城市电磁频谱活动特性建模与分析

城市电磁频谱活动特性建模与分析
图1 频谱数据分析流程图
2.3.1 预处理
（1）均值。

在i t 采样时刻，某一频段1n [,]f f 内各频点功率的平均值为：
B i
n
f
t i j j=1
1(,)p t f B µ=
∑ （1）其中，B 是频段的总长度，随着频谱业务所覆盖的
EMA。

假设当前合成频谱序
其中，
合成频谱热度B i
f t HC µt =；
123period period period 、为123period period period 、为整数，并且小于样本的长
度；t _EMA long 等于当前时刻合成频谱热度的周期的EMA 指数平滑移动平均；EMA
时间段较高，其他时间变化不大，
业务的合成频谱热度
图2 不同移动周期下的ISM业务合成频谱热度变化图
3.2.3 气象雷达业务24小时合成频谱热度变化
位于实验楼附近的气象雷达，对空中的云层进行探测时，辐射的功率比较强，通过对气象雷达业务频段的合成频谱热度进行处理，得到了气象雷达业务的频谱热度变化情况。

图3为气象雷达业务24小时合成频谱热度变化图。

从图3可以看出，气象雷达在一天中合成频谱热度变化较稳定，出现小幅波动主要有三个原因：气象雷达在工作模式切换时会停止发射信号，导致合成频谱热度值小幅下降，气象雷达的主瓣扫过测量地点时，使得合成频谱热度值上升，旁瓣扫过时，使得合成频谱热度值下降。

此外，气象雷达为了适应对不同远近的云的观测需求，有时发射窄脉冲有时发射宽脉冲，会对合成频谱热度的变化产生一定影响。

图3 气象雷达业务24小时合成频谱热度变化图
3.3 典型业务应用的合成频谱热度趋势分析
考虑到业务段被不同的业务台站占用时，不同业务
图4 安徽交通广播电台合成频谱热度变化图
图5 中国之声广播电台合成频谱热度变化图
（2）GSM900和GSM1800上下行业务合成频谱热度对比。

一个移动用户要实现通信良好必须接收到良好的基站发射的信号，同时移动基站也必须接收到良好的手机所发射的无线信号。

基站发射的下行信号有高的发射功率，很容易被探测到，并且下行信号在所有的时间都包含控制信息和广播信息，这使得下行信号的频谱利用率很高。

3.4 典型城市地区24小时频谱整体结构 
本文根据某天0～3GHz的频谱背景测量数据，展示了自动测量系统对0～3GHz内频谱的整体观测结果如图7所示。

图7 典型城市地区24小时0～3GHz频谱整体结构图
从图7可以看出：
（1）实验室周围频谱变化受时间、频率等因素影响较大，不同的频谱业务展示了不同的频谱利用率，空闲的频谱资源分布最多的频段是1～1.7GHz频段，其次是2.7～3GHz频段，1GHz以下频谱利用率较高。

（2）从频谱业务角度分析，该区域内广播业务、移动通信、固定业务（主要指气象雷达）占用的频谱较宽，原因是测量地位于小区、学校、气象站附近，该地区人员密集，地面移动基站和广播电台较多且使用较为频繁，而对于其他业务使用甚少。

4 结语
本文通过分析电磁频谱背景的内涵，构建了电磁频谱背景时频表达模型；讨论了频谱背景数据处理的方法，同时提出用来表征频段的频谱强度的基本量——合成频谱热度；以合肥市第八中学实验楼周边的电磁环境为典型城市电磁环境，对0～3GHz频谱背景进行了测量，最后对电磁背景中的各类频谱业务的频谱热度的变化进图6 GSM900上行业务合成频谱热度变化趋势图。