時間：2022-11-27 20:32:52
序論：在您撰寫天線技術論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
1安裝指向測量技術
1．1方位角測量
采用GPS測量方法獲取大地方位角［2］。在1＃、2＃和3＃測量墩上分別架設GPS接收機，測量時段為2h，高度截止角為5°，采樣間隔為5s，如圖1所示。使用觀測站精密星歷解算得該1＃墩的WGS84下笛卡爾坐標，平差得到各點在WGS－84坐標下的平面坐標。
1．2控制網布設
采用LeicaTDA5005全站儀對8個平面控制點進行邊角網測量［3，4］，如圖2所示。1．3雙經緯儀測量系統建站與傳遞因攝影測量坐標系為局部坐標系，需利用雙經緯儀測量系統通過公共點將其轉換至大地坐標系下［5，6］。在天線角點及邊緣均勻選取8個位置，在背架上固定工裝，粘貼8個測量標志點，作為連接經緯儀系統與攝影測量系統坐標系的公共點，如圖3所示。利用雙經緯儀系統測得公共點在控制網坐標系下坐標［1，7］，即可將天線面測量點攝影測量坐標轉換至控制網坐標系下。
2面型精度測量技術
采用VSTARS工業攝影測量系統、雙經緯儀系統測量天線面型精度。在每塊面板上粘貼9個測量標志點，如圖4所示，共計1350個。每行間隔1塊面板布設1個編碼標志，共計16×5＝80個。攝影距離約為6m。利用雙經緯儀測量系統測量8個公共點在設計坐標系下的坐標；利用INCA3相機拍攝像片，單次測量拍攝約130張，導入V?STARS軟件處理得到測量點和公共點三維坐標［8］；利用8個公共點將測量點坐標轉換至設計坐標系下；將測量點坐標與天線設計模型做比對得到天線面型精度。
3安裝指向測量精度
天線指向精度依據方位角測量精度、控制網布設精度及雙經緯儀測量系統建站與傳遞精度等多方面因素估算得出。
3．1方位角測量精度
采用GPS國家二等網的要求測量，單點解算精度±2mm以內，1－3測量墩距離為185．2m，1－2測量墩距離為166．8m，換算成角度1－2方向±2．5″（0．0007°），1－3方向±2．2″（0．0006°）。
3．2控制網
布設精度平面控制網測量，對8個平面控制點進行邊角網測量，具體測量方案如圖1所示。每設站觀測2個測回，具體限差指標如表1所示。平差后最大點位誤差為±0．442mm，最大點間誤差為±0．442mm，最大邊長比例誤差為：1／212100，控制網最短邊長為20．3m，按最大點位誤差及最短邊換算最大角度影響為±4．5″（0．001°）。
3．3雙經緯儀測量
系統建站精度采用對8個公共點前后2次測量的重復精度計算雙經緯儀系統的建站精度，該坐標差（RMS）為1??192mm，故單次測量精度為1．192／2＝0．843mm。在9m范圍內引起的角度偏差值約為：0．843×29000×1803．14＝0．011。
3．4雙經緯儀測量
系統與攝影測量系統傳遞精度對雙經緯儀測量系統與攝影測量系統測得的8個公共點坐標進行公共點轉換，轉換后誤差（RMS）為0．838mm。在9m范圍內引起的角度偏差值約為：0．843×29000×1803．14＝0．011°。綜合上述角度誤差，天線指向精度約為：0．00072＋0．0012＋0．0112＋0．0112≈0．016。
4面型測量技術
精度采用公共點轉換法將測量點坐標轉換至設計坐標系下，與天線設計模型作比對得到面板各點位偏差以指導調整［9］。經4次測量、3次調整后，天線面型精度（RMS）為0．304mm，達到設計要求。各次測量天線面型精度如表2所示，測量點偏差分布如圖5所示。
5結束語
第四代移動通信技術中采用了智能天線技術，智能天線一般是指安裝在基站的天線，主要是通過能夠編程的電子相位關系來確定方向性。智能天線技術采用的是SDMA，而SDMA是衛星通信方式的一種，主要是利用天線的方向性來確定范圍，也就是頻域，從而減少了成本，增加了收益。SDMA是利用空間分割來劃分信道，采用智能天線技術可以改善信號質量，4G移動通信技術廣泛采用這一能夠降低建設成本的技術。另外，為了提高移動通信系統的性能，4G移動移動技術還采用了無線鏈路增強技術，像分集技術和多輸入多輸出（MIMO）技術，為數據的高速傳輸提供了技術支持。
2、4G移動通信技術的安全缺陷繼解決措施
