無線電頻譜監測關鍵技術探析

米 超，賀 川，羅兵富

(63788部隊，甘肅 隴南 764000)

0 引言

應用無線電監測，需要考慮到其電磁環境的安全性。通過確保無線電頻率的合理性，提出開發無線電等有效方式，滿足其應用效率的提升。同時，在實踐層面上，還應該應用無線電頻譜的監測技術，對無線電技術的更新與發展具有重要意義。

1 無線電頻譜監測技術簡介

就無線電技術而言，需要針對其無線電對應的系統參數加以明確，必要時采取修改系統參數的方式來更有效、更高效地使用閑置的無線電頻譜資源，滿足其經濟效益的提升。無線電技術能夠在時間、空間、頻率等多個維度實現對多維頻譜的復合利用，弱化無線電頻譜以及寬帶的限制，進而提高無線電頻譜的利用率，使通信系統越來越靈活[1]。

現階段，國內最常使用的無線電監測系統具有天饋功能模塊、監測接收模塊和監測軟件模塊等。對于無線電監測體系而言，頻譜監測模塊占據核心地位，主要負責對無線電環境的監測及認知，獲取無線電監測需要的數據和信息，提高閑置頻譜系統的利用率，充分體現無線電資源的經濟價值。這樣不僅可以消除負面影響，同時也可以建立、健全無線電監測體系基礎。

2 無線電頻譜監測中的關鍵技術

2.1 硬件方面

加性高斯白噪聲信道之中，匹配濾波器頻譜檢測算法屬于最優化的頻譜感知方式，主要是通過解調授權信號或是導頻檢測來實現。相對而言，前者的復雜度更高，需要利用匹配濾波器來實現對于用戶信號的解調處理，并且針對每一類的授權用戶，都需要有對應的接收解碼設備的提供，同時，大部分無線通信系統都存在前導碼、導頻、擴頻碼等對應的信號，這樣就可以進一步簡化匹配濾波器，但是其本身的問題在于，還需要授權用戶信號的先驗知識。另外，其本身的計算量也非常大。如果不能準確地授權先驗知識，那么就會降低其性能。

匹配濾波器監測技術作為常用的技術之一，其主要是要求在使用之前，需要對應硬件系統的支持，還需要做好基于信號需求的濾波器設計，匹配主信號類型。如果只從理論層面分析，在多種單節點頻譜監測中，這一匹配濾波器監測技術是頻率最高、效果最好的技術，能夠快速監測所需信號。當其他條件一致時，匹配濾波器監測技術所需采樣數也比其他技術的少，工作效率更高[2]。

N=[Q-1(PF)-Q-1(PD)]2SNR-1

(1)

其中，N代表采樣數，PF代表虛警概率，PD代表檢測概率，SNR代表信噪比，Q(·)代表誤碼率上限公式。

2.2 軟件方面

2.2.1 能量監測技術

無線電頻譜監測中的能量監測技術有一個顯著的特征，即是非相干的一種監測方式，能夠合理、有效地監測其信道傳輸信號以及對應的噪聲、功率等內容。事實上，監測功率是相對容易的，常用方法有兩種：第一，對時域信號進行采樣和求模之后將其累加、求和；第二，通過快速傅里葉變換把信號變換到對應頻域之后求模平方即可[3]。

授權用戶信號設定為x(k)，針對其功率統計量y(k)為：

(2)

其中k代表信號采樣點數。在k值本身較大時，考慮到中心極限定理理論的分析，就需要在計算之中利用高斯分布，從而來進行合理分析：

(3)

其中PN代表噪聲的功率，PS代表信號的功率，M代表當k較大時的具體代替值。當虛警概率PF確定的條件下，就能夠直接獲取檢測門限：

(4)

將p(k)和門限值進行相互比較，在出現了p(k)>門限值時，就表示使用了授權頻帶，如果p(k)小<門限值，那主要是因為沒有對應的授權頻帶的使用。

在實現能量檢測中，其主要流程如圖1所示。

圖1 能量監測算法實現流程

2.2.2 多點協作頻譜監測技術

多點協作頻譜監測技術其本身就是基于單點頻譜監測技術的升級處理，它在克服單點頻譜監測固有的缺陷、局限的基礎上，顯著提升頻譜監測的及時性、準確性[4]。多點協作監測技術主要包括：(1)相關監測，當使用該項關鍵技術手段時務必要保證信息來源可靠、準確，預防影響監測的性能。(2)特征監測，主要是利用特征值監測方法、循環平穩監測方法、周期圖方法監測各種各樣的特征信號。(3)本振泄露功率監測，需要考慮到具體的信號泄露問題，進而對PU的工作情況做出判斷。(4)干擾溫度監測，還需要實施監測SU所出現的干擾溫度，并通過對比監測結果和標準值，判斷干擾溫度、標準值之間的差值大小，最終確定對應頻帶內通信系統運行的優良性。

3 無線電頻譜監測關鍵技術的實驗仿真

3.1 硬件方面的實驗仿真

針對匹配濾波器監測，利用軟件Matlab來實現濾波器匹配的仿真處理，在-10 dB、-15 dB和-20 dB的信噪比之下進行。當采樣數和虛警概率一致的時候，隨著信噪比的增大，相應的監測概率也會增加。在虛警概率相同、信噪比對等的前提條件下，匹配濾波器本身的監測性能更優；在信噪比為-20 dB時，匹配濾波器的性能甚至直接高于能量監測在-10 dB信噪比下的。所以，相對于能量監測而言，匹配濾波器的監測效果是非常明顯的。

3.2 軟件方面的實驗仿真

3.2.1 能量監測

利用軟件Matlab來開展本次的仿真實驗，其系統參數信號帶寬W=5×104，重復次數count=5 000，采樣頻率Fs=2W=2×5×104。基于AWGN信道，在本次的監測之中信號長度n=100，并且要求在-5 dB、-8 dB和-10 dB的信噪比下進行處理，其代表的是在不同的信噪比下對應的監測曲線。當采樣數和虛警概率相同時，隨著信噪比的增大，其監測的概率也增大，也就是其本身的丟失概率會逐漸減小。通過分析還可以發現信噪比的大小會直接影響監測的性能。

3.2.2 多點協作監測

在開展多點協作監測仿真處理的過程中，分別選擇1、3、5的用戶數量，在-8 dB的信噪比之下開展相應的仿真實驗，比較其理論值和實際仿真值。算法監測的仿真值基本上都處于理論值的范圍之內，所以其仿真值的可信度較高。并且在相同的虛警概率以及信噪比之下，伴隨用戶數量的不斷增多，其監測概率也會有持續的增加。

4 結語

隨著時代的不斷發展和進步，現階段人們的生活、生產對于無線電技術的依賴度較高，深入了解無線電頻譜監測關鍵技術的應用可以促進無線電技術管理水平的提升，對無線電技術的可持續發展也有著重要的意義。通過上述對無線電頻譜監測關鍵技術的分析，希望可以提升無線電技術利用效率和對應的經濟效益。