基于MapX的頻譜管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬世科, 石 薇, 徐 鵬, 盧光躍

(西安郵電大學(xué) 無線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710121)

基于MapX的頻譜管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

馬世科, 石 薇, 徐 鵬, 盧光躍

(西安郵電大學(xué) 無線網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710121)

為了提高頻譜利用效率，構(gòu)建一個(gè)基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的頻譜管理系統(tǒng)。通過建立屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，采用面向?qū)ο笳Z言C#訪問Access數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，將頻譜實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與地圖化組件MapX進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定，然后將頻譜測(cè)量數(shù)據(jù)嵌入到地理信息系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)可視化的頻譜管理系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)的定位查詢，完成頻譜數(shù)據(jù)分析，提高空閑頻譜的綜合利用。

頻譜測(cè)量；地理信息系統(tǒng)；MapX；頻譜管理系統(tǒng)

在當(dāng)今各種無線電設(shè)備大量使用，頻譜資源供需矛盾日益突出的背景下，進(jìn)行頻譜測(cè)量[1]，獲得相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而全面的掌握頻譜資源的使用情況顯得尤為重要。有效、合理的使用頻譜資源，極大地提高頻譜利用效率，同時(shí)盡量減少干擾，保障正常的通信秩序是無線電頻譜管理需要考慮的重要因素。頻譜測(cè)量(主要是測(cè)量頻譜占用度)有利于全面、客觀、準(zhǔn)確地反映電磁環(huán)境特征、摸清相關(guān)頻段的頻譜利用狀況，為今后頻譜分配提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

國(guó)內(nèi)雖然有過頻譜管理系統(tǒng)的研究[2-5]，但是并沒有結(jié)合地理信息系統(tǒng)詳細(xì)真實(shí)的反映頻譜占用情況以及哪些空閑頻段可以部署TD-LTE-CR(在TD-LTE系統(tǒng)中應(yīng)用CR技術(shù))系統(tǒng)。本文對(duì)傳統(tǒng)的頻譜管理系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，利用具有地圖分析功能的ActiveX控件MapX[6]在頻譜管理系統(tǒng)中嵌入地圖功能的模型，構(gòu)建基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的頻譜管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知無線電頻譜管理的可視化、智能化。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件設(shè)計(jì)，包含了用戶信息、基礎(chǔ)地理信息、頻譜測(cè)試數(shù)據(jù)、專題圖形數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)站地理數(shù)據(jù)、文件表格數(shù)據(jù)、圖片資料等，設(shè)計(jì)E-R(Entity Relationship Diagram)圖如圖1所示。

