時(shí)間：2022-04-22 22:49:08
導(dǎo)語：在天線技術(shù)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
先甜5號(hào)是由先正達(dá)種子泰國(guó)公司培育而成的甜玉米單交品種，與其它產(chǎn)品相比，先甜5號(hào)株植高、長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)且株型直立半緊湊，葉片挺直、葉色青綠。在籽粒品質(zhì)方面，其籽粒飽滿且出籽率高達(dá)65%以上，皮薄渣少、甜度高、?？剐苑矫?，先甜5號(hào)與其它產(chǎn)品相比，適應(yīng)性廣，抗倒伏能力強(qiáng)。
2先甜5號(hào)種植優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)
2.1地塊選擇
栽培地以選擇土壤肥力中上，排灌方便，光照充足、前茬為非玉米種植田塊為好。最好能選擇水旱輪作田塊種植。
2.2育苗移栽
春季育苗用地膜搭小拱棚覆蓋，在晴朗天氣下解開小拱棚兩端的地膜，利于通風(fēng)透氣工作，在晚間溫度低于12℃以下時(shí)，將地膜完整蓋好，可以避免雨水對(duì)苗床的沖刷，起到保護(hù)苗床的作用。
2.3合理密植
在新豐縣馬頭鎮(zhèn)上灣村的種植面積為33.33hm2，種植規(guī)格為1.5m包溝雙行種植，株距為25cm，每667m2種植3500株左右。春播與3月中旬開始，收獲從6月上旬開始。春收之后可直接免耕連作秋玉米，不但能有效降低成本，還可增強(qiáng)秋玉米的抗倒性。
2.4科學(xué)肥水管理
科學(xué)合理的施肥方法對(duì)作物的增產(chǎn)效果不言而喻，特別是對(duì)于甜玉米作物來說，對(duì)產(chǎn)量的影響巨大。放硼肥可以提高糖度，有效增加商品性，可結(jié)合底肥施入，也可以在吐絲時(shí)期結(jié)合治蟲噴施。在拔節(jié)至小喇叭口期，結(jié)合施壯稈肥進(jìn)行1次淺中耕；在大喇叭口期結(jié)合施穗肥進(jìn)行培土，以利根系深扎，增強(qiáng)抗病能力。全期施用尿素44kg、磷肥50kg，氯化鉀30kg。肥料分配如下：基肥：15%尿素和氯化鉀，全部磷肥。第1次追肥：出苗后7～10天追施，15%尿素。第2次追肥：出苗后20～30天追施，20%尿素和20%氯化鉀。第3次追肥：大喇叭口期，50%尿素和65%氯化鉀。
2.5整蘗整穗及采收
由于甜玉米在生長(zhǎng)期間會(huì)產(chǎn)生較多的分蘗和小穗，對(duì)分蘗及小穗要做好及時(shí)清除工作，避免造成玉米養(yǎng)分及水分供應(yīng)不足?？梢詫⒚恐暧衩字涣糇钌喜恳凰?，剩下的部分全部清除。其次應(yīng)在果穗籽粒略轉(zhuǎn)色或花絲轉(zhuǎn)黑色時(shí)及時(shí)采收，成熟一批采收一批，以保證果穗的品質(zhì)和產(chǎn)量。
3先甜5號(hào)種植病蟲害綜合防治
3.1農(nóng)業(yè)防治
在農(nóng)業(yè)防治方面應(yīng)做到合理布局和輪作推廣，使多種農(nóng)作物的相生相克作用對(duì)病蟲的生活規(guī)律造成影響，降低病蟲對(duì)作物侵襲的適應(yīng)性，減少作物受病蟲的危害時(shí)間及危害程度。
3.2物理防治
物理防治主要是針對(duì)玉米螟及小地老虎的病蟲防治。玉米螟又稱鉆心蟲，通過破壞玉米莖葉組織使水分養(yǎng)分傳輸不到位。這種害蟲具有趨光性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以采用黑光燈對(duì)成蟲進(jìn)行誘殺，誘殺時(shí)間以每日21時(shí)至次日4時(shí)為宜。對(duì)小地老虎的除害可以采用米糠+豆餅粉拌炒方式，加入5%敵百蟲，分置于田間，上面鋪上新鮮嫩草，引誘小地老虎幼蟲取食。
3.3生物防治
生物防治就是指利用生物天敵及農(nóng)用抗生素等低毒殘留的生物農(nóng)藥進(jìn)行蟲害防治，在玉米螟產(chǎn)卵初期、中期及后期各釋放赤眼蜂1次，每次放蜂1.5萬頭/667m2，并注意10月上旬的藥劑防治關(guān)鍵期。
3.4藥劑防治
應(yīng)秉承不使用國(guó)家禁用農(nóng)藥的原則，推行無公害種植保護(hù)技術(shù)體系，對(duì)農(nóng)藥的濃度及用量方面必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，如遇到病蟲害情況的發(fā)生，應(yīng)選擇高效低毒低殘留的生物農(nóng)藥進(jìn)行蟲害防治。
4效益分析
4.1社會(huì)效益
玉米作為我國(guó)大部分地區(qū)的主要糧食作物之一，同時(shí)也是養(yǎng)殖業(yè)賴以生存和發(fā)展的主要飼料作物，玉米產(chǎn)量的高低，在我國(guó)糧食生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。先甜5號(hào)玉米新品種的研發(fā)，能有效解決我國(guó)部分地區(qū)玉米單產(chǎn)偏低、總產(chǎn)量增加緩慢以及畜牧業(yè)用糧問題。
4.2經(jīng)濟(jì)效益
關(guān)鍵詞：土建改造，風(fēng)荷載
1. 前言為統(tǒng)一無線通信鐵塔在建設(shè)中土建專業(yè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和改造措施，更好地指導(dǎo)現(xiàn)有多運(yùn)營(yíng)商之間的基礎(chǔ)設(shè)施共享的建設(shè)工作，特制定無線基站鐵塔改造指導(dǎo)原則。科技論文。
本指導(dǎo)原則主要內(nèi)容包括風(fēng)荷載計(jì)算原則、無線基站天線塔架改造原則。
2.風(fēng)荷載計(jì)算原則為確保天饋支撐系統(tǒng)的安全，科學(xué)、準(zhǔn)確地計(jì)算風(fēng)荷載，無線通信塔架的風(fēng)荷載計(jì)算應(yīng)遵循《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001及《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50135-2006中的相關(guān)要求。
2.1計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：
1) 根據(jù)移動(dòng)通信天線的重要性和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，基本風(fēng)壓按50年一遇的風(fēng)壓采用。
2) 地面粗糙度類別一般取C類；遠(yuǎn)郊地區(qū)地面粗糙度類別取B類。
3) 考慮到通信天線的重要性和風(fēng)荷載的不確定性，對(duì)于天線塔架和建筑結(jié)構(gòu)相連接部位的連接措施，建議在計(jì)算的基礎(chǔ)上適當(dāng)加強(qiáng)。
4) 各類典型天線規(guī)格（參考值）
天線規(guī)格對(duì)比表
【關(guān)鍵詞】專管共用；天線球面近場(chǎng)；儀器共享
【Abstract】This article presents the Nanjing University of Posts and Telecommunications spherical near-field antenna measurement system management and sharing mechanism. By the collaboration between different disciplines， the utilization of the advanced experimental platform is improved and the effective management system and efficient operation mode are formed. The research supports the construction of other large scientific research platform and provides beneficial management experience for the construction of specialized laboratory. Through exploring the equipment management mechanism， the efficiency of the management level and equipment usage not only is improved， but also the normal operation can be maintained effectively. The students and teachers' scientific research work can get strong support.
