發(fā)布時(shí)間：2022-09-07 09:15:34
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的微波通信技術(shù)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
論文摘要:隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛普及與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程信息處理應(yīng)用的發(fā)展,數(shù)據(jù)通信應(yīng)運(yùn)而生,它實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間,計(jì)算機(jī)與終端之間的傳遞。由于不同業(yè)務(wù)需求的變化及通信技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)通信經(jīng)過了不同的發(fā)展歷程。
數(shù)據(jù)通信是以“數(shù)據(jù)”為業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng),數(shù)據(jù)是預(yù)先約定好的具有某種含義的數(shù)字、字母或符號(hào)以及它們的組合。數(shù)據(jù)通信是20世紀(jì)50年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展,以及兩者之間的相互滲透與結(jié)合而興起的一種新的通信方式,它是計(jì)算機(jī)和通信相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛普及與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程信息處理應(yīng)用的發(fā)展,數(shù)據(jù)通信應(yīng)運(yùn)而生,它實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間,計(jì)算機(jī)與終端之間的傳遞。由于不同業(yè)務(wù)需求的變化及通信技術(shù)的發(fā)展使得數(shù)據(jù)通信經(jīng)過了不同的發(fā)展歷程。
1通信系統(tǒng)傳輸手段
電纜通信:雙絞線、同軸電纜等。市話和長途通信。調(diào)制方式:SSB/FDM?；谕S的PCM時(shí)分多路數(shù)字基帶傳輸技術(shù)。光纖將逐漸取代同軸。
微波中繼通信:比較同軸,易架設(shè)、投資小、周期短。模擬電話微波通信主要采用SSB/FM/FDM調(diào)制,通信容量6000路/頻道。數(shù)字微波采用BPSK、QPSK及QAM調(diào)制技術(shù)。采用64QAM、256QAM等多電平調(diào)制技術(shù)提高微波通信容量,可在40M頻道內(nèi)傳送1920~7680路PCM數(shù)字電話。
光纖通信:光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸?shù)奶匦赃M(jìn)行的,具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強(qiáng)的特點(diǎn)。目前用于本地、長途、干線傳輸,并逐漸發(fā)展用戶光纖通信網(wǎng)。目前基于長波激光器和單模光纖,每路光纖通話路數(shù)超過萬門,光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來,光纖通信技術(shù)發(fā)展迅速,并有各種設(shè)備應(yīng)用,接入設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。光纖通信設(shè)備有光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)字信號(hào)處理單元兩部分組成。
衛(wèi)星通信:通信距離遠(yuǎn)、傳輸容量大、覆蓋面積大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技術(shù)使用模擬調(diào)制、頻分多路及頻分多址。數(shù)字衛(wèi)星通信采用數(shù)字調(diào)制、時(shí)分多路及時(shí)分多址。
移動(dòng)通信:GSM、CDMA。數(shù)字移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù):調(diào)制技術(shù)、糾錯(cuò)編碼和數(shù)字話音編碼。
2數(shù)據(jù)通信的構(gòu)成原理
數(shù)據(jù)終端(DTE)有分組型終端(PT)和非分組型終端(NPT)兩大類。分組型終端有計(jì)算機(jī)、數(shù)字傳真機(jī)、智能用戶電報(bào)終端(TeLetex)、用戶分組裝拆設(shè)備(PAD)、用戶分組交換機(jī)、專用電話交換機(jī)(PABX)、可視圖文接入設(shè)備(VAP)、局域網(wǎng)(LAN)等各種專用終端設(shè)備;非分組型終端有個(gè)人計(jì)算機(jī)終端、可視圖文終端、用戶電報(bào)終端等各種專用終端。數(shù)據(jù)電路由傳輸信道和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DCE)組成,如果傳輸信道為模擬信道,DCE通常就是調(diào)制解調(diào)器(MODEM),它的作用是進(jìn)行模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換;如果傳輸信道為數(shù)字信道,DCE的作用是實(shí)現(xiàn)信號(hào)碼型與電平的轉(zhuǎn)換,以及線路接續(xù)控制等。傳輸信道除有模擬和數(shù)字的區(qū)分外,還有有線信道與無線信道、專用線路與交換網(wǎng)線路之分。交換網(wǎng)線路要通過呼叫過程建立連接,通信結(jié)束后再拆除;專線連接由于是固定連接就無需上述的呼叫建立與拆線過程。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的通信控制器用于管理與數(shù)據(jù)終端相連接的所有通信線路。中央處理器用來處理由數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)。
