CN101583142A - 快速信道占用度测量方法 - Google Patents

Abstract

一种快速信道占用度的测量方法，用于复杂电磁环境的检测，所述测量方法包括：采用FFT频谱分析仪作为频率处理装置，先进行测量参数的设置，并由FFT频谱分析仪进行测试，测试进行的同时，由计算机实时读取FFT频率数据，并进行频道化处理，得到每个信道的幅度值，在测试完成后，计算机读取该数据并进行占用度计算。本发明可以充分利用了宽带实时频谱仪快速、实时进行频谱扫描的能力，大幅提高了频谱占用度测量的速度，并能够保证占用度值的计算精确度。

Description

快速信道占用度测量方法

技术领域

本发明涉及无线电管理与监测技术领域，特别涉及一种采用FFT频谱分析仪进行快速信道占用度的测量方法。

背景技术

根据国际电联(ITU)在《频谱监测手册》中的说明以及《无线电规则》中相应的内容，电磁频谱的占用度测量与分析在复杂电磁环境的检测与评估工作中占有重要的地位，是一项非常重要的测量功能。占用度是指“频谱的使用数据或称信道占用度反映了某特定频率或频带在指定的测量时间间隔内发射信号的时间。”

信道占用度和频带使用信息对于频谱管理工作来说是一种很有价值的工具。将对单频的测量结果综合起来分析，可以反映出一天24小时内频谱的使用情况。将多个频率的数据综合起来分析，就可以反映出某频带内所有频率的平均使用情况。这些信息可以用于找出特定频带内的空白频段，占用度统计的变化，可以反映同一地区同一频段内的变化趋势。因此在复杂电磁环境检测与评估中，占用度测量是必不可少的一项重要工作。

占用度的常用测量方法中，在一定时间(T)内测量的单个频率的信道占用度OT可用下列公式计算：

$O_T=\frac{N_{\mathrm{th}}}{N}\×100\%$

该公式中Nth代表在测量时间内测量值(电平/场强)超过门限值的次数；

N代表在测量时间内的总测试次数。

由公式可以看出，信道占用度是一个相对值，最大值为1，表示信道被完全占用，最小值为0，表示信道空闲。

对信道占用度的测量首先是测量信道的电平值并记录下来，在完成一定时间的测量后，对所有测量值进行比对计算得出占用度统计结果。而通常情况下需要对一个指定频带进行占用情况分析，这就需要对频带内的每个信道依次进行测量，并有规律的重复这些测量，在进行数据分析时同样需要对每个信道逐个进行计算。由于产生的数据量很大，因此监测设备不但要实现自动化测量，而且还应该将数据处理成可管理的信息。

因此对信道占用度的测量主要是依靠监测接收机，并用计算机控制采集数据，而后进行分析计算。

对于复杂电磁环境的评估，应以准确详细的数据描述全频段电磁频谱的使用情况及变化态势。这就要求整个系统具有快速、准确的数据采集与分析能力。根据ITU《频谱监测手册》中的要求，目前可用于占用度测量的监测接收机主要有R&S公司的EB200、ESMB等，以及其它公司的一些专业接收机，这些接收机均具有较高的RF选择能力、多个可选的足够窄的中频滤波器并能精确测量场强。但这类传统接收机对多个信道或频带的扫描速度相对较慢，通常不超过300信道/秒。ITU-R SM.182关于占用度测试的建议中，规定循环扫描信道重访时间不得大于22秒，每个信道的驻留时间大于2～3毫秒。(重访时间＝每信道观测时间×信道数)。以信道重访时间20秒为例，如果要对全频段(30MHz～3GHz)进行占用度测试，需要测试系统具有(3000-30)/20＝148.5MHz/s的扫描速度，以信道宽度25kHz为例，这个速度大致相当于6000信道/秒，可见传统的接收机根本无法达到这样的扫描速度。

虽然有的设备给出的全景扫描速度高达10GHz/s，但是由于其频段分辨率和幅度测量精度达不到要求而不能用于占用度测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种完成快速的信道扫描测量以及占用度分析，以满足可应用于复杂电磁环境检测与评估工作要求的快速信道占用度测量方法。其可利用软件无线电中的宽带中频处理技术结合实用的分析方法，能在ITU-R建议的回访时间内完成对全频段30MHz～3GHz的扫描测量，有效提高了信道扫描测量的扫描速度。

本发明采用的主要技术方案如下：

一种快速信道占用度的测量方法，用于复杂电磁环境的检测，其特征在于所述测量方法包括：

采用FFT频谱分析仪作为频率处理装置，先进行测量参数的设置，并由FFT频谱分析仪进行测试，测试进行的同时，由计算机实时读取FFT频率数据，并进行频道化处理，得到每个信道的幅度值，在测试完成后，计算机读取该数据并进行占用度计算。

具体的讲，所述FFT频谱分析仪为包括对模拟频率进行A/D变换，并采用软件无线电技术用数字信号处理器DSP进行数字频率处理的步骤，以及包括快速傅立叶FFT变换及解调步骤的频谱分析仪。

