无线电的定义范文

导语：如何才能写好一篇无线电的定义，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：软件定义无线电（SDR）；动态范围；信号；RF

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2015.8.014

首先，什么是软件定义无线电（sDR）？大致来说，软件定义无线电是指信号链的一部分是软件的任何无线电。具体来说，它会具有以下部分或全部特性：宽带、多频段、多模式、多数据速率、软件可重新配置，并且其数字转换（接收或传输）会尽可能靠近天线。请注意，该描述也适用于现代信号（频谱）分析仪等RF仪器仪表。

一般认为是德克萨斯州加兰的E-Systems（现Raytheon）公司在1984年构建了第一台软件定义的基带接收器，而第一台软件定义的基带收发器可能是WSC-3（v）9，由E Systems加利福尼亚州佛罗里达圣彼得堡分部在1987年为Patrick AFB设计。1989年，Haseltine和Motorola ca.又为Rome AFB开发出了新的无线电产品Speakeasy。现代的示例包括卫星和地面无线电、军事联合战术无线电系统（JTRS）以及几乎任何蜂窝或陆地移动无线电终端或基站。

从理论上来说，要使数字转换和信号处理正常工作，应该具有线性时不变系统，但实践得出，将模拟片段放在一起后就需要一连串的妥协。不过，通过精心挑选元件和分布增益，可以在保持灵敏度的同时最大程度地扩大SDR的动态范围。而且，无论SDR是通信接收器基站还是信号分析仪，都适用相同的规则。

在一些标准通信系统（例如，蜂窝系统）中，SDR在受控环境中工作，也就是说，标准阐明了针对接收器和发射器的要求，而载波则为标准增加了裕量。在其他一些系统（如军事、业余和陆地移动无线电）中，环境不受控制，也就是说，最近的发射极可能就在隔壁，最远的可能刚好在视距的耳语范围内。

因此，在开始设计之前，需要先制定一份检查清单：

・标准有哪些要求？

・所需的最小和最大信号电平是多少7

・需要多少滤波？

哪些图像滤波器、通道滤波器和抗混叠滤波器可用？

滤波器中的群延迟是否会产生问题？

・您使用的是什么架构？

零中频、单通道、双通道或三通道转换。您目前如何生成正交信号？

在模拟还是数字（IF采样）域中？

选择ADC本身就值得讨论。ADC的动态范围可确定系统架构（反之亦然）。首先，要查看信号带宽和采样频率（准确的采用频率通常由时钟和/或帧速率等数字信号处理要求确定）。为了获得ADC的满量程SNR，尤其是对高输入频率采样时，能否生成足够良好的时钟，从而在不降低ADC的指定SNR的情况下以所需的频率采样？要使系统成为线性时不变系统，ADC必须提供足以支持所需信号、干扰信号以及增加的裕量的动态范围，以支持信号衰落和AGC响应时间。

那么，多大的动态范围才够呢？性能最高的软件定义无线电（和RF实验室仪器）通常采用14至16位高速ADC，从而以尽可能高的频率对带宽高达250 MHz的信号采样。为了按照标准（如802.11等字母数字组合）测试频带最宽的信号，行业偏向于使用14b AD9680等双通道高速ADC在I和Q带宽等于或高于500 MHz的基带中对I和Q言号进行正交采样。一些应用程序需要更小的动态范围，因此通常使用12b的GSPS ADC（如AD9625）来“抓取”带宽为500 MHz的频谱块，并使用集成数字下变频器来调低其基带频率。

ADC的动态范围是模拟和数字滤波之间的基本权衡。更多的模拟滤波会缩小干扰信号的幅度以及ADC的所需范围，这就必须对所需的信号和干扰信号进行数字转换以保持线性系统。但是，模拟滤波并不是理想的方式，它可能会出现群延迟和相位。在系统级别，模拟域的大量滤波操作也意味着可能要进行大量费用高昂的机械屏蔽工作以保持滤波器隔离，并且可能需要在多个IF级联多个滤波器以最大程度地减少滤波器周围漏电的情况。相反，数字滤波器具有出色的形状因子，没有漏电，其特性近乎理想，但需要提高ADC的动态范围以支持信号和干扰信号。

孰优孰劣似乎显而易见，但您必须将接收器设计为可在所有工作条件下保持对ADC的线性输入。例如，这需要将AGC的响应时间结合到ADC的裕量中，也就是说，允许特定数量的dB作为裕量以考虑AGC反应期间的输入信号变化，这样接收器不会因信号电平变化而出现过载。

此外，在UHF和微波信号中，您可能还希望针对信号衰落增加额外裕量，不管这种信号衰落是由于频率较低还是信号被大楼或植物阻挡等环境条件而导致的。除此之外，您还需要考虑解调C/N比、邻道和相间通道干扰信号以及全双工系统中可能出现的PA馈通效应的裕量。

另外需要记住的是，窄带接收器的AGC范围比宽带接收器更宽。基本上，宽带接收器会将大片频谱小幅度地上移或下移，通常小于10dB，以使其保持在ADC的线性“窗口”中间。这与对整个蜂窝频段进行数字转换时一样。相反，窄带接收器则高度依赖滤波以最大程度地减少通带中的信号数，但必须能支持更大的干扰信号。它们通常在不受控的环境中使用，其AGC可作用于更窄的通带中的信号。

在为接收器设计设置级联噪声系数和截距模型时，您实际上需要为系统建模三次：一次针对最小信号电平，即最大增益下的AGC关闭电平；第二次针对最大信号电平，即最大增益衰减下的AGC开启电平：最后一次针对接收器的标称输入电平。您还需要在所有三种模型中考虑交调效应。幸运的是，ADI的ADISIMRF（图1）等免费工具将助您一臂之力：这类工具通常内置适用于RF增益块、混频器、衰减器、巴伦、滤波器和高速转换器的模型库。

频率规划是另一项需要广泛研究的有趣课题。您不仅需要为每个混频器（图2）制作一个混频器表，而且可能还希望为发射路径制作一个类似的DAC表。此外，您还需要考虑在哪个奈奎斯特频率区域使用转换器（ADC或DAC）。系统时钟通常是帧速率的倍数（这就是1.2288 MHz和13MHz的倍数之所以常见的原因）。幸运的是，您可以使用足够高的频率（谐波不在频带范围内或目标信号上）。您需要通过精心挑选系统时钟、中频和本振（LO）频率来最大程度地减少内外部干扰，因为这些频率将与无法预见的后果混合。

针对级数和功能类型（滤波器、混频器、放大器等）设置了级联噪声系数和截距模型后，就需要执行一些端计算。

例如，您首先需要使用以下等式计算ADC的噪声系数（NF）：NF=Prs+174dBm-SNR-IOIog1oB（at300°K）其中prs是ADC的满量程输入功率（以dBm单位）PFS（dBm）=10log10 [PFS（mW）/1mW]

NR是ADC的信噪比（以dB为单位），以及B是要进行数字转换的带宽，需要考虑输入滤波器的噪声带宽（图3）。

请注意，如果您希望将所需信号加上干扰信号进行数字转换以滤除数字域中的干扰信号，此带宽可能比信号带宽更宽。

幸运的是，您可以通过对输入信号过采样来提高ADC的噪声系数。在这种情况下，计算噪声系数的等式将变为：NF=PFS+174dBm-SNR-10log10B-10logl0[fs/2B]

其中，fS是采样时钟，B仍然是信号带宽（或要进行数字处理的带宽）。一些IF采样ADC（如AD9874和AD9864）会在带通∑一架构中使用过采样和噪声整形。这些ADC实际上是完整的IF子系统，接受IF输入并提供接近100 dB的SNR，以及在输出时抽取的16或24位I和Q数据。

过采样并不是改善ADC噪声系数的唯一途径。您也可以使用变压器在“无噪声”增益下提高ADC的输入电压，如图4所示AD6645。

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（1.西南科技大学工程技术中心，四川 绵阳 621010；2.西南科技大学工程技术中心智能机器人创新实践班，四川 绵阳 621010)

【摘　要】无线传感器网络节点室内定位准确性问题一直是研究热点。由于室内环境复杂、固定遮挡物以及走动人员均会造成信号衰减，若使用传统的RSSI定位算法其误差太大无法满足实际应用的需求。在不增加硬件开销的基础上，提出一种可以提高定位精度的改进定位算法。该算法首先通过离未知节点最近的三个锚节点划分三角形子区域，再根据RSSI值估算出该区域内路径损耗模型的参数A、n，并进一步通过锚节点的相互协作，得到测距误差模型参数k、Δ，最终计算出精确的位置信息。仿真结果显示：在相同的条件下，改进后的算法具有更高的定位精度，误差在1m以内，可以满足室内定位的要求。