病毒，一般來說，是有些計算機操作人員惡意制造的一些計算機操作指令，載入在一些人們常用的軟件和網頁當中傳播，破壞計算機的信息安全。病毒對網絡通信的破壞是猝不及防的，而且其傳播速度很快，在很短的時間內能讓成千上萬的文件或者程序受到攻擊。而且病毒自身繁殖性也很強，一旦遭到病毒侵害的程序就會自身復制，能夠像生物病毒一樣繁殖下去，對通信安全將造成巨大的危害。黑客，一般都擁有大量的計算機相關的技能，能夠輕易侵入別人的電腦或者拿別人的電腦當跳板再入侵其他的電腦來竊取用戶信息，或者破壞通信信息安全。黑客非法地對國家政府、軍事情報機關的網絡、軍事指揮系統、公司企業的計算機系統進行竊聽、篡改，以達到危害國家安全，破壞社會穩定，致使企業造成損失，這將對用戶的通信安全產生巨大的威脅。網絡服務器或者瀏覽器本身存在的安全缺陷，極易被一些惡意軟件攜帶的病毒攻擊，而這些病毒經常不容易被發現，最終對通信和信息交換造成破壞?？萍疾粩嗟匕l展，我們有信心解決以上提出的安全問題，為了有效地解決，我們在4G移動通信技術研究和開發的過程中一定要嚴密把控各方面的環節，確保第四代移動通信技術對于用戶數據的信息安全。采取增加網絡防火墻，使用更加復雜的秘鑰等措施，提高系統的抗攻擊能力，在不影響數據安全和完整性的前提下，同時提高系統的恢復能力。同時，各國政府也要成立專門的機構，出臺相關的法律法規，增加對網絡安全管理人員的培養，普及安全知識，同時加大對安全保護措施的投資力度，對危害通信安全和網絡安全的不法分子嚴懲不貸。
3、結語
摘要：主要介紹了智能天線的提出背景、基本概念、關鍵技術、優點以及國外的研究進展情況，最后指出了智能天線的發展方向。
一、前言
隨著蜂窩移動用戶的不斷增長，如何解決頻譜資源緊張、抑制各種干擾、提高通信服務質量成為一個亟待解決的問題。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、頻率跳變技術、高效的編碼技術以及進行功率控制等。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的容量，有效地抑制復雜電磁環境下的各種干擾，并且還能與各種通信系統和其他多址方式兼容，從而以較小的代價獲取較大的性能提高。目前，國內外有許多大學和公司致力于智能天線的研究。歐洲電信委員會(ETSI)明確提出智能天線是第三代移動通信系統必不可少的關鍵技術之一，并制定了相應的開發計劃。
二、智能天線的基本概念
智能天線綜合了自適應天線和陣列天線的優點，以自適應信號處理算法為基礎，并引入了人工智能的處理方法。智能天線不再是一個簡單的單元，它已成為一個具有智能的系統。其具體定義為:智能天線以天線陣列為基礎，在取得電磁信息之后，使用人工智能的方法進行處理，對電磁環境做出分析、判斷，并自動調整本身的工作狀態使之達到最佳。依據天線的智能化程度可將天線分成可變波束天線、動態相控陣列和自適應陣列3類?？勺儾ㄊ炀€依據接收功率最大原則，在幾個預設陣列波束中進行切換；動態相控陣列使用測向算法，能夠連續追蹤用戶的方向而改變天線的波束，使接收功率達到最大；自適應陣列既對用戶進行測向，又對各種干擾源進行測向，在形成波束時，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。
智能天線的發展可分成3個階段:第1階段是應用于上行鏈路，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同時應用于下行鏈路，在智能天線應用于下行鏈路后，能夠控制波束的發射方向，從而有助于頻率的復用，提高系統的容量；最后一個階段是完全的空分多址，此時在一個蜂窩系統中，可以將同一個物理信道分配給不同的用戶，例如，在TDMA中，可以將同一小區內同一時隙同一載波同時分配給兩個用戶。
三、智能天線的組成和關鍵技術
智能天線主要分為天線陣列、接收通道及數據采集、信息處理3部分。在移動通信系統中，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鍵。天線單元不僅要達到本身的性能指標，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。目前微帶天線使用較多。
