基于MapX的頻譜管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

馬世科, 石 薇, 徐 鵬, 盧光躍

(西安郵電大學 無線網(wǎng)絡安全技術國家工程實驗室, 陜西 西安 710121)

基于MapX的頻譜管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

馬世科, 石 薇, 徐 鵬, 盧光躍

(西安郵電大學 無線網(wǎng)絡安全技術國家工程實驗室, 陜西 西安 710121)

為了提高頻譜利用效率，構建一個基于實測數(shù)據(jù)的頻譜管理系統(tǒng)。通過建立屬性數(shù)據(jù)庫，采用面向對象語言C#訪問Access數(shù)據(jù)庫的方法，將頻譜實測數(shù)據(jù)與地圖化組件MapX進行數(shù)據(jù)綁定，然后將頻譜測量數(shù)據(jù)嵌入到地理信息系統(tǒng)中，實現(xiàn)可視化的頻譜管理系統(tǒng)。測試結果表明，該系統(tǒng)能夠實現(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。

頻譜測量；地理信息系統(tǒng)；MapX；頻譜管理系統(tǒng)

在當今各種無線電設備大量使用，頻譜資源供需矛盾日益突出的背景下，進行頻譜測量[1]，獲得相應的測量數(shù)據(jù)，進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。頻譜測量(主要是測量頻譜占用度)有利于全面、客觀、準確地反映電磁環(huán)境特征、摸清相關頻段的頻譜利用狀況，為今后頻譜分配提供現(xiàn)實依據(jù)。

國內雖然有過頻譜管理系統(tǒng)的研究[2-5]，但是并沒有結合地理信息系統(tǒng)詳細真實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)中應用CR技術)系統(tǒng)。本文對傳統(tǒng)的頻譜管理系統(tǒng)進行改進，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，構建基于實測數(shù)據(jù)的頻譜管理系統(tǒng)，實現(xiàn)認知無線電頻譜管理的可視化、智能化。

1 數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫使用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫管理軟件設計，包含了用戶信息、基礎地理信息、頻譜測試數(shù)據(jù)、專題圖形數(shù)據(jù)、監(jiān)測站地理數(shù)據(jù)、文件表格數(shù)據(jù)、圖片資料等，設計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。頻譜測試數(shù)據(jù)包含了3部分數(shù)據(jù)：頻譜測量設備參數(shù)、測試數(shù)據(jù)和測試點圖形數(shù)據(jù)，分別建立了3張表。監(jiān)測站地理數(shù)據(jù)包含了兩部分數(shù)據(jù)：測試城市和該城市下的測試點，分別建立兩張表?；A地理數(shù)據(jù)和專題圖形數(shù)據(jù)是作為空間數(shù)據(jù)存儲的。因此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要分為屬性數(shù)據(jù)庫和地形數(shù)據(jù)庫兩個部分。兩者通過對地圖的矢量化,建立相應的圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫(MapInfo數(shù)據(jù)格式)。該系統(tǒng)需要將圖層外的頻譜測試數(shù)據(jù)源引入MapX控件，通過與其他ActiveX數(shù)據(jù)控件的綁定，實現(xiàn)外部數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與MapX中地圖的關聯(lián)[7]和對應，達到“圖形對象”及“屬性數(shù)據(jù)”一對一的聯(lián)系，從而完成圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的雙向查詢。為了實現(xiàn)基于屬性信息的快速查詢，需要對頻譜測量數(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完整的圖層。而一個完整的圖層一般是由MapInfo中的*.tab、*.map、*.dat、*.id和*.ind文件構成的。其中*.tab定義了表的結構，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用來存放地圖對象的屬性信息；*.id用于保存地圖對象與屬性記錄之間一一對應的關系；*.ind保存了基于屬性字段建立起來的索引關系。比如定位一個頻譜測量城市，在表中就必須對這些城市建立索引，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)緯度定位到某測試點的地理位置，然后通過該測試點的索引獲取其頻譜屬性數(shù)據(jù)，最后進行頻譜測量數(shù)據(jù)分析。

