无线电调试的技术应用与分析

王 伟

（中国电子科技集团公司 第二十七研究所，河南 郑州 450000）

0 引 言

在通信和电力等一系列应用范畴中，无线电技术所扮演的角色相当关键，中等长距离信号传输对此项技术的需求正在与日俱增，大空间信号传输更是迫切需要以无线电技术为基础。在该技术发展速度不断提升的背景下，搭载无线电调试的信号识别技术同样得到了长足的发展与进步。从调试的角度来说，无线电最为突出的特征即电波频率。为保障信息携带及传输过程中的有效性，在无线电波传输过程当中必须人为干预无线电波，使其频率产生规律性的变化，并为接收端可靠识别，此过程中所应用的技术方法统称为无线电调试技术[1-5]。由此可见，围绕无线电调试技术应用情况展开系统分析与研究，对保障无线电长距离且大空间传输有非常重要的意义与价值。

1 无线电发射端调试技术

1.1 能量调试技术

在无线电调试领域最为基础的信号检测技术即能量检测。在信号频谱检测中，能量调试检测的对未知信号的检测效果非常理想，是一种具有高度可靠性及有效性的盲检技术。以往在能量调试及信号检测技术应用期间，信号接收方需要以平方器为依托获取信号能力，并经转化前波滤除信号。接收信号能量大小的计算需要以能量调试检测技术为依据来实现，以达到优化匹配滤波过程的目的。当前技术条件支持下，FFT作为一种应用频率较高的能量检测器，其进行能量调试与检测的基本操作流程如图1所示。获取所设定每一步进频段内的平均能量，以中心频率为依据排序并储存于链表内，进行N次扫频，并在此基础上对各个频段数学平均值进行计算。常规情况下，N取值为3，一方面节约等待时间，另一方面能实现对较大随机误差值的滤除。以此种方式可获取各个步进频率多次扫频的平均功率值，接入频率和功率的最大频率能量值以及最小频率能量值。通过比较两个数值，在差异较小的情况下返回标志及数据，为后续动态接入提供策略支持，以便工作人员在原频率或新最小频率中进行灵活选取[6-8]。

结合图1，信号由天线端接收并传输至射频模块，射频模块负责对所接收的信号函数进行数模转换处理，并通过FFT变化的方式获取采集数据点的信息。在FFT变化过程当中，增益处理非常关键，采样点数与检测信号的平均时间积可作为该参数的取值标准。从这一角度上来说，为实现对噪声干扰的合理控制，就需要合理设定检测过程中的检测值门限。但这种操作方法仅适用于信噪比较大的情况，若绝大部分噪声集中分布于频带内部，则同样会对无线电调试结果产生一定程度上的影响。从这一角度来说，能量检测方法在应用于无线电发射端调试的过程中有非常明显的优势，如无需对用户信号的先验信息进行授权，在未知信号检测方面优势突出，但其对噪声缺乏抵抗能力，同样需要在实际应用中加以关注[9-11]。

图1 FFT能量调试与检测的基本操作流程示意图

1.2 循环谱检测技术

在无线通信过程中，循环平稳信号是指为确保无线电波携带期望的通信信号，会对电波信号进行人为干预与调试，并对其周期、频率、相位以及幅值进行一定程度上的改变。经人为调试处理后的信号具备一定周期性，且有周期性平稳的特点。在信号传输过程中，若遭遇噪声干扰，则无线电接收端可以对信号参数进行预估，此过程中需要借助于信号自身的周期稳定特点，并滤除信号噪声干扰。在此期间必须引起重视的问题是信号周期循环是循环谱检测技术得以应用的重要依据，但受此因素影响也就意味着对信号中噪声的识别局限于平稳的随机噪声，周期性噪声干扰并无法达到良好的区分效果。而与传统意义上的能量调试检测技术相比，循环谱检测技术在信噪比偏低的情况下检测灵敏度高，优势突出。