3數(shù)據(jù)通信的分類
3.1有線數(shù)據(jù)通信
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)由用戶環(huán)路、DDN節(jié)點(diǎn)、數(shù)字信道和網(wǎng)絡(luò)控制管理中心組成。DDN是利用光纖或數(shù)字微波、衛(wèi)星等數(shù)字信道和數(shù)字交叉復(fù)用設(shè)備組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。也可以說DDN是把數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、光遷通信技術(shù)以及數(shù)字交叉連接技術(shù)結(jié)合在一起的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字信道應(yīng)包括用戶到網(wǎng)絡(luò)的連接線路,即用戶環(huán)路的傳輸也應(yīng)該是數(shù)字的,但實(shí)際上也有普通電纜和雙絞線,但傳輸質(zhì)量不如前。
分組交換網(wǎng)。分組交換網(wǎng)(PSPDN)是以CCITTX.25建議為基礎(chǔ)的,所以又稱為X.25網(wǎng)。它是采用存儲(chǔ)——轉(zhuǎn)發(fā)方式,將用戶送來的報(bào)文分成具用一定長度的數(shù)據(jù)段,并在每個(gè)數(shù)據(jù)段上加上控制信息,構(gòu)成一個(gè)帶有地址的分組組合群體,在網(wǎng)上傳輸。分組交換網(wǎng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是在一條電路上同時(shí)可開放多條虛通路,為多個(gè)用戶同時(shí)使用,網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)路由選擇功能和先進(jìn)的誤碼檢錯(cuò)功能,但網(wǎng)絡(luò)性能較差。
幀中繼網(wǎng)。幀中繼網(wǎng)絡(luò)通常由幀中繼存取設(shè)備、幀中繼交換設(shè)備和公共幀中繼服務(wù)網(wǎng)3部分組成。幀中繼網(wǎng)是從分組交換技術(shù)發(fā)展起來的。幀中繼技術(shù)是把不同長度的用戶數(shù)據(jù)組均包封在較大的幀中繼幀內(nèi),加上尋址和控制信息后在網(wǎng)上傳輸。
3.2無線數(shù)據(jù)通信
無線數(shù)據(jù)通信也稱移動(dòng)數(shù)據(jù)通信,它是在有線數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。有線數(shù)據(jù)通信依賴于有線傳輸,因此只適合于固定終端與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)之間的通信。而移動(dòng)數(shù)據(jù)通信是通過無線電波的傳播來傳送數(shù)據(jù)的,因而有可能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)狀態(tài)下的移動(dòng)通信。狹義地說,移動(dòng)數(shù)據(jù)通信就是計(jì)算機(jī)間或計(jì)算機(jī)與人之間的無線通信。它通過與有線數(shù)據(jù)網(wǎng)互聯(lián),把有線數(shù)據(jù)網(wǎng)路的應(yīng)用擴(kuò)展到移動(dòng)和便攜用戶。4網(wǎng)絡(luò)及其協(xié)議
4.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(ComputerNetwork),就是通過光纜、雙絞電話線或有、無線信道將兩臺(tái)以上計(jì)算機(jī)互聯(lián)的集合。通過網(wǎng)絡(luò)各用戶可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享,如文檔、程序、打印機(jī)和調(diào)制解調(diào)器等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按地理位置劃分,可分為網(wǎng)際網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、和局域網(wǎng)四種。Internet是世界上最大的網(wǎng)際網(wǎng);廣域網(wǎng)一般指連接一個(gè)國家內(nèi)各個(gè)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)。廣域網(wǎng)一般分布距離在100-1000公里之間;城域網(wǎng)又稱為都市網(wǎng),它的覆蓋范圍一般為一個(gè)城市,方圓不超過10-100公里;局域網(wǎng)的地理分布則相對(duì)較小,如一棟建筑物,或一個(gè)單位、一所學(xué)校,甚至一個(gè)大房間等。
局域網(wǎng)是目前使用最多的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),一個(gè)單位可使用多個(gè)局域網(wǎng),如財(cái)務(wù)部門使用局域網(wǎng)來管理財(cái)務(wù)帳目,勞動(dòng)人事部門使用局域網(wǎng)來管理人事檔案、各種人才信息等等。
4.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)對(duì)話所使用的語言,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議很多,有面向字符的協(xié)議、面向比特的協(xié)議,還有面向字節(jié)計(jì)數(shù)的協(xié)議,但最常用的是TCP/IP協(xié)議。它適用于由許多LAN組成的大型網(wǎng)絡(luò)和不需要路由選擇的小型網(wǎng)絡(luò)。TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn)是具有開放體系結(jié)構(gòu),并且非常容易管理。
