无线电未来发展

无线电的未来发展

随着无线电通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另外，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源却在时间和空间上存在不同程度的闲置。因此，人们提出采用认知无线电（CR）技术，通过从时间和空间上充分利用那些空闲的频谱资源，从而有效解决上述难题。

认知无线电也被称为智能无线电。从广义上来说是指无线终端具备足够的智能或者认知能力，通过对周围无线环境的历史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和规划，利用相应结果调整自己的传输参数，使用最适合的无线资源（包括频率、调制方式、发射功率等）完成无线传输。认知无线电能够帮助用户自动选择最好的、最廉价的服务进行无线传输，甚至能够根据现有的或者即将获得的无线资源延迟或主动发起传送。

当前，认知无线电技术已经得到了各界的关注，很多著名学者和机构都投入到认知无线电相关技术的研究中，启动了很多针对认知无线电的重要研究项目。例如德国高校提出的频谱池系统、美国加州大学Berkeley分校研究组开发的COVUS系统、美国Georgia理工学院宽带和无线网络实验室提出的OCRA项目，美国军方DARPA的XG项目、欧盟的E2R项目等。在这些项目的推动下，在基本理论、频谱感知、数据传输、网络架构和协议等领域取得了一些成果。IEEE为此专门组织了两个重要的国际年会交流这方面的成果。目前，最引人关注的是IEEE802.22工作组的工作，该工作组正在制订利用空闲电视频段进行宽带无线接入的技术标准，这是第一个引入认知无线电概念的IEEE技术标准化活动。预计认知无线电技术将会沿着以下几个方向发展：

首先，基本理论和相关应用的研究，为大规模应用奠定坚实的基础。比较重要的包括，认知无线电的信息论基础和认知无线电网络相关技术（频谱资源的管理，跨层联合优化等）。

其次，实验验证系统开发。目前，已经有多个实验验证系统在开发中，这些系统的开发成功，将为认证认知无线电的基本理论、关键技术提供测试床，推动其大规模应用。

再次，与现有系统的融合。虽然目前认知无线电的应用不要求授权用户作任何改变，但如果授权用户和认知无线电用户协同工作，将会便于实现并提高效率。目前，已经有一些研究工作在考虑将认知无线电引入到现有无线通信系统的方法，并且取得了一些初步成果。预计未来这方面将会有大量的需求。

因此，认知无线电的提出，为从根本上解决日益增长的无线通信需求与有限的无线频谱资源之间的矛盾开辟了一条行之有效的解决途径，是未来无线通信产业发展的方向，正逐渐通过标准化进入到产业领域，然而，认知无线电技术从概念到应用尚面临很多挑战，尤其是许多关键技术需要突破，这也使其成为近年来无线通信研究的热点。

未来无线电发展方向实例：

一、软件无线电

软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。功能的软件化实现势力要求减少功能单一、灵活性差的硬件电路，犹其是减少模拟环节，把数字化处理（A/D和D/A变换）尽量靠近天线。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性，通过软件更新改变硬件配置结构，实现新的功能。软件无线电采用标准的、高性能的开放式总线结构，以利于硬件模块的不断升级和扩展。

开源软件无线电（Gnuradio）或开源软件定义无线电，是一个对学习，构建和部署软件定义无线电系统的免费软件工具包。发起于2001年，Gnuradio 成为GNU 的正式项目之一。慈善家John Gilmore 发起并捐助$320,000.00 (US) 给Eric Blossom 用来构建代码和维护。

Gnuradio 是一个无线电信号处理方案，它遵循GNU 的GPL 的条款分发。它的目的是给普通的软件编制者提供探索电磁波的机会，并激发他们聪明的利用射频电波的能力。

正如所有软件定义无线电系统的定义，可重构性是其最重要的功能。再也不需购买一大堆发射接收设备，只要一台可以装载信号处理软件（这里：Gnuradio）通用的设备。它虽然只定义几个有限的无线电功能，但是只要理解无线发射系统的机理（算法），你便可以任意的配置去接受它。

Gnuradio 起源于美国的麻省理工学院的SpectrumWare 项目小组开发的Pspectra 代码的分支。2004年被完全重写。所以今天的Gnuradio 已不包含原Pspectra 任何代码。另外值得一提的是Pspectra 已被用作创立商业化的Vanu Software Radio.

