基于半监督聚类的频率调制广播映射构建方法

《IEEE Transactions on Broadcasting》：Constructing Frequency Modulation-Broadcasting Map Based on Semi-Supervised Clustering

针对传统广播路径损耗模型在复杂地形中的适应性不足问题，本研究提出基于半监督聚类的FM广播地图构建方法，融合Irregular Terrain Model和实测数据，显著提升路径损耗预测精度48.96%，为应急通信和频谱规划提供技术支撑。

　　

摘要：

当前和未来无线网络在陆地、海洋、空中和太空的持续发展对广播覆盖能力提出了更高的要求。现有的模型难以完全适应中国的无线电传播环境，它们在捕捉无线电信道传播的复杂特性方面通常不如机器学习模型有效。为了支持调频（FM）广播的产业升级并提升其质量，本研究采用半监督聚类方法构建了一个高质量的FM广播地图（FM-BM）。其核心思想是通过基于ITU-R P.1546和ITU-R P.2001中的不规则地形模型预测的路径损耗进行聚类，结合北京地区的实际测量路径损耗，来确定最优模型的空间分布模式及模型适配图，并据此精确绘制FM-BM。该研究充分考虑了信道传播特性和地形特征对FM-BM构建的影响，从而在分类精度和预测准确性方面实现了双重提升。特别是在广播信号传播路径损耗的预测方面，与三种经典模型相比，所提出的方法表现出显著的优势，预测准确性提高了48.96%。这项研究不仅为FM-BM的构建提供了一种新颖且高效的解决方案，还为FM广播技术的升级和覆盖效率的提升提供了技术支持和参考。

引言

B5G（超越5G）和6G（第六代）的出现标志着空中、陆地、海洋和天空的融合开始[1]，预计这将实现一个充满智能互联网和数字孪生的世界[2]。作为空中、陆地、海洋和太空无线网络的关键组成部分，广播面临着新的挑战和机遇。这些变化对调频（FM）广播的性能提出了更高的要求，因此需要优化和改进传播预测模型以跟上技术和服务模式的进步。FM广播是应急通信系统中的关键组成部分[3][4]，准确的FM覆盖信息对于日常和紧急情况下的有效信息传播至关重要。在日本，FM广播甚至被用于预测山体滑坡[5]。在中国，第十四个五年计划期间的国家应急管理体系规划强调了FM广播的重要性，提出了提升覆盖效率和信息传播准确性的新目标[6]。《2023-2035年广播电视频谱发展计划》则着重推进区域FM广播覆盖网络规划[7]。无线电地图是展示频谱覆盖信息的重要工具，而FM广播地图（FM-BM）应运而生。