無線電調(diào)試的技術(shù)分析與應(yīng)用簡(jiǎn)析

劉亞歐

摘 要：無線電在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中起著非常重要的作用，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，目前調(diào)試技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了“認(rèn)知無線電”階段。為了使無線電技術(shù)更好的服務(wù)于社會(huì)，針對(duì)無線電調(diào)試技術(shù)進(jìn)行研究是非常必要的對(duì)相關(guān)的技術(shù)人員也起到一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：無線電；調(diào)試；發(fā)展；技術(shù)

近十年來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)無線電調(diào)試技術(shù)手段提出了更高的要求。而與此同時(shí)，通信業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，使得頻帶資源越發(fā)匱乏。為此，要使得無線電技術(shù)更好發(fā)展，就要有效提高頻帶資源的使用效率。在無線電的發(fā)射端和接收端進(jìn)行調(diào)試，是降低干擾與資源浪費(fèi)的一個(gè)重要手段。

1無線電調(diào)試技術(shù)概述

無線電技術(shù)是在通信、電力、天文等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛的一項(xiàng)技術(shù)。利用無線電技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)距離范圍內(nèi)的有效信號(hào)傳輸，對(duì)于長(zhǎng)距離、大空間條件下的通信傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)有重要的意義。無線電是一種電波信號(hào)，電波頻率是其基本特征之一。而要使無線電波能夠攜帶與傳輸信息，就要使無線電波的頻率發(fā)生有規(guī)律的變化，使接收端能夠根據(jù)頻率信息進(jìn)行信號(hào)識(shí)別。這種根據(jù)信號(hào)傳輸需求而改變電波頻率的技術(shù)就稱為無線電調(diào)試技術(shù)。無線電條數(shù)可以分為三大部分：測(cè)向與定位技術(shù)可以用于發(fā)現(xiàn)未知電臺(tái)的位置，進(jìn)行方位與距離測(cè)定，而無線電接收技術(shù)則可以接收信息，方便進(jìn)行后續(xù)識(shí)別工作。

2無線電調(diào)試的現(xiàn)代關(guān)鍵技術(shù)

2.1 VHF/UHF近距離測(cè)向技術(shù)

在無線電通信領(lǐng)域，VHF是指頻帶范圍為30～300MHz、無線電波波長(zhǎng)為1～10 m的波段，又被稱為米波頻帶。UHF是指頻帶范圍為300～3 000 MHz、無線電波長(zhǎng)為1 dm～1 m的波段，又被稱為分米波頻帶。這兩種頻帶的頻段都相對(duì)較高。這類高頻與特高頻電波在空間傳輸時(shí)，由于衰減較快，大都以視距傳輸為主。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般架設(shè)一條垂直于地面的天線，以大地為導(dǎo)體，使得發(fā)出的電波方向與地面電場(chǎng)方向垂直，這樣理論上并不能測(cè)定出發(fā)射臺(tái)的位置[1]。但事實(shí)上，大地并不是理想的導(dǎo)體，這就使得電波的前進(jìn)過程中會(huì)與地面呈現(xiàn)一定傾角。當(dāng)測(cè)向者手持臺(tái)與電場(chǎng)方向十分接近時(shí)，手持臺(tái)可以通過傳動(dòng)天線方向來判斷信號(hào)的強(qiáng)度關(guān)系，進(jìn)而測(cè)定出發(fā)射機(jī)的方向。這種測(cè)向方法的效果通常不是太好，但在緊急情況下，如救災(zāi)、野外救援時(shí)顯得較為有效。

2.2利用人體的定向天線技術(shù)

事實(shí)上，人體也是一個(gè)移動(dòng)的導(dǎo)體，利用人體的導(dǎo)電性能，可以形成一個(gè)簡(jiǎn)單的天線定向裝置。這是由于導(dǎo)體成為一個(gè)電磁波的反射體，對(duì)電波產(chǎn)生反射作用。人體通過調(diào)整身體，可以判斷出電波入射最強(qiáng)的方向，由此測(cè)定發(fā)射機(jī)的方位。