TCP/IP實(shí)際上是一種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,是有關(guān)協(xié)議的集合,它包括傳輸控制協(xié)議(TransportControlProtocol)和因特網(wǎng)協(xié)議(InternetProtocol)。TCP協(xié)議用于在應(yīng)用程序之間傳送數(shù)據(jù),IP協(xié)議用于在程序與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)。由于TCP/IP具有跨平臺(tái)性,現(xiàn)已成為Internet的標(biāo)準(zhǔn)連接協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分為如下四層:網(wǎng)絡(luò)接口層:負(fù)責(zé)接收和發(fā)送物理幀;網(wǎng)絡(luò)層:負(fù)責(zé)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的通信;傳輸層:負(fù)責(zé)起點(diǎn)到終端的通信;應(yīng)用層:提供諸如文件傳輸、電子郵件等應(yīng)用程序要把數(shù)據(jù)以TCP/IP協(xié)議方式從一臺(tái)計(jì)算機(jī)傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī),數(shù)據(jù)需經(jīng)過上述四層通信軟件的處理才能在物理網(wǎng)絡(luò)中傳輸。
目前的IP協(xié)議是由32位二進(jìn)制數(shù)組成的,如202.0.96.133就表示連接到因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)使用的IP地址,在整個(gè)因特網(wǎng)上IP地址是唯一的。
論文關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信原理特點(diǎn)發(fā)展應(yīng)用
論文摘要：擴(kuò)頻通信是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中新的通信方式，它具有較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落和抗多徑性能，頻譜利用率高。本文介紹了擴(kuò)頻通信的工作原理、特點(diǎn)、及其發(fā)展應(yīng)用。
一、擴(kuò)頻通信的工作原理
在發(fā)端輸人的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出。可見，一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行3次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。擴(kuò)頻通信應(yīng)具備如下特征：(1)數(shù)字傳輸方式；(2)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息的信元重新進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的；(4)接收端用相同的擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)(解擴(kuò))，求解出被傳信息的數(shù)據(jù)。用擴(kuò)頻函數(shù)(也稱偽隨機(jī)碼)調(diào)制和對(duì)信號(hào)相關(guān)處理是擴(kuò)頻通信有別于其他通信的兩大特點(diǎn)。
二、擴(kuò)頻通信技術(shù)的特點(diǎn)
擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測的、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)，其帶寬遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(信息)帶寬，同時(shí)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的副本。擴(kuò)頻系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。
1．抗干擾性強(qiáng)
擴(kuò)頻信號(hào)的不可預(yù)測性，使擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進(jìn)行干擾，干擾起不了太大作用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴(kuò)展了信號(hào)帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號(hào)功率低于干擾信號(hào)功率的情況下，仍能不受干擾、高質(zhì)量地進(jìn)行通信，擴(kuò)展的頻譜越寬，其抗干擾性越強(qiáng)。
2.低截獲性
擴(kuò)頻信號(hào)的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號(hào)的功率密度很低，偵察接收機(jī)很難監(jiān)測到，因此擴(kuò)頻通信系統(tǒng)截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號(hào)與直達(dá)路徑信號(hào)相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會(huì)嚴(yán)重影響通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)過程，利用擴(kuò)頻碼序列間的相關(guān)特性，在接收端解擴(kuò)時(shí)，從多徑信號(hào)中分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或?qū)⒍鄰叫盘?hào)中的相同碼序列信號(hào)疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號(hào)衰落現(xiàn)象，使擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發(fā)射功率下，擴(kuò)頻信號(hào)分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號(hào)功率譜密度極低，這樣信號(hào)可以在強(qiáng)噪聲背景下，甚至在有用信號(hào)被噪聲淹沒的情況下進(jìn)行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進(jìn)一步檢測出信號(hào)的特征參數(shù)就更難了．所以擴(kuò)頻系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。同時(shí)，對(duì)不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴(kuò)頻系統(tǒng)具有高保密性。
