马世科, 石 薇, 徐 鹏, 卢光跃

(西安邮电大学 无线网络安全技术国家工程实验室, 陕西 西安 710121)

基于MapX的频谱管理系统的设计与实现

马世科, 石 薇, 徐 鹏, 卢光跃

(西安邮电大学 无线网络安全技术国家工程实验室, 陕西 西安 710121)

为了提高频谱利用效率，构建一个基于实测数据的频谱管理系统。通过建立属性数据库，采用面向对象语言C#访问Access数据库的方法，将频谱实测数据与地图化组件MapX进行数据绑定，然后将频谱测量数据嵌入到地理信息系统中，实现可视化的频谱管理系统。测试结果表明，该系统能够实现频谱属性数据和图形数据的定位查询，完成频谱数据分析，提高空闲频谱的综合利用。

频谱测量；地理信息系统；MapX；频谱管理系统

在当今各种无线电设备大量使用，频谱资源供需矛盾日益突出的背景下，进行频谱测量[1]，获得相应的测量数据，进而全面的掌握频谱资源的使用情况显得尤为重要。有效、合理的使用频谱资源，极大地提高频谱利用效率，同时尽量减少干扰，保障正常的通信秩序是无线电频谱管理需要考虑的重要因素。频谱测量(主要是测量频谱占用度)有利于全面、客观、准确地反映电磁环境特征、摸清相关频段的频谱利用状况，为今后频谱分配提供现实依据。

国内虽然有过频谱管理系统的研究[2-5]，但是并没有结合地理信息系统详细真实的反映频谱占用情况以及哪些空闲频段可以部署TD-LTE-CR(在TD-LTE系统中应用CR技术)系统。本文对传统的频谱管理系统进行改进，利用具有地图分析功能的ActiveX控件MapX[6]在频谱管理系统中嵌入地图功能的模型，构建基于实测数据的频谱管理系统，实现认知无线电频谱管理的可视化、智能化。

1 数据库设计

系统数据库使用Microsoft Access数据库管理软件设计，包含了用户信息、基础地理信息、频谱测试数据、专题图形数据、监测站地理数据、文件表格数据、图片资料等，设计E-R(Entity Relationship Diagram)图如图1所示。

图1 频谱管理系统的E-R图

由图1可以看出用户信息包含了两个字段：用户名和密码，可以作为系统登录界面和建立用户信息表。频谱测试数据包含了3部分数据：频谱测量设备参数、测试数据和测试点图形数据，分别建立了3张表。监测站地理数据包含了两部分数据：测试城市和该城市下的测试点，分别建立两张表。基础地理数据和专题图形数据是作为空间数据存储的。因此系统的数据库主要分为属性数据库和地形数据库两个部分。两者通过对地图的矢量化,建立相应的图形数据库和属性数据库(MapInfo数据格式)。该系统需要将图层外的频谱测试数据源引入MapX控件，通过与其他ActiveX数据控件的绑定，实现外部数据库中的数据与MapX中地图的关联[7]和对应，达到“图形对象”及“属性数据”一对一的联系，从而完成图形数据和属性数据的双向查询。为了实现基于属性信息的快速查询，需要对频谱测量数据的属性字段建立索引，然后以文件的方式，将频谱测量数据的不同信息存放到不同的文件中共同组成一个完整的图层。而一个完整的图层一般是由MapInfo中的*.tab、*.map、*.dat、*.id和*.ind文件构成的。其中*.tab定义了表的结构，用于保存表字段名称及字段类型；*.map用来存放图形数据；*.dat用来存放地图对象的属性信息；*.id用于保存地图对象与属性记录之间一一对应的关系；*.ind保存了基于属性字段建立起来的索引关系。比如定位一个频谱测量城市，在表中就必须对这些城市建立索引，这些索引就保存在*.ind文件中。MapX组件通过数据绑定把数据库中的属性数据映射到地图图层上，首先根据经纬度定位到某测试点的地理位置，然后通过该测试点的索引获取其频谱属性数据，最后进行频谱测量数据分析。

