上海創(chuàng)遠(yuǎn)：無線電頻譜使用評(píng)估測(cè)試與分析方案

時(shí)間：2016-06-08　來源：中國(guó)集群通信網(wǎng)　作者：網(wǎng)絡(luò)　點(diǎn)擊：次

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1. 概述

無線電頻譜資源是一個(gè)國(guó)家重要的戰(zhàn)略性資源，當(dāng)今社會(huì)各種無線電技術(shù)與應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，對(duì)無線電頻譜資源的需求急劇膨脹，使無線電頻譜資源的稀缺程度不斷加大。為了給我國(guó)IMT-2020（5G）頻率規(guī)劃、2G/3G/4G頻率調(diào)整、空間業(yè)務(wù)行政許可與監(jiān)督管理等工作提供依據(jù)，針對(duì)公眾移動(dòng)通信、通信衛(wèi)星及衛(wèi)星通信網(wǎng)在用頻段的評(píng)估，掌握頻譜資源在國(guó)內(nèi)的使用情況勢(shì)在必行。

上海創(chuàng)遠(yuǎn)儀器技術(shù)股份有限公司，是一家自主研發(fā)高端射頻通信測(cè)試儀器，并提供整體測(cè)試解決方案的專業(yè)儀器儀表公司。公司多次承擔(dān)國(guó)家“新一代寬帶無線移動(dòng)通信網(wǎng)”科技重大專項(xiàng)課題開發(fā)任務(wù)和上海無線通信測(cè)試儀器工程技術(shù)研究中心的建設(shè)任務(wù)。上海創(chuàng)遠(yuǎn)儀器致力于為無委、電信運(yùn)營(yíng)商、民航、鐵路、軍工等行業(yè)用戶提供無線電監(jiān)測(cè)和頻譜管理解決方案和網(wǎng)絡(luò)測(cè)量數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、頻譜地圖云計(jì)算分析平臺(tái)、衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等專業(yè)產(chǎn)品和咨詢服務(wù)。

測(cè)試評(píng)估與分析方案為無線電管理部門提供全制式、全頻段、多維度的分析報(bào)告：

·無線頻譜大數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可視化評(píng)估

·30-700MHz短波頻譜使用情況評(píng)估

·700MHz廣電頻譜使用情況評(píng)估

·700-2700MHz公眾通信頻段占用評(píng)估

·2/3/4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋評(píng)估

·移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)覆蓋質(zhì)量評(píng)估

·臺(tái)站/基站普查

·基站定位

2. 頻譜測(cè)量評(píng)估系統(tǒng)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

測(cè)量分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2-2系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)特色

·融合多元化大數(shù)據(jù)（車載、機(jī)載、固定站、網(wǎng)格化節(jié)點(diǎn)……），充分利用現(xiàn)有監(jiān)測(cè)資源，同時(shí)輸出運(yùn)營(yíng)商基站信息和覆蓋參數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多樣性。

·專利算法、獨(dú)特的傳播模型、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，由局部（點(diǎn)、線）數(shù)據(jù)獲得全局分布及頻譜態(tài)勢(shì)；

·從時(shí)域、頻域、空間域、能量域“四維”變量以直觀可視化的方式，動(dòng)態(tài)多維度展示頻譜態(tài)勢(shì)；

·針對(duì)運(yùn)營(yíng)商公眾移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供全制式、全頻段的數(shù)據(jù)測(cè)量分析功能，評(píng)估公網(wǎng)頻譜使用情況，提供覆蓋率、覆蓋質(zhì)量、頻率占用、基站清查、基站定位等分析報(bào)告。

2.1 無線信號(hào)測(cè)量平臺(tái)

2.1.1 測(cè)量系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要用來收集頻點(diǎn)、電平值，時(shí)間信息，經(jīng)緯度信息。通過創(chuàng)遠(yuǎn)Eagle寬頻接收機(jī)以路測(cè)方式快速實(shí)現(xiàn)對(duì)城市快速路、主干道、次干道等城市道路進(jìn)行路面數(shù)據(jù)采集。

2-3測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)全向天線、Eagle寬頻接收機(jī)、遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)回傳系統(tǒng)、頻譜地圖分析平臺(tái)組成，各部分的主要功能如下：

·標(biāo)準(zhǔn)全向天線：在移動(dòng)通信頻段范圍內(nèi)有準(zhǔn)確的天線因子或增益曲線；

·Eagle寬頻接收機(jī)：提供2MHz-3GHz的測(cè)量功能。具備對(duì)GSM / CDMA / CDMA-EVDO / TD-SCDMA / WCDMA / TD-LTE / FDD-LTE空中信號(hào)的測(cè)量和解碼功能。

·遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)回傳系統(tǒng)：Eagle寬頻接收機(jī)內(nèi)置數(shù)據(jù)回傳系統(tǒng)，具備自動(dòng)回傳和遠(yuǎn)程控制功能，有效解決了數(shù)據(jù)的集中和管理問題，提高了人員使用的效率。

·頻譜地圖分析平臺(tái)：可完成頻譜使用情況評(píng)估、公網(wǎng)臺(tái)站合規(guī)使用情況評(píng)估、無線頻譜大數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可視化。

