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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇天線技術論文，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
廣播電視天線是無線電和電磁波之間進行轉換的一個轉換器，影響發(fā)射天線性能的主要參數有其極化方式、輸入阻抗、增益和方向圖等。如果天線的各項參數設置不合理，在信號傳輸過程中圖像就有可能出現(xiàn)線性和非線性失真兩種情況，聲音也會夾雜各種噪聲，下面我們就對上述幾個參數進行簡單介紹。
（1）極化方式。按照天線輻射電磁波的方式不同可以將其分成線極化、橢圓極化和圓極化三種。極化是指天線發(fā)射信號過程中其電場矢量端點隨著時間變化其運動軌跡的形狀、取向和旋轉方向。在進行信號發(fā)射過程中，天線采用的計劃方式不同，其接收的信號功率損失也不同。
（2）輸入阻抗。輸入阻抗是指天線在信號接收過程中其饋電端輸入電壓和電流的比值。當天線的輸入阻抗等于饋線的特性阻抗時，信號在饋線終端不會產生功率反射現(xiàn)象，天線上的輸入阻抗受輸入信號頻率變化的影響較小。為了提高天線接收到信號的質量，我們要盡可能地采用各種方法消除天線中電抗分量的大小，使其盡可能地接近饋線的特性阻抗。一般情況下，我們選擇發(fā)射天線的輸入阻抗為50Ω。
（3）增益和方向圖。增益是指天線對一個特定方向上信號的接收能力，是廣播電視中天線選擇中的重要參數。相同條件下，天線的增益越高，信號能夠傳播的距離也就越遠。方向圖則是描述信號在不同空間方位下變化的圖形，一般用場強和功率兩種方式進行表達。通常情況下，廣播電視天線以E面和H面描述其天線的方向性，其中E面指的是和天線極化方向和傳播方向平行的平面，H面則是指和E面垂直的平面。
二、廣播電視發(fā)射天線技術的特點
廣播電視信號可以按照其發(fā)射功率的大小分成中波、短波和超短波三種。如果信號傳播過程中采用中波頻段，那么電磁波在發(fā)射過程中具有較強的穩(wěn)定性，能夠保證信號發(fā)射功率的平穩(wěn)性。另外信號在傳播過程中，如果能夠以沿著地面的形式進行傳播，信號在傳播過程中具有較強的抗干擾性，用戶能夠獲得比較高的信號質量。目前我國廣播電視信號的傳播普遍采用短波頻段，能夠支持120個不同頻率的波段，信號在傳播過程中會受到大氣中電離層的發(fā)射，增大廣播電視信號傳播的距離。另外，我國廣播電視信號在傳輸過程中采用直線形式，沿著地面進行傳播，信號在傳播過程中受到其他信號的干擾性較小。為了提高接收廣播電視信號的質量，大部分天線都被安放在較高的地方，如屋頂或者塔尖，提高了信號接收質量。同時還要加強天線防風雨和避雷的特性，因為廣播電視信號采用無線傳播方式，信號受天氣的影響較大，嚴重的甚至會失去信號的接收功能。這就要求在進行天線設計過程中，充分考慮信號接收的各個因素和方面。
三、廣播電視發(fā)射天線的應用
隨著科技的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對精神文化的需求越來越高，廣播電視在人們生活中的地位也越來越重要。人們每天通過廣播和電視了解各種信息，及時收聽和收看國內外新聞事件，提高對當今社會的認識，與社會保持密切聯(lián)系。進入21世紀后，隨著網絡技術的不斷發(fā)展，廣播電視發(fā)射天線技術也面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機遇，通過不斷的技術改進，現(xiàn)階段廣播電視發(fā)射天線也獲得了較大的發(fā)展，實現(xiàn)了跟衛(wèi)星信號的連接。為用戶提供了更高質量的信號，收到了清楚和清晰的收聽和收看效果，徹底解決了以前廣播電視發(fā)射天線技術中常見的圖像不清和聲音嘈雜的問題。但是由于電磁波信號會對人們的身體健康產生一定程度的危害，所以在使用過程中必須給予足夠的重視。目前我國已經建立了相關的法律條例，實現(xiàn)了對廣播電視發(fā)射天線場區(qū)的保護。
四、結論
關鍵詞：信號 空間特征 多發(fā)多收
中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）06-0147-01
多天線技術在概念上是用多根發(fā)送天線或接收天線的技術，包括Single Input Multiple Out（單發(fā)多收）、Multiple Input Single Out（多發(fā)單收）和Multiple Input Multiple Out（多發(fā)多收）三種形式，它們在鐵道鐵路信號處理中得到了廣泛應用。作為多天線系統(tǒng)支撐技術的空時碼，適用于天線間距偏遠和相關性偏小的情形，是目前的研究熱點，包括基于空間分集和基于空分復用兩種空時碼。空時碼技術在鐵路空間信號處理和鐵路時間信號處理基于其空間域和時間域聯(lián)合處理接收信號的特征優(yōu)勢能夠抵抗符號間的干擾、減少多地址干擾、增加分集增益和提高天線陣增益。
1 多發(fā)多收技術（MIMO）的原理
多發(fā)多收傳輸方案是基于鐵路特征空間信號的，要求發(fā)送端的信道信息是確定的。多發(fā)多收技術的基本原理圖如圖1-1所示。鐵路特征信號在發(fā)送端和接收端處理之后，即在這兩端之間存在部分獨立并行子信道，而這些信道需要通過特征值分解或者奇異值分解處理二產生，因此叫做基于特征空間的多發(fā)多收技術。一個加權網絡在發(fā)送端把來自每個子信道的發(fā)送信號映射到多個發(fā)送天線，而另一個加權網絡在接收端在把多個接收天線上的接收信號映射為傳輸信號。鑒于獨立并行的特征子信道，多個信號在特征子信道上傳輸時能夠實現(xiàn)互不干擾的并行傳輸。于是多發(fā)多收信道能夠分解為n個特征子信道時，系統(tǒng)的信道容量也相應地為單天線系統(tǒng)信道容量的n倍。因此，基于特征空間的多發(fā)多收算法可以依據發(fā)送端加權網絡和接收端加權網絡的計算方式不同而存在多個算法。
2 算法分析及推導
對進行SVD分解為，，分別是左右酉矩陣，即，，是維對角陣，其主對角線的元素非負，并按排列，其中，且。有效的特征子信道滿足。左酉矩陣分塊為，右酉矩陣分塊為，則有。
由此可將發(fā)送加權網絡設置為；接收加權網絡設置為。，分別為酉矩陣，的前列所構成的矩陣，滿足列正交，即，，因此，經過接收網絡加權后檢測輸出信號為。其中。發(fā)送信號總功率為，即，表示求積，因此，第個特征子信道上接收信號的為，其中為信道互相關矩陣。
3 仿真實驗
仿真中假設發(fā)送天線數和接收天線數均為4，且分別呈均勻直線排列，設發(fā)送相鄰天線和接收相鄰天線之間的相關數相同，即。當空間相關性較強時，只存在較少的可利用的特征子信道，進而影響信道的頻譜效率，先到容量隨著空間相關性的增強而降低。
4 結語
鐵道信號中基于空間特征的MIMO技術不需要居于發(fā)射分集，對接收天線和信道環(huán)境均不作要求，只在發(fā)送端需要信道信息，譯碼復雜度適中。隨著陣列矩陣處理、矩陣運算等信號處理技術的成熟和DSP芯片處理能力的提高，MIMO技術必將在未來的鐵道移動通信系統(tǒng)中的到廣泛的應用。
參考文獻
[1]王曉婷.MIMO技術在GSM-R高速鐵路通信中的應用研究[D].西南交通大學碩士學位論文，2007年12月.
[2]代喜增，彭應寧，湯俊.MIMO雷達檢測性[J].清華大學學報（自然科學版），2007，47（1）：88-91.
[3]溫沛霖.高速鐵路移動環(huán)境下MIMO信道預測與預處理技術研究[D].西南交通大學碩士學位論文，2012年.
[4]薛輝.無線MIMO系統(tǒng)中空時編碼技術研究[D].西安科技大學碩士學位論文，2010年.
[5]繆丹，盧曉文，謝顯中.第三代移動通信中的空時編碼技術[J].無線電通信技術，2004年01期.
[6]韋忠義，楊綠溪.空時編碼與MIMO-OFDM系統(tǒng)的結合研究[J].大眾科技，2005年08期.
[7]孫鑫，趙光，孟鳳琴.Turbo碼級聯(lián)空時碼的系統(tǒng)性能分析[J].西安郵電學院學報，2011年03期.
