近年來(lái)我國(guó)無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，各種移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、廣播電視等應(yīng)用遍及國(guó)防、商用和工業(yè)等各個(gè)部門(mén)，其業(yè)務(wù)量也在日益增加。無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)的急速發(fā)展造成了頻譜資源的緊張，為提高頻譜資源使用效率，通信體制已由傳統(tǒng)的大區(qū)制覆蓋轉(zhuǎn)向小區(qū)蜂窩覆蓋，微、小功率組網(wǎng)通信已經(jīng)成為當(dāng)前的通信主流。

　　【摘要】為解決當(dāng)前無(wú)線(xiàn)電管理工作的粗放、被動(dòng)等問(wèn)題，提出建設(shè)網(wǎng)格化無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)網(wǎng)。通過(guò)對(duì)網(wǎng)格化無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)網(wǎng)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，提出了一種進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)的方法，并通過(guò)對(duì)廣州市CBD地區(qū)的無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)網(wǎng)的仿真分析，論證了該方法協(xié)助主管部門(mén)實(shí)現(xiàn)集約化、主動(dòng)式頻譜資源管理的可行性。

　　【關(guān)鍵詞】無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)網(wǎng),網(wǎng)格化管理,覆蓋仿真

　　1前言

　　通信體制的發(fā)展為無(wú)線(xiàn)電監(jiān)管帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。“十一五”以來(lái)，各級(jí)無(wú)線(xiàn)電管理機(jī)構(gòu)為了科學(xué)指配頻率、查處無(wú)線(xiàn)電干擾和進(jìn)行大型社會(huì)活動(dòng)無(wú)線(xiàn)電保障，已投入大量資金進(jìn)行頻譜管理的技術(shù)設(shè)施建設(shè)，相關(guān)設(shè)備數(shù)量和質(zhì)量均得到了較大的提升。但以前的監(jiān)測(cè)網(wǎng)布局設(shè)計(jì)模式較為粗放，無(wú)法向各電磁信息需求者提供精確的信息，導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)社會(huì)效益低下。在無(wú)線(xiàn)電管理中引入網(wǎng)格化管理的理念，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電頻譜資源管理的科學(xué)化和精細(xì)化。網(wǎng)格化無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為下一代無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)之一，目前越來(lái)越受到無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)的關(guān)注和研究。

　　2無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的網(wǎng)格化管理

　　無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的網(wǎng)格化管理是指無(wú)線(xiàn)電管理部門(mén)根據(jù)需要將一定區(qū)域按一定標(biāo)準(zhǔn)劃分成若干個(gè)網(wǎng)格單元，并在每個(gè)網(wǎng)格單元當(dāng)中布置一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)將各節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)集中到控制中心進(jìn)行分析處理的一種頻譜資源管理方式。

　　與傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電管理相比，網(wǎng)格化管理是一種主動(dòng)、定量和系統(tǒng)的管理方式，突破了單純依靠接收機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的局限，能夠?qū)崿F(xiàn)更多基于IQ數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用，比如根據(jù)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差（TDOA，TimeDifferenceofArrive）對(duì)信號(hào)的定位、到達(dá)功率差（POA，PowerofArrive）定位等功能。網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)的主要優(yōu)勢(shì)包括：

　�。�1）在技術(shù)上，增強(qiáng)了無(wú)線(xiàn)電頻譜資源管理的技術(shù)手段，提高了無(wú)線(xiàn)電管理能力。

　�。�2）在監(jiān)測(cè)適應(yīng)性上，適應(yīng)無(wú)線(xiàn)電通信由模擬信號(hào)、大區(qū)制、大功率覆蓋向數(shù)字信號(hào)、小區(qū)制（微蜂窩）、寬帶微功率發(fā)展的技術(shù)趨勢(shì)。

　�。�3）在信息展現(xiàn)上，可逐步實(shí)現(xiàn)“天氣預(yù)報(bào)”式的電磁環(huán)境預(yù)報(bào)，提升無(wú)線(xiàn)電管理工作在社會(huì)生活中的認(rèn)知程度和影響力。

　�。�4）在服務(wù)上，可為相關(guān)用頻單位、政府管理部門(mén)、軍事/情報(bào)部門(mén)提供精確、科學(xué)的城市電磁環(huán)境態(tài)勢(shì)，起到輔助決策的作用。

　　而TDOA、POA定位是網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)的重要手段。以TDOA為例，原理是通過(guò)測(cè)量無(wú)線(xiàn)電信號(hào)到達(dá)不同監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的天線(xiàn)單元時(shí)間差，來(lái)對(duì)發(fā)射無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的發(fā)射源進(jìn)行定位。大致流程則是先從各監(jiān)測(cè)站將同一時(shí)間測(cè)量同一信號(hào)得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算中心，然后計(jì)算中心分別計(jì)算出無(wú)線(xiàn)電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)監(jiān)測(cè)站天線(xiàn)的時(shí)間差，并根據(jù)兩站之間時(shí)間差轉(zhuǎn)換為距離差，可以得到一條雙曲線(xiàn)，再通過(guò)三個(gè)或以上無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)站測(cè)得的時(shí)間差可以得到多條雙曲線(xiàn)相交來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射源的定位。TDOA的突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、單站投資少、切合網(wǎng)格化的大規(guī)模布點(diǎn)的特性。

　　3網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)網(wǎng)的規(guī)劃

　　在網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)網(wǎng)中，網(wǎng)格是監(jiān)測(cè)的基本單元。為使無(wú)線(xiàn)電控制中心能精確地感知所感興趣的無(wú)線(xiàn)電頻譜信息，設(shè)計(jì)人員需要合理規(guī)劃網(wǎng)格，下面將提出一種進(jìn)行網(wǎng)格規(guī)劃的方法：

