淺談場強測量中的不確定度

場強測量是無線電監測工作的重要組成部分，在無線電管理工作中起著重要作用。通過準確的場強測量可了解電磁環境的真實狀況，為頻率劃分和分配提供有效的技術數據。
　　通過長期的測量和數據分析比較，能夠及時發現和反映電磁環境的異常變化，改變原來只有通過用戶申訴才能發現無線電干擾的被動局面，變被動監測為主動監測，適應保障安全生產的需要。

　　場強測量的四種模式

　　（1）使用便攜式或移動設備進行測量，在一點或多點獲取相關的瞬時數據或短時數據。如用便攜式接收機利用比較場強大小的方式來查找干擾源。

　　（2）使用移動設備進行測量，獲取移動無線電覆蓋區域的統計參數。如運營商對GSM網絡覆蓋情況的測量。

　　（3）在固定點進行的短期測量，一般用于支持其他監測業務。如用固定站對信號進行測向時讀出信號的場強值。

　　（4）長期測量，包括場強記錄和曲線記錄分析，用計算機分別存儲和分析所測得的數據。如在固定監測站長期對某頻點或頻段的場強進行測量。

　　場強測量目的不同，對場強值準確度的要求也不同。在場強值接近標準值時，要判斷場強值是否符合標準要求，就要求較高的準確度。一般可用測量不確定度表示測量結果的準確度，雖然測量不確定度與準確度之間的關系難以量化，但可以肯定的是，測量不確定度越小，準確度就越高。所以，在某些情況下，測量結果除了要給出場強值外，還要給出其測量的不確定度。

　　要詳細了解測量不確定度，可參考JJF1059《測量不確定度評定與表示》，這里只簡單介紹“誤差”、“準確度”和“測量不確定度”的基本概念。每次測量都會得出一個測量值，這個測量值往往與被測量的真值不同，誤差就等于測量值與真值之差。由于真值無法得到，所以誤差也就無法算出，只能用測量不確定度表示測量值的可靠程度。在JJF1059中，測量不確定度被定義為“表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數”。

　　根據測量不確定度判定場強測量值Vmeas是否符合標準要求的兩種途徑

　　（1）測量不確定度Ums盡可能小

　　對通信用戶來說，如果Vmeas+Ums小于等于標準值，可判定信號符合標準要求。如用戶測量某頻點信號電平，看在該地點建接收站是否會受到干擾。

　　對管理部門來說，如果Vmeas-Ums大于標準值，可判定信號不符合標準。如管理部門測量某頻點信號電平，看某發射機信號是否會干擾其它接收機。

　　（2）測量不確定度Ums小于等于建議的最大不確定度值URec

　　如果所有測量值均小于等于標準值，可判定信號符合標準;

　　如果任一測量值大于標準值，則判定信號不符合標準。

　　除非受接收機底部噪聲、大氣噪聲或者外部干擾的限制，否則URec應滿足以下要求:測量頻率小于30 MHz時，URec=2 dB;測量頻率大于30 MHz時，URec=3dB。要滿足上述要求，場強測量系統必須按照一定的要求進行安裝和使用，具體要求參考ITU建議ITU-R SM.378《監測站中的場強測量》附件1。

　　對通信用戶來說，當Ums大于URec時:如果所有測量值加上(Ums-URec)均小于等于標準值，可判定信號符合標準；如果任一測量值加上(Ums-URec)大于標準值，則判定信號不符合標準。

　　對管理部門來說，當Ums大于URec時:如果所有測量值減去(Ums-URec)均小于等于標準值，可判定信號符合標準；如果任一測量值減去(Ums-URec)大于標準值，則判定信號不符合標準。

　　如何合理地評定場強測量的不確定度

　　場強測量需要使用經校準的天線、耦合網絡和/或傳輸線、測試接收機或頻譜分析儀，為了提高靈敏度，還可加上低噪聲放大器（LNA）。可見，場強測量與發射設備傳導測量最大的不同之處是使用了經校準的天線，天線的特性是在評定場強測量的不確定度中特別需要注意的因素。

　　場強測量中影響不確定度的分量如下:

