1、目录123低碳与绿色通信技术低碳与绿色通信技术0 电磁环境的频谱分析电磁环境的频谱分析基于认知无线电的频谱共享技术基于认知无线电的频谱共享技术5.2 电磁环境的频谱分析电磁环境的频谱分析 5.2.1 电磁环境概述1.电磁环境定义1GBT43651995：电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。第一，电磁环境是指某一给定场所，有限限定的地区范围。第二，电磁环境是在给定地区范围内所有电磁现象的总和。自然界电磁现象人为电磁现象空间时间频谱 5.2.1 电磁环境概述2.电磁干扰p无线电台的干扰及其抑制措施同频道干扰所有落在收信机通带内的与有用信号频率相同或相近的不需要信号。科学规划频率，严格按
2、规定使用频率；同频道复用距离的规划；重视天线的运用；平衡同网电台的调整干扰抑制措施2 5.2.1 电磁环境概述2.电磁干扰p无线电台的干扰及其抑制 邻频道干扰因发射机边带扩展而产生邻道功率辐射以及发信机噪声和收信机的选择不佳而造成的相邻频道的干扰提高中频滤波的选择性；限制发射信号带宽；降低中心台高度和功率；采用自动功率控制系统干扰抑制措施3 5.2.1 电磁环境概述2.电磁干扰p无线电台的干扰及其抑制干扰 抑制措施互调干扰两个或多个信号在非线性传输电路中互相调制，产生同有用信号频率相接近的组合频率，干扰通讯系统选用无三阶互调频道组；提高天线共用器的隔离度；动台发信机采用 APC 技术；扩大线性
3、动态范围；保持接触良好4 5.2.1 电磁环境概述2.电磁干扰p非无线设施的干扰及其抑制非无线电设施电磁干扰是人们早就发现的电磁现象。电磁干扰的传输方式大体分为空间传播的电磁辐射耦合方式与电路传输的传导方式。非无线设施的干扰第一，抑制干扰源。第二，切断电磁干扰耦合途径。第三，降低电磁敏感装置的敏感度。干扰抑制5空间空间上表上表现为无形现为无形无影，无无影，无处不在处不在 5.2.1 电磁环境概述3.复杂电磁环境复杂电磁环境是电磁环境的复杂化，是特定时间或空间内高密度电磁能量的总和。构成构成上表上表现为类型现为类型众多，影众多，影响各异响各异时间上时间上表现为变表现为变幻莫测，幻莫测，密集交迭密
4、集交迭频谱上表频谱上表现为无限现为无限宽广，拥宽广，拥挤重叠挤重叠能量上表能量上表现为密度现为密度不均，跌不均，跌宕起伏宕起伏样式上表样式上表现为数量现为数量繁多，波繁多，波形复杂形复杂复杂性复杂性的的主要主要表现表现6 5.2.2 电磁环境监测1.监测设备u监测接收机 检波方式检波方式 信号类型信号类型 信号处理信号处理监测接收机具有平均值检波、峰值检波和准峰值检波功能，依据不同的测量对象，选择检波方式。实际测量的信号基本可以分为三类：连续波脉冲波随机噪声利用检波器的特性，比较信号在不同检波方式下的响应，判别所测信号的类型，确定干扰信号性质。7 5.2.2 电磁环境监测1.监测设备u监测天线
5、监测天线应具有水平和垂直两种极化方式，无方向性，以便更为详尽地监测电磁环境。使用定向天线时，要有尽可能低的方向性，在360度不同方向的增益变化不大于6 dB。8 5.2.2 电磁环境监测1.监测设备u系统噪声温度系统噪声计算框图监测系统的噪声温度直接影响监测的精度，因此对系统噪声温度的要求应根据监测精度要求而确定。9 5.2.2 电磁环境监测2.测量方法在进行无线电磁环境测量时，对所要监测的频段的扫描相对于一天中的时间频率覆盖应尽可能均匀。123启动新信号搜索功能模块，设置对应监测频段的设备参数和统计参数。设定统计次数，实时记录全过程的监测数据。经过对原始数据的处理，得到我们所关心的电磁环境信