【Key words】Personal responsibility and sharing usage； Spherical Near-field Antenna Measurements system； Instrument sharing
0 前言
先進(jìn)的大型科研儀器設(shè)備是高校的重要資源，在高層次人才培養(yǎng)、高水平品科研工作的開展過程中發(fā)揮著重要作用[1-6]。如何管理并使用好大型科研儀器，使得其不僅在科研方面同時(shí)在日常教學(xué)中發(fā)揮更大的作用，是衡量高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理水平的重要標(biāo)志[7-8]。天線球面近場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室是我校第一個(gè)全自動(dòng)的專業(yè)天線測(cè)量平臺(tái)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)等多個(gè)專業(yè)的師生提供了優(yōu)良的工作條件，它能天線和天線陣列進(jìn)行精確測(cè)量，快速獲取方向圖、增益、效率、極化等關(guān)鍵輻射性能指標(biāo)參數(shù)，而且界面友好、操作簡(jiǎn)單，徹底改變了過去相關(guān)專業(yè)師生采用人工或半自動(dòng)方法測(cè)量天線輻射特性參數(shù)、效率很低、測(cè)量精度有限且工作量巨大的艱苦局面，數(shù)十倍地提高了工作效率，使相關(guān)專業(yè)師生從持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度高、體力消耗大的重復(fù)測(cè)試工作中完全解放出來，集中精力提高教學(xué)和科研水平。
1 天線球面近場(chǎng)專管共用機(jī)制作用
1.1 研究型教學(xué)模式的建立、實(shí)踐和優(yōu)化
依托天線球面近場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)，管理人員編撰了相應(yīng)的操作手冊(cè)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)跨學(xué)院的碩士研究生開設(shè)了“無線通信中的天線測(cè)量技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程，進(jìn)一步優(yōu)化了天線專業(yè)課程的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生既能驗(yàn)證經(jīng)典天線的輻射特性，又能自行研制新型天線并進(jìn)行快速測(cè)量和優(yōu)化設(shè)計(jì)，還能支持他們參加射頻電路設(shè)計(jì)競(jìng)賽。上述舉措，對(duì)內(nèi)促進(jìn)不同學(xué)科研究水平的提高、充分發(fā)揮設(shè)備共享效果， 對(duì)外展示相關(guān)專業(yè)的研究生教學(xué)水平，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，進(jìn)而促進(jìn)高水平研究論文、教材和專著的發(fā)表。在實(shí)施過程中，管理人員和主要參加者還以新一代寬帶移動(dòng)通信、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別、穿戴式系統(tǒng)為應(yīng)用背景，結(jié)合自身承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，指導(dǎo)通信學(xué)科和電磁場(chǎng)學(xué)科的博士、碩士研究生在0.8-6GHz頻段上研制各種新型天線單元和陣列，研制了1.7-2.7GHz/5-5.9GHz頻段的雙頻雙極化寬帶定向天線、小型雙頻段WLAN寬帶定向天線、TD-LTE頻段全向雙極化天線、5.8GHz頻段平面端射特性圓極化天線、多模寬帶手持機(jī)天線、雙輻射模開槽天線等多種新型天線單元，提出了多種新型天線設(shè)計(jì)方法，獲得了豐富的原創(chuàng)科研成果。在該機(jī)制的實(shí)施和實(shí)踐過程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人始終立足于課程教學(xué)、人才培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)磨合的目標(biāo)，依托國(guó)家科研項(xiàng)目和先進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的支持，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)過程、實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)與科學(xué)研究、工程實(shí)踐之間的良性互動(dòng)、彼此促進(jìn)和補(bǔ)充完善，逐步形成了“課堂教學(xué)與理論分析-工程設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證” 相結(jié)合、教學(xué)科研相長(zhǎng)的研究型教學(xué)模式。教師通過直接指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)天線和實(shí)際操作測(cè)試平臺(tái)，一方面強(qiáng)化學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握，另一方面又能增進(jìn)教師、師生、學(xué)生之間的溝通和交流，充分實(shí)現(xiàn)教師、師生、學(xué)生之間在科研過程中的逐步磨合，不斷發(fā)現(xiàn)研究探索過程中的疑難問題并及時(shí)解決之，同時(shí)提高師生雙方的工作效率，促使師生相互配合、相互促進(jìn)，從而不斷優(yōu)化教學(xué)方法和科研模式，達(dá)到既能全面提高教學(xué)質(zhì)量、又能提升科研業(yè)務(wù)水平的良好效果。
1.2 支持不同學(xué)校學(xué)科的平臺(tái)建設(shè)
天線球面近場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室是江蘇省無線通信實(shí)驗(yàn)室（歸屬于“信息與通信工程”一級(jí)學(xué)科）的重要組成部分。通過探索“共有平臺(tái)、不同學(xué)科”之間的設(shè)備管理機(jī)制，不僅提高了管理水平和設(shè)備的使用效率，有效維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)、充分發(fā)揮其效能，而且還為我校省級(jí)射頻與微納電子學(xué)科綜合訓(xùn)練中心（歸屬于“電子科學(xué)與技術(shù)”一級(jí)學(xué)科）的建設(shè)提供了有力支持。在學(xué)生培養(yǎng)方面，電子科學(xué)工程學(xué)院、與通信工程學(xué)院、教務(wù)處三方協(xié)調(diào)，通過預(yù)約、課程設(shè)置等方式安排該試驗(yàn)系統(tǒng)的使用。在完善的設(shè)備管理基礎(chǔ)之上，該實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)校內(nèi)外師生、科研與生產(chǎn)單位開放，滿足科研與教學(xué)活動(dòng)需要，最大限度提高設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮該平臺(tái)的功能輻射作用。使該平臺(tái)成為我校射頻與微納電子學(xué)科綜合訓(xùn)練中的子平臺(tái)之一。通過利用該平臺(tái)針對(duì)電磁場(chǎng)與無線技術(shù)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)等本科和研究生專業(yè)的學(xué)生，開設(shè)相應(yīng)的微波與天線測(cè)量、電磁兼容、等課程和多門實(shí)驗(yàn)課程，同時(shí)開展課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等綜合實(shí)踐教學(xué)工作，進(jìn)而鼓勵(lì)學(xué)生在這個(gè)平臺(tái)上完成創(chuàng)新研究和科學(xué)研究項(xiàng)目。借助于該平臺(tái)，學(xué)生可以在兩個(gè)學(xué)院的教師的共同指導(dǎo)下完成射頻微波電路設(shè)計(jì)、射頻器件測(cè)量、天線設(shè)計(jì)與測(cè)試流程，掌握射頻與天線技術(shù)的一般設(shè)計(jì)方法、仿真與優(yōu)化手段、現(xiàn)代微波測(cè)量技術(shù)，經(jīng)過訓(xùn)練學(xué)生可以具備一名射頻微波與天線工程師的基本素養(yǎng)。2014年在我校成功申請(qǐng)電子科學(xué)與技術(shù)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的過程中，基于該測(cè)試系統(tǒng)的教學(xué)成果作為天線與電波實(shí)驗(yàn)平臺(tái)成果的重要組成部分。
2 天線球面近場(chǎng)專管共用機(jī)制作用解決的主要問題
2.1 解決了相關(guān)專業(yè)研究生教學(xué)中只有理論授課、缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)的問題
縱觀國(guó)內(nèi)研究生天線類專業(yè)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，一直是以理論授課為主，過去只有少數(shù)重點(diǎn)院校有能力開設(shè)配套的實(shí)驗(yàn)操作課程。特別是天線輻射特性測(cè)量實(shí)驗(yàn)，通常只對(duì)電子、雷達(dá)、無線電物理等專業(yè)而設(shè)定，在通信類專業(yè)中尚未見有報(bào)道。為了提高教學(xué)水平，增強(qiáng)學(xué)生的科研實(shí)踐能力，特別是充分發(fā)揮先進(jìn)科研平臺(tái)在研究生教學(xué)中的作用，必須開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。利用天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)兩個(gè)專業(yè)的碩士研究生開設(shè)了“無線通信中的天線測(cè)量技術(shù)”課程，改變了我校在以往相關(guān)課程教學(xué)中，只有理論授課而缺少動(dòng)手操作環(huán)節(jié)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)少且操作復(fù)雜度過高的情況。通過操作天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，學(xué)生可以地直觀驗(yàn)證教材中各種經(jīng)典天線的輻射特性，加深對(duì)天線基本參數(shù)、基礎(chǔ)天線理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，從而逐步從理性上定量了解天線的工作機(jī)理，走出過去對(duì)天線專業(yè)課程“全是抽象數(shù)學(xué)符號(hào)和公式推導(dǎo)”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，產(chǎn)生和增加學(xué)習(xí)興趣。在此基礎(chǔ)上，還可以吸引有潛力的學(xué)生參加教師的科學(xué)研究，幫助解決科研項(xiàng)目中的天線分析和設(shè)計(jì)問題。利用天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，能夠快速驗(yàn)證研究過程隨時(shí)出現(xiàn)中的各種新點(diǎn)子、新想法，逐步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事天線領(lǐng)域科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的能力。
