電磁頻譜智能化管理淺析

王浩　楊波

電磁頻譜管理的智能化，就是針對電磁頻譜管理中涉及到的政策制定、頻譜共用、頻率自動選擇、頻譜參數(shù)審核、環(huán)境監(jiān)測、設備檢測、頻管數(shù)據(jù)存儲與信息處理、通信、用頻設備的控制等方面，應用智慧地球、感知中國的理念和新技術，提高電磁頻譜管理的智能化水平。新技術在電磁頻譜管理中的應用，主要體現(xiàn)在以下五個方面。

1.加強電磁頻譜管理政策的研究

當前電磁頻譜應用新技術的快速發(fā)展，極大地超過了政策制定者做出反應的能力，隨著智慧地球的深入推進，電磁頻譜的有效管理將是智慧地球能否實現(xiàn)和完善的“瓶頸技術”。當前國家各類用頻系統(tǒng)的頻譜使用仍處于靜態(tài)規(guī)劃和初步動態(tài)協(xié)調的階段，且主要通過文電進行人工頻率調整和協(xié)同，難以適應動態(tài)計劃對頻譜使用的需求。由此可見，實施動態(tài)頻譜管理政策勢在必行，今后我們可以加強研究“政策捷變（policy-agile）”，依靠一種動態(tài)變化的政策來約束行為的頻譜管理方法。在這種管理方法中，對無線電設備來講，約束行為的政策是隨時間和位置的變化而動態(tài)變化的；政策不再固定嵌入到無線電設備中，而是可以在機動過程中加載；無線電設備需要在動態(tài)變化的頻譜管理政策約束下，根據(jù)所處的頻譜環(huán)境改變頻譜接入策略。

2.認知無線電的應用

FCC在2003年12月發(fā)布的一則通告中，對認知無線電做了如下定義：認知無線電是一種能夠根據(jù)與他的操作環(huán)境進行交互而改變傳輸參數(shù)的無線電。從這個定義可知，智慧的認知無線電應該具有三個主要特點：認知能力、重配置能力和學習能力。其體系結構稱為認知環(huán)（OOPDAL），主要包含七個主要步驟：感知、感知信息判斷（分析）、生成計劃、推理決策、計劃執(zhí)行、反饋學習和知識共享。

目前對認知無線電的研究主要集中在認知無線電系統(tǒng)中的合作及跨層設計技術、空間型號檢測和分析及Qos保證機制等，研究的廣度和深度都很不夠。今后可以在干擾濕度模型的構建、基于Qos的頻譜決策技術、動態(tài)頻譜接入技術、（非）合作式頻譜共享技術、網間頻譜共享技術、認知無線電路由協(xié)議設計、無線電指示表述和認知無線電網絡安全問題等方面進行深入的研究。

3.無線傳感器網絡的應用

現(xiàn)代戰(zhàn)爭被人們喻為“感知者的勝利”，在新的軍事競爭背景下，掌握“透明戰(zhàn)場”是軍事信息發(fā)展的必然結果，如何有效、合理、準確、迅速地感知頻譜態(tài)勢，并進行科學決策，是今后電磁頻譜研究的一個重要方向。而在進行有效決策之前，必須實時掌握各地區(qū)的頻譜態(tài)勢，利用傳感器的頻譜監(jiān)測功能可以及時掌握各個場地目標的頻譜和位置信息，構建傳感器網絡，實現(xiàn)多個傳感器之間監(jiān)測數(shù)據(jù)的融合和遠距離通信，便于及時、快速地判斷最新的頻譜態(tài)勢，以便進行合理的決策。

