無線電未來發(fā)展

無線電的未來發(fā)展隨著無線電通信需求的不斷增長，對無線通信技術支持的數(shù)據(jù)傳輸速率的要求越來越高。根據(jù)香農(nóng)信息理論，這些通信系統(tǒng)對無線頻譜資源的需求也相應增長，從而導致適用于無線通信的頻譜資源變得日益緊張，成為制約無線通信發(fā)展的新瓶頸。另外，已經(jīng)分配給現(xiàn)有很多無線系統(tǒng)的頻譜資源卻在時間和空間上存在不同程度的閑置。因此，人們提出采用認知無線電（CR）技術，通過從時間和空間上充分利用那些空閑的頻譜資源，從而有效解決上述難題。認知無線電也被稱為智能無線電。從廣義上來說是指無線終端具備足夠的智能或者認知能力，通過對周圍無線環(huán)境的歷史和當前狀況進行檢測、分析、學習、推理和規(guī)劃，利用相應結(jié)果調(diào)整自己的傳輸參數(shù)，使用最適合的無線資源（包括頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功率等）完成無線傳輸。認知無線電能夠幫助用戶自動選擇最好的、最廉價的服務進行無線傳輸，甚至能夠根據(jù)現(xiàn)有的或者即將獲得的無線資源延遲或主動發(fā)起傳送。當前，認知無線電技術已經(jīng)得到了各界的關注，很多著名學者和機構(gòu)都投入到認知無線電相關技術的研究中，啟動了很多針對認知無線電的重要研究項目。例如德國高校提出的頻譜池系統(tǒng)、美國加州大學Berkeley分校研究組開發(fā)的COVUS系統(tǒng)、美國Georgia理工學院寬帶和無線網(wǎng)絡實驗室提出的OCRA項目，美國軍方DARPA的XG項目、歐盟的E2R項目等。在這些項目的推動下，在基本理論、頻譜感知、數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡架構(gòu)和協(xié)議等領域取得了一些成果。IEEE為此專門組織了兩個重要的國際年會交流這方面的成果。目前，最引人關注的是IEEE802.22工作組的工作，該工作組正在制訂利用空閑電視頻段進行寬帶無線接入的技術標準，這是第一個引入認知無線電概念的IEEE技術標準化活動。預計認知無線電技術將會沿著以下幾個方向發(fā)展：首先，基本理論和相關應用的研究，為大規(guī)模應用奠定堅實的基礎。比較重要的包括，認知無線電的信息論基礎和認知無線電網(wǎng)絡相關技術（頻譜資源的管理，跨層聯(lián)合優(yōu)化等）。其次，實驗驗證系統(tǒng)開發(fā)。目前，已經(jīng)有多個實驗驗證系統(tǒng)在開發(fā)中，這些系統(tǒng)的開發(fā)成功，將為認證認知無線電的基本理論、關鍵技術提供測試床，推動其大規(guī)模應用。再次，與現(xiàn)有系統(tǒng)的融合。雖然目前認知無線電的應用不要求授權用戶作任何改變，但如果授權用戶和認知無線電用戶協(xié)同工作，將會便于實現(xiàn)并提高效率。目前，已經(jīng)有一些研究工作在考慮將認知無線電引入到現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)的方法，并且取得了一些初步成果。預計未來這方面將會有大量的需求。因此，認知無線電的提出，為從根本上解決日益增長的無線通信需求與有限的無線頻譜資源之間的矛盾開辟了一條行之有效的解決途徑，是未來無線通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，正逐漸通過標準化進入到產(chǎn)業(yè)領域，然而，認知無線電技術從概念到應用尚面臨很多挑戰(zhàn)，尤其是許多關鍵技術需要突破，這也使其成為近年來無線通信研究的熱點。未來無線電發(fā)展方向?qū)嵗阂弧?軟件無線電軟件無線電的基本思想是以一個通用、標準、模塊化的硬件平臺為依托，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺設計方法中解放出來。功能的軟件化實現(xiàn)勢力要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，猶其是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理（A/D和D/A變換）盡量靠近天線。軟件無線電強調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開放性和全面可編程性，通過軟件更新改變硬件配置結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)新的功能。軟件無線電采用標準的、高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模塊的不斷升級和擴展。開源軟件無線電（Gnuradio）或開源軟件定義無線電，是一個對學習，構(gòu)建和部署軟件定義無線電系統(tǒng)的免費軟件工具包。發(fā)起于2001年，Gnuradio成為GNU的正式項目之一。慈善家JohnGilmore發(fā)起并捐助$320,000.00（US）給EricBlossom用來構(gòu)建代碼和維護。