关键词 节点定位；接收信号强度指示；测距；无线传感器网络

基金项目：西南科技大学实验室开放项目（13xnkf50）；西南科技大学实验技术项目（14syjs-10）。

作者简介：潘小琴（1986—），女，汉族，重庆人，硕士研究生，主要研究领域为无线传感器网络、智能机器人技术。

0　引言

目前，无线传感器网络技术广泛的应用于目标跟踪、室内定位、智能巡检、医疗监护等领域。由于室内环境无线信道比较复杂，墙壁、地板、人员的遮挡都将引起非视距传输和多径效应等严重问题，这阻碍了室内定位技术的发展。如何提高室内定位的精度是一个非常具有实际意义的问题。

室内定位算法中，根据定位机制的不同，可以分为无需测距(Rang~Free)和基于测距（Rang~Based）两类。常见的无需测距机制有质心法、DV~Hop法、APIT法等，这些算法需要节点部署得十分密集，并且定位精度与锚节点部署的位置有很大的关系[1]。然而室内环境中，无线传感器节点通常按照具体要求进行部署，分布不均匀，节点密度无法得到保证，因此采用测距定位机制比较合适[2]。常见的基于测距机制的方法有：接收信号强度指示、到达时间、到达时间差和到达角度。相比之下，RSSI方法使用RF信号，无需增加额外的测距硬件，设备简单、成本能耗低、节点硬件体积小，因此RSSI方法是室内定位的实际可行的方法。

在实际应用中，RSSI值需要转换为对应的距离，而无线信号受环境影响衰减很大，仅仅依靠多次测量取平均无法得到准确的距离值。据此，本文提出一种划分子区域的动态估计路径损耗模型和测距误差模型的定位算法。

1　定位系统的设计和原理

无线传感器网络定位的原理为：通过依靠有限数量的位置坐标已知的无线传感器节点，确定在待定位区域内其他未知传感器节点的位置。考虑到室内定位通信距离短、速率低等特点，采用ZigBee技术搭建无线传感器网络实验平台。

针对室内的特殊结构，采用树型网络拓扑进行覆盖，每个房间是一个单独的定位区域，所有房间之间用中继节点进行连接。有三种设备：网络协调器、中继节点、终端节点。网络协调器负责整个无线网络的建立和维护，与上位机之间采用UART进行通信。中继节点用于协调器和终端节点之间数据的路由。单个房间内全部是终端节点，固定位置的称为锚（anchor）节点、参考节点或者信标（Beacon）节点，其坐标信息已知；坐标信息未知的称为待定位节点、未知节点或者盲节点，需要依靠锚节点来计算自己的位置坐标。

2　定位算法

2.1　RSSI测距定位s方法及不足

RSSI测距的思想是:已知发射节点信号强度，接收节点根据接收到的信号强度和信号传输的路径损耗模型计算出两个节点之间的距离，最后使用定位算法计算出坐标位置[3]。

在实际情况中，经常使用简化后的Shadowing信道传输损耗模型：

上式中PL ( d )为接收机与发射机距离为d时的路径传输损耗，单位为dBm；d0为参考距离；PL0表示参考距离为d0的路径传输损耗；n是路径损耗指数，表征路径损耗随距离增加而增大的快慢程度，与环境有关；S是均值为0的高斯噪声，其标准差Sσ随节点布置环境的不同而不同；

接收节点接收的信号强度为：

RSSI＝Pt－PL（d）（2）

其中，Pt表示信号的发射功率，单位为dBm。

参考距离通常取1m，即d0=1，令A=Pt-PL0，对多次测量接收到的信号强度RSSI取平均值，此时S均值为0，故上式化简为：

由上式可以看出，距离d受RSSI值和环境参数A、n的影响。文献[4]从噪声和干扰着手，对RSSI值进行滤波、筛选处理，这些方法虽然可以提高测距精度，却带来了大量的通信和计算开销。文献[5]从环境因素着手提出精确估计出定位区域内的A和n。然而A、n是与射频电路和无线信号传输环境密切相关的，随着定位节点的移动，n是时变的。实际测试结果显示：由于多径、反射、障碍物阻挡等因素的影响，相同距离对应的RSSI相差很大，也就是不同环境对应的模型参数A、n是不同的，路径损耗模型参数随着环境的改变而改变。

2.2　算法的改进

为了减小定位误差，又不增加通信和计算开销，从环境因素着手，提出一种简单有效的改进算法。算法先将定位区域划分为多个子区域，再利用多个锚节点协作通信，动态估计A、n在该子区域内的较为精确的值[6]，并且进一步推导出测量距离与实际距离之间的误差模型，以此误差模型来对测试距离进行修正，最后通过定位算法计算未知节点的坐标。

2.2.1　划分子区域的路径损耗模型参数估计

基本思想如图1所示，X为未知节点，假设A、B、C、X两两之间能够互相通信，且A、B、C、为距离X最近的三个不共线锚节点。我们假设ABC所在区域是一个比较小的范围，可以近似认为在这一区域内路径损耗模型参数A、n是相同的，因此，我们可以利用锚节点来估计出所需要的A、n。

2.2.2　测距误差模型修正

由于公式（8）唯一确定A、n，数据具有偶然性，为了进一步提高定位精度，利用三个锚节点信息对测距阶段的距离测量值进行修正。

假设影响锚节点A、B、C与未知节点X通信过程中的测距误差和A、B、C互相通信过程中的误差情况相同，设实际距离与测量距离满足下列线性方程关系[7]：

dij是节点i到它邻居节点j的实际距离，rij是节点i到它邻居节点j的测量距离，ij是节点i和j之间测距的随机误差。

依照公式（9）列出A、B、C之间的测距误差关系式为：

已知根据RSSI值和环境参数A、n可以得到rAC、rBC、rAB，根据A、B、C的坐标可以计算出dAC、dBC、dAB，利用最小二乘法[8]，计算出相应的k与，从而得到测距误差模型，用此模型来修正未知节点X与锚节点A、B、C之间的距离。

2.2.3　定位流程

改进算法的定位流程如下所示。

1）未知节点广播发出自身信息和定位请求，比较锚节点返回的信号强度值，选取最近的三个锚节点参与定位；

2）选定锚节点，根据公式（4）计算各锚节点的A、n；根据公式（8）计算出ABC区域内的环境参数A、n；

3）使用步骤2）得到的参数计算出A、B、C的测量距离rAB、rBC、rAC；由ABC的坐标值计算出dAC、dBC、dAB；

4）使用最小二乘法，根据公式（10）计算出测距误差模型参数k与；

5）未知节点周期性的向锚节点发送自身位置信息，计算未知节点到锚节点之间的测量距离rAX、rBX、rCX，用测量误差模型对距离进行修正，得到实际距离dAX、dBX、dCX；

6）最后，利用三边定位算法，估算未知节点的坐标信息。

3　仿真结果分析

通过MATLAB仿真，分析比较路径损耗模型参数采用典型值的算法与本文所提出的改进型算法的定位性能。假设在100m?鄢100m的矩形区域内随机分布200个节点，节点通信半径为20m，实验数据来自100次仿真实验的平均值。

图2给出了两种算法的定位误差与锚节点数的关系。结果显示，随着锚节点所占比例上升，两种算法的定位精度都在提高，在相同条件下，本文提出的改进型算法始终优于原始算法，与传统算法相比提高了8%。这是因为随着锚节点数量的增加，相当于锚节点密度在提高，也就是改进算法的子区域划分得更小，估计出的路径损耗模型参数和测距误差模型参数更加准确，因而定位误差更小。

图3给出了两种算法的覆盖范围和锚节点数的关系。结果显示，随着锚节点数增加两种算法的定位覆盖率均逐渐增加至1，但是改进算法的定位覆盖率范围快速达到了100%。在实际的应用中，改进型算法可以使用更少的锚节点来覆盖整个定位区域，从而可以节约成本。

4　结束语

针对室内环境无线传感器网络节点定位的过程中，存在着使用固定路径损耗模型参数而定位精度不高的问题，提出了一种动态调整路径损耗模型参数A、n并通过测距误差模型进行距离修正的定位算法。经过仿真研究验证了该算法的有效性，在保证相同定位精度的前提下，所需锚节点数目减少，可以大大降低定位成本。同时与传统算法相比，改进算法在相同条件下节点定位精度明显更高，鲁棒性更好。

参考文献

［1］周祖德,王晟.一种适用于复杂环境的无线传感定位算法研究[J].武汉理工大学学报,2006,28(11):121-124．

［2］武昊然．gps和无线传感器网络融合定位算法研究[J]．计算机仿真,2009,26

(11):145-150．

［3］颜嘉俊,雷勇.基于RSSI 的无线传感器网络节点定位[J].计算机仿真,2012,29(7):151-154.

