无线通信系统传输技术探讨

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近年来，在我国各个生产和生活领域中均可见到无线通信技术的身影。然而，在无线通信技术的应用规模不断扩大的今天，分布式频谱资源稀缺的问题越来越突出，相关研究也没有取得突破性进展。现阶段，在我国通信进一步的发展过程中，无线频谱的缺乏成为主要的限制因素。于是，认知无线电技术应运而生，并在社会范围内得到了广泛关注。相较于传统无线电技术，认知无线电技术的最大优势在于能够有效提高频谱利用率，解决分布式频谱资源不足的问题[1]。在我国，认知无线电技术已被授权并分配给若干通信系统，但频谱资源的利用水平仍有待提升。如何在不影响授权用户通信的情况下，对授权系统所占用的空闲频段进行有效利用，并以该方式全面提升系统频谱资源的使用效率，成为认知无线电技术面对的首要问题。我国对认知无线电技术的研究情况主要集中在自适应传输技术。当前，认知无线电系统具备的自适应传输技术已经基本实现，可根据环境变化动态调整传输参数。

1认知无线通信系统的发展

无线电技术在人类历史上的发展时间较短，直至20世纪末，国外才有相关学者系统地提出这一概念，并就无线电的基本原理展开了相关阐述。此后，随着无线电优势的不断突出和在临床实际应用中卓越价值的不断显现，越来越多的人投入无线电的研究队伍。至此，对无线电众多相关项目的研究拉开序幕。近年来，随着研究的不断深入，认知无线通信系统已成为当前无线电领域的主要研究方向。首先，相较于传统无线通信系统，认知无线通信系统能够全面增加系统中可用频谱的数量，保证大量无线信息的传输，对无线传输技术的进步具有重要的促进作用；其次，认知无线通信系统的设备制造商可以为用户生产新设备，在产品销售过程中为设备制造商获得利益；最后，认知无线电技术能够为用户提供一个有效的信息传输系统，使其工作和生活更加便利、高效。