Gnuradio是一個無線電信號處理方案，它遵循GNU的GPL的條款分發(fā)。它的目的是給普通的軟件編制者提供探索電磁波的機會，并激發(fā)他們聰明的利用射頻電波的能力。正如所有軟件定義無線電系統(tǒng)的定義，可重構(gòu)性是其最重要的功能。再也不需購買一大堆發(fā)射接收設備，只要一臺可以裝載信號處理軟件（這里：Gnuradio）通用的設備。它雖然只定義幾個有限的無線電功能，但是只要理解無線發(fā)射系統(tǒng)的機理（算法），你便可以任意的配置去接受它。Gnuradio起源于美國的麻省理工學院的SpectrumWare項目小組開發(fā)的Pspectra代碼的分支。2004年被完全重寫。所以今天的Gnuradio已不包含原Pspectra任何代碼。另外值得一提的是Pspectra已被用作創(chuàng)立商業(yè)化的VanuSoftwareRadio.Gnuradio開發(fā)了通用軟件無線電外設（USRP），它是一個包含4個64MS/s的12位ADC，4個128MS/s的14位的DAC，以及其它支持線路包括高速的USB2.0接口。該USRP能夠處理的信號頻率高達16MHz寬。一些發(fā)射器和接收器的插件子板，可覆蓋0至5.9GHz頻段。它是Ettus研發(fā)的。二、 雷達與導航雷達通過測量反射無線電波的延遲來推算目標的距離。并通過反射波的極化和頻率感應目標的表面類型。導航雷達使用超短波掃描目標區(qū)域。一般掃描頻率為每分鐘兩到四次，通過反射波確定地形。這種技術通常應用在商船和長距離商用飛機上。多用途雷達通常使用導航雷達的頻段。不過，其所發(fā)射的脈沖經(jīng)過調(diào)制和極化以便確定反射體的表面類型。優(yōu)良的多用途雷達可以辨別暴雨、陸地、車輛等等。搜索雷達運用短波脈沖掃描目標區(qū)域，通常每分鐘2-4次。有些搜索雷達應用多普勒效應可以將移動物體同背景中區(qū)分開來尋的雷達采用于搜索雷達類似的原理，不過對較小的區(qū)域進行快速反復掃描，通常可達每秒鐘幾次。氣象雷達與搜索雷達類似，但使用圓極化波以及水滴易于反射的波長。風廓線雷達利用多普勒效應測量風速，多普勒雷達利用多普勒效應檢測災害性天氣。三、 在軍事上的應用定位現(xiàn)代戰(zhàn)場的GPS20世紀，美國曾在“星球大戰(zhàn)計劃”中開始建立GPS系統(tǒng)。如今，地球上任何一點、任何時刻都可以接收到來自太空軌道的衛(wèi)星信號，且三維定位精度、速度精度、時間精度等空前提高。直到今日，新的定位系統(tǒng)在美軍采取的多項軍事行動中均發(fā)揮了重要作用。通過GPS系統(tǒng)，各指揮機構(gòu)能時刻掌握前方部隊執(zhí)行任務的位置，單兵可以憑借自身的信息平臺在面臨危險時，可以迅速向求援部隊報告自己的準確方位，及時請求緊急空中支援；空中待命的支援戰(zhàn)機，可以快速準確地提供高精度救援。1995年，俄羅斯完成了自己的太空定位工程計劃，從而使單兵作戰(zhàn)能力有了顯著提高。據(jù)悉，歐洲聯(lián)盟新近也投巨資啟動了“伽利略”衛(wèi)星導航系統(tǒng)，該計劃將于2008年建成并投入使用。單兵武器作戰(zhàn)平臺的信息系統(tǒng)大都采用小型電腦和無線電子系統(tǒng)構(gòu)成，它使用微型的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星接收機，通過電腦提供士兵所在的具體位置，同時可提供其他士兵所在位置，使士兵之間可以互相配合作戰(zhàn)，使戰(zhàn)場態(tài)勢盡收眼底，“一目了然”。由于綜合導向技術取得突破，從而克服了全球定位系統(tǒng)易受障礙物阻擋和無線電干擾所造成的信號丟失。四、 在生物應用方面美國科學家日前宣布，他們已研制出了一種能夠?qū)ハx進行無線遙控的新技術。加利福尼亞包括了大學的科學家們表示，通過在一種名為獨角仙的甲蟲體內(nèi)植入電極和無線電信號接收裝置，他們已能夠?qū)@種昆蟲的翅膀和身體其他部分的運動情況進行遠程控制。據(jù)介紹，研究人員總共在一只獨角仙的大腦和肌肉組織中植入了六個微型電極。此外，他們還在甲蟲身上設置了一臺能夠向這些電極傳輸無線電信號的模塊（由微型控制器和電池組成）。在此之前，該大學的專家們曾通過直接的電流刺激實現(xiàn)了對昆蟲行動的控制，而通過無線電信號控制昆蟲行為方式還是首次?？茖W家們解釋說，之所以要選擇獨角仙作為改造對象，是因為這種甲蟲的力氣在同體積的昆蟲中相對較大，最多可馱運3克重的物品。而安裝在獨角仙身上的所有設備的總重量只有大約1.3克，并不會對其行動產(chǎn)生嚴重的阻礙。今后，科學家們還計劃在其身上安裝包括攝像機在內(nèi)的特殊觀測設備。由于每只獨角仙可以負擔3克的重物，因此它們除了控制設備外，還可在攜帶1.7克重的傳感器材。在談到研制這種控制技術的目的時，科學家們表示，這是為了讓這些甲蟲替代人類可能要負擔的一些危險工作。科學家們認為，大規(guī)模生產(chǎn)這種可控制的甲蟲將會使人類受益匪淺。同時，由于在獨角仙體內(nèi)設置電極并不需要太高的精度，因此批量生產(chǎn)'可控甲蟲”完全能夠在短期內(nèi)實現(xiàn)。據(jù)悉，這項研究工作得到了美國五角大樓下屬的國防先進技術研究局的資助。這使得人們很容易聯(lián)想到，該項技術很可能會被