广播电视白频谱跟踪研究与探索.doc

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1、$ 李雷雷注1 李熠星何剑辉周兴伟代明高力国家广电总局广播电视规划院关于模数转换后原有的广电频谱通常分为以下三种情规划和管理 ：一是广播电视继续“独占”性使用 ；二 他业务共享使用 ；三是部分频谱划分为其他业务（主 共服务）使用或进行频谱拍卖，即“数字红利”。此外介绍目前广播电视“空闲频谱 / 频道”（又”）研究的发展应用情况，详细解读了美国频 所制定相应规范。同时对“白频谱”探测的认知无线电的发展应用进行了讨论和分析。 白频谱”既是挑战也机遇，广播电视行业应 功率发射设备业务应用新模式，从而提高行力。还提出了一种新的应用模式，广播电视“空闲频谱 / 频道称“白频谱”）应用。广播电视“白频谱”

2、通常泛指三用的广播电视频段 ：未投入使用的频段、发射台停播 段以及由于保护率要求而空闲的频段。这里，我们首 一下什么是由于保护率要求而空闲的频段，假设发射 理想覆盖区域为正六边形，当某个发射台站确定一个 道时，其相邻的 6 个发射台站不能使用该频道，详见图 在不影响作为主要用户的广播电视业务接收的情况下 低功率的“白频谱”无线通讯设备可以作为次要用户 频道。播电视频谱广播电视“白频谱” 认知无式无线传感网络0 引言1 广播电视“白频谱”规范，有线领域的广电运营商面临着来自网络运营，例如 ：YOUTUBE 的 100 个高清频道、新浪为了发展符合市场需求的频谱管理政策，美国无互动应用以及 OTT

3、 业务的推出等等。然而不仅理机构，联邦通信委员会（FCC，Federal Communic，在无线领域，广电行业也同样受到冲击，主电频谱资源方面。无线电频谱是有限的宝贵资 的、有效的方法对广播电视频谱进行规划、使 分必要的。而位于 VHF 和 UHF 频段的广播电Commission）早期成立工作小组（SPTF，Spectrum良好的传播特性而备受各方重视。2015 年世界RC，World Radiocommunication Conference)，即移动业务（航空移动除外）在 1 区内使用MHz 频段并采取适当的措施，并由 Joint Task-7 联合工作小组负责议题的相关研究工作。如1

4、5 年的大会上通过，未来可能将会从 1 区（欧洲、阿拉伯半岛、蒙古和俄罗斯亚洲部分）向全对于我国广电行业的影响是不言而喻的。球大部分国家正在进行地面电视的模数转换，、公共安全、注册的麦克风使用者等）拥有最高2. FCC 没有指定 TVBDs 设备的调制方式或，因此与 2.4GHz 和 5GHz 的“白频谱”情况相 备可以采用多种传输技术。3. 固定接收设备的最大发射功率为 30dBm（ 高增益为 6dBi，因此其 EIRP 最大为 4W, 设备 在使用频段的邻频上，并且设备的位置不能移动4. 固定接收设备不得在比平均海拔高度高 75。5. 便携接收设备提供类似 Wi-Fi 的覆盖，由其发射最大

5、功率为 20dBm（100mW）或 16dBm天线增益，RBW 设为 100kHz 时测量其对于相邻互操作规范，依照应用程序编程接口规范支持频段使用状况的数据库和首个“白频谱”使用设备。F公认标准组织递交规范。同时，该管理小组将据库运作的技术和操作问题，并与 FCC 共同合席 Julius Genachowski 认为，电视“白频谱”数据库的首次批准代表着无线电技术创新的重要一步，空白 最终释放可以带来数十亿美元的投资并拉动经济效益 就业机会。目前，美国和加拿大一些地区的电信运营 广播电视“白频谱”在郊区提供固定宽频服务，所采题进行反馈。频段使用数据库的系统和功能要求如下 ：维护数据库FCC

6、委员会数据库获得信息并至少每周一次与术为 Wi-Fi，未来将考虑使用较高传输速率，例如 WiMAX步 。2 通讯协议的发展册功能。Ds 设备提供服务为提升广播电视“白频谱”的使用效率，FCC 和相关管理机构积极鼓励“白频谱”通讯技术的发展。到来自 TVBDs 设备关于可使用频道列表的请求，发展的过程中，标准制定扮演了绝对关键的角色。凭借标备的类型并为该设备提供准确的列表。TVBDs 设备可以避免频率间的干扰，确保通讯质量，现“白频谱”通讯技术发展的目标。 目前许多国际组织都投入标准化的制定，由于涉理的管理者需根据 FCC 委员会的要求，向其提供何信息，并且根据委员会的要求删除信息。广泛，各组织

7、大部分以不同议题为主，根据不同方向进行员会要求，数据库具有指示能力，当某个规定规定类型 TVBDs 设备（根据该设备所处的地理再寻求不同组织间的共识。而对目前世界上标准制定全面介绍，可让我们从中了解关注的议题、面临的挑 识产权的布局以及未来可能形成的各种影响。1. IEEE 802 ECSG for TV White Space，给出无可用频道指示。须具备鉴别能力，能分辨 TVBDs 设备的唯一序2008年 12 月，IEEE 802 TVWS ECSG 召开了第一次置，当察觉设备“冒名顶替”时可拒绝服务。主要讨论美国 FCC“白频谱”规范文件所带来的影响未来“白频谱”通讯的发展方向、潜在应用

