無線電調試的技術應用與分析

王 偉

（中國電子科技集團公司 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用范疇中，無線電技術所扮演的角色相當關鍵，中等長距離信號傳輸對此項技術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為基礎。在該技術發展速度不斷提升的背景下，搭載無線電調試的信號識別技術同樣得到了長足的發展與進步。從調試的角度來說，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中必須人為干預無線電波，使其頻率產生規律性的變化，并為接收端可靠識別，此過程中所應用的技術方法統稱為無線電調試技術[1-5]。由此可見，圍繞無線電調試技術應用情況展開系統分析與研究，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 無線電發射端調試技術

1.1 能量調試技術

在無線電調試領域最為基礎的信號檢測技術即能量檢測。在信號頻譜檢測中，能量調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。以往在能量調試及信號檢測技術應用期間，信號接收方需要以平方器為依托獲取信號能力，并經轉化前波濾除信號。接收信號能量大小的計算需要以能量調試檢測技術為依據來實現，以達到優化匹配濾波過程的目的。當前技術條件支持下，FFT作為一種應用頻率較高的能量檢測器，其進行能量調試與檢測的基本操作流程如圖1所示。獲取所設定每一步進頻段內的平均能量，以中心頻率為依據排序并儲存于鏈表內，進行N次掃頻，并在此基礎上對各個頻段數學平均值進行計算。常規情況下，N取值為3，一方面節約等待時間，另一方面能實現對較大隨機誤差值的濾除。以此種方式可獲取各個步進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。通過比較兩個數值，在差異較小的情況下返回標志及數據，為后續動態接入提供策略支持，以便工作人員在原頻率或新最小頻率中進行靈活選取[6-8]。

結合圖1，信號由天線端接收并傳輸至射頻模塊，射頻模塊負責對所接收的信號函數進行數模轉換處理，并通過FFT變化的方式獲取采集數據點的信息。在FFT變化過程當中，增益處理非常關鍵，采樣點數與檢測信號的平均時間積可作為該參數的取值標準。從這一角度上來說，為實現對噪聲干擾的合理控制，就需要合理設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部，則同樣會對無線電調試結果產生一定程度上的影響。從這一角度來說，能量檢測方法在應用于無線電發射端調試的過程中有非常明顯的優勢，如無需對用戶信號的先驗信息進行授權，在未知信號檢測方面優勢突出，但其對噪聲缺乏抵抗能力，同樣需要在實際應用中加以關注[9-11]。

圖1 FFT能量調試與檢測的基本操作流程示意圖

1.2 循環譜檢測技術

在無線通信過程中，循環平穩信號是指為確保無線電波攜帶期望的通信信號，會對電波信號進行人為干預與調試，并對其周期、頻率、相位以及幅值進行一定程度上的改變。經人為調試處理后的信號具備一定周期性，且有周期性平穩的特點。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進行預估，此過程中需要借助于信號自身的周期穩定特點，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是循環譜檢測技術得以應用的重要依據，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的隨機噪聲，周期性噪聲干擾并無法達到良好的區分效果。而與傳統意義上的能量調試檢測技術相比，循環譜檢測技術在信噪比偏低的情況下檢測靈敏度高，優勢突出。

1.3 匹配濾波器檢測技術

在無線電接收端頻譜檢測過程中，當電磁波先驗信息處于已知狀態的情況下（包括沖擊波形及調試方法等在內），則可嘗試應用匹配濾波算法達到最佳的無線電調試效果。以加性高斯白噪聲信道為例，匹配濾波算法表現出了非常理想的感知能力。在對授權信號進行調試解調的過程中，需要在用戶及接收解碼設備間建立一一對應的關系，以確保能夠預知授權用戶所對應的物理層信息。但在對導頻檢測技術進行應用期間，能夠在很大程度上簡化檢測過程。基于匹配濾波器檢測技術的基本工作流程如圖2所示。結合圖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過放大濾波處理，通過本振信號與混頻器混頻的方式，經A/D轉化形成離散序列狀態，并通過點乘的方式對離散信號及先驗信息所形成的序列進行處理，生成與之相對應的判決統計量，最后計算算法檢測概率及所對應的虛警概率。以此種方式進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基本工作流程示意圖

2 無線電接收端調試技術

2.1 干擾溫度檢測技術

近年來，為確保無線通信服務突破時間空間限制，在無線通信領域開始提出認知無線電的概念，即搭載對無線信道通信環境進行檢測的方式使無線電工作參數處于可調節狀態下，這對頻譜資源應用效率的提升非常關鍵。從認知無線電的角度上來說，核心工作就是無線電接收端調試技術的應用，而有關干擾溫度的檢測則是重中之重。為進一步優化頻譜檢測效果，在對干擾溫度進行預估的時候，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境存在差異進行檢測。在此過程中需要注意的一點是，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，因此實際應用中可以嘗試最大限度地控制奇異值運算量，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關系來提升算法實時性。在干擾溫度檢測基礎上可以進一步預測傳輸過程中可能面臨的干擾項目，從而對發射參數進行針對性的調節。除此以外，系統還可將代價函數表介入其中，在共享系統中尋求最優解，以此種方式避免因單個用戶發射功率瞬時性變化而對其他用戶效用水平產生較大影響，對減少資源浪費也有非常重要的意義[13]。

2.2 本振泄露功率檢測技術

本振泄露功率檢測技術所強調的概念是指，對于無線接收機而言，為面向無線電傳輸期間的高頻信號進行解調，同時確保解調的可靠性，就需要將相關信號參數輸入振蕩器內，但在此期間經天線會出現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對用戶當前工作狀態的判定。但需要注意的是，在無線電傳輸技術不斷發展完善的背景下，本振泄露能量已經傾向于較小狀態，且受接收機模型差異影響表現出較大差異，非授權用戶檢測錯誤率較高，導致此項檢測技術在實際應用中存在較大難度。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，以實現對振蕩器泄漏功率的可靠感知，并面向非授權用戶建立連接關系，達到校正模型，降低非授權用戶檢測錯誤率的目的[14]。

2.3 合作式檢測技術

此項技術是指在無線通信環境中，外部因素會在一定程度上對信號質量構成影響。為此，需要在該頻段上的不同用戶間建立協同檢測關系，以促進檢測質量與工作可靠性水平的提升。此項技術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，合作應用能夠避免無線電接收端調試受到深衰落區的影響。通過對用戶所收集信息進行匯總分析的方式，經過無線電基站面向其他設備進行廣播，其整體性能會伴隨用戶量的增加而呈現出較為明顯的提升趨勢，總體檢測效果良好[15]。

3 結 論

在無線電技術蓬勃發展的背景下，后續工作實踐中對無線電發射端及接收端調試技術的需求也將明顯上升。本文上述分析中對無線電調試過程中發射端與接收端相關技術的應用問題展開分析，對后續工作的開展有一定參考意義，希望能夠引起業內人士的關注與重視。