接收通道及數據采集部分主要完成信號的高頻放大、變頻和A/D轉換，以形成數字信號。目前，受A/D器件抽樣速率的限制，不能直接對高射頻信號和微波信號進行采樣，必須對信號進行下變頻處理，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字波束形成兩方面的功能。進行超分辨率陣列處理的目的是獲得空間信號的參數，這些參數主要包括信號的數目、信號的來向、信號的調制方式及射頻頻率等，其中信號的來向對于實現空分多址和自適應抑制干擾有著重要作用。在眾多的超分辨率測向算法中，MUSIC算法及其改進算法一直占據主導地位，它不受天線陣排陣方式的影響，只需經過一維搜索就能實現對信號來向的無偏估計，并且估計的方差接近CRLB。此外，使用ESPRIT算法來解決移動通信中的測向問題也得到了廣泛的研究。數字波束形成主要通過調整加權系數來達到增強有用信號和抑制干擾的作用，它需要收斂速度快、精度高的算法支持。根據所需先驗知識的不同，目前的波束形成算法主要有3類:以信號來向為先驗知識，如LCMV算法；以參考信號為先驗知識，包括LMS算法及其改進算法NLMS、RLS等；不需要任何先驗知識，如CMA算法。由于移動通信環境復雜，各種算法也有各自的優缺點，因此系統中必須對多種算法取長補短，才能達到最佳效果。
四、智能天線的特點和優勢
(1)提高系統容量
在蜂窩系統中，用戶的干擾主要來自其他用戶，而智能天線將波束零點對準其他用戶，從而減少了干擾的影響。由于系統提高了接收信噪比，因此減少了頻譜資源的復用距離，從而獲得了更大的系統容量。
(2)擴大小區覆蓋距離和范圍
使用智能天線可以提高用戶和基站的功率接收效率，進一步擴大基站的通信距離，減少功率損失，從而延長電池的壽命，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，通過利用多個天線單元的接收信息和分集技術，可以將多徑衰落和其他多徑效應最小化。
(4)降低蜂窩系統的成本
智能天線利用多種技術優化了信號的接收，從而能夠顯著降低放大器成本和功率損耗，提高系統的可靠性，實現系統的低成本。
(5)提供新服務
智能天線在使用過程中必須對用戶進行測向，以確定用戶的位置，從而為用戶提供基于位置信息的服務，如緊急呼叫等。目前，美國聯邦通信委員會已準備實施用戶定位服務。
(6)更好的安全性
使用智能天線后，竊聽用戶的通話將會更加困難，因為此時盜聽者必須和用戶處于相同的通信方向上。
(7)增強網絡管理能力
利用智能天線可以實時檢測電磁環境和用戶情況，從而為實施更有效的網絡管理提供條件。
(8)解決遠近效應問題和越區切換問題
智能天線可自適應地調節天線增益，較好地解決了遠近效應問題，為移動臺的進一步簡化提供了條件。在蜂窩系統中，越區切換是根據基站接收的移動臺的功率電平來判斷的。由于陰影效應和多徑衰落的影響常常導致越區轉接，增加了網絡管理的負荷和用戶呼損率。在相鄰小區應用的智能天線技術，可以實時地測量和記錄移動臺的位置和速度，為越區切換提供更可靠的依據。
五、智能天線的技術現狀
在分析智能天線理論的同時，國內外一些大學、公司和研究所分別建立了實驗平臺，將智能天線應用于實踐中，并取得了一些成果。
(1)美國
在智能天線技術方面，美國較其他國家更加成熟，已開始投入實際應用中。美國的ArrayComm公司發展了針對GSM標準和日本PHS標準的智能天線系統。該公司已將智能天線應用于基于PHS標準的無線本地環路中，并投入了商業運行。該方案采用可變陣元配置，有12陣元、8陣元環形自適應陣列可供不同的環境選用，現場實驗表明，在PHS基站采用智能天線技術可使系統容量增加4倍。
(2)歐洲
歐洲通信委員會在RACE計劃中實施了第一階段的智能天線技術研究，稱為TSUNAMI，由德國、英國、丹麥和西班牙共同合作完成。它采用DECT標準，射頻頻率為1.89GHz，天線由8個微帶貼片組成。陣元距離可調、組陣方式可變，有直線型、圓環型和平面型3種形式。數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完成測向和求得最佳的加權系數。在典型的市區環境下進行實驗表明，該智能天線能有效跟蹤的方向分辨率大約為15°，BER優于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的16陣元平面方陣，射頻工作頻率為1.545GHz。陣元組件接收信號在A/D變換后，進行快速傅氏變換，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，數字信號處理部分由10片FPGA完成。ATR研究人員提出了智能天線的軟件天線概念。
(4)其他國家
我國的信威公司也將智能天線應用于TDD方式的WLL系統中。該智能天線采用8陣元的環形自適應陣列，射頻工作于1785~1805MHz，采用TDD工作方式，收發間隔為10ms，接收機靈敏度最大可提高9dB。此外，愛立信公司與德國運營商也將智能天線應用于GSM基站上，但該天線的智能化程度不高。韓國、加拿大等國也開展了智能天線方面的研究。