【關鍵詞】無線傳輸；傳輸距離；ZigBee；理論計算
1.引言
無線通信是近些年發(fā)展最快，應用最廣的通信技術，無線網絡技術包括藍牙、超寬帶、ZigBee和Wi-Fi等。ZigBee是一種新興的無線網絡技術，它是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協(xié)議，其特點是距離較遠、低復雜度、自組織、低功耗、低速率、低成本。因此比較適合研究無線通信距離短的問題，可以更好地分析影響傳輸距離的因素，所以本文就以ZigBee技術為例，根據一些理論公式進行計算分析影響無線傳輸距離的因素，希望為以后無線模塊的選用提供參考。
2.ZigBee應用電路設計
為了測試ZigBee在應用中的傳輸距離，設計了基于ZigBee的無線傳輸模塊裝置，用于測試ZigBee實際的傳輸距離。如圖1所示，左邊為無線終端模塊整個電路組成框圖，用于接收從中心模塊發(fā)送過來的數據，右邊為中心模塊，與ZigBee基板相連，通過上位機給終端模塊發(fā)送數據。ZigBee模塊具有自動組網的功能，當中心節(jié)點工作之后，它會自動尋找終端節(jié)點進行組網。如果終端節(jié)點能夠接收到組網信號，則終端節(jié)點的ZigBee模塊就會產生組網端口上的壓降，這個壓降信號就傳遞到觸發(fā)器，觸發(fā)器打開模擬開關，這樣指示燈的壓降產生，指示燈開始工作，這就表明ZigBee模塊組網成功，既可以開始通信。
3.因素分析
3.1 實際傳輸距離估算方法
IEEE組織根據802.15.4a信道的特點，在實際環(huán)境中進行了實際測量，構建了基于802.15.4a心道、適于UWB（2～10GHz），100～1000MHz的信道傳輸損耗模型，其基本模型信道損耗計算公式為
其中Pt為發(fā)射機發(fā)射功率，發(fā)射機和接收機的距離為d，接收機的功率為Pr，收發(fā)天線的增益為Gr，Gr，Aant為天線衰減因子，S為損耗計算的標準方差，n為距離損耗為考慮頻率影響修正系數，d0為參數距離等于1m，fc為參考中心頻率等于5G修正系數，kHz（UWB2～10GHz頻段），PL0為參考距離下的損耗大小。與自由空間傳輸方程相比考慮天線收發(fā)耦合損耗、反射折射引起的傳輸損耗與距離頻率的變化系數。
對式（1）進行推導得出最大距離方程為：
由上述公式我們可以得知，影響因素包括為天線衰減因子，損耗計算的標準方差，距離損耗為考慮頻率影響修正系數，參考距離下的損耗大小等，下面就通過實際測試具體分析各個因素對無線傳輸的影響。
3.2 具體因素分析
下面通過實際測試得到實驗數據對ZigBee傳輸距離進行比對分析，用上述介紹的實驗裝置測試ZigBee實際的傳輸距離。表2中列出了實驗中模塊的收發(fā)功率，收發(fā)天線架設高度，天線衰減因子，收發(fā)天線增益，參考距離下的損耗大小，損耗計算的標準方差，行為距離損耗修正系數，頻率影響修正系數，天線的饋線長度，天線的架設高度等各種影響因素。
表2中第一組和第二組數據對比，收發(fā)天線的架設高度對無線傳輸的距離有著重要影響，天線架設高度不同，損耗計算的標準方差和距離損耗修正系數不同，收發(fā)天線的架設高度增加了兩米，則傳輸距離提高了122米，增幅為88.4%。
第二組和第三組數據對比中可以看出，天線的架設高度相同，無線的工作環(huán)境的不同，傳輸距離也不盡相同，工作環(huán)境的不同，損耗計算的標準方差、距離損耗修正系數不同和頻率影響修正系數都不相同，這導致在復雜環(huán)境中，無線傳輸的距離大大縮短，僅為戶外廣闊環(huán)境中的53.1%。
第二組和第四組數據得出，天線的增益是影響傳輸距離的最重要因素，發(fā)送天線增益增加八倍之后，傳輸距離提高了4倍，同時也說明天線增益和傳輸距離之間不是簡單的線性關系。
第一組和第五組數據顯示，在天線的外配饋線增加時，傳輸距離也會相應縮短，在天線增益、工作環(huán)境和天線架設高度都相同的情況下，發(fā)送天線加長6米饋線，天線衰減因子變大，導致傳輸距離縮短了48.6%。
第四組和第六組數據顯示，其他影響因素相同的條件下，饋線延長6米，傳輸距離縮短了22.7%。同時和第一組、第五祖對比得出，饋線在影響傳輸距離中遠沒有天線增益對傳輸距離的影響大。
在實際測試中所得到的數據，都經過了實際傳輸距離估算方法的計算，表2中給出了理論計算和實測值之間的誤差，誤差都在5%以內，說明測試得出的數據真實可靠。
4.結束語
本文通過自行設計的ZigBee裝置實際測試了此裝置的傳輸距離，并根據估算公式對其影響因素作了具體分析，最后分析我們可以得知，收發(fā)天線的增益是影響無線傳輸距離最重要的因素，其次為天線的架設高度，然后為工作環(huán)境，最后是天線的饋線長度。因此為了提高通信距離：第一，最好使用增益大的天線；第二，盡可能的提高天線的有效架設高度；第三，遠離干擾較大的工作環(huán)境；第四，盡量縮短發(fā)射端的饋線長度等這些措施。這樣可以提高無線通信的穩(wěn)定性和可靠性。
參考文獻
[1]吳勇志.2.4GHzISM頻段傳輸距離計算方法[J].菲尼克斯電氣公司第二屆學術年會交流論文，172-176.
[2]郭宏福，白麗娜，郭志華.2.4GHzZigBee數傳模塊傳輸距離的估算方法[J].西安電子科技大學學報（自然科學版），2009，36（4）.
[3]王成帥.ZigBee無線傳感網絡在沖擊波測試中的應用研究[D].碩士學位論文，中北大學，2010.
[4]李文仲，段朝玉，等，編著.ZigBee無線網絡技術入門與實戰(zhàn)[M].北京航卒航天大學出版社，2008.
“無線通信都是以電磁波作為載體的，那么天線的主要功能就是發(fā)射和接收電磁波信號。所以.無線通信與天線是‘難舍難分’的關系。”上海交通大學電子信息與電氣工程學院的副教授梁仙靈說。與天線結緣近15年，他在這條路上也愈發(fā)得心應手起來。情系天線
“山不在高，有仙則靈?！?/p>
對梁仙靈來說，以勤奮和堅守為“靈”，一路至今，他所攀登過的“山路”上，也留下扎實的足印：從“線天線”到“微帶、縫隙、介質等天線”，從“無源天線”到“有源天線”，從“天線理論”到“天線應用”。隨著研究的逐漸深入，他與天線之間的“感情”也越來越濃厚。當然，梁仙靈也經歷過最初的茫然懵懂。“高考填報志愿時，對電磁場與微波技術這個專業(yè)，我其實一無所知，只是在舅舅（西安電子科技大學周良明教授）的指導和建議下選擇了西電這個專業(yè)。”梁仙靈談道。
2003年，梁仙靈作為研究生參與了中國電子科技集團公司第三十八研究所的綜合孔徑雷達X波段微帶相控陣列天線的合作項目?！氨M管初涉課題，一切都是未知數.但我對微帶陣列天線濃厚的興趣使我信心滿滿。剛開始我就從導師鐘順時所著的《微帶天線理論與應用》和大量國外有關的綜合孔徑雷達天線資料入手，每天除了睡覺和吃飯，其它時間基本上都在三十八所天饋部里看資料。大概一個月后，就開始綜合孔徑雷達天線的具體設計，然后就是大量的仿真、分析、總結、實驗及驗證等?！绷合伸`談道。功夫不負有心人.在不到一年的時間里，他針對雙極化單元的高隔離和低交叉極化，提出了多種創(chuàng)新性單元結構和饋電形式；又針對陣列的高隔離和低交叉極化，提出了多種形式的網絡布局和各種抑制技術，最終順利完成了雙極化微帶陣列天線的研制，樣機測試性能全部滿足指標要求，部分性能甚至超出原定指標。研制的陣列天線成功應用于某機載綜合孔徑雷達系統(tǒng)，在汶川、玉樹地震災害災情信息獲取，以及國家西部測圖工程等測繪任務中發(fā)揮了重要作用。此外，這些技術成果也是梁仙靈榮獲全國優(yōu)秀博士論文提名獎的一個主要成果部分。
挑戰(zhàn)工業(yè)天線設計
“天線研究是一門更偏向于工程應用的專業(yè)。因此，對天線學者來講，天線研究的一個重要價值是解決其在工程應用領域所面臨的實際問題，實現(xiàn)其滿足系統(tǒng)的要求。從工程應用方面考慮，天線尺寸越小越好，這樣可以小型化；帶寬越寬越好，最好用一個天線把所有工作頻段都覆蓋；同時還要確保效率，保證通信性能。但天線的尺寸、帶寬和效率之間存在矛盾，使三者往往難以同時兼得，這是天線學術界和工業(yè)界的一個難題?！绷合伸`說道。
