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基于全球小区识别码的IMT系统频谱使用评估方法研究

【字体: 2017年11月10日 14:50 作者:李伟 黄标 谭海峰 王坦 钱肇钧

李伟 黄标 谭海峰 王坦 钱肇钧

(1. 国家无线电监测中心,北京 100037.2. 北京邮电大学,北京 100876)

摘要:频谱使用评估是形成频谱资源的闭环管理的重要技术手段。针对电信运营部门用频规范性问题,提出了一种基于全球小区识别码的IMT系统频谱使用评估方法,主要通过移动监测车路测的方式,利用公众移动通信专用监测设备开展测试,具体包括系统要求、设备要求、测试要求、数据存储与评估内容。该研究能为无线电管理机构开展频谱使用评估工作提供技术参考。

关键词:频谱使用评估;公众移动通信;全球小区识别码;频谱使用规范化

1 引言

频谱资源作为无线电技术和应用创新发展的重要载体,在促进经济社会持续健康发展中发挥着越来越重要的作用。当前的频谱资源管理如频率规划、频谱分配、设备检测等都侧重于事前环节,在事中、事后监管方面相对薄弱。开展频谱使用评估工作,有助于我们摸清频率使用实际情况,建立科学的频谱使用效率评价体系和标准,是加强事中、事后监管,促进频谱使用更加规范、更加高效的重大举措[1][2]。

在评估频谱使用效率方面,目前主要基于频率的时域、频域、空域三维特性开展评估方法的研究。国际电联为了评估频率利用率,从时域和频域维度提出了信道占用度和频段占用度的评价指标[3]。在实际测试计算信道/频段占用度的过程中,判断信号有无的门限电平至关重要。针对此问题,文献[4]在分析虚警概率、检测概率与信号门限电平关系的基础上,提出了占用度测量中的门限电平设置方法。文献[5]介绍了一种自动计算门限电平的方法。信道/频段占用度不能度量频率在空间内的分布情况,文献[6]提出了频率空间占用度的概念,能从空间角度有效地衡量特定频率占用情况。以上研究主要都是从谱效的角度去评估频谱使用情况。很少有文献报道从规范性的角度去评估频谱使用情况。

全球小区识别码(CGI,Cell Global Identifier)是在公众移动通信网络(GSM / CDMA 1X / CDMA2000-EVDO / TD-SCDMA / WCDMA / TD-LTE / LTE FDD)中用作小区唯一识别的编号[7]。而在新建基站时,电信运营商需向无线电管理机构上报基站每个小区的CGI信息。鉴于此,本文提出了一种基于CGI的IMT系统频谱使用评估方法,以期能够科学地评估电信运营部门用频的规范性。

2 基于CGI的IMT系统频谱使用评估方法

频谱使用评估重点评估用频单位两方面内容:i)频谱使用上是否高效;ii)频谱使用上是否规范。基于CGI的IMT系统频谱使用评估方法主要从规范性角度出发评估电信运营商用频的合规性。一般情况下,利用专用设备解码导频信道或广播信道可获取不同制式下每个小区的CGI。因此,可以通过比对无线电台站库中的CGI信息与实测解码得到的CGI信息来评估公众移动通信基站用频的规范性。

基于CGI的IMT系统频谱使用评估方法要求采用移动监测车进行路测为主的方式开展测试,使用公众移动通信专用监测设备,完成场强测量、多制式基站信道解码、数据存储等功能,使用PC机或服务器等后台处理设备完成台站库比对及相关信息的图形化显示等功能。评估方法具体包括系统要求、测试要求、数据存储和评估内容。

2.1 基于CGI的IMT系统频谱使用评估的系统要求

基于CGI的IMT系统频谱使用评估的测试系统组成结构如图1所示,由测试天线、公众移动通信专用监测设备和后台处理设备组成。

a)测试天线:在移动通信频段范围内有准确的天线因子或增益曲线;

b)移动侧测试设备包括两部分,即公众移动通信专用监测设备和GPS / BDS天线。其中,公众移动通信专用监测设备具备对GSM / CDMA 1X / CDMA2000-EVDO / TD-SCDMA / WCDMA / TD-LTE / LTE FDD的导频信道或广播信道进行解码及存储能力;

c)后台处理设备:完成场强测量计算、基站经纬度估算、台站数据比对及相关信息在地图上的图形化显示功能。

图1  基于CGI的IMT系统频谱使用评估测试系统

2.1.1 测试系统的场强测量功能

测试系统能够测量公众移动通信各制式RSCP、RSRP等相关信息,能够结合天线因子等参数进行链路校准,准确计算天线接收口面场强的能力。各制式信号强度指示信息见表1。