Gnuradio 开发了通用软件无线电外设（USRP)，它是一个包含4个64 MS/s 的12位ADC，4 个128 MS/s 的14 位的DAC，以及其它支持线路包括高速的USB 2.0接口。该USRP能够处理的信号频率高达16 MHz宽。一些发射器和接收器的插件子板，可覆盖0

至5.9GHz 频段。它是Ettus研发的。

二、雷达与导航

雷达通过测量反射无线电波的延迟来推算目标的距离。并通过反射波的极化和频率感应目标的表面类型。

导航雷达使用超短波扫描目标区域。一般扫描频率为每分钟两到四次，通过反射波确定地形。这种技术通常应用在商船和长距离商用飞机上。

多用途雷达通常使用导航雷达的频段。不过，其所发射的脉冲经过调制和极化以便确定反射体的表面类型。优良的多用途雷达可以辨别暴雨、陆地、车辆等等。

搜索雷达运用短波脉冲扫描目标区域，通常每分钟2－4次。有些搜索雷达应用多普勒效应可以将移动物体同背景中区分开来

寻的雷达采用于搜索雷达类似的原理，不过对较小的区域进行快速反复扫描，通常可达每秒钟几次。

气象雷达与搜索雷达类似，但使用圆极化波以及水滴易于反射的波长。风廓线雷达利用多普勒效应测量风速，多普勒雷达利用多普勒效应检测灾害性天气。

三、在军事上的应用

定位现代战场的GPS

20世纪，美国曾在“星球大战计划”中开始建立GPS系统。如今，地球上任何一点、任何时刻都可以接收到来自太空轨道的卫星信号，且三维定位精度、速度精度、时间精度等空前提高。直到今日，新的定位系统在美军采取的多项军事行动中均发挥了重要作用。通过GPS系统，各指挥机构能时刻掌握前方部队执行任务的位置，单兵可以凭借自身的信息平台在面临危险时，可以迅速向求援部队报告自己的准确方位，及时请求紧急空中支援；空中待命的支援战机，可以快速准确地提供高精度救援。1995年，俄罗斯完成了自己的太空定位工程计划，从而使单兵作战能力有了显著提高。据悉，欧洲联盟新近也投巨资启动了“伽利略”卫星导航系统，该计划将于2008年建成并投入使用。

单兵武器作战平台的信息系统大都采用小型电脑和无线电子系统构成，它使用微型的全球定位系统卫星接收机，通过电脑提供士兵所在的具体位置，同时可提供其他士兵所在位置，使士兵之间可以互相配合作战，使战场态势尽收眼底，“一目了然”。由于综合导向技术取得突破，从而克服了全球定位系统易受障碍物阻挡和无线电干扰所造成的信号丢失。

四、在生物应用方面

美国科学家日前宣布，他们已研制出了一种能够对昆虫进行无线遥控的新技术。

加利福尼亚包括了大学的科学家们表示，通过在一种名为独角仙的甲虫体内植入电极和无线电信号接收装置，他们已能够对这种昆虫的翅膀和身体其他部分的运动情况进行远程控制。据介绍，研究人员总共在一只独角仙的大脑和肌肉组织中植入了六个微型电极。此外，他们还在甲虫身上设置了一台能够向这些电极传输无线电信号的模块（由微型控制器和电池组成）。在此之前，该大学的专家们曾通过直接的电流刺激实现了对昆虫行动的控制，而通过无线电信号控制昆虫行为方式还是首次。科学家们解释说，之所以要选择独角仙作为改造对象，是因为这种甲虫的力气在同体积的昆虫中相对较大，最多可驮运3克重的物品。