頻譜管理中的問題解決方案

隨著無線技術逐漸變得便宜，它在公眾中的使用也在增長。結果，在無線電頻段工作的信號量增加，導致?lián)砣?。干擾可能由于內部、外部和惡意來源而發(fā)生;內部干擾是無意的，由組織自己的設備引起，而外部干擾（同信道或串擾、雜散信號或太陽耀斑等自然事件）則不受組織控制。當射頻（RF）操作（尤其是分配給國防相關、關鍵任務、生命關鍵和緊急服務的政府監(jiān)管頻段）太滿而無法處理信號時，就會出現(xiàn)干擾的危險。解決方案：軟件定義無線電（SDR），能夠通過結合許多合適的策略來執(zhí)行頻譜策略并消除分配頻段的干擾。

用于國防目的的射頻（RF）頻段 - 分配給蜂窩塔，空中交通管制/航空監(jiān)視無線電通信塔，GPS / GNSS衛(wèi)星通信和雷達運行的頻段 - 被歸類為關鍵任務帶寬。生命攸關頻段的例子包括緊急位置指示無線電信標（EPIRBs）和COSPAS-SARSAT系統(tǒng)（一項國際衛(wèi)星輔助搜索和救援舉措），工作頻率為406兆赫。 分配給北約和民用軍用飛機的頻段分別以121.5兆赫和243.0兆赫運行，是空中交通管制監(jiān)測的緊急頻率。海上遇險頻段是另一個生命關鍵頻段，工作頻率為2182 kHz，由海岸警衛(wèi)隊監(jiān)控。緊急服務頻段包括分配給警察、救護車等緊急醫(yī)療服務和消防服務的頻段，所有這些都必須遠離相鄰或跨信道干擾，以確保公共安全。

世界各國政府負責許可部分RF頻譜，范圍從9 kHz到300 GHz，并負責確保在這些政府分配的頻段上運行的相關組織及其設備的合規(guī)性。使用政府管制的無線電頻譜頻段的需求從“頻譜拍賣”模式中顯而易見，政府出售特定頻段的運營權。此外，最近引入了頻譜共享的概念，以優(yōu)化過度擁擠的無線電頻譜的使用，并解決無線頻段的限制。

有爭議、擁擠的無線電頻譜

不僅在射頻頻段越來越多地使用合法無線應用，而且越來越多的非法技術正在涌現(xiàn)以干擾頻譜。例如，智能卡或AVR SD卡等設備與衛(wèi)星天線一起使用，以非法攔截數(shù)字衛(wèi)星電視廣播信號。通常，這些設備會產生無線電傳輸信號泄漏，這可能會干擾分配給警察或搜救行動的頻率信道，從而導致交通問題。非法設備的其他示例可能包括公司車輛中使用的GPS干擾器或手機干擾設備。

違禁無線設備，如射頻干擾器（在包括美國在內的國家/地區(qū)違反法律）和禁區(qū)的手機也經(jīng)常用于非法操作，特別是在監(jiān)獄、軍事設施、政府大樓和機場等限制區(qū)域。

惡意干擾的發(fā)生可能包括測量， 這是當系統(tǒng)接收無線電信標信號并以比原始信號更高的功率以相同的頻率重新廣播它們時， 通常故意混淆導航。這種戰(zhàn)術可以在敵對領土或敵方領空使用。

另一方面，當組織更新其網(wǎng)絡上的物理基礎結構時，由于內部干擾，可能會發(fā)生服務中斷。將天線添加到蜂窩塔和重新定位接收器是可能導致問題的這些類型更新的一些示例。

詳細說明所有這些問題就是說：能夠監(jiān)控和管理擁擠頻譜的機制對于確保最小干擾至關重要，包括來自無意、外部和惡意來源的干擾。

特別提款權：提供頻譜管理解決方案

軟件定義無線電 （SDR） 取代了在硬件中實現(xiàn)組件的傳統(tǒng)無線電通信系統(tǒng)。SDR 可以定義為由混頻器、濾波器、放大器、調制器、解調器和其他在軟件中實現(xiàn)的數(shù)字信號處理 （DSP） 組成的嵌入式系統(tǒng)。這些解決方案憑借其符合各種移動通信標準的能力而獲得了動力。

