频谱共享无线电的管理对策研究.docx
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频谱共享无线电的管理对策研究
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北京邮电大学硕士学位论文频谱共享无线电的管理对策研究姓名:
王文俭申请学位级别:
硕士专业:
电子与通信工程指导教师:
周正20070701
北京邮I【1人学T程顾I:
学位论义
频谱共享无线电的管理对策研究
摘要
电磁频谱是属于国家所有的非常珍贵的战略资源,频谱共享无线电旨在进一步提高频谱资源的利用率,而由此带来频谱资源管理的新问题已经受到世界各国无线电频率管理部门的广泛关注和高度重视。
本文选题具有重要的理论意义和现实意义。
本文对无线电电磁频谱资源的物理特性以及电磁频谱管理的基本原则、技术特点和特殊性进行了深入研究;重点探讨了频谱共享无线电、认知无线电及超宽带等新技术的基本原理及其对提高电磁频谱利用率的影响,同时也全面分析研究了其对传统无线电频谱资源管理模式所带来的挑战。
在此基础上,本文针对我国当前无线电频谱管理的现状,为了应对频谱共享无线电等新技术未来的发展趋势,提出了进一步提高电磁频谱资源利用率的一种新的管理模式的实现方案。
本文的方案涉及到很多方面,不仅有频率的划分、分配等问题还有认知无线电设备的管理、质量监督等方面的行政管理及技术管理问题。
本文提出的实现方案对我国无线电频率管理部门应对这类新技术发展趋势的挑战,全面进行动态频率规划等无线电频谱管理具体措施具有一定的参考价值。
论文第一章介绍了无线电资源的特点,阐述了无线电频谱的定义与特征,并结合无线电频谱资源的特点说明了科学指配频谱的重要性。
本文第二章列举了两种目前较新的无线电技术:
认知无线电技术、超宽带无线电,这两种新技术的出现给无线电频谱管理带来了新的课题,本文会对它们的主要特点进行技术性的说明。
论文的第三章首先分析了我国无线电管理工作的现状,随后从新技术设备管理的角度论述了共享无线电技术给频谱管理工作带来的冲击,并分析了无线电管理工作的新方法。
第四章进一步展望了我国的无线电管理事业。
论文所做的主要工作是仔细研究了无线电资源与频谱管理的几种方式。
并分析了两种有效利用现有频谱资源的新技术,它们被称为频谱共享无线电技术。
结合我国对无线电发射设备型号管理的方式,首先进行了旧有无线电频谱管理体制的分析,并结合新技术体制的特点规划了我国发射设备型号核准制度改进的方式,研究我国无线电频谱管理工作方式的发展方向。
关键词:
频谱管理无线电频谱资源超宽带认知无线电
北京邮IU人学T程硕Ij学位论义
MANAGEMENT
RESEARCHFoR
SPECTRUM
SHA砒NG
ABSTRACT
Electromagnetismspectrumisvaluabletactic
resource
whichowned
bynation,theintentionofspectrumsharingradioisforimprovingtheutilizingofthespectrum.Andthenewproblems
over
come
out
which
attentionbythespectrummanagementbureauall
are
theworld.Sothereofthispaper
importanttheoryandrealismmeaningsintothe
subject
Thepapertakesdeeplyresearchintothephysicalcharacteristicofradiospectrum,andthebasicprincipiaofspectrummanagement.Thekeystoneisthebasictheoryofspectrumsharingandcognitiveradio,andwhat’Sthechallengetothetraditionalmanagementmethod.Andmore.thepaperprovidesthenewmodeforimprovingtheutilizingofthe
spectrum.There
are
severalcontentsinsidethepaper,theallocationofofthecognitiveradio,andthe
our
frequency,themanagement
quality
supervising,etc.Sothepapershallbeusefultomanagementdepartmentswhichshould
radiofrequency
adjustto
are
a
dynamicmethod.