2007年，梁仙靈博士畢業(yè)后曾在一家外資企業(yè)從事無線終端手機天線和無線網卡天線的產品開發(fā)工作。不服輸、不怕挑戰(zhàn)的性格使他在外企短短6個月內就與多家公司共同競爭6款手機/網卡天線產品，并且在6款天線產品性能PK中全部勝出。其中他最引以為豪的是開發(fā)的USB無線網卡天線?！案Ｒ?guī)手機天線相比，USB尺寸僅有它的十分之一。當usB無線網卡連接不同尺寸的筆記本，甚至同一個筆記本不同接口位置時，USB無線網卡天線的性能變化都非常大?！绷合伸`說道。經過多個方案的嘗試和大量實驗數據分析，梁仙靈提出將多層帶線耦合技術和寬帶匹配技術相結合，實現(xiàn)了其工作頻段在GSM850/900/DCS1800/PCS1900/WCDMA上的全覆蓋，解決了不同型號筆記本以及不同接口的USB無線網卡天線性能的穩(wěn)定性問題。到后來，該天線在華為Vodafone移動無線網卡上大展拳腳，成為國內第一款USB移動無線網卡產品。
2008年底，梁仙`加入上海交通大學電子信息與電氣工程學院電子工程系?！败囕d數字電視天線項目”是他加入后參與的第一項課題?！霸S多轎車頂部都有一個像魚鰭狀的突起，其一功能就是用于數字電視通信，而要求天線小、效率高且?guī)挐M足系統(tǒng)需求正是該項目的難度所在?！绷合伸`說道。基于USB無限網卡天線的開發(fā)經驗，他提出融合帶線耦合技術、加載技術和LC電路匹配技術等，實現(xiàn)了數字電視天線的超寬帶、小尺寸和高效率性能的最大化。他開發(fā)的車載數字電視天線尺寸僅為0.06λI×0.06λI，在阻抗帶寬（511～930 MHz）內，天線效率達到20%。該研究成果在2010年葡萄牙里斯本舉辦的國際電小天線（IEEE iWAT）會議上獲得了最佳論文獎，也是中國大陸學者首次榮獲此會議的最佳論文獎。
從汶川地震中獲得啟發(fā)
眾所周知，衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng)可通過向衛(wèi)星發(fā)射信號，同時接收由其它地面站經衛(wèi)星轉發(fā)來的信號.具有通信范圍大、不受氣候以及地域環(huán)境的影響等多種優(yōu)勢。“2008年汶川地震時，整個地震災區(qū)的基站通信系統(tǒng)全部受損，直接導致災區(qū)通訊中斷，與外界徹底失去聯(lián)系，為救災增加了難以想象的難度。而當時唯一能夠作為通訊裝備的，就是地面移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)。”梁仙靈舉例道。
“*22星地面移動通信系統(tǒng)研究”是梁仙靈加入上海交大后參與的第二項課題?！皬姾贰钡男l(wèi)星通信系統(tǒng)，深深吸引了梁仙靈。作為項目技術負責人，梁仙靈在2009年總參預研的項目申請和答辯中拿到了第一名的好成績（9家企業(yè)單位參與競爭），尤其是他提出的采用低剖面收發(fā)雙平板陣列方案后來被各家單位廣泛采用。項目后期他更是帶領四位研究生熬了無數個通宵，在9個月內先后完成了3套原型天線樣機的研制。2010年，他再次作為項目的天線技術負責人，帶領研究生完成“便攜式的地面衛(wèi)星通信系統(tǒng)終端”項目的開發(fā)?！捌鋵嵾@個系統(tǒng)非常輕便，和我們平時用的筆記本大小差不多。它可以實現(xiàn)與衛(wèi)星數據、圖像的傳輸，性能也很好，完全可以與海事衛(wèi)星移動系統(tǒng)媲美，甚至部分性能還優(yōu)于它，而且采用的是國產化技術，擁有完全自主的知識產權?！绷合伸`說道。
高鐵上的移動通信
“中國高鐵技術發(fā)展得如此之快令世人為之驚嘆，但我們也要敢于面對自己的不足。就目前來說，高鐵上的通信中斷問題還未得到很好的解決。2012年我有幸參與了一項國家重大專項――“新一代寬帶無線移動通信網絡”，當時我們提出通過列車車載天線來克服高速對通信造成的問題，這是一個全新的思路。”梁仙靈說。
“當然，高速鐵路的信道環(huán)境較為特殊，多數城際列車行駛距離較長，通過的地形較為多變復雜。由于多徑傳播而造成信號衰落的不穩(wěn)定性以及車載天線的全向工作模式.導致相鄰基站的快速切換存在乒乓效應和前向干擾，同時列車高速運動（比如380公里/小時及以上）時，列車與基站之間的多普勒效應就非常明顯。這些因素影響了車載無線通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實時性和所提供數據業(yè)務服務的能力?！绷合伸`繼續(xù)談道。
面對這些問題，梁仙靈帶領研究生在近兩年里開發(fā)了一套高速列車車載天線系統(tǒng)樣機。在“基于TD-LTE的高速鐵路關鍵技術研究”的科技報告中，他對車載天線系統(tǒng)的設想、架構、理論與技術，以及實驗測試都進行了詳細說明?！氨热纾很囕d天線采用時間調制陣列形式實現(xiàn)了車載天線的定向可掃描波束，既提高了車載天線的增益，又避免硬切換帶來的通信信號大起伏和前向干擾；同時利用時間調制陣列方式實現(xiàn)天線對接收/發(fā)射載波頻率的調制和對基站信號的測向功能，可用于降低多普勒影響。此外，車載天線系統(tǒng)中還配備了GPS和慣性導航測速模塊，可應對各種環(huán)境下的速度測試。由于高速列車外形是經過大量氣動實驗驗證的，不允許有任何的改變。目前這套樣機系統(tǒng)由于尺寸問題還無法直接安裝到列車上，所以還需要進一步開展小型化研究，以及在高速動態(tài)下的實驗可靠性驗證。”梁仙靈補充。
新型天線探索之路
“當前無線通信業(yè)務應用需求呈現(xiàn)爆炸式增長，下一代網絡將會面對1000倍的數據容量增長和100倍的用戶速率需求。如何在擁擠的頻譜資源中尋求技術突破和實現(xiàn)網絡性能的大幅度提升，是第五代移動通信系統(tǒng)面臨的難題。認知無線電、大規(guī)模MIMO等新概念的提出雖然在理論上驗證了未來網絡發(fā)展的潛力，但其應用實施面臨著眾多技術挑戰(zhàn)，尤其是來自無線終端。因此，終端天線的研究與設計也需要創(chuàng)新，以符合未來應用的發(fā)展需求，尤其在新概念、新理論、新設計理念等層面上的探索需要格外注意。”梁仙靈談道。
現(xiàn)有陣列天線均基于一種固定射頻網絡，功能單一。如果射頻網絡能夠實現(xiàn)可重構，將有助于陣列天線功能和性能的提升。2015年，梁仙靈就此申請到國家自然科學基金面上項目的支持，啟動“多路可重構射頻網絡的關鍵技術及其在天線中新應用研究”。為此，他帶領研究生在射頻開關的匹配和阻抗的可重構匹配上下了大功夫，提出了“匹配式射頻開關”和“匹配式可重構阻抗”的設計，提高了射頻開關和可重構匹配網絡的效率、功率容量和切換速度，使之適合更高頻段的應用?！皩⑵鋺玫揭恍┙浀渖漕l網絡中，如Wilkinson/Luzzato/Gysel等功分網絡，Butler矩陣、Rotman透鏡等移相網絡。實現(xiàn)這些經典射頻網絡性能的提升和功能的可重構，是我們的目標?！睂蒲?，梁仙靈一直都充滿希冀?！芭c此同時，我們正在將可重構射頻網絡應用到我們所研究的時間維調制陣列天線中，這將有效克服傳統(tǒng)固定射頻網絡由于通道的周期性調制帶來的效率損失。”梁仙靈補充道。
梁仙靈正在探索的另一個新天線研究方向是渦旋電磁波天線，這是他負責的一項國家“863”計劃課題。“長期以來，無線領域的信息傳輸載體主要采用平面電磁波，渦旋電磁波作為一種新的信息傳輸載體，憑借其渦旋狀的相位波前傳播的特征，有望在短距離通信、雷達等領域實現(xiàn)應用。從渦旋電磁波源的分析到具體天線設計，我們已完成了一系列的初步研究，包括渦旋電磁波模態(tài)理論分析，雙模/多模/混合模等渦旋電磁波天線的設計與實驗等，其部分成果已發(fā)表在Nature子刊和IEEE等國際刊物上。”梁仙靈談道。