8、以及与其他备 / 系统连接失败时，可实施维持业务和数据库802 协议如何共存于“白频谱”等议题，并希望着手制效率评估标准，作为未来统一的衡量依据，有利于后 标准制定。2009年3月 TVWS ECSG 大会后，共存议 至 IEEE 802.19 讨论。2. IEEE 802.22第一个制定 TVWS 通讯标准的是 IEEE802.22，其 制定利用地面数字电视频道的认知无线电通讯协议（ 和数据链路层），并保证 TVBDs 设备的使用对地面数 广播系统的干扰。基于该协议，认知无线电网络可以 地应用在未使用的地面数字电视频段，从而提高频谱 效率。IEEE 802.22 利用认知系统与基站的联系，在

9、地 电视频道中自动切换到不干扰原有设备使用的频道， 干扰情况的发生。基站装有 GPS 设备，并将所在位置案 ；不足时，可实施维持业务的备用方案 ；行中断，支持数据备份，包括数据库以及 TVBDs向被证实的 TVBDs 提供可用频道的业务，并有法来确保数据库、其内容和其运作不会被外界接触业务员会规定所要求的全部信息必须包含在“白频数据库中，并且这些信息公众均可获取。公众提供设施去识别在给定地点位置的 2 个保TVBDs 设备不可使用频道，并且可获取由数据和提取记录中的信息。地理位置服务器。分散式感应也是 IEEE 802.22 的特点45 天公开试用库在正式应用前，必须经过一个试用期，不小基站通

10、过搜集来自客户端所感知的频道状况，评估是oftware Defined Radio Forum）, 是将近 100 家业组织所组成的非营利性团体，目的在于推动发展。随着电视“白频谱”的开放，SDR Foru 新的兴趣小组，专注于广播电视“白频谱”通 包括终端使用者、服务提供者、无线电设备制 其他各国际组织标准团体的成员。2008 年，SD 广播电视“白频谱”认知无线电的使用以及免，完成了一个完整的指导原则。SDR Forum 会白频谱”个人移动设备定义完整的测试流程，协助下来需要与其他相关团体合作，在各标准制定识。7. ECMA 392合 FCC 所制定的行政及技术规范，不需要执照Minimu

11、m Eigenvalue Method），利用接受信号的平均能频段。目前，美国 FCC 规定广播电视“白频谱”以最小特征值，判断是否超过某一特定的临界值，来决探测到主要用户。该方法不需要事先知道信号的传输参 且不易受到噪声影响，但由于要计算特征值，复杂度有 高。匹配滤波器探测（Matched Filter Detection）是知道主要用户的传输参数（所占频带宽度、工作频率白频谱”频段使用数据库，获得可用频道的信息，流程见图 2。而在频谱内探测低功率电视信号、报功能，作为广播电视“白频谱”设备的未来共享的方式，可分为两类 ：一种是“非重叠”电视信号在某一频道内被遥感探测到时，广播”设备立即停止

12、使用该频道，需转向其它未使 言之，主要用户和广播电视“白频谱”在频道 用并不重叠，广播电视“白频谱”设备只能见方式等）情况下，利用匹配滤波器对该主要用户进行探该方法的好处是探测效果好，所需时间较短，仅适用广播电视系统使用的频谱。然而对于无线麦克风而言 探测任务更加艰巨。虽然无线麦克风信号在频谱上看 有一个明显的窄带凸起（最多 200kHz 的带宽），但在 段存在许多强度类似的窄带噪声，而且不同的无线麦主要用户未使用的频道和时段。此外，除了“非享外，为了进一步提高频谱使用效率，还有一频谱共享方式。次要用户并不仅以主要用户的 作为频谱使用的依据，而是更进一步考虑其传 主要用户造成干扰，主要用户的信

13、号品质取决 据在接收端是否正确解调。然而，由于一般的 法发射信号，因此难以直接使用传统的频谱探 Detection）技术判断接收端的存在和位置而 就对频谱探测技术提出了更高的要求。因此频 认知无线电中最为重要的第一步，以下将介绍谱探测方法。（Energy Detection）采用估计某频段内接收到小与预先设定好的临界值比较的方法，如果频于临界值，则判断此频段中有主要用户存在 3。 实现复杂度较低，但容易受到噪声干扰而产生：当主要使用者由于信号衰减，所估计的能量低于临界值，就会被误判断没有主要用户。（Feature Detection）则是利用信号本身的特殊，但该方法受限于低功率信号而影响其效能 4。C（Advanced Television Systems Committee） 导频信号（见图 3），通过寻找这个特别突出的效的探测出该频段是否存在 ATSC 信号。值探测（Eigenvalued-based Detection）是利用户存在的信号，其相关性会高于没有主要用户存白噪声存在的信号这一特性来完成探测 5。目前，方法，一种是最大最小特征值方法（Maximum-nvalued Method），由接收信号的协方差中最大