2.2 解決了相關(guān)專業(yè)學(xué)生和教師的科研工作平臺(tái)條件問題，為科研項(xiàng)目的順利開展提供有力支持
天線球面近場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)室是我校第一個(gè)全自動(dòng)的專業(yè)天線測(cè)量平臺(tái)，為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)兩個(gè)專業(yè)的師生提供了優(yōu)良的工作條件，它能對(duì)0.8-6GHz頻段、尺寸不大于45厘米的天線和天線陣列進(jìn)行精確測(cè)量，快速獲取方向圖、增益、效率、極化等關(guān)鍵輻射性能指標(biāo)參數(shù)，而且界面友好、操作簡(jiǎn)單，徹底改變了過去相關(guān)專業(yè)師生采用人工或半自動(dòng)方法測(cè)量天線輻射特性參數(shù)、效率很低、測(cè)量精度有限且工作量巨大的艱苦局面，數(shù)十倍地提高了工作效率，使相關(guān)專業(yè)師生從持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度高、體力消耗大的重復(fù)測(cè)試工作中完全解放出來，集中精力提高教學(xué)和科研水平。在先進(jìn)天線測(cè)量平臺(tái)的支持下，負(fù)責(zé)人于2013年獲得了江蘇省高校自然科學(xué)重大研究A類資助項(xiàng)目，2014年又獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目。目前，課題負(fù)責(zé)人正在圍繞新一代移動(dòng)通信、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別和穿戴式系統(tǒng)等不同應(yīng)用，與不同學(xué)科的師生合作，開展更深層次、更高水平的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。
2.3 解決了提高相關(guān)專業(yè)師生教學(xué)科研水平的問題
通過該平臺(tái)的共管與共享，不僅顯著地提高了相關(guān)專業(yè)師生研究工作的速度、效率和質(zhì)量，還極大地提高了學(xué)生對(duì)天線專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣，吸引更多有潛力、有志于從事天線理論與技術(shù)研究的學(xué)生主動(dòng)參加到教師的科研實(shí)踐中，形成了濃厚的學(xué)術(shù)研究氛圍，顯著提升了研究生的教學(xué)質(zhì)量和教師的科研水平，為我國(guó)通信行業(yè)培養(yǎng)了理論水平高、動(dòng)手能力強(qiáng)、工程經(jīng)驗(yàn)豐富、滿足不同層次需求的天線專業(yè)人才。得益于先進(jìn)工作平臺(tái)的支撐，相關(guān)專業(yè)師生在天線方面的科研實(shí)踐持續(xù)不斷，一系列全新的研究思想、設(shè)計(jì)方法與工程設(shè)計(jì)方案得以快速驗(yàn)證和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，從而催生出一系列高水平的原創(chuàng)性研究成果。實(shí)驗(yàn)室建成后，相關(guān)專業(yè)師生已出版專著1部，申請(qǐng)了十余項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利（其中5項(xiàng)已獲得授權(quán)），而且還在天線與傳播領(lǐng)域的國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物與會(huì)議上發(fā)表或錄用了近30篇研究論文（其中近一半被SCI收錄），7篇發(fā)表在IEEE Trans. Antennas & Propagation，IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters等頂級(jí)刊物上，得到了國(guó)內(nèi)外同行的多次引用和關(guān)注。
3 天線球面近場(chǎng)專管共用機(jī)制實(shí)踐過程及推廣應(yīng)用價(jià)值
在專管共用的實(shí)踐過程中，負(fù)責(zé)人首先為通信與信息系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)的碩士研究生講授了“移動(dòng)通信中的天饋技術(shù)與應(yīng)用”理論課程，然后依托天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，開設(shè)了配套的“無線通信中的天線測(cè)量技術(shù)”實(shí)驗(yàn)課程，通過48學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)相關(guān)專業(yè)研究生進(jìn)行了完整的科研訓(xùn)練，為學(xué)生從事天線專業(yè)方向的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)管理人員一方面指導(dǎo)自己的碩士研究生展開科學(xué)研究，另一方面積極配合電磁場(chǎng)學(xué)科的教師，協(xié)同指導(dǎo)從事相關(guān)專業(yè)方向工作的碩士研究生，依托天線球面近場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，圍繞新一代移動(dòng)通信、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻識(shí)別、穿戴式系統(tǒng)等應(yīng)用背景，在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的資助下，研究新型天線的設(shè)計(jì)理論和方法，在小型天線、寬帶天線、多頻段天線、圓極化天線等不同領(lǐng)域內(nèi)展開全面探索。本課題發(fā)表的3篇研究論文均發(fā)表在國(guó)際和國(guó)內(nèi)重要學(xué)術(shù)刊物上，其中2篇被SCI收錄（源）的研究論文，主要作者均為課題負(fù)責(zé)人指導(dǎo)的碩士研究生；課題負(fù)責(zé)人和主要成員還出版了專著1部、獲授權(quán)了3項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利，說明通過對(duì)先進(jìn)天線測(cè)量平臺(tái)的有效管理和使用，不僅對(duì)提高我校相關(guān)專業(yè)碩士研究生的教學(xué)水平、科研能力有顯著促進(jìn)作用，而且取得了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列成果，獲得了國(guó)際和國(guó)內(nèi)同行的充分認(rèn)可，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際同等先進(jìn)水平。另一方面，通過探索本實(shí)驗(yàn)室的共管使用機(jī)制，為不同學(xué)科、從事相似研究方向的教師提供了充分磨合、相互配合的良機(jī)，為我校省級(jí)射頻與微納電子學(xué)科綜合訓(xùn)練中心的建設(shè)提供了有力支撐，產(chǎn)生了“1+1>2”的效果，說明通過對(duì)先進(jìn)天線測(cè)量平臺(tái)的有效管理和使用，已經(jīng)為今后課程與平臺(tái)建設(shè)、科研成果轉(zhuǎn)化等后續(xù)工作奠定了良好的工作基礎(chǔ)。
【參考文獻(xiàn)】
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關(guān)鍵詞：LMDS，系統(tǒng)構(gòu)成，應(yīng)用，雨衰
1.引言
LMDS（ Local Multipoint Distribution Services ）本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)系統(tǒng)工作在20-40 GHz 頻段上的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)字微波通信技術(shù)，適用于城域接入網(wǎng)的本地寬帶業(yè)務(wù)傳輸和接入，基站典型覆蓋半徑為3-5km，每個(gè)基站可支持?jǐn)?shù)百個(gè)端站，按用戶的需求動(dòng)態(tài)分配帶寬，每個(gè)端站最高帶寬可達(dá) 8-16Mb/s，可捆綁各種寬、窄帶業(yè)務(wù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)、話音、視頻、Internet，LMDS技術(shù)的成熟與完善，長(zhǎng)期困擾運(yùn)營(yíng)商的接入網(wǎng)“瓶頸”問題便迎刃而解。
2.LMDS系統(tǒng)的構(gòu)成
LMDS寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)主要包括下列組成部分：
·數(shù)字基站（DBS）: 做為集中器，發(fā)送并接收所有用戶業(yè)務(wù)。核心功能在于對(duì)RF信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)，同時(shí)完成無線用戶的匯聚，并與骨干網(wǎng)的連接。
·無線基站（RBS）: 結(jié)構(gòu)緊湊的室外單元，傳輸RF信號(hào)至扇型天線，IF信號(hào)至DBS。一般情況下，基站包括多個(gè)RBS，每個(gè)RBS提供一個(gè)扇區(qū)的容量及覆蓋。RBS安裝于鐵塔或房頂。