科研為本，教學為基
科研的道路上有無數鮮花掌聲，也有荊棘坎坷，梁仙靈有收獲亦有感恩。自從畢業(yè)到工作以來，他相繼跟隨多位國內外著名天線專家學習各種天線技術，至今還堅守在在微波領域從事天線等相關研究，同多位國內外專家學者也保持著密切合作?！昂献魇强蒲新飞媳夭豢缮俚囊徊?。”梁仙靈說道。
而如今，擁有上海交通大學電子信息與電氣工程學院副教授、加拿大國家科學研究院博士后研究員、上海交通大學電子科學與技術學科秘書、SMC-晨星學者等多重身份的梁仙靈，回首過往，還是充滿無限感慨。
每一段經歷都是一筆財富，作為一名教師，梁仙靈也希望把科研途中的所感所知傳遞給學生們。在他眼中，科研固然重要，但教學也是他身為高校師者的本分。怎么帶好學生？面對這樣的問題，他做的更多的是尊重。
關鍵詞：天線對準 微波通信 Bootloader 嵌入式系統(tǒng)
中圖分類號：TM929.5 文獻標識碼：B 文章編號：1007-9416（2013）06-0150-02
微波通信作為重要的現(xiàn)代化通信方式，因其傳輸速率高、信息容量大、保密性好和抗干擾性強的特點，被廣泛的應用于通信領域。目前。國際上的微波通信裝備為了提高通信距離和傳輸保密性能。常設計出較窄波束的天線，這些天線具有較強的方向性，只有在波束以一定的精度相互對準時，雙方才能實現(xiàn)通信鏈路的閉合。因此，通信雙方往往需要經過較長時間的搜索調整才能將兩天線對準，實現(xiàn)正常通訊。顯然，單憑操作人員的感官手動操作會使得天線指向調整時間長。難以實現(xiàn)精確對準。為了保證通信鏈路建立的快速性與可靠性，研究自動化程度高、對準速度快、精度高的微波天線自動對準系統(tǒng)具有非常重要的意義。
1 系統(tǒng)設計
微波天線自動對準系統(tǒng)包括低頻設備、高頻設備、定向天線、全向天線和全方位直流變速云臺等。其中全向天線、云臺用于輔助自動天線對準，定向天線在天線對準完成后系統(tǒng)正常工作時使用。
天線對準軟件分為低頻控制軟件和高頻控制軟件兩個部分，分別工作在低頻設備硬件平臺和高頻設備硬件平臺上。低頻控制軟件主要完成對信道及系統(tǒng)內設備的工作參數和工作狀態(tài)進行設置和監(jiān)控，以及天線自動對準過程控制。高頻控制軟件主要完成對高頻設備工作狀態(tài)的采集和設置、天線控制、云臺控制和對準信號采樣。
通過低頻設備發(fā)出指令控制其它設備及接收其它設備數據，協(xié)同完成天線對準功能。
1.1 處理器選擇
低頻設備內部控制單元選用的是ATMEL公司的一款基于ARM7TDMI內核的ARM微控制器，具有高性能32位RISC架構與高密度的16位指令集和優(yōu)良的性能功耗比，是實時控制應用的理想選擇處理能力強，滿足系統(tǒng)需求。
ARM微控制器提供2個串口，一個用于低頻設備和高頻設備間的信息交互，另一個用于與對端通信設備傳遞對控信息。
高頻設備內部控制單元采用WINBOND公司的單片機W77E058為核心，W77E058內置8位中央處理器單元、256字節(jié)內部數據存儲器、32K片內程序存儲器、1KRAM、2個全雙工串行通信口。其中串口0采用直接方式與室內監(jiān)控相連，串口1使用Maxim 公司生產的MAX3082完成電平轉換與云臺相連。
1.2 天線的設計
在微波點對點通信中通常使用的都是高增益的定向天線，這種天線發(fā)出的微波信號波束窄，副瓣低，必須在兩束波的主瓣基本重合時才能穩(wěn)定通信。微波天線對準非常困難。若發(fā)射端采用固定安裝的全向天線，則可先調節(jié)接收端的定向通信天線找到發(fā)射端的大概位置。這種設計可以使對準難度大大降低。微波天線自動對準系統(tǒng)配置了全向天線和定向天線，通過云臺一起轉動。全向天線只能用于發(fā)射，不能用于接收，定向天線可同時發(fā)射與接收。
1.3 對準信號的設計
粗對準時采用全向天線發(fā)射，定向天線接收。因為定向天線的增益高，而全向天線的天線增益低，為了滿足接收端的接收門限，如果保持系統(tǒng)的發(fā)射功率不變，就必須采用降低傳輸速率，以彌補天線增益的不足，即使用專用的對準信號。對準信號不同于正常的通信信號，它的主要作用是導引對站天線和進行簡單通信。由于相同的發(fā)射功率下傳輸速率越低，信號傳輸損耗越小，傳輸距離越長，顯然采用滿足對準所需的最低傳輸速率最好。
精對準時改用定向天線發(fā)射，定向天線接收。傳輸速率改為正常工作速率。
2 Bootloader設計
啟動程序（BootLoader）就是在操作系統(tǒng)內核運行之前運行的一段程序，相當于PC機的BIOS。對于PC機，其開機后的初始化處理器配置、硬件初始化等操作是由BIOS完成的，但對于嵌入式系統(tǒng)來說，出于經濟性、價格方面的考慮一般不配置BIOS，因此我們必須自行編寫完成這些工作的程序，這就是所需要的開機程序。啟動時用于完成初始化操作的這段代碼被稱為BootLoader 程序，簡單地說，通過這段程序，可以初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境設定在一個合適的狀態(tài)，以便為最終調用操作系統(tǒng)內核、運行用戶應用程序準備好正確的環(huán)境。
這里設計的BootLoader初始化程序，它主要完成以下的一些功能：
（1）設置入口指針：啟動程序首先必須定義入口指針，而且整個應用程序只有一個入口指針。
（2）設置中斷和異常向量：ARM7要求中斷向量表必須設置在從0 地址開始，連續(xù)8×4字節(jié)的空間，分別是復位、未定義指令、軟件中斷、預取指令錯誤、數據存取錯誤、IRQ、FIQ和一個保留的中斷向量。
（4）初始化堆棧和寄存器：堆棧設置在AT91R40807的片內RAM中，可以提高運行速度。系統(tǒng)堆棧初始化取決于用戶使用了哪些中斷，以及系統(tǒng)需要處理哪些錯誤類型。一般來說管理者堆棧必須設置，如果使用了IRQ中斷，則IRQ堆棧也必須設置。進入相應的處理器模式，直接設置堆棧指針即可。
（5）改變處理器模式、狀態(tài)：對于不帶操作系統(tǒng)的用戶程序，系統(tǒng)可以處在USER模式下；對于帶操作系統(tǒng)的用戶程序，系統(tǒng)應當工作在SVC模式下，否則無法完成任務的切換。
3 天線自動對準過程設計
3.1 粗對準過程
粗對準階段采用全向天線發(fā)射信號定向天線接收信號的方式，采用這種方式對準雙方可以同時進行對準。因為采用全向天線發(fā)射信號需要降低傳輸速率，獲得低門限以彌補全向天線增益的降低。定向天線在水平和垂直方向進行全范圍的掃描，尋找接收電平超過門限值的峰值點，將找到的峰值點的位置和接收電平值記錄下來。分析記錄下來的峰值點的信號強度，并將峰值點的位置按信號強度的大小進行排序。排序完成后，按照順序先將天線轉動到獲得峰值點的位置，通過對控信道進行對準雙方的握手，握手成功則開始進行精對準，如果粗對準不成功則返回等待開始自動對準界面。
3.2 精對準過程
關閉全向天線轉為定向天線收發(fā)，傳輸速率改為為正常通信速率，此時因雙方均采用定向天線收發(fā)，如果兩端天線同時轉動進行搜索，必然會導致雙方接收信號電平的雜亂無章而無法進行分析找到正確方位，所以采用通信雙方交替進行搜索的控制算法，接收信號電平和誤碼率都滿足后，天線對準完成。
4 結語
提出了一種適用于機動微波通信的、完全擺脫其他通信輔助設備的全自動天線對準方案，通過試驗驗證了該方案的有效性和可行性。此設計方法操作簡單、性能穩(wěn)定、工作可靠，對其它類似的天線對準設計有一定的參考作用。
參考文獻
[1]譚穎琦.微波天線對準平臺控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn).國防科學技術大學碩士士論文，2006.
[2]李海濤，李燕，張建忠.微波定向天線對準實現(xiàn)方法.電磁場與微波，2011，第3期，44-46.
[3]顧瑞龍，沈民意.微波技術與天線.國防工業(yè)出版社，1984.
