無線電干擾信號網絡化監測與定位技術應用

摘要：伴隨著無線電通信技術的飛速發展，這一技術在人們日常生活以及交通運行中得到了十分廣泛的應用，而干擾信號的存在，不僅會影響著人們的通信質量，更會對列車上的旅客生命財產安全造成巨大的威脅。因此為了深入探究無線電干擾信號網絡監測技術與定位技術，本文分析了無線電干擾信號的分類與特點，并就無線電干擾信號監測系統的應用展開深入分析，最后就干擾信號的多種定位技術實際應用的優勢與弊端進行了詳細分析，以期為無線電干擾信號的監測和定位貢獻微小的力量。

關鍵詞：無線電；干擾信號；網絡化檢測；定位

伴隨著我國科學技術的發展，無線電通信技術在我國移動通信、衛星產業，廣播領域、飛行導航、智能交通以及氣象服務等多個領域，都得到了十分廣泛的應用。與此同時，也有越來越多的技術人員注意到了不同無線電系統之間會存在著不同程度的信號干擾問題，從而使得電磁環境越發繁雜。在此基礎上，相關技術人員就無線電干擾信號進行相應的檢測與管理，以此來提升頻譜資源利用的效率，通過對干擾信號的捕捉、監測以及定位，來為頻譜資源使用秩序提供強有力的保障。本文無線電干擾信號的定位與監測為中心展開論述。

一、無線電干擾信號分析

（一）無線電干擾信號分類

從本質上來分析，無線電干擾信號其實是屬于無線電通信系統當中無用能量的一種，也就是說無線電的干擾信號會在一定程度上影響著通信信號的接收質量。而干擾信號是由多樣的感應、輻射及發射或者其他結構而組合產生的，在通信的過程中，往往會伴隨著信息丟失以及接收性能下降等問題，嚴重情況下，還會出現通信阻斷的重大問題。干擾信號往往會以間接或者直接耦合等渠道來進入無線電通信系統。立足于干擾源，將干擾信號進行分類，主要可以劃分為無線電噪聲干擾以及無線電干擾兩種，如果更為細致地劃分，第一種干擾又可以劃分為內部干擾、人為干擾、自然干擾三種[1]。需特別一提的是內部干擾以及自然干擾這兩種因素存在不可控的特點，而無線電干擾主要可以劃分為帶外、互調、鄰里、同頻等幾種干擾類型。對比分析得知，其中的干擾信號以及人為噪聲干擾這兩種干擾因素是相對可控的。

（二）無線電干擾信號特點

從無線電干擾信號相關概述以及相關分類分析中，我們能夠得知部分的無線電干擾源是具有可控制特點的。其中最為明顯的可控干擾源就是阻塞、互調及帶外、同頻等干擾因素。而伴隨著當今時代硬件技術的不斷發展，噪聲干擾在超短波通信中已經無法造成較大的干擾后果。另外在無線電設備廣泛應用并不斷普及與升級換代的過程中，技術人員為了進一步提升通信質量，往往會選擇通信信號密度較高的環境中進行宏基站的設置[2]。但是需特別注意的是，在信號較為擁擠的城市區域內，多個公共通信系統及通信基站的設置也會影響著無線電磁環境，提升其電磁環境的密集性。再加上當今時代，IT技術以及互聯網技術得到了飛速發展，有越來越多的移動終端設置了提供WiFi熱點的功能，因此城市區域內的電磁環境，必然會存在著系統之間相互干擾等問題，并且這種干擾問題的特點就是持續時間短，且具有移動性以及隨機性的特點。當前干擾信號的發展已經呈現出了高頻寬帶的發展趨勢，并且會隱藏在背景噪聲等信號信息的傳播當中，因此在無線電監測接收機信號捕捉的過程中，往往會對這些干擾信號的捕獲無能為力。通常情況下來說，這種通信中的干擾信號只會對普通用戶造成時間、經濟及信號傳播效率上的損失。但是對于民航等行業來說，一旦在正常運行的過程中存在無線電干擾問題，將會直接對旅客的生命安全造成直接性的影響[3]。就此而言，相關技術人員對無線電干擾信號進行24小時實時監測，保障信號的無縫覆蓋，對保障旅客生命安全而言是非常重要的。