Thefirstchapterofthispaper,theretraitofradio
resource
theintroductionaboutthe
andthedefinitionabouttheradiospectrum.And
theninthechapter2,Igivetheanalysisabouttwonewtechnologies:
CognitiveRadio/UWB.Thesethreemethodswouldbringnew
project
to
spectrummanagement.Afterthat,atchapter3,theanalysisaboutthe
status
ofFrequency
Management
forChina.And
focus
on
thenew
technologyequipments,Iprovidethenewmanagementmethodofradiodevices.Atlast,IdescribethefutureofChinesespectrummanagement.
:
|匕京邮IU人学T程顺Ij学位论文
Themainpointofthepaper
ISto
work
over
themethodofradio
management.Andthenthereistheanalysisabouttwonewtechnologiesforutilizingthespectrumeffectivelywhichcalledspectrumsharingradio
technologies.With
theanalysisaboutmedievalmethod
forspectrum
management,IprovidetheblueprintabouttheradioequipmentstypeapprovalprocessinChina,andthenewwayofspectrummanagement.
KEY
WORDS:
spectrummanagement;UWB;radio
resource;
CognitiveRadio
北京邮Ib人学T程坝Ij学位论义
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同期:
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日
一
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R期:
北京邮lU人学T程顾Ij论文
第一章绪论
无线电频谱是宝贵的、有限的自然资源。
发展无线电事业离不丌频谱资源,无线电业务的发展取决于有没有可用的频段,但是当前大多数可用的频段都在使用当中。
因此,国际上以及世界各国都设有权威机构来加强无线电频谱资源的管理,使有限的资源得到充分而有效的利用。
1.1无线电频谱的定义
我们最熟悉的电磁频谱就是可见光。
“频谱”这个词英文为“Spectrum”,实际上最初只限于光。
光象水池中的水文波一样具有波长、频率等波的特性。
无线电频谱可以用来传送话音、数据、声音及图象广播、气象服务、雷达、导航,以及卫星通信、灾害报警、时间信号等。
因此我们首先来看什么是无线电频谱。
电子通过导线行进时其周围空问存在着电场和磁场,交变的电磁场能够脱离其产生的波源向远方传播,这种以相同的频率向周围空I、丹J辐射传播的交变电磁场就称为电磁波,并在空中以3X108m/s的光速传播。
电磁频谱是在3000GHz以下才称为无线电频谱。
电磁频谱可以从可见光向两个方向扩展,更高频率的光包括紫外线、X射线以及宇宙射线;而更长的波长、更低的频率的光则首先包括红外线光,随着频率降低和波长越来越长即是无线电波了。
根据无线电波传播及使用的特点,国际上将其划分为12个频段,而通常的无线电通信只使用其中的第四到第十二个频段。
详见表1.1【l】。
笫I贝
北京l|||iIU人学Ii程坝I‘论文
表1.1
序号频段名称特低频(ULF)其低频(VLF)低频(LF)中频(MF)高频(HF)其高频(VHF)特高频(UHF)超高频()极高频(EHF)至高频(SEHF)频段范围