論文關鍵詞：RFID，醫(yī)藥品，物流，信息系統(tǒng)
引言
近些年來，頻頻出現(xiàn)的醫(yī)藥品安全事故使公眾對醫(yī)藥品生產工藝和用藥安全產生了不同程度的質疑。部分事故就是由于現(xiàn)在醫(yī)藥品物流系統(tǒng)的不完善所導致的。為此，商務部將出臺《醫(yī)藥物流企業(yè)分級評估指標》、《醫(yī)藥物流服務規(guī)范》、《藥品零售企業(yè)經營服務規(guī)范》和《藥品現(xiàn)代物流企業(yè)標準》等針對醫(yī)藥物流企業(yè)的一系列行業(yè)標準?？梢姡纳漆t(yī)藥品物流信息系統(tǒng)，提高其服務水平，增強醫(yī)藥品監(jiān)管、維護正常的藥品市場秩序，成為當務之急。
1 RFID的基本概念
Radio Frequency Identification（RFID）即無線射頻識別，是利用電磁感應、無線電波或者是微波等信號通過空間耦合進行非接觸式的雙向通信信息系統(tǒng)，通過這種形式的數據交換從而達到識別目標的一種技術，俗稱電子標簽。[1]
由于具有可非接觸式數據交換、有效讀寫距離遠、讀寫速度快、可識別高速運動的物品、數據記憶容量大、安全保密性高、讀寫穿透力強、可重復使用、耐惡劣環(huán)境能力強等一系列優(yōu)點，因此RFID主要用于軍事、航空、交通、物流、制造、汽車、零售、醫(yī)療、動物、食品、票證、服裝、圖書、煤礦、防偽等廣泛領域中的自動識別和數據采集。
RFID的初次使用可追溯到上世紀六十年代電子商品防盜系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）中的比特電子標簽。從七十年代開始，RFID技術及產品進入到快速發(fā)展的時期，如RFID技術逐漸融入到動物追蹤識別系統(tǒng)以及電子車牌系統(tǒng)。RFID技術及產品進入到商業(yè)應用階段是從八十年代開始，此后各種規(guī)模的RFID系統(tǒng)開始出現(xiàn)，RFID技術及產品逐漸成為人們生活的一部分，RFID技術標準化問題也日趨得到重視論文服務。自本世紀初開始，RFID技術開始向物流與供應鏈領域滲透。[8]
一個完整的RFID系統(tǒng)應當由RFID數據采集器、中間件或接口、應用系統(tǒng)軟件以及信息管理平臺構成；其中數據采集器內包含標簽、芯片、閱讀器以及天線，這其中的芯片主要用于數據交換時的儲存。正是由于芯片的這一獨特之處，使得RFID與傳統(tǒng)的條形碼技術有所區(qū)別。[9]
整個RFID系統(tǒng)的工作原理如圖1所示：RFID系統(tǒng)工作時必須有個前提，就是要處于一定的有效磁場區(qū)域內。帶有信息的電子標簽進入到有效磁場區(qū)域內，當閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻查詢信號，這時電子標簽憑借感應電流獲得的能量而被激活，將存儲在芯片的信息經自身解碼后通過內置天線發(fā)送出去。閱讀器的接收天線接收到信號后，傳送給到閱讀器。接下來信息系統(tǒng)，閱讀器對接收到的信號進行解調解碼，解碼后的信息通過應用系統(tǒng)軟件最終輸送到信息管理平臺進行相應處理和控制。[2]
圖1 RFID系統(tǒng)工作原理圖
2 醫(yī)藥品物流系統(tǒng)分析
醫(yī)藥品物流是在依托一定的物流設備、技術和物流管理信息系統(tǒng)的基礎上，有效整合營銷渠道上下游資源，優(yōu)化醫(yī)藥品供、銷、配、運等環(huán)節(jié)中的驗收、存儲、分揀、配送等作業(yè)過程，通過自動化、信息化和效益化等技術的應用，從而提高訂單處理能力，減少貨物分揀差錯，降低庫存及縮短配送時間，進一步降低
物流成本，提高物流服務水平和資金使用效益。典型的醫(yī)藥品物流過程如圖2所示：[3]
圖2 醫(yī)藥品物流過程
2009年，國務院出臺了《物流業(yè)調整和振興規(guī)劃》，醫(yī)藥品物流的發(fā)展是其中的主要任務之一。由于醫(yī)藥品自身的一些特性，醫(yī)藥品物流系統(tǒng)相比較于其他物流系統(tǒng)而言，對于逆向物流的管理更為重要。
2.1醫(yī)藥品物流復雜性高
醫(yī)藥品行業(yè)是一個集高投入、高技術、高風險與高回報等特點于一身的行業(yè)。醫(yī)藥品物流最大的特點就是分類復雜、品種繁多。醫(yī)藥品行業(yè)分類如表1所示：
表1 醫(yī)藥品行業(yè)分類
序號
標志值
類型
1.
按照自身性質分
化學原料藥、化學藥品、醫(yī)療器械、化學試劑以及保健品等
2
按照來源和性狀
中藥材、中藥飲片、中成藥，化學原料藥及其制劑、抗生素類、生化藥品、血清疫苗、血液制品，放射性藥品等
3
按照溫度分
常溫品種、低溫品種、冷凍品種等
4
按中國藥品管理制度分
處方藥和非處方藥
5
3G對室內分布系統(tǒng)的要求
3G網絡的主要業(yè)務量來自于室內。根據香港SUNDAY對業(yè)務數據的采集結果可知，3G業(yè)務的室內話務量占總話務量的一半以上。而NTTDoCoMo的最新統(tǒng)計數據顯示，大約70%的業(yè)務量來自于室內。綜合考慮建筑物結構、電磁波傳播環(huán)境和容量需求方面的因素，將室內分布場景細分為以下幾類，見圖1。
和2G網絡相比，3G網絡在深層次覆蓋時存在諸多不足。此外，由于3G系統(tǒng)自干擾的特性，會引起“呼吸效應”現(xiàn)象和“遠近效應”現(xiàn)象。因此，網絡規(guī)劃時需要考慮減少網絡的滿載率，同時也要考慮切換區(qū)域大小的設置問題。
由于室外站進行室內覆蓋對信號的控制和深度覆蓋不能做到最優(yōu)，嚴重影響用戶的滿意度。韓國最大的移動通信商SKT的數據顯示，大部分服務質量差的位置都在室內，且往往是由于宏蜂窩基站覆蓋不到位造成的。
相比之下，室內分布系統(tǒng)不僅可以在話務密集地區(qū)進行有效的話務吸收，解決室內“無死角”覆蓋，而且減輕了室外站小區(qū)“呼吸效應”，降低了室外系統(tǒng)的負荷，從而能夠提高整個網絡的質量和容量。
3G室內分布系統(tǒng)
傳統(tǒng)的室內覆蓋系統(tǒng)將不同系統(tǒng)割裂開來，采取單獨建設、單獨維護的策略。但由于我國目前網絡存在多種系統(tǒng)，且頻段跨度較大，所以室內分布系統(tǒng)應該采用多系統(tǒng)的寬頻室內覆蓋方案，即一套天饋系統(tǒng)來實現(xiàn)多系統(tǒng)信號的同時覆蓋。
其中，信號源主要包括室內宏蜂窩基站、室內微蜂窩基站和直放站等。從系統(tǒng)容量和功率需求的角度，根據不同話務需求和覆蓋場景選擇不同的信號源。比如，對于大話務量地區(qū)，宜采用宏蜂窩基站作室內分布系統(tǒng)的信號源，能夠插入多塊基帶處理板，滿足話務密集地區(qū)的需求；對于寫字樓等室內用戶集中、話務量較高區(qū)域，可以考慮建設微蜂窩室內分布系統(tǒng)；對于隧道、地鐵車站、地下商場、地下酒吧等強調覆蓋而非容量的場所，可以考慮用室內直放站引入基站信號。
信號分布系統(tǒng)可以分為無源分布系統(tǒng)，有源分布系統(tǒng)和混合分布系統(tǒng)三種形式。無源分布系統(tǒng)是通過無源器件進行分路，經由饋線將無線信號盡可能平均地分配到覆蓋單元上，從而實現(xiàn)室內信號的均勻分布；有源分布系統(tǒng)中加入了功率放大器這一類有源設備。信號經過各級衰耗后，到達末端時，可以利用放大器放大以達到理想的強度，保證覆蓋效果。也可以混合采用無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)的部分器件，建立一套混合的信號分布系統(tǒng)。
覆蓋方式主要有三種，即分布式天線系統(tǒng)(DAS)、泄漏電纜系統(tǒng)和混合方案。
分布式天線系統(tǒng)能夠支持從400MHz到2.5GHz很寬的頻率范圍；對于建筑物內部結構狹長的特別區(qū)域，例如公路隧道、鐵路隧道、礦井等，可選用泄漏電纜分布系統(tǒng)，泄漏電纜不需要室內天線，通過電纜上泄漏信號進行覆蓋；多系統(tǒng)的寬頻室內覆蓋方案共用天饋線系統(tǒng)，具有相當靈活的可擴展性。但是在多網合一的室內分布系統(tǒng)的設計中，對系統(tǒng)間干擾的分析和抑制至關重要。
3G室內分布系統(tǒng)的設計
在室內分布系統(tǒng)方案設計中，需要考慮三方面的因素：降低室外信號對室內的影響；減少室內信號外泄；室內環(huán)境的特殊性所帶來的傳輸與空間衰耗。
首先，由于室外基站會對室內系統(tǒng)造成影響，所以必須對來自室外基站的信號進行測量，以了解室外宏站對室內系統(tǒng)的影響。
其次，室內分布系統(tǒng)的信號泄漏容易造成對室外信號的干擾，容易導致室外用戶選用室內信號，使軟切換增多，從而影響室外的掉話率。在3G工程設計階段就需要控制過多的軟切換區(qū)，減少室內天線的輸出電平，控制信號泄漏電平。在靠近窗戶、門口等邊緣區(qū)域，應采用方向性較好的定向天線，以減少信號的泄漏從而優(yōu)化切換關系。
最后，由于頻率上的差異，多系統(tǒng)共用室內分布系統(tǒng)不可避免地帶來了不同系統(tǒng)間在室內分布系統(tǒng)上功率損耗不一致的情況。比如，在2GHz下信號的饋線損耗，空間損耗和隔墻損耗都有增加。所以，應根據實際情況采用“多天線低功率”方式進行覆蓋，合理布防天線。