所述先进行测量参数的设置包括：采用计算机控制仪表根据信道间隔、扫描频带宽度进行FFT点数即频率分辨率的设置。

所述频道化处理包括：计算频谱分析得到的发射功率值，得到与信道带宽相匹配的信号幅度值。

所述方法进一步包括：利用具有等距离频率间隔的频谱抽样来确定发射功率值，其中频谱抽样的点满足还原频谱包络的要求。

所述频道化处理进一步包括：

在信道的宽度内进行多次抽样并用FFT频谱分析仪进行频谱扫描，然后对每个抽样点的数据进行积分得出信道的总功率，再将其变换为相对的信道功率值，得到一个准确的信道幅度测量值。

所述频道化处理所采用的公式为：

P_dB＝10×logP    公式1

$P=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{10}^{\frac{P_i}{10}}$                公式2

其中P为信道内各取样点的积分；P_dB为最终得到的信道功率值；所述Pi为每个抽样点的功率值，n为取样次数。

该快速信道占用度的测量方法的基础在于高频率分辨率、高幅度测量精度和快速频谱扫描速度。其主要依靠当前使用宽中频处理技术的FFT实时频谱分析仪及类似设备实现。该FFT实时频谱分析仪与传统监测设备的区别在于其具

有一中频处理模块。能对模拟频率进行A/D变换，并采用软件无线电技术用数字信号处理器DSP进行数字频率处理，以及包括快速傅立叶FFT变换及解调等工作内容。

另外，传统具有高选择性中频滤波器的监测接收机，其滤波器形状因子为2∶1或更佳。虽然这种监测接收比频谱仪更适合做频谱占用度测量。但如前所述，其扫描速度不足以进行全频段的占用度测量。出于速度上的考虑，FFT实时频谱分析仪的中频滤波器通常选用高斯滤波器，这种滤波器可以起到很好的抗混叠功能，但其不足以完全抑制相邻信道的信号(高斯滤波器是速度和分辨率最好的折衷)。因此使用该FFT实时频谱分析仪的估测结果有可能比实际的占用度要高。因此，不能直接使用频谱仪进行占用度的测量评估。本发明通过对频谱数据进行频道化处理，可以得到准确的信道幅度测量值，很好地完成全频段30MHz～3GHz的快速扫描，精确地以实现全频段的占用度测量。

本发明的有益效果在于，该快速信道占用度的测量方法可以充分利用了宽带实时频谱仪快速、实时进行频谱扫描的能力，大幅提高了频谱占用度测量的速度，使得利用FFT实时频谱分析仪类仪器的监测系统可以在ITU-R建议的回访时间内完成对全频段(30MHz～3GHz)的扫描测量。相比传统监测接收机，此类系统的扫描速度提高了近40倍，并能够保证占用度值的计算精确度。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的流程示意图；

图2是本发明具体实施方式中频道化处理的流程示意图；

具体实施方式

如图1所示，以TEKTRONIX公司的一款实时频谱分析仪RSA3408A做为数据采集前端为例进行说明。该实时频谱分析仪的电路图与该公司原来生产的RSA3308A实时频谱分析仪类似，也是在内部计算机的基础上扩展了射频下变频、A/D、DSP等模块，由软件实现的频谱分析、解调分析、参数测量、时间测量等仪表功能。

该实时频谱分析仪RSA3408A的测试频率范围从直流到8GHz，实时捕获带宽展宽达到36MHz，最小帧获取时间≤20ns，其FFT频谱图的最大点数为65536，使得信号频率分辨率大大提高，再加上其很高的幅度测量精度，为实现窄带频道分辨率的快速扫描奠定了良好的基础。利用该RSA实时频谱分析仪15MHz的最小捕获带宽，FFT最大点数65536的性能实现频谱占用度测试，其频率分辨率约230Hz，幅度测量精度为±0.5dB。以10毫秒处理一个15MHz带宽的数据计算，可以实现每秒1500MHz的扫描速度，以信道宽度25kHz为例，相当于60000信道/秒。显然该分析仪满足由ITU-R SM.182.推导出来的148.5MHz/s(或6000信道/秒)的扫描速度，可以很好地完成全频段(30MHz～3GHz)的快速扫描，以实现全频段的占用度测量。同时由于15MHz带宽的数据是实时捕获的，也就是说这15MHz内的频率是同时捕获并进行计算的。这也为满足ITU-R SM.182所建议的每信道的2～3毫秒的驻留时间的要求奠定了基础。

该快速信道占用度的测量方法由计算机控制仪表进行占用度测试，计算机首先控制仪表执行初始化，并设置合适的测量参数(例如根据信道间隔，扫描频带宽度等确认FFT点数也即频率分辨率)后开始测试。测试进行的同时，计算机实时读取FFT频谱数据，并进行频道化处理，得到每个信道的幅度值，记录到数据库。在测试完成后，将这些数据读出并进行占用度计算。