表1 各制式信号强度相关指示信息

2.1.2 测试系统的基站信息解码功能

测试系统具备根据各移动通信制式的广播信道或导频信道进行基站固有配置信息的解析,各个制式对应基站的固有信息如表2所示:

 

表2 各制式需解码信息

GSM / WCDMA / TD-SCDMA的CGI由MCC+MNC+LAC+CI组成,CDMA 1X的CGI由MCC + SID + NID + BASEID组成,CDMA2000-EVDO的CGI由MCC + SID + NID + SECTORID组成,TD-LTE/LTE FDD的CGI由MCC + MNC + ECI组成。其中,MCC由3位数字组成,编码范围为十进制的000-999,比如中国的MCC为460。MNC由2位数字组成,编码范围为十进制的00-99,比如中国移动和中国联通GSM的MNC分别为00和01。由表2可知,通过解码基站的广播或导频信道可获取所有制式的CGI信息。

2.1.3 测试系统的数据记录功能

具备本地数据存储功能,使用文件进行存储。在记录测试基本信息的基础上,针对各移动通信制式,还能够记录上述场强测量、基站解码信息等数据项。

在数据记录时,可设置时间等间隔和经纬度等间隔两种记录模式。按照时间等间隔记录时,至多每5秒存储一次。按照经纬度等间隔记录时,至多每90米存储一次。

2.1.4 测试系统的数据分析统计功能

能够根据基站的解码信息,与台站数据库进行比对,给出报备基站、已报备但未能获取CGI信息的基站、未报备基站列表。其中,报备基站是指通过填写《蜂窝无线电通信基站技术资料申报表》在台站数据库中可查询其信息的基站。已报备但未能获取CGI信息的基站是指通过填写《蜂窝无线电通信基站技术资料申报表》在台站数据库中可查询其信息、但在实测中无法获取全球小区识别码的基站。未报备基站是指在台站数据库中查询无法得到其信息的基站。

2.1.5 测试系统的图形化显示功能

能够在地图上显示行车路线和台站库中所有基站的位置,并能够标记给出未报备基站测量地点的位置。

2.1.6 测试系统的设备要求

设备主要指标要求见表3。

 

表3 设备主要指标要求

2.2 基于CGI的IMT系统频谱使用评估的测试要求

基于CGI的IMT系统频谱使用评估的测试要求主要针对测试频段、测试参数设置、测试区域做了说明。

2.2.1 测试频段

测试频段如表4所示,但以国家对公众移动通信频率规划、分配为准。

 

表4 测试频段与信道带宽要求

2.2.2 测试参数设置

测量带宽应大于信号必要带宽,起始频率及频率范围可按照表4进行设置,如果全频段全制式扫描,设备应自适应相关信道带宽。此外,关于移动监测车的车速,建议一般不大于60公里/小时,在高速路等基站分布稀疏区域可提高至80公里/小时。

2.2.3 测试区域

基于CGI的IMT系统频谱使用评估主要以移动测试为主,因此在测试之前需规划行车路线。为了提高数据分析结果的准确性,对测试区域做了说明。除新疆、西藏外,对于平原Ⅰ类城市和山地丘陵Ⅰ类城市,测试路线应覆盖其建成区90%以上面积内的城市快速路、主干道、次干道等城市道路;对于平原Ⅱ类城市和山地丘陵Ⅱ类城市,测试路线应覆盖其建成区85%以上面积内的城市快速路、主干道、次干道等城市道路;对于平原Ⅲ类城市、山地丘陵Ⅲ类城市,测试路线应覆盖其建成区80%以上面积内的城市快速路、主干道、次干道等城市道路;对于陆路边境口岸,测试路线应覆盖口岸区域内的主要道路,并针对邻国越境信号开展测试工作[8][9]。

新疆、西藏应在地级以上城市开展测试和评估工作,对测试路线要求同于平原Ⅱ类城市。结合实际需要,可适当开展县级城市的频率使用评估工作。在条件允许的情况下,应适当提高对测试区域的覆盖率,以提高数据分析结果的准确性。

