CN103929254B - 一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法，该方法包括：对数据进行定点采集和移动采集；对定点采集的数据提取电视频段的频域特征与时域特征，并结合我国数字电视信号特点进行分析，得到各频段的使用情况；对移动采集的数据进行数据选择，当一个采样点与相邻采样点的差值超过设定的第一阈值时，判定其为异常点；对移动采集的数据提取电视频段空域特征，利用剔除异常点后的数据修正传播模型的参数，从而得到整个地区的电视信号强度。本发明能够对电视频域的多域特征提取与综合分析，较为全面地对电视频段频谱资源进行研究。

Description

一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法。

背景技术

无线通信的快速发展与数据需求的极速增长使各种无线技术如Wi-Fi和LTE迅猛发展，为了提供高质量的服务，充足的频谱资源是必须的，然而当前已经很难找到未分配的频谱资源。在这个前提下，认知无线电等高效的频谱使用技术被提出，认知无线电技术的核心思想是当主用户空闲时，次级用户可以动态的使用频谱资源。通过这种方式，无线频谱的利用率大大提高。电视频段是最适合进行认知无线电的频段，因为电视频段的传输大多数是静态的，这样就会使频谱感知变得容易。在我国，国家无线电管理委员会（SRRC）正在考虑允许在电视频段上实施认知无线电。

有一篇公开号为“CN102263598A”的中国专利，公开了一种认知无线电频谱检测方法。该发明首先对时域数字信号应用离散傅里叶变换，根据得到的频谱计算功率谱密度，通过计算各个频点上的功率谱平均值以及其均值的平均值，给出该频点上的占空信息。

现有方案中进行频谱检测时，仅仅只是从频域对各个频段的占空比进行测量、分析，不能完整的反映频谱的多域特征，忽略了在时间测度和空间测度上的信息挖掘。然而这部分信息在频谱规划方面却十分重要。对于静态传播的广播系统，如地面电视广播系统，通过对其时域和空域的分析，可以知道什么时间、哪些地点存在空闲的频谱资源，进而可以有效利用。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法，能够对电视频域的多域特征提取与综合分析，较为全面地对一定区域内的电视频段频谱资源进行研究。

（二）技术方案

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法，该方法包括：

S1：对数据进行定点采集和移动采集；

S2：对定点采集的数据提取电视频段的频域特征与时域特征，并结合我国数字电视信号特点进行分析，得到各频段的使用情况；

S3：对移动采集的数据进行数据选择，当一个采样点与相邻采样点的差值超过设定的第一阈值时，判定其为异常点；

S4：对移动采集的数据提取电视频段空域特征，利用剔除异常点后的数据修正传播模型的参数，从而得到整个地区的电视信号强度。

优选地，该方法还包括：对采集的数据进行校准，并根据设定的门限值确定信号的有无。

其中，所述定点采集时的地点选取所在区域的最高点，且周围无遮挡；所述移动采集时的路线选取原则为：路线为一条环绕电视发射塔的螺旋线；测量车的行进速度低于所设定的第二阈值以避免多普勒效应。

其中，步骤S3具体包括：

在我国实际电视信号占用的带宽上采集若干天的数据，并画出平均值、最大值及最小值曲线，对曲线进行分析得到各频段的占用率；

区分数字电视信号和模拟电视信号，进一步得到频段的使用情况。

其中，所述对曲线进行分析得到各频段的占用率具体包括三种情况：第一种为最大值和平均值之差小于所设定的第三阈值，且二者的值均大于所设定的第四阈值，则表明该频段被一直占用；第二种为最大值和平均值均大于所设定的第五阈值，但二者之差的绝对值大于所设定的第六阈值，则表明该频段在某些时间段被占用；第三种为最大值大于所设定第七阈值，而平均值与噪底之差小于所设定的第八阈值，则表明该频段被非法占用。

其中，根据数字电视信号与模拟电视信号的频谱模板不同基于识别算法的特征矢量来区分所述数字电视信号和模拟电视信号。

其中，步骤S4具体包括：为了挖掘所测区域电视频段的空间特征，对移动采集的数据进行分析，借助RadioPlan软件分析工具，利用剔除异常点的移动采集的数据对奥村传播模型进行修正，进而利用该模型对整个地区的电视信号强度进行预测。

