無線電調(diào)試的技術(shù)應(yīng)用與分析

王 偉

（中國電子科技集團(tuán)公司 第二十七研究所，河南 鄭州 450000）

0 引 言

在通信和電力等一系列應(yīng)用范疇中，無線電技術(shù)所扮演的角色相當(dāng)關(guān)鍵，中等長距離信號傳輸對此項技術(shù)的需求正在與日俱增，大空間信號傳輸更是迫切需要以無線電技術(shù)為基礎(chǔ)。在該技術(shù)發(fā)展速度不斷提升的背景下，搭載無線電調(diào)試的信號識別技術(shù)同樣得到了長足的發(fā)展與進(jìn)步。從調(diào)試的角度來說，無線電最為突出的特征即電波頻率。為保障信息攜帶及傳輸過程中的有效性，在無線電波傳輸過程當(dāng)中必須人為干預(yù)無線電波，使其頻率產(chǎn)生規(guī)律性的變化，并為接收端可靠識別，此過程中所應(yīng)用的技術(shù)方法統(tǒng)稱為無線電調(diào)試技術(shù)[1-5]。由此可見，圍繞無線電調(diào)試技術(shù)應(yīng)用情況展開系統(tǒng)分析與研究，對保障無線電長距離且大空間傳輸有非常重要的意義與價值。

1 無線電發(fā)射端調(diào)試技術(shù)

1.1 能量調(diào)試技術(shù)

在無線電調(diào)試領(lǐng)域最為基礎(chǔ)的信號檢測技術(shù)即能量檢測。在信號頻譜檢測中，能量調(diào)試檢測的對未知信號的檢測效果非常理想，是一種具有高度可靠性及有效性的盲檢技術(shù)。以往在能量調(diào)試及信號檢測技術(shù)應(yīng)用期間，信號接收方需要以平方器為依托獲取信號能力，并經(jīng)轉(zhuǎn)化前波濾除信號。接收信號能量大小的計算需要以能量調(diào)試檢測技術(shù)為依據(jù)來實現(xiàn)，以達(dá)到優(yōu)化匹配濾波過程的目的。當(dāng)前技術(shù)條件支持下，F(xiàn)FT作為一種應(yīng)用頻率較高的能量檢測器，其進(jìn)行能量調(diào)試與檢測的基本操作流程如圖1所示。獲取所設(shè)定每一步進(jìn)頻段內(nèi)的平均能量，以中心頻率為依據(jù)排序并儲存于鏈表內(nèi)，進(jìn)行N次掃頻，并在此基礎(chǔ)上對各個頻段數(shù)學(xué)平均值進(jìn)行計算。常規(guī)情況下，N取值為3，一方面節(jié)約等待時間，另一方面能實現(xiàn)對較大隨機(jī)誤差值的濾除。以此種方式可獲取各個步進(jìn)頻率多次掃頻的平均功率值，接入頻率和功率的最大頻率能量值以及最小頻率能量值。通過比較兩個數(shù)值，在差異較小的情況下返回標(biāo)志及數(shù)據(jù)，為后續(xù)動態(tài)接入提供策略支持，以便工作人員在原頻率或新最小頻率中進(jìn)行靈活選取[6-8]。

結(jié)合圖1，信號由天線端接收并傳輸至射頻模塊，射頻模塊負(fù)責(zé)對所接收的信號函數(shù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換處理，并通過FFT變化的方式獲取采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息。在FFT變化過程當(dāng)中，增益處理非常關(guān)鍵，采樣點(diǎn)數(shù)與檢測信號的平均時間積可作為該參數(shù)的取值標(biāo)準(zhǔn)。從這一角度上來說，為實現(xiàn)對噪聲干擾的合理控制，就需要合理設(shè)定檢測過程中的檢測值門限。但這種操作方法僅適用于信噪比較大的情況，若絕大部分噪聲集中分布于頻帶內(nèi)部，則同樣會對無線電調(diào)試結(jié)果產(chǎn)生一定程度上的影響。從這一角度來說，能量檢測方法在應(yīng)用于無線電發(fā)射端調(diào)試的過程中有非常明顯的優(yōu)勢，如無需對用戶信號的先驗信息進(jìn)行授權(quán)，在未知信號檢測方面優(yōu)勢突出，但其對噪聲缺乏抵抗能力，同樣需要在實際應(yīng)用中加以關(guān)注[9-11]。

