解放军理工大学学报无线电通信论文范文

　　通信体制的发展为无线电监管带来了前所未有的挑战。“十一五”以来，各级无线电管理机构为了科学指配频率、查处无线电干扰和进行大型社会活动无线电保障，已投入大量资金进行频谱管理的技术设施建设，相关设备数量和质量均得到了较大的提升。但以前的监测网布局设计模式较为粗放，无法向各电磁信息需求者提供精确的信息，导致无线电监测网建设社会效益低下。在无线电管理中引入网格化管理的理念，可以实现无线电频谱资源管理的科学化和精细化。网格化无线电监测系统作为下一代无线电监测网络发展趋势之一，目前越来越受到无线电管理部门的关注和研究。

　　2无线电监测的网格化管理

　　无线电监测的网格化管理是指无线电管理部门根据需要将一定区域按一定标准划分成若干个网格单元，并在每个网格单元当中布置一个传感器节点，利用网络将各节点所采集到的数据集中到控制中心进行分析处理的一种频谱资源管理方式。

　　与传统的无线电管理相比，网格化管理是一种主动、定量和系统的管理方式，突破了单纯依靠接收机来实现数据监测的局限，能够实现更多基于IQ数据的数字信号处理应用，比如根据信号到达时间差（TDOA，TimeDifferenceofArrive）对信号的定位、到达功率差（POA，PowerofArrive）定位等功能。网格化监测的主要优势包括：

　　（1）在技术上，增强了无线电频谱资源管理的技术手段，提高了无线电管理能力。

　　（2）在监测适应性上，适应无线电通信由模拟信号、大区制、大功率覆盖向数字信号、小区制（微蜂窝）、宽带微功率发展的技术趋势。

　　（3）在信息展现上，可逐步实现“天气预报”式的电磁环境预报，提升无线电管理工作在社会生活中的认知程度和影响力。

　　（4）在服务上，可为相关用频单位、政府管理部门、军事/情报部门提供精确、科学的城市电磁环境态势，起到辅助决策的作用。

　　而TDOA、POA定位是网格化监测的重要手段。以TDOA为例，原理是通过测量无线电信号到达不同监测地点的天线单元时间差，来对发射无线电信号的发射源进行定位。大致流程则是先从各监测站将同一时间测量同一信号得到的数据发送至计算中心，然后计算中心分别计算出无线电信号到达两个监测站天线的时间差，并根据两站之间时间差转换为距离差，可以得到一条双曲线，再通过三个或以上无线电监测站测得的时间差可以得到多条双曲线相交来实现对发射源的定位。TDOA的突出优点是系统简单、单站投资少、切合网格化的大规模布点的特性。

　　3网格化监测网的规划

　　在网格化监测网中，网格是监测的基本单元。为使无线电控制中心能精确地感知所感兴趣的无线电频谱信息，设计人员需要合理规划网格，下面将提出一种进行网格规划的方法：

　　（1）设计人员应掌握所要规划的区域中重点监测频段及其所属地理区域，例如高铁沿线监测重点频段是GSM-R业务使用的885～940MHz。

　　（2）设计人员应该对所规划区域的地形地貌进行调查。

　　（3）设计人员根据上述分析结果对不同的监测区域进行覆盖范围预测。根据无线电波传播模型公式，利用计算机计算一定频率和功率下信号传播的路径损耗推算出监测单元的大致监测覆盖范围。本文选择网格化监测的路径损耗计算模型是Hata和Okumura模型，Hata模型适用的频率范围是150～1500MHz，公式如下：

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

　　其中，L50为时间概率50%的传播路径损耗（单位：dB）；fc为频率（单位：MHz）；hte为发射有效天线高度（30～200m）；hre为接收有效天线高度（1～10m）；d为发射机与接收机的距离（单位：km）；a（hre）为有效移动天线修正因子，是覆盖区域大小的函数。对于1500～3000MHz的频率范围，可采用Okumura模型来估算监测覆盖范围，公式如下：

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

　　其中，LF表示自由空间的传播损耗；Amu表示自由空间的中值损耗；G（hte）表示基站天线高度的增益因子；G（hre）表示移动天线高度的增益因子；GAREA表示环境类型的增益因子。

　　（4）在得到规划区域内不同监测区域的网格监测范围后，设计人员设计出最终的网格规划图。

　　4仿真分析

　　下面将通过对广州市无线电网格化监测网的规划仿真，来验证上述方法的可行性。

　　按照国家无线电管理局对地形类别的划分，广州市地形属于平原I类城市和山区II类城市的组合地形，其中，越秀、海珠、天河、荔湾、黄埔等区属于平原I类城市；而萝岗、花都、从化、增城等区属山地丘陵II类城市。由于广州市无线电监测的重点监测频段主要为民航监测频段（108～138MHz）、高铁沿线监测频段、以Wi-Fi为重点监测对象的重点要害区域的相关监测频段以及考试作弊常用频段，因此选择130MHz、450MHz、900MHz、2400MHz分别作为机场、学校、高铁沿线、重点要害区域周围的仿真分析频率，同时选用的分析功率为3W。运用上文提到的路径损耗公式，可以得到各频率下市区和郊区典型监测覆盖仿真结果如表1和图1所示：

　　根据以上仿真结果，监测单元建设时监测覆盖设计原则是：重点要害区域的监测以Wi-Fi频率2400MHz为重点监测对象，站点覆盖半径为市区0.55km、郊区2km；高铁监测频率以900MHz为主，站点覆盖半径为市区1km、郊区3km；民航保护监测频率为130MHz，站点覆盖半径为6km，不分市/郊区；学校区域监测频率为450MHz（考试作弊常用频率），站点覆盖半径选择为3km（市/郊区折中）。

　　上述分析结果与上海、天津网格化试验网的网格划分基本一致，从而说明方法的可行性。

　　5结论

　　本文所提出的无线电网格化监测是对当前无线电管理工作的新探索，是解决当前无线电粗放型、被动型管理工作等问题的有效途径。在无线电监测当中实行网格化管理，将使得一些先进的数字信号处理方法（如TDOA、信号识别）能够发挥真正意义上的效用，监测网能够全面、深入、准确地感知电磁频谱信息，在电磁环境管理、测量和预报等方面进一步体现出“智慧城市”的优越性。

　　参考文献：

　　[1]SimonHaykin，MichaelMoher.现代无线通信[M].北京：电子工业出版社，2006.

　　[2]王芙蓉.网格化无线电管理的研究[J].大众科技，2012（3）：21-22.

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