·無線端站（RT）：安裝于用戶端，墻面或抱桿安裝，環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)。包括設(shè)計(jì)非常緊湊的收發(fā)信單元及集成天線，與NT傳輸IF信號(hào)，由NT供電。
·網(wǎng)絡(luò)終端（NT）：室內(nèi)單元，提供1個(gè)多個(gè)終端接口，可與用戶直接連接，或與用戶端集中設(shè)備相連（如Routers/多業(yè)務(wù)交換機(jī)、ADSM mux、VPN hub，或PBX）。核心功能在于對(duì)RF信號(hào)的調(diào)制/解調(diào)。可固定在機(jī)架，或桌面放置。
·網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)管理：對(duì)骨干網(wǎng)設(shè)備、基站、端站，即有線和無線系統(tǒng)所有的操作維護(hù)進(jìn)行管理。提供業(yè)界功能最強(qiáng)大的管理系統(tǒng)，包括簡(jiǎn)單易用的完全圖形接口，方便的路徑及配置管理，良好的路由選擇及恢復(fù)功能，超強(qiáng)的可擴(kuò)展性及靈活性。
1-1 LMDS典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]
3.LMDS寬帶無線接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用舉例。
LMDS是一個(gè)可以綜合租用線、交換話音、ISDN和基于IP業(yè)務(wù)的多業(yè)務(wù)平臺(tái)。本節(jié)將描述租用線業(yè)務(wù)的主要應(yīng)用及相應(yīng)的典型網(wǎng)絡(luò)配置作為典型應(yīng)用：
PBX 互連
數(shù)據(jù)租用線業(yè)務(wù)，通過集中器、FRAD(幀中繼)、網(wǎng)橋或路由器提供廣域網(wǎng)連接
租用線業(yè)務(wù)提供端站與基站之間 E1/T1 或 分檔E1/T1 的透明傳輸。系統(tǒng)匯聚業(yè)務(wù)通過TDM E1/T1電路接口或DBS ATM接口傳輸至骨干網(wǎng)。所有配置和路徑管理，包括無線資源的分配均由網(wǎng)管系統(tǒng)完成。
2-1租用線業(yè)務(wù)[1]
3.LMDS系統(tǒng)雨衰的影響。論文格式。論文格式。
LMDS使用約30GHz的頻段作為傳輸媒介，這是因?yàn)槲⒚撞ǖ牟ㄩL(zhǎng)與雨點(diǎn)的直徑在同一數(shù)量級(jí)，因此抗雨衰性能差。通信質(zhì)量受雨、雪等天氣影響較大。雨衰影響是LMDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須予以考慮的重要因素。
國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)降雨的影響已進(jìn)行了深入研究，在ITU-RP.837建議中，將地球分為15個(gè)降雨氣候區(qū)，分別以大寫字母A到Q來表示，每一降雨區(qū)是以與它相關(guān)的降雨強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)來表證，并給出了對(duì)應(yīng)不同降雨強(qiáng)度所發(fā)生的時(shí)間概率。遵照ITU-R P.838建議，可以針對(duì)工作頻率、極化和降雨率計(jì)算比衰減（dB／Km）和有效路徑長(zhǎng)度（這是考慮到在整個(gè)傳輸段長(zhǎng)度上降雨強(qiáng)度不是均勻分布的緣故），進(jìn)而可以針對(duì)衰落儲(chǔ)備值Ft計(jì)算出在一定傳輸距離下，降雨衰減超出Ft的時(shí)間百分?jǐn)?shù)P，或反之，根據(jù)雨衰特性及Ft求出在保證P值一定的情況下可用的通信距離是多少。必要時(shí)，還可以根據(jù)在ITU-R P.841建議，從長(zhǎng)期百分?jǐn)?shù)P變換到最壞月份百分?jǐn)?shù)Pu。在考慮LMDS因雨衰引起的不可用性指標(biāo)時(shí)，時(shí)間百分?jǐn)?shù)Pu即為不可用性指標(biāo)。[2]
系統(tǒng)抗雨衰性能
系統(tǒng)增益
nA7390收發(fā)信機(jī)性能優(yōu)異，在BER=10-6時(shí)上下行門限接收電平值可達(dá)到-83dBm和-81dBm，由于MII行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ -82dBm和-76dBm ）。
n采用標(biāo)準(zhǔn)天線時(shí)，系統(tǒng)增益達(dá)148dB；高增益天線，達(dá)160dB。
自動(dòng)增益控制（ATPC）性能
n為了滿足不同通信距離和不同地區(qū)降雨率減對(duì)發(fā)射功率的要求，A7390 LMDS系統(tǒng)支持自動(dòng)發(fā)射功率控制（ATPC）功能。
ATPC調(diào)整速度
nA7390 LMDS系統(tǒng)在上行鏈路實(shí)施ATPC，保證系統(tǒng)工作在理想的C/N指標(biāo)。論文格式。ATPC動(dòng)態(tài)范圍為40dB（MII要求為35dB）。
nATPC工作方式：慢環(huán)路調(diào)整、快環(huán)路調(diào)整。
n快環(huán)路調(diào)整時(shí)，速度高于1000dB/s（MII要求為20dB/S）。
參考文獻(xiàn)：
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1.1基本概念及工作原理
在移動(dòng)通信中,智能天線是天線陣在感知和判斷自身所處電磁環(huán)境的基礎(chǔ)上,依據(jù)一定的準(zhǔn)則,自動(dòng)地形成多個(gè)高增益的動(dòng)態(tài)窄波束,以跟蹤移動(dòng)用戶,同時(shí)抑制波束以外的各種干擾和噪聲,從而處于最佳工作狀態(tài)。智能天線吸取了自適應(yīng)天線的抗干擾原理,依靠陣列信號(hào)處理和數(shù)字波束形成技術(shù)發(fā)展起來。由于天線有發(fā)射和接收兩種狀態(tài),所以智能天線包含智能化發(fā)射和智能化接收兩個(gè)部分,它們的工作原理基本相同。圖1所示的是處于接收狀態(tài)的智能天線結(jié)構(gòu)圖?，F(xiàn)以發(fā)射狀態(tài)的智能天線為例,說明波束的形成。將M維信號(hào)矢量S(t)=(s1(t),s2(t),...sM(t))T與一個(gè)N×M階加權(quán)矩陣W相乘,得到一個(gè)N維的陣信號(hào)矢量X(t)=W×S(t)。其中,X(t)=(x1(t),x2(t),x3(t),…xN(t))T,在遠(yuǎn)區(qū)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為:
顯然,Σnwnmfn(θ)表示單路信號(hào)sm(t)的輻射方向圖。一旦天線陣確定下來后,它的方向性函數(shù)fn(θ)也隨之確定,于是只要通過改變wnm就可形成所需要的輻射方向圖。
1.2組成及關(guān)鍵技術(shù)
(1)射頻部分
射頻部分包括陣列天線和高頻處理。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中,天線陣通常采用直線陣和平面陣兩種方式。陣的形式確定下來后,天線單元的選擇非常關(guān)鍵,除了必須滿足系統(tǒng)提出的頻帶、駐波比、增益、極化等性能指標(biāo)外,在實(shí)際中還要做到單元間的互耦小、一致性好和加工方便等,微帶天線憑借自身特有的優(yōu)勢(shì),已經(jīng)在這方面得到廣泛的應(yīng)用。高頻處理主要是指對(duì)接收或發(fā)射信號(hào)進(jìn)行放大,以滿足A/D變換或發(fā)射功率的要求?？紤]到智能天線對(duì)誤差非常敏感,還要保證射頻部分各個(gè)支路幅度和相位的一致性。
(2)中頻部分
目前受數(shù)字器件水平的限制,還不能直接對(duì)來自天線單元的微波信號(hào)進(jìn)行采樣。較為常用的辦法是:先利用下變頻器將微波高頻信號(hào)變到中頻,然后使該支路的模擬信號(hào)經(jīng)過濾波和放大等中頻處理,最后對(duì)它進(jìn)行采樣,典型的實(shí)現(xiàn)方法有兩種,分別如圖2(a)、(b)所示。
圖2(a)所示的是雙下變頻接收機(jī),通過兩級(jí)混頻器,完成高頻信號(hào)到中頻的變換。這種接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是降低了對(duì)A/D變換器采樣速率的要求,而且整個(gè)接收機(jī)的增益分配也有一定的靈活性。圖2(b)為直接采樣接收機(jī),它借助于更快速度的A/D變換器和其他一些輔助的數(shù)字器件,在中頻直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣,避免了信道中I和Q兩路信號(hào)的匹配問題。圖中均衡器的作用是補(bǔ)償各支路間幅度和相位的不一致。
(3)數(shù)字波束形成部分
數(shù)字波束形成(DBF)是智能天線的核心部分,在硬件上需要有高速率的數(shù)字信號(hào)處理芯片支持。目前能用于該領(lǐng)域的數(shù)字器件主要有兩種:一種是通用的DSP芯片,如TMS320系列;另一種是專用集成電路(ASIU),其中最為典型的是能進(jìn)行大規(guī)模并行處理的FPGA。數(shù)字波束形成在軟件上需要有收斂速度快、精度高的自適應(yīng)算法,以調(diào)整加權(quán)系數(shù)。目前在通信領(lǐng)域研究得較多的算法主要有:LMS及其改進(jìn)算法RLS、SMI和CMA等。值得注意的是基于特征值分解的自適應(yīng)數(shù)字波束形成算法越來越受到重視,它不僅能很好地與超分辨測(cè)向算法統(tǒng)一起來,而且能自動(dòng)校正通道不匹配、陣元位置偏差等許多因素所產(chǎn)生的誤差,具有很強(qiáng)的魯棒性(Robust),缺點(diǎn)是計(jì)算量大。由于移動(dòng)通信環(huán)境非常復(fù)雜,各種算法都有其優(yōu)缺點(diǎn),需要相互并用才能取長(zhǎng)補(bǔ)短,使系統(tǒng)的性能最佳。
論文摘要：近年發(fā)展起來的CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)相對(duì)于FDMA、TDMA系統(tǒng)具有較大的容量,但由于多徑干擾、多址干擾的存在,其容量?jī)?yōu)勢(shì)并沒有得到充分的發(fā)揮,如果在基站上采用智能天線可以降低這些干擾的影響,提高系統(tǒng)的性能。本文通過對(duì)智能天線的認(rèn)識(shí)、優(yōu)勢(shì)的闡述,從而引發(fā)智能天線在現(xiàn)代移動(dòng)通信中的重要性。
1引言
我們知道,天線有很多種,但大體上可分為三大類:“線天線”、“面天線”及“陣列天線”。陣列天線最初用于雷達(dá)、聲納以及軍事通信中,完成空間濾波和參數(shù)估計(jì)兩大任務(wù)。當(dāng)陣列天線應(yīng)用到移動(dòng)通信領(lǐng)域時(shí),通信工程師喜歡用“智能天線”來稱謂之。智能天線根據(jù)方向圖形成(或稱為波束形成)的方式又可分為兩類:第一類,采用固定形狀方向圖的智能天線,且不需要參考信號(hào);第二類,采用自適應(yīng)算法形成方向圖的智能天線,需要參考信號(hào)。
