无线电技术论文范文

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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(RadioKnowledgeRepresentationLanguage，RKRL)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:

[1]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)

[2]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)

[3]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).

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1.1基于软件的广电系统

软件无线电的最大特色在于其在底层硬件的支持之下，以软件编程的模式来完成传统广电系统的所有技术功能，从而一举改变了传统的仅仅依赖硬件的方案。基于软件的广电系统正是通过此原理来构建的数字化技术的广电系统。最重要的核心模块是“数字电视（广播）通用调制”模块，其主要功能一方面能够进行所有类别的广播电视数字信号的产生，还包括为原始信号插入各类辅助功能信号，例如同步信号、时钟信号以及纠错冗余信号等等。通过灵活的软件编程，一方面能够方便地产生所需的各种格式的数字信号，从而使之能够和各类底层协议模块相互匹配，另一方面也能够较方便地进行升级换代，和几乎所有的主流传输介质相兼容。如果体制中增加了新的编码模式，则不必更换硬件模块，只需在软件方面进行接口和协议的改动即可完全适应新的方式，因此设备的升级换代变得非常方便，节约了投资，设备的研发周期也大大缩短，新的功能能够灵活地加入进来。在具体的技术实现方面，由于当前的光电通信底层网络已经拥有很高的传输速率与很高的带宽水平，而当前的各类硬件价格正在不断下降，升级更新周期也逐渐缩短，因此应该将灵活的软件模块与固有的硬件模块进行协同配合设置，以实现技术收益的最大化。结合当前的信息技术现状，假若将整个的系统均交由软件来设计与实现，则软件的执行对于CPU等资源的耗费是必须考虑的。因此在全面考虑之下，其可行的方案为：

（1）底层信息传输系统以模块化的方式进行构建，由不同的模块提供针对性的软件接口，共同构建信道系统，主要有调制解调模块、频率分配模块、编译码模块等等，这些模块均接受中央处理单元的控制，软件的使用主要体现在对信息传输系统的参数设置方面，例如调制解调模式的设置与选择、信道编解码方式的设置于选择、信道加密解密模式的确定等等。

（2）具体模块在实现方面则选择硬件与软件配合使用的模式，将各类负载合理地分配在软件单元与硬件单元之上，为了减少软件对于资源的消耗，可以在硬件方面做出一些调整，例如增加一些可编程芯片等。

1.2基于软件的数字电视系统

当前，我国比较通行的数字电视主要存在着DVB-S，DVB-C以及DVB-T等制式，而且由于用户的原因，数字电视将在很长的一段时期之内同时兼容各类制式。这些情况也直接体现在我国目前的主流数字电视接收机的厂商中，当前的机顶盒也充分考虑了多种制式的现象，这也能够推进我国数字电视的推广速度，使其覆盖范围扩大，使用户的投入减少。构建的数字电视系统，能够结合不一样的传输制式，来为其加载相对应的软件单元，从而实现终端与传输底层协议的匹配，已经被证实是一种比较可靠的实现方法和解决方案。目前对这种技术进行推广的主要阻力来自于成本问题，由于数字电视最终归属于普通的家电类商品，如果定价偏高则会鲜有人问津。而随着微电子技术突飞猛进的发展，不少产品的成本正在逐步降低，因此给予软件的数字电视产品最终会通过市场来反哺其研发，实现良性的循环。

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中图分类号：TN914文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2011）11-0262-01

作为近年来信息技术领域发展最为迅速的无线通信包括移动通信技术，彻底改变了人信的生活方式和工作方式。无论是工作还是生活，各种无线通信设备已经是人们不可缺少的需要。

移动通信技术，必须解决一些关键的电磁兼容问题，使得技术的发展建立在一个合理的基础结构之上，既兼顾到各种无线电技术不同种类之间的电磁兼容性问题，也兼顾到今天和将来技术持续性发展的电磁兼容性问题。研究工作必然包括系统内部和系统之间的电磁兼容两个方面：作为一个系统，特别具有高频器件和电路的无线电系统，其内部的电磁兼容问题非常复杂。对于高速 信息传输系统统尤其要给予重视，这将是下个世纪电磁兼容问题的一个重要研究领域。另外，一些关键的、来自于系统之间的电磁兼容性问题也必须引起重视。