(5)用于衛星移動通信的智能天線
上文主要介紹了基于蜂窩系統的智能天線，另外還有一種用于L衛星移動通信的智能天線。該天線采用了由16個環形微帶貼片天線組成的一個4×4的方形平面陣，它的射頻頻率為1.542GHz，左旋圓極化，中頻頻率為32kHz，A/D變換器的采樣速率和分辨率分別為128kHz和8位。在數字信號處理部分，選用了10個FPGA芯片，其中8個用于16個天線支路的準相干檢測和快速傅里葉變換，另外2片則起到波束選擇、控制和接口的作用；自適應算法則選擇了CMA。系統的外場測試表明，它能產生16個波束來覆蓋整個上半空間，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捕獲和跟蹤衛星信號，從而在各種復雜的環境下均能提供比采用其他天線要高得多的通信質量。
六、智能天線面臨的挑戰和發展方向
智能天線系統在改善性能的同時，也增加了收發機的復雜度。因為要對每個用戶進行定位，并且波束形成的計算量很大，所以智能天線系統中有多個計算單元和控制單元。在實施SMDA時，資源管理也成為一個必須關注的問題。作為一種新的多址方式，在頻譜分配和移動性管理上也提出了新的問題，將會對網絡管理提出更多的需求。此外，目前智能天線的物理尺寸較大，不利于構建更小的基站。
摘要：近年發展起來的CDMA移動通信系統技術相對于FDMA、TDMA系統具有較大的容量，但由于多徑干擾、多址干擾的存在，其容量優勢并沒有得到充分的發揮，如果在基站上采用智能天線可以降低這些干擾的影響，提高系統的性能。本文通過對智能天線的認識、優勢的闡述，從而引發智能天線在現代移動通信中的重要性。
一、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、聲納以及軍事通信中，完成空間濾波和參數估計兩大任務。當陣列天線應用到移動通信領域時，通信工程師喜歡用“智能天線”來稱謂之。智能天線根據方向圖形成(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;第二類，采用自適應算法形成方向圖的智能天線，需要參考信號。
本文在以下提到的智能天線都是指第二類，即(自適應)智能天線，這也是目前智能天線研究的主流。
二、智能天線的技術現狀
在分析研究智能天線技術理論的同時，國內外一些大學、公司和研究所分別建立了試驗平臺，用實驗的方法來驗證理論研究的成果，得出相應的結論。
(1)在美國
在智能天線技術方面，美國較其它國家要成熟的多，并已開始投入實用。美國ArrayComm公司將智能天線技術應用于無線本地環路(WLL)系統。ArrayComm方案采用可變陣元配置，有12陣元、8陣元環形自適應陣列可供不同環境選用，現場實驗表明在PHS基站采用該技術可以使系統容量提高4倍。
(2)在歐洲
歐洲通信委員會(CEC)在RACE(ResearchintoAdvancedCommunicationinEurope)計劃中實施了第一階段智能天線技術研究，稱為TSUNAMI(TheTechnologyinSmartAntennasforUniver-salAdvancedMobileInfrastructure)，由德國、英國、丹麥和西班牙合作完成。該項目是在DECT基站上構造智能天線試驗模型，于1995年初開始現場試驗，天線陣列由8個陣元組成，射頻工作頻率為1.89GHz，陣元間距可調，陣元分布有直線型、圓環型和平面型三種形式。試驗模型用數字波束成形的方法實現智能天線，采用ERA技術有限公司的專用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。陣元組件接收信號在模數變換后，進行快速付氏變換(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，數字信號處理部分由10片FPGA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。
我國目前有部分單位也正進行相關的研究。信威公司將智能天線應用于TDD(時分雙工)方式的WLL系統中，信威公司智能天線采用8陣元環形自適應陣列，射頻工作于1785~1805MHz，采用TDD雙工方式，收發間隔10ms，接收機靈敏度最大可提高9dB。
三、智能天線的優勢