3無線電發(fā)射端的調(diào)試技術(shù)分析

3.1能量調(diào)試技術(shù)

在確定未知信號(hào)的頻譜檢測(cè)過程中，能量調(diào)試是一種極為有效的盲檢方法。在傳統(tǒng)的能量檢測(cè)技術(shù)中，信號(hào)接收方需要利用平方器來獲取信號(hào)能力，并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化，如將信號(hào)進(jìn)行前波濾除。能量的檢測(cè)算法可以有效計(jì)算接收信號(hào)的能量，簡(jiǎn)化匹配濾波過程。FFT是一種常用的能量檢測(cè)器，其首先通過天線接收信號(hào)傳送至射頻模塊，射頻模塊對(duì)接收到的信號(hào)函數(shù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后，通過FFT變換即可采集到數(shù)據(jù)點(diǎn)。FFT變換的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是處理增益，其值為采樣點(diǎn)數(shù)與檢測(cè)信號(hào)平均時(shí)間積。因此，要想減小噪聲影響，就可以設(shè)定適當(dāng)?shù)臋z測(cè)門限[2]。但這種方法僅適用于信噪比較大的情況，如果大部分噪聲集中在頻帶內(nèi)部，則還是會(huì)影響調(diào)試結(jié)果。

3.2循環(huán)譜檢測(cè)技術(shù)

所謂循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)，是指在無線通信的過程中，為了使無線電波攜帶期望的通信信號(hào)，會(huì)對(duì)電波信號(hào)進(jìn)行人為調(diào)制，改變其周期、頻率、幅值或相位。這樣調(diào)制后的信號(hào)就具備周期性，具有周期性平穩(wěn)的特征。如果信號(hào)在傳輸過程中受到了噪聲影響，接收端可以利用信號(hào)本身的周期性穩(wěn)定特點(diǎn)，估計(jì)信號(hào)的參數(shù)，從而濾除信號(hào)中的噪聲。需要注意的是，循環(huán)譜檢測(cè)利用了信號(hào)的周期性循環(huán)特點(diǎn)，因此，只能識(shí)別信號(hào)中帶有的平穩(wěn)隨機(jī)噪聲，如果存在周期性干擾，則區(qū)分能力不佳。相比能量調(diào)試法，循環(huán)譜檢測(cè)技術(shù)即使在低信噪比時(shí)也能有較高的檢測(cè)靈敏度。

3.3匹配濾波器檢測(cè)技術(shù)

在進(jìn)行頻譜檢測(cè)時(shí)，如果已知電磁波的先驗(yàn)信息，如調(diào)制方式與沖激波形，則匹配濾波算法是一種最優(yōu)的檢測(cè)算法。相比其余檢測(cè)技術(shù)，匹配濾波的耗費(fèi)時(shí)間較短，在數(shù)字通信與雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)中十分重要。在甲型高斯白噪聲信道中，匹配濾波是一種很好的感知方法。如果要對(duì)授權(quán)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，需要為每位用戶提供接收解碼設(shè)備以預(yù)知授權(quán)用戶的物理層相關(guān)信息；但如果選擇導(dǎo)頻檢測(cè)，則可以使檢測(cè)過程大大簡(jiǎn)化。匹配濾波器的檢測(cè)算法大致如下：接收到的射頻信號(hào)經(jīng)過放大、濾波后，在混頻器中與本振信號(hào)進(jìn)行混頻處理，通過A/D轉(zhuǎn)換將信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散的序列，后將離散信號(hào)與先驗(yàn)信息所形成的序列進(jìn)行點(diǎn)乘，通過得到的判決統(tǒng)計(jì)量可以計(jì)算出算法的檢測(cè)概率與虛警概率。這樣的匹配濾波算法能夠最大化接收端的信噪比，大大降低所需的抽樣數(shù)。但匹配濾波器也存在局限性，即如果先驗(yàn)信息不準(zhǔn)確，則頻譜檢測(cè)性能會(huì)受到很大的影響。