　　?接收機讀數

　　?天線與接收機間的衰減

　　?天線因子

　　?接收機正弦波電壓準確度

　　?相對于信號占用帶寬的接收機選擇性

　　?接收機底部噪聲

　　?天線接口與接收機之間的失配

　　?天線因子的頻率插值偏差

　　?因天線離地面和其它相互耦合物的高度變化而引起的天線因子變化

　　?天線方向性

　　?天線交叉極化

　　?天線平衡

　　?障礙物引起的陰影效應(也叫慢速衰落)和反射

　　下面給出一個計算場強測量不確定度的例子，該例子適合于在固定站或移動站測量30 MHz～3000 MHz之間頻率的場強值。

　　場強值E=Vr+Lc+AF+δVsw+δVsel+δVnf+δM+δAFf

　　+δAFh+δAdir+δAcp+δAbal+δSR

　　具體到某個特定的監測站，輸入量的不確定度可能與表中的不同。評定場強測量值的擴展不確定度Ums時，必須考慮其測量系統中的所有已知因素，包括設備特性、校準數據的質量和量值傳遞性、已知或最接近的分布函數、測量過程等。當合成標準不確定度中的主要輸入量隨頻率而顯著變化時，應該為不同的頻段計算不確定度。

　　[備注]欄說明:

　　(1)接收機讀數會由于測量系統的不穩定、接收機噪聲而變化。測量值Vr由接收機多次讀數的平均值得到，標準不確定度是平均值的實驗標準差。

　　(2)、（3）中接收機與天線間的衰減值Lc、自由空間天線因子AF的不確定度，可由給出擴展不確定度和包含因子的校準報告得出。

　　(4)接收機正弦波電壓準確度修正值δVsw的不確定度，可由給出擴展不確定度和包含因子的校準報告得出。[注:如果校準報告給出接收機正弦波電壓準確度在一定的限值范圍內(2 dB），那么修正值δVsw應為0，具有矩形分布，半寬為2 dB。]

　　(5)當接收機或頻譜儀的分辨率帶寬小于信號占用帶寬而需要修正時，就需要使用帶寬修正因子，這也引入了不確定度分量δVsel。例如，當RMS檢波器的分辨率帶寬只有被測CDMA信號占用帶寬的10%時，修正因子為10 dB，若分辨率帶寬的最大允許誤差為10%，則修正因子的不確定度為0.5 dB。

　　(6)如果監測天線距離發射天線較近，測試接收機的底部噪聲遠遠低于信號電平，那么就可忽略底部噪聲的影響，否則就要考慮對測量結果的影響。

　　(7)失配：具體可參考ETSI TR 100028。

　　(8)假如天線校準報告只給出若干參考頻率點上的天線因子，那么就要使用插值法得出其余頻率點上的天線因子。由此算出的天線因子不確定度與參考頻率點的間隔、天線因子隨頻率變化的特性有關。若校準報告給出“天線因子-頻率”曲線圖，則可直觀讀出各頻率點上的天線因子。

　　天線因子頻率插值誤差的修正值為零，具有矩形分布，半寬為0.3 dB。若校準報告直接給出測量頻率點的天線因子，則無須考慮天線因子的不確定度。

　　(9)單偶極天線的天線因子高度偏差與復合天線是不一樣的。單偶極天線的天線因子不確定度中已包含了高度的影響;復合天線的天線因子高度偏差修正值δAFh應為零，具有矩形分布，半寬可由雙錐形天線和對數周期天線的特性得出。

　　(10)校準報告一般只給出天線在主方向上的天線因子，對復合天線來說，還需考慮其它方向上的天線因子與主方向上的相對值。方向性偏差修正值δAdir應為零，具有矩形分布。

　　若已知測量天線的類型，并根據工作頻率和入射角算出方向性偏差修正值，可減少天線方向性不確定度。

　　(11)單偶極天線的交叉極化響應通常可忽略，而對數周期天線的交叉極化修正值δAcp為零，具有矩形分布，半寬為0.9 dB。

　　(12)當同軸電纜與平行的天線振子連接時，天線的非平衡響應特性最顯著。天線非平衡修正值δAbal為零，具有矩形分布，半寬可參考已有的天線。

　　(13)在固定站監測時，應考慮陰影效應的影響。陰影效應修正值δSR1為零，具有矩形分布，例子中的半寬為1 dB。建筑等障礙物的陰影效應對場強測量的影響是很難估算的。

　　(14)利用移動監測站測量場強時，可在不同的天線高度和位置上測量場強，并把多個測量值進行平均，從而減少信號反射對測量的影響。