［4］程远国,耿伯英.基于高斯混合模型的无线局域网定位算法[J].计算机工程, 2009,35(4):25-27.

［5］Caltabiano D, Muscato G, Russo F. Localization and Self-Calibration of a Robot for volcano Exploration[C] .Proceedings of the 2004 IEEE ICRA.New O rleans:IEEE Robotics and Automation Society,2004.

［6］李瑶怡,赫晓星,刘守印.基于路径损耗模型参数实时估计的无线定位方法[J].传感技术学报,2010,23(9):1328-1333.

［7］唐琳.无线传感器网络节点自定位算法的研究[D].北京:北京邮电大学,2010.

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Abstract: This paper uses IDC decision , thinks over the five factors to determine guaranteed priorities. And illustrating with a case, it demonstrates that this method is feasible and effective.

关键词： 同异反决策法；应急军事物流；被保障点

Key words: IDC decision；military emergency logistics；places to be guaranteed

中图分类号：F251 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）01-0025-01

1问题的提出

根据其“战时应战，急时应急”的功效，应急物流可分为应急军事物流和应急非军事物流，战时条件下的军事物流属于应急军事物流的范畴。应急军事物流中，配送中心可能在有限的运力资源下同时担任保障多个被保障点的任务，快速确定被保障点的优先顺序是指挥员首要的任务。该过程考虑的因素较多，过去往往由指挥员综合分析，定性作出判断，影响了决策的科学合理性。同异反决策法确定被保障点的优先顺序，结论合理算法简便，有利于指挥员借助计算机的辅助决策实现快速科学决策。

2确定被保障点优先顺序的思路

同异反决策法是一种确定性决策和不确定性决策相结合的综合决策方法，是灰色决策的一种基本类型。

2.1 确定影响被保障点优先顺序的因素确定被保障点优先顺序时，应综合考虑被保障点五个方面的因素：受敌威胁程度（f(1)），重要程度（f(2)），物资需求的紧迫程度（f(3)），路线的安全通过率（f(4)），所需的时间（f(5)）。其中，f(1)、f(2)、f(3)、 f(4)用0-1之间的数值估价。指标分为效益型指标、成本型指标和适度型指标。故f(1)、f(2)、f(3)、f(4)为效益型指标，其值越大越优先保障，f(5)为成本型指标，其值越小越优先保障。

2.2 确定决策因素的权重被保障点优先顺序确定时，指挥员对五个因素的重视程度不定，需要对各个指标进行赋权。这里采用熵权评价法，增强权重的可信度，过程如下：

设m名参谋，对五个指标评判，xik表示第i名参谋对第k（k=1,2,3,4,5）项指标的打分，x是指标k的最高分。则xik与x接近度dik可以表示为：dik=x/x效益型指标x/x成本型指标（1）

五项指标的熵为：E=-dlnd（2）

指标k的不确定性由条件熵决定：E′=-ln（3）

d=d（4）

对条件熵进行归一化处理，则指标k的重要性的熵为：

ed=E′（5）

指标的权值表示为：P=1-ed（6）

式中Ee=ed，0≤Pk≤1且Pk=1。

2.3 确定理想最先被保障点理想最先被保障点的各指标值是被评价的n个被保障点对应指标的最优值，即f(1)、f(2)、f(3)、f(4)取最大值，f(5)取最小值，记理想顺序的指标集Z=f、f、f、f、f。

2.4 计算各被保障点与理想最先被保障点的贴近度设Mi为第i个被保障点，Z=f、f、f、f、f为第i个被保障点的因素指标集i=（1，2，…，n）。

第一步：计算被保障点Mi的各指标值f与理想最先被保障点M0的各对应指标值f（k=1，2，3，4，5）的同一度aik，差异度bik，对立度cik，计算联系度uik，对于aik有：

当f＞f时，有aik=f/f（7）

当f＜f时，有aik=f/f（8）

由于在量值上不考虑对立度，故cik=0。又aik+bik+cik=1，故bik=1-aik。因此，uik=aik+J（1-aik），其中

J=-aa＞0.50 a=0.5aa＜0.5 （9）

即表示差异度越大，则联系度越小；反之成立。

记联系度矩阵为u=[uik]n×5。

第二步：计算理想最先保障点与各保障点的贴近度Di

D=up（i=1，2，…，n；k=1，2，3，4，5）（10）

根据Di的大小确定优先顺序。

3案例分析

设在某次战斗中，某配送中心同时接到4个被保障点的保障任务，被保障点的指标值如表1。根据熵权评价法，可得各指标的权重集：p={p1,p2,p3,p4,p5}={0.25,0.4,0.2,0.1,0.05}。由表1可知， Z0=f、f、f、f、f={0.7，0.7，0.6，0.8，1.2}。则Mi与M0的同一度矩阵和差异度矩阵（见图1） Mi与M0的联系度矩阵：（见图2），则贴近度：Di={0.556,0.607,0.737,0.645}故被保障点的优先顺序为M3、M4、M2、M1。

参考文献：

[1]王丰，姜玉宏，王进.应急物流[M].北京：中国物资出版社，2007，（1）.

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【关键词】认知无线电 频谱检测 频谱分配 功率控制

一、认知无线电的定义

认知无线电的概念最初是由Joseph Mitola Ⅲ博士基于软件无线电技术提出的。但是认知无线电技术发展到现在，其研究和应用都不再局限于最初的范畴，不同的研究者从不同的角度对认知无线电给出了其定义和内涵。根据认知无线电技术的发展，我们可以得出认知无线电的一个比较清晰的概念：认知无线电是一种智能无线通信系统，它能够自动地检测周围的环境状况，从中获取信息，并智能地调整系统的参数（如传输功率、载频、调制方式等）以适应环境的变化，从而达到在不对主用户造成干扰的条件下从空间、频率、时间等多维地利用空闲频谱资源进行通信的目的。

二、认知无线电的主要功能

（一）检测

由特殊应用环境所决定，认知无线电必须具备精确的无线频谱检测能力，必须在可使用的全频段范围内多维度进行频谱检测，从而发现可使用的频段。由于是免许可使用，认知无线电必须具备迅速发现主用户的能力，在工作过程中时刻检测主用户是否处于活动状态， 从而确保不对其产生干扰。

（二）分析

认知分析包括对自身性能、网络内部状态、外部相关数据（包括频谱使用、策略使用等）和用户自身需求等相关知识的分析。如果说检测是信息的获取，那么分析就是对相关信息的初步处理。认知无线电设备通过所获取的频谱检测结果分析主用户的位置、使用的频点和发射时间，同时分析可用频点位置、可用带宽、信道状况、自身传输可能会对其他用户产生的影响以及完成业务传输所需的带宽和时间等等。

（三）调整

调整能力是完成传输的关键，根据检测和分析的相关结果，认知无线电设备通过先进的功率控制技术、不同的编解码以及调制技术，选择合适的频点和发射时机，从而成功地完成传输。这就要求认知无线电设备能够在较宽的频段内实现不同传输方案之间的切换，并且在突发事件发生后能够及时暂停或恢复传输，确保在不干扰首要用户的情况下获取最大限度的传输能力。

（四）推理和学习

由于当前无线频谱环境的复杂性，简单的检测、推理和分析可能无法获得较好的传输性能。如何根据无线背景环境的相关数据进行分析预测是一个非常重要的课题。根据历史数据进行推理，获得一定的参考信息，在此基础上进行调整是一个较好的解决方案。一般来讲，这种推理和学习分为三种：第一种是基于简单固定规则，即输人、输出可以预测；第二种是基于较为复杂的模型，运用一些模糊规则，输出结果不可完全预测；第三种是基于学习型的模型，系统运行过程中能够不断调整模型及其参数，从而获得较好的预测结果。