智能天線是第三代移動通信不可缺少的空域信號處理技術，歸納起來，智能天線具有以下幾個突出的優點。
(1)具有測向和自適應調零功能，能把主波束對準入射信號并適應實時跟蹤信號，同時還能把零響點對準干擾信號。
(2)提高輸入信號的信干噪比。顯然，采用多天線陣列將截獲更多的空間信號，也即是獲得陣列增益。
(3)能識別不同入射方向的直射波和反射波，具有較強的抗多徑衰落和同信道干擾的能力。能減小普通均衡技術很難處理的快衰落對系統性能的影響。
(4)增強系統抗頻率選擇性衰落的能力，因為天線陣列本質上具有空間分集的能力。
(5)可以利用智能天線，實時監測電磁環境和用戶情況來提高網絡的管理能力。
(6)智能天線自適應調節天線增益，從而較好地解決遠近效應問題。為移動臺的進一步簡化提供了條件。越區切換是根據基站接收的移動臺功率的電平來判斷的。由于陰影效應和多徑衰落的影響常常導致錯誤的越區轉接，從而增加了網絡管理的負荷和用戶的呼損率。在相鄰小區應用的智能天線技術，可以實時地測量和記錄移動臺的位置和速度，為越區切換提供更可靠的依據。
四、智能天線與若干空域處理技術的比較
為了進一步理解智能天線的概念，我們把智能天線和相關的傳統空域處理技術加以比較。
(1)智能天線與自適應天線的比較
智能天線與自適應天線并沒有本質上的區別，只是由于應用場合不同而具有顯著的差異。自適應天線主要應用于雷達系統的干擾抵消，一般地，雷達接收到的干擾信號具有很強的功率電平，并且干擾源數目比天線陣列單元數少或相當。而在無線通信系統中，由于多徑傳播效應到達天線陣列的干擾數目遠大于天線陣列單元數，入射角呈現隨機分布，功率電平也有很大的動態變化范圍，此時的天線叫智能天線。對自適應天線而言，只需對入射干擾信號進行抵消以獲得信干噪比(SINR，SignaltoInterferenceplusNoiseRatio)的最大化。對智能天線而言，由于到達陣列的多徑信號的入射角和功率電平均數是隨機變化的，所以獲得的是統計意義上的信干噪比(SINR)的最大化。
(2)智能天線與空間分集技術的比較
空間分集是無線通信系統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個空間耦合器按優化合并準則構成的空間分集陣列。因此可以認為智能天線是傳統分集接收的進一步發展。
但是智能天線與空間分集技術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的弱相關性，也即是不同路徑的多徑信號的弱相關性。而智能天線則是對所有陣元接收的信號進行加權合并來形成空間濾波。一個根本性的區別:智能天線陣列結構的間距小于一個波長(一般取λ/2)，而空間分集陣列的間距可以為數個波長。
(3)智能天線與小區扇區化的比較
小區的扇區化可以認為是一種簡化的、固定的預分配智能天線系統。智能天線則是動態地、自適應優化的扇區化技術?，F在，我們來討論一個頗有爭議的問題。根據IS-95建議，當采用120°扇區時系統容量將增加3倍。由此是否可以得到結論，扇區化波束越窄系統容量提高越大?考慮到實際的電磁環境，我們認為對這一問題的回答是否定的。這是因為窄波束接收到的信號往往是由許多相關性較強的多徑信號構成的。一般情況下，各徑信號的時延擴展小于一個chip周期。這時信號波形易于產生畸變從而降低信號的質量達不到增加系統容量的目的。同時如果采用過窄的波束接收信號，一旦該徑信號受到嚴重的衰落，則將直接導致通信的中斷。另外，過窄的接收波束在工程上是難以實現的，并將成倍地增加設備的復雜度。
五、智能天線的未來展望
(1)目前還沒有一個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地聯系起來，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實用的關鍵。
(2)采用高速DSP技術，將原先的射頻信號轉移到基帶進行處理?；鶐幚磉^程是數字算法的硬件實現過程。
(3)由于圓形布陣和二維任意布陣比等間隔線陣優越，同時陣列天線的數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)在移動臺中(如手機)采用智能天線技術。
(5)采用智能天線技術來改善移動通信信道中上下鏈路不能使用同一套權值的問題，以改善上下鏈路的性能。
(6)目前，智能天線技術的研究已不是單一地研究智能天線本身，應與CDMA的一些關鍵技術(如多用戶檢測技術、多用戶接收技術、功率控制等)結合在一起研究。