　�。�1）設(shè)計(jì)人員應(yīng)掌握所要規(guī)劃的區(qū)域中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)頻段及其所屬地理區(qū)域，例如高鐵沿線(xiàn)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)頻段是GSM-R業(yè)務(wù)使用的885～940MHz。

　�。�2）設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)所規(guī)劃區(qū)域的地形地貌進(jìn)行調(diào)查。

　　（3）設(shè)計(jì)人員根據(jù)上述分析結(jié)果對(duì)不同的監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行覆蓋范圍預(yù)測(cè)。根據(jù)無(wú)線(xiàn)電波傳播模型公式，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算一定頻率和功率下信號(hào)傳播的路徑損耗推算出監(jiān)測(cè)單元的大致監(jiān)測(cè)覆蓋范圍。本文選擇網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)的路徑損耗計(jì)算模型是Hata和Okumura模型，Hata模型適用的頻率范圍是150～1500MHz，公式如下：

　　L50=69.55+26.16lgfc-13.82lghte-a（hre）+（44.9-6.55lghte）lgd（1）

　　其中，L50為時(shí)間概率50%的傳播路徑損耗（單位：dB）；fc為頻率（單位：MHz）；hte為發(fā)射有效天線(xiàn)高度（30～200m）；hre為接收有效天線(xiàn)高度（1～10m）；d為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的距離（單位：km）；a（hre）為有效移動(dòng)天線(xiàn)修正因子，是覆蓋區(qū)域大小的函數(shù)。對(duì)于1500～3000MHz的頻率范圍，可采用Okumura模型來(lái)估算監(jiān)測(cè)覆蓋范圍，公式如下：

　　L50=LF+Amu（f，d）-G（hte）-G（hre）-GAREA（2）

　　其中，LF表示自由空間的傳播損耗；Amu表示自由空間的中值損耗；G（hte）表示基站天線(xiàn)高度的增益因子；G（hre）表示移動(dòng)天線(xiàn)高度的增益因子；GAREA表示環(huán)境類(lèi)型的增益因子。

　�。�4）在得到規(guī)劃區(qū)域內(nèi)不同監(jiān)測(cè)區(qū)域的網(wǎng)格監(jiān)測(cè)范圍后，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出最終的網(wǎng)格規(guī)劃圖。

　　4仿真分析

　　下面將通過(guò)對(duì)廣州市無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)網(wǎng)的規(guī)劃仿真，來(lái)驗(yàn)證上述方法的可行性。

　　按照國(guó)家無(wú)線(xiàn)電管理局對(duì)地形類(lèi)別的劃分，廣州市地形屬于平原I類(lèi)城市和山區(qū)II類(lèi)城市的組合地形，其中，越秀、海珠、天河、荔灣、黃埔等區(qū)屬于平原I類(lèi)城市；而蘿崗、花都、從化、增城等區(qū)屬山地丘陵II類(lèi)城市。由于廣州市無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)頻段主要為民航監(jiān)測(cè)頻段（108～138MHz）、高鐵沿線(xiàn)監(jiān)測(cè)頻段、以Wi-Fi為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象的重點(diǎn)要害區(qū)域的相關(guān)監(jiān)測(cè)頻段以及考試作弊常用頻段，因此選擇130MHz、450MHz、900MHz、2400MHz分別作為機(jī)場(chǎng)、學(xué)校、高鐵沿線(xiàn)、重點(diǎn)要害區(qū)域周?chē)�的仿真分析頻率，同時(shí)選用的分析功率為3W。運(yùn)用上文提到的路徑損耗公式，可以得到各頻率下市區(qū)和郊區(qū)典型監(jiān)測(cè)覆蓋仿真結(jié)果如表1和圖1所示：

　　根據(jù)以上仿真結(jié)果，監(jiān)測(cè)單元建設(shè)時(shí)監(jiān)測(cè)覆蓋設(shè)計(jì)原則是：重點(diǎn)要害區(qū)域的監(jiān)測(cè)以Wi-Fi頻率2400MHz為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，站點(diǎn)覆蓋半徑為市區(qū)0.55km、郊區(qū)2km；高鐵監(jiān)測(cè)頻率以900MHz為主，站點(diǎn)覆蓋半徑為市區(qū)1km、郊區(qū)3km；民航保護(hù)監(jiān)測(cè)頻率為130MHz，站點(diǎn)覆蓋半徑為6km，不分市/郊區(qū)；學(xué)校區(qū)域監(jiān)測(cè)頻率為450MHz（考試作弊常用頻率），站點(diǎn)覆蓋半徑選擇為3km（市/郊區(qū)折中）。

　　上述分析結(jié)果與上海、天津網(wǎng)格化試驗(yàn)網(wǎng)的網(wǎng)格劃分基本一致，從而說(shuō)明方法的可行性。

　　5結(jié)論

　　本文所提出的無(wú)線(xiàn)電網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)是對(duì)當(dāng)前無(wú)線(xiàn)電管理工作的新探索，是解決當(dāng)前無(wú)線(xiàn)電粗放型、被動(dòng)型管理工作等問(wèn)題的有效途徑。在無(wú)線(xiàn)電監(jiān)測(cè)當(dāng)中實(shí)行網(wǎng)格化管理，將使得一些先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理方法（如TDOA、信號(hào)識(shí)別）能夠發(fā)揮真正意義上的效用，監(jiān)測(cè)網(wǎng)能夠全面、深入、準(zhǔn)確地感知電磁頻譜信息，在電磁環(huán)境管理、測(cè)量和預(yù)報(bào)等方面進(jìn)一步體現(xiàn)出“智慧城市”的優(yōu)越性。

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