無線電干擾信號(hào)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)應(yīng)用

摘要：伴隨著無線電通信技術(shù)的飛速發(fā)展，這一技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ钜约敖煌ㄟ\(yùn)行中得到了十分廣泛的應(yīng)用，而干擾信號(hào)的存在，不僅會(huì)影響著人們的通信質(zhì)量，更會(huì)對(duì)列車上的旅客生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的威脅。因此為了深入探究無線電干擾信號(hào)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)技術(shù)與定位技術(shù)，本文分析了無線電干擾信號(hào)的分類與特點(diǎn)，并就無線電干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用展開深入分析，最后就干擾信號(hào)的多種定位技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與弊端進(jìn)行了詳細(xì)分析，以期為無線電干擾信號(hào)的監(jiān)測(cè)和定位貢獻(xiàn)微小的力量。

關(guān)鍵詞：無線電；干擾信號(hào)；網(wǎng)絡(luò)化檢測(cè)；定位

伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無線電通信技術(shù)在我國移動(dòng)通信、衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)，廣播領(lǐng)域、飛行導(dǎo)航、智能交通以及氣象服務(wù)等多個(gè)領(lǐng)域，都得到了十分廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，也有越來越多的技術(shù)人員注意到了不同無線電系統(tǒng)之間會(huì)存在著不同程度的信號(hào)干擾問題，從而使得電磁環(huán)境越發(fā)繁雜。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)技術(shù)人員就無線電干擾信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)與管理，以此來提升頻譜資源利用的效率，通過對(duì)干擾信號(hào)的捕捉、監(jiān)測(cè)以及定位，來為頻譜資源使用秩序提供強(qiáng)有力的保障。本文無線電干擾信號(hào)的定位與監(jiān)測(cè)為中心展開論述。

一、無線電干擾信號(hào)分析

（一）無線電干擾信號(hào)分類

從本質(zhì)上來分析，無線電干擾信號(hào)其實(shí)是屬于無線電通信系統(tǒng)當(dāng)中無用能量的一種，也就是說無線電的干擾信號(hào)會(huì)在一定程度上影響著通信信號(hào)的接收質(zhì)量。而干擾信號(hào)是由多樣的感應(yīng)、輻射及發(fā)射或者其他結(jié)構(gòu)而組合產(chǎn)生的，在通信的過程中，往往會(huì)伴隨著信息丟失以及接收性能下降等問題，嚴(yán)重情況下，還會(huì)出現(xiàn)通信阻斷的重大問題。干擾信號(hào)往往會(huì)以間接或者直接耦合等渠道來進(jìn)入無線電通信系統(tǒng)。立足于干擾源，將干擾信號(hào)進(jìn)行分類，主要可以劃分為無線電噪聲干擾以及無線電干擾兩種，如果更為細(xì)致地劃分，第一種干擾又可以劃分為內(nèi)部干擾、人為干擾、自然干擾三種[1]。需特別一提的是內(nèi)部干擾以及自然干擾這兩種因素存在不可控的特點(diǎn)，而無線電干擾主要可以劃分為帶外、互調(diào)、鄰里、同頻等幾種干擾類型。對(duì)比分析得知，其中的干擾信號(hào)以及人為噪聲干擾這兩種干擾因素是相對(duì)可控的。

（二）無線電干擾信號(hào)特點(diǎn)