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、廣播電視發射天線技術的特點
廣播電視信號可以按照其發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，那么電磁波在發射過程中具有較強的穩定性，能夠保證信號發射功率的平穩性。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、廣播電視發射天線的應用
隨著科技的不斷發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，與社會保持密切聯系。進入21世紀后，隨著網絡技術的不斷發展，廣播電視發射天線技術也面臨著巨大的挑戰和機遇，通過不斷的技術改進，現階段廣播電視發射天線也獲得了較大的發展，實現了跟衛星信號的連接。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，實現了對廣播電視發射天線場區的保護。
四、結論
2．1系統硬件設計
系統硬件主要由傳感器節點、協調器、控制開關器和上位機組成。傳感器節點由傳感器、處理芯片、及通信模塊組成，主要有溫濕度傳感器、H2S氣體傳感器、NH3氣體傳感器等；控制開關器主要是由主芯片、繼電器電路、接收通信模塊組成，主要用于控制通風設備的工作狀態；協調器負責網絡的建立維護和數據的中轉，主要任務是為各個傳感器分配地址，建立和維護網絡；上位機負責數據的接收、存儲，并能根據設置的參數進行預警作用。傳感器節點由MSP430系列處理器模塊、無線通信模塊、串口通信模塊、傳感器模塊、電源模塊和其它擴展模塊組成。選取MSP430系列處理器主要考慮低功耗。為了提高節點間的通信距離，需要在發射器的輸出端和發射天線之間增加一個功率放大器，并且采用定向傳輸技術。各種傳感器模塊、控制開關器和協調器都是獨立設計的，利于節點的重復使用，提高靈活度。
2．2定向天線技術
定向天線（Directionalantenna）是指在某一個或某幾個特定方向上發射及接收電磁波特別強，而在其他的方向上發射及接收電磁波則為零或極小的一種天線。定向天線具有增益高、方向性好等特點，能夠有效抑制干擾信號，大大減少節點之間的信號干擾，增大了數據的傳輸距離和數據傳送效率，降低信號傳輸的時延和節點的功耗、提高空間復用度，能夠使多個節點同時傳輸，空間復用率高。并且通過定向天線傳輸增加額外增益能夠實現WSN節點的遠距離通信，協議可靠性高，時延小，有效提高了WSN網絡吞吐量。
2．3節點軟件系統的組成
軟件的設計主要由傳感器節點軟件、控制開關器軟件、監測軟件組成，除監測軟件外，所有程序采用C語言編程實現，監控軟件采用eclipse軟件結合an－droid－sdk完成。各個應用程序主要由各個傳感器硬件模塊的驅動、數據采集和通信協議。
2．4通信協議
2．4．1通信算法
針對養殖環境參數監測過程中存在有障礙物影響，會導致傳輸距離受限制、監測精度不高等結果，因此設計了傳輸通信協調。通信協議算法主要包含四個階段：初始化階段、路由發現階段、數據傳輸階段、路由重發現。
1）初始化階段
當系統啟動時，設置一個啟動定時器tt1時間，當tt1時間到達后，節點就定期時間（tt2時間內）向周圍節點發送信號HELLO信息，發送HEL－LO信息后就等待回復號RET信息，如果在tt2時間內收到周圍節點的RET信息，標注節點已被發現。同時，周圍節點在收到HELLO信息后，就會把此節點作為鄰節點保存在臨時列表中，在tt3時間內向發送節點發送RET信息。如果此節點在自己的通信范圍內，就作為自己的鄰節點保存在正式鄰點列表中，否則拋棄此節點。
2）路由發現階段
每個節點計算鄰居節點的數量，并且根據本身的能量、與基站節點的距離、整個網絡節點的均衡等因素，設置成為初始的簇頭節點，各個簇頭負責簇內數據的采集。除此，各個簇頭之間，為了保證路由的可靠性和降低傳輸數據消耗的能量，采用單跳或多跳的傳輸方式傳輸數據。如果簇頭節點在基站的接收范圍內，就直接把數據傳送給基站，如果不在基站接收范圍內，就計算各個簇頭離基站的位置、本身剩余的能量，保證傳輸消耗能量最低原則，采用多跳方式傳輸數據到基站。
3）數據傳輸階段
當網絡進入穩定狀態，簇內成員節點將采集的數據傳送給簇頭節點，為了避免數據冗余，簇頭節點進行數據融合后發送給基站。數據會按照設計的數據傳送格式進行傳輸。
4）路由重發現階段
