革新技术手段支持频谱利用创新
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革新技术手段支持频谱利用创新■ OFCOM首席传播理论顾问 Chris Haslett 著上海特金信息科技公司 姜化京 罗西平 译1.2 OFCOM对创新的定位 O F C O M 作为政府频谱管理机构,有责任为无线电设台单位提供最佳的频谱利用方案;同时还明确了一个十分重要的主题——培养创新理念。
那么如何确保局部革新不至于妨碍创新的整个进程呢? 在《频谱框架评论》中,O F C O M阐述了其对频谱利用创新的理解: ◆ 使用无线电频谱应该尽量不受技术体制和各种使用条件的制约,制度约束仅限于判断某些频率利用的合法性。
◆ 执照持有单位变更其所有权关系并继续使用原频谱的手续应简捷化、透明化。
◆ 频谱使用者权利应明确定义:用户应对所颁发的无线电频率充分利用;如无特别原因不得随意更换频率。
此外,O F C O M还要求各主管单位经常核查用户的无线电发射变更申请,增强工作的透明性、及时性,还应以事实为依据,兼具灵活性和技术中立性等。
所谓技术中立性,是指频谱使用权完全依赖于发射功率模板及其他技术参数,满足这些条件的任何发射制式都是被允许的。
(例如:在地理边界两侧有两个不同运营商,两个运营商都使用同一频段,要求任何一方在边界及边界外产生的场强都不得超过45 dBμV/m/5 MHz)。
2 无线电频谱使用权和频谱质量评价标准(SQBs) 同阳光、空气、自由、和平一样,无线电频谱与人类生活息息相关。
O F C O M认为频谱持有单位可以将它像财产一样进行转让,即通过拍卖、商业谈判等方式变更频谱使用权。
O F C O M频谱质量评价标准(S Q B s,S p e c t r u m Quality Benchmark)是基于英国现有的无线电频率指配标准TFAC(Technical Frequency Assignment Criteria )和OFCOM为规划目的所假定的标准(已嵌入到S Q B s协调程序中)。
它是管理部门对执照变更申请决策的依据,即是否同意该执照变更申请,同时,SQBs也用于处理协调申请、干扰投诉等。
在频率指配过程中降低或消除限制条件往往会增加潜在的干扰风险,而S Q B s能有效地按比例进行调节,尽可能地规避风险;对于频率变更可能导致附近已指配业务的频谱质量低于其标准门限值时,OFCOM将不予批准。
2.1 频谱使用权利和频谱质量评价标准(SQBs)所依据的准则 频谱使用权利和频谱质量评价标准(S Q B s)所依据的准则是,频谱管理的整个过程应尽量公开(政务公开),以确保新用户享有的频率使用权的同时不至于影响现有用户的频谱质量;因此,倡导频谱自由化的同时,不应引起频谱质量劣化到现存标准以下。
2.2 频谱质量评价标准(S Q B s)应考虑的技术要素 频谱质量评价标准(S Q B s)应考虑的技术要素包括:接收机干扰限定在一定规定范围之内,具体要求如在大于Y %的时间概率和大于Z %的地点概率条件下,接收机所受到的干扰不超过X d B W ;变更使用频率(或指配新的频率)不应超越该频谱质量评价标准。
2.3 频谱质量评价标准(S Q B s)的分析工具 哪种技术工具能对无线电频谱状况进行有效评估呢?目前,O F C O M正投资一个研究项目——通用无线电建模工具(GRMT,Generic Radio Modelling Tool)。
其协作单位有Transfinite Systems (英国),Radio Communications Research Unit (英国)和LS telcom(德国)等;相关频率台站数据从O F C O M中央数据库获取。
与该项目同时进行的是传播理论研究。
为服务于G R M T的开发,提高频谱利用效率,O F C O M每年斥资280万欧元用于传播理论研究。
3 通用无线电传播的建模3.1 典型的无线电干扰类型在自由化方针下,唯一的约束条件是对频谱使用进行必要的控制以避免有害干扰。
目前,O F C O M研究组正在寻找一套切实可行的控制办法,以期既满足频谱利用的灵活性又不产生额外的干扰。
众所周知,无线电发射频谱并不可能完全局限于某一特定频率上或特定的地理区域内;同样,工作在邻信道的接收机也不能完全抑制这些无用信号。
O F C O M考虑了四种干扰类型,下面详细描述了这种干扰环境(如图1所示): ◆ 由同信道非欲收发射机产生的信号落在接收机通带内构成干扰,该信号跨越了地理边界(见图1中注解①)。
◆ 由邻信道发射机产生的带外信号落在接收机通带内构成干扰,该信号跨越了频率边界(见图1中注解②)。
◆ 邻信道带外干扰程度由发射机的带内功率和受干扰接收机的带外性能指标共同确定(见图1中注解③)。
◆ 互调产物及过载大小受发射机的带外指标控制(见图1中注解④)。
图1 典型的无线电干扰示意图3.2 SQBs的理论基础图2 功率通量密度 对于某段合法登记的无线电频谱,可用功率通量密度(PFD ,power flux density) 门限值来控制其带内和带外干扰。
