無(wú)線電頻譜與無(wú)線電信號(hào)數(shù)據(jù)協(xié)同可視研究

文/樊晶

對(duì)于無(wú)線電頻譜而言，它是當(dāng)前背景下無(wú)限信息進(jìn)行傳輸不可缺少的重要部分。由于無(wú)線通信等相關(guān)技術(shù)的大力發(fā)展，使得無(wú)線電磁方面的環(huán)境變得非常復(fù)雜，出現(xiàn)了非常多的干擾信號(hào)。然而，通過(guò)對(duì)無(wú)線電信號(hào)與頻譜監(jiān)測(cè)方面的合理管理，能夠有效地減少信號(hào)干擾，使通訊鏈路等得到有力保障。然而，我國(guó)當(dāng)前在這方面的研究還處于起步階段，還有很多研究?jī)?nèi)容需要實(shí)現(xiàn)。因此，加強(qiáng)這些方面的研究，具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、無(wú)線電監(jiān)測(cè)與無(wú)線電管理簡(jiǎn)述

無(wú)線電管理相關(guān)活動(dòng)的開(kāi)展，需要無(wú)線電監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。在對(duì)頻譜資源的使用過(guò)程中，無(wú)線電監(jiān)測(cè)方面的技術(shù)應(yīng)用具有相當(dāng)重要的意義。由于信息化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得該項(xiàng)技術(shù)在諸多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。比如電信、航空等。當(dāng)前形勢(shì)下，無(wú)線電的監(jiān)管已經(jīng)步入了智能化的發(fā)展階段，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注智能化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和頻譜共享。這兩方面的技術(shù)應(yīng)用，能夠促進(jìn)無(wú)線電監(jiān)管的進(jìn)一步發(fā)展。

二、無(wú)線電頻譜與無(wú)線電信號(hào)數(shù)據(jù)與任務(wù)分析

(一)無(wú)線電頻譜和無(wú)線電信號(hào)數(shù)據(jù)分析

就無(wú)線電而言，它生成信號(hào)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，通常都包括三個(gè)步驟，即無(wú)線電頻譜通過(guò)相關(guān)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)近似于正弦波浮點(diǎn)型方面的АD采樣序列的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；依靠快速傅里葉的變換作用，將該數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，能夠得到無(wú)線電頻譜方面的數(shù)據(jù)；依靠對(duì)各種頻譜數(shù)據(jù)的綜合處理，將得到的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終得到無(wú)線電信號(hào)方面的數(shù)據(jù)。該步驟如圖1：

在新信號(hào)、干擾信號(hào)等方面的應(yīng)用中，無(wú)線電頻譜的數(shù)據(jù)可以說(shuō)是應(yīng)用最多的。一般情況下，它的基本單位都是幀，在某個(gè)特定的監(jiān)控時(shí)段，其信號(hào)振幅的相關(guān)情況就可以通過(guò)幀來(lái)進(jìn)行記錄和體現(xiàn)，并且可以由此對(duì)可能存在的信號(hào)頻點(diǎn)進(jìn)行推斷。對(duì)于每一幀的數(shù)據(jù)項(xiàng)來(lái)講，包含的內(nèi)容眾多，主要有起始和終止的頻率，平均的平滑次數(shù)、頻譜和時(shí)間等。在每一幀里面，頻譜都是最為核心的數(shù)據(jù)項(xiàng)。比方說(shuō)在某一幀處，它的采樣頻段是900至950 MHz，而點(diǎn)數(shù)是1024，那么，這1024頻譜的點(diǎn)數(shù)就將用來(lái)分配這50MHz，而這些頻率點(diǎn)上面的值就是其信號(hào)振幅。

(二)分析需求

在具體的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于分析與理解頻譜數(shù)據(jù)這項(xiàng)工作而言，要求非常專業(yè)。首先，這項(xiàng)數(shù)據(jù)無(wú)法對(duì)監(jiān)測(cè)頻段內(nèi)無(wú)線信號(hào)的數(shù)量進(jìn)行直接地說(shuō)明，只是對(duì)頻譜的占用情況進(jìn)行一定的反映。他需要通過(guò)比較專業(yè)的相關(guān)人士，采用多種類型的頻譜圖，對(duì)可能真實(shí)存在的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。這對(duì)于一般的用戶來(lái)說(shuō)，由于專業(yè)性和經(jīng)驗(yàn)方面的因素，無(wú)法對(duì)此進(jìn)行判斷。如果出現(xiàn)監(jiān)控的時(shí)間增加、信號(hào)增多的現(xiàn)象，人工在進(jìn)行分析工作的效率方面會(huì)受到比較大的影響。而且在信號(hào)關(guān)聯(lián)等分析方面，人工完成此類任務(wù)。其次，頻譜屬于非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。如果時(shí)間、位置不相同，則它無(wú)法融合相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。同時(shí)，對(duì)于無(wú)線電的管理者所掌控的授權(quán)臺(tái)站庫(kù)、監(jiān)測(cè)設(shè)備庫(kù)等資源，無(wú)線電頻譜無(wú)法完成這些數(shù)據(jù)資源的整合。這將會(huì)影響到智能化的數(shù)據(jù)分析。