三、认知无线电的关键技术

（一）频谱检测

实现认知无线电通信的前提和先决条件是对周围频谱环境的感知，只有对频谱进行准确检测，才能有效利用空闲频谱进行通信。当前，无线环境检测的基本方法大致可以分为基于发射机的检测、基于接收机的检测和多节点协同检测三种。其中，发射机检测是分析侦听到的信号中是否存在主用户信号，而接收机检测是判断主用户接收机是否处于工作状态。相比较而言，发射机检测比接收机检测要容易，因而目前绝大多数的研究都是集中在发射机检测。另外，通过多节点协同检测，能够提高检测的可靠性，减小多径、阴影的影响，但不可避免的会增加系统通信开销与复杂性。频谱检测一般由物理层完成，物理层检测所有可用自由度（时间、频率、空间等）的频谱，以辨识当前可用于传输数据的信道。

（二）频谱分配

频谱分配是指根据需要接入系统的节点数目及其服务要求将频谱分配给一个或多个指定节点。频谱分配策略的选择直接决定系统容量、频谱利用率以及能否满足用户因不同业务而不断变化的需求。因此，频谱分配问题的研究是认知无线电技术发展必须解决的关键问题之一。

认知无线电的频谱分配与其它通信系统的频谱分配具有很多共同的特性，但由于认知无线电自身择机借用主用户频谱的特点，其频谱分配也必须满足一些特殊的要求。认知无线电系统的频谱分配必须考虑三方面的问题：一是认知无线电用户对主用户的干扰问题，二是认知无线电用户之间的干扰问题，三是认知无线电系统的效益和用户间的公平性问题。

自认知无线电概念的提出直至发展到今天，不少学者为认知无线电中的频谱分配问题提出了分析模型，它们大多是借鉴于一些经典的数学理论以及微观经济学理论等。目前，可应用于认知无线电的频谱分配分析的模型主要有：图论着色模型、干扰温度模型、拍卖竞价模型、博弈论模型等几种。

（三）功率控制

认知无线电中可利用已授权频谱资源的前提是不影响授权用户的正常通信。为此，具有认知功能的非授权用户必须控制其发射功率，避免给其他授权用户造成干扰。目前，实现功率控制主要有两种方法。一种是基于信息论的反复注水法，使用该方法会使发送端在增益较多的子信道上分配更多的能量，而在衰减比较厉害的子信道上分配较少的能量，甚至不分配能量，从而在整体上充分利用现有资源，达到最大传输容量。另一种就是博弈论（game theory），也称对策论，是研究决策主体行为发生直接相互作用时的决策以及这种决策的均衡问题，它可以划分为合作博弈和非合作博弈。当不考虑竞争现象时，就是合作博弈，功率控制问题就简化为一个最优控制理论问题。当用博弈论方法研究每个用户最大化自己的效用时，功率控制问题被归结为一个非合作博弈。

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无线电调试实现了通信的新体制和新概念，推动了无线通信领域的又一次革命。目前对于无线电还没有十分明确的定义，无线电的调试软件可以更好的实现无线通信。无线电调试的核心思想利用数字信号处理的手段实现通信，由此可以得出无线电能够提供多标准、多模式的通信，并且能够可以提供无线服务。

一、无线电发展的因素

（一）市场需求

无线电发展的动力来源于市场的需求，TRUST对无线电的发展做出了很多工作，调查了市场的需求情况。

最终用户为了比较方便的接入，可以通过无线互联网、广播和宽带多媒体各种接入方式进行切换；无线电调试可以根据用户的需求，可以提供不同的服务内容，针对不同的人群，可以提供不同质量的服务。

内容提供商或者应用开发商希望无线电软件的开发和提供的网络服务和终端的相应能力没有关系。终端设备的设计应该满足可以支持系统服务内容的变更和系统复杂度的增加。

服务提供商能够提供一些与底层网络无关服务内容，可以使用户根据自己的需要进行服务的定制，对于网络运营商和无线接入的方式可以进行相应的改变；为了满足不同用户的服务需求，可以动态的进行资源的分配，进而更好的实现资源的共享。

网络运营商只有允许用户根据自己的需求进行分配频谱，允许频段共存的接入方式，才能更好的保证频谱资源得到较好的利用；为了使频谱资源得到更好的利用，可以重新配置核心网的媒体接入设备和无线接入设备。

设备制造商希望通过统一的硬件平台实现不同产品的生产，进而减少资源的浪费。为了增加收入，为了降低产品召回的成本，可以通过安装和下载相应的软件实现系统功能的增强和修复系统的BUG。

综上，人们对于无线电通信的期望值较高，对于未来无线电通信技术抱着十分乐观的心态。传统的无线通信技术在满足用户各方面需求上存在很大的困难。随着技术的发展，无线电调试技术逐步产生，人类的不断追求使得技术有了很大的进步，技术的进步又反过来刺激了人类的需求。

（二）技术发展

依靠现代的技术可以将无线电的核心思想付诸实现。无线电通信技术经历了纯模拟、数字技术、中频数字化的实现阶段。通过数字技术可以实现接口和控制的功能，并且可以实现基带信号的处理。中频数字化的引入，使得无线电的设计逐步引入了模块化的思想。计算机技术和数字信号处理技术对于无线电调试的发展起到了十分重要的作用。

高速DSP、DAC和ADC技术可以使无线通信功能通过无线电的调试软件得到实现。随着科技的不断发展，半导体技术也在发生着翻天覆地的变化，ADC变换器采样的速率越来越高，DSP处理速率也得到了很大的提高。无线电技术在计算机技术的带动下，得到了很好的发展。计算机领域的很多研究成果，像面向对象的理论、模块化的思想、分层的体系结构都可以应用与无线电调试技术上。计算机技术的发展刺激了无线电技术的产生和发展。

二、无线电调试现状

1990年Joseph Mitola提出了无线电的概念，20世纪90年代末期成为全球关注的重点，并逐步占据技术发展的主导地位。国内外越来越多的科研机构对无线电进行了研究，包括了民用、军用、软件和硬件各个方面。

（一）关键技术

1.智能天线

数字信号处理技术和数字多波束形成技术的结合形成了智能天线。智能天线的应用，使得多径信号的收入量有所减少，并且使得衰落有所降低；智能天线可以合并多径信号，并且可以使多径信号传输的信息能量得到高效的利用；智能天线的使用使得频谱的利用率有所提高；智能天线的使用，可以提供用户的方位信息，进而对用户进行定位。

2.软件下载

无线电调试系统比较重要的一个方面是软件的下载。软件下载应该满足安全可靠、使用简单、快速等要求。空中接口和智能卡下载组成了可行的软件下载方案。空中接口下载不受用户的干预，但是往往需要自定义下载的流程，并且需要改造网络结构，用来满足下载的通道，最终会降低下载的速度，并且容易出现差错，对于用户和网络服务商的安全来说十分不利。智能卡具有准确率高、速度快等优点，但是对于智能卡的容量、软件下载设备和售卡点的要求比较高，增加了成本。

3.ADC、DAC技术

在软件无线电通信系统中，为了实现软件无线电的思想，需要把ADC、DAC尽可能地向天线端推移，这样就对ADC、DAC的性能提出了更高的要求：需要高速度、大带宽、大的动态范围。相比之下，ADC技术实现起来更难，是系统的瓶颈。ADC的技术参数主要有：最大转换速率、转换位数、无杂散动态范围（SFDR）、工作带宽等。最近又出现了超导半导体ADC技术，它利用了快速单流量子超导逻辑，提高了系统的性能，主要表现在可以允许用户在转换位数和转换速率之间进行折中使用，而传统的半导体ADC在器件选定后各种参数就不能再改变了。

（二）体系结构

软件无线电论坛一直致力于开放的软件无线电的体系结构的研究。最近，计算机和通信研究实验室发表了其在这方面的最新成果，为软件无线电提出了一种自适应的体系结构。这种体系结构体现了软件无线电在这方面的最新成果。其硬件平台是一种开放的基于交换网络的平台，结合了总线式平台和最初的流式处理平台的优点，具有良好的伸缩性和通用性。这种结构的软件系统采用了分层的模型和基于消息的管理机制。硬件抽象层的运用可以屏蔽底层硬件的具体实现，使上层软件的实现更加灵活。消息处理驱动为上层软件提供了一个分布式的面向对象的软件环境，可方便实现模块之间的通信和模块与实时操作系统之间的通信。这种分布式的环境可以使用COBRA机制。

三、无线电调试的发展前景

无线通信将朝着多模式、多制式的方向发展，未来的无线通信将会提供更多高质量的服务类型。无线电调试具有可编程能力和可配置的能力，在未来通信系统中占有十分重要的地位。软件和硬件技术发展在无线电调试中起着十分重要的作用。空中接口通信模式越来越多样化，这就要求无线电调试的硬件能够提供一个可以编程的硬件平台，可以配置的硬件平台。无线电调试技术研究方向逐渐转向数字信号、模拟信号的转换，除此之外，时钟分配、系统能耗和移动终端也逐渐成为研究内容。

结语

无线电技术应该可以为用户提供一个可支持多开发环境的平台，这使得可配置的管理模块、中间件和API成为研究的重中之重。系统、硬件和软件的更新和增加可以通过即插即用的核实现，使得更新和增减的工作变得更加便捷。无线电的调试具有灵活性的特性，可以实现基本的通信和智能化的应用。智能化无线电的应用使得下载软件和感知环境变得更加方便。无线电调试技术可以更好的保证用户利用资源的效率和质量。

参考文献

[1]吴启辉，王金龙.软件无线电在第三代移动通信系统中的应用与新进展.电信科学， 2000（7）.