本文在以下提到的智能天線都是指第二類,即(自適應(yīng))智能天線,這也是目前智能天線研究的主流。
2智能天線的技術(shù)現(xiàn)狀
在分析研究智能天線技術(shù)理論的同時(shí),國(guó)內(nèi)外一些大學(xué)、公司和研究所分別建立了試驗(yàn)平臺(tái),用實(shí)驗(yàn)的方法來驗(yàn)證理論研究的成果,得出相應(yīng)的結(jié)論。
(1)在美國(guó)
在智能天線技術(shù)方面,美國(guó)較其它國(guó)家要成熟的多,并已開始投入實(shí)用。美國(guó)ArrayComm公司將智能天線技術(shù)應(yīng)用于無線本地環(huán)路(WLL)系統(tǒng)。ArrayComm方案采用可變陣元配置,有12陣元、8陣元環(huán)形自適應(yīng)陣列可供不同環(huán)境選用,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明在PHS基站采用該技術(shù)可以使系統(tǒng)容量提高4倍。
(2)在歐洲
歐洲通信委員會(huì)(CEC)在RACE(ResearchintoAdvancedCommunicationinEurope)計(jì)劃中實(shí)施了第一階段智能天線技術(shù)研究,稱為TSUNAMI(TheTechnologyinSmartAntennasforUniver-salAdvancedMobileInfrastructure),由德國(guó)、英國(guó)、丹麥和西班牙合作完成。該項(xiàng)目是在DECT基站上構(gòu)造智能天線試驗(yàn)?zāi)Ｐ?于1995年初開始現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),天線陣列由8個(gè)陣元組成,射頻工作頻率為1.89GHz,陣元間距可調(diào),陣元分布有直線型、圓環(huán)型和平面型三種形式。試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀脭?shù)字波束成形的方法實(shí)現(xiàn)智能天線,采用ERA技術(shù)有限公司的專用ASIC芯片BDF1108完成波束形成,使用TMS320C40芯片作為中央控制。
(3)在日本
ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長(zhǎng)的16陣元平面方陣,射頻工作頻率是1.545GHz。陣元組件接收信號(hào)在模數(shù)變換后,進(jìn)行快速付氏變換(FFT)處理,形成正交波束后,分別采用恒模(CMA)算法或最大比值合并分集算法,數(shù)字信號(hào)處理部分由10片F(xiàn)PGA完成,整塊電路板大小為23.3cm×34.0cm。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線的概念。
我國(guó)目前有部分單位也正進(jìn)行相關(guān)的研究。信威公司將智能天線應(yīng)用于TDD(時(shí)分雙工)方式的WLL系統(tǒng)中,信威公司智能天線采用8陣元環(huán)形自適應(yīng)陣列,射頻工作于1785~1805MHz,采用TDD雙工方式,收發(fā)間隔10ms,接收機(jī)靈敏度最大可提高9dB。
3智能天線的優(yōu)勢(shì)
智能天線是第三代移動(dòng)通信不可缺少的空域信號(hào)處理技術(shù),歸納起來,智能天線具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。
(1)具有測(cè)向和自適應(yīng)調(diào)零功能,能把主波束對(duì)準(zhǔn)入射信號(hào)并適應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤信號(hào),同時(shí)還能把零響點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾信號(hào)。
(2)提高輸入信號(hào)的信干噪比。顯然,采用多天線陣列將截獲更多的空間信號(hào),也即是獲得陣列增益。
(3)能識(shí)別不同入射方向的直射波和反射波,具有較強(qiáng)的抗多徑衰落和同信道干擾的能力。能減小普通均衡技術(shù)很難處理的快衰落對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
(4)增強(qiáng)系統(tǒng)抗頻率選擇性衰落的能力,因?yàn)樘炀€陣列本質(zhì)上具有空間分集的能力。
(5)可以利用智能天線,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電磁環(huán)境和用戶情況來提高網(wǎng)絡(luò)的管理能力。
(6)智能天線自適應(yīng)調(diào)節(jié)天線增益,從而較好地解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題。為移動(dòng)臺(tái)的進(jìn)一步簡(jiǎn)化提供了條件。越區(qū)切換是根據(jù)基站接收的移動(dòng)臺(tái)功率的電平來判斷的。由于陰影效應(yīng)和多徑衰落的影響常常導(dǎo)致錯(cuò)誤的越區(qū)轉(zhuǎn)接,從而增加了網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)荷和用戶的呼損率。在相鄰小區(qū)應(yīng)用的智能天線技術(shù),可以實(shí)時(shí)地測(cè)量和記錄移動(dòng)臺(tái)的位置和速度,為越區(qū)切換提供更可靠的依據(jù)。
4智能天線與若干空域處理技術(shù)的比較
為了進(jìn)一步理解智能天線的概念,我們把智能天線和相關(guān)的傳統(tǒng)空域處理技術(shù)加以比較。
(1)智能天線與自適應(yīng)天線的比較
智能天線與自適應(yīng)天線并沒有本質(zhì)上的區(qū)別,只是由于應(yīng)用場(chǎng)合不同而具有顯著的差異。自適應(yīng)天線主要應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)的干擾抵消,一般地,雷達(dá)接收到的干擾信號(hào)具有很強(qiáng)的功率電平,并且干擾源數(shù)目比天線陣列單元數(shù)少或相當(dāng)。而在無線通信系統(tǒng)中,由于多徑傳播效應(yīng)到達(dá)天線陣列的干擾數(shù)目遠(yuǎn)大于天線陣列單元數(shù),入射角呈現(xiàn)隨機(jī)分布,功率電平也有很大的動(dòng)態(tài)變化范圍,此時(shí)的天線叫智能天線。
對(duì)自適應(yīng)天線而言,只需對(duì)入射干擾信號(hào)進(jìn)行抵消以獲得信干噪比(SINR,SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)的最大化。對(duì)智能天線而言,由于到達(dá)陣列的多徑信號(hào)的入射角和功率電平均數(shù)是隨機(jī)變化的,所以獲得的是統(tǒng)計(jì)意義上的信干噪比(SINR)的最大化。
(2)智能天線與空間分集技術(shù)的比較
空間分集是無線通信系統(tǒng)中常用的抗多徑衰落方案。M單元智能天線也可等效為由M個(gè)空間耦合器按優(yōu)化合并準(zhǔn)則構(gòu)成的空間分集陣列。因此可以認(rèn)為智能天線是傳統(tǒng)分集接收的進(jìn)一步發(fā)展。
但是智能天線與空間分集技術(shù)卻是有顯著的差別的。首先空間分集利用了陣列天線中不同陣元耦合得到的空間信號(hào)的弱相關(guān)性,也即是不同路徑的多徑信號(hào)的弱相關(guān)性。而智能天線則是對(duì)所有陣元接收的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并來形成空間濾波。一個(gè)根本性的區(qū)別:智能天線陣列結(jié)構(gòu)的間距小于一個(gè)波長(zhǎng)(一般取λ/2),而空間分集陣列的間距可以為數(shù)個(gè)波長(zhǎng)。
(3)智能天線與小區(qū)扇區(qū)化的比較
小區(qū)的扇區(qū)化可以認(rèn)為是一種簡(jiǎn)化的、固定的預(yù)分配智能天線系統(tǒng)。智能天線則是動(dòng)態(tài)地、自適應(yīng)優(yōu)化的扇區(qū)化技術(shù)?，F(xiàn)在,我們來討論一個(gè)頗有爭(zhēng)議的問題。根據(jù)IS-95建議,當(dāng)采用120°扇區(qū)時(shí)系統(tǒng)容量將增加3倍。由此是否可以得到結(jié)論,扇區(qū)化波束越窄系統(tǒng)容量提高越大?考慮到實(shí)際的電磁環(huán)境,我們認(rèn)為對(duì)這一問題的回答是否定的。這是因?yàn)檎ㄊ邮盏降男盘?hào)往往是由許多相關(guān)性較強(qiáng)的多徑信號(hào)構(gòu)成的。一般情況下,各徑信號(hào)的時(shí)延擴(kuò)展小于一個(gè)chip周期。這時(shí)信號(hào)波形易于產(chǎn)生畸變從而降低信號(hào)的質(zhì)量達(dá)不到增加系統(tǒng)容量的目的。同時(shí)如果采用過窄的波束接收信號(hào),一旦該徑信號(hào)受到嚴(yán)重的衰落,則將直接導(dǎo)致通信的中斷。另外,過窄的接收波束在工程上是難以實(shí)現(xiàn)的,并將成倍地增加設(shè)備的復(fù)雜度。
5智能天線的未來展望
(1)目前還沒有一個(gè)完整的通信理論能夠較全面地將智能天線的所有課題有機(jī)地聯(lián)系起來,故需要建立一套較完整的智能天線理論;另一方面,高效、快速的智能算法也將是智能天線走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。超級(jí)秘書網(wǎng)
(2)采用高速DSP技術(shù),將原先的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)移到基帶進(jìn)行處理。基帶處理過程是數(shù)字算法的硬件實(shí)現(xiàn)過程。
(3)由于圓形布陣和二維任意布陣比等間隔線陣優(yōu)越,同時(shí)陣列天線的數(shù)字合成算法能夠用于任意形式陣列天線而形成任意圖案的方向圖,因而可考慮在CDMA基站中采用二維任意布陣的智能天線。
(4)在移動(dòng)臺(tái)中(如手機(jī))采用智能天線技術(shù)。
(5)采用智能天線技術(shù)來改善移動(dòng)通信信道中上下鏈路不能使用同一套權(quán)值的問題,以改善上下鏈路的性能。
(6)目前,智能天線技術(shù)的研究已不是單一地研究智能天線本身,應(yīng)與CDMA的一些關(guān)鍵技術(shù)(如多用戶檢測(cè)技術(shù)、多用戶接收技術(shù)、功率控制等)結(jié)合在一起研究。
論文摘要：主要介紹了智能天線的提出背景、基本概念、關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)點(diǎn)以及國(guó)外的研究進(jìn)展情況，最后指出了智能天線的發(fā)展方向。
1前言