由于能量的限制，如果一直保持原路由進行數據傳輸，就會導致節點能量過多而不能工作，從而破壞整個網絡的正常運行?？紤]到簇頭在網絡運行中承擔更重任務，設計簇頭更換策略。簇頭更換策略主要取決于三個因素：選舉系數、邊緣位置、閾值能量。選舉系數決定簇頭選舉的時間和更換的輪數，設置合理可行的選舉系數保證整個網絡性能；處于邊緣位置的節點若成為簇頭，會因傳輸距離太遠，容易耗盡能量而死亡；閾值能量設置得太大，導致很多節點不能成為簇頭，勢必會因數據傳輸距離過遠，導致網絡的不穩定。所以，簇頭更換策略是當簇頭的滿足選舉系統時，進入到簇頭更換，此時選取出簇內具有最大剩余能量的節點，判斷此節點是否處于邊緣位置，如果處于邊緣位置，繼續尋找簇內第二大剩余能量節點，一直到不處于邊緣位置為此，然后判定其剩余能量是否大于閾值能量，如果滿足則設置此節點為新一輪的新簇頭，并向周圍所有的節點發送成為簇頭的標志信息，重新進行簇內成員的構建，再形成新的路由進行數據的傳輸。
2．4．2MAC協議
基于定向天線的MAC協議主要使用兩種方式：使用RTS／CTS握手方式和不使用RTS／CTS握手方式。前者使用RTS獲得鄰節點的信息，RTS需要硬件設備獲取鄰節點的位置信息，后者則使用了音的信號幀，但是這兩種方式會帶來隱藏終端和聾節點等問題，從而降低了MAC的性能。為了解決這個問題，可以結合定向虛擬載波偵聽（DVCS）機制、使用多跳、SDMA（空分多址）等的優點，充分利用定向天線的優勢。
2．4．3數據通信格式
考慮到數據通信過程中的可靠性和安全性，設置了數據通信格式。1）傳感器節點到協調器的數據格式。數據格式定義如：Head＋len＋data＋stx。其中：Head（2byte），固定為0xFF，0XFE；Len（1byte），data的字節數；Data：數據域———2byte本機地址＋2byte父節點地址＋nbyte傳感器數據（n大于等于2）；stx（2byte），固定為0x0D，0X0A。具體發送命令如：FFFE0800010000031200000D0A。其中：FFFE為固定數據頭；08為數據長度；0001為本機地址（子節點地址）；0000為父節點地址；03為傳感器類型；12為傳感器數據，1Lsb＝0．1，如0x10表示1．8；0D0A為數據的結束標志。2）協調器發往監測軟件的數據格式。數據格式定義如：FFFD000430300000hhhhhh。其中：byte1byte2：傳感器端數據發送的固定頭，固定為FFFD；byte3：數據類型的標識，00為H2S傳感器的數據，01為溫濕度感測器的數據，02為NH3感測器的數據；byte4為傳感數據長度（統一為04）；byte4～byte7：為傳感器數據；Byte9～byte10：保留；byte11：byte1—byte10校驗值（相加取低8位）。
2．5網絡構建系統上電后
協調器進行搜索并尋找合理的信道，完成系統初始化和建立網絡的任務。各個傳感器節點通電后，掃描信道，尋找協調器，并加入到網絡中。加入網絡后，則開始采集環境數據，傳輸給協調器，協調器接收各個節點的數據，判定其格式正確后，將其傳輸給監測軟件。
2．6監控軟件設計
以eclipse軟件為開以平臺，結合android－sdk完成監控軟件的開發。Android系統是一個源碼公開、開放和完整的軟件，是由操作系統、用戶界面中間件和重要應用程序組成，得到手機運營商的廣泛使用。在系統的設計中，應用到了Activity、Intent、Service、An－droidUI、多線程等技術。本系統主要由以下幾個方面組成：Android軟件與硬件傳感器通信的底層驅動，包括打開串口、關閉串口、發送串口信息、接收串口信息以及異步方式讀取傳感器數據等；主界面內容顯示，包含各種傳感器數據顯示、控制開關器的控制等信息。監控軟件接收到數據時首先要對數據的格式進行分析，判定數據格式正確后，確定是哪個傳感器的數據，然后進行數據處理，計算結果，在相應界面位置顯示數值；把結果與設定的數值進行比較，如果不在設置數值范圍內，就進行報警，并把報警信息通過串口發送到協調器，協調器再轉發到控制開關器，驅動通風設備工作。
3系統的應用