基于無線電感知的傳感器網絡的提出，可以彌補大型頻譜監(jiān)測裝備易受攻擊、覆蓋范圍不廣和時效性不佳的缺點，同時可以提高頻譜的利用效率。

4.電磁頻譜信息的智能管理

在現(xiàn)階段，各類頻管信息主要來源于各種電磁頻譜管理、電磁頻譜監(jiān)測、電磁頻譜檢測等應用系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間相互獨立，各系統(tǒng)之間的需求關系沒有理順，信息的生產者與使用者之間處于相對隔離的狀態(tài)，同時由于各種系統(tǒng)在日常管理中廣泛應用，提供的電磁頻譜信息呈現(xiàn)爆炸式增長，決策者缺少有效的信息搜索手段，無法準確、快速地感知所需的信息，難以充分利用已有的信息源，進而影響決策的效率。為提高電磁頻譜信息自動化處理、融合和決策水平，建立一個電磁頻譜信息發(fā)布與檢索平臺十分必要。該平臺應基于面向服務體系框架，將感知數(shù)據(jù)、基礎數(shù)據(jù)、區(qū)域頻譜態(tài)勢和頻管管理數(shù)據(jù)以Web服務的模式包裝，通過網絡發(fā)布到服務注冊中心，各類用戶可以通過授權訪問的方式獲取資源，解決各自頻譜使用的問題，以便快速、準確的檢索到有用信息，實現(xiàn)電磁頻譜信息發(fā)布和檢索的規(guī)范化。

5.數(shù)據(jù)挖掘的應用

近幾年來，數(shù)據(jù)挖掘在信息工業(yè)領域受到廣泛關注，隨著數(shù)據(jù)量的不斷增加，人們急需把大量的數(shù)據(jù)轉化為有用的信息和知識，并廣泛應用到商業(yè)管理、產品控制、市場分析、科學和工程學。數(shù)據(jù)挖掘可以認為是信息技術自然演變的結果。在數(shù)據(jù)庫業(yè)界，一條演變的道路是沿著如下功能的發(fā)展走過來的：數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)庫的產生、數(shù)據(jù)存儲和檢索、數(shù)據(jù)庫事務處理、數(shù)據(jù)分析和理解。簡單地講，數(shù)據(jù)挖掘是指從大量的數(shù)據(jù)中抽取或挖掘知識。

數(shù)據(jù)庫設計和開發(fā)是電磁頻譜管理體系中的重要模塊，當前在實際應用中開發(fā)了多個數(shù)據(jù)庫，但在實際應用中并沒有強有力的分析工具，人們無法更好地理解這些數(shù)據(jù)，這種情況可描述為“數(shù)據(jù)豐富、信息缺乏”。同時不同的用戶對不同類型的知識感興趣，數(shù)據(jù)挖掘的提出覆蓋了數(shù)據(jù)分析與知識發(fā)現(xiàn)任務的許多方面，包括數(shù)據(jù)特征化、區(qū)分、關聯(lián)、分類、聚類、趨勢與演變分析、偏離分析和相似性分析，這些任務以不同的方法利用相同的數(shù)據(jù)庫。比如，數(shù)據(jù)特征化可以應用到信號分析中，便于技術人員更好地分析信號；聚類技術可以應用到頻譜監(jiān)測中，以便更好地查找干擾；分類技術可以應用到頻譜分配中，以便更好地分配頻率；關聯(lián)分析可以應用到頻譜決策中，便于做出更智慧的決策。

可以預見，IBM“智慧的地球”戰(zhàn)略對電磁頻譜的影響是重大和深遠的，它將刺激從底層的電磁頻譜信息采集設備到上層的電磁頻譜分析決策系統(tǒng)的整個產業(yè)鏈的全面發(fā)展，同時技術的發(fā)展也對我國電磁頻譜管理和規(guī)劃提出了更高的要求。要建設更完善的電磁頻譜信息采集平臺，必然需要更多的信息感知設備；電磁頻譜信息總量的大幅度增長，則需要有更多的傳輸方式和傳播渠道，以保證信息快速有效地傳給數(shù)據(jù)終端；在掌握了大量精細化的電磁頻譜信息之后，人們還需要對信息進行快速準確的分析和判斷，即“智慧運作”，從而為決策提供強有力的保障。因此，各種無線電通信技術、數(shù)據(jù)倉庫技術、商業(yè)智能技術的影響力將進一步擴大。作為數(shù)據(jù)分析后臺支撐的高性能計算的需求，也會隨之增大?？傊?，隨著智慧地球的推進，必然會加快實現(xiàn)電磁頻譜管理智能化的步伐。 [科]