隨著蜂窩移動(dòng)用戶的不斷增長(zhǎng)，如何解決頻譜資源緊張、抑制各種干擾、提高通信服務(wù)質(zhì)量成為一個(gè)亟待解決的問題。為此，人們提出了一系列的解決方案，例如，在通信密集的地方引入微蜂窩技術(shù)、頻率跳變技術(shù)、高效的編碼技術(shù)以及進(jìn)行功率控制等。而智能天線為這一切問題的解決提供了一條新思路。智能天線能夠成倍地提高通信系統(tǒng)的容量，有效地抑制復(fù)雜電磁環(huán)境下的各種干擾，并且還能與各種通信系統(tǒng)和其他多址方式兼容，從而以較小的代價(jià)獲取較大的性能提高。目前，國(guó)內(nèi)外有許多大學(xué)和公司致力于智能天線的研究。歐洲電信委員會(huì)(ETSI)明確提出智能天線是第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一，并制定了相應(yīng)的開發(fā)計(jì)劃。
2智能天線的基本概念
智能天線綜合了自適應(yīng)天線和陣列天線的優(yōu)點(diǎn)，以自適應(yīng)信號(hào)處理算法為基礎(chǔ)，并引入了人工智能的處理方法。智能天線不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的單元，它已成為一個(gè)具有智能的系統(tǒng)。其具體定義為:智能天線以天線陣列為基礎(chǔ)，在取得電磁信息之后，使用人工智能的方法進(jìn)行處理，對(duì)電磁環(huán)境做出分析、判斷，并自動(dòng)調(diào)整本身的工作狀態(tài)使之達(dá)到最佳。依據(jù)天線的智能化程度可將天線分成可變波束天線、動(dòng)態(tài)相控陣列和自適應(yīng)陣列3類。可變波束天線依據(jù)接收功率最大原則，在幾個(gè)預(yù)設(shè)陣列波束中進(jìn)行切換;動(dòng)態(tài)相控陣列使用測(cè)向算法，能夠連續(xù)追蹤用戶的方向而改變天線的波束，使接收功率達(dá)到最大;自適應(yīng)陣列既對(duì)用戶進(jìn)行測(cè)向，又對(duì)各種干擾源進(jìn)行測(cè)向，在形成波束時(shí)，不僅使接收功率最大，而且使噪聲降到最低，從而使接收信噪比最高。
智能天線的發(fā)展可分成3個(gè)階段:第1階段是應(yīng)用于上行鏈路，通過使用智能天線增加基站的接收增益，從而使接收機(jī)的靈敏度和接收距離大大增加;第2階段是將智能天線技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于下行鏈路，在智能天線應(yīng)用于下行鏈路后，能夠控制波束的發(fā)射方向，從而有助于頻率的復(fù)用，提高系統(tǒng)的容量;最后一個(gè)階段是完全的空分多址，此時(shí)在一個(gè)蜂窩系統(tǒng)中，可以將同一個(gè)物理信道分配給不同的用戶，例如，在TDMA中，可以將同一小區(qū)內(nèi)同一時(shí)隙同一載波同時(shí)分配給兩個(gè)用戶。
3智能天線的組成和關(guān)鍵技術(shù)
智能天線主要分為天線陣列、接收通道及數(shù)據(jù)采集、信息處理3部分。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，天線陣列通常采用直線陣列和平面陣列兩種方式。在確定天線陣列的形式后，天線單元的選擇就十分關(guān)鍵。天線單元不僅要達(dá)到本身的性能指標(biāo)，還必須具有單元之間的互耦小、一致性好以及加工方便的特點(diǎn)。目前微帶天線使用較多。
接收通道及數(shù)據(jù)采集部分主要完成信號(hào)的高頻放大、變頻和A/D轉(zhuǎn)換，以形成數(shù)字信號(hào)。目前，受A/D器件抽樣速率的限制，不能直接對(duì)高射頻信號(hào)和微波信號(hào)進(jìn)行采樣，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行下變頻處理，降低采樣速率。
信息處理部分是智能天線的核心部分，主要完成超分辨率陣列處理和數(shù)字波束形成兩方面的功能。進(jìn)行超分辨率陣列處理的目的是獲得空間信號(hào)的參數(shù)，這些參數(shù)主要包括信號(hào)的數(shù)目、信號(hào)的來向、信號(hào)的調(diào)制方式及射頻頻率等，其中信號(hào)的來向?qū)τ趯?shí)現(xiàn)空分多址和自適應(yīng)抑制干擾有著重要作用。在眾多的超分辨率測(cè)向算法中，MUSIC算法及其改進(jìn)算法一直占據(jù)主導(dǎo)地位，它不受天線陣排陣方式的影響，只需經(jīng)過一維搜索就能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)來向的無偏估計(jì)，并且估計(jì)的方差接近CRLB。此外，使用ESPRIT算法來解決移動(dòng)通信中的測(cè)向問題也得到了廣泛的研究。數(shù)字波束形成主要通過調(diào)整加權(quán)系數(shù)來達(dá)到增強(qiáng)有用信號(hào)和抑制干擾的作用，它需要收斂速度快、精度高的算法支持。根據(jù)所需先驗(yàn)知識(shí)的不同，目前的波束形成算法主要有3類:以信號(hào)來向?yàn)橄闰?yàn)知識(shí)，如LCMV算法;以參考信號(hào)為先驗(yàn)知識(shí)，包括LMS算法及其改進(jìn)算法NLMS、RLS等;不需要任何先驗(yàn)知識(shí)，如CMA算法。由于移動(dòng)通信環(huán)境復(fù)雜，各種算法也有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此系統(tǒng)中必須對(duì)多種算法取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能達(dá)到最佳效果。
4智能天線的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
(1)提高系統(tǒng)容量
在蜂窩系統(tǒng)中，用戶的干擾主要來自其他用戶，而智能天線將波束零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)其他用戶，從而減少了干擾的影響。由于系統(tǒng)提高了接收信噪比，因此減少了頻譜資源的復(fù)用距離，從而獲得了更大的系統(tǒng)容量。
(2)擴(kuò)大小區(qū)覆蓋距離和范圍
使用智能天線可以提高用戶和基站的功率接收效率，進(jìn)一步擴(kuò)大基站的通信距離，減少功率損失，從而延長(zhǎng)電池的壽命，減小用戶的終端。
(3)減少多徑干擾影響
智能天線使用陣列天線，通過利用多個(gè)天線單元的接收信息和分集技術(shù)，可以將多徑衰落和其他多徑效應(yīng)最小化。
(4)降低蜂窩系統(tǒng)的成本
智能天線利用多種技術(shù)優(yōu)化了信號(hào)的接收，從而能夠顯著降低放大器成本和功率損耗，提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的低成本。
(5)提供新服務(wù)
智能天線在使用過程中必須對(duì)用戶進(jìn)行測(cè)向，以確定用戶的位置，從而為用戶提供基于位置信息的服務(wù)，如緊急呼叫等。目前，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)已準(zhǔn)備實(shí)施用戶定位服務(wù)。
(6)更好的安全性
使用智能天線后，竊聽用戶的通話將會(huì)更加困難，因?yàn)榇藭r(shí)盜聽者必須和用戶處于相同的通信方向上。
(7)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理能力
利用智能天線可以實(shí)時(shí)檢測(cè)電磁環(huán)境和用戶情況，從而為實(shí)施更有效的網(wǎng)絡(luò)管理提供條件。
(8)解決遠(yuǎn)近效應(yīng)問題和越區(qū)切換問題
智能天線可自適應(yīng)地調(diào)節(jié)天線增益，較好地解決了遠(yuǎn)近效應(yīng)問題，為移動(dòng)臺(tái)的進(jìn)一步簡(jiǎn)化提供了條件。在蜂窩系統(tǒng)中，越區(qū)切換是根據(jù)基站接收的移動(dòng)臺(tái)的功率電平來判斷的。由于陰影效應(yīng)和多徑衰落的影響常常導(dǎo)致越區(qū)轉(zhuǎn)接，增加了網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)荷和用戶呼損率。在相鄰小區(qū)應(yīng)用的智能天線技術(shù)，可以實(shí)時(shí)地測(cè)量和記錄移動(dòng)臺(tái)的位置和速度，為越區(qū)切換提供更可靠的依據(jù)。
5智能天線的技術(shù)現(xiàn)狀
在分析智能天線理論的同時(shí)，國(guó)內(nèi)外一些大學(xué)、公司和研究所分別建立了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將智能天線應(yīng)用于實(shí)踐中，并取得了一些成果。
(1)美國(guó)
在智能天線技術(shù)方面，美國(guó)較其他國(guó)家更加成熟，已開始投入實(shí)際應(yīng)用中。美國(guó)的ArrayComm公司發(fā)展了針對(duì)GSM標(biāo)準(zhǔn)和日本PHS標(biāo)準(zhǔn)的智能天線系統(tǒng)。該公司已將智能天線應(yīng)用于基于PHS標(biāo)準(zhǔn)的無線本地環(huán)路中，并投入了商業(yè)運(yùn)行。該方案采用可變陣元配置，有12陣元、8陣元環(huán)形自適應(yīng)陣列可供不同的環(huán)境選用，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明，在PHS基站采用智能天線技術(shù)可使系統(tǒng)容量增加4倍。
(2)歐洲
歐洲通信委員會(huì)在RACE計(jì)劃中實(shí)施了第一階段的智能天線技術(shù)研究，稱為TSUNAMI，由德國(guó)、英國(guó)、丹麥和西班牙共同合作完成。它采用DECT標(biāo)準(zhǔn)，射頻頻率為1.89 GHz，天線由8個(gè)微帶貼片組成。陣元距離可調(diào)、組陣方式可變，有直線型、圓環(huán)型和平面型3種形式。數(shù)字波束形成的硬件主要包括2片DBF1108芯片，它在軟件上分別由MUSIC算法、NLMS、RLS完成測(cè)向和求得最佳的加權(quán)系數(shù)。在典型的市區(qū)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表明，該智能天線能有效跟蹤的方向分辨率大約為15°， BER優(yōu)于10-3。
(3)日本
ATR光電通信研究所研制了基于波束空間處理方式的多波束智能天線。天線陣元布局為間距半波長(zhǎng)的16陣元平面方陣，射頻工作頻率為1.545 GHz。陣元組件接收信號(hào)在A/D變換后，進(jìn)行快速傅氏變換，形成正交波束后分別采用恒模算法或最大比值合并分集算法，數(shù)字信號(hào)處理部分由10片F(xiàn)PGA完成。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線概念。