[2]高路、康桂华、李庆玲.基于认知无线电网络的用户合作频谱检测[J].现代电子技术，2009（6）.

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【关键词】应急广播 无线电管理 频率资源 体系建设

【中图分类号】G203 【文献标识码】A

结合我们的工作，我从无线电管理的角度谈一点设想，供大家参考。

主要介绍三个方面：一是无线电和应急管理；二是应急广播的频率资源，我侧重从广播专用频率的频率给大家介绍一下简单的概念；三是应急广播体系的建设。

无线电的管理跟广播是密切关联的，甚至可以说是同一个起源，英语中有一个词radio，一个意思是广播收音机，另外一个意思是无线电。无线电最早的应用就是从广播和收音机开始的，2012年联合国教科文组织把每年2月13日定义为国际无线电日。广播在一些边远地区或者不够发达的地区传递信息，起着至关重要的作用。

这些年来，广播和更广义的无线电管理，在国家应急管理中发挥了越来越重要的作用，不仅在中国，在世界范畴里面同样发挥了重要的作用。世界无线电通信大会第644号决议中，就包括了关于无线电灾害预警、减灾和救援应用的指示要求，第646号决议包括了无线电在公众保护和救灾中的频率使用。除此之外，国际上还了一系列的通函，试图在世界范围内建立空间和地面无线电业务专用的频率数据库，当世界某个地区出现了紧急情况之后，各国救援力量能及时获取可用的频率。

除了这些决议要求之外，国际上也在建立全球遇险和安全无线电系统。这些年无线电在各类重大活动保障中发挥了重要的作用，跟广播一样，也加入了保障工作。

关于中国应急无线电广播的频率，有中波、短波和调频短波（超短波），当然还有卫星广播。关于卫星（声音）广播，1992年世界上就划分了1452到1492MHz的频段，但这么多年过去了，中国一直没有建立自己的卫星（声音）广播系统。前些年有一个亚洲之星，在全球范围内发了几颗卫星，从技术上都是很成熟的，但这些年发展得不是很好。

图1：应急广播的频率资源（一）

图2：短波广播

图3：应急广播的频率资源（二）

中波和短波，还有调频无线电广播业务，是在国际电信联盟42种无线电业务中最早发展起来的业务之一，使用的频率总体来说是比较好的频段，电波传播特性好，穿透力强。车开到地下二层，仍然可以听到中央人民广播电台的频率。

根据《广电条例》，中波广播频率的规划和指配都是国家新闻出版广电总局在负责。在中波专用频段526.5KHz～1606.5KHz范围内，我感觉中波广播的效果不如以前那么好，可能是电磁环境不如以前干净了，噪音高了。国际电联也出台决议，各国要保护中波和短波频段的航空和水上的移动业务，以避免对飞机通信和导航产生干扰。

短波广播情况稍微有点区别，广播的频段划分了一系列小的波段，大概划了100多个，这些频点主要是被三个系列的业务在应用，第一个就是广播，第二是水上移动业务，因为船一般开得比较远，只能靠传输距离比较远的短波来覆盖。还有航空安全的业务，整个短波频率也是有一系列很重要的业务在使用。在短波广播业务频率选取的时候，一定要注意避开一些重要的业务，使相互之间不要有干扰，同时保障短波的广播能正常进行。

调频广播是受众最多的，87MHz～108MHz是我们主用的频段，这个频段的上边和下边，都有重要的航空通信导航业务使用，要避免广播业务与航空无线电业务之间的干扰。

图4：应急广播的频率资源（三）

最后，结合无线电管理工作的情况，讲一讲下一步支持全国无线电应急广播体系建设的一些设想。

第一个方面就是要规划配置频率资源，除广播频段内的频率规划外，广播频段外的频率规划，如调频广播87MHz以下的相关规划，还是要结合各种业务发展的具体需要，做好下一步相关的规划。

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关键词：软件无线电 通信系统 信号处理技术 解调/调制

中图分类号：TD6515 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0037-02

1、软件无线电概述

约瑟夫・米托拉（Jeseph Mitola）在1922年5月份举行的美国通信系统会议上第一次正式提出了“软件无线电”（SWR，Software Radio）的概念。该概念的核心思想就是积极建构一个模块化、标准化、通用化的硬件支持平台，而后借助该硬件支持平台，让宽带D/A转换器、A/D转换器与天线在最大程度上相互靠近，利用软件技术来实现各种所需要的无线通信功能，例如数据格式、工作频段、加密模式、调制解调方式以及通信协议等等，让软件无线电拥有使用灵活、通用性强、便于升级和系统联网的优势。由于软件无线电的各种功能是通过软件编程实现的，因此，假如需要对通信系统进行更新只需要添加新型软件模块即可；同时，软件无线电可以形成多种通信协议与调制波形，因此能够有效兼容以往的旧体制电台，延长了通信系统的使用寿命，降低了使用成本。

各个国家为了彻底解决通信中的互通性问题，均在积极开展研究和探索，在让通信系统充分满足互通性的前提下，还需要在保密性、抗干扰性、安全性等方面多做努力。除此之外，为了同时兼顾无线电台时展的衔接问题，通信系统还需要具有较长的使用寿命。除了软件无线电之外，还有另一设想也能够满足以上要求，即研发多功能化、多频段化的电台，并将其系列化，用以代替目前所有的电台，但是该想法需要有强大的资金支持，并且使用寿命也很难符合要求。在通信技术发展极为迅速的今天，那些系列化的电台会很快落伍。

在今天，日新月异的电子技术和计算机技术、高速发展的信号处理技术和宽带模数转换技术、具有较高技术成熟度的EDA工具和可编程器件尤其是不断提升的硬件制造水平，这些均为软线无线电提供了极大的技术便利。有鉴于此，软件无线电的物理层必须要具备非常优秀的适应性和灵活性，能够在最大程度上兼容各种操作系统，并保证各种通信功能可以正常使用。相对于传统的通信系统，软件无线电不需要考虑多标准通信问题、信道特性和介质的改变问题，总之不需要考虑硬件的更新问题以及由此带来的接口通用性问题，它在保证通信功能的同时，也有效节约了使用成本。

2、软件无线电的相关特点

软件无线电技术具有众多的优势，归纳起来主要有以下几个方面的优势：

第一，易于实现系统的模块化。软件无线电技术的基本设计思想就是模块化设计理念。利用该技术，非常容易实现通信系统的模块化设计。通信系统的硬件平台和电气接口方面均严格遵循开放和统一的标准，如果需要进行维护或者提升系统性能，仅仅通过更换某一个模块便可以实现，而不需要更新整个系统。

第二，全面的数字化。软件无线电技术能够为我们提供优秀于当前任何一个数字通信系统的全面数字化的通信系统。这主要是因为软件无线电技术数字化处理的重点便是通信系统的基带信号、射频段信号以及中频段信号。

第三，功能的软件化。软件无线电技术除了必需的具有良好通用性的硬件支持平台之外，其他的各种功能均能够通过软件编程的方式来实现。一般情况下，软件编程可以实现以下这些功能，主要包括：信源编码、解码方式以及可编程的射频频段、中频频段、信道解调方式与信道调制方式等等。