鏈路預算
1.容量預分析
A地的人流量是2000人/小時，設手機人均使用率為25%，A地移動電話用戶數為2000*25%=500/小時。用戶均勻分布，平均每用戶忙時話務量為0.02Erl，則A地總的話務量為10Erl，按照20%的余量，最大吸收話務量為12Erl。系統(tǒng)信號源為微蜂窩基站，根據Erlang-B公式表，當呼損率為2%時，兩個載頻容量為8.20Erl。因此采用4個載頻容量足夠提供系統(tǒng)使用。
2.覆蓋場強預分析
吸頂全向天線的輸出口功率為7dBm，增益為3dBi。距天線的最遠覆蓋距離約為10m。自由空間傳播損耗是58dB，貫穿損耗和多徑衰落分別是15dB和10dB。則邊緣場強=7+3-58-15-10=-74dBm。
覆蓋電梯的定向板狀天線的輸出口功率為11dBm，增益為8.5dBi。距天線的最遠覆蓋距離約為20m，20m自由空間傳播損耗是64dB，貫穿損耗和多徑衰落分別是20dB和15dB。則邊緣場強=11+8.5-64-20-15=-79.5dBm。
一般以移動終端的發(fā)射功率來確定漏泄射頻同軸電纜的最大覆蓋長度。移動終端的最大輸出功率為2W，系統(tǒng)要求的最低場強為-105dBm。頻率為2GHz，95%耦合損耗為86dB，耦合損耗的波動余量為5dB。漏泄同軸電纜的衰減常數為44dB/km，跳線及接頭損耗為2dB，地鐵系統(tǒng)車體的屏蔽作用和吸收損耗為10dB。則最大覆蓋距離=(33-(-105)-86-5-2-10)/44=795m
在新的通信系統(tǒng)中，覆蓋、容量和質量不再獨立，需要綜合考慮；多業(yè)務的同時存在也需要均衡考慮；重要的是，需要兼顧多網同時進行通信的狀況；干擾也將成為未來移動通信的最大攻克難點。而這些對饋線、漏纜、器件及附件和天線的性能都提出了很高的要求。
鏈接作者簡介
袁衛(wèi)文：現(xiàn)為中天日立射頻電纜有限公司(ZTT)技術部研發(fā)工程師。1990年畢業(yè)于中國人民國防科工委指揮技術學院。曾在西安衛(wèi)星測控中心(XSCC)任雷達工程師。多次獲國防科工委及XSCC的科技進步獎項。
關鍵詞 B3G/ 4G,MIMO ,智能天線,多通道,校準
1 引 言
在B3G/ 4G系統(tǒng)中,為了達到超高傳輸速率和高的頻譜利用率,MIMO(多輸入多輸出) [1 ] 、智能天線[2 ] [13 ] [14 ] 等被認為是核心關鍵技術。MIMO 通過采用空時(或空時頻) 編碼,提高系統(tǒng)的性能。為了保證系統(tǒng)性能的實現(xiàn),工程上要求MIMO 系統(tǒng)天線陣列及射頻通道之間的幅度和相位與理論設計相比,具有較小的誤差;而作為核心技術的智能天線對天線陣列和通道也有同樣甚至更高的要求。但是,由于加工、器件老化、溫度變化等原因,天線、饋線和由模擬器件組成的射頻通道(統(tǒng)稱為通道) 往往需要校正才能滿足要求。因此,已經對多通道的天線陣列的校準技術展開了廣泛的研究,并取得了豐碩成果[3 ]~[11 ] 。文獻[ 12 ]提出了一種利用訓練序列進行信道估計的快速算法,在此基礎上,結合工程問題,將該快速算法首次用于無線通信系統(tǒng)天線陣列校準,并通過大量的計算機窮舉,找到一組合適的特定訓練序列。通過仿真,證明該算法在通道校準應用中具有較好的性能。
通道校準方法可分為兩大類,離線校準和在線校準。離線校準是指在系統(tǒng)調試和上電初始化階段所采取的通道校準措施,主要針對非時變誤差。這時由于不考慮對通信的影響,可根據實際需要選擇校準算法、參考信號的功率和形式。
在線校準,也稱為實時校準,是指系統(tǒng)正常工作階段所采取的通道校準措施,碩士論文 主要針對時變誤差。這時所選擇的校準算法、參考信號的功率和形式、以及參考信號的獲得方式等,都應該是在不影響正常通信的前提下進行。在線校準是實際通信系統(tǒng)中必須采用的通道校準措施。在此重點研究在線校準方法。
結合實際系統(tǒng)結構,在線校準方法可分為基于校準網絡的方法和無校準網絡的方法,其中基于校準網絡的方法又可進一步分為基于校準通道和基于耦合網絡兩種方法。無校準網絡的方法是采用工作通道輪換發(fā)射信號、其它通道接收的方式,從而得到通道之間的補償系數,該方法由于操作時間較長,而且對通道陣列形式要求較高,因此目前在實際系統(tǒng)中主要采用基于校準網絡的方法。
在基于校準網絡的方法中,基于校準天線的方法主要應用于均勻圓陣或圓弧陣中,即工作天線均勻分布在圓周上,而校準天線位于圓心。該方法可以對收發(fā)通道的所有部分(天線、饋線、射頻前端、線性功放和收發(fā)信機等) 進行校準,有利于工程實現(xiàn);基于耦合網絡的方法,可以沒有校準天線,而是通過耦合器將信號注入,因此無法校準工作天線的幅相誤差,但是該方法適用范圍更廣。
2 通道陣列校準算法
2. 1 基本原理
通道陣列校準(CC) 的功能在于補償各通道發(fā)射( TX) 或接收(RX) 信號之間幅度和相位不一致性,職稱論文同時檢測某些物理故障。
通道校準算法的基本原理可以等同于信道估計的處理過程。通過估計各個通道的沖激相應,得到相互之間的幅度差異和相位差異,其中,所選擇的基本訓練序列應該自相關性較強,互相關性較弱。
K 個工作天線通道沖激響應組合成一個矢量,h = [ ( h(1) ) T , ( h(2) ) T , ?, ( h( K) ) T ] T 總長度KW , W為窗長。K 個工作通道對應的訓練序列為m( k) =( m( k)1 , m( k)2 , ?, m( k)P + W - 1 ) T , k = 1 , ?K, 其中P 是基本訓練序列的長度,接收端利用訓練序列估計K 個工作通道的沖激響應,可表示為
em = ( m1 ,m2 , ?,mP) T = Gh + n (1)其中n = ( n1 , n2 , ?, nP) T 是長度為P 的加性高斯白噪聲序列, h 為通道沖擊響應矢量, G = [ ( G(1) ) T ,( G(2) ) T , ?, ( G( K) ) T ]T , G( k) 為P ×W 階矩陣, 表示為
G( k) = [ Gkij ](2)
Gkij = m( k)
W + i - j , k = 1 , ?, K, i = 1 , ?, P , j = 1 , ?,W
根據矩陣G的表達式,得到h 的最大似然估計^h 為
^h = [ GH G] - 1 GH em (3)
窗長W =[ P/K]。
如果各工作通道對應的訓練序列具有循環(huán)特性,則估計通道沖激響應可借用信道估計中FF T 的方法[12 ] ,即
h′= IFFT[FF T(m) ( R) )/FF T( m) ](4)
式中m 表示基本訓練序列,m( R) 取決于接收的訓練序列。可以證明,在沒有噪聲的情況下,該估計是無偏的。h′是長度為KW 的通道沖擊響應估計矢量。
無論是基于校準通道的方法,還是基于耦合網絡的方法,采用的通道校準算法原理相同,研究結論均適用于上述兩種校準方法。因此,下面以基于校準通道的方法為例,對通道校準算法進行研究。為分析方便,不失一般性,對8 個通道的系統(tǒng)進行分析。設天線陣列為8 天線單元的均勻圓陣,校準天線位于圓心。在B3G/ 4G系統(tǒng)中,TDD 為一種很有前途的工作方式,此時可選用非盲算法。在FDD 系統(tǒng),由于上下行頻段不同,需要作一定的補償。訓練序列長度P 取32 。
2. 2 發(fā)射( TX) 通道校準算法
TX 校準的功能是補償各工作TX 通道的不一致性。工作天線同時發(fā)射各自對應的訓練序列,校準天線接收到訓練序列后,就可計算各工作天線TX 通道之間的幅度差異和相位差異。TX 校準的訓練序列長度為M chip s ,其中基本訓練序列為N chip s ,所有工作天線對應的訓練序列由N chip s 基本序列循環(huán)移位而得到。作為有價值的實例,又不失一般性,取M = 36 , N = 32 。
設實基本訓練序列m = ( m1 ,m2 , ?,m32 ) ,對應的復基本訓練序列m = (m1 ,m2 , ?,m32 ) ,即
mi = ( j) i- 1 ·mi (5)
根據循環(huán)特性,工作天線1~8 發(fā)射的訓練序列依次為
m( T ,1) = ( m29 , m30 , m31 , m32 , m1 , m2 , ?, m32 )
m( T ,2) = ( m25 , m26 , ?, m32 , m1 , m2 , ?, m28 )
m( T ,3) = ( m21 , m22 , ?, m32 , m1 , m2 , ?, m24 )
m( T ,4) = ( m17 , m18 , ?, m32 , m1 , m2 , ?, m20 )
m( T ,5) = ( m13 , m14 , ?, m32 , m1 , m2 , ?, m16 )
m( T ,6) = ( m9 , m10 , ?, m32 , m1 , m2 , ?, m12 )
m( T ,7) = ( m5 , m6 , ?, m32 , m1 , m2 , ?, m8 )
m( T ,8) = ( m1 , m2 , ?, m32 , m1 , m2 , ?, m4 )
設校準天線接收的訓練序列為
m( CA) = ( m( CA)1 , m( CA)2 , ?, m( CA)36 )(6)
由此構造序列
