[科普中国]-无线电频带

无线电频带又称无线电波段。用现有传输波导可减少无线电系统的安装与维修费用。无线电频谱可分为14 个频带，无线电频率以Hz（赫兹）为单位。一个最优的无线电通信系统，其导体传输在LF频带，移动式收发抓与传输线路间的信号祸合则在限定的LF/MF频带内。

无线电频带定义无线电频带又称无线电波段，无线电频谱可分为下面的14 个频带，无线电频率以Hz（赫兹）为单位，其表达方式为：3 000 kHz 以下（包括3 000 kHz），以kHz（千赫兹）表示；3 MHz 以上至3 000 MHz（包括3 000 MHz），以MHz（兆赫兹）表示；3 GHz 以上至3 000 GHz（包括3 000 GHz），以GHz（吉赫兹）表示。

无线电频带分类通讯无线电频带在认知无线电中，用户的发射功率大小起着举足轻重的作用，科学地进行功率控制，可以提高系统吞吐量以及通信服务质量。功率控制旨在有效降低同一个信道中的不同用户间的干扰以及不同信道中的干扰。功率控制的基本工作原理是：在保证授权用户服务质量不受损害的条件下，合理调节发射机功率，从而尽可能地降低接收机的接受功率。并且，功率控制还能起到降低能耗的作用，因为无线通信里的较多可移动终端设备（如：手机和平板电脑等）都是由电池作为电源的，因而在现实生活中，倘若能够适当降低移动终端的发射功率，那么可以延长其使用的时间，减少电池的充电次数，从而提升电池的续航能力。1

空间无线电频带无线电频带技术的出现，极大地缓解了频带资源无法被充分使用的问题，无线电频带通过感知无线电频带的状态，来选择性的接入授权频带发送数据，很好的弥补了无线电频带从授权频带离开后造成的频带空闲现象，但 无线电频带对授权频带资源的利用是建立在保证通讯质量不遭受到严重损害的前提下才能实现的，然而 无线电频带使用授权频带的时候肯定会或多或少地对无线电频带形成干扰影响，所以，若要满足上述条件，就必须对 无线电频带的发送功率做严格的限制，从而防止无线电频带的无线电频带遭到不被允许的影响。合理分配用户发送功率的，不光在很大程度上降低了主用户和次用户间的干扰，并且能够最大化系统吞吐量，还能够降低能源损耗。在 无线电频带系统中，认知用户经过频谱感知，检测出授权用户的状态，再加上功率的合理分配，以最大化其传输数据量的状态接入授权频带。因此出于对授权用户的通信质量干扰最小化的目的出发，如何科学地对功率进行调整，成为了现如今 无线电频带系统中功率分配技术的重中之重，其中限制功率分配的因素主要有以下几点： 无线电频带的发送功率限制。在实际的无线通信里面，由于考虑到了能耗的因素，无线电频带的发送功率被收到了严格的限制。大家普遍认为，对发送功率的限制包含了对最高的发送功率限制以及对平均的发送功率限制这两方面。并且需要保证 无线电频带的传输功率不得高于 无线电频带系统传输功率的总合。

功率无线电频带系统中的频带感知技术、频带共享接入技无线电频带术以及功率分配技术。频谱感知技术的基本原理以及相应无线电频带的工作流程，接下来对几种经常用到的频谱感知技术做了简单的介绍，而且通无线电频带过表格的方式呈现出了不同的频谱感知技术在实际应用中的优劣性。多种频谱共享接入技术，其可以在有限的频带资源下最大化地利用无线电频带频带。做功率分配技术的研究，意义：无线电频带接下来功率分配技术的限制因素；最后几种常见的功率分配理论。无线电频带其间，对频谱感知技术中的能量检测法、基于感知的频谱共享接入技术以及功无线电频带率分配技术中的凸优化理论做了着重的介绍。2

无线电频带应用介绍的井下无线电紧急通信系统经10年研究而成，它消除传统的“有线”矿用系统长期存在的问题，紧急情况下运用LF/MF频带信号进行通信，用现有传输波导可减少无线电系统的安装与维修费用。但LF/MF系统在中继器工艺还存有障碍。犹他动力与照明公司部分赞助的研究与试验工作在中继器工艺上有所突破:有效利用现有的波导结构使采区无线电信号以低衰减频率传播。分布与通路中继器不仅利用了LF与MF信号沿导体波导传输的低衰减率，而在设计上要求与井下电磁波的传播特性兼容。USBM一PRC的无线电系统最早采用LF无线电信号频率来连结全矿中继器网络中的中继器。这一工艺上的突破使全矿范围的通信成为可能。LF/MF频带中继器与移动式无线电收发机很需要使用磁性偶极天线。矿井工作性质与环境而异，需不同的天线装置。如空气磁芯天线、铁氧体拉杆天线、子弹带式天线、葡萄基式天线。井下通道无线电信号传输的蒙德(Mondt)方法LF频带(100kHz)无电线信号在沿原有导体传播时衰减率为ldB/30sm(100.ft)，W.Molldi认为井下无线电收发机网络中继器之间应用LF(30~300kHz)代替MF(300~3000kHz)。低衰减率的LF信号使得信号在沿导体传输线路传一播时保持高的信噪比。Mondt中继器方法还采用了电磁波理论的另一方面，即能有效藕合原有导体与移动式收发机环形天线之间的无线电信号。实际中出于对天线设计及理论祸合的考虑，通信系统信号采用LF与MF输带间250~520kHz这一段的频率信号。一个最优的无线电通信系统，其导体传输在LF频带，移动式收发抓与传输线路间的信号祸合则在限定的LF/MF频带内。

当下的社会是信息技术的社会，无线通讯技术成了大家热议的话题。无线通信已由早期单纯的语音服务发展为当今的数字通信模式，无线业务的重点主要面向视频、音频以及高分辨率图像等需要较宽的频谱和较高的下载传输速率的服务，同时由于无线局域网、4G、5G、物联网的快速发展，频带资源的紧缺已经阻碍了较高性能的数据传输服务。频谱资源由授权频谱、非授权频谱构成，归国家工信部统一管。授权频谱：被授权的设备可以接入的频谱；非授权频谱：被授权的设备在保证别的设备正常工作的同时，并且不对其产生影响的前提下可以接入的频谱。固定的频谱分配方式虽然划分清晰，在一定程度上限制了设备间的干扰，但还是存在以下几点不足：一、随着复杂多样的无线通讯业务的出现，人们关于其的需求和要求也快速增长，传统的频带分配手段已经不能满足用户的需要。尤其是在商场、体育场、学校等人口密集区域，很难保证通信的畅通。

频谱感知的实质是SU对PU的感知，通过检测PU是否正在授权频带工作，从而决定是否接入授权频带，但每一次的感知并不一定都是正确的，所以此时就会出现虚警概率和检测概率，以此来衡量一个系统的检测性能。错误检测的概率。由于噪声和干扰的客观存在，如果噪声信号的幅度大于检测门限值的时候，就会误以为空闲的正处在忙碌的状态，因而判定授权频带被占用，从而不接入频带。的大小关乎着 进入授权频谱机会的大小，若大，那么会影响频谱的利用率。即正确检测的概率。也就是说 的实际是工作状态，感知结果也为忙碌，即为正确感知。活跃状态：一个完善的活跃状态模型不只需要巨大的状态信息库，还需要综合不同的空间、不同的时间以及不同的服务对象等因素来统一分析。马尔可夫模型是当今大家认同的描绘授权用户活跃情况的模型。3

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何星 - 副教授 - 上海交通大学