二、無線電干擾信號監測系統應用研究

下面主要以無線通信列車自動控制的干擾信號網絡監測為中心，對干擾信號監測系統展開分析。通常情況下，無線通信列車的通信系統非常容易受到其他信號的干擾，從而導致信號中斷或者列車被迫緊急停運等情況發生。就此而言，干擾信號不僅影響著交通秩序的正常運行，甚至還威脅著旅客的生命財產安全。干擾信號通?？梢苑譃榉菂f議、同頻、瞬時以及長時間持續等多種信號類型，而各個位置信號之間并不會存在沖突，但往往會造成頻譜波形混合的問題[4]，從而對無線電干擾信號監測系統正常運行造成很大程度上的影響。因此要想實現全體真實監測無線電干擾信號，就必須在信號監測系統中應用邊緣計算方式并利用無線電頻譜監測接收機等設備來構建完善的監測系統，同時結合云邊協同等方式來完成干擾信號監測方案的制定，詳細體現在以下幾個方面：

（一）整體規劃

首先要做的就是將邊緣無線監測接收器這一設備設置無線頻譜監測的前面位置，以實現干擾信號檢測的整體預控。因為邊緣無線監測接收器的主要工作就是擔任本地智能、預處理以及信號的采集等多項工作。詳細上來說，這一設備的主要結構分為采樣、本地頻譜分析、FFT等幾個模塊。從頻譜分析這一模塊上來說，其主要的功能就是進行數據的預處理以及數據計算，并定期性將數據上傳到云端。而如果云端有特殊性的設置，那么接收機就會根據其設置進行相應的計算，將數據調取分析后進行回傳并進一步構建云端服務平臺，將所有整合到的數據以及頻譜信息上傳到數據庫。最后由數據庫對數據進行實時性的處理、查詢與更新，一旦發現識別異常，自動進行頻譜的搜索[5]。這樣一來，就能夠實現對頻譜特征的進一步挖掘。

（二）車內檢測布局

監測系統的車內監測布局主要是利用外置模式，通過磁共振無線充電這一技術來完成對相關設備的監測。這一技術與傳統意義上的電子器件監測存在著本質上的不同，這種技術能夠最大化地保障內外線圈的面積，與磁感應無線電充電技術相比較來說，這一技術在實際應用過程中列車啟動時，車體內部的充電發射線圈設備就會自動開啟檢測，這樣一來，也就有效地簡化了人工拆卸這一類的煩瑣工作，節省了人力。除此之外，這一設備的結構也相對簡單，損壞問題出現的概率也會大大降低。通常情況下來講，每節車廂所部署的監測節點一般在4～8個左右，而各個節點共同組建成空間分布式的傳感器系統。這一系統能夠對于5GHz頻段上的相關數據進行相應的預處理工作，并且還能夠將相關的數據生成5G移動網絡上傳到云端，還能夠規避傳統2.4GHz頻段的信號干擾，從而為數據以及系統的傳輸效率提供保障，盡可能地降低了數據傳輸延遲現象的出現概率[6]。

（三）頻譜識別系統

為了打造有效的網絡頻譜識別系統，相關技術人員還需要針對各類頻譜的數據來作為研究的樣本，并通過對公有頻段信號的采集，對各個時間節點相關數據進行相應的分析，將每10個時間節點構成一個完整的頻譜，同時展開對設備前端的預處理工作，以此來得知頻譜的最大值。最后進行噪聲前后的波形頻譜對比，并對相應的語音信號完成采樣工作。在進行上述的預處理工作后還需要將采樣中的個別持續時間較短的信號進行消除，通過對信號頻率、帶寬以及波形等參數的分析，來篩選信號波段中不完整的部分，并利用邊緣計算思想來將干擾信號進行消除。

三、無線電干擾信號定位技術應用研究

（一）無線電測向

隨著我國無線電通信技術發展越發普及，其無線電站的建設數量和密度也呈現出日益增長的趨勢，因此各信號之間干擾現象頻頻發生。而無線電監測系統在實際中的應用不僅要保障無線電干擾信號能夠得到迅速的捕捉，還要在發現這一干擾信號的同時進行信號源的準確定位，以此來為管理機構排除干擾奠定前提基礎。這也就為無線電監測技術的精準度提出了更高要求。而在以往所應用的無線電監測系統當中，主要是通過無線電測向法來判斷干擾信號源的位置。借助于相應的監測設備來明確無線電波的參數，并根據這一參數來判斷干擾源方向，以上為無線電測向的基本原理。

而應用最為廣泛的干擾信號監測就是相關干涉儀測向機，并且已經得到了一定的發展，該技術也趨于成熟。除此之外，空間譜估計法這一測量方式也正處于研究階段，尚未問世。但無論是何種測向機都必須以天線技術作為測向的重要依托以此來保障各項的精準度。而其精準度越高，所應用的天線體積也就相對越大。除此之外，所應用的測向機這一設備構造也十分精密，并且購置需要投入大量的經濟成本，因此無法廣泛應用。就此而言，無線電測向在未來的干擾信號定位工作的應用中必然無法滿足其實際需要。而到達時間差這一類的網絡化干擾信號定位法的問世，則能夠與新型的無線電監測網絡匹配相吻合，這就為以視頻傳感器網絡為核心的測向定位法進一步發展與應用奠定了基礎。