(4)其他國(guó)家
我國(guó)的信威公司也將智能天線應(yīng)用于TDD方式的WLL系統(tǒng)中。該智能天線采用8陣元的環(huán)形自適應(yīng)陣列，射頻工作于1 785~1 805 MHz，采用TDD工作方式，收發(fā)間隔為10 ms，接收機(jī)靈敏度最大可提高9 dB。此外，愛立信公司與德國(guó)運(yùn)營(yíng)商也將智能天線應(yīng)用于GSM基站上，但該天線的智能化程度不高。韓國(guó)、加拿大等國(guó)也開展了智能天線方面的研究。
(5)用于衛(wèi)星移動(dòng)通信的智能天線
上文主要介紹了基于蜂窩系統(tǒng)的智能天線，另外還有一種用于L衛(wèi)星移動(dòng)通信的智能天線。該天線采用了由16個(gè)環(huán)形微帶貼片天線組成的一個(gè)4×4的方形平面陣，它的射頻頻率為1.542 GHz，左旋圓極化，中頻頻率為32 kHz， A / D變換器的采樣速率和分辨率分別為128 kHz和8位。在數(shù)字信號(hào)處理部分，選用了10個(gè)FPGA芯片，其中8個(gè)用于16個(gè)天線支路的準(zhǔn)相干檢測(cè)和快速傅里葉變換，另外2片則起到波束選擇、控制和接口的作用;自適應(yīng)算法則選擇了CMA。系統(tǒng)的外場(chǎng)測(cè)試表明，它能產(chǎn)生16個(gè)波束來覆蓋整個(gè)上半空間，并且不需要借助于任何傳感器，就能用最高增益的波束來自動(dòng)捕獲和跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，從而在各種復(fù)雜的環(huán)境下均能提供比采用其他天線要高得多的通信質(zhì)量。
6智能天線面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向
智能天線系統(tǒng)在改善性能的同時(shí)，也增加了收發(fā)機(jī)的復(fù)雜度。因?yàn)橐獙?duì)每個(gè)用戶進(jìn)行定位，并且波束形成的計(jì)算量很大，所以智能天線系統(tǒng)中有多個(gè)計(jì)算單元和控制單元。在實(shí)施SMDA時(shí)，資源管理也成為一個(gè)必須關(guān)注的問題。作為一種新的多址方式，在頻譜分配和移動(dòng)性管理上也提出了新的問題，將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理提出更多的需求。此外，目前智能天線的物理尺寸較大，不利于構(gòu)建更小的基站。
[論文摘要]第四代移動(dòng)通信技術(shù)（4G）與前三代移動(dòng)通信技術(shù)相比具有五大技術(shù)要求，解決了四大關(guān)鍵技術(shù)后4G將一統(tǒng)移動(dòng)通信的天下。
引言
移動(dòng)通信技術(shù)飛速發(fā)展，已經(jīng)歷了3個(gè)主要發(fā)展階段。每一代的發(fā)展都是技術(shù)的突破和觀念的創(chuàng)新。第一代起源于20世紀(jì)80年代，主要采用模擬和頻分多址(FDMA)技術(shù)。第二代(2G)起源于90年代初期，主要采用時(shí)分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)技術(shù)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)可以提供更寬的頻帶，不僅傳輸話音，還能傳輸高速數(shù)據(jù)，從而提供快捷方便的無線應(yīng)用。但是第三代移動(dòng)
通信系統(tǒng)仍是基于地面標(biāo)準(zhǔn)不一的區(qū)域性通信系統(tǒng),盡管其傳輸速率可高達(dá)2Mb/s，仍無法滿足多媒體通信的要求,因此第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)(4G)的研究勢(shì)在必行。
一、4G的定義及其技術(shù)要求
第四代移動(dòng)通信技術(shù)可稱為廣帶(Broadband)接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對(duì)稱超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力，對(duì)全速移動(dòng)用戶能提供150Mb/s的高質(zhì)量影像服務(wù)，將首次實(shí)現(xiàn)三維圖像的高質(zhì)量傳輸。它包括廣帶無線固定接入、廣帶無線局域網(wǎng)、移動(dòng)廣帶系統(tǒng)和互操作的廣播網(wǎng)絡(luò)(基于地面和衛(wèi)星系統(tǒng))，集成不同模式的無線通信，移動(dòng)用戶可以自由地從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)漫游到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其廣帶無線局域網(wǎng)(WLAN)能與B-ISDN和ATM兼容，實(shí)現(xiàn)廣帶多媒體通信，形成綜合廣帶通信網(wǎng)(IBCN)，他還能提供信息之外的定位定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。其主要技術(shù)要求是：
(1)通信速度提高，數(shù)據(jù)率超過UMTS，上網(wǎng)速率從2Mb/s提高到100Mb/s。
(2)以移動(dòng)數(shù)據(jù)為主面向Internet大范圍覆蓋高速移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，改變了以傳統(tǒng)移動(dòng)電話業(yè)務(wù)為主設(shè)計(jì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)觀念。
(3)采用多天線或分布天線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及終端形式，支持手機(jī)互助功能，采用可穿戴無線電，可下載無線電等新技術(shù)。
(4)發(fā)射功率比現(xiàn)有移動(dòng)通信系統(tǒng)降低10～100倍，能夠較好地解決電磁干擾問題。
(5)支持更為豐富的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，包括高分辨率實(shí)時(shí)圖像業(yè)務(wù)、會(huì)議電視虛擬現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)。
二、4G的關(guān)鍵技術(shù)
1.OFDM(正交頻分復(fù)用)
OFDM技術(shù)實(shí)際上是MCM(Multi-CarrierModulation，多載波調(diào)制)的一種。其主要思想是：將信道分成若干正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制在每個(gè)子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號(hào)可以通過在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，這樣可以減少子信道之間的相互干擾(ICI)。每個(gè)子信道上的信號(hào)帶寬小于信道的相關(guān)帶寬，因此每個(gè)子信道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號(hào)間干擾。而且由于每個(gè)子信道的帶寬僅僅是原信道帶寬的一小部分，信道均衡變得相對(duì)容易。由于OFDM技術(shù)由于具備上述特點(diǎn)，是對(duì)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N潛在的解決方案，因此被公認(rèn)為4G的核心技術(shù)之一。
2.軟件無線電
軟件無線電（SoftwareDefinedRadio,簡(jiǎn)稱SDR）,就是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),在可編程控制的通用硬件平臺(tái)上,利用軟件來定義實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各部分功能:包括前端接收、中頻處理以及信號(hào)的基帶處理等。即整個(gè)無線電臺(tái)從高頻、中頻、基帶直到控制協(xié)議部分全部由軟件編程來完成。其核心是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶的“數(shù)字/模擬”轉(zhuǎn)換器，盡早地完成信號(hào)的數(shù)字化,從而使得無線電臺(tái)的功能盡可能地用軟件來定義和實(shí)現(xiàn)。軟件無線電是一種基于數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片以軟件為核心的嶄新的無線通信體系結(jié)構(gòu)。
3.智能天線
智能天線是波束間沒有切換的多波束或自適應(yīng)陣列天線。多波束天線在一個(gè)扇區(qū)中使用多個(gè)固定波束，而在自適應(yīng)陣列中，多個(gè)天線的接收信號(hào)被加權(quán)并且合成在一起使信噪比達(dá)到最大。與固定波束天線相比，天線陣列的優(yōu)點(diǎn)是除了提供高的天線增益外,還能提供相應(yīng)倍數(shù)的分集增益。智能天線具有抑制信號(hào)干擾、自動(dòng)跟蹤以及數(shù)字波束調(diào)節(jié)等智能功能,其基本工作原理是根據(jù)信號(hào)來波的方向自適應(yīng)地調(diào)整方向圖,跟蹤強(qiáng)信號(hào),減少或抵消干擾信號(hào)。智能天線的核心是智能算法,而算法決定電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度和瞬時(shí)響應(yīng)速率,因此需要選擇較好算法實(shí)現(xiàn)波束的智能控制。4.IPv6協(xié)議4G通信系統(tǒng)選擇了采用基于IP的全分組的方式傳送數(shù)據(jù)流，因此IPv6技術(shù)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議。
（1）巨大的地址空間。在一段可預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，它能夠?yàn)樗锌梢韵胂癯龅木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供一個(gè)全球惟一的地址。
（2）自動(dòng)控制。IPv6還有另一個(gè)基本特性就是它支持無狀態(tài)和有狀態(tài)兩種地址自動(dòng)配置的方式。無狀態(tài)地址自動(dòng)配置方式是獲得地址的關(guān)鍵。在這種方式下，需要配置地址的節(jié)點(diǎn)使用一種鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制獲得一個(gè)局部連接地址。一旦得到這個(gè)地址之后，它使用另一種即插即用的機(jī)制，在沒有任何人工干預(yù)的情況下，獲得一個(gè)全球惟一的路由地址。
