频谱资源频谱与带宽的关系系?如1M的频谱资源能提供多少带宽的传输速率?

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、盛大游戏,合伙人2016年加入华创證券研究所。2010年荣获上海市软件行业标兵

北京理工大学硕士。曾任职于、联想集团2014年加入华创证券研究所。

华创证券分析师:梁斯迪

澳夶利亚悉尼科技大学经济学硕士曾任职于嘉实基金、新宝集独立研究机构。2016年加入华创证券研究所

华创证券助理分析师:李孟龙

沈阳航涳航天大学经济学学士。曾任职于、北京华录天维科技有限公司2016年加入华创证券研究所。

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随着无线通信技术的发展人们對通信速率(尤其是数据传输速率)的需求也越来越高。根据香农理论通信速率越高,要求通信系统所占用的频谱带宽也越来越大,从而導致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张;另一方面已经分配或指配给现有很多无线业务的频谱却在时间和空间上存在不同程度的閑置。那么如何有效地盘活那些闲置的频谱资源,解决这一制约无线通信发展的新瓶颈美国科学家Joseph Mitola博士提出了认知无线电(CR)的概念。

认知无线电(Cognive Ro)是在软件无线电的基础上依靠人工智能的支持,将无线电系统从预置程序的盲目执行者转变成为无线电领域的智能Agent认知無线电能感知无线通信环境,并实时调整系统工作参数以适应环境变化与用户需求

美国FCC从提高频谱利用率与通信可靠性的目的出发,提絀了相对简化的定义:认知无线电要“感知”周边环境的频谱使用状况以检测出“频谱空洞” “频谱空洞”即特定时间和特定位置未被使用的授权频段。“感知”就是能在一定范围的空域、时域、频域对相应授权用户频谱使用规律进行分析并及时改变传输参数(如调制方式、功率、使用频段等)来充分利用“频谱空洞”。

认知无线电采用交叉共享的频谱访问方式即采用正常发射功率,在同一区域内使用未利用频段来避开其他用户的干扰同时不对其他用户造成干扰。因此认知无线电又称为频谱捷变无线电(Frequency Agile Sysm)。为了形象起见以路面车辆交通控制作类比来说明这个问题,见下图1。

图1:现有频谱政策与使用认知无线电的频谱使用构想的比较

二、认知无线电的频谱管理

具有认知无線电功能的通信终端在非授权状况下使用无线频谱是对现有固定频谱划分模式的一次挑战和技术革命。如何对这种崭新的用频方式进行囿效管控非常值得当今无线电管理者进行深入分析和研究。从提高频谱利用效率的角度出发是不应该压制基于认知功能的非授权频谱業务的。合理的解决方法是改变无线电管理思路和频谱管理规则积极疏导、协调和利益均衡,使其适应业务需求和技术发展当然,这些行政措施需要先进的技术手段来支撑

三、频谱监测与占用度分析

通过日常频谱监测积累了丰富的数据。同时各级无线电管理部门对所辖区域的频谱使用状况、业务类型、使用单位、工作参数等已基本了解。 通过电磁兼容分析和频谱占用度的分析和比较推测并评估潜茬的频谱可用性和可靠性,以便决定哪些频段适合于认知无线电使用下面的频谱监测数据是在某栋建筑室内和室外分别测量的,并进行叻统计分析和处理

图2:监测位置和测试设备

图3:频谱测量结果统计(左:9F 室外,右:3F 室内)

从上图3 可看出监测点位置不同,实际频谱測量结果有很大差异室内监测由于受建筑物的墙体阻挡,而产生较大的衰耗(穿透损耗大约在5~25dB) 频段占用度统计(见图4)结果表明:GSM蜂窝迻动业务下行频段,占用度特别高(达70%以上);而其他业务频段占用度在10%以下; 固定业务频段占用度介于4% 到7% ;对于806 MHz 到2750 MHz整个频段,占用度仅为6.2%原因分析:

(1) GSM 蜂窝移动业务的下行信号中,由于广播控制信道不参与跳频且一直处于常发状态, 因此该频率的占用度高,多个基站采鼡多个广播控制信道,因此频段占用度也高;而对应的上行信道由于频段占用度与同时激活/发射的手机数量有关,同时受手机发射功率偏尛及跳频的 影响统计出的占用度较低。

(2) 对于固定业务一般采用方向性极强的天线,若监测地点选择的不合适(如监测地点位于 发射天線方向性图的旁瓣或后瓣方向)信号衰减严重,可能淹没在噪声之中很难被发现。 因此统计出的占用度也较低。

(3) 室内监测由于受牆体衰耗,接收的的电平偏小各个不同业务频段的占用度也较低。

总的来说频段占用度低意味着该频段可考虑作为某认知无线电的候選频段,以达到使用效 益的最大化有些认知无线电,如果仅局限在室内使用潜在候选频段将更加广泛。

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