圖1 FFT能量調(diào)試與檢測的基本操作流程示意圖

1.2 循環(huán)譜檢測技術(shù)

在無線通信過程中，循環(huán)平穩(wěn)信號是指為確保無線電波攜帶期望的通信信號，會對電波信號進(jìn)行人為干預(yù)與調(diào)試，并對其周期、頻率、相位以及幅值進(jìn)行一定程度上的改變。經(jīng)人為調(diào)試處理后的信號具備一定周期性，且有周期性平穩(wěn)的特點(diǎn)。在信號傳輸過程中，若遭遇噪聲干擾，則無線電接收端可以對信號參數(shù)進(jìn)行預(yù)估，此過程中需要借助于信號自身的周期穩(wěn)定特點(diǎn)，并濾除信號噪聲干擾。在此期間必須引起重視的問題是信號周期循環(huán)是循環(huán)譜檢測技術(shù)得以應(yīng)用的重要依據(jù)，但受此因素影響也就意味著對信號中噪聲的識別局限于平穩(wěn)的隨機(jī)噪聲，周期性噪聲干擾并無法達(dá)到良好的區(qū)分效果。而與傳統(tǒng)意義上的能量調(diào)試檢測技術(shù)相比，循環(huán)譜檢測技術(shù)在信噪比偏低的情況下檢測靈敏度高，優(yōu)勢突出。

1.3 匹配濾波器檢測技術(shù)

在無線電接收端頻譜檢測過程中，當(dāng)電磁波先驗信息處于已知狀態(tài)的情況下（包括沖擊波形及調(diào)試方法等在內(nèi)），則可嘗試應(yīng)用匹配濾波算法達(dá)到最佳的無線電調(diào)試效果。以加性高斯白噪聲信道為例，匹配濾波算法表現(xiàn)出了非常理想的感知能力。在對授權(quán)信號進(jìn)行調(diào)試解調(diào)的過程中，需要在用戶及接收解碼設(shè)備間建立一一對應(yīng)的關(guān)系，以確保能夠預(yù)知授權(quán)用戶所對應(yīng)的物理層信息。但在對導(dǎo)頻檢測技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用期間，能夠在很大程度上簡化檢測過程?；谄ヅ錇V波器檢測技術(shù)的基本工作流程如圖2所示。結(jié)合圖2，整套檢測算法的基本處理思路如下。射頻信號被接收后經(jīng)過放大濾波處理，通過本振信號與混頻器混頻的方式，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化形成離散序列狀態(tài)，并通過點(diǎn)乘的方式對離散信號及先驗信息所形成的序列進(jìn)行處理，生成與之相對應(yīng)的判決統(tǒng)計量，最后計算算法檢測概率及所對應(yīng)的虛警概率。以此種方式進(jìn)行匹配濾波處理能夠使無線電接收端信噪比得到最大化處理，使抽樣數(shù)得到最大限度的控制。但本算法同樣存在一定程度上的局限性，即在先驗信息失真的情況下，頻譜檢測性能也會受到影響[12]。

圖2 匹配濾波器檢測技術(shù)基本工作流程示意圖

2 無線電接收端調(diào)試技術(shù)

2.1 干擾溫度檢測技術(shù)