圖1 頻譜管理系統(tǒng)的E-R圖

由圖1可以看出用戶信息包含了兩個(gè)字段：用戶名和密碼，可以作為系統(tǒng)登錄界面和建立用戶信息表。頻譜測(cè)試數(shù)據(jù)包含了3部分?jǐn)?shù)據(jù)：頻譜測(cè)量設(shè)備參數(shù)、測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)試點(diǎn)圖形數(shù)據(jù)，分別建立了3張表。監(jiān)測(cè)站地理數(shù)據(jù)包含了兩部分?jǐn)?shù)據(jù)：測(cè)試城市和該城市下的測(cè)試點(diǎn)，分別建立兩張表?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)和專題圖形數(shù)據(jù)是作為空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的。因此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)主要分為屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和地形數(shù)據(jù)庫(kù)兩個(gè)部分。兩者通過對(duì)地圖的矢量化,建立相應(yīng)的圖形數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)(MapInfo數(shù)據(jù)格式)。該系統(tǒng)需要將圖層外的頻譜測(cè)試數(shù)據(jù)源引入MapX控件，通過與其他ActiveX數(shù)據(jù)控件的綁定，實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與MapX中地圖的關(guān)聯(lián)[7]和對(duì)應(yīng)，達(dá)到“圖形對(duì)象”及“屬性數(shù)據(jù)”一對(duì)一的聯(lián)系，從而完成圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢。為了實(shí)現(xiàn)基于屬性信息的快速查詢，需要對(duì)頻譜測(cè)量數(shù)據(jù)的屬性字段建立索引，然后以文件的方式，將頻譜測(cè)量數(shù)據(jù)的不同信息存放到不同的文件中共同組成一個(gè)完整的圖層。而一個(gè)完整的圖層一般是由MapInfo中的*.tab、*.map、*.dat、*.id和*.ind文件構(gòu)成的。其中*.tab定義了表的結(jié)構(gòu)，用于保存表字段名稱及字段類型；*.map用來存放圖形數(shù)據(jù)；*.dat用來存放地圖對(duì)象的屬性信息；*.id用于保存地圖對(duì)象與屬性記錄之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；*.ind保存了基于屬性字段建立起來的索引關(guān)系。比如定位一個(gè)頻譜測(cè)量城市，在表中就必須對(duì)這些城市建立索引，這些索引就保存在*.ind文件中。MapX組件通過數(shù)據(jù)綁定把數(shù)據(jù)庫(kù)中的屬性數(shù)據(jù)映射到地圖圖層上，首先根據(jù)經(jīng)緯度定位到某測(cè)試點(diǎn)的地理位置，然后通過該測(cè)試點(diǎn)的索引獲取其頻譜屬性數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行頻譜測(cè)量數(shù)據(jù)分析。

2 實(shí)現(xiàn)步驟

基于Visual Studio 2010平臺(tái)建立Visual C#的應(yīng)用向?qū)В瑢?shí)現(xiàn)MapX地圖組件開發(fā)的基本操作，建立并添加頻譜屬性數(shù)據(jù)的圖層，以及將頻譜測(cè)量數(shù)據(jù)與MapX進(jìn)行綁定。

2.1 Visual C#的應(yīng)用程序向?qū)?/p>

在Visual Studio 2010下，首先通過新建windows窗體應(yīng)用程序，在“頻譜管理系統(tǒng)”工程下添加引用，將MapX控件提供的AxInterop.MapXLib.dll添加到工程中，就可以將MapX控件添加到窗體中。然后利用MapX提供的Geoset Manager工具，將所需顯示的圖形文件添加進(jìn)來，并將當(dāng)前的所有圖形集合存為一個(gè)xxx.GST文件。隨后通過調(diào)用對(duì)象的方法和屬性來實(shí)現(xiàn)對(duì)地圖對(duì)象的相應(yīng)操作。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工具

MapX的標(biāo)準(zhǔn)工具運(yùn)用主要是對(duì)地圖的操作，只需設(shè)定MapX對(duì)象的CurrentTool屬性即可實(shí)現(xiàn)地圖的放大、縮小、漫游等功能。例如：

axMap1.CurrentTool =

MapXLib.ToolConstants.miZoomInTool；

//地圖放大工具

axMap1.CurrentTool =

MapXLib.ToolConstants.miZoomOutTool；

//地圖縮小工具

axMap1.CurrentTool =

MapXLib.ToolConstants.miPanTool；

//地圖平移工具

2.3 添加圖層

(1)添加圖層：要顯示出4個(gè)城市的頻譜測(cè)量站點(diǎn)，必須把這4個(gè)站點(diǎn)的頻譜測(cè)量數(shù)據(jù)作為一個(gè)圖層加載到地圖中，采用MapXLib.Layer類的createLayer方法，具體代碼如下。

//新建圖層

private MapXLib.Layer createLayer()

{

lyr = axMap.Layers. CreateLayer (" temp",Type.Missing,100,10,axMap.DisplayCoordSys);

axMap.Layers.AnimationLayer = lyr;

lyr.Editable = true;

lyr.Visible = true;

lyr.ZoomMin = 1;

lyr.ZoomMax = 50;

return lyr;

}

//圖層風(fēng)格

private MapXLib.Style myStyle()