无线电频谱和波段的命名
波段名称特K波甚K波长波中波短波米波分米波坦米波毫米波弧毫米波微波波长范围(含上限,不含。
卜.限)100.10万米10.1万米10.1千米10—100米100.10米10.1米10.1分米
10.1
(含上限,不含’卜-限)
l23456789lO300.3000Hz3.30kHz30.300kHz300.3000kHz
3.30MHz30.300MHz300.3000MHz
3.30GHZ30.300GHz300—3000GHz
JⅢ米
10.1毫米
10.1丝米
1.2无线电频谱资源的特性
无线电频谱是一种特殊的自然资源。
说它是一种自然资源,是由于它具有一般资源的共同特性,象土地、水、矿山、森林一样是国家所有的。
但从国际范围来看,它又是属于人类共有、共享的。
同时它具有一般自然资源所没有的如下特性…:
(1)无线电频谱资源是有限的。
电磁波的频谱包括红外线、可见光、X射线等是相当宽的,但无线电通信所使用的频谱资源,最低为3kHz,最高达3000GHz。
更高的电磁频谱当然不是以3000GHz为限的,关于使用3000GHz以上电磁频谱的电信系统也在研究探索之中,但它最大不能超过可见光的范围。
由于受到技术上和提供能够操作使用的无线电设备方面的限制,ITU当前只能划分到最高400GHz的频段范围内,而目前使用较高的频段只是在50GHz左右。
由于无线电波传输的特性,象蜂窝移动通信业务一般只能工作在3GHz以下。
另外尽管人们可以通过频率、时间、空间这三维相互关联的要素进行频率的多次复用指配来提高频谱的利用率,但就某一频率或频段而言,在一定的区域、时问、条件之下,它仍然是有限的。
(2)无线电频谱它可以被利用但不会消耗掉,是一种非消耗性的资源。
它不同于土地、水、矿物、森林等可以再生或非再生的资源,如果不充
北京邮I【1人学T程颂lj论义
分利用它,则是资源上的浪费,然而若使用不当的话也是一种浪费,
甚至会造成严重危害。
(3)无线电波具有固有传播特性,它不受行政区域、国家边界的限制。
因
此,任何一个国家、地区、部门甚至个人都不得随意使用它,否则就
很容易造成相互干扰而不能确保『F常通信。
(4)无线电频谱资源极易受到污染。
它最容易受到人为或自然噪声的干
扰,使之无法『F常操作和准确有效的传送各种信息。
1.3无线电频谱的管理
二十一世纪将是信息社会时代,谁掌握了信息谁就有了竞争的优势。
信息时代将改变人们的工作方式以及生活方式,而且将彻底改变世界利益的格局和竞争的态势。
通信的重要性已经不仅表现为社会的基础设施,它已经成为现代社会生产力的要素和综合国力的组成部分。
因此世界各国均投入巨资,促进和加强通信的现代化。
无线电通信是传递信息的重要手段,为全社会提供着各类信息传递服务,在社会协调、经济发展、国防建设和人民生活中发挥着重要的作用。
每天收听无线广播电台,使用蜂窝移动通信技术已经是人们同常生活中不可缺少的一部分了,尤其是移动状态下的通信,无线电已经成为其他方式无法替代的手段。
无线电通信广泛的应用于公众通信、广播、电视、交通、石油化工、气象、渔业、旅游、教育、国防、公共安全等部门,并大量用于外贸、金融、证券、工商、体
育等社会的各行各业,对于促进信息交流、保障国家安全、维护社会稳定、搞好
生产调度、丰富人们物质文化生活都发挥着重要的作用,具有明显的社会与经济效益。
如上所述,无线电频谱是一种特殊宝贵的自然资源,它的应用非常重要而且广泛。
当前在人类走向信息社会的情况下,无线电频谱越来越显得重要,可以说
谁能够对无线电频谱资源丌发的充分,管理与利用得更科学有效,谁就能够在国
际范围的竞争中处于优势地位。
由于无线电频谱的管理涉及到很多方面,不仅有频率的划分、分配和设置无
线电台的频率指配等问题,还有无线电设备的研制、生产和销售等问题。
既有行
第3贝
北京IIIIjq3人学T程坝Ij论文
政管理问题,又有技术问题。
因此,管理无线电频率,台站和设备必须综合采用行政管理,法制管理,经济管理,技术管理等有效手段【11。
1.3.1行政管理手段