2认知无线电关键技术

2.1空闲频谱感知检测技术。空闲频谱感知检测技术即是以用户无线环境的感知为基础确定的“频谱空调”。频谱空调是指最初分配给授权用户使用但功率频带非常低且在某些时间段内未能被授权用户充分使用的频带资源。该段频率只包含低功率噪声干扰的授权用户信号或者与低功率噪声干扰相似的授权用户信号，频带内部往往存在大量的空白区域，而空白区域的形成为系统使用频谱资源提供了更多可能[2]。空闲频谱感知检测技术即充分利用此空白区域，对用户频带资源使用情况进行分析和辨别，并以此为基础选择频谱通信，有效实现频谱资源的共享且不影响用户正常通信。目前，我国常用频谱检测方法主要包括匹配滤波器的检测、能量的检测以及循环平稳的检测三类。（1）匹配滤波器的检测。实质上，匹配滤波器为线性最佳滤波器，具有最大的输出信噪比，在信号检测中起着重要作用。匹配滤波器的检测属于相干检测中的一类。理论和实践经验证实，它可用于判断系统中是否存在信号，并把握最佳时机输出最大信噪比，显著提高信号检测的准确性。另外，匹配滤波器也是输出SNR的最大滤波器，在信号检测方面有较大优势，具有检测准确、快速的特点。匹配滤波器也有不足，如它对授权用户的先验信息依赖较大，若用户的先验信息不准确，则检测结果的准确性和可靠性大大降低。此外，匹配滤波器的使用限制较多，在对不同类型的授权用户进行检测时，往往需要匹配特殊的接收器，导致可操作性低、应用推广难度大，使用进一步受限[3]。（2）能量的检测。在没有任何发端信息的背景下，能量检测方法是仅次于匹配滤波器检测的方法，属于信号的非相关检测。相较于匹配滤波器检测，我国对于能量检测技术的研究更加成熟。当接收器无法从主用户信号获得足够信息时，能量检测便成为系统检测的首选方式。检测步骤如下。首先，在带通滤波器中接收由接收机发出的信号，然后以接收到的实际数据为依据，计算滤波器输出信号的平方值，进而将平方值与信号观察时间相结合，计算出积分。其次，将计算值与预定阈值进行比较，判断系统中是否存在信号。使用能量检测方法的频谱感测存在的主要问题是难以确定阈值，因为阈值取决于噪声功率。在实际的系统运行过程中，噪声功率会在各种因素的影响下不断发生改变。检测过程中，门限设置太高会造成部分授权用户信息遗漏，给授权用户的系统使用安全性与稳定性带来不利影响。门限值设置太低，会导致频谱利用率降低，不利于检测效率和效益的提升[4]。此外，能量检测器只能判断是否存在信号，不能识别信号，容易在未知信号影响下得出错误的检测结果。（3）循环平稳的检测。当信噪比较低时，能量检测器无法有效区分信号和噪声，导致上述两种检测方法失效。此时，循环平稳检测的价值得以显现。在大多数无线通信应用中，信号通常来自人工周期性信号调制，一般包含循环平稳的特性。受此影响，信号的检测和估计参数可以通过计算信号的循环谱密度来执行。首先，对基带信号进行N点FFT变换，得到功率谱密度。其次，检测特征值与扩频信号[5]。循环平稳的检测也有检测计算量大和检测等待时间长的不足。此外，在某些情况下，该检测方法会影响授权用户的通信。通常，检测算法只在某一个认知用户中完成。授权用户的信号不仅覆盖范围广，还具有路径多的特点。在这样的背景下，单一的检测可能无法对用户实际系统使用情况与接收到的信号进行准确判断，造成检测结果出错。对此类问题，可通过合作检测方式进行避免[6]。2.2频谱共享技术。在认知无线电网络，如何实现频谱资源的共享是空闲频谱应用中需要解决的主要问题。只有有效使用频谱资源且同时不影响授权用户，才能真正体现频谱共享技术的优势与价值[7]。目前，我国关于频谱共享技术的研究主要集中在动态的频谱分配。对它进行具体分析可从以下三个方面入手。第一，基于网络结构的频谱共享技术。该方案主要针对集中式解决方案。在此解决方案中，频谱的分配与用户接入过程由一个集中单元控制，同时该控制单元负责对网络中所有节点检测到的频谱信息进行控制与管理，并在对信息进行分析整理的基础上制作频谱分配映射图。由于频谱分配策略是由所有分布式节点参与制定的，在该模式下节点本身将直接决定频谱访问。第二，基于对频谱进行分配的频谱共享技术。该方案的研究内容主要是单用户通信与其他用户通信之间的关系。方案中的所有节点从共享感知中获得信息，而获得的信息将被用作频谱分配计算的参考指标[8]。第三，基于接入技术的频谱共享技术。Overlay技术中，认知节点可使用未经授权用户的系统来访问某些网络。该技术能够最大限度地减少对授权用户造成的影响。此外，Underlay技术中，可利用扩频技术在蜂窝网络获取频谱分配图，能够有效处理授权用户认知节点传输信号的噪声，相比于Overlay方案，能够有效利用增加的带宽。

3结论

当前，我国对于无线信息通信技术的研究已较为成熟。在各类无线电通信技术中，认知无线通信系统及其相关技术是无线电研究的主要内容，也是无线电未来发展的重要趋势。随着无线电技术在我国的不断发展、进步以及应用范围的扩大，无线电的科技研究内容逐渐复杂化。为保证无线电系统中各项传输技术的可靠性与安全性，确保有效发挥各种无线电技术的独特优势，在具体研究过程中，相关人员应当树立严谨的研究意识，结合社会发展现状，不断拓展研究内容，为我国无线通信传输技术的长期发展保驾护航。

参考文献：

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[2]晋会杰，刘彦甲.无线网络通信传输信号延迟消除仿真研究[J].计算机仿真，2017，（12）：157-160.

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[4]李汪丽.通信链接无线终端资源传输路径目标识别仿真[J].计算机仿真，2017，34（10）：177-180.

[5]郭进喜，刘扬，刘中华，等.无线通信中泄漏同轴电缆的传输衰减模型[J].科学技术与工程，2018，（7）：143-146.

[6]吉莉，王丽芳，廖承林，等.基于单线圈双谐振结构的无线携能通信系统架构研究与设计[J].电工技术学报，2018，33（4）：791-799.

[7]李绍辉，冯强，雷中清，等.井筒水声波无线通信系统关键技术与试验研究[J].石油机械，2017，（10）：11-15.

[8]李树军.无线网络通信节点传输快速性优化研究仿真[J].计算机仿真，2017，34（1）：272-275.

作者:叶春生 单位:中通服建设有限公司