m( R) = ( m( R)1 , m( R)2 , ?, m( R)32 ) (7)
其中m( R)i = m( CA)i+3 , i = 1 ,2 , ?,32
估計天線通道沖激響應可采用式(4) 的方法,則天線通道k 的沖激響應估計為
^h( k) = max[ h′( i) ] , i = ( k - 1) W + 1 , ?, kW , k= 1 , ?, K 此處式中max[ ·]表示從每個用戶的沖激響應中取最大值,這是因為,在校準環(huán)境下,每個通道總是存在一條最強的直達路徑。
2. 3 接收( RX) 通道校準算法
RX 校準的功能是補償各工作天線RX 通道的不一致性。校準天線發(fā)射訓練序列,工作天線同時接收到訓練序列后,就可計算各工作天線RX 通道之間的幅度差異和相位差異。RX 校準的訓練序列長度為36chip s ,其中基本訓練序列為32chip s。
設實訓練序列為m = ( m1 ,m2 , ?,m32 ) ,對應的復訓練序列為m = (m1 ,m2 , ?,m32 ) ,即
mi = ( j) i- 1 ·mi(8)
校準天線發(fā)射的訓練序列為
m( CA) = (m29 , m30 , m31 , m32 , m1 , m2 , ?, m32 )
工作天線k 接收的訓練序列表示為
m(WA , k) = (m(WAk)1 , m(WA , k)2 , ?, m(WAk)36 ) , k = 1 , ?, K
m( R , k) = ( m( R , k)1 , m( R , k)2 , ?, m( R, k)32 ) , 其中m( R , k)i= m(WA k)
i + 3 , i = 1 , 2 , ?, 32 , k = 1 , ?, K 同樣,估計接收通道沖激響應可采用FF T 的方法,即
h′( k) = IFF T[FF T(m( R , k) )/FFT( m)], k = 1 , ?, K(9)
類似地,接收通道k 的沖激響應估計為
^h = max[ h′( k) ] , k = 1 , ?, K (10)
3 仿真研究
選擇基本訓練序列,要求自相關性較強,互相關性較弱。
假設環(huán)境為高斯白噪聲的通道校準算法的性能仿真:設通道幅度不一致(設方差為0. 1) 時校準算法的統(tǒng)計性能分析。仿真參數: P = 32 , K = 8 。
K 個TX 和RX 通道沖激響應隨機生成,幅度服從均值為1 、方差為0. 1 的正態(tài)分布,相位服從[0 ,2π]的均勻分布,相位的單位為0 。TX 和RX 通道校準幅度估計均方根誤差隨信噪比的變化情況以及相位估計均方根誤差隨信噪比的變化情況分別如圖1 到圖4 所示, Monte2Carlo仿真結果如下:
由圖1~圖4 可見,隨著信噪比的增大,通道校準算法的幅度和相位估計性能均明顯提高。工作總結 RX 通道校準算法的估計精度明顯優(yōu)于TX 通道校準算法。這與TX/ RX 通道校準的實現(xiàn)方法有著密切關系。通道幅度方差為0. 1 、信噪比約為10dB 時,在TX 通道校準中,相位估計均方根誤差約為±5°;而RX 通道校準中,相位估計均方根誤差約為±4. 5°。
4 結論
通過對上述仿真結果進行分析,可以得到如下結論:在無噪聲環(huán)境中,通道校準算法能夠準確地估計出各通道的沖激響應;在高斯白噪聲環(huán)境中,信噪比越大,通道校準算法的性能越高。本文提出的算法,對傳統(tǒng)的智能天線和下一代寬帶無線通信系統(tǒng)的MIMO 天線陣列的實現(xiàn)都具有重要的指導意義。
參考文獻
[1 ] GJ Foschini. Layered space-time architecture for wire-less communication in a fading environment when using multi-element antennas [ R] . Bell Labs Tech. J . , Au-tumn 1996 ,41~59.
[2 ] 高 峰,王旭東,單潤紅,等. 一種新型圓形智能天線陣的分析與設計[J ] . 電波科學學報,2004 ,19 (2) :200~203.F Gao ,X D Wang , R H Shan. A novel smart antenna circular array and it s implementation[J ] . Chinese Jour-nal of Radio Science ,2004 ,19 (2) :200~2031
[3 ] Y Chen , A Chang , and H Lee. Array calibration meth-ods for sensor position and pointing errors [J ] . Micro-wave and Optical Technology Letters , 2000 , 26 ( 2) :132~137.
[4 ] B Kang , H Subbaram , and B Steinberg. Improved a-daptive-beamforming target for self-calibrating a dis-torted phased array [J ] . IEEE Transactions on Anten-nas and Propagation , 1990 , 38 (2) : 186~194.
[5 ] C See. Sensor array calibration in the presence of mu-tual coupling and unknown sensor gains and phases ,[J ] . Elect ronics Letters , 1994 , 30 (5) : 373~374.
[6 ] 熊立志,漆蘭芬,張元培. 一種新的天線陣列位置誤差校正算法[J ] . 電波科學學報,2004 ,19 (2) :192~1941L Z Xiong ,L F Qi ,Y P Zhang. A new algorithm for an-tenna array position correction [J ] . Chinese Journal of Radio Science ,2004 ,19 (2) :192~1941
[7 ] Dandekar , K R , Hao Ling , et al . . Smart antenna ar-ray calibration procedure including amplitude and phase mismatch and mutual coupling effect s [ C ] . Personal Wireless Communications , 2000 IEEE International Conference , 17~20 Dec. 2000.
[8 ] Kortke , A. A new calibration algorithm for smart an-tenna arrays [ C ] . Vehicular Technology Conference , 2003. VTC 20032Spring. The 57th IEEE Semiannual ,22~25 April 2003 , 2 : 1030~1034.
[ 9 ] Sinsky , J H. An internet cont rolled calibration system for TDMA smart antenna wireless base stations [ C] .Microwave Symposium Digest , 2001 IEEE MTT-S In-ternational , 20~25 May 2001 , 1 : 141~144.
[ 10 ] Wu Lili , Liao Guisheng , Zhang Linrang. A blind cali-bration method for smart antenna system [C] . TEN-CON’02. Proceedings. 2002 IEEE Region 10 Confer-ence on Computers , Communications , Cont rol and Power Engineering , 28~31 Oct . 2002 , 2 : 1031~
1034.
[ 11 ] Nuteson , T W , Clark , J S , IV , et al . . Digital beam-forming and calibration for smart antennas using real-time FPGA processing [ C ] . Microwave Symposium Digest , 2002 IEEE MTT-S International , 2~7 J une2002 , 1 : 307~310.
[12 ] Steiner , B. Baier , P W. Low cost channel estimation in the uplink receiver of CDMA mobile radio systems [J ] . Frequenz , 1993 ,47 (11212) : 292~298.