1.3 匹配滤波器检测技术

在无线电接收端频谱检测过程中，当电磁波先验信息处于已知状态的情况下（包括冲击波形及调试方法等在内），则可尝试应用匹配滤波算法达到最佳的无线电调试效果。以加性高斯白噪声信道为例，匹配滤波算法表现出了非常理想的感知能力。在对授权信号进行调试解调的过程中，需要在用户及接收解码设备间建立一一对应的关系，以确保能够预知授权用户所对应的物理层信息。但在对导频检测技术进行应用期间，能够在很大程度上简化检测过程。基于匹配滤波器检测技术的基本工作流程如图2所示。结合图2，整套检测算法的基本处理思路如下。射频信号被接收后经过放大滤波处理，通过本振信号与混频器混频的方式，经A/D转化形成离散序列状态，并通过点乘的方式对离散信号及先验信息所形成的序列进行处理，生成与之相对应的判决统计量，最后计算算法检测概率及所对应的虚警概率。以此种方式进行匹配滤波处理能够使无线电接收端信噪比得到最大化处理，使抽样数得到最大限度的控制。但本算法同样存在一定程度上的局限性，即在先验信息失真的情况下，频谱检测性能也会受到影响[12]。

图2 匹配滤波器检测技术基本工作流程示意图

2 无线电接收端调试技术

2.1 干扰温度检测技术

近年来，为确保无线通信服务突破时间空间限制，在无线通信领域开始提出认知无线电的概念，即搭载对无线信道通信环境进行检测的方式使无线电工作参数处于可调节状态下，这对频谱资源应用效率的提升非常关键。从认知无线电的角度上来说，核心工作就是无线电接收端调试技术的应用，而有关干扰温度的检测则是重中之重。为进一步优化频谱检测效果，在对干扰温度进行预估的时候，推荐采用Multitaper方法，并基于传感器装置对不同空间位置信道环境存在差异进行检测。在此过程中需要注意的一点是，尽管原则上推荐采用Multitaper方法，但算法实时性仍然会在一定程度上受到奇异值分解的影响，因此实际应用中可以尝试最大限度地控制奇异值运算量，比较推荐采取的方法是利用奇异值与矩阵元素之间的对应关系来提升算法实时性。在干扰温度检测基础上可以进一步预测传输过程中可能面临的干扰项目，从而对发射参数进行针对性的调节。除此以外，系统还可将代价函数表介入其中，在共享系统中寻求最优解，以此种方式避免因单个用户发射功率瞬时性变化而对其他用户效用水平产生较大影响，对减少资源浪费也有非常重要的意义[13]。

2.2 本振泄露功率检测技术

本振泄露功率检测技术所强调的概念是指，对于无线接收机而言，为面向无线电传输期间的高频信号进行解调，同时确保解调的可靠性，就需要将相关信号参数输入振荡器内，但在此期间经天线会出现部分信号的泄漏问题。因此，需要尝试通过检测天线泄漏信号的方式实现对用户当前工作状态的判定。但需要注意的是，在无线电传输技术不断发展完善的背景下，本振泄露能量已经倾向于较小状态，且受接收机模型差异影响表现出较大差异，非授权用户检测错误率较高，导致此项检测技术在实际应用中存在较大难度。为解决该问题，可以尝试将传感器装置放置于无线电接收端，以实现对振荡器泄漏功率的可靠感知，并面向非授权用户建立连接关系，达到校正模型，降低非授权用户检测错误率的目的[14]。

2.3 合作式检测技术

此项技术是指在无线通信环境中，外部因素会在一定程度上对信号质量构成影响。为此，需要在该频段上的不同用户间建立协同检测关系，以促进检测质量与工作可靠性水平的提升。此项技术可以按照检测原理的不同划分为中心式检测及分布式检测两种类型，合作应用能够避免无线电接收端调试受到深衰落区的影响。通过对用户所收集信息进行汇总分析的方式，经过无线电基站面向其他设备进行广播，其整体性能会伴随用户量的增加而呈现出较为明显的提升趋势，总体检测效果良好[15]。

3 结 论

在无线电技术蓬勃发展的背景下，后续工作实践中对无线电发射端及接收端调试技术的需求也将明显上升。本文上述分析中对无线电调试过程中发射端与接收端相关技术的应用问题展开分析，对后续工作的开展有一定参考意义，希望能够引起业内人士的关注与重视。