分布式电磁频谱实时监测系统设计

发布时间：2020-08-07 15:50

【摘要】：无线电技术的快速发展,使得用频设备的数量呈指数级增长。为缓解有限的频谱资源和大量无线服务之间的冲突,需要进行科学有效的频谱监测,感知频谱空洞,为实现动态频谱接入提供支持。目前相关部门采取的频谱监测手段是使用专业频谱检测设备进行一次性移动测试或定点长期测试。这种方式投入成本高,获得的频谱数据时效性差,不能准确表征当前环境下频谱的使用情况。本文提出一种分布式电磁频谱实时监测系统。在监测区域内,搭建多个检测节点。每个节点选用便携式嵌入式系统作为主控模块,软件无线电模块作为频谱数据采集模块。上位机通过分析处理各检测节点的频谱数据实现频谱可视化。监测网络使用基于空白电视频段的自组织网络进行组网,用于实现检测节点与上位机之间的通信。首先,各节点主控模块驱动软件无线电模块进行频谱数据采集,将采集的数据存储在本地频谱数据库。然后,各节点分别进行数据的预处理,计算出频谱占用度,采用组播通信的方式将占用度结果发送给上位机。访问单检测节点数据时,采用C/S架构,主控模块作为服务端,上位机作为客户端,使用套接字通信协议实现两者之间的数据传输。最后,上位机综合分析时域、频域和空间域多维度的频谱数据,绘制瀑布图、实时频谱图以及频谱地图,实现频谱可视化。系统在分析大量频谱数据时,采用分布式计算方法,减轻了上位机的运算压力,提高了数据处理速率。在计算频谱占用度时,为提高计算准确度,采用前向差分算法平滑噪声阈值曲线。本文针对频谱检测误差、通信网络的吞吐量和稳定性以及频谱可视化效果进行了一一测试。测试结果表明,所设计的系统基本能够实现电磁频谱的实时监测,直观显示当前环境下电磁频谱的使用情况。
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM935.21
【图文】：

实物,节点,频谱资源,频谱

制频谱地图。监管部门可以直观地感知周围环境的频谱空洞，对频谱资源进行更为合逡逑理的规划和分配，提高频谱资源的利用率。系统的总体设计框图如图１所示，检测节逡逑点实物图如图２所示。逡逑，一邋—、、＼邋逦逡逑＼逦厂二？维瀑布图逡逑／逦＼邋ＷｉＦｉ邋Ｊ｜逦逦逡逑峨逦（（Ｃ邋ｆ邋＾逦一逡逑／邋Ｍ逦＾逦＼移动终端＇逦逡逑１邋检测节点逦检测节点邋１逡逑Ｉ逦ＴＶＷＳ逡逑＇邋＼邋／／邋；邋逦逡逑＼逦Ｘ逦／逦！逦—｜三维瀑布图逡逑＼逦（ｄ）逦／／ｒ＝＝ｉ逦——丨}0逡逑＼逦／邋＼逦Ｉ逦Ｉ逦—｜占用度统计逡逑＼逦［逦＇逦＾ｆｈｅｒｎｅｔ邋／逦￣逦＼逦逦逡逑、、检测节点逦，逦ｚ逦ｘ逦逦频谱地图逡逑？逦，逦固定终端逦逦逡逑频谱检测网络逡逑图｜总体设计框图逡逑Ｆｉｇ．邋１邋Ｔｈｅ邋ｏｖｅｒａｌｌ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ｂｌｏｃｋ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑５逡逑

网络结构图,监测系统,网络结构,移动终端

谱监测网络瘫痪。鉴于上述特点，系统采用自组织网络作为分布式电磁频谱监测系统逡逑的组网方式，上位机可以以任意方式迅速接入网络中，保证了系统的实时性和稳定性。逡逑图３为监测系统的网络结构示意图。逡逑Ｘ逡逑Ｑ）逡逑Ｘ邋ＡＰ逦＼逡逑（：）逦ＴＶＷＳ逦＇逦￥逡逑ＡＰ逦ＡＰ逡逑图３监测系统网络结构逡逑Ｆｉｇ．３邋Ｔｈｅ邋ｎｅｔｗｏｒｋ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑２．３上位机终端逡逑上位机终端两种形式：移动终端和固定终端。系统采用ｃ／ｓ架构，上位机作为逡逑客户端，主控模块作为服务端，实现两者之间的数据交互。移动终端如手机、平板等逡逑携带方便，适用十户外检测；固定终端相对来说体积较大，但其性能相对较好，适用逡逑于在室内进行长期的频谱监测。逡逑移动终端可以实现传感器数据显示和特定检测节点的频谱可视化的功能。主控模逡逑块将本地节点的软件无线电设备序列号以及传感器获取的数据通过组播的形式发送，逡逑移动终端接收到组播数据并在主界面显示，用户可以指定软件无线电设备，发布频谱逡逑检测指令，主控设备将频谱数据采用套接字协议反馈给移动终端进行实时频谱阁的显逡逑示。移动端界面如图４所示。由于移动终端设计不是本文的主要工作内容，本文将不逡逑再详细讲述其设计过程。逡逑７逡逑

界面图,界面图,移动终端

移动终端接收到组播数据并在主界面显示，用户可以指定软件无线电设备，发布频谱逡逑检测指令，主控设备将频谱数据采用套接字协议反馈给移动终端进行实时频谱阁的显逡逑示。移动端界面如图４所示。由于移动终端设计不是本文的主要工作内容，本文将不逡逑再详细讲述其设计过程。逡逑７逡逑

【参考文献】