【频谱监测技术探究的国内外文献综述4600字】

频谱监测技术研究的国内外文献综述目录TOC\o"1-2"\h\u22864频谱监测技术研究的国内外文献综述 121631.1频谱监测系统研究现状 111291.2频谱监测方法研究现状 328443参考文献 61.1频谱监测系统研究现状随着我国无线通信技术的进步和发展,频谱数据资源日趋紧张,因此全世界各个国家都对频谱监测管理工作十分重视,期望能对频谱资源实现更加高效合理的利用,这促使了对频谱监测系统或频谱分析仪的大力研究。频谱监测管理系统最先应用于航空领域,其典型代表是美国航空管理局在上世纪末研发的频谱监测系统IMDS(InterferenceMonitoringDetectionSystem),该系统由多个地面监测站和监测飞机组成,可以不断的对航空通信的频谱信息进行监测,对非法信号进行报警,防止异常干扰来确保航空安全。美国前任总统奥巴马在2013年提出要扩大美国在无线电领域创新的领导地位,计划在全美范围内能够实时监测频谱,T.

cooklev等人于2015年根据《国家遥感与通讯及信息监测管理局》,NTIA)的试点计划提出了一个基于云计算的稳定的频谱监测超级系统。美国在高频频谱计量监控技术以及高频频谱监控技术等各个方面均处于国际的领先水平,美国建立了频谱管理单位和频谱监测管理系统,来促使人们和无线电机构更规范的使用频谱资源,并开发了多款配套频谱监测应用软件来监控无线电频谱,识别非法信号,保证合理的利用频谱资源。美国泰克(tektronix)有限公司生产sa2600手持式实时频谱分析仪,利用WindowsCE嵌入式操作系统和ARM平台实现了对频谱的高性能分析。

sa2600可以控制在10khz-6.2ghz的频率范围内,采用最高20MHz的实时带宽进行频谱监测,可以侦听到500us最短周期的瞬时事件。SA2600增加了触摸屏,能够实现良好的人机交互,不仅采用了泰克专有的DPX显示技术,还嵌入了GIS离线地图来实现定位功能。美国安捷伦(Agilent)公司研制的N9342C频谱分析仪,不仅可以实现对频谱的常规监测,内部坚固的无风扇设计特点还使其能够在更加恶劣的场景中良好运作。N9342C可以监测100kHz-7GHz的频率范围的信号,频段扫描时间少于2ms,还配备了7.2寸的LCD显示屏,实现信号的良好显示。该频谱分析仪利用GPS实了定位功能,还可以实时记录并回放监测到的信号频谱,可以使用户能更快的发现瞬时信号。英国CRFS公司研发的RFeye智能化网格频谱监测系统,可以实现全天候实时频谱监测,并使用颜色与频段的映射来反映地区内频段的分布,还具有定位非法干扰源的功能。

rfeye这一系列的应用程序软件能够与频谱监控网络中任何一个位置的接收器相互连接,在10mhz-6ghz的频率上对其进行了监测和分析,整个频段扫描时间少于100ms,以此获取某个地点频谱的使用情况。德国罗德与施瓦茨(R&S)公司的UMS200无线电监测系统可以配合ARGUS监测软件来监测9kHz-7.5GHz频率范围内的频谱使用情况,该无线电监测系统可以通过配置不同的硬件软件参数来应对不同的监测场景,同样可以实现对监测目标的定位功能。日本安立(anritsu)公司自主研发的ms272c手持频谱仪,频率监视范围一般为9khz-20ghz,分辨率带宽最小可以设置为1hz-10mhz,宽带前置放大器的灵敏度也得到了约20db的改善,具有三种扫描模式:快扫、正常和nofft,可以很好地满足不同的对于测量要求,通过较大的图像标记显示增强了ui的显示效果,能够检测突发信号。国内的频谱监测管理没有国外开始的早,在时间上相对处于劣势。无线电通信条例修订委员会于1987年正式在中国北京市正式成立,此后国内的民用无线电和视频监控通讯技术才真正逐步开始了快速的稳步发展。经过三十多年的发展,全国各主要城市都建立了无线电监测站,能够将固定监测节点接收的频谱数据统一分析,利用无线电监测网络实现对频谱信号的全面监测。得益于国家对频谱监测管理的重视,国内很多公司和单位开始自主研发频谱监测设备,并不断完善功能,软硬件结合实现了对频谱资源的监测及分析。目前我国的频谱监测技术与欧美发达国家仍有一定差距,但是也取得了大力的发展。普源精电(rigol)有限公司生产的dsa-030a频谱分析仪由于体积较小且简单便携,频率检测范围可设置为9khz-3ghz,最小分辨率带宽为10hz,全幅度不确定性小于1db,可以通过不同颜色的轨迹线来观察改变RBW对频谱的影响,还可以显示光谱图、瀑布图。