根據設計的要求，系統設計完成并搭建，在豬舍做了相應的實驗和相關的測試，系統測試結果說明，系統實現相應功能，成功讀取相應的環境數據。主界面運行顯示圖中是各個傳感器終端節點采集發送回來的數值顯示和通風設備工作狀態情況?？梢酝ㄟ^“菜單鍵”設置邏輯狀態的“關閉”和“啟動”在邏輯狀態都已關閉情況下，只能顯示所有傳感器的數據和此時通風設備工作狀態，不能達到超限預警的效果。為了能實現環境參數監測的自動控制，必須要開啟所有的邏輯狀態。通過“菜單鍵”設置溫度、濕度、H2S氣體和NH3氣體的范圍，當采集數據中任一參數超出范圍，都可以自動開啟和關閉通風設備，達到自動控制效果。H2S和NH3參數范圍設置的標準是依據《農產品安全質量無公害畜禽產地環境要求（GB／T18407．3—2001）中的標準來設置，H2S和NH3應控制在10、25mg•m－3以下。根據相關研究表明，豬舍最適宜的溫度為8℃～20℃，相對濕度根據豬體質量類型的不同一般為65％～85％。
4結論
本文以面向文檔的NoSQL作為數據持久層，面向文檔的NoSQL數據庫的數據結構設計相對于關系型數據庫來說容易許多，在對數據進行查詢、數據庫操作接口方面都有很大的優勢］。因為面向文檔的NoSQL數據庫不支持多張表的JOIN操作，因此在對面向文檔的NoSQL數據集合進行設計的時候需要考慮到這方面的因素。本監測系統主要的業務功能可以分為3個模塊，分別是小區信息查詢模塊、報表統計模塊和用戶、終端管理模塊，因此，數據集合的設計同樣從這三個方面進行設計。各個數據集合之間的關系如圖1所示?？紤]到在對數據表進行設計所依據的原則基本一致，因此以下僅對小區信息查詢模塊的數據表設計進行著重分析。設計數據模型需要結合系統的特點進行分析。此系統主要實現的功能是對小區天線參數信息進行保存、管理，并以友好的界面展示給用戶，并響應用戶的各種操作。因此，在大部分的操作中，存儲天線實時參數的ANTENNAARGS表會產生大量的插入操作，本文根據各個表的不同讀寫比進行了設計，如圖2所示。本文將天線表、區域表以內嵌的形式放入了小區表，將天線參數表設計成單獨的集合，并以引用的方式指向了小區表主要是考慮到天線參數集合是被訪問最頻繁的表，會產生大量的讀寫操作，因此在小區集合與天線參數集合之間采用的是范式化的模式。其中，天線工參表(ANTENANARGS表)用來存儲從各個采集終端傳輸至管理系統的小區天線實時數據信息，具體如表1所示。小區信息表(CELL表)用來存儲各個小區的地址、天線相關參數詳細信息，如表2所示。除了上述表之外還有采集終端表(TERMI-NAL)、天線信息表(ANTENNA)和告警表(ALARM-REPORT)等。數據庫運行時，自動將所對應的數據存入相應表中。
2數據庫自動分片設計
管理系統在運行中會產生大量的寫操作，進而帶來頻繁的磁盤I/O操作，在大數據下，最好采用將數據庫分布在多臺服務器上，即分片［7］。本文采用Auto-Sharding(自動分片)及Replic-Set(復本集)相結合的方式來減輕單個數據庫服務器的負載，即在每臺Server上各自運行一個實例，組成一個Replic-Set，最后再各運行一個實例，組成ConfigServer。直接執行Addshard操作即可增加分片以緩解服務器的壓力，實現動態擴展。分片的實現重點在于片鍵設計。本文將保存天線參數信息的集合聲明了一個復合片鍵{Lacci:1，Day:1}。當來自不同的小區(可以根據Lacci進行判斷)向集群系統插入數據時，可以預計到在大部分情況下，同一小區的數據會落在單個塊或片上。
3數據庫查詢的實現
數據查詢功能為本數據庫設計的重要功能之一。數據庫將小區信息、天線參數等相關的數據信息根據用戶的要求，以界面或報表的形式全部或部分的顯示給用戶?；诒緮祿斓脑O計，用戶通過數據查詢菜單進入相應查詢界面，獲取小區信息、終端信息及告警信息等。實現“天線工程參數查詢”功能的工作流程如圖3所示。為了實現小區天線參數查詢功能，客戶端需要向數據庫發送2次請求，用戶根據需求，向控制器發送查詢請求，控制器處理查詢命令，對相應的小區進行信息查詢，待小區返回信息后，將用戶的查詢命令發送至對應小區，根據需求讀取有用信息，并返回給用戶。跟關系型數據庫相比，由于省去了大量的多表連接操作，實際上查詢的效率要高于基于關系型數據庫的多表連接查詢。查詢工作的SQL語句如下。
4數據庫備份與恢復
數據安全在數據庫設計中有很重要的地位。在各種意外情況下，如計算機硬件故障等，對數據庫進行備份和恢復能夠保障數據的完整性和安全性，使得數據損失降到最?。?］。本數據庫設計的備份選用的是副本集的方式［7］:在主節點上進行操作，寫入的數據被一步地同步到所有的從節點上，并從主節點或從節點上讀取數據，如果主節點由于某些原因斷線，會自動將一個從節點提升為主節點。在查詢分析器中運用SQL語句完成數據庫的備份和恢復。在數據庫管理界面中，用戶通過數據庫備份與恢復功能進行相應操作，確保數據的正確行和完整性。
5結束語