（三）有益效果

本发明至少有如下有益效果：

本发明首先按照特定的规则进行数据的定点采集和移动采集，保证了数据的正确性和有效性；本发明从时域、频域、空域对信号分析，更加注重信号频谱的整体特征与关系。通过定点测量与移动测量结合，在一定区域、一定时间范围内持续监测实现多域特征的挖掘，并结合电视信号特征进行综合的分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法的流程图；

图2是本发明实施例中在7天的测量时间中频谱占用率随时间的变化曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法，该方法包括如下步骤：

S1：对数据进行定点采集和移动采集。

本步骤中，在数据采集方面，为了保证尽量多的采集到直射径，定点测量的地点选择很重要，选取的原则是所在区域的最高点、周围无遮挡。进行移动测量时，为了记录采样点的地理信息，GPS装置是必须的。同时为了保证全面了解所测区域的实际电磁环境，正确的测量路线也是必须的。选择路线时应该遵循以下原则：

（1）路线应该是一条环绕电视发射塔的螺旋线，这样在移动测量时测量地点到发射塔的距离是逐步改变的，使信号强度与距离之间的关系可以被捕捉到。

（2）为了避免引入多普勒效应，测量车的行进速度应尽可能的低，本发明建议测量中保证行车速度在20Km/h左右。

（3）为了使测量结果具有说服力，路线应该包含各典型环境，包括建筑物密集的商业区、居民生活区、户外等。

本发明实施例按照特定的规则进行数据的定点采集和移动采集，保证了数据的正确性和有效性。

S2：对定点采集的数据提取电视频段的频域特征与时域特征，并结合我国数字电视信号特点进行分析，得到各频段的使用情况。

本步骤中，对于定点采集的数据，从频域和时域对其进行分析。在我国，陆地电视广播系统占用470-806MHz的频段，由于历史原因566-606MHz被用作集群通信，因此实际电视信号占用294MHz带宽。当前北京的电视信号模拟与数字并存，信道带宽均为8MHz，因此一共是37个信道。在这294MHz带宽上用7天内采集的数据画出平均值、最大值及最小值曲线，使用以下分析方法可以将频段分为三种：第一种为最大值和平均值之差小于所设定的第三阈值，且二者的值均大于所设定的第四阈值，则表明该频段被一直占用；第二种为最大值和平均值均大于所设定的第五阈值，但二者之差的绝对值大于所设定的第六阈值，则表明该频段在某些时间段被占用；第三种为最大值大于所设定第七阈值，而平均值与噪底之差小于所设定的第八阈值，则表明该频段被非法占用。上述阈值可由本领域技术人员根据具体情况进行设定。在计算频谱占用率时，我们发现以往的计算方法为独立的考虑每0.2MHz的占空比，然而在我国每个电视信道占用8MHz，所以研究8MHz信道的占用率才是有意义的。

通过画出电视频段的瀑布图我们可以很容易的看出在北京地区某些电视频段00:00-06:00期间是空闲的。为了确定是否是这样，可以画出时间测度上的频谱占用曲线。图2为北京电视频段占用率随时间的变化曲线。通过这种方法可以明显看出最低频谱占用出现在00:00-06:00。可以想到原因可能是由于观众较少，部分电视发射机关闭。

为了了解频段的使用，区分数字电视信号和模拟电视信号也是必要的。本发明根据数字电视信号与模拟电视信号的频谱模板不同设计了基于识别算法的特征矢量来对其进行区分。首先使用信号生成器生成标准的模拟电视（ATV）和数字电视（DTV）信号并使用频谱分析仪收集能量谱，然后将该能量谱与门限比较生成0-1序列，即特征矢量，最后使用式（1）进行集中和归一化处理。

$V_c=V-\frac{1}{K}\underset{i=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i,V_n=\frac{V_c}{\left|\right|V_c\left|\right|}---\left(1\right)$