如图2所示，具体实现频道化处理时，以频率间隔(即信道宽度)25kHz为例，在该信道宽度内，将频谱进行10次抽样，也即每个抽样点的频率分辨率为2.5kHz，这点可通过设置合适的FFT点数来实现。然后对每个抽样点进行反对数变换(因为取得的功率值为相对值单位为dBm，而这些值是不能直接相加的)，再对这十个抽样点的数据进行积分得出信道的总功率，再将其变换为相对功率值(单位：dBm)，这样将最终得到一个准确的信道幅度测量值，而且由于频率分辨率的提高，邻道信号对最终的测量值影响很小。一次FFT计算周期内我们可以进行15MHz内的所有信道也就是600个信道(15MHz/25kHz＝600)的计算。而一秒钟至少可以进行10次以上的计算。

按照如下公式进行频道化处理，

P_dB＝10×logP    公式1

$P=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{10}^{\frac{P_i}{10}}$                公式3

其中P为信道内各取样点的积分；P_dB为最终得到的信道功率值；所述Pi为每个抽样点的功率值，n为取样次数。

根据上述实现方法及步骤，可通过编制软件进行模拟测试。考虑控制仪表读取数据以及频道化处理的实时性要求，软件可以C++语言编写，在WindowsVC++6.0环境下进行编译。选取三个频率点，信道宽度均为25kHz，每个频率点测试200次。

使用该测量方法与传统监测接收机(EB200接收机配合相应监测软件)进行对比测试。为保证测试数据的可比性，两套系统均采用相同的测试天线，在同一时段进行较长时间的测试。测试结果见下表1。

表1本发明与传统监测接收机的测试对比

由上表可以看出，在测试条件基本相同的情况下，本发明使用实时频谱仪的快速占用度测试系统与使用传统接收机的占用度测试系统所测量的结果符合地很好。

对15MHz实时捕获带宽的实时频谱分析仪来说，理论上可达到1500MHz/s(或60000信道/秒25kHz信道间隔)的扫描速度。而实际的测试系统，由于频谱仪在换频时的调谐时间比较长，再加上计算机的处理速度，最终测得扫描速度约为200MHz/s(或8000信道/秒25kHz信道间隔)。这个速度也已经满足ITU-RSM.182.的建议，可以很好地完成对全频段(30MHz～3GHz)复杂电磁环境的占用度测量。

通过上述实施例和对比实验，可以确定本发明利用宽带FFT实时频谱分析仪进行占用度测量的方法与步骤是合理而准确的。这个方法可以很好的还原被测信号的幅度值，因此可以很精确地计算出占用度值。

本发明充分利用了宽带实时频谱分析仪快速、实时进行频谱扫描的能力，大幅提高了频谱占用度测量的速度，使得利用此类仪表的监测系统可以在ITU-R建议的回访时间内完成对全频段(30MHz～3GHz)的扫描测量。相比传统监测接收机，此类系统的扫描速度提高了近40倍。

Claims (7)

1.一种快速信道占用度的测量方法，用于复杂电磁环境的检测，其特征在于所述测量方法包括：

采用FFT频谱分析仪作为频率处理装置，先进行测量参数的设置，并由FFT频谱分析仪进行测试，测试进行的同时，由计算机实时读取FFT频率数据，并进行频道化处理，得到每个信道的幅度值，在测试完成后，计算机读取该数据并进行占用度计算。

2.根据权利要求1所述的快速信道占用度的测量方法，其特征在于所述FFT频谱分析仪为包括对模拟频率进行A/D变换，并采用软件无线电技术用数字信号处理器DSP进行数字频率处理的步骤，以及包括快速傅立叶FFT变换及解调步骤的频谱分析仪。

3.根据权利要求1所述的快速信道占用度的测量方法，其特征在于所述先进行测量参数的设置包括：采用计算机控制仪表根据信道间隔、扫描频带宽度进行FFT点数即频率分辨率的设置。

4.根据权利要求1所述的快速信道占用度的测量方法，其特征在于所述频道化处理包括：

计算频谱分析得到的发射功率值，得到与信道带宽相匹配的信号幅度值。

5.根据权利要求4所述的快速信道占用度的测量方法，其特征在于所述方法进一步包括：利用具有等距离频率间隔的频谱抽样来确定发射功率值，其中频谱抽样的点满足还原频谱包络的要求。

6.根据权利要求4所述的快速信道占用度的测量方法，其特征在于所述频道化处理进一步包括：

在信道的宽度内进行多次抽样并用FFT频谱分析仪进行频谱扫描，然后对每个抽样点的数据进行积分得出信道的总功率，再将其变换为相对的信道功率值，得到一个准确的信道幅度测量值。

7.根据权利要求6所述的快速信道占用度的测量方法，其特征在于所述频道化处理所采用的公式为：

P_dB＝10×logP            公式1

$P=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{10}^{\frac{P_i}{10}}$ 公式1

其中P为信道内各取样点的积分；P_dB为最终得到的信道功率值；所述Pi为每个抽样点的功率值，n为取样次数。

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