6、息。10 5.2.3 电磁环境分析1.相关参数及指标u场强及功率通量密度电场强度电场强度功率通量密度功率通量密度长度为1米的天线所感应的电压，简称场强，习惯上以E表示。实际测试中，场强值的描述可用50、80和95等场强值方式表征电磁噪声场强的参数。电波入射到单位面积上的辐射功率，简称功率密度，通常以S表示。平均功率密度是指电波入射到单位面积上的平均辐射功率。11 5.2.3 电磁环境分析1.相关参数及指标u占用度占用度是指在每个频段内所有信道测量的功率电平高于频段内中值功率xdB时信道数的百分比。u系统指标这些指标均可以通过开、关噪声源的方法得到。系统增益系统增益噪声温度噪声温度匹配负载匹配负
7、载12 5.2.3 电磁环境分析2.复杂电磁环境复杂程度的参数复杂电磁环境的信复杂电磁环境的信号所占用的时间长号所占用的时间长度，用以衡量复杂度，用以衡量复杂电磁环境的持续性电磁环境的持续性 描述复杂电磁环境描述复杂电磁环境的功率强度。功率的功率强度。功率密度定义为：功率密度定义为：功率与带宽的比值，即与带宽的比值，即功率密度功率密度：功率功率带宽带宽 频率覆盖范围，反频率覆盖范围，反映了复杂电磁环境映了复杂电磁环境在频域上的作用范在频域上的作用范围。围。功 率 密度 持 续 时 间 频率覆盖范围13 5.2.3 电磁环境分析2.复杂电磁环境复杂程度的参数对于复杂电磁对于复杂电磁环境的评估环境
8、的评估，作用范围越广，作用范围越广，则电磁环境越则电磁环境越复杂复杂信号密度信号密度单位单位时间内时间内接接收到的无线电收到的无线电通信信号通信信号数量，数量，反映了反映了电磁环电磁环境中境中信号信号的疏的疏 密程度密程度 信号样式信号样式信号样式即信信号样式即信号的调制方式号的调制方式及参数及参数范围，范围，反映了战场电反映了战场电磁空间中电磁磁空间中电磁信号的信号的“种类种类”多少多少空间覆盖空间覆盖范围范围14 5.2.3 电磁环境分析3.信号特征的处理及分析手段指在监测过程中所发现的在用信号的信息信号特征 如频谱图、占用度、场强值、所处方位、占用带宽和调制类型等。信号特征的处理可通过监
9、测系统软件完成特征处理 系统软件自动处理，并将处理的结果记录到数据库中，作为测量时刻和测量地点的环境资料。对比监测到信号，完成信息分析和干扰分析信息分析 信号特征处理模块应具备本机数据库，包括实际测试数据库和监测数据库。15 5.2.3 电磁环境分析3.信号特征的处理及分析手段u电磁环境分析系统软件功能及要求监测功能信号测量功能数据处理功能数据存储输出功能提供分析工具功能调用其它应用系统16 5.2.3 电磁环境分析3.信号特征的处理及分析手段u电磁环境分析系统的辅助应用 场强预测干扰分析理论频谱分析路径损耗分析覆盖计算已设台站或拟设台站的场强确定某区域场强值计算理论频谱数据对比实际监测数据自
10、动选用相适应的路径模型计算路径损耗分析各种类型的干扰分析干扰特性1718一、课题背景一、课题背景无线通信系统的发展带来日益严重的电磁干扰电磁辐射也会对人体健康产生危害电磁信号之间的相互干扰造成的通信效率的降低 5.2.4 电磁环境信息平台设计大气污染 水污染 土壤污染 电磁污染一、课题背景一、课题背景对无线环境情况的整体评估还存在一些问题度量指标的不足测量方法过时评估体系的缺失缺乏公共信息发布系统现有的测量方法主要是布设监测台站测量地点相对固定测量过程需要人的参与现有的度量指标主要针对不同的通信系统本身缺乏针对无线环境的度量指标现有测量指标主要还是单一指标为主没有形成对电磁环境评价的指标体系测