2.3 基于CGI的IMT系统频谱使用评估的数据存储

测量数据使用文件进行存储。文件名分为四个字段,使用下连字符连接,扩展名为bin,即:字段1_字段2_字段3_字段4.bin。各字段的含义如表5所示。

 

表5 各字段的含义

单个文件大小限制为不超过5 MB,超过的数据使用新的文件进行记录。测量过程中每次扫描完整个需要监测的频段后立即缓存。数据按记录存储,一个文件可以连续存储多个记录,不要超过文件大小限制。值得一提的是,为了方便数据库存储不同制式CGI信息,本文统一了CGI组成元素的命名,即移动国家编号、系统编号、位置区编号、小区编号。本地记录数据项要求如表6所示。

表6 测试基站信息数据存储要求

2.4 频率台站合规使用情况评估

使用本方法评估公众移动通信系统频率台站合规使用情况时,评估内容包括但不限于表7的内容。

表7  公众移动通信系统频段频谱使用评估的基站比对内容

基站数量是指无线电台站数据库中的扇区数量,基站数量的内容评估是指在某个地理区域内报备基站、已报备但未能获取CGI信息的基站、未报备基站的数量,并用列表将已报备但未能获取CGI信息的基站和未报备基站加以表征。

3 结束语

国家无线电管理规划指出:建立科学合理的频谱使用评估机制,形成频谱资源的闭环管理体系。本文为了评估频谱使用上的规范性,提出了一种基于CGI的IMT系统频谱使用评估方法。所提方法对测试系统、测试参数、测试区域、数据存储和评估内容均做了较为详细的说明,为无线电管理机构开展公众移动通信评估工作提供了科学合理的技术解决方案。

[1] 基金项目:国家重大专项:IMT-2020候选频段分析与评估(2015ZX03002008)

参考文献

[1] 裴郁杉. 全国频谱使用评估专项活动培训班在京举办 [J]. 中国无线电, 2016 (6): 3-3.

[2] 王坦. 开展无线电频谱审计工作 加强频谱效率管理 [J]. 中国无线电, 2015 (10): 32-36.

[3] ITU-R. spectrum occupation measurements and evaluation [M]. Geneva, 2012.

[4] 李景春, 段洪涛, 郑娜. 频率占用度测量中信号门限电平的设置方法 [J]. 中国无线电, 2009 (4): 58-60.

[5] 浙江省宁波市无线电管理处监测科. 频道占用度与频段占用度统计的参数设置 [J]. 中国无线电, 2008 (9): 49-52.

[6] 何林轩. 频率空间占用度研究与应用 [J]. 中国无线电, 2016 (4): 49-51.

[7] 3GPP TS 36.311 v13.0.0. E-URTA; Radio Resource Control; Protocol specification [M]. 2015.

[8] 国家质量技术监督局/中华人民共和国建设部. GB/T 50280-98 城市规划基本术语标准 [M]. 1999.

[9] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 城市道路工程设计规范 [M]. 2012.

作者简介:

李  伟(1984-),男,湖北黄冈,工学博士,国家无线电监测中心频谱管理研究处,工程师,主要研究5G频率管理技术、无线电波传播、系统间电磁兼容等。

黄  标(1967-),男,安徽寿县,工程硕士,国家无线电监测中心/国家无线电频谱管理中心副总工程师、科技处处长,中国IMT-2020(5G)推进频率组组长;主要从事系统间电磁兼容分析研究、电波测量和电磁环境保护研究以及5G关键技术的研究和评估工作。

谭海峰(1977-),男,湖北宜昌,博士研究生,主要研究5G频谱需求、电磁兼容分析、无线信道建模、频谱使用评估技术等。

王  坦(1985-),男,河南郑州,工学博士,国家无线电监测中心频谱管理研究处,高级工程师,主要研究频率规划、频率评估和5G频率管理研究等。

钱肇钧(1984-),男,江苏丹阳,工程硕士,国家无线电监测中心频谱管理研究处,工程师,主要研究无线电波传播、系统间电磁兼容、5G新技术发展,大规模MIMO的相关技术等。


本文刊登于全国无线电应用与管理学术会议论文集,如需转载请与作者联系。


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