2.1.2 Eagle寬頻接收機(jī)特色：

Eagle寬頻接收機(jī)是本系統(tǒng)掛載的前臺(tái)接收測(cè)試設(shè)備，它自帶GPS，能夠遠(yuǎn)程控制并回傳數(shù)據(jù)，主要用來收集測(cè)試頻段頻率和電平值，時(shí)間信息，經(jīng)緯度信息。應(yīng)用于本系統(tǒng)，具有以下突出特點(diǎn)：

· 測(cè)試頻段寬：具有2M~3G超寬頻帶連續(xù)測(cè)量

·頻譜測(cè)量速度快：高達(dá)3G/s（2000采樣點(diǎn)MAX），適用于各種不同場(chǎng)景測(cè)試應(yīng)用，如：高鐵、高速道路、一般道路和室內(nèi)測(cè)試等。

·靈敏度高：-130dBm（@20M寬帶解調(diào)）；-165dBm/Hz(@頻譜測(cè)量)；

·支持TDD-LTE\FDD-LTE\TDSCDMA\WCDMA\EVDO\CDMA\GSM全制式測(cè)量，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商基站定位功能。

·具備數(shù)據(jù)回傳及遠(yuǎn)程控制功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)測(cè)量。

2.1.3 測(cè)試參數(shù)設(shè)置

測(cè)試時(shí)，移動(dòng)監(jiān)測(cè)車的車速一般不大于60公里/小時(shí)，在高速路等基站分布稀疏區(qū)域可提高至80公里/小時(shí)。每?jī)纱螔哳l測(cè)量時(shí)間間隔不超過2秒，按照時(shí)間等間隔記錄時(shí)，至少每5秒存儲(chǔ)一次。按照經(jīng)緯度等間隔記錄時(shí)，至少每90米存儲(chǔ)一次。

2.1.4 測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

Eagle寬頻接收機(jī)配備的自動(dòng)回傳系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)本地存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)回傳至服務(wù)器存儲(chǔ)兩種模式，減少人力資源的投入，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)的自動(dòng)化。

2.1.5 測(cè)試區(qū)域規(guī)劃

覆蓋城市建成區(qū)90%以上面積內(nèi)的城市快速路、主干道、次干道等城市道路。

2.2 數(shù)據(jù)處理分析平臺(tái)

2.2.1 無線電傳播特性

無線電波傳播特性的研究，一般是在給定區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行接收?qǐng)鰪?qiáng)的預(yù)測(cè)以及場(chǎng)強(qiáng)變化的預(yù)測(cè)，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)變化的快慢可以將無線信號(hào)的傳播特性分為大尺度傳播特性以及小尺度傳播特性。

大尺度傳播特性主要是包括路徑損耗和陰影衰落。路徑損耗通常是由收發(fā)天線之問的距離、發(fā)射的信號(hào)載頻以及地形等因素導(dǎo)致的，其中陰影衰落主要是由建筑物或地形地貌的遮擋而導(dǎo)致一些區(qū)域的接收信號(hào)驟然下降而產(chǎn)生的衰落。

小尺度傳播特性主要為多徑衰落。由于無線電波的反射、繞射和散射等特性的綜合作用，導(dǎo)致從發(fā)射端到接收端的傳播路徑不只一條，就是一個(gè)發(fā)送信號(hào)在信號(hào)傳播過程中會(huì)在接收端接收到多個(gè)不同的接收信號(hào)，而這些信號(hào)是以不同的到達(dá)時(shí)間和不同的到達(dá)強(qiáng)度到達(dá)接收天線。

2.2.2 原始數(shù)據(jù)處理

測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)不能直接用于數(shù)據(jù)分析，必須進(jìn)行一定的處理。數(shù)據(jù)處理是將測(cè)試中帶入的不合理數(shù)據(jù)進(jìn)行濾除，完成地理化平均和數(shù)據(jù)偏移修正的處理操作，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效性和充分性。數(shù)據(jù)處理主要分以下幾個(gè)步驟：

數(shù)據(jù)過濾

·過濾掉沒有經(jīng)緯度信息的數(shù)據(jù)

·過濾掉經(jīng)緯度漂移的數(shù)據(jù)

· 濾除掉超出接收機(jī)靈敏度范圍的數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)偏移修正

由于測(cè)試路徑經(jīng)緯度和電子地圖經(jīng)緯度常常存在一些誤差，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)在電子地圖上偏移了原來的路線，落到其他地物上面，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的地理屬性出現(xiàn)差異，因此必須將這些數(shù)據(jù)加以修正以達(dá)到匹配|。

地理偏移修正需要借助GIS地圖進(jìn)行位置修正，將偏離了原來測(cè)試路徑的采樣點(diǎn)拉回正確的地理位置。

2.2.3 測(cè)量數(shù)據(jù)整合

· 接收端：為實(shí)際需要評(píng)估的區(qū)域無線數(shù)據(jù)，采集實(shí)際監(jiān)測(cè)頻率、場(chǎng)強(qiáng)和時(shí)間信息。