近年來，為確保無線通信服務(wù)突破時間空間限制，在無線通信領(lǐng)域開始提出認(rèn)知無線電的概念，即搭載對無線信道通信環(huán)境進(jìn)行檢測的方式使無線電工作參數(shù)處于可調(diào)節(jié)狀態(tài)下，這對頻譜資源應(yīng)用效率的提升非常關(guān)鍵。從認(rèn)知無線電的角度上來說，核心工作就是無線電接收端調(diào)試技術(shù)的應(yīng)用，而有關(guān)干擾溫度的檢測則是重中之重。為進(jìn)一步優(yōu)化頻譜檢測效果，在對干擾溫度進(jìn)行預(yù)估的時候，推薦采用Multitaper方法，并基于傳感器裝置對不同空間位置信道環(huán)境存在差異進(jìn)行檢測。在此過程中需要注意的一點(diǎn)是，盡管原則上推薦采用Multitaper方法，但算法實時性仍然會在一定程度上受到奇異值分解的影響，因此實際應(yīng)用中可以嘗試最大限度地控制奇異值運(yùn)算量，比較推薦采取的方法是利用奇異值與矩陣元素之間的對應(yīng)關(guān)系來提升算法實時性。在干擾溫度檢測基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步預(yù)測傳輸過程中可能面臨的干擾項目，從而對發(fā)射參數(shù)進(jìn)行針對性的調(diào)節(jié)。除此以外，系統(tǒng)還可將代價函數(shù)表介入其中，在共享系統(tǒng)中尋求最優(yōu)解，以此種方式避免因單個用戶發(fā)射功率瞬時性變化而對其他用戶效用水平產(chǎn)生較大影響，對減少資源浪費(fèi)也有非常重要的意義[13]。

2.2 本振泄露功率檢測技術(shù)

本振泄露功率檢測技術(shù)所強(qiáng)調(diào)的概念是指，對于無線接收機(jī)而言，為面向無線電傳輸期間的高頻信號進(jìn)行解調(diào)，同時確保解調(diào)的可靠性，就需要將相關(guān)信號參數(shù)輸入振蕩器內(nèi)，但在此期間經(jīng)天線會出現(xiàn)部分信號的泄漏問題。因此，需要嘗試通過檢測天線泄漏信號的方式實現(xiàn)對用戶當(dāng)前工作狀態(tài)的判定。但需要注意的是，在無線電傳輸技術(shù)不斷發(fā)展完善的背景下，本振泄露能量已經(jīng)傾向于較小狀態(tài)，且受接收機(jī)模型差異影響表現(xiàn)出較大差異，非授權(quán)用戶檢測錯誤率較高，導(dǎo)致此項檢測技術(shù)在實際應(yīng)用中存在較大難度。為解決該問題，可以嘗試將傳感器裝置放置于無線電接收端，以實現(xiàn)對振蕩器泄漏功率的可靠感知，并面向非授權(quán)用戶建立連接關(guān)系，達(dá)到校正模型，降低非授權(quán)用戶檢測錯誤率的目的[14]。

2.3 合作式檢測技術(shù)

此項技術(shù)是指在無線通信環(huán)境中，外部因素會在一定程度上對信號質(zhì)量構(gòu)成影響。為此，需要在該頻段上的不同用戶間建立協(xié)同檢測關(guān)系，以促進(jìn)檢測質(zhì)量與工作可靠性水平的提升。此項技術(shù)可以按照檢測原理的不同劃分為中心式檢測及分布式檢測兩種類型，合作應(yīng)用能夠避免無線電接收端調(diào)試受到深衰落區(qū)的影響。通過對用戶所收集信息進(jìn)行匯總分析的方式，經(jīng)過無線電基站面向其他設(shè)備進(jìn)行廣播，其整體性能會伴隨用戶量的增加而呈現(xiàn)出較為明顯的提升趨勢，總體檢測效果良好[15]。

3 結(jié) 論

在無線電技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，后續(xù)工作實踐中對無線電發(fā)射端及接收端調(diào)試技術(shù)的需求也將明顯上升。本文上述分析中對無線電調(diào)試過程中發(fā)射端與接收端相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用問題展開分析，對后續(xù)工作的開展有一定參考意義，希望能夠引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重視。