一、宽带无线通信系统与窄带无线系统之间的电磁兼容问题

目前,正在使用的900兆赫频段（AMPS、TACS、ETACS、GSM900、CDMA800）6和1800兆赫频段（DCS1800、CDMA）之间是一种倍频或者准倍频关系，他们之间的低次谐波之间会出现近似相等的情况，互影响严重，需要严格和认真的考虑。目前，大力开发的第三代宽CDMA系统的工作在2400兆赫频段，其与900和1800兆赫频段系统的兼容能力将是这项新技术在未来几年取得成功的一个关键因素。

二、移动通信系统、无线接入系统、无绳和寻呼系统之间的电磁兼容问题

移动通信系统工程与寻呼系统、包括高速Flex系统的电磁兼容问题可能成为一个关键的问题。这些寻呼系统发射功率大，基站多，影响面大，另外许多用户同时使用移动电话BP机，以节约使用费。这些因素会对移动通信系统/城市无线本地接人系统产生重要影响。

三、地面无线电系统、同温层系统和卫星系统之间的电磁兼容性问题

当“依”系统、“Teldesic”等复杂和中低轨道系统建成的时候，这些系统由于直接与地面终端通信，到达地面的功率远高于目前的同步轨道系统，因而与地面无线电通信系统之间的兼容问题将是全球通信网、特别是移动通信网成败的关键。目前，正在研究和实施的同温层移动通信系统，由于其定位高度更低，其与卫星和地面系统之间的电磁兼容问题应格外受到关切。

四、宽带、超高速移动能信息其他系统之间的电磁兼容性问题

在将来，高速宽带移动通信事业交进发展的主要方向，它是全球个人多媒体移动通信业务的基础。相应，宽带电磁兼容性的研究是非常重要的工作。这一方面是为了提高宽带移动业务的可靠性；另一方面是为了降低宽带业务系统设备内部、移动网内部、移动网之间、移动网和非移动网之间、移动通信和非通信业务设备之间的干扰，提高兼容工作的能务和信息的保密性。

五、无线电系统与其他系统之间的电磁兼容性

其他的系统很多，包括家用电器、军事通信、医院设备、广播等，虽然已经制定一些相关的法律，比如禁止在医院、机场、飞机上、军事重地等使用移动电话，但干扰的问题从来就没有停止过。令我们记忆犹新的广州白云机场飞机停飞事件，就是寻呼系统造成的。

总括起来，由于无线电通信系统的发展，我们面对下个的电磁兼容问题包括。

（1）系统内部和外部、系统之间的工作频谱设计、寄生信号和非线形发射及感应结构的研究。

（2）各种无线业务包括新业务的电磁兼容概念、定义和标准的研究。

（3）面向对象，尤其是宽频带系统电磁兼容模型，分析方法和实验方案的研究。

（4）满足电磁兼容标准的宽带移动通信系统与网络的概念、定义和方案的研究与提出。

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一、无线网络概述

无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术。通常用于无线网络的设备包括便携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话、笔式计算机和寻呼机。无线技术用于多种实际用途。例如，手机用户可以使用移动电话查看电子邮件。使用便携式计算机的旅客可以通过安装在机场、火车站和其他公共场所的基站连接到Internet。在家中，用户可以连接桌面设备来同步数据和发送文件。

二、无线网络的标准

为了解决各种无线网络设备互连的问题，美国电机电子工程师协会(IEEE)推出了IEEE802.11无线协议标注。目前802.11主要有802.11b、802.11a、802.11g三个标准。最开始推出的是802,11b，它的传输速度为lIMB／s，最大距离室外300米，室内约50米。因为它的连接速度比较低，随后推出了802.11a标准，它的连接速度可达54MB／s。但由于两者不互相兼容，致使一些早已购买802.11b标准的无线网络设备在新的802，11a网络中不能用，所以IEEE又正式推出了完全兼容802.11b标准且与802.11a速率上兼容的802.11g标准，这样通过802.11g，原有的802.11b和802.11a两种标准的设备就可以在同一网络中使用。IEEE802.11g同802.11b一样，也工作在2.4GHz频段内，比现在通用的802.11b速度要快出5倍，并且与802，11完全兼容，在选购设备时建议弄清是否支持该协议标准。选择适合自己的，802.11g标准现在已经开始普及。