上式中，K为特征向量长度，Vc和Vn分别为对V进行集中化和归一化处理的结果。我们将DTV和ATV的特征向量分别表示为Vd和Va,然后利用式（2）进行区分：

$\left\{\begin{array}{cc}\&lang;V_0,V_a\&rang;<{\mathrm{\&lambda;}}_1& \mathrm{ATV}\\ \&lang;V_0,V_a\&rang;<{\mathrm{\&lambda;}}_2& \mathrm{DTV}\\ \mathrm{else}& \mathrm{noise}\end{array}\right.---\left(2\right)$

上式中V0是目标频段特征向量的集中和归一化结果。<A,B>表示矢量A、B之间的角度。λ₁和λ₂为两门限值，在本发明实施例中，我们将其设定为10°。

S3：对移动采集的数据进行数据选择，当一个采样点与相邻采样点的差值超过设定的第一阈值时，判定其为异常点。

本步骤中，对于移动测量采集的数据，我们将用其修正传播模型的参数，以得到整个地区的信号强度。由于某些数据可能经历深衰落和阴影效应，而在传播模型中引入错误，因此我们需要将其剔除。对于具体数据，当一个采样和它附近区域采集的信号明显不同时，我们将其视为异常的点。但这些点不应该省略掉，因为衰落和阴影也是信道环境的一部分。

S4：对移动采集的数据提取电视频段空域特征，利用剔除异常点后的数据修正传播模型的参数，从而得到整个地区的电视信号强度。

本步骤中，为了挖掘所测区域电视频段的空间特征，我们对移动测量采集的数据进行分析。借助于RadioPlan软件分析工具，利用采集的数据对奥村传播模型进行修正，进而可以通过该模型对全北京电视信号强度进行预测。

优选地，本发明实施例提供的方法还包括：对采集的数据进行校准，并根据设定的门限值确定信号的有无。数据校准是为了补偿由于天线的频率选择性和电缆传送引入损失，该数值与具体的仪器类型有关。在数据处理方面，噪声门限的确定也非常重要，太高会淹没信号，太低又会导致误将噪声当作信号，根据经验，我们设定门限为高于噪声基底5dB。

本发明实施例提出的频谱测量与分析方法具有较强的通用性，通过对北京电视频段的测量与对时域、频域和空域的分析，证明该方法所得的结果较其他方法更为综合、全面，更具有对实际的指导意义。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种针对电视频段的多域特征挖掘及分析方法，其特征在于，该方法包括：

S1：对数据进行定点采集和移动采集；

S2：对定点采集的数据提取电视频段的频域特征与时域特征，并结合我国数字电视信号特点进行分析，得到各频段的使用情况；

S3：对移动采集的数据进行数据选择，当一个采样点与相邻采样点的差值超过设定的第一阈值时，判定其为异常点；

S4：对移动采集的数据提取电视频段空域特征，利用剔除异常点后的数据修正传播模型的参数，从而得到整个地区的电视信号强度；

步骤S2具体包括：

在我国实际电视信号占用的带宽上采集若干天的数据，并画出平均值、最大值及最小值曲线，对曲线进行分析得到各频段的占用率；

区分数字电视信号和模拟电视信号，进一步得到频段的使用情况；

其中，根据数字电视信号与模拟电视信号的频谱模板不同基于识别算法的特征矢量来区分所述数字电视信号和模拟电视信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：对采集的数据进行校准，并根据设定的门限值确定信号的有无。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述定点采集时的地点选取所在区域的最高点，且周围无遮挡；

所述移动采集时的路线选取原则为：路线为一条环绕电视发射塔的螺旋线；测量车的行进速度低于所设定的第二阈值以避免多普勒效应。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对曲线进行分析得到各频段的占用率具体包括三种情况：第一种为最大值和平均值之差小于所设定的第三阈值，且二者的值均大于所设定的第四阈值，则表明该频段被一直占用；第二种为最大值和平均值均大于所设定的第五阈值，但二者之差的绝对值大于所设定的第六阈值，则表明该频段在某些时间段被占用；第三种为最大值大于所设定第七阈值，而平均值与噪底之差小于所设定的第八阈值，则表明该频段被非法占用。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4具体包括：为了挖掘所测区域电视频段的空间特征，对移动采集的数据进行分析，借助RadioPlan软件分析工具，利用剔除异常点的移动采集的数据对奥村传播模型进行修正，进而利用该模型对整个地区的电视信号强度进行预测。