{

mystyle = new MapXLib. StyleClass ();//文本格式

mystyle.TextFont.Bold = false;

mystyle.TextFont.Size = 0.5m;

mystyle.TextFontColor = 0x000000;

return mystyle;

}

(2)添加圖元：通過MapXLib. Feature類來實(shí)現(xiàn)4個(gè)城市各個(gè)站點(diǎn)的圖元信息。具體代碼如下。

//添加站點(diǎn)標(biāo)注

private void addLayerInfo()

{

ftr.Attach(axMap.GetOcx());

ftr.Type = MapXLib.FeatureTypeConstants.miFeatureTypeSymbol;

sty.SymbolType = MapXLib. SymbolTypeConstants.miSymbolTypeBitmap;//指定為位圖樣式

sty.SymbolBitmapSize = 20;//指定圖元大小

sty.SymbolBitmapName = "xxx. BMP";//位圖文件必須放在安裝目錄的CUSTSYMB文件夾下

sty.SymbolBitmapTransparent = true;//指定位圖透明，和圖層融為一體

sty.SymbolBitmapOverrideColor = false;

sty.SymbolFontColor = 0x08f780;

ftr.Style = sty;

ftr.Point.Set(selectedPoint.X, selectedPoint.Y);

createLayer().AddFeature(ftr, Type.Missing);//在新建圖層上添加bmp標(biāo)簽

MapXLib.Feature TextObj;

MapXLib.Point p1 = new MapXLib.PointClass();

p1.Set(selectedPoint.X, selectedPoint.Y);

TextObj = axMap. FeatureFactory. CreateText(p1, selectedPoint.Name + " ",MapXLib.PositionConstants.miPositionCC, myStyle());//第一個(gè)參數(shù)為Point

createLayer().AddFeature(TextObj, new MapXLib.RowValuesClass());//在新建圖層上添加頻譜測(cè)量文本信息

}

2.4 數(shù)據(jù)綁定

MapX具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)綁定能力。在Visual C#中，可通過ADO綁定[8-10]，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與MapX中的MapInfo地圖的關(guān)系連接，使得地圖對(duì)象與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)相對(duì)應(yīng)。具體來說，MapX中的Map由1個(gè)或多個(gè)圖層組成，每個(gè)圖層由點(diǎn)、線、區(qū)域或文本等圖形對(duì)象組成，每個(gè)圖形對(duì)象代表特定的物體。圖形對(duì)象與地理物體的屬性數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)綁定相關(guān)聯(lián)。

系統(tǒng)基于北京、上海、南京和西安的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立基于地圖的管理模型，建立Access屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，利用MapX的Datasets.Add連接數(shù)據(jù)源，從文件和圖層讀取數(shù)據(jù)，建立屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)與電子地圖的綁定，從而獲取地圖屬性數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)站經(jīng)緯度、結(jié)論和測(cè)量場(chǎng)景等數(shù)據(jù)。

Datasets.Add用法如下。

axMap.DataSets.Add(DatasetsTypeConstants Type, SourceData, [Name], [GeoField], [SecondaryGeoField], [BindLayer], [Fields], [Dynamic]);

參數(shù) Type：可以綁定多達(dá)13種的數(shù)據(jù)源，比如ADO、DAO、ODBC等。這里選用miDataSetADO。

參數(shù) SourceData：指定頻譜數(shù)據(jù)源。該數(shù)據(jù)源是Access屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。

參數(shù) Name：指定被綁定后的dataset的名稱。

參數(shù) GeoField：指定數(shù)據(jù)源中某個(gè)字段作為與layer匹配的字段。

參數(shù) SecondaryGeofield：指定數(shù)據(jù)源第二匹配字段。如果指定的第一匹配字段中兩個(gè)值相等，就用它來找到對(duì)應(yīng)的對(duì)象。