三、无线网络类型

(一)无线广域网(WWAN)。无限广域网技术可使用户通过远程公用网络或专用网络建立无线网络连接。通过使用由无线服务提供商负责维护的若干天线基站或卫星系统，这些连接可以覆盖广大的地理区域，例如若干城市或者国家(地区)。目前的WWAN技术被称为第二代(2G)系统。2G系统主要包括移动通信全球系统(GSM)、蜂窝式数字分组数据(CDPD)和码分多址(CDMA)。现在正努力从2G网络向第三代(3G)技术过渡。一些2G网络限制了漫游功能并且相互不兼容；而第三代(3G)技术将执行全球标准，并提供全球漫游功能。ITU正积极促进3G全球标准的指定。

(二)无线局域网(WLAN)。无线局域网技术可以使用户在本地创建无线连接(例如，在公司或校园的大楼里，或在某个公共场所，如机场)。WLAN可用于临时办公室或其他无法大范围布线的场所，或者用于增强现有的LAN，使用户可以在不同时间、在办公楼的不同地方工作。WLAN以两种不同方式运行。在基础结构WLAN中，无线站(具有无线电网卡或外置调制解调器的设备)连接到无线接入点，后者在无线站与现有网络中枢之间起桥梁作用。在点对点(临时)WLAN中，有限区域(例如会议室)内的几个用户可以在不需要访问网络资源时建立临时网络，而无需使用接入点。

(三)无线个人网(WPAN)。无线个人网技术使用户能够为个人操作空间(POS)设备(如PDA、移动电话和笔记本电脑等)创建临时无线通讯。POS指的是以个人为中心，最大距离为10米的一个空间范围。目前，两个主要的胛AN技术是“Bluetooth”和红外线。“Bluetooth”是一种电缆替代技术，可以在30英尺以内使用无线电波传送数据。Bluetooth数据可以穿过墙壁、口袋和公文包进行传输。“Bluetooth专门利益组(SIG)”推动着“Bluetooth”技术的发展，于1999年了Bluetooth版本1.0规范。作为替代方案，要近距离(一米以内)连接设备，用户还可以创建红外链接。

为了规范无线个人网技术的发展，IEEE已为无线个人网成立了802.15工作组。该工作组正在发展基于Bluetooth版本1.0规范的WPAN标准。该标准草案的主要目标是低复杂性、低能耗、交互性强并且能与802.11网络共存。

无线个人网和无线局域网并不一样。无线个人网是以个人为中心来使用的无线个人区域网，它实际上就是一个低功率、小范围、低速度和低价格的电缆替代技术。但无线局域网却是同时为许多用户服务的无线网络，它是一个大功率、中等范围、高速率的局域网。

最早使用的WPAN是1994年爱立信公司推出的蓝牙系统，其标准是[EEE802.15.1[w-BLUE]。蓝牙的数据率为720kb／s，通信范围在10米左右。为了适应不同用户的需求，无线个人网还定义了另外两种低速WPAN和高速WPAN。

(四)无线城域网(WMAN)。无线城域网技术使用户可以在城区的多个场所之间创建无线连接(例如，在一个城市或大学校园的多个办公楼之间)，而不必花费高昂的费用铺设光缆、铜质电缆和租用线路。此外，当有线网络的主要租赁线路不能使用时，WWAN还可以作备用网络使用。WWAN使用无线电波或红外光波传送数据。为用户提供高速Internet接入的宽带无线接入网络的需求量正日益增长。尽管目前正在使用各种不同技术，例如多路多点分布服务(MMDS)和本地多点分布服务(LMDS)，但负责制定宽带无线访问标准的IEEE802.16工作组仍在开发规范以便实现这些技术的标准化。