SDR 的無線電前端 （RFE） 具有獨立的通道和可調帶寬，便于動態(tài)捕獲和處理頻譜監(jiān)控。

具有寬帶寬使頻譜掃描能夠找到導致干擾或干擾的有害載波頻率，即使載波頻率未知。持續(xù)監(jiān)測機場和軍事設施等關鍵任務區(qū)域的射頻頻譜對于確保遵守安全協(xié)議至關重要。SDR可以攔截非法或不需要的信號，特別是監(jiān)獄中違禁手機產生的信號，以及機場中的手機干擾器、GPS干擾器和其他非法設備，這些信號可能會造成電磁干擾（EMI）。此外，SDR 有助于記錄、回放和進一步分析干擾或干擾信號，并可以執(zhí)行包括記錄射頻信號數(shù)據(jù)在內的任務，以測試新服務，例如 5G 網(wǎng)絡的蜂窩塔升級。

多輸入/多輸出 （MIMO） 技術的使用有助于互操作性設備測試 （IODT）、地理位置和軟件映射。由于其 多個 信道， MIMO SDR 可實現(xiàn)更 準確的 地理 定位 和 更高 的 截 獲 概率， 還 能夠 配置 某些 信道 進行 寬 帶 捕獲， 以 識別 目標 信號， 而 其他 通道 可以 針對 窄 帶 的 SNR 進行 優(yōu) 化， 以便 進一步 分析。

SDR能夠通過結合合適的策略來執(zhí)行頻譜策略并從分配的頻段中消除EMI信號，這些策略涉及SDR與分布式頻譜監(jiān)控或無線電定位系統(tǒng)通信。然后使用到達角（AOA）和到達時差（TDOA）技術來查找干擾信號源。SDR利用RFE的極寬調諧范圍和用戶可調帶寬來檢測感興趣的信號或頻段。寬帶連接和 FPGA 支持的具有高吞吐量的 SDR 有助于實時實現(xiàn)無縫的高吞吐量數(shù)據(jù)捕獲、記錄和存儲。此外，由于SDR可以遠程配置，因此可以從單個監(jiān)控中心監(jiān)控多個SDR（例如，監(jiān)控手機網(wǎng)絡）。

隨著無線技術的持續(xù)增長，特別是在移動數(shù)據(jù)通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領域，只有有限的無線電頻譜可用于未來的擴展。此方案鼓勵共享頻譜相關策略，其中頻帶用于一項服務，而其他服務未使用。策略模型指定訪問層的數(shù)量（現(xiàn)有和共享用戶）、訪問保證（位置和時間）和條款（即發(fā)射機功率級別和覆蓋范圍）。SDR可以在通過使用認知無線電平臺以及智能天線技術和各種DSP技術來制定和監(jiān)控原本可能是混亂的頻譜共享政策方面發(fā)揮根本作用。

為什么要使用 SDR 進行頻譜管理？

SDR是一種低成本且靈活的解決方案，可以有效利用網(wǎng)絡和頻譜資源，隨著越來越多的無線技術和支持基礎設施（如蜂窩塔和衛(wèi)星地面站）上線以及頻譜共享變得越來越普遍，這一點變得越來越重要。SDR的使用將確保分配給關鍵任務、生命關鍵和緊急服務的頻段符合法規(guī)要求。此外，他們將確保通信設備不會干擾這些服務。

SDR 具有多個獨立的射頻通道 （MIMO）、更高的帶寬、FPGA/DSP 功能、用于地理定位存儲/回放的高無損數(shù)據(jù)吞吐量、機架式 COTS ［商用現(xiàn)貨］ 產品技術以及遠程控制的能力。此外，SDR 只需通過軟件即可更新和升級，并且可以輕松配置。這些因素使SDR成為管理和監(jiān)控所有重要無線電頻譜的正確工具。

這種寬帶SDR的一個例子是Cyan，它支持多達16個獨立鏈，每個鏈最多可以選擇四個DSP通道。此外，它還支持高達 1 GHz 的可調射頻帶寬;對市場上最高的瞬時凝視帶寬進行基準測試。數(shù)字后端包含帶有片上處理器的現(xiàn)場可編程門陣列 （FPGA），可實現(xiàn)實時分析和數(shù)據(jù)流，其中數(shù)據(jù)通過 qSFP+ 端口以高數(shù)據(jù)速率發(fā)送。Cyan能夠在無線電平臺和其他設備之間的數(shù)據(jù)通信中進行4 x 40 Gbps qSFP+回程。

審核編輯：郭婷