无线频谱测量方法与分析

F. Weidling提出了P值法来确定测量门限划分信号与噪声[6]。所谓的P值法就是假设噪声的方差是一个稳定值，利用迭代法逐步减小噪声样本，最后得到一个稳定的噪声方差从而确定门限的大小。这种方法的优点是门限值确定方法较为客观，并且门限划分更为细致，能够按信道划分门限值。但经反复试验表明，P值法一般适应于噪声比信号多且噪声功率与信号功率差别明显的情况，测量结果基本与实际相符；而当噪声与信号功率较为接近或是整个频段均为噪声或信号时，P值法得到的结果并不令人满意，这是P值法在使用过程中的一大缺陷。

在以前美国的一些频谱测量工作中，门限值确定方法在噪声峰值的基础上加几个分贝设置判决门限。这种方法的好处是能够将绝大部分的噪声滤除，虽然会使一些小信号被判为噪声，进而造成测量结果的误差，但避免了由于噪声波动过大而将噪声判决为信号的情况出现。通常在测量过程中，使用的是在噪声峰值上加3～5 dB作为划分信号与噪声的门限。门限确定如图4所示，从而获得各频点占用度。

这种方法带有一定的主观性，但是能够将噪声和信号较好地分离开来，从而获得较为可靠的结果。在门限确定过程中，为确保小信号能够被尽可能地判断出来，可通过反复比较在不同门限下的占用度的变化，在保证信号和噪声能够比较准确被划分的情况下，尽可能将门限取低。

2测量分析方法

对于测量结果的分析应从多个方面展开，以尽可能从多个角度展示出各频段各系统的占用状况。一般来说，对测量结果的分析主要是从各频段的功率情况、占用度大小来分析。但是对于今后可能使用的一些动态频谱分析技术来说，更需要对各频段的频谱使用状况有具体的了解。在本文中将介绍比较有代表性的分析方法。以全方位地了解频谱占用度在不同频段、不同时间、不同地点的变化情况。

(1)频点占用度

在通常的测量中，常常统计的是信道占用度的情况，然而在大规模的测量中，由于采用的是连续扫描大范围的测量频段的方法，各频段的信道特征各不相同，难以对具体的信道测出精确的结果；另一方面，在大规模测量中，并不关心具体某个信道的占用情况，而是需要得到各频段占用的总体情况，测量重点是整个频段的占用度，因而可以对各个采样频点做占用度分析，并从大量采用频点的分析结果出发获得多个频段的详细占用状况。

在这里使用频点占用度参数分析各频段上采样点的占用情况，其具体计算方法如下：

占用度是一个统计值或者说是估计值，连续测量某一个采样一段时间，把信号的功率超过门限的时间占总测量时间的百分比算出来称作占用度[6]。即：

η=(T1/T2)×100% (1)

这里η是占用度，T1是信号超过门限电平值以上的持续时间之和，T2是总测试时间。

(2)频段占用度

在测量中，对于频段占用度的测量通过统计采样频点占用度来描述。即将某频段一段时间内的所有频点占用度作一个平均。

例如某频段内测得100个频点，经过处理之后得到在这100个频点上的占用度，通常情况下，每个频点的占用度不会完全相同，为计算此频段的整体占用状况，将100个频点的占用度相加，再除以100，得到一个平均的占用度值，以此作为整个频段的占用度。图5所示为频段占用度示意图。

对频段占用度的分 析将有助于了解整个频段在一段时间的占用状况，通过对频段占用度的比较，可以得出各频段使用情况上的差别，从而为认知无线电等技术找到可用频率。

3测量结果分析

测量结果的分析应反映时间上地点上以及频率上的差别。图6为广播频段中750～800 MHz在热点地区的占用度结果，图6(a)显示的是在一天24小时中，各频率采样点的占用情况，右边的刻度为时间轴。图6(b)的曲线是统计各个采样点一天内的总体占用度，与图6(a)相对应，各频率采样点一天之中被占用的时间越多，则其占用度越高。

不难看出，在测量时间内，整个频段并没有被完全占用，部分频谱仅被很少的占用甚至是没有被占用。体现出了频谱占用度在时间上和频域上的差异性。

图7则为同一频段在密集城区的测量结果，与图6相对比，在密集城区的频谱的占用度明显更高。可见同一段频谱在不同地区占用度是存在差异的。

同时统计这一段频谱在不同地点的频段占用度大小得出，在热点地区，750～800 MHz频段占用度为0.0818，而在密集城区则为0.2311。密集城区的占用度明显大于热点地区，但是仍处于较低水平。

图8为整个750～800 MHz频谱占用度的分布情况，它以每小时为单位，统计了在750～800 MHz频段各频率采样点的占用度大小情况。与图6、图7相比，图8更加全面的展示了这一段频谱的使用状况，从图8不仅可以看出某段频谱在某段时间内是否被占用，同时也能够了解其在这某段时间内的占用度大小。

从图8中可以看出，虽然为广播频段分配了大量的频率资源，但由于避免干扰，各省均只使用其中的部分频率作为自己的广播频段，使得在同一地区，广播频段的大部分资源被闲置，这样就对广播频段的资源造成了巨大的浪费。从图8中可以看出，部分频率的占用度基本为0。而从时间上来看，一些白天有较高占用度的频段在夜间基本没有被占用，因些降低了其整体利用度，使得广播频段中的大部分频谱资源块的占用度处于较低的水平。

4结束语

对现有的频谱开展频谱测量工作，不仅能够为今后的频谱政策的制订提供有力的依据，也为新的通信技术的发展提供技术支撑。本文通过结合对现有频谱测量工作的调研成果及测量经验，提出了测量的一些相关方法和分析方法，可为今后的测量工作提供参考。

从测量结果来看，一些部分频段的占用度并不高，这无疑是一种频率资源的浪费。而另一些已做分配的频段始终保持着较高的占用度，对频率资源的需求很大。在目前固定频率分配政策的背景下，很难找出新的频率资源来缓解频率短缺的问题，因此，随着技术的进步，新的频谱利用技术如动态分配技术的出现将能够有效地解决这个问题。这需要对现有频谱做更为详细的测量和分析，以找出适合承载新技术的频段，解决当前所面临的困境。