在АD采樣序列與頻譜數(shù)據(jù)里面，通過(guò)對(duì)相關(guān)信號(hào)特征的提取，可以發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向。在無(wú)線電信號(hào)數(shù)據(jù)里面，每一個(gè)數(shù)據(jù)的記錄，都會(huì)有一個(gè)無(wú)線電的信號(hào)來(lái)與之相對(duì)應(yīng)。每個(gè)數(shù)據(jù)向，都是對(duì)某個(gè)時(shí)刻多為特征的有效反映。并且其結(jié)構(gòu)化方面的特點(diǎn)，能夠促進(jìn)數(shù)據(jù)的融合。當(dāng)前形勢(shì)下，無(wú)線電的管理人員與分析人員仍在對(duì)無(wú)線電的信號(hào)數(shù)據(jù)生成和有效利用進(jìn)行探究。在這個(gè)探索過(guò)程里，還存在這一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下方面：

1.對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行判斷

對(duì)于無(wú)線電的信號(hào)數(shù)據(jù)提取來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的工作。提取結(jié)果受到了參數(shù)與流程因素的嚴(yán)重影響。它要求在采集設(shè)備與環(huán)境不相同的情況下，對(duì)這兩方面的因素進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整。此處將門(mén)限電平的參數(shù)作為參考，假如在頻譜當(dāng)中，凡是超過(guò)信號(hào)門(mén)限電平的都當(dāng)作是信號(hào)，沒(méi)有超過(guò)的就為背景噪音。在這種情況下，信號(hào)提取是否正確，就要設(shè)置門(mén)限電平是否合理。除此之外，在當(dāng)前背景下，這種判斷方式仍然缺乏較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)參考，只能依靠相關(guān)專業(yè)人士的經(jīng)驗(yàn)。所以，應(yīng)當(dāng)提供一些專門(mén)的判斷工具，以減少專業(yè)人士在這方面的工作負(fù)擔(dān)。

2.多特征信號(hào)模式的直觀體現(xiàn)

在分析與展示頻譜數(shù)據(jù)的過(guò)程中，盡管廣泛使用時(shí)頻圖等可視化的形式。然而，對(duì)于時(shí)頻維度更加離散的信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)講，采用時(shí)頻圖等形式的優(yōu)勢(shì)就不那么明顯了。同時(shí)，由于多維數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量比較多，而且在沒(méi)有完成對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的聚類之前，線圖、散點(diǎn)圖等方式，無(wú)法很好地對(duì)該信號(hào)特診的相關(guān)時(shí)變模式進(jìn)行表現(xiàn)，也就不能在面對(duì)很多無(wú)線電信號(hào)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行有效地分析。所以，有必要在可視化方面進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，找出一種新型方法，以對(duì)多特征的時(shí)變模式進(jìn)行分析和比較。

3.對(duì)無(wú)線電信號(hào)數(shù)據(jù)的有效聚類

對(duì)于無(wú)線電信號(hào)而言，它的數(shù)據(jù)提取是依照時(shí)間間隔來(lái)完成的。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)的相關(guān)頻段內(nèi)，只要是非瞬時(shí)的信號(hào)，都將被記錄多次。比方說(shuō)，采樣頻譜的間隔是0.1s，以1s來(lái)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取的話，一組信號(hào)數(shù)據(jù)的生成，只需要10幀頻譜就能完成。假如需要監(jiān)測(cè)五分鐘，那么，無(wú)線信號(hào)所對(duì)應(yīng)的記錄最多為300個(gè)。同時(shí)，采集設(shè)備與信號(hào)都具有不穩(wěn)定性的特征，所以，對(duì)同一信號(hào)進(jìn)行采樣，會(huì)在一定程度上出現(xiàn)波動(dòng)的現(xiàn)象。這就要求在對(duì)信號(hào)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類的時(shí)候，不可以按照中心頻率等相關(guān)特征來(lái)完成。除此之外，在頻段上，信號(hào)的分布也不是很均衡，時(shí)間方面也存在間隔，還有一些干擾因素的存在可能。所以，對(duì)于信號(hào)數(shù)量的預(yù)估來(lái)講，人們很難在實(shí)際中很好地完成。從這一點(diǎn)來(lái)看，那些自動(dòng)化聚類的相關(guān)方式無(wú)法獲取較好的結(jié)果也在情理之中。這需要專家在聚類的過(guò)程中，提供相應(yīng)的交互分析方面的工具，并把一些經(jīng)驗(yàn)添加進(jìn)去，對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

三、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在我國(guó)當(dāng)前背景下，對(duì)于無(wú)線電信號(hào)數(shù)據(jù)的提取與分析還有很多工作要做。在這個(gè)起步階段，需要進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究。對(duì)于無(wú)線電的信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，有效地完善了頻譜數(shù)據(jù)，對(duì)無(wú)線電的監(jiān)管也是具有相當(dāng)重要的意義。

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