2 实现步骤

基于Visual Studio 2010平台建立Visual C#的应用向导，实现MapX地图组件开发的基本操作，建立并添加频谱属性数据的图层，以及将频谱测量数据与MapX进行绑定。

2.1 Visual C#的应用程序向导

在Visual Studio 2010下，首先通过新建windows窗体应用程序，在“频谱管理系统”工程下添加引用，将MapX控件提供的AxInterop.MapXLib.dll添加到工程中，就可以将MapX控件添加到窗体中。然后利用MapX提供的Geoset Manager工具，将所需显示的图形文件添加进来，并将当前的所有图形集合存为一个xxx.GST文件。随后通过调用对象的方法和属性来实现对地图对象的相应操作。

2.2 标准工具

MapX的标准工具运用主要是对地图的操作，只需设定MapX对象的CurrentTool属性即可实现地图的放大、缩小、漫游等功能。例如：

axMap1.CurrentTool =

MapXLib.ToolConstants.miZoomInTool；

//地图放大工具

axMap1.CurrentTool =

MapXLib.ToolConstants.miZoomOutTool；

//地图缩小工具

axMap1.CurrentTool =

MapXLib.ToolConstants.miPanTool；

//地图平移工具

2.3 添加图层

(1)添加图层：要显示出4个城市的频谱测量站点，必须把这4个站点的频谱测量数据作为一个图层加载到地图中，采用MapXLib.Layer类的createLayer方法，具体代码如下。

//新建图层

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;

}

//图层风格

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)添加图元：通过MapXLib. Feature类来实现4个城市各个站点的图元信息。具体代码如下。

//添加站点标注

private void addLayerInfo()

{

ftr.Attach(axMap.GetOcx());

ftr.Type = MapXLib.FeatureTypeConstants.miFeatureTypeSymbol;

sty.SymbolType = MapXLib. SymbolTypeConstants.miSymbolTypeBitmap;//指定为位图样式

sty.SymbolBitmapSize = 20;//指定图元大小

sty.SymbolBitmapName = "xxx. BMP";//位图文件必须放在安装目录的CUSTSYMB文件夹下

sty.SymbolBitmapTransparent = true;//指定位图透明，和图层融为一体

sty.SymbolBitmapOverrideColor = false;

sty.SymbolFontColor = 0x08f780;

ftr.Style = sty;

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

createLayer().AddFeature(ftr, Type.Missing);//在新建图层上添加bmp标签

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());//第一个参数为Point

createLayer().AddFeature(TextObj, new MapXLib.RowValuesClass());//在新建图层上添加频谱测量文本信息

}

2.4 数据绑定

MapX具有强大的数据绑定能力。在Visual C#中，可通过ADO绑定[8-10]，实现数据库中的数据与MapX中的MapInfo地图的关系连接，使得地图对象与关系数据库中的数据项相对应。具体来说，MapX中的Map由1个或多个图层组成，每个图层由点、线、区域或文本等图形对象组成，每个图形对象代表特定的物体。图形对象与地理物体的属性数据通过数据绑定相关联。

系统基于北京、上海、南京和西安的实测数据，对实测数据建立基于地图的管理模型，建立Access属性数据库，利用MapX的Datasets.Add连接数据源，从文件和图层读取数据，建立属性数据库和空间数据库的关联，实现属性数据库与电子地图的绑定，从而获取地图属性数据，监测站经纬度、结论和测量场景等数据。

Datasets.Add用法如下。

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

参数 Type：可以绑定多达13种的数据源，比如ADO、DAO、ODBC等。这里选用miDataSetADO。

参数 SourceData：指定频谱数据源。该数据源是Access属性数据库。

参数 Name：指定被绑定后的dataset的名称。

参数 GeoField：指定数据源中某个字段作为与layer匹配的字段。

参数 SecondaryGeofield：指定数据源第二匹配字段。如果指定的第一匹配字段中两个值相等，就用它来找到对应的对象。

参数 BindLayer：指定绑定到哪一层。可以用层名，也可以用Layer对象。

参数 Fields：指定数据源中哪些字段参与绑定。

3 测试结果

频谱资源测量系统主要由无线电接收机、天线、馈线、2台笔记本电脑、三脚架、遮雨伞等组成，接收机采用Agilent N8201型号，频率范围为3 Hz～26.5 GHz，中频带宽为10 MHz，天线采用有源、全向、垂直极化且已知天线因子的TX0230D标准测量天线，频谱范围为20 MHz～3 GHz，馈线采用低损耗馈线，1台笔记本用于长时间测试，另1台用于测试数据的分析和备份。