從無線電干擾信號(hào)相關(guān)概述以及相關(guān)分類分析中，我們能夠得知部分的無線電干擾源是具有可控制特點(diǎn)的。其中最為明顯的可控干擾源就是阻塞、互調(diào)及帶外、同頻等干擾因素。而伴隨著當(dāng)今時(shí)代硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，噪聲干擾在超短波通信中已經(jīng)無法造成較大的干擾后果。另外在無線電設(shè)備廣泛應(yīng)用并不斷普及與升級(jí)換代的過程中，技術(shù)人員為了進(jìn)一步提升通信質(zhì)量，往往會(huì)選擇通信信號(hào)密度較高的環(huán)境中進(jìn)行宏基站的設(shè)置[2]。但是需特別注意的是，在信號(hào)較為擁擠的城市區(qū)域內(nèi)，多個(gè)公共通信系統(tǒng)及通信基站的設(shè)置也會(huì)影響著無線電磁環(huán)境，提升其電磁環(huán)境的密集性。再加上當(dāng)今時(shí)代，IT技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，有越來越多的移動(dòng)終端設(shè)置了提供WiFi熱點(diǎn)的功能，因此城市區(qū)域內(nèi)的電磁環(huán)境，必然會(huì)存在著系統(tǒng)之間相互干擾等問題，并且這種干擾問題的特點(diǎn)就是持續(xù)時(shí)間短，且具有移動(dòng)性以及隨機(jī)性的特點(diǎn)。當(dāng)前干擾信號(hào)的發(fā)展已經(jīng)呈現(xiàn)出了高頻寬帶的發(fā)展趨勢(shì)，并且會(huì)隱藏在背景噪聲等信號(hào)信息的傳播當(dāng)中，因此在無線電監(jiān)測(cè)接收機(jī)信號(hào)捕捉的過程中，往往會(huì)對(duì)這些干擾信號(hào)的捕獲無能為力。通常情況下來說，這種通信中的干擾信號(hào)只會(huì)對(duì)普通用戶造成時(shí)間、經(jīng)濟(jì)及信號(hào)傳播效率上的損失。但是對(duì)于民航等行業(yè)來說，一旦在正常運(yùn)行的過程中存在無線電干擾問題，將會(huì)直接對(duì)旅客的生命安全造成直接性的影響[3]。就此而言，相關(guān)技術(shù)人員對(duì)無線電干擾信號(hào)進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障信號(hào)的無縫覆蓋，對(duì)保障旅客生命安全而言是非常重要的。

二、無線電干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究

下面主要以無線通信列車自動(dòng)控制的干擾信號(hào)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)為中心，對(duì)干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)展開分析。通常情況下，無線通信列車的通信系統(tǒng)非常容易受到其他信號(hào)的干擾，從而導(dǎo)致信號(hào)中斷或者列車被迫緊急停運(yùn)等情況發(fā)生。就此而言，干擾信號(hào)不僅影響著交通秩序的正常運(yùn)行，甚至還威脅著旅客的生命財(cái)產(chǎn)安全。干擾信號(hào)通?？梢苑譃榉菂f(xié)議、同頻、瞬時(shí)以及長時(shí)間持續(xù)等多種信號(hào)類型，而各個(gè)位置信號(hào)之間并不會(huì)存在沖突，但往往會(huì)造成頻譜波形混合的問題[4]，從而對(duì)無線電干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常運(yùn)行造成很大程度上的影響。因此要想實(shí)現(xiàn)全體真實(shí)監(jiān)測(cè)無線電干擾信號(hào)，就必須在信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用邊緣計(jì)算方式并利用無線電頻譜監(jiān)測(cè)接收機(jī)等設(shè)備來構(gòu)建完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合云邊協(xié)同等方式來完成干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)方案的制定，詳細(xì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）整體規(guī)劃

首先要做的就是將邊緣無線監(jiān)測(cè)接收器這一設(shè)備設(shè)置無線頻譜監(jiān)測(cè)的前面位置，以實(shí)現(xiàn)干擾信號(hào)檢測(cè)的整體預(yù)控。因?yàn)檫吘墴o線監(jiān)測(cè)接收器的主要工作就是擔(dān)任本地智能、預(yù)處理以及信號(hào)的采集等多項(xiàng)工作。詳細(xì)上來說，這一設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)分為采樣、本地頻譜分析、FFT等幾個(gè)模塊。從頻譜分析這一模塊上來說，其主要的功能就是進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理以及數(shù)據(jù)計(jì)算，并定期性將數(shù)據(jù)上傳到云端。而如果云端有特殊性的設(shè)置，那么接收機(jī)就會(huì)根據(jù)其設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，將數(shù)據(jù)調(diào)取分析后進(jìn)行回傳并進(jìn)一步構(gòu)建云端服務(wù)平臺(tái)，將所有整合到的數(shù)據(jù)以及頻譜信息上傳到數(shù)據(jù)庫。最后由數(shù)據(jù)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)性的處理、查詢與更新，一旦發(fā)現(xiàn)識(shí)別異常，自動(dòng)進(jìn)行頻譜的搜索[5]。這樣一來，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)頻譜特征的進(jìn)一步挖掘。