对于带内干扰,定义某发射机在地理边界上及授权操作区以内P F D电平(或场强)限值;P F D电平也可定义为多个发射台(尤其对于蜂窝无线网络)在这些位置处的累计电平。
这种定义也适合于频率边界P F D 门限。
值得注意的是:P F D功率模板是不可能由边界约束条件来决定的(由发射机决定)。
此外,图2曲线表明:两种情况都满足P F D约束条件;然而,离开边界越远,两曲线差别越大,在边界以外干扰信号的衰减可以通过传播工具计算。
3.3 发射频谱权利的评估方法 对于发射频谱权利,O F C O M要求: 在特定区域内发射,不对区域外构成干扰。
在分析时须考虑下列要素:时间、地理边界、频率边界、带内功率限值、带外功率限值、干扰减弱因子等。
功率通量密度极限的定义:大于P %的时间概率,在高度H米以上的任意位置,落在(或超出)所设定的边界处的总发射功率通量密度,不应超过 X dBW/m2 / [参考带宽:kHz]。
图3 双边界接近法 图3所示的评估方法为双边界接近法。
在执照所规定的区域内发射,可以利用S Q B软件进行评估;在区域以外,还可以划定另外的功率通量密度边界,边界线上的功率通量密度指标可用于评价相邻台站的可允许的干扰。
此外,在边界线以外的功率通量密度有可能比边界线上的功率通量密度更高。
图4说明:如果功率通量密度边界在一个山谷中,那么边界外可视通的山头上的功率通量密度可能更高。
图4 边界通量密度分析3.4 对带外发射的评估方法 前面的分析是以带内发射为基础的。
对带外发射,须考虑发射机的P F D功率模板和被干扰接收机的频率响应曲线。
由于净滤波器鉴别率(N F D)和收发中心频率偏差是函数关系,一般通过净滤波器鉴别率来计算干扰功率;收发同频意味着两者中心频率偏差是零,因此这种评估方法也适用于带外发射现象。
3.5 对互调产物、接收机过载的评估方法 互调产物来源于多个发射机的非线性作用。
接收机过载是由于附近存在大功率发射机导致的。
这些分量与发射机、接收机的技术参数有关。
通过对这些技术参数进行核查并确认,仍可利用上述评估方法进行计算。
3.6 SQBs的特点 SQBs具有以下特点: ◆ 该工具能适应多种时变现象(动态频率指配); ◆ 频谱质量评价标准能保证干扰容限在一定的时间概率以内; ◆ 时变因子有:传播损耗、有效辐射功率EIRP、跳频、发射机位置、天线方向、活动系数; ◆ 采用蒙特卡罗仿真能模拟以上变化。
3.7 通用无线电建模工具(GRMT) G R M T是由O F C O M联合其他公司开发的工具软件,支持S Q B s,能用于频谱交易、发射变更、协调和干扰评估等,为管理机构和运营商构建一个灵活而自由的频谱管理框架。
G R M T算法在技术规范文件中已明确定义,包括用于开展相关任务的各种假设条件,计算步骤和方法;干扰评估工程的核心采纳了蒙特卡罗方法, GRMT考虑的重要参数如表1所示。
表1 GRMT重点考虑的参数图5 GRMT工作区界面 图5描述了对发射变更(CoU:Change of Use) 的详细核查过程: (1)窗口1列出了可能受影响的所有台站,并注明哪些是干扰源,哪些是受干扰对象,S Q B s是多少? 最后是结论:即该核查过程是否通过。
(2)窗口2显示对所选台站的统计结果,以干扰对一定概率的累计分布函数(C D F)来体现,这里还标注了SQBs 门限值。
(3)窗口3对所选台站进行链路预算,以便理性地判断计算结果,以确保台站位置、天线方向、增益等技术指标达到预期目的。
(4)窗口4显示所选台站(含干扰源)的地理分布状况;对于覆盖区域,需要设置一系列边界点,并相互串联起来。
其他功能选项还包括诸如路径剖面、数据库编辑器等。
许多测试案例表明G R M T的功能雏形能用于评估某变更使用频率申请(CoU)是被接受还是被拒绝。
5 结束语 回首过去,O F C O M认为新的频谱管理方法和传统方法相比具有灵活性、自由化、高效性等特点;同时,O F C O M认为在如何优化使用频谱方面,培养创新理念是一个关键性要素。
展望未来,随着适应动态无线环境的传播模型及通用无线电建模工具开发工作的深入和完善,创新的频谱理念将对未来频谱管理产生革命性的影响。
4 无线电传播模型4.1 用于干扰预测的传播模型介绍 用于干扰预测的传播模型有以下两种: ◆ P.1546: 30 M H z~3000 M H z; 用于点对面;一般路径法;可以考虑时间概率为1%的干扰。
◆ P.452: 700 MHz~100 GHz;用于点对点;特殊路径法;可以考虑极低时间概率的干扰。
4.2 其他重要因素 在无线电传播模型中还要考虑以下因素: ◆ 干扰路径包含室内/室外选项。
◆ 较低高度处的终端设备之间的相互干扰。
◆ 多个干扰源的功率叠加。
◆ 时间概率可以在 0% 到100%之间变化。
4.3 传播模型选择办法流程 传播模型选择办法流程如图6所示。
图6 传播模型选择办法流程(上接第25页)。