© 2013薛建涛.出版社：Elsevier B.V.信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.comwww.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectIERI Procedia 4（2013）295 - 3022013年电子工程与计算机科学北京地区频谱占有率的测量与分析薛建涛 *，冯志勇，张平北京邮电大学无线技术创新研究院，北京市海淀区西土城路10号，邮编：100876摘要为了了解北京地区无线电频谱分配情况，确定动态频谱接入设备可使用的频谱带宽，于2012年8月在北京地区450-2700 MHz频段进行了24小时频谱测量。频谱测量结果表明，北京市大部分频谱在时域和频域上都具有很低的信号占用率。测量结果表明，北京地区实际光谱占有率约为13.5%。即使在北京这样的大都市，频谱占用率也很低，这表明认知无线电和其他动态频谱接入的积极扩展前景光明。© 2013作者。由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：频谱测量，认知无线电网络，动态频谱接入，频谱感知，地理位置数据库1. 介绍新的无线通信应用和业务的迅猛发展对磁谱资源的短缺带来了巨大的压力。最近的研究表明，频谱资源的稀缺是由当前低效的频谱分配方法造成的[1]。例如，中国国家无线电管理委员会（SRRC）将整个磁频谱资源划分为几个小频段，授权给不同的许可服务进行独占。这样固定的光谱* 通讯作者。联系电话：电话：13520105817电子邮件地址：xuejiantao@gmail.com。2212-6678 © 2013作者出版社：Elsevier B.V. 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.042296Jiantao Xue等/ IERI Procedia 4（2013）295分配方法确保无线应用程序和设备不会相互干扰。然而，它导致当前频谱的低效使用。认知无线电被誉为解决这一问题的最佳方案。它被定义为智能无线电设备，它获取周围环境的信息，并根据学习结果调整其工作配置，以满足系统性能[2]。因此，CR被认为是提高频谱效率的有前途的解决方案。中国政府投入了大量的研究经费来发展认知无线电技术。国家科学基金、973和863计划等研究项目就是最好的例子。政府政策监管机构，如SRRC正在考虑修改当前的频谱分配政策，以实现动态频谱接入技术。然而，如果他们不完全理解频谱占用模式，所有这些投资和行动可能不会产生适当的结果。频谱占用测量是为监管机构、研究人员和工程师提供当前和未来频谱占用信息基础数据的重要手段之一。在美国、德国、新加坡和越南进行了几次测量活动[3-6]。所有这些文献都表明，大量的频谱资源没有得到充分的利用，频谱利用效率低下。本文报道了在北京进行的450 ~ 2700 MHz射电磁谱24小时测量的结果。本次测量的目标不仅是填补目前缺乏的知识，在中国北京的使用模式，但也要找出频段，这是适合未来的动态频谱接入产品，如CR设备。这些文献的组织如下。第一节介绍了计量说明和数据分析方法。第二节报告了测量结果和讨论。第三部分是本文的结论，并对未来的工作进行了展望.2. 测量描述频谱测量于2012年8月在北京市阜外大甲路1号一栋30层（115米高）建筑的屋顶上进行。中国北京市西城区，坐标116.3483912175941º和39.92310002818954 º，靠近中央商务区（CBD）。测量设备包括一个全向BOGER DA-5000宽带天线。它是一种宽带接收天线，接收频段为70 MHz-3GHz。使用Agilent N9030A频谱分析仪记录数据。它具有3 Hz至3.6 GHz的频率测量能力，可以检测-154 dBm至30 dBm范围内的信号。使用笔记本电脑控制频谱分析仪。从450 MHz到2700 MHz的整个频率范围根据其授权服务分为几个子频带。频谱分析仪的分辨率带宽（RBW）配置为15 KHz、100 KHz和200 KHz，这是基于许可信号带宽。每个频带的测量平均大约每0.42s进行一次，这保证了与以前的工作相比相对较小的时间测量分辨率。[3-6]频谱占用率是衡量频谱利用率的重要指标之一。一般用能量检测法标记为某个频率带宽的信号强度被占用的概率，即信号功率超过某个特定阈值时被占用[5-7]。根据现有的频谱调查文献[3-7]，高于本底噪声的5dB阈值被认为是最终阈值。原始数据在频谱分析仪上测量，并需要转换为天线输入功率电平。因此，观察到频谱分析仪输入和天线输入来自频谱分析仪的原始数据Jiantao Xue等/ IERI Procedia 4（2013）295297然后加到这些值上。因此，将在下一节中提到的本文的频谱占用结果都表示为天线处的值。3. 频谱占用结果和讨论在本节中，我们呈现了不同频带中的频谱占用结果。每个频段的频谱占用测量结果由三个子图描述。左侧的子图是平均接收功率与信号频率的关系，可以显示占用信号的一般波形，也可以验证阈值（红线）是否选择正确。中间的子图描绘了频谱占用率与信号频率和传输时间的关系。