·GPS：采集路徑信息、海拔高度以及時(shí)間等。

· 數(shù)據(jù)融合：以時(shí)間相關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合分析，將兩部分?jǐn)?shù)據(jù)合成一份數(shù)據(jù)。

2-4數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)圖

2.3 頻譜地圖分析平臺(tái)

2.3.1 豐富的分析結(jié)果

· 通過信道占用度、頻段占用度、信號(hào)覆蓋率，從時(shí)域、頻域、空間域、能量域多維度評(píng)估頻譜使用情況，實(shí)現(xiàn)無線頻譜大數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可視化。

2-5多維度評(píng)估展示圖

· 針對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商公眾移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供全制式、全頻段的信號(hào)解調(diào)功能，評(píng)估公網(wǎng)頻段頻譜使用情況，提供覆蓋率、覆蓋質(zhì)量、頻率占用、基站清查、基站定位等分析報(bào)告。

2-6移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商測(cè)試與分析

2.3.2 基于多種背景圖展示

可基于行政圖、衛(wèi)星影像圖、三維高層圖、動(dòng)態(tài)效果來展示各評(píng)估分析。

2-7多種背景圖展示

2.3.3 支持多平臺(tái)應(yīng)用

可以通過手機(jī)APP、單終端、云平臺(tái)等多形式展示分析結(jié)果。

2-8多平臺(tái)展示

3. 評(píng)估與分析

3.1 頻譜使用情況評(píng)估

采集某業(yè)務(wù)類型的數(shù)據(jù)，針對(duì)某一信道或者某一業(yè)務(wù)頻段分析頻率使用密度，進(jìn)而分析頻段占用度以及頻譜資源的使用效率。

3-1頻譜評(píng)估結(jié)果展示

3.1.1 信道占用度

3-2信道占用度

3.1.2 頻段占用度

3-3頻段占用度

3.1.3 信號(hào)覆蓋率

3-4信號(hào)覆蓋率

·系統(tǒng)效益：

· 可以有效地解決頻率使用效率低下問題。

·有利于科學(xué)規(guī)劃與優(yōu)化配置頻率資源。

·引入頻譜資源利用評(píng)估對(duì)我國(guó)現(xiàn)行頻譜資源的分配機(jī)制、費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)制定有極大的作用，促進(jìn)更加公平、合理地利用資源。

·為今后實(shí)現(xiàn)頻譜資源的市場(chǎng)化奠定基礎(chǔ)。

·逐步實(shí)現(xiàn)頻譜資源動(dòng)態(tài)分配，挖掘頻譜價(jià)值，提高頻譜使用效率，為信息社會(huì)的發(fā)展提供寶貴資源。

3.2 通信公網(wǎng)基站頻譜占用覆蓋評(píng)估

3.2.1 頻段占用分析

例如，某些運(yùn)營(yíng)商基站超出規(guī)定，有意或無意侵占其它頻段，對(duì)其他運(yùn)營(yíng)商通信造成嚴(yán)重影響。

GSM-R/GSM 900M/1800M頻段占用分析

CDMA/EVDO 800M頻段占用分析

WCDMA 2110M頻段占用分析

TD-SCDMA 1880M/2010M頻段占用分析

TD-LTE/FDD-LTE BAND1/BAND3/BAND38/BAND39/BAND41頻段占用分析

3-5頻占分析案例圖

3.2.2 基站清查

對(duì)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商基站的建設(shè)和使用進(jìn)行監(jiān)管核查，利用接收機(jī)進(jìn)行路測(cè)，可對(duì)公眾移動(dòng)通信頻段范圍內(nèi)的指定頻點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)分析，實(shí)現(xiàn)無線頻點(diǎn)使用的核查,達(dá)到一個(gè)基站數(shù)量普查的功能，與臺(tái)站庫存儲(chǔ)基站數(shù)量對(duì)比，區(qū)分：

· 合法基站（申報(bào)在用）

·未知基站（在用未申報(bào)）

·未用基站（申報(bào)未使用）

· 違規(guī)基站（制式不符）

3-6基站清查

3.2.3 基站定位

接收機(jī)通過搜索空中信號(hào)的頻點(diǎn)、色碼確定運(yùn)營(yíng)商的小區(qū)信息，再進(jìn)一步解析小區(qū)系統(tǒng)消息中的CGI信息，獲得小區(qū)的唯一標(biāo)識(shí)，結(jié)合路測(cè)信息進(jìn)行計(jì)算，最終獲得小區(qū)基站的位置。

3-7基站定位

3.2.4 運(yùn)營(yíng)商覆蓋質(zhì)量分析

Eagle寬頻接收機(jī)提供的運(yùn)營(yíng)商測(cè)試分析平臺(tái)，可以針對(duì)城市或特殊區(qū)域測(cè)試獲得的數(shù)據(jù)，分析各運(yùn)營(yíng)商覆蓋質(zhì)量情況，通過柵格化分析輸出區(qū)域運(yùn)營(yíng)商的覆蓋質(zhì)量排名統(tǒng)計(jì)及軌跡圖形，為用戶選擇運(yùn)營(yíng)商服務(wù)提供參考建議，也為無線電管理部門的管理工作帶來便利。