4無線電接收端調(diào)試技術(shù)分析

4.1干擾溫度的檢測(cè)技術(shù)

為了在任何時(shí)間與地點(diǎn)都能提供有效的通信服務(wù)，無線電領(lǐng)域近年來提出了“認(rèn)知無線電”的概念，即通過檢測(cè)無線信道的通信環(huán)境來改變無線電工作參數(shù)，使頻譜資源的使用更加高效。認(rèn)知無線電最重要的一環(huán)就是接收端的調(diào)試，其中干擾溫度的檢測(cè)是較為關(guān)鍵的工作。為了使頻譜檢測(cè)的效果達(dá)到最優(yōu)，在估計(jì)干擾溫度時(shí)，最宜采用的是Multitaper方法，并使用足夠的傳感器來檢測(cè)不同空間位置的信道環(huán)境差異。需要注意的是，雖然MTM計(jì)算法是最優(yōu)的，但奇異值分解限制了算法的實(shí)時(shí)性。為此，可以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)利用矩陣元素與奇異值之間的關(guān)系，從而減小奇異值的運(yùn)算量，這樣有利于算法實(shí)時(shí)性的提高。在完成干擾溫度的檢測(cè)后，系統(tǒng)可以對(duì)傳輸工作所可能受到的干擾進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而調(diào)整自己的發(fā)射參數(shù)。同時(shí)，系統(tǒng)還可以通過引入代價(jià)函數(shù)表的形式，在共享系統(tǒng)中形成最優(yōu)解，從而防止因?yàn)槿魏我粋€(gè)用戶的發(fā)射功率增大使其他用戶的效用降低，減少系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。

4.2本振泄露功率檢測(cè)技術(shù)

所謂本振泄露，是指在無線接收機(jī)工作時(shí)，為了對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，要將信號(hào)輸入振蕩器中，在這個(gè)階段會(huì)有一些信號(hào)從天線泄漏。通過檢測(cè)天線的泄漏信號(hào)，就可以一定程度判斷用戶的當(dāng)前工作狀態(tài)。但實(shí)際上，由于本振泄露能量一般很小，且因接收機(jī)模型的不同而有較大差異，非授權(quán)用戶檢測(cè)的錯(cuò)誤率很大，使得本振泄露功率檢測(cè)技術(shù)實(shí)施起來通常具有很大的難度。為了解決這一問題，本振泄露功率檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用中，可以在接收端放置傳感器以感知振蕩器的泄漏功率，并將其傳輸?shù)椒鞘跈?quán)用戶，以校正模型。

4.3合作式檢測(cè)技術(shù)

所謂合作式檢測(cè)技術(shù)，是指由于在無線通信環(huán)境中，信號(hào)難以避免會(huì)受到外部因素的影響，為此，需要此頻段上的不用用戶之間進(jìn)行協(xié)同檢測(cè)，從而提高檢測(cè)工作的可靠性。合作式檢測(cè)技術(shù)又可以分為分布式檢測(cè)與中心式檢測(cè)。合作式檢測(cè)可以很好地避免深衰落區(qū)的影響，因?yàn)樗杏脩舻臋z測(cè)傳感器都落在檢測(cè)深衰落區(qū)的可能性極小。中心式檢測(cè)是將所有用戶收集到的信息進(jìn)行匯總分析，并由無線電基站廣播給其他設(shè)備，具有較好的檢測(cè)效果，而分布式檢測(cè)的性能則隨著用戶量的增加而提高。

5結(jié)語

總而言之，隨著無線電技術(shù)的不斷發(fā)展，未來對(duì)無線電發(fā)射端與接收端的調(diào)試技術(shù)需求必將越來越明顯。本文分析了現(xiàn)階段主要的無線電調(diào)試技術(shù)，對(duì)相關(guān)研究工作的進(jìn)行具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李萍萍.無線電調(diào)試的技術(shù)分析與應(yīng)用[J].科研，2016（5）：00022.

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