2 實現(xiàn)步驟

基于Visual Studio 2010平臺建立Visual C#的應用向導，實現(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，以及將頻譜測量數(shù)據(jù)與MapX進行綁定。

2.1 Visual C#的應用程序向導

在Visual Studio 2010下，首先通過新建windows窗體應用程序，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來，并將當前的所有圖形集合存為一個xxx.GST文件。隨后通過調用對象的方法和屬性來實現(xiàn)對地圖對象的相應操作。

2.2 標準工具

MapX的標準工具運用主要是對地圖的操作，只需設定MapX對象的CurrentTool屬性即可實現(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個城市的頻譜測量站點，必須把這4個站點的頻譜測量數(shù)據(jù)作為一個圖層加載到地圖中，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類來實現(xiàn)4個城市各個站點的圖元信息。具體代碼如下。

//添加站點標注

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());//第一個參數(shù)為Point

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

}

2.4 數(shù)據(jù)綁定

MapX具有強大的數(shù)據(jù)綁定能力。在Visual C#中，可通過ADO綁定[8-10]，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與MapX中的MapInfo地圖的關系連接，使得地圖對象與關系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)項相對應。具體來說，MapX中的Map由1個或多個圖層組成，每個圖層由點、線、區(qū)域或文本等圖形對象組成，每個圖形對象代表特定的物體。圖形對象與地理物體的屬性數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)綁定相關聯(lián)。

系統(tǒng)基于北京、上海、南京和西安的實測數(shù)據(jù)，對實測數(shù)據(jù)建立基于地圖的管理模型，建立Access屬性數(shù)據(jù)庫，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)庫和空間數(shù)據(jù)庫的關聯(lián)，實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)庫與電子地圖的綁定，從而獲取地圖屬性數(shù)據(jù)，監(jiān)測站經(jīng)緯度、結論和測量場景等數(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。

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值相等，就用它來找到對應的對象。

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

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

3 測試結果

頻譜資源測量系統(tǒng)主要由無線電接收機、天線、饋線、2臺筆記本電腦、三腳架、遮雨傘等組成，接收機采用Agilent N8201型號，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標準測量天線，頻譜范圍為20 MHz～3 GHz，饋線采用低損耗饋線，1臺筆記本用于長時間測試，另1臺用于測試數(shù)據(jù)的分析和備份。

基于上述設備條件，對各個測試點進行24小時的頻譜數(shù)據(jù)測量。根據(jù)測試站點的圖元位置，通過點擊鼠標左鍵，在地圖上顯示頻譜基本信息，以某測量點為例，如圖2所示。

可以看出，該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測測試站點的地理信息及它周圍的頻譜場強分布情況。

對實測數(shù)據(jù)進行算法分析，將最后的頻譜測量頻率、測量功率值和接收信號功率值(部署TD-LTE判決門限)和WinForm中的chart控件(用來繪制圖表)進行數(shù)據(jù)綁定，以頻譜測量頻率為橫軸，測量功率值和接收信號功率值為縱軸動態(tài)繪制頻譜容量分析的確定性分析圖，通過點擊鼠標右鍵在地圖上展示圖形化的頻譜利用統(tǒng)計情況及結論。以某測量點為例，如圖3所示。

圖2 測量場景基本地理信息圖

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)的判決門限低于實測信號的接收強度，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，該測量場景無空閑頻段能夠部署TD-LTE-CR系統(tǒng)。

4 結束語

利用MapX組件和C#語言相結合的方式構建地圖管理系統(tǒng)，可以實現(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

工信部通信軟科學基金資助項目(2014R33)；陜西省自然科學基礎研究計劃基金資助項目(2011JK8027)；陜西省教育廳科學研究計劃基金資助項目(2013JK1064)

馬世科(1989-)，男，碩士研究生，研究方向為移動通信技術及應用。E-mail:mashike716@gmail.com 盧光躍(1971-)，男，博士，教授，從事現(xiàn)代移動通信中信號處理研究。E-mail: tonylugy@163.com

TP39

A

2095-6533(2014)05-0034-06