基于上述设备条件，对各个测试点进行24小时的频谱数据测量。根据测试站点的图元位置，通过点击鼠标左键，在地图上显示频谱基本信息，以某测量点为例，如图2所示。

可以看出，该系统可以实时监测测试站点的地理信息及它周围的频谱场强分布情况。

对实测数据进行算法分析，将最后的频谱测量频率、测量功率值和接收信号功率值(部署TD-LTE判决门限)和WinForm中的chart控件(用来绘制图表)进行数据绑定，以频谱测量频率为横轴，测量功率值和接收信号功率值为纵轴动态绘制频谱容量分析的确定性分析图，通过点击鼠标右键在地图上展示图形化的频谱利用统计情况及结论。以某测量点为例，如图3所示。

图2 测量场景基本地理信息图

图3 频谱容量分析图

由图3分析得出，在454～457 MHz的2.9 M空闲频段，464～465 MHz的1.6 M空闲频段，466～468 MHz的1.95 M空闲频段，468～470 MHz的1.4 M空闲频段中，由于部分空闲频段可部署TD-LTE-CR系统的判决门限低于实测信号的接收强度，无法找到能够部署TD-LTE-CR系统的最小带宽1.4 M的空闲频段。因此，在450～470 MHz频段，该测量场景无空闲频段能够部署TD-LTE-CR系统。

4 结束语

利用MapX组件和C#语言相结合的方式构建地图管理系统，可以实现频谱属性数据和图形数据的定位查询，并完成频谱数据的分析，提高了空闲频谱的综合利用。

[1] 周志艳. 面向认知无线电的频谱测量与信道占用模型研究[D].北京:北京交通大学,2010:40-52.

[2] 张跟全,马飞,李大艳. 国家频谱管理系统的分析与设计[J]. 无线电工程,2006,36(10):14-16.

[3] 毕磊.战场频谱管理系统的设计与实现[D].沈阳:东北大学,2008:42-50.

[4] 于江,范万水,秦爱祥,等.电磁频谱管理系统需求模型[J].兵工自动化,2012,31(6):86-88.

[5] 王凡,赵杭生,姚富强.基于生存系统模型的认知无线电网络频谱管理自治系统设计[J].电路与系统学报,2012,17(1):104-107.

[6] 郭永瑞,孙鹏德. ActiveX控件的编写和使用[J].计算机与信息技术,2007,8(22):48-49.

[7] 张勇,杨作升,刘展,等. 利用MapX实现空间数据库与属性数据库的挂接[J].青岛海洋大学学报,2003,33(1):87-94.

[8] 郭强. ADO技术在VC编程中的研究及应用分析[J].电子科技,2013, 26(1):37-39.

[9] 孟培超,胡圣波,舒恒,等. 基于ADO数据库连接池优化策略[J].计算机工程与设计,2013,34(5):1707-1708.

[10] 陈旻. 基于ADO.NET数据库访问实例的设计实现与应用[J].软件导刊,2010,9(7):101-103.

[责任编辑:祝剑]

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

工信部通信软科学基金资助项目(2014R33)；陕西省自然科学基础研究计划基金资助项目(2011JK8027)；陕西省教育厅科学研究计划基金资助项目(2013JK1064)

马世科(1989-)，男，硕士研究生，研究方向为移动通信技术及应用。E-mail:mashike716@gmail.com 卢光跃(1971-)，男，博士，教授，从事现代移动通信中信号处理研究。E-mail: tonylugy@163.com

TP39

A

2095-6533(2014)05-0034-06