第四，优秀的可拓展性。软件无线电技术具有非常优秀的可拓展性，不管是系统功能的拓展，还是系统功能的升级，均可以非常轻松地完成。由于软件无线电技术基于模块化、标准化、通用化的硬件支持平台，因此在硬件方面的可拓展性不大，其优秀的可拓展性主要体现在软件方面。如果想要对系统进行升级或者拓展仅仅需要对相应的软件进行升级或者拓展即可，非常方便。升级和拓展软件要比改进和优化硬件电路简单许多。借助于软件工具，能够根据实际需求来实现各种通信业务的拓展。

3、软件无线电的若干关键性技术

3.1 DDC（数字下变频技术）

DDC是“Digital Down Converter”的缩写，即数字下变频技术。数字下变频是A/D变换完成之后排在第一位的需要处理的工作项目。通常而言，数字下变频主要包括数字下变频、二次采样以及滤波等三项内容，是通信系统当中进行数字处理工作量最大的环节，也是工作难度最大的环节。一般情况下，人们均抱有以下观点，即只有对每一个采样点进行一百次以上的操作才能够在比较好的程度上进行滤波等处理。我们假设基于软件无线电的通信系统的频率是10 MHz，那么采样率则必须要高于25 MHz。则单个DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）芯片需要具备至少2500 MIPS（Million Instructions Per Second，百万条指令）的运算水平，目前的DSP水平是很难满足这样的运算要求的。目前为了有效解决DSP预算能力的瓶颈问题，通常都将DDC（数字下变频技术）的工作交给专用的可编程芯片去完成。借助此举，软件无线电的可靠性不仅获得了保证，还保留了无线电所特有的优势。目前的DDC芯片通常具有很高的可编程能力，可以比较简单地通过改变控制参数的方式来控制信道的中心频率、二次采样率以及带宽，实现从一个带宽信号中将所需要频点和带宽的信号进行滤出的效果。

3.2 宽带/多频段天线技术

我们对基于软件无线电的通信系统的天线提出的要求是，能够有效地覆盖所有的无线通信频段。显然，这样的要求还是非常高的。我们以美军为例，它曾经研发出一款几个倍频程的宽带天线，然而由于效率非常之低而最终放弃。对于绝大多数的通信系统而言，其天线只需要覆盖几个频程不同的窗口便可以，而不是一定要覆盖所有的频段；如果想要覆盖所有的频段，则可以采用组合式多频段天线的方法来实现该要求。并且，组合式多频段天线在技术上具有很高的可行性，我们以美国研制的AN-400型的超宽带叶片状天线为例，它可以覆盖960MHz至1220MHz和30MHz至400MHz的频段。

3.3 高速信号处理技术

高速DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）芯片是基于软件无线电通信系统的核心部件之一，其中主要的职责就是完成编码/译码、比特流处理、调制解调以及基带处理等环节的工作内容。但是高速DSP芯片也是制约基于软件无线电通信系统发展的重要因素之一，主要原因就是单个的高速DSP芯片处理能力不能够有效地完成单路数字话音调制解调和编码/译码的工作量。因此，为了应对以上问题，通常需要采用多个DSP芯片并行处理的方式来获得运算能力的提升。

4、软件无线电接收机设计思路

4.1 选择软件无线电接收机的结构

软件无线电的结构基本上分为三种：射频低通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构和宽带中频带通采样数字化结构。其中，射频低通采样数字化结构的软件无线电，对A/D转换器的性能如转换速度、工作带宽和动态范围等提出了非常高的要求，同时对后续的DSP或ASIC（专用集成电路）的处理速度要求也特别高。射频带通采样结构的软件无线电，虽然对后续DSP的处理速度要求不高，但是这种结构对A/D工作带宽的要求（实际上主要是对于A/D中采样保持器的速度要求）是比较高的。与前两种结构相比，宽带中频带通采样软件无线电结构，不仅不需要第一种结构所要求的超高速采样，也不要求第二种结构所需的高精度、高工作带宽所要求的采样保持放大器，使A/D设计大大简化，其代价只是增加了一些前端的复杂性，综合以上分析讨论，宽带中频带通采样软件无线电结构是近期软件无线电研究中一种较可行的设计方案。

4.2 软件无线电接收机硬件设计思路

硬件电路的实现是检验理论的最有效的方法，基于软件无线电的通信系统是基于中频带通采样数字化结构的，使用专用数字下变频芯片HSP50214进行设计的软件无线电接收机，可实现模拟下变频、采样、数字下变频、信号处理和模拟输出等功能。此接收机的整体设计思路包括以下几个模块：

(1)模拟前端。此部分主要是实现射频信号的模拟下变频，将信号变换成中频，模块的主要器件可采用UV1316。

(2)中频放大A/D采样模块。此模块主要实现对信号的中频放大和高速A/D采样，器件可选用中频放大芯片MAX4265和A/D采样芯片MAX1444。

(3)数字下变频模块。此部分主要功能是从输入的宽带高速数据流的数字信号中提取所需的窄带信号，将其下变频为数字基带信号，并转换成较低的数据流。

(4)直接数字合成器模块。直接数字合成器部分可利用AD公司的AD9851芯片实现可变采样频率的合成。AD9851的功能十分强大，在本系统中用作产生数字可调的A/D芯片的采样时钟和DDC芯片HSP50214B的采样时钟输入信号CLKIN。其目的是为了满足DDC的CLKIN等于A/D采样频率的倍数关系，并且实现可变采样频率采样，增加系统的灵活性。

(5)数字信号处理（DSP）模块。本系统可应用TMS320C5402高速定点DSP芯片，它在整个系统中起着中心控制和实现数字调制解调等数字信号处理算法的功能，是整个系统的核心。

(6)D/A转换模拟功放模块。D/A转换模拟功放模块可采用MAX525芯片和MAX4298芯片，主要实现对数字信号的数模转换，并对模拟信号进行功率放大。

5、结语

基于软件无线电结构的通信信号调制解调通用平台软件，通信系统可以实现对多种模拟、数字调制解调模式的兼容，如要实现对信号其它模式的调制解调，只需基于此结构添加新的调制解调算法即可，而不需要改变系统整体的结构。

总之，在现代的移动通信系统中，信令部分已经是用软件完成，软件无线电的任务是将通信协议及软件标准化、通用化和模块化。同时，把现有的各种无线信令按软件无线电的要求划分成几个标准的层次，开发出标准的信令模块，研究通用信令框架。软件无线电的关键和重点技术使其具有相对于传统数字电台的优越性，让软件无线电技术在具有多元化功能的同时，也为电台的宽频段提供了必要的保证。

参考文献

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[8]韦萍,邵啸,赵东杰.基于软件无线电的中频频谱监测方法的优化[J].兵工自动化,2008,(10):125-126.

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摘要：感知无线电技术是在软件无线电技术基础上发展起来的一种新的智能无线通信技术，是软件无线电技术的扩展，它使软件无线电从预先定义协议的盲目执行者转变成为无线电领域的智能。感知无线电虽具有独特的优点，但技术并不成熟，本文对感知无线电的无线传输场景分析、信道状态估计及其容量预测、功率控制和频谱管理，无线电知识描述语言等关键问题进行了探讨，希望能够对相关工作的开展提供一些参考。

一、感知无线电的概念

感知无线电技术用以实现动态频谱共享。通过检测空中信号占用频谱，通过探知无线环境中空闲频谱资源，选择可被自己利用频率进行通信。租借系统通过采用感知无线电技术，实时跟踪授权系统占用频率状况，随时使用、释放频段，在保障授权系统通信前提下，与授权系统动态共享频谱。采用频谱检测方式获取频谱信息可使感知无线电技术能适应无线环境频谱使用状况短期变化，高效利用频谱，并且感知无线电技术不要求改造现有系统，对无线信道环境和用户需求都将具有较好适应性。

感知无线电技术动态频谱共享是自适应传输技术思想在频谱分配领域的运用。自适应传输使无线通信系统数据传输适应信道传输能力的变化，通过提高数据传输速率来改善频谱利用率。而感知无线电使无线通信系统占用的频谱适应无线环境频谱使用状况的变化，通过增加共享同一频段的系统数、用户数来提高频谱利用率。不管是自适应传输技术还是感知无线电技术，其思想的核心都是无线通信系统能自动地适应外界环境和自身需求的变化。

感知无线电思想可以推广到移动通信其它层面。从低层到高层，要求未来移动通信系统能检测系统各层参数与状态，如链路质量、网络拓扑、业务负载、甚至用户需求，并能适应这些变化。从通信端到端，在存在重叠覆盖多种无线电通信环境下，要求移动设备能够在异构网络间切换，实现包括终端、网络和业务在内的端到端重配置。这也就是所谓的认知网络(CognitiveNetwork)。