（二）車內(nèi)檢測(cè)布局

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的車內(nèi)監(jiān)測(cè)布局主要是利用外置模式，通過磁共振無線充電這一技術(shù)來完成對(duì)相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測(cè)。這一技術(shù)與傳統(tǒng)意義上的電子器件監(jiān)測(cè)存在著本質(zhì)上的不同，這種技術(shù)能夠最大化地保障內(nèi)外線圈的面積，與磁感應(yīng)無線電充電技術(shù)相比較來說，這一技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中列車啟動(dòng)時(shí)，車體內(nèi)部的充電發(fā)射線圈設(shè)備就會(huì)自動(dòng)開啟檢測(cè)，這樣一來，也就有效地簡化了人工拆卸這一類的煩瑣工作，節(jié)省了人力。除此之外，這一設(shè)備的結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單，損壞問題出現(xiàn)的概率也會(huì)大大降低。通常情況下來講，每節(jié)車廂所部署的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)一般在4～8個(gè)左右，而各個(gè)節(jié)點(diǎn)共同組建成空間分布式的傳感器系統(tǒng)。這一系統(tǒng)能夠?qū)τ?GHz頻段上的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理工作，并且還能夠?qū)⑾嚓P(guān)的數(shù)據(jù)生成5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳到云端，還能夠規(guī)避傳統(tǒng)2.4GHz頻段的信號(hào)干擾，從而為數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)的傳輸效率提供保障，盡可能地降低了數(shù)據(jù)傳輸延遲現(xiàn)象的出現(xiàn)概率[6]。

（三）頻譜識(shí)別系統(tǒng)

為了打造有效的網(wǎng)絡(luò)頻譜識(shí)別系統(tǒng)，相關(guān)技術(shù)人員還需要針對(duì)各類頻譜的數(shù)據(jù)來作為研究的樣本，并通過對(duì)公有頻段信號(hào)的采集，對(duì)各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的分析，將每10個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)完整的頻譜，同時(shí)展開對(duì)設(shè)備前端的預(yù)處理工作，以此來得知頻譜的最大值。最后進(jìn)行噪聲前后的波形頻譜對(duì)比，并對(duì)相應(yīng)的語音信號(hào)完成采樣工作。在進(jìn)行上述的預(yù)處理工作后還需要將采樣中的個(gè)別持續(xù)時(shí)間較短的信號(hào)進(jìn)行消除，通過對(duì)信號(hào)頻率、帶寬以及波形等參數(shù)的分析，來篩選信號(hào)波段中不完整的部分，并利用邊緣計(jì)算思想來將干擾信號(hào)進(jìn)行消除。

三、無線電干擾信號(hào)定位技術(shù)應(yīng)用研究

（一）無線電測(cè)向

隨著我國無線電通信技術(shù)發(fā)展越發(fā)普及，其無線電站的建設(shè)數(shù)量和密度也呈現(xiàn)出日益增長的趨勢(shì)，因此各信號(hào)之間干擾現(xiàn)象頻頻發(fā)生。而無線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用不僅要保障無線電干擾信號(hào)能夠得到迅速的捕捉，還要在發(fā)現(xiàn)這一干擾信號(hào)的同時(shí)進(jìn)行信號(hào)源的準(zhǔn)確定位，以此來為管理機(jī)構(gòu)排除干擾奠定前提基礎(chǔ)。這也就為無線電監(jiān)測(cè)技術(shù)的精準(zhǔn)度提出了更高要求。而在以往所應(yīng)用的無線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，主要是通過無線電測(cè)向法來判斷干擾信號(hào)源的位置。借助于相應(yīng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備來明確無線電波的參數(shù)，并根據(jù)這一參數(shù)來判斷干擾源方向，以上為無線電測(cè)向的基本原理。