行政管理手段是无线电频谱管理工作中最常使用的手段,目前还被很多国家政府所采用。
一般由相关政府机构颁布对频谱资源的利用与指配规则,指定相对业务,并采取执照或许可的方式对使用频谱资源的设备进行市场准入。
首先,无线电管理部门需要详细规定频率划分政策,指定频谱使用规则。
例如美国的联邦通信委员会(FCC)就颁布实施了通信管理条例共一百余个部分,详细规定了各段频谱资源可用于进行的无线业务;并详细规定了相对应设备的技术指标。
目前制定无线电管理法的国家有同本《电波法》、澳大利亚《Radio
Communication
Bill))、新西兰((RadioCommunicationACT))、中国《无线电管理
条例》,美国、英国、荷兰则以通信法((CommunicationACT))涵盖之【引。
下面主要介绍美国无线电管理。
美国电信事业非常发达,电信管理工作起步早,在1934年就发布了电信法
(CommunicationActof
1934),明确了管理的组织机构,指责和任务。
美国电信管理机构和其他国家不同,设立两个独立机构,美国联邦通信委员会(FCC)和美国商业部下设的国家电信和信息管理总局(NTIA)分别负责非政府和政府机构的电信管理(包括无线电管理)。
FCC直接对国会负责,而NTIA直接对总统负责。
美国将无线电频谱划分为FCC专用,NTIA专用和FCC与NTIA共用频段。
专用频段由FCC和NTIA分别管理,共用频段协调使用。
为了解决FCC和NTIA以及各部门之间的协调问题,建立了部间顾问委员会,英文缩写为IRAC。
IRAC共有23个成员组成和参加会议。
IRAC建立一套完整协调程序,一切按照规则和程序进行工作。
◆美国联邦通信委员会(FCC)【8】无线电设备检测是无线电管理部门的重要职责之一。
FCC建立的大型设备检测实验室,配备了先进的监测仪表,对各种无线电设备进行检测。
FCC制定
北京邮lU人学T程坝lj论文
一系列无线电设备的技术标准和检测方法,严格按照标准进行检测,合格的产品发给合格证书,才允许生产,销售和投入市场使用。
FCC不但对设备的技术指标进行测试还要对其电磁兼容性进行测试,不合格的产品决不允许生产和使用。
与有关发达国家签署关于无线电设备免检协议,有些无线电设备的检测互相认可,这也是今后发展的趋势。
美国电信方面的法律已形成比较完整的体系,主要有:
通信法(Communication
TelecommunicationActofActof
1934),1996年作了较大的修改,称作
1996。
主要修改是增加保证公平竞争方面的规定和促进
技术发展的规定等。
卫星通信法(Communication
SatelliteActofl962)TelecommunicationsandInformation
国家电信和信息管理组织法(National
AdministrationOrganizationAct)
电话揭发和争端解决法(Telephone
DisclosureandDisputeAct)forLawEnforcementAct)
法律执行通信援助法(CommunicationsAssistance附加通信法令(Additional
CommunicationsStatute)
●美国无线电管理经验
1)管理机构健全,机构设置不是按照行政区划,而是根据经济发展和无线电业务发展需要和电波的传播规律设置的。
2)美国实行中央集权制,由FCC统一进行频率规划和指配。
3)法规形成体系,配套规定完整,及时修订,适应形势发展需要。
执法严格。
管理的方针政策公开透明,重要决定,事先都要召开听证会,广泛征求各界意见。
4)技术设施先进,及时更新设备,能满足技术管理工作的需要。
5)管理人员的数量和技术水平比较高。
跟踪新技术和新业务,定期培训,
不断提高管理人员的素质,适应复杂管理工作的需要。
我国的无线电管理部门是信息产业部无线电管理局以及地方无线电管理部
门,它们在频谱分配与发射设备管理上发挥了很大的作用。
第5贝
北京邮IU人学T程侦Ij论文
我国无线电管理制度的重要基础就是《中华人民共和国无线电频率划分规
定》。