（3）服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量（QoS）包含幾個(gè)方面的內(nèi)容。從協(xié)議的角度看，IPv6與目前的IPv4提供相同的QoS，但是IPv6的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能提供不同的服務(wù)。IPv6報(bào)頭中新增加的字段“流標(biāo)志”，有了這個(gè)20位長(zhǎng)的字段，在傳輸過程中，中國(guó)的各節(jié)點(diǎn)就可以識(shí)別和分開處理任何IP地址流。超級(jí)秘書網(wǎng)
（4)移動(dòng)性。移動(dòng)IPv6（MIPv6）在新功能和新服務(wù)方面可提供更大的靈活性。每個(gè)移動(dòng)設(shè)備設(shè)有一個(gè)固定的家鄉(xiāng)地址（homeaddress），這個(gè)地址與設(shè)備當(dāng)前接入互聯(lián)網(wǎng)的位置無關(guān)。當(dāng)設(shè)備在家鄉(xiāng)以外的地方使用時(shí),通過一個(gè)轉(zhuǎn)交地址(care-ofaddress）來提供移動(dòng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的位置信息。移動(dòng)設(shè)備每次改變位置,都要將它的轉(zhuǎn)交地址告訴給家鄉(xiāng)地址和它所對(duì)應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)。
三、結(jié)束語
由于4G與1～3G相比具有通信速度更快，網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬，通信更加靈活，智能性能更高，兼容性能更平滑等優(yōu)點(diǎn)，4G將成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。相信不久的將來4G將一統(tǒng)移動(dòng)通信的天下，產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn):
【關(guān)鍵詞】發(fā)射分集；多天線技術(shù)；TD-LTE
1.多天線技術(shù)
發(fā)射分集技術(shù)是多天線技術(shù)中的一種，在TD-LTE系統(tǒng)中有著充分的應(yīng)用。探究發(fā)射分集技術(shù)，應(yīng)從多天線技術(shù)談起。
多天線技術(shù)其實(shí)并不陌生，在TD-SCDMA應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)中，有一項(xiàng)智能天線技術(shù)，就是多天線技術(shù)的一種體現(xiàn)形式。智能天線技術(shù)采用自適應(yīng)陣列天線，獲取并利用接受信號(hào)的空間信息，通過陣列信號(hào)處理和賦形技術(shù)來改善鏈路質(zhì)量，降低多用戶間干擾，提高系統(tǒng)容量。
多天線技術(shù)是指在無線通信的發(fā)射端或接收端采用多副天線，同時(shí)結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種綜合技術(shù)。多天線技術(shù)在TD-LTE系統(tǒng)中得到了充分的應(yīng)用，從而衍生出了多種傳輸模式，大大提升了系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。具體來說，采用多天線技術(shù)后，可以獲得以下增益：
功率增益：多天線系統(tǒng)采用n個(gè)通道發(fā)射，發(fā)射總功率相當(dāng)于單通道的n倍，因此獲得10lg(n)dB的功率增益；
陣列增益：對(duì)比單天線系統(tǒng)，在相同的的發(fā)射總功率下，多天線系統(tǒng)通過對(duì)信號(hào)的相干合并，提高了接收端的平均信噪比，從而獲得了陣列增益；
空間分集增益：由于無線信道的衰落性，在單天線系統(tǒng)中，可能存在著深衰落，多天線系統(tǒng)使各天線上的信號(hào)衰落相互獨(dú)立，合并后的接收信號(hào)信噪比也變得平穩(wěn)，從而改善了接受信號(hào)的質(zhì)量，獲得了空間分集增益。
干擾抑制增益：多天線系統(tǒng)中，接收端通過適當(dāng)?shù)亩嗵炀€空域加權(quán)，合并期望信號(hào)的同時(shí)，抑制干擾信號(hào)，從而獲得接收端平均信噪比的改善，獲得了干擾抑制增益。
空間復(fù)用增益：在多天線系統(tǒng)中，可在相同的時(shí)頻資源上傳輸多個(gè)并行數(shù)據(jù)流，從而改善了數(shù)據(jù)吞吐量或者傳輸速率，獲得了空間復(fù)用增益。
2.發(fā)射分集
發(fā)射分集是一種多天線技術(shù)，其設(shè)計(jì)思想是將同樣的信息通過多個(gè)獨(dú)立衰落的信道發(fā)送出去，并在接收端利用分集合并技術(shù)將多個(gè)信道的信號(hào)進(jìn)行合并。在信道質(zhì)量不好的覆蓋區(qū)域，合并的信號(hào)衰落比單路信號(hào)衰落降低很多，從而獲取了較大的分集增益。發(fā)射分集在對(duì)抗衰落、提高鏈路可靠性方面有著顯著的成效。
發(fā)射分集可分為延遲發(fā)射分集、循環(huán)延遲發(fā)射分集、切換發(fā)射分集（TSTD和FSTD）、空時(shí)（頻）編碼四類。
2.1 延遲發(fā)射分集
延遲發(fā)射分集是最早提出的發(fā)射分集技術(shù)，其基本原理是在發(fā)送端使用多個(gè)天線，并為每個(gè)天線上的發(fā)送信號(hào)人為添加不同的延遲，使各個(gè)信號(hào)相互獨(dú)立。為了抑制延遲發(fā)射分集造成的碼間干擾，接受端必須采用能抑制碼間干擾的均衡算法，增加了接收端的復(fù)雜度。
2.2 循環(huán)延遲發(fā)射分集
為了簡(jiǎn)化接收端難度，有人提出了循環(huán)延遲發(fā)射分集技術(shù)。在循環(huán)延遲發(fā)射分集系統(tǒng)中，每路信號(hào)經(jīng)過循環(huán)移位后并行發(fā)送。該技術(shù)適用于OFDM等分塊傳輸?shù)南到y(tǒng)。
循環(huán)延遲發(fā)射分集不同于延遲發(fā)射分集，各天線信號(hào)之間不存在真正的延遲，因此不會(huì)產(chǎn)生碼間干擾。循環(huán)延遲發(fā)射分集將空間分集轉(zhuǎn)化為頻率分集，這點(diǎn)與延遲發(fā)射分集是一致的。
2.3 切換發(fā)射分集
當(dāng)發(fā)射端存在多個(gè)天線時(shí)，我們可以按照預(yù)定的模式進(jìn)行發(fā)射天線的切換，這種切換可以是時(shí)間切換（TSTD）分集，也可以是頻率切換（FSTD）分集。
在TSTD中，不同的天線在不同的時(shí)間段內(nèi)發(fā)送信號(hào)，TSTD消弱了同一碼塊內(nèi)符號(hào)之間的相關(guān)性，使等效信道產(chǎn)生了時(shí)間選擇性，接收端通過糾錯(cuò)編碼獲得分集增益。
在FSTD中，不同的天線使用不同的子載波合集發(fā)送信號(hào)，從而減小了子載波之間的相關(guān)性，使等效信道產(chǎn)生了頻率選擇性，接收端同樣可以通過糾錯(cuò)編碼獲得分集增益。
2.4 空時(shí)（頻）編碼
空時(shí)（頻）編碼是較新的發(fā)射分集技術(shù)，在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中有著充足的研究和廣泛的應(yīng)用。其實(shí)是兩種技術(shù)，一種是空時(shí)編碼（STBC）技術(shù)，一種是空頻編碼（SFBC）技術(shù)。
在STBC中，以2根發(fā)射天線為例，發(fā)送信號(hào)首先通過星座映射，以兩個(gè)符號(hào)為單位（S1和S2）進(jìn)入空時(shí)編碼器。在第一時(shí)刻天線1上發(fā)送的信號(hào)為S1,天線2上發(fā)送的信號(hào)為S2，下一時(shí)刻天線1發(fā)送-S2*，天線2發(fā)送S1*。（“*”表示復(fù)數(shù)的共軛）。其原理如下圖所示：
圖2.4-1 空時(shí)編碼原理圖
在SFBC中，其碼組結(jié)構(gòu)與STBC完全相同，唯一不同的是SFBC是以空間和頻率作為二維參數(shù)進(jìn)行編碼的，而不是STBC中的空間和時(shí)間。同樣以2根發(fā)射天線為例，在子載波1上天線1發(fā)送符號(hào)S1,天線2上發(fā)送的信號(hào)為S2，在子載波2上天線1發(fā)送-S2*，天線2發(fā)送S1*。
3.TD-LTE中的發(fā)射分集
TD-LTE系統(tǒng)采用OFDM多址技術(shù)方案。OFDM在頻域把信道分成若干正交子信道，可以有效地抵抗符號(hào)間干擾ISI。STBC和SFBC能夠充分利用空間、時(shí)間和頻率上的分集，因此將空時(shí)或空頻編碼與OFDM相結(jié)合構(gòu)成空時(shí)（頻）編碼OFDM系統(tǒng)，能夠大幅度地提高系統(tǒng)的信道容量和傳輸速率，并能有效地抵抗衰落、抑制噪聲和干擾。
TD-LTE系統(tǒng)的傳輸模式2采用的方式為：在兩天線端口時(shí)采用SFBC，在四天線端口時(shí)采用SFBC+FSTD。
天線端口是數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪壿嫸丝凇鬏敂?shù)據(jù)的碼字經(jīng)過層映射和預(yù)編碼后對(duì)應(yīng)到天線端口上。天線端口與物理天線不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
兩天線端口時(shí)的SFBC原理如圖3-1：
在圖3-1中，天線端口0中以Si和Si+1兩個(gè)符號(hào)為一個(gè)單位，全都是原始調(diào)制符號(hào)。天線端口1以與之同頻的兩個(gè)符號(hào)進(jìn)行對(duì)應(yīng)，具體見2.4內(nèi)容。
四天線端口時(shí)的SFBC+FSTD原理如圖3-2：
圖3-2 四天線端口時(shí)的SFBC+FSTD原理圖
在圖3-2中，天線端口0和天線端口2成對(duì)構(gòu)成SFBC。天線端口1和天線端口3也是SFBC的關(guān)系；天線端口0和天線端口1成對(duì)構(gòu)成FSTD，天線端口2和天線端口3也是FSTD的關(guān)系。
SFBC應(yīng)用于TD-LTE系統(tǒng)后，在降低解碼復(fù)雜度的同時(shí)，使系統(tǒng)性能獲得很大的提高，能有效改善移動(dòng)通信系統(tǒng)的性能，克服頻率選擇性哀落，降低誤碼率，提高分集增益。FSTD的應(yīng)用進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的頻率選擇性，加強(qiáng)了分集增益，使得TD-LTE系統(tǒng)高質(zhì)量和易實(shí)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)