（二）無線網絡定位技術研究

通過以上對網絡無線電檢測系統以及射頻傳感器等方面的研究，我們能夠得知，無線電測向這一技術在監測系統當中的應用并不適合。因此為了將網絡化監測系統的應用優勢充分凸顯出來，就需要相關技術人員在信號檢測以及干擾信號定位等方面，與網絡化節點達成深度融合。而無線網絡定位技術對硬件平臺的要求相對較低，但其定位的精準度卻非常高，另外這一技術還能夠通過多點定位的形式應用于監測系統當中，而二者之間的結合則能夠充分發揮網絡定位和移動平臺定位的優勢，從而獲取定位信息。網絡無線定位主要是指通過網絡多個位置信息來提取相關信息并進一步推算出無線電信號發射機的位置，這樣的定位方式并不需要額外的資金投入，并且與雷達定位方式相比較而言，也無需發射無線電波，因此屬于無源定位的一種。深入來講，定位方式可以進一步詳細劃分為到達時間差定位、信號接收強度定位、到達角定位、GPS輔助定位以及蜂窩小區標識無線終端定位等[7]。下面逐個進行詳細分析。

首先是GPS輔助定位。這一定位技術只要能夠保障網絡與移動終端之間通信情況正常就能夠應用于無線電干擾信號定位當中，并且能夠達到非常高的精準度，其范圍可以達到5～10米之間。除此之外，這一定位技術還能夠將第1次捕捉信號的時間縮短到3～10秒以內[8]。但是相關技術人員需要明確的是，這一定位技術的應用需要網絡通信以及目標衛星通信等方面的輔助與支持，而相關設備以及硬件的配置則需要一定的成本投入，所以這一定位技術在無線電檢測系統當中適配度不高。

其次就是蜂窩小區標識無線終端定位技術，也就是通過蜂窩小區無線通信網絡來實現對移動終端信號的地理定位。蜂窩小區主要是根據各個移動終端的地理位置來為其提供定位服務的，因此不同的基站也有對應的小區識別，而在進行信號定位的過程中，僅需要查詢移動臺屬于哪一小區，就能夠根據小區的位置來判斷移動臺的實際位置，這一定位技術的優勢就在于所耗時間比較短，并且不需要投入額外的資金。但是這一定位技術相比較GPS定位技術來說，其誤差參數相對較大，并且精準度也存在不足，其精準度只能處于幾十米至幾十千米，并且非常容易受到小區半徑的影響而干擾定位的準確性。

最后是到達角定位。這種定位方式與無線電測向技術非常類似，主要是通過對基站接收機接收信號時對入射角信息的分析，來明確該基站與信號發射基站之間的方位線，并以±a作為測向精度，并以交叉計算的方式來信號交匯處并劃出相應的區域。這一定位技術的優點就在于即便是較為空曠的地帶，也能夠保障信號定位的精準度。但是到達角定位技術的應用需要智能天線的輔助，并且對硬件的要求相對較高，與此同時，如果被監測區存在較多的障礙物，也會對定位的精確性產生一定影響。

到達時間差定位是在上述所言的到達角定位的基礎上，所進一步構建而成的信號源軌跡方程，也就是根據不同接收信號的時間差，并運用定位算法來實現對信號源位置的定位，這一定位技術并不需要承擔額外的負擔。并且與到達角定位技術相比較來說，這種定位技術即便是在接收端和信號源不同步的情況下，也能夠通過三個以上的視頻傳感器完成信號的接收，并根據時間差來完成信號源位置的監測[9]。

這一技術應用的優勢是不需要諸多天線陣為其奠定基礎，同時也避免了信號模糊的問題，對于硬件的要求也相對較低。能夠真正意義上實現信號的全監測和全覆蓋。最為重要的是這一定位技術受電波距離上的影響較小，即便是對于跳頻、突發以及帶寬信號也能夠保障其高精準度的監測定位。

四、結束語

如文中所述，借助于以上幾種方式展開對無線電干擾信號的監測與定位，能夠真正意義上實現全天候、全覆蓋的監測。但是諸多干擾信號的監測與定位技術發展上尚未成熟，有著明顯的優缺點，因此就需要技術人員根據系統特點以及信號監測與定位的實際需要，選擇合理的方式，從而實現頻譜資源的高效利用，為無線電信號的安全使用提供強有力的保障。

作者單位：顧多瑞 甘肅省無線電監測站張掖監測站

參 ?考 ?文 ?獻

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