《中华人民共和国无线电频率划分规定》是我国战略性资源工程的重要组成部分;是我们今后进行频率划分、分配、指配以及频率调整的总框架和法律依据:
是我国无线电管理机构和无线通信领域从事科研、设备生产、研制、使用等部门必不可少的工具书。
它协调、综合了民用、军用、各行各业、各种业务应用的需求,它是规范无线电频率管理的基础性文件,需要使用无线电频率资源的社会各方面共同来遵守。
近年来,由于对无线电频率应用的需求同益增大,有的部门、企业甚至个人,或者是对无线电频率管理的严肃性缺乏了解,或者是法制观念不强,不遵守频率规划,擅自使用频率,因而引发了电磁干扰,影响了无线电业务的正常丌展。
因此,国家无线电管理部门必须贯彻《无线电频率划分规定》的执行,要求大家都必须认真、自觉地来贯彻执行《规定》,J下确、规范、有序地使用频率,让宝贵的频率资源发挥其应有的作用。
1.3.2技术管理手段
技术管理就是运用技术手段承担无线电频谱管理的技术支撑和保障任务,依据频谱管理的内涵确定技术管理的内容。
对应电磁频谱的频段和业务种类管理,需要-丌展无线电频谱工程研究及技术手段建设;对应无线电设备频谱参数的全过程管理,需要开展无线电设备检定标准的确定及检定系统建设;对应安全部门频谱管理的特殊性,需要开展自动、动态及智能频谱管理的技术研究和系统丌发。
技术管理及手段建设在安全部门频谱管理领域的作用更重要,地位更突出。
随着科技和社会经济的飞速发展,各种无线电新技术、新设备不断涌现,在社会生活的各个领域得到日益广泛的应用。
为了使有限的频谱资源能够得到科学、有效的开发和利用,防止无线电设备本身因质量不合格而产生有害干扰,从源头上减少无线电干扰信号,确保各种无线电设备正常运行,就必须加强对各类无线电设备的管理,积极开展无线电设备的检测核准工作121。
无线电设备检测主要是对无线电设备的主要频谱参数指标进行规范和检测,它贯穿于无线电设备的研制、生产、进口、销售、购置、设置和使用的全过程,其目的是从源头上确保无线电设备频率参数设置的科学合理。
相关电磁频谱参数
北京邮IU人学T程顾I:
论文
主要指设备的频率范围、发射功率、调制方式、占用带宽、频率容限及杂散发射等参数。
无线电设备检测管理的主要技术工作有:
(1)无线电设备频谱参数检测标准或规范的制定,一是依据相关法律制定设备检测管理规定,二是参照国际电信联盟的相关建议制定通用检测规范,三是结合无线电设备的具体频谱需求及特征,制定专用设备检测规范。
(2)丌展频谱特征参数的具体检测工作,根据检测规定搭建检测系统,具体可依据检测方式的不同,分为闭场检测和开场检测,闭场检测不需要专用的测试场地,但不适用天线一体化的无线电设备,它对外界环境条件的要求比较少:
丌场检测需要专用的测试场地,需要有电波暗室或丌阔场,对外界环境条件要求高,成本比较高。
开展无线电设备检测工作,是无线电频率管理的重要基础性工作,必须扎实有效地做好。
另外,对于无线电设备,除需进行射频频谱参数检测管理外,还需对其电磁辐射参数进行电磁兼容性检测。
而对于非无线电设备,仅需对其电磁辐射参数进行电磁兼容性检测即可。
根据原国家无委《研制无线电发射设备的管理规定》(国无管[199518号),研制无线电发射设备必须符合国家有关技术标准和无线电管理有关规定。
根据《中华人民共和国无线电管理条例》,凡销售无线电发射设备必须符合困就有关技术标准和无线电管理有关规定,销售的发射设备必须是己经国家无委的型号核准。
各地无委会同技术监督管理部门、工商部门对市场销售的无线电发射设备实施监督、检查或抽样测试,发现不符合规定的设备不得在市场上销售。
但是,进行型号核准检测是针对我国已经划分使用频谱的无线电设备而言的,对那些新业务、新技术需要引入中国国内使用的情况来说,其中大多数新技术设备并没有可以依据的测试标准,甚至国内还没有为相关业务划分使用频段。
这就需要对这些新技术设备进行电磁兼容试验,确定其技术指标并作为频谱管理的技术依据。
1.3.3经济管理手段
频率是一种具有商品价值的特殊资源,既然具有商品特征,就应该遵从市场的
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