右侧的子图描绘了占空比与信号频率的关系。占空比与频谱占用率具有相同的含义，频谱占用率表示频带被信号占用的频率。因此，可以如下计算特定频带的平均频谱占用率。average_spectrum_occupancy平均频谱占用率N（1）No为接收功率超过阈值的测量数据的个数，N为整个2周时间段内整个频段的测量数据的总数。考虑到所有这些结构，让我们从图1开始有选择地查看结果，图1显示了450到470 MHz的频谱占用。该频段被授权用于无线电导航、无线电定位和陆地移动服务，如对讲机和步话机。平均频谱占用率被观察为0.18.对于该频带中的部分频率信道可以观察到临时使用模式，其主要是对讲机和对讲机服务，从而导致相对低的频谱占用。Fig. 1.固定/无线电定位/陆地移动450- 470 MHz298Jiantao Xue等/ IERI Procedia 4（2013）295接下来，让我们看看图2中470到806 MHz的频谱占用结果。该频带分配给广播服务，即模拟中国电视服务PAL-DK和中国数字电视服务DTMB。平均频谱占用率约为0.42。正如我们所看到的，并不是所有的电视台都是24小时工作的。部分电视频道于00：10至5：50关闭。图二.广播电视470- 806 MHz图3示出了分配给移动蜂窝服务（GSM 900）的880至960 MHz频带的频谱利用结果。该频段的平均频谱占用率为45.52%。注意，GSM 900的上下行侧的频谱占用模式有很大的不同。在GSM 1800和3G服务中观察到类似的信号占用模式，如图4和图5所示。这可能是由于蜂窝系统的上行链路的发射功率相对低于下行链路功率，并且如果没有活动通信则是静默的。请注意，TD-SCDMA A频段（1880-1900 MHz）未被检测到，其服务仅存在于B频段（2010- 2025 MHz）。在2周期间未检测到CDMA2000信号。1700 MHz至1920 MHz的平均频谱占用率约为14.6%。1920 MHz至2200 MHz的平均频谱占用率约为13.1%。Jiantao Xue等/ IERI Procedia 4（2013）295299图三. GSM 900频段880- 960 MHz见图4。GSM 1800 3G服务频段1700-1920 MHz300Jiantao Xue等/ IERI Procedia 4（2013）295图五. 3G服务频段1920-2200 MHz工业、科学和医疗频段（ISM频段）的频谱占用率范围为2400 - 2500 MHz，在2周的观察期间完全未使用。高似然信号占用模式存在于2500 - 2700 MHz的海洋时间/雷达频率段、TD-SCDMA候选频段C 2300- 2400 MHz和1427- 1525 MHz的点到多点微波通信系统频段中，这些频段目前被军事部门使用。ISM和雷达频段的占用估计可能不是WLAN、蓝牙等信号的真实情况。由于测量地点位于30层（115米高）建筑物的屋顶上，ISM信号的发射器可能无法到达测量点。此外，ISM信号可能无法穿透墙壁。由于雷达信号的脉冲太短，普通扫频接收机无法检测到，导致雷达信号被捕获的概率很低，需要特殊的检测方法和设备。Jiantao Xue等/ IERI Procedia 4（2013）295301见图6。北京市频谱占用情况汇总北京市的平均频谱占用率汇总见图6。研究结果表明，在时域和频域上都具有稀疏使用特征。北京市450- 2700 MHz频段的频谱占用率平均为13.5%。这意味着近86.5%的分配频谱在此期间未使用。4. 结论我们的测量结果表明，大部分分配的频谱利用率低。大量低频谱占用频段可以通过新兴的动态频谱接入技术得到进一步改善。本文献中的光谱测量是北京邮电大学大型测量活动的一部分。我们的目标是建立一个空白数据库，以指导认知应用。在未来的工作中，测量数据将进一步指导设计高效的动态频谱接入技术和应用。确认本课题得到了国家重点基础研究发展计划基金（简称973计划，编号2009CB320400）和新世纪高校优秀人才基金（编号2009CB320400）的资助。NCET-01-0259）。302Jiantao Xue等/ IERI Procedia 4（2013）295引用[1] 频谱政策工作组，FCC，没有。02-135，2002年11月。[2] I. Mitola，Maguire，G.问：认知无线电：使软件无线电更加个人化，IEEE个人通讯，第6卷，第4期，13[3] M. A. McHenry，P. A. Tenhula等人，芝加哥频谱占用测量和分析以及长期研究建议，TAPAS06波士顿，8月。2006年。[4] M. H.伊斯兰角L. Koh等，新加坡频谱调查：职业测量和分析，CrownCom 2008，2008年5月。[5] 武阮国宝、黎国强等，认知无线电应用中的频谱占用测量与分析，ATC 2011，2011年8月。[6] M. Wellens，J. Wu，P. Mahonen，认知无线电环境下室内和室外频谱占用的评估，CrownCom2007，420[7] 频谱监测手册，R。主席团，国际电联，第168页，2010年。
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