频谱管理中的问题解决方案

随着无线技术逐渐变得便宜，它在公众中的使用也在增长。结果，在无线电频段工作的信号量增加，导致拥塞。干扰可能由于内部、外部和恶意来源而发生;内部干扰是无意的，由组织自己的设备引起，而外部干扰（同信道或串扰、杂散信号或太阳耀斑等自然事件）则不受组织控制。当射频（RF）操作（尤其是分配给国防相关、关键任务、生命关键和紧急服务的政府监管频段）太满而无法处理信号时，就会出现干扰的危险。解决方案：软件定义无线电（SDR），能够通过结合许多合适的策略来执行频谱策略并消除分配频段的干扰。

用于国防目的的射频（RF）频段 - 分配给蜂窝塔，空中交通管制/航空监视无线电通信塔，GPS / GNSS卫星通信和雷达运行的频段 - 被归类为关键任务带宽。生命攸关频段的例子包括紧急位置指示无线电信标（EPIRBs）和COSPAS-SARSAT系统（一项国际卫星辅助搜索和救援举措），工作频率为406兆赫。 分配给北约和民用军用飞机的频段分别以121.5兆赫和243.0兆赫运行，是空中交通管制监测的紧急频率。海上遇险频段是另一个生命关键频段，工作频率为2182 kHz，由海岸警卫队监控。紧急服务频段包括分配给警察、救护车等紧急医疗服务和消防服务的频段，所有这些都必须远离相邻或跨信道干扰，以确保公共安全。

世界各国政府负责许可部分RF频谱，范围从9 kHz到300 GHz，并负责确保在这些政府分配的频段上运行的相关组织及其设备的合规性。使用政府管制的无线电频谱频段的需求从“频谱拍卖”模式中显而易见，政府出售特定频段的运营权。此外，最近引入了频谱共享的概念，以优化过度拥挤的无线电频谱的使用，并解决无线频段的限制。

有争议、拥挤的无线电频谱

不仅在射频频段越来越多地使用合法无线应用，而且越来越多的非法技术正在涌现以干扰频谱。例如，智能卡或AVR SD卡等设备与卫星天线一起使用，以非法拦截数字卫星电视广播信号。通常，这些设备会产生无线电传输信号泄漏，这可能会干扰分配给警察或搜救行动的频率信道，从而导致交通问题。非法设备的其他示例可能包括公司车辆中使用的GPS干扰器或手机干扰设备。

违禁无线设备，如射频干扰器（在包括美国在内的国家/地区违反法律）和禁区的手机也经常用于非法操作，特别是在监狱、军事设施、政府大楼和机场等限制区域。

恶意干扰的发生可能包括测量， 这是当系统接收无线电信标信号并以比原始信号更高的功率以相同的频率重新广播它们时， 通常故意混淆导航。这种战术可以在敌对领土或敌方领空使用。

另一方面，当组织更新其网络上的物理基础结构时，由于内部干扰，可能会发生服务中断。将天线添加到蜂窝塔和重新定位接收器是可能导致问题的这些类型更新的一些示例。

详细说明所有这些问题就是说：能够监控和管理拥挤频谱的机制对于确保最小干扰至关重要，包括来自无意、外部和恶意来源的干扰。

特别提款权：提供频谱管理解决方案

软件定义无线电 （SDR） 取代了在硬件中实现组件的传统无线电通信系统。SDR 可以定义为由混频器、滤波器、放大器、调制器、解调器和其他在软件中实现的数字信号处理 （DSP） 组成的嵌入式系统。这些解决方案凭借其符合各种移动通信标准的能力而获得了动力。

SDR 的无线电前端 （RFE） 具有独立的通道和可调带宽，便于动态捕获和处理频谱监控。

具有宽带宽使频谱扫描能够找到导致干扰或干扰的有害载波频率，即使载波频率未知。持续监测机场和军事设施等关键任务区域的射频频谱对于确保遵守安全协议至关重要。SDR可以拦截非法或不需要的信号，特别是监狱中违禁手机产生的信号，以及机场中的手机干扰器、GPS干扰器和其他非法设备，这些信号可能会造成电磁干扰（EMI）。此外，SDR 有助于记录、回放和进一步分析干扰或干扰信号，并可以执行包括记录射频信号数据在内的任务，以测试新服务，例如 5G 网络的蜂窝塔升级。

多输入/多输出 （MIMO） 技术的使用有助于互操作性设备测试 （IODT）、地理位置和软件映射。由于其 多个 信道， MIMO SDR 可实现更 准确的 地理 定位 和 更高 的 截 获 概率， 还 能够 配置 某些 信道 进行 宽 带 捕获， 以 识别 目标 信号， 而 其他 通道 可以 针对 窄 带 的 SNR 进行 优 化， 以便 进一步 分析。

SDR能够通过结合合适的策略来执行频谱策略并从分配的频段中消除EMI信号，这些策略涉及SDR与分布式频谱监控或无线电定位系统通信。然后使用到达角（AOA）和到达时差（TDOA）技术来查找干扰信号源。SDR利用RFE的极宽调谐范围和用户可调带宽来检测感兴趣的信号或频段。宽带连接和 FPGA 支持的具有高吞吐量的 SDR 有助于实时实现无缝的高吞吐量数据捕获、记录和存储。此外，由于SDR可以远程配置，因此可以从单个监控中心监控多个SDR（例如，监控手机网络）。

随着无线技术的持续增长，特别是在移动数据通信和物联网（IoT）领域，只有有限的无线电频谱可用于未来的扩展。此方案鼓励共享频谱相关策略，其中频带用于一项服务，而其他服务未使用。策略模型指定访问层的数量（现有和共享用户）、访问保证（位置和时间）和条款（即发射机功率级别和覆盖范围）。SDR可以在通过使用认知无线电平台以及智能天线技术和各种DSP技术来制定和监控原本可能是混乱的频谱共享政策方面发挥根本作用。

为什么要使用 SDR 进行频谱管理？

SDR是一种低成本且灵活的解决方案，可以有效利用网络和频谱资源，随着越来越多的无线技术和支持基础设施（如蜂窝塔和卫星地面站）上线以及频谱共享变得越来越普遍，这一点变得越来越重要。SDR的使用将确保分配给关键任务、生命关键和紧急服务的频段符合法规要求。此外，他们将确保通信设备不会干扰这些服务。

SDR 具有多个独立的射频通道 （MIMO）、更高的带宽、FPGA/DSP 功能、用于地理定位存储/回放的高无损数据吞吐量、机架式 COTS ［商用现货］ 产品技术以及远程控制的能力。此外，SDR 只需通过软件即可更新和升级，并且可以轻松配置。这些因素使SDR成为管理和监控所有重要无线电频谱的正确工具。

这种宽带SDR的一个例子是Cyan，它支持多达16个独立链，每个链最多可以选择四个DSP通道。此外，它还支持高达 1 GHz 的可调射频带宽;对市场上最高的瞬时凝视带宽进行基准测试。数字后端包含带有片上处理器的现场可编程门阵列 （FPGA），可实现实时分析和数据流，其中数据通过 qSFP+ 端口以高数据速率发送。Cyan能够在无线电平台和其他设备之间的数据通信中进行4 x 40 Gbps qSFP+回程。

审核编辑：郭婷