參數(shù) BindLayer：指定綁定到哪一層?？梢杂脤用?，也可以用Layer對(duì)象。

參數(shù) Fields：指定數(shù)據(jù)源中哪些字段參與綁定。

3 測(cè)試結(jié)果

頻譜資源測(cè)量系統(tǒng)主要由無線電接收機(jī)、天線、饋線、2臺(tái)筆記本電腦、三腳架、遮雨傘等組成，接收機(jī)采用Agilent N8201型號(hào)，頻率范圍為3 Hz～26.5 GHz，中頻帶寬為10 MHz，天線采用有源、全向、垂直極化且已知天線因子的TX0230D標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量天線，頻譜范圍為20 MHz～3 GHz，饋線采用低損耗饋線，1臺(tái)筆記本用于長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，另1臺(tái)用于測(cè)試數(shù)據(jù)的分析和備份。

基于上述設(shè)備條件，對(duì)各個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行24小時(shí)的頻譜數(shù)據(jù)測(cè)量。根據(jù)測(cè)試站點(diǎn)的圖元位置，通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，在地圖上顯示頻譜基本信息，以某測(cè)量點(diǎn)為例，如圖2所示。

可以看出，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試站點(diǎn)的地理信息及它周圍的頻譜場(chǎng)強(qiáng)分布情況。

對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法分析，將最后的頻譜測(cè)量頻率、測(cè)量功率值和接收信號(hào)功率值(部署TD-LTE判決門限)和WinForm中的chart控件(用來繪制圖表)進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定，以頻譜測(cè)量頻率為橫軸，測(cè)量功率值和接收信號(hào)功率值為縱軸動(dòng)態(tài)繪制頻譜容量分析的確定性分析圖，通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵在地圖上展示圖形化的頻譜利用統(tǒng)計(jì)情況及結(jié)論。以某測(cè)量點(diǎn)為例，如圖3所示。

圖2 測(cè)量場(chǎng)景基本地理信息圖

圖3 頻譜容量分析圖

由圖3分析得出，在454～457 MHz的2.9 M空閑頻段，464～465 MHz的1.6 M空閑頻段，466～468 MHz的1.95 M空閑頻段，468～470 MHz的1.4 M空閑頻段中，由于部分空閑頻段可部署TD-LTE-CR系統(tǒng)的判決門限低于實(shí)測(cè)信號(hào)的接收強(qiáng)度，無法找到能夠部署TD-LTE-CR系統(tǒng)的最小帶寬1.4 M的空閑頻段。因此，在450～470 MHz頻段，該測(cè)量場(chǎng)景無空閑頻段能夠部署TD-LTE-CR系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

利用MapX組件和C#語言相結(jié)合的方式構(gòu)建地圖管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)頻譜屬性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)的定位查詢，并完成頻譜數(shù)據(jù)的分析，提高了空閑頻譜的綜合利用。

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[責(zé)任編輯:祝劍]

Design and realization of spectrum management system based on MapX

MA Shike, SHI Wei, XU Peng, LU Guangyue

(National Engineering Laboratory for Wireless Security, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China)

In order to improve efficiency of the spectrum utilization, a spectrum management system based on measured data is built in this paper. The spectrum measured data and Map component MapX can be data binded through the establishment of attribute database and using the method of object oriented language C# to access the Access database. The measured data of the spectrum is then embedded into geographic information system to realize the visualization of spectrum management system. The test results show that the system can realize the positioning query of spectrum attribute data and graphic data, the spectral data analysis and therefore improve the comprehensive utilization of idle spectrum.

the measured data of spectrum, geographic information system, MapX, spectrum management system

10.13682/j.issn.2095-6533.2014.05.007

2014-05-27

工信部通信軟科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014R33)；陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2011JK8027)；陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2013JK1064)

馬世科(1989-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信技術(shù)及應(yīng)用。E-mail:mashike716@gmail.com 盧光躍(1971-)，男，博士，教授，從事現(xiàn)代移動(dòng)通信中信號(hào)處理研究。E-mail: tonylugy@163.com

TP39

A

2095-6533(2014)05-0034-06