（MHz）	65	100	200
手持天线增益（dBd）	-22.8	-19	-13
效率η	0.0058	0.0138	0.055
计算出来的Pmmn（dB）	0.77	0.56	0.3

由于计算所得数值非常之低，在进一步的计算中便携手持接收的人为噪声容差可指定为0dB。

3 VHF频段数字音频广播系统最小中值等效场强计算

VHF频段数字音频广播系统对应于地面之上10米、50%时间概率、50%地点概率的最小中值等效场强计算步骤如下：1) 确定接收机噪声输入功率电平PnPn (dBW) = (dB) + 10 lg (k · T0 · B) （19）2) 确定最小接收机输入功率电平Ps,minPs, min (dBW) = (C/N)min (dB) + Pn (dBW)+ Li （20）其中：(C/N)min: 以(dB)计算的数字音频广播系统解码器输入端的载噪比门限Li：接收机实际损耗因子3) 确定接收处φmin最小功率通量密度φmin (dBW/m2)= Ps,min (dBW) ? Aa (dBm2) + Lf (dB) （21）其中：Lf: 馈线损耗 (dB)Aa: 有效天线孔径 (dBm2).

（22）

4) 确定接收天线位置的最小等效场强Emin

（23）

其中：

自由空间的典型阻抗

（24）

5) 确定最小中值等效场强EmedVHF频段数字音频广播系统不同接收场景的最小中值等效场强计算公式如下：

固定接收： Emed = Emin + + Cl

（25）

便携室外和移动接收： Emed = Emin + + Cl+ Lh

（26）

便携室内接收： Emed = Emin + + Cl + Lh + Lb

（27）

其中：Cl ：地点概率修正Lh：天线高度修正Lb：建筑物穿透损耗

4 结束语

目前，我国建立了适合国情的、具有自主知识产权的数字音频广播体系，开展了中国数字音频广播系统CDR的研发和试验，并率先在调频频段取得成果，北京、广东相继启动了CDR数字音频广播示范网建设和运行。2013年，CDR的信道和复用两个部分的行业标准相继发布。开展数字音频广播系统覆盖网规划研究对于中国数字音频广播系统的推广应用具有重要意义。

参考文献

[1] J. Zoellner,J. Robert Etc.Analysis of the Impact of Man-Made Noise on DVB-T and DVB-T2[J],Broadband Multimedia Systems and Broadcasting , 2012 IEEE International Symposium .

[2] ITU-R BS.2214,Planning parameters for terrestrial digital sound broadcasting systems in VHF bands[R],2011.

[3]ITU-R P.372-11,Radio noise[R],2013.

[4]ITU-R BS.1660-6,Technical basis for planning of terrestrial digital sound broadcasting in the VHF band[R],2012.

编辑：中国新闻技术工作者联合会