无线电技师论文第五篇：高性能计算在无线电管理领域的应用
摘要：随着经济社会的深入发展，充分利用无线电频谱资源，提高无线电管理效率势在必行。本文对高性能计算技术进行了概述，并分析了无线电管理领域对高性能计算的需求，之后探讨了高性能计算在无线电管理领域的应用，以期高性能计算技术能在无线电管理领域得到更多的应用和发展，提升无线电频谱资源的利用率，促进无线电管理技术的进步，创新无线电管理办法。
关键词：高性能计算; 无线电管理;
Application of the High Performance Computing in Radio Management
0 引言
计算机技术的发展使其在各个领域的发展中作出了巨大贡献。高性能计算技术以并行计算方式提高计算性能。在无线电管理领域，各种业务和应用对计算能力的需求与日俱增，若能充分利用高性能计算技术，必将创新无线电管理的技术手段，提升无线电管理效率。
1 高性能计算技术概述
高性能计算（High Performance Computing,HPC），是指利用聚集起来的计算能力来处理标准工作站无法完成的大规模科学与工程计算任务，包括仿真、建模和渲染等。实现高性能计算的设备称之为高性能计算机，其具有运算速度快、存储容量大和可靠性高等特点。从普通意义上讲，高性能计算和现在常说的并行计算、超级计算是同义词。作为科技创新的重要手段，高性能计算是当代科技竞争的战略制高点，集中体现一个国家的综合实力，在国防安全、高科技发展和国民经济建设中占有重要的战略地位。
依据2019年中国HPC TOP100中的行业应用领域的系统数量统计，所有系统分布于9个大的应用领域。其中用于互联网/云计算的系统最多，达到34%；其余是大数据（14%）、科学计算（16%）、超算中心（11%）、政府电信（9%）、安全（2%）、工业制造（3%）、能源石油（6%）和短视频（5%）。依据应用模式的不同，上述9类应用可进一步归并为三大类：
(1）大数据分析挖掘类：Map Reduce（映射归约），深度学习计算等基于数据的（非数值类）应用；
(2）科学与工程计算：主要指传统的数值计算类应用，通常是计算密集型（也有数据密集型）；
(3）信息服务类：频繁交互的互联网服务类应用[1]。
高性能计算的应用涉及诸多领域，随着高性能计算技术的快速发展，其应用领域也将越来越多。
2 无线电管理领域对高性能计算的需求
无线电管理是为合理、有效地开发和利用无线电频谱资源，审批各类无线电台的设置，协调和处理各类无线电干扰，监督检查各类无线电台的使用情况，维护空中电波秩序，保证各种无线电业务正常进行的管理工作和管理体系。目前为充分利用无线电频谱资源，提高无线电管理的效率，服务经济社会发展，需要不断创新无线电管理办法。
基于统一的数据基础，充分构建全国性的基础电磁频谱数据库，可以有效支撑当前及未来的综合频谱管理工作；对于海量无线电频谱数据的处理方法开展全面研究可以更好地支撑各类无线电工作；工作中通过监测、测量设备形成的大量数据资源的积累，若加以分析利用，可以提升监测和频谱分析的效率。这一切要求我们重视数据的重要性，发挥数据的积极作用，以数据为核心、为基础，通过计算服务无线电管理工作大局。在实际工作中，从监测数据、台站数据等基础数据出发，需要通过计算做好对无线电管理的事前、事中、事后支撑。而以数据的采集、分析、挖掘为基础，开展面向服务的各类应用，需要强大的计算能力作支撑，高性能计算为其提供了可能性。
3 高性能计算在无线电管理领域中的应用探讨
充分的数据和强大的计算，可以创新无线电管理的手段和方法，推动频谱管理创新发展，满足诸多工作需求，以下浅谈高性能计算在无线电管理领域中的相关应用。
(1）满足更大规模系统级电磁兼容快速计算的需求
系统级电磁兼容仿真计算是频率规划和划分的重要理论支撑手段。笔者所在单位的高性能计算平台上已完成多个共存分析案例的计算任务，为我国移动通信频率的规划与划分、系统的部署以及设备射频指标确定等提供了强有力的技术支撑。
目前，各国都在积极推动5G移动通信发展，中频段5G系统大多已完成试验组网。进行5G频率规划与划分，首先要进行5G移动通信系统与相关频段卫星业务、射电天文业务、无线电导航业务等多种业务的同频邻频共存分析，因为5G系统使用的频段更高、基站规模更大，而更大规模的蒙特卡洛仿真需要更加强大的计算资源支撑。
(2）满足复杂城市环境中对电磁态势精准预测以实现频谱共享的需求
频谱共享是未来解决频谱供需矛盾、提高频谱利用率的有效途径，而构建频谱地图是实现频谱共享的前提，其中态势重构是重要环节。目前在广域空间电磁态势重构方面，针对复杂城市环境的态势预测难题，已完成基于UTD的预测算法的开发和实测验证，在计算精度方面较传统经验模型有很大改善。但是该算法采用射线跟踪方法建立传播模型，存在计算量大、耗时长的问题。通过高性能计算平台，将预测算法并行化可大大提高计算效率。
(3）满足对海量监测数据分析挖掘创新无线电管理技术手段的需求
面对日益复杂的城市电磁环境、日趋紧张的频谱资源供求关系，可从多维度对海量监测数据进行分析与挖掘。
开展监测工作离不开各种接收机，通过接收机可采集大量监测数据，若将这些监测数据作为一种原始数据资源积累，并加以分析利用，可挖掘更多有价值的信息。以黑鸟接收机为例，作为一种高速接收机，可通过对其数据库的开发，依托高性能计算平台，实现黑鸟日常监测数据的海量存储，以及对存储数据的分析、处理和查询，满足工作需求。通过高性能计算平台可以优化补充黑鸟的功能，使其具有同时在线扫描监测和历史监测数据分析处理功能，提高了对日常监测数据的自动化监测和分析能力。再以PR100为例，作为一种便携式移动无线电监测接收机，其移动监测能力有目共睹。为提高其利用率，除移动监测时间外，可将其用作固定接收机7×24小时不间断采集监测数据。通过对其做二次开发，经过信号识别检测算法，生成信号表和频谱图写入数据库，可实现对不同业务信号的统计分析，而整个过程的数据处理需要依托高性能计算平台。以上两个实例凸显了高性能计算在分析和挖掘海量数据方面的优势，提升了设备的使用率，创新了无线电监测手段和方法。
4 结束语
总而言之，现代化信息技术的发展，使高性能计算技术成为重要的发展方向。无线电管理事关国计民生，随着无线电监测技术的发展，更高效地实现频谱资源的利用和管理势在必行，而以数据为核心的各类应用对计算资源的需求愈加强烈。高性能计算是一种高效计算手段，若能充分利用其优势，必将推动无线电管理的创新发展。
参考文献
[1]袁国兴，张云泉，袁泉.2019年中国高性能计算机发展现状分析[J].计算机工程与科学，2019,41(12):2095~2100