dsa-000a作为一款新型高性能、经济的频谱分析仪器电子产品,具有更高的性价比,得到了较为广泛的应用。安泰信(atten)公司生产的at5005频谱分析仪,通常是显示没有经过处理的原始信号的信息,频率范围大约为150khz-1050mhz,可用于电磁兼容测试、发射接收器测量和对信号的侦听,能直接地观察到输入信号的频域和波形,可广泛应用于高中教育科研技术领域,中电54所有企业都是自主开发的sr04-02监视分析接收器能够对9khz-3ghz频率范围内的定频信号实现监测,进一步就可以实现对其特征的分析、参数的测量、截获跳频信号和多种调制信号解调等功能。中电41所研制的AV4036频谱分析仪,频率测量范围可达3Hz-40GHz,采用全数字中频处理技术和自动校准技术,减小了误差并增强了环境适应性,集合成信号源和频率分析于一体,能够对滤波器、混频器等部件进行参数分析,实时保存测量结果,提高了我国频谱监测的技术水平。虽然国内的频谱监测技术已经得到了迅猛的发展,但是与国外仍然还有一定的差距,国内频谱监测装置中还存在一些问题,如:其功能比较单一,没有把频谱分析和信号频谱监测紧密地融入其中;体积较大,不太适于进行野外操作;价格虽然比较低,但是性能不是很好。中电41所研制的频谱监测设备能实现对宽频带的快速扫描,相应的频谱点数据量也大大增加,使上层软件的设计加大了难度,此时频谱监测软件就需要提高数据处理的速度,并可以有效的存储数据。现代频谱监测系统中软件的主要任务包括:能够实现多种扫描模式来满足不同的监测需求;能够实现对信号的良好显示;能够对监测频段进行统计分析,反映频谱使用情况;能够实时的检测信号并识别分类;能够对监测到的信号进行有效存储;能够实现和底层硬件的通信,下发控制命令及接收上传数据;需要符合国际电讯联盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)的测试要求。因此本文基于软件无线电的频谱监测系统研究就具有重要的实际意义。1.2频谱监测方法研究现状频谱监测技术方法是对频谱监测系统设计的重要理论依据和技术支撑,在理论上确立了频谱监测的准确性和实施效果,因此我们有必要积极开展相关频谱监测技术方法研究。本文中,频谱监视技术的应用主要涉及到两个方面,即频谱检测与调制辨认。认知式无线电中,频谱检测的方法大致可以划分为两类,即主用户发射端检测、主用户接收端检测和多点协作检测三类,其中主用户发射端检测则是目前较为常见的一种频谱检测方法,它们包括了能量检测、匹配滤波检测、循环平稳检测等。能量检测技术是最基本的一种传统信号检测技术,通过直接计算信号一段时间内所受到的接收信号的能量,从而判断出该信号之所以存在,具有系统结构简单,运算方便等优势。但是由于能量检验法的抗噪特性不佳,当信噪比过低时,即便增加积累时间该算法的检测性能也不会变好。D.O.North在1943年首次提出匹配滤波器的概念,将匹配滤波器应用于信号检测领域使输出的信噪比最大,实现最优检测,这种方法被称为匹配滤波检测。匹配滤波检测实际上采用了相干法进行检测,该算法的检测效率比较高,但该算法在检测信号时还需要有足够的先验知识,存在结构复杂,实用性不强的缺点。W.A.gardner于1975年后他提出了一种基于循环平稳光谱信号的分子光谱学和相关化学理论[28],通过信号的循环。平稳特征和谱相关函数区分信号和噪声来实现信号检测。

gardner在1988年首次提出了一种特征检测的理论和技术框架,基于循环平稳的特征可以利用多种检测方法来直接实现对信号的检测,开展了更为深入的研究。循环平稳检测算法的抗噪特性相对比较优,但是其计算错误量大,过程复杂,不太适合进行实时的检测。随着无线通信技术的发展,通信信号的调制识别在信号监测、分析中发挥着越来越重要的作用。C.S.

weaver在1969年首次发表并提出了基于调制模型和方式的自动识别理论,通过模型识别的技术手段来实现调制识别。A.K.