而應(yīng)用最為廣泛的干擾信號(hào)監(jiān)測(cè)就是相關(guān)干涉儀測(cè)向機(jī)，并且已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，該技術(shù)也趨于成熟。除此之外，空間譜估計(jì)法這一測(cè)量方式也正處于研究階段，尚未問世。但無論是何種測(cè)向機(jī)都必須以天線技術(shù)作為測(cè)向的重要依托以此來保障各項(xiàng)的精準(zhǔn)度。而其精準(zhǔn)度越高，所應(yīng)用的天線體積也就相對(duì)越大。除此之外，所應(yīng)用的測(cè)向機(jī)這一設(shè)備構(gòu)造也十分精密，并且購置需要投入大量的經(jīng)濟(jì)成本，因此無法廣泛應(yīng)用。就此而言，無線電測(cè)向在未來的干擾信號(hào)定位工作的應(yīng)用中必然無法滿足其實(shí)際需要。而到達(dá)時(shí)間差這一類的網(wǎng)絡(luò)化干擾信號(hào)定位法的問世，則能夠與新型的無線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)匹配相吻合，這就為以視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)為核心的測(cè)向定位法進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

（二）無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究

通過以上對(duì)網(wǎng)絡(luò)無線電檢測(cè)系統(tǒng)以及射頻傳感器等方面的研究，我們能夠得知，無線電測(cè)向這一技術(shù)在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用并不適合。因此為了將網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)充分凸顯出來，就需要相關(guān)技術(shù)人員在信號(hào)檢測(cè)以及干擾信號(hào)定位等方面，與網(wǎng)絡(luò)化節(jié)點(diǎn)達(dá)成深度融合。而無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)對(duì)硬件平臺(tái)的要求相對(duì)較低，但其定位的精準(zhǔn)度卻非常高，另外這一技術(shù)還能夠通過多點(diǎn)定位的形式應(yīng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，而二者之間的結(jié)合則能夠充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)定位和移動(dòng)平臺(tái)定位的優(yōu)勢(shì)，從而獲取定位信息。網(wǎng)絡(luò)無線定位主要是指通過網(wǎng)絡(luò)多個(gè)位置信息來提取相關(guān)信息并進(jìn)一步推算出無線電信號(hào)發(fā)射機(jī)的位置，這樣的定位方式并不需要額外的資金投入，并且與雷達(dá)定位方式相比較而言，也無需發(fā)射無線電波，因此屬于無源定位的一種。深入來講，定位方式可以進(jìn)一步詳細(xì)劃分為到達(dá)時(shí)間差定位、信號(hào)接收強(qiáng)度定位、到達(dá)角定位、GPS輔助定位以及蜂窩小區(qū)標(biāo)識(shí)無線終端定位等[7]。下面逐個(gè)進(jìn)行詳細(xì)分析。

首先是GPS輔助定位。這一定位技術(shù)只要能夠保障網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)終端之間通信情況正常就能夠應(yīng)用于無線電干擾信號(hào)定位當(dāng)中，并且能夠達(dá)到非常高的精準(zhǔn)度，其范圍可以達(dá)到5～10米之間。除此之外，這一定位技術(shù)還能夠?qū)⒌?次捕捉信號(hào)的時(shí)間縮短到3～10秒以內(nèi)[8]。但是相關(guān)技術(shù)人員需要明確的是，這一定位技術(shù)的應(yīng)用需要網(wǎng)絡(luò)通信以及目標(biāo)衛(wèi)星通信等方面的輔助與支持，而相關(guān)設(shè)備以及硬件的配置則需要一定的成本投入，所以這一定位技術(shù)在無線電檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中適配度不高。