二、感知无线电关键技术分析

作为一种新的智能无线通信技术，感知无线电可以感知到周围的环境特征，采用构建方法进行学习，通过相关描述语言与通信网络智能交流，实时调整传输参数，使系统的无线规则与输入的无线电激励的变化相适应，以达到随时随地通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。无线规则指一系列适合无线频谱合理使用的射频带宽、空中接口、相关协议和空间时间模式的设置。感知无线电系统的重构能力很重要，该功能就是以软件无线电作为平台来实现的。重构功能是由软件无线电实现，而感知无线电的其他任务是通过信号处理和机器学习的过程实现，其感知过程开始于无线电激励的被动感应，以做出反应行为而终止，一个基本的感知周期要大致分为3个基本过程，分别是无线传输场景分析、信道状态估计及其容量预测、功率控制和频谱管理，它们的顺序执行使感知无线电系统的感知功能得以实现。

2.1感知无线电技术与动态频谱分配

未来移动通信系统满足用户需求的关键点是提高频谱利用率。移动通信的发展使带来了越来越严重的频率短缺问题。解决频率短缺大致有两类方法，一是扩大可利用的频率范围，二是提高频谱利用率。为增加可用频率，移动通信系统的频率已扩展至300GHZ。无线信道的路径损耗是随频率升高而迅速增加的，所以频率过高并不利于移动通信。因而，更加有效的方法是提高频谱利用率。

提高频谱利用率有三类途径，改进通信设备的传输技术，优化网络、提高组网能力。目前广泛采用这两种途径，但是这两种方法能够获得的频潜利用率增益将越来越少。第三种提高频谱利用率的途径是改进频谱分配方式。

目前国际上主要采用固定频谱分配方式，一个频段只分配给一个无线接入系统，不管分配的频段是否被频率牌照的所有者实际使用，其它无线接入系统不能占用该频段。为提高频谱利用率，可以将一些频段分配给了多个系统，允许它们同时占有同一个频段，甚至一些频段可以开放为不需牌照的频段，允许任意系统占用。尽管固定频谱分配方式能够改善系统干扰问题，但由于频谱的授权系统并不是在任何地区的任何时刻都使用频率，其频谱利用率很低。而简单地允许多个系统共享一个频段，虽然优于独占性的固定频谱分配方式，但由于它对频谱共享没有加以必要的控制，一个系统占用频率前并不知道该频率是否正在被其它系统使用，从而导致了两方面的问题。可见，如果仅仅是简单地允许多个系统共享频谱，而不避免系统间干扰，会制约频谱利用率的提高，并且不能保证通信质量。为解决频谱短缺与频谱利用率低下的矛盾，可以考虑采用动态频谱分配方式。允许多个系统共享同一频段，各系统只在需要通信时才能占有频段，通信结束就释放频段，而且必须控制系统间干扰，后接入的系统不能影响其它已有系统的通信。为与现有通信系统兼容，分配频段上授权系统有使用频谱的最高优先级，只要不影响授权系统通信，租借系统与授权系统动态共享频谱。这种动态的频谱共享包含时间与空间两方面。在时间上，当授权系统不使用所分配的频率时，租借系统可以占用频率，但当授权系统重新占用频率时，租借系统必须及时地归还频率。

2.2信道状态估计及其容量预测

信道估计的结果可用来计算信道容量，用于控制发送端的信号能量，可使用香农法则计算信道容量C，但在感知无线电系统中并不直接在发送端传输C的信息，而是量化C，一定的量化率用于反馈发送端，量化比率是预先确定的，所以接收机接收的信息量要小于信道容量C。一般来说，无线系统的传输率是波动的，当其超出一定界限时，就会引起系统的不正常工作，这个界限决定了最大的传输比特率。

2.3功率控制和频谱管理

2.3.1功率控制

在感知无线电通信系统中功率控制的实现以分布方式进行，以扩大系统工作范围，提高接收机性能。控制发送端功率是感知无线电系统的关键技术之一。在多址接入的感知无线电信道环境中，主要采用协作机制方法，包括规则及协议和协作的Adhoc网络两方面内容。多用户的感知无线电系统彼此协作工作，基于先进的频谱管理功能，可以提高系统工作性能，支持更多用户接入。

2.3.2动态频谱管理

动态频谱管理也称为动态频谱分配，具有实现系统频谱高效利用的功能。在感知无线电系统中，频谱管理的算法可这样描述：基于频谱空穴和功率控制器的输出，选择一种调制方式以适应时变的无线传输环境，使系统工作在可靠传输的状态下。系统工作的可靠性可由信噪比差额(SNRgap)的大小确定。

2.4无线电知识描述语言

传统的软件无线电不能与网络进行智能交流，因为没有基于模式推理计划能力和没有相关描述语言。在以软件无线电为发展平台的感知无线电研究中，研究表示无线系统知识、计划和所需语言是关键技术，无线电知识描述语言(RKRL)应运而生，它表示了无线规则、系统配置、软件模块、网络传送、用户需求、应用环境等知识。

参考文献：

何丽华，谢显中，董雪涛，周通.感知无线电中的频谱检测技术[J].通信技术，2007，(05)

王军，李少谦.认知无线电：原理、技术与发展趋势[J].中兴通讯技术，2007，(03)

谭学治，姜靖，孙洪剑.认知无线电的频谱感知技术研究[J].信息安全与通信保密，2007，(03).

刘元，彭端，陈楚.认知无线电的关键技术和应用研究[J].通信技术，2007，(07)

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[关键词]博弈论；认知无线电；频谱共享

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0287-01

无线频谱是十分有限的资源，为了实现多种无线应用服务，频谱管理部门采用固定频谱接入方法排除了其他干扰因素，即将频谱分配给多个用户，让其单独应用，因此，只有经过授权的用户有资格使用频谱，对于大部分非授权用户而言，根本就无法应用频谱。通信技术的发展，使人们对无线频谱的需求量大量增加，由于可用频谱已经被完全分配，从而使频谱成为十分稀缺的资源。此外，由于频谱利用率比较低，大部分频谱都被白白浪费，由此可见，频谱短缺的问题除了资源少之外，还包括其较低的利用率。本文通过阐述认知无线电技术的现状，对其频谱共享问题进行分析。

一、认知无线电与频谱管理

认知无线电（CR）提出后，受到了人们的广泛关注。美国将认知无线电定义为能够随时根据无线环境变化，而发生动态改变、发射参数的无线电技术。因此，认知无线电可以密切感受附近环境的无线频谱状态，并且自动搜集利用率较低的频谱，按照相应的算法将其改变工作参数进行改变，以便适应外部环境的变化，使频谱的利用率得到提高。认知无线电通过接入空闲频谱（频谱空穴），能够对频谱合理进行利用，实现了DSA，具体如图1所示。

认知无线电技术能够在很大程度上提高频谱利用率，因而产生了认知无线电网络，其研究内容比较多，包括高层协议、网络社交，并成为了未来产业化研究的趋势。对认知无线电网络中的频谱管理进行进一步研究，可以使频谱资源得到更高效的应用。一般情况下，频谱管理的主要内容有频谱感知、判决、共享以及切换。

对于认知无线电的频谱共享问题，常选择基于图论的图着色的方法、基于注水算法以及基于博弈论的拍卖等方法。下文主要以博弈理论为前提，对认知无线电技术发展过程中存在的频谱共享问题进行分析。

二、认知无线电频谱共享

目前，存在很多动态频谱接入技术，分级接入模型和频谱管理政策是最兼容的，尤其是衬底式频谱共享可以机会式的使用空闲频谱，避免对网络用户造成影响。用经济学的方法分析频谱问题，可以提高空闲频谱共享的积极性，提高其利用率。博弈论方法能够更加清楚的分析认知无线电频谱共享问题，使其利用率最大化。

1.博弈论基本内容

博弈论的概念是有经济学中发展而来的，上世纪40年代后期，逐渐形成了合作博弈理论，通过对个体合作进行假设，对其最优策略进行分析。博弈论最初被应用在生物领域，之后逐渐发展为更多领域，包括工程学、社会科学以及计算机科学等，成为了分析个体之间合作、竞争性关系的十分有效的工具。传统博弈分析里边有一个基本假设条件，也就是参与者是完全理性的。一条信息P是共同知识，指群体G当中每个参与者都知道“P”，并且每个参与者都知道“每个参与者都知道‘P’”……不断循环。理性即参与者选择使自身效用最大化时的行动。在上述假设下，博弈的解便是参与者预测的结果。完全理性的接设条件在现实中很难满足，但博弈论的应用对象主要为计算机，因此可将其看做理性范围。