Nandi和E.

E.

azzouz在1995年至1998年间分别发表了多篇论文来深入地研究模拟通信信号的调制和识别,提出了九个基本的特征参数,对几种常见的模拟信号和一些数字信号的调制识别方式也进行了分析和鉴定,为后续研究奠定了基础。V.Ramakomar在1999年提出了三个新的特征参数用于改善数字调制方式信号的自动识别。调制识别的方法般认为可以划分两类:基于假设检测的最高似然方法和基于特征提取的模式识别。基于贝叶斯假设检验的最大似然方法的一个核心思想就是:通过计算似然的函数,根据贝叶斯的代价最低准则,与合适门限相结果进行判断,识别不同的调制方法。此种方法的理论完备,在贝叶斯最小代价准则下实现效果最优,但是似然函数复杂,计算难度大,需要很多先验证的知识,算法的性能仍然主要依靠模型的正确构造和对参数准确的估计,稳健度相对较差。基于特征提取的模式识别技术方法主要包括特征提取和调制分类识别两个大部分共同组成,而对特征调制模式识别的重点就在于如何提取出具有特征的参数,因此根据不同的特征提取方法可对此类方法进一步划分。分类特征识别的技术基础设计关键技术是小型分类器模式设计,根据不同调制特征参数模式可以对不同特征调制参数模式下的大型分类器数据进行不同的小型分类,其中小型分类器主要采用包括决策树、支撑树和向量机、人工神经网络等多种分类方法。此类方法过程清晰,计算简单并易于实现,信噪比较高时特征明显,可根据信噪比调整特征门限进行分类识别。基于特征提取的模型识别技术根据各种特征提取的方法可以进一步细化为:基于时域的频域基本统计量、星座图特征、高阶累加值、循环络特征、循环光谱特征、小波变换等。L.X.

wang在2009年基于一种高阶累计量和支持向量机的技术手段来识别数字调制信号,当信噪比系数值大于10db时,识别率控制到97.5%以上。赵雄文等在2016年基于高阶累计量和循环谱的混合调制识别方法对五种数字调制信号进行了识别,当信噪比大于5dB时,识别率在94%以上。谭晓衡等人在2018年基于高阶累积量和小波变换利用人工神经网络进行调制识别,在低信噪比条件下仍具有较佳的识别效果。基于时域和频域基本进行统计量的分析方法,简单直观,计算误差量小,适合于实时数据分析,但是其抗噪特性较差;基于星座图的调制方法,可以准确地区分幅值相位调制的信号,但是当信噪比较低时,在一定的高阶段会出现聚类模糊的现象;基于与高阶累加值、循环累加值、循环光谱密切相关的计算方法,具有良好的耐腐蚀和防水性能,适合于信噪比较低的情况,但是计算误差较大;基于小波变换的检测方法,适用于突发信号进行检测和识别,其性能依赖于基小波的选取。参考文献姜浩,张治.基于AD9361的软件无线电平台设计与实现[J].电视技术，2015，39(15):51-54.唐俊,范红,严杰,倪林,曹爱玲.AD9361在无线通信数字中继器中的应用[J].微型机与应用,2016,35(04):98-100.杨勇,夏文龙,史晓荻,郭庆功.基于AD9361的智能屏蔽系统设计与实现[J].太赫兹科学与电子信息学报,2018,16(04):625-629.宋哲,曹旸,张志芳,朱铁林.基于FPGA配置AD9361在小型无人机数据链上的应用[J].电视技术,2018,42(10):125-128.刘波.一种宽带零中频接收前端设计与性能测试[D].华中科技大学,2014.郜泽.基于AD9361的软件无线电硬件平台设计与实现[D].四川:电子科技大学,2015.刘健.基于ZYNQ与AD9361的微型频谱监测设备的设计与实现[D].电子科技大学,2018.余方围,唐英杰,任宏亮,