11、量结果仅供频谱管理部门或通信运营商使用缺乏针对公众的发布途径缺少对公众的公共服务19二二、电磁环境评估电磁环境评估20三三、电磁环境信息平台的设计电磁环境信息平台的设计ISMISM频段频谱频段频谱/信道占用度分信道占用度分析析 通过物联网技术将人的感官延伸到对空间电磁能量的量化分析实现对电磁频谱资源效率及使用情况的监测为无线电监测部门提供向公众发布信息的途径 使用群体：普通群众 向公众提供电磁环境安全的信息查询服务 使用群体：运营商、无线电管理部门 为无线设备的部署和规划提供参考 使用群体：无线电管理部门，敏感台站所有者 保障敏感台站的正常工作 为敏感台站设备干扰消除与防护提供参考电磁环境安全
12、电磁环境安全信息服务信息服务敏感台敏感台站附近站附近干扰监测和预干扰监测和预警警21三三、电磁环境信息平台的设计、电磁环境信息平台的设计电磁环境感知电磁环境感知数据数据存储功能存储功能数据数据传输传输和汇聚和汇聚功能功能数据数据预处理预处理功能功能前台功能设计前台功能设计1电磁环境进行感知，区分不同的业务，分别进行监测与评估采用数据库存储数据将前台测试数据输出到后台信息系统综合整理终端收到的频谱数据文件并提取信息22数据采集端数据采集端数据预处理数据预处理数据信息数据信息三、三、电磁环境信息平台的设计电磁环境信息平台的设计获取信号获取信号强度强度能量检测能量检测信息储信息储存存自组织网自组织网
13、方案方案FTP协议协议方案方案数据接数据接收终端收终端数据预数据预处理处理数据传输数据传输有网络覆盖的条件下无网络覆盖的条件下系统前台设计系统前台设计223三、三、电磁环境信息平台的设计电磁环境信息平台的设计系统系统前台测试组成前台测试组成324三、三、电磁环境信息平台的设计电磁环境信息平台的设计数据传输数据传输RF信号处理调制解调AD/DA变换信息采集信息采集A/D变换数据传输数据传输自组织传输协议信息采集信息采集傅里叶变换能量检测信息采集信息采集A/D变换数据传输数据传输FTP传输协议信息采集信息采集傅里叶变换能量检测数据数据传输传输自组织传输协议FTP传输协议数据预处理数据预处理数据压缩
14、、封装数据传输数据传输RF信号处理调制解调AD/DA变换系统前台硬件实现系统前台硬件实现425三、三、电磁环境信息平台的设计电磁环境信息平台的设计信息采集信息传输信息处理信息服务前台后台后台系统基本架构后台系统基本架构526三、电磁环境信息平台的设计三、电磁环境信息平台的设计数据可视化数据可视化数据分析数据分析数据数据存储与管理存储与管理信息服务信息服务后台功能设计后台功能设计6分析处理测试数据，获得相应评估指标地图显示的电磁环境信息对数据有效的管理地图发布与电磁环境信息平台展示27三、三、电磁环境信息平台的设计电磁环境信息平台的设计MATLAB根据电磁环境评估体系，对采集到的电磁环境信息进行处理Map Info将数据绘制成可视化的地图Oracle存储、管理地图文件存储管理经过分析后的电磁环境信息Geosever为Web用户提供信息查询服务短信网关为移动用户提供电磁环境信息定制服务系统后台设计系统后台设计728三、三、电磁环境信息平台的设计电磁环境信息平台的设计系统后台设计系统后台设计829