一般情况下，博弈类型主要为合作博弈、非合作博弈。非合作博弈是参与者根据效用函数选择的理智行动，每个参与者都需要利己，选择各自的策略。而非合作博弈的内容很多，可以应用在很多领域中。一个博弈之中，某个参与者的自身信息也许不被其他参与者知道，因此根据参与者彼此的了解程度可以将博弈分为两类，即不完全信息博弈、完全信息博弈。除此之外，一个博弈里边，参与者可能一起行动，也可能有顺序的行动，因此可以根据其行动次序分为动态博弈、静态博弈。静态博弈是参与者在不知道他人选择的情况下做出的策略决策，参与者完成决策后，表明博弈结束；动态博弈中，参与者难以获得参与者的全部信息，即为不完全信息动态博弈。

2.博弈论应用在频谱共享的可行性

因为频谱资源是十分有限的，但在通讯技术的发展下，人们对无线频谱的需求越来越大，而采用频谱共享技术解决这一供需矛盾，具有十分重要的意义。要想实现频谱共享问题，就要解决很多实际问题，比如网络基础设施差异、用户移动性及不同用户的行为等。在整个认知无线电系统中，网络授权系统和认知系统是共存的，每个系统中的用户都存在不同的行为，有些网络用户是互相协作的关系，在网络拓扑中能够完成传输任务，有些用户仅完成自己的通信任务，个别用户甚至肆意破坏别的用户的通信状况。只有系统分析网络用户的行为及相互作用，才能更好的实现频谱共享。博弈论主要研究彼此竞争或者合作的个体，和动态频谱共享问题的研究内容一样。可以采用博弈论分析频谱共享问题，并得到解决措施。结合认知无线电技术进行动态频谱共享时，博弈包括的要素主要有参与者、策略空间以及效用函数。

参与者是授权网络或者认知网络，也可以是两者的组成，根据参与者构成内容及数量，组成相应类型的博弈。因此，采用博弈论可以更好的解决认知无线电的频谱贸易问题。

三、性能仿真分析

1.参数设置

文章主要对重复库诺特频谱共享博弈模型进行分析。由主用户、次用户共享15MHz频谱的认知无线电环境，所有认知用户的目标BER均为，博弈动态模型为下列公式：

上述公式中，bi（t）是某个时刻t次用户i可以分到的频谱；ai是次用户i速度调整参数，ri是此用户i的收益，公式中则是此用户的传输速率；k是频谱密度效率，x与y都是非负常数，c大于等于1。主用户价格函数采用X=0，Y=1，c根据环境评估予以调整。主用户频谱价格w=1，则次用户收益ri=10。

2.仿真结果分析

由于信道质量存在较大差异，因此纳什均衡在不同点上，因为使用的是自适应调制技术，次用户能够在频谱一样的情况下，得到更好的传输速率及收益，对于次用户而言，要动态库诺特博弈中频谱共享轨迹能够说明次用户i速度参数为ai=az=0.14；在速度相同的参数下，纳什均衡点信道质量良好，能够使曲线出现更大变化。

图2是不同信道质量和稳定区域的关系，不同信道质量稳定范围在a1～a2上，若此范围的数值设置在此区域，可以确保频道共享的稳定性；若超出此范围，则说明共享不稳定，容易出现较大波动。

三、结语

认知无线电技术的发展，已经受到行业人士的广泛关注，其发展应用能够为通信技术做出重要贡献。进一步研究认知无线电技术，通过借助博弈论的相关内容，能够减少频谱资源有限带来的通信束缚，从而使无线通信技术得到更好的发展。

参考文献

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关键词 无线电能 传输 形式 当前面临问题

中图分类号：TM724 文献标识码：A

1无线电能传输的定义

无线电能传输又称无接触电能传输是一种传输电能的新技术，它将电能通过电磁耦合、射频微波、激光等载体进行传输。这种技术解决了电力自身的两大缺点：不易储存和不易传输，同时也解除了对于导线的依赖，从而得到更加方便和广阔的应用。

2无线电能传输发展历史

19世纪末被誉为“迎来电力时代的天才”的特斯拉在电气与无线电技术方面做出了突出贡献。1881年发现了旋转磁场原理，并用于制造感应电动机，次年进行试制且运转成功。1888年发明多相交流传输及配电系统；1889-1990年制成赫兹振荡器。1891年发明高频变压器（特斯拉线圈），现仍广泛用于无线电、电视机及其他电子设备，他曾致力于研究无线传输信号及能量的可能性，并在1899年演示了不用导线采用高频电流的电动机，但由于效率低和对安全方面的担忧，无线电力传输的技术无突破性进展。

2001年5月，国际无线电力传输技术会议在法属留尼汪岛召开期间，法国国家科学研究中心的皮格努莱特，利用微波无线传输电能点亮40m外一个200W的灯泡。其后，2003年在岛上建造的10kW试验型微波输电装置，已开始以2.45GHz频率向接近1km的格朗巴桑村进行点对点无线供电。

2007年6月麻省理工学院的研究人员已经实现了在短距离内的无线电力传输，他们通过电磁感应利用磁耦合共振原理成功地点亮了离电源2m多远处的一个60w灯泡。

2008年9月，北美电力研讨会最新的论文显示，他们已经在美国内华达州的雷电实验室成功的将800W电力用无线的方式传输到5m远的距离。

3无线电能传输方式

3.1电磁感应式

电磁感应式又称为非接触感应式，电能传输电路的基本特征就是原副边电路分离。原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合感应相联系。根据无接触变压器初、次级之间所处的相对运动状态，新型无接触电能传输系统可分为：分离式、移动式和旋转式，分别给相对于初级绕组保持静止、移动和旋转的电气设备供电。

电磁感应式的特点是：（1）较大气隙存在，使得原副边无电接触，弥补了传统接触式电能的固有缺陷；（2）较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁想当，甚至比激磁高；（3）传输距离较短，实际上多在毫米级。

3.2电磁共振式

电磁共振式又称WiTricityj技术是由麻省理工学院物理系、电子工程、计算机科学系，以及军事奈米技术研究所的研究人员提出的。系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。

电磁共振式的特点：（1）利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性。（2）中等距离传输，传输效率较高。（3）能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响。（4）传输效果与频率计天线尺寸关系密切。

3.3微波式

先通过磁控管将电能转变为微波能形式，再由发射天线将微波束送出，接收天线接收后由整流设备将微波能量抓换为电能。

微波式特点：（1）传输距离远，频率越高，传播的能量越大。在大气中能量传递损耗很小，能量传输不受地球引力差的影响；（2）微波式波长介于无线电波和红外线辐射的电磁波，容易对通信造成干扰；（3）能量束难以集中，能量散射损耗大，定向性差，传输率低。

4无线电能传输需要解决的问题

4.1电磁辐射安全问题

对人身安全和周围环境的影响需要解决。由于无线能量的传输既不像传统的供电方式那样可以在传输路径上得到很好的控制也不像无线通讯那样传送微小的功率。高能量的能量密度势必会对人身安全及健康带来影响。对激光则在功率密度小于2.5mW/cm2才能保证对人体无伤害。所以采用无线输电时要考虑避免对人身的伤害。

4.2电磁兼容性

无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场，这就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。系统要发生电磁兼容性问题，必须存在三个因素，即电磁骚扰源、耦合途径、敏感设备。所以，在遇到电磁兼容问题时，要从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。因此采取有效的抗干扰措施、屏蔽技术、合理使用电磁波不同的频段、避免交叉，重叠等造成不必要的电磁干扰。

4.3系统整体性能有待提高

目前无线能量传输技术整体上传输的效率不高，主要原因是能量的控制比较困难，无法真正实现能量点对点的传送在传输的过程中会散射等损耗一部分能量，能量转换器的效率不高也是影响整个系统效率的关键因素。当然随着电子技术的不断进步，传输的效率也会逐渐提高。

4.4传输距离、效率、功率、装置体积之间的关系

对于无线能量传输技术中几个关键性的指标：传输距离、传输效率、传输功率、装置体积等。一般情况下，传输距离越近、装置体积越大、传输效率就越高、传输功率就越大。如何尽可能地减小装置体积、提高传输距离、效率和功率是无线输电技术重点研究的方向之一，也是小功率设备实现无线输电的前提。

参考文献