其次就是蜂窩小區(qū)標(biāo)識(shí)無線終端定位技術(shù)，也就是通過蜂窩小區(qū)無線通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端信號(hào)的地理定位。蜂窩小區(qū)主要是根據(jù)各個(gè)移動(dòng)終端的地理位置來為其提供定位服務(wù)的，因此不同的基站也有對(duì)應(yīng)的小區(qū)識(shí)別，而在進(jìn)行信號(hào)定位的過程中，僅需要查詢移動(dòng)臺(tái)屬于哪一小區(qū)，就能夠根據(jù)小區(qū)的位置來判斷移動(dòng)臺(tái)的實(shí)際位置，這一定位技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于所耗時(shí)間比較短，并且不需要投入額外的資金。但是這一定位技術(shù)相比較GPS定位技術(shù)來說，其誤差參數(shù)相對(duì)較大，并且精準(zhǔn)度也存在不足，其精準(zhǔn)度只能處于幾十米至幾十千米，并且非常容易受到小區(qū)半徑的影響而干擾定位的準(zhǔn)確性。

最后是到達(dá)角定位。這種定位方式與無線電測(cè)向技術(shù)非常類似，主要是通過對(duì)基站接收機(jī)接收信號(hào)時(shí)對(duì)入射角信息的分析，來明確該基站與信號(hào)發(fā)射基站之間的方位線，并以±a作為測(cè)向精度，并以交叉計(jì)算的方式來信號(hào)交匯處并劃出相應(yīng)的區(qū)域。這一定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就在于即便是較為空曠的地帶，也能夠保障信號(hào)定位的精準(zhǔn)度。但是到達(dá)角定位技術(shù)的應(yīng)用需要智能天線的輔助，并且對(duì)硬件的要求相對(duì)較高，與此同時(shí)，如果被監(jiān)測(cè)區(qū)存在較多的障礙物，也會(huì)對(duì)定位的精確性產(chǎn)生一定影響。

到達(dá)時(shí)間差定位是在上述所言的到達(dá)角定位的基礎(chǔ)上，所進(jìn)一步構(gòu)建而成的信號(hào)源軌跡方程，也就是根據(jù)不同接收信號(hào)的時(shí)間差，并運(yùn)用定位算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)源位置的定位，這一定位技術(shù)并不需要承擔(dān)額外的負(fù)擔(dān)。并且與到達(dá)角定位技術(shù)相比較來說，這種定位技術(shù)即便是在接收端和信號(hào)源不同步的情況下，也能夠通過三個(gè)以上的視頻傳感器完成信號(hào)的接收，并根據(jù)時(shí)間差來完成信號(hào)源位置的監(jiān)測(cè)[9]。

這一技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)是不需要諸多天線陣為其奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也避免了信號(hào)模糊的問題，對(duì)于硬件的要求也相對(duì)較低。能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)信號(hào)的全監(jiān)測(cè)和全覆蓋。最為重要的是這一定位技術(shù)受電波距離上的影響較小，即便是對(duì)于跳頻、突發(fā)以及帶寬信號(hào)也能夠保障其高精準(zhǔn)度的監(jiān)測(cè)定位。

四、結(jié)束語

如文中所述，借助于以上幾種方式展開對(duì)無線電干擾信號(hào)的監(jiān)測(cè)與定位，能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)全天候、全覆蓋的監(jiān)測(cè)。但是諸多干擾信號(hào)的監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)發(fā)展上尚未成熟，有著明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，因此就需要技術(shù)人員根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)以及信號(hào)監(jiān)測(cè)與定位的實(shí)際需要，選擇合理的方式，從而實(shí)現(xiàn)頻譜資源的高效利用，為無線電信號(hào)的安全使用提供強(qiáng)有力的保障。

作者單位：顧多瑞 甘肅省無線電監(jiān)測(cè)站張掖監(jiān)測(cè)站

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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