關鍵詞：雷達，數據采集，訓練模擬器
1 引言
近年來我軍裝備某型雷達幾十余部，由于其技術含量高，價格昂貴，尚未配備院校教學，學員無法進行裝備教學訓練，而部隊操作人員利用實際裝備進行操作訓練，又會縮短裝備有效工作時間，甚至造成裝備損壞，為保證部隊操作人員及院校學員對該裝備的操作、排故訓練，需要研制能提高訓練效率和訓練質量的訓練模擬設備。隨著計算機技術和數字技術的不斷發(fā)展，為研制用于維護和操作訓練的模擬器提供了極大的方便。雷達訓練模擬器是模擬仿真技術與雷達技術相結合的產物，它通過模擬的方法產生雷達操作面板和顯示器動態(tài)畫面，以便在實際雷達系統(tǒng)前端不具備的條件下能夠真實地描述雷達的工作狀態(tài)和過程。該模擬器解決了新裝備訓練所面臨的難題，滿足了部隊科技練兵的需要，具有重要的軍事意義。
2 模擬器的功用
模擬器由模擬雷達、教員工作臺及學員工作臺組成，主要用于操作人員對某型雷達操作的模擬訓練、典型故障分析及排故訓練，其完成的主要功能：①模擬雷達的開機、關機、通電操作；模擬空中背景及目標圖像信息，模擬顯示掃描線、量程刻線、字符、交聯(lián)設備信息等；②模擬雷達脈沖調制信號、俯仰/橫滾信號、脈沖重復頻率及脈沖寬度信號、400Hz基準信號、各種增益控制信號等多項指標的循環(huán)檢測；③模擬雷達天線扇掃、圓周掃描及俯仰運動；④模擬雷達的故障分析及訓練考核。
3 模擬器硬件設計
3.1 系統(tǒng)組成
雷達綜合訓練模擬器硬件主要由模擬雷達、10/100M自適應集線器（HUB）、教員工作臺及學
員工作臺組成。其中模擬雷達包括模擬控制面板、適配器、數據采集卡、仿真機、雷達信號產生器、天線驅動電路、模擬天線及電源系統(tǒng)等。雷達綜合訓練模擬器整個系統(tǒng)構成一個局域網，該網絡為星狀拓撲結構連接的高速以太網，所有的網絡設備都分別連接到集線器上，各計算機之間的通信都通過集線器，這樣不會因網絡上某一個接頭、接點短路、斷路而造成整個網絡無法運行。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
Wireless Communication Systems
From RF Subsystems to 4G
Enabling Technologies
2010，1024pp
Hardback
ISBN9780521114035
杜克林等著
無線通信系統(tǒng)(Wireless Communication System)也稱為無線電通信系統(tǒng)，是由發(fā)送設備、接收設備、無線信道三大部分組成的，利用無線電磁波，以實現(xiàn)信息和數據傳輸的系統(tǒng)。4G移動通信系統(tǒng)即下一代移動通訊，是移動通信系統(tǒng)演進過程中的一個階段和目標，它不僅采用新的無線傳輸技術提高通信系統(tǒng)的性能，而且與現(xiàn)有的各種有線與無線網絡相融合；它不僅包含現(xiàn)有的移動蜂窩網絡結構，而且在某些環(huán)境下也可以采用Ad hoc方式進行組網，或者采用兩種結構的組合形式，形成蜂窩網絡下的兩跳或多跳網絡結構方式。
本書涵蓋了目前以及下一代移動通訊與無線網絡系統(tǒng)的所有關鍵技術，涉及CDMA技術、OFDM技術、超寬帶、turbo和LDPC編碼、智能天線、無線Ad Hoc和傳感器網絡、MIMO和認知無線電，為讀者提供了掌握無線系統(tǒng)設計所需要的一切知識。本書共22章，1.無線網絡發(fā)展史、無線系統(tǒng)各部分基礎知識，以及本書結構等內容；2.各種無線通訊發(fā)展概況；3.無線通訊系統(tǒng)中影響頻道和傳播的各種因素；4.蜂窩和多用戶系統(tǒng)的概念與相關技術；5.無線通訊系統(tǒng)分集技術；6.信道估計、信道均衡、脈沖整形等內容；7.各種調制與解調技術；8.擴頻通訊原理及具體應用；9.正交頻分復用的相關知識，以及正交頻分復用的具體應用；10.天線設計原理及基礎；11.射頻與微波子系統(tǒng)的各部分原理分析與電路等內容；12.A/D和D/A轉換相關知識；13.信號處理的相關技術；14.無線通訊系統(tǒng)信息理論相關基礎；15.信道編碼的基本技術；16－17.信源編碼中的語音和音頻編碼、圖像和視頻編碼；18－19.兩種多天線系統(tǒng)：智能天線系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)；20.超寬帶通信的相關知識；21.認知無線電相關知識；22.無線自組織傳感器網絡相關知識。
本書詳細介紹了射頻子系統(tǒng)及天線的性能、設計和選擇方法，使讀者對于無線系統(tǒng)有一個清晰概覽，也是第一次完整的介紹無線系統(tǒng)中語音編碼器和視頻編碼器的教科書。本書有400副插圖，側重于實際和藝術的系統(tǒng)設計技術，而不是系統(tǒng)設計的數學基礎，適合于無線通信領域的研究生和研究人員，以及無線和電信工程師。
杜克林，IEEE高級會員，1998年在華中科技大學獲得博士學位，1998－1999年在中國華為公司從事軟件開發(fā)；1999－2000年在中國電信技術研究院TDD研發(fā)部移動通訊中心從事射頻系統(tǒng)設計。2000到2001年在香港中文大學微波與通訊實驗室從事項目管理；2001年加盟加拿大Concordia大學信號處理與通訊中心，并于2008訪問了香港科技大學。他的主要研究領域包括信號處理、無線通信、射頻系統(tǒng)、神經網絡。
M. N. S. Swamy是IEEE會員、英國工程技術學會和加拿大工程信息中心會員，并獲得許多IEEECAS獎勵，包括在1986年GuilleminCauer獎、2000年教育獎和50年金質獎章。是加拿大Concordia大學電氣與計算機工程學院信號處理與通訊中心主任；他還是Concordia大學1977到1993年期間工程與計算機科學學院院長。他發(fā)表了大量關于電路、系統(tǒng)和信號處理的論文，合作四本書。
杜利東，助理研究員
（中國科學院電子學研究所）
英文名稱：Journal of Microwaves
主管單位：中國科學技術協(xié)會
主辦單位：中國電子學會
出版周期：雙月刊
出版地址：江蘇省南京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1005-6122
國內刊號：32-1493/TN
郵發(fā)代號：
發(fā)行范圍：國內外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：1980
期刊收錄：
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
聯(lián)系方式
期刊簡介
【論文關鍵詞】無線通信系統(tǒng)；MIMO；信號檢測；球形譯碼
0 引言
MIMO技術對于傳統(tǒng)的單天線系統(tǒng)來說，能夠大大提高頻譜利用率，使得系統(tǒng)能在有限的無線頻帶下傳輸更高速率的數據業(yè)務。目前，各國已開始或者計劃進行新一代移動通信技術（4G或者5G）的研究，爭取在未來移動通信領域內占有一席之地。隨著技術的發(fā)展，未來移動通信寬帶和無線接入融合系統(tǒng)成為當前熱門的研究課題，而MIMO系統(tǒng)是人們研究較多的方向之一，而且隨著MIMO系統(tǒng)均衡技術的出現(xiàn)使得這一領域出現(xiàn)了極大的突破。
盡管如此，在MIMO系統(tǒng)中，對于接收信號的處理仍然存在很大的問題。主要表現(xiàn)為：信號檢測算法難度大、參數繁雜。同時由于碼間干擾和多徑衰落的影響，使得均衡器在功能與性能上的要求提高了一個臺階。因此，隨著均衡技術的不斷進步，對于高復雜度信號檢測也成了必需攻克的問題。因此，本文的主要研究內容便是如何在MIMO系統(tǒng)中進行信號檢測，從而實現(xiàn)均衡技術。
1 MIMO 系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
1.1 MIMO系統(tǒng)概述
自20世紀70年代以來，在一代代科學家們的不懈努力下，奠定了MIMO無線通信系統(tǒng)的理論基礎和可行性。從20世紀的90年代后頁起，在Foschini、Rayleigh等人的研究基礎上，世界上許許多多的科研機構與高等院校都開始投入巨大的人力物力對MIMO系統(tǒng)進行了深入研究。畢業(yè)論文
在MIMO技術日益成熟與先進的今天，MIMO技術的研究領域[1]主要涵蓋了下列幾點：MIMO信道容量和建模的分析；MIMO系統(tǒng)的空時編碼和空時解碼；MIMO系統(tǒng)收發(fā)數據方案設計；MIMO系統(tǒng)在網絡方面的研究與探究。這四個方面的研究內容雖然各有側重，但都面對著一個相同的核心問題，即針對各種復雜的無線衰落信道環(huán)境，如何更有效地利用 MIMO系統(tǒng)的通信結構抑制多徑衰落、增加數據速率和提高系統(tǒng)容量。
1.2 MIMO系統(tǒng)檢測算法研究現(xiàn)狀