5.易于實(shí)現(xiàn)碼分多址
在通信系統(tǒng)中，可充分利用在擴(kuò)頻調(diào)制中使用的擴(kuò)頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。
三、擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
在過去由于技術(shù)的限制，人們一直在走增加信號(hào)功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實(shí)，擴(kuò)頻通信獲得極其迅速的發(fā)展．通信的發(fā)展史又到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由用信噪比換帶寬的年代進(jìn)入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統(tǒng)的角度看擴(kuò)頻通信．最佳通信系統(tǒng)一最佳發(fā)射機(jī)+最佳接收機(jī)．幾十年來，最佳接收理論已經(jīng)很成熟，但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決，偽碼擴(kuò)頻是一種最佳的信號(hào)形式和調(diào)制制度，構(gòu)成了最佳發(fā)射機(jī)．因此，有了最佳通信系統(tǒng)一偽碼擴(kuò)頻+相關(guān)接收這種認(rèn)識(shí)，人們就不難預(yù)測擴(kuò)頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴(kuò)頻通信和自適應(yīng)通信的年代．?dāng)U頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個(gè)人通信以及各種無線本地環(huán)路，發(fā)揮越來越大的作用．接入網(wǎng)是由傳統(tǒng)的用戶線、用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)，逐步發(fā)展、演變和升級(jí)而形成的．現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)分為3部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)．由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展的“瓶頸”，各國都很重視接入網(wǎng)的發(fā)展，因此各類接人技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性，經(jīng)營者和用戶不需申請(qǐng)授權(quán)就可以自由地使用這些頻段，而無線擴(kuò)頻技術(shù)所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE802.11協(xié)議架構(gòu)的無線局域網(wǎng)也大部分選用此頻段．在無線接人系統(tǒng)中，擴(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比有著3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)、頻點(diǎn)問題容易處理、價(jià)格比較便宜．而且，擴(kuò)頻微波接入技術(shù)相對(duì)有線接入技術(shù)來說，有成本低、使用靈活、建設(shè)快捷的優(yōu)勢，在接入網(wǎng)中起著不可替代的作用．
擴(kuò)頻微波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面．語音接入(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))；數(shù)據(jù)接入；視頻接入；多媒體接入；因特網(wǎng)(Internet)接入。
四、結(jié)語
擴(kuò)頻通信是通信的一個(gè)重要分支和發(fā)展方向，是擴(kuò)頻技術(shù)與通信相結(jié)合的產(chǎn)物。本文主要論述了擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)、理論可行性及典型的工作方式。擴(kuò)頻通信的強(qiáng)抗干擾性、低截獲性、良好的抗多路徑干擾性和安全性等特點(diǎn)，使它的應(yīng)用迅速從軍用擴(kuò)展到民用通信中，它的易于實(shí)現(xiàn)碼分多址的特點(diǎn)，使它能與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)完美結(jié)合，發(fā)展前景極為廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[1]曾興雯等.擴(kuò)展頻譜通信及其多址技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.
[2]查光明,熊賢祚.擴(kuò)頻通信[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.
論文摘要：擴(kuò)頻通信是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中新的通信方式，它具有較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落和抗多徑性能，頻譜利用率高。本文介紹了擴(kuò)頻通信的工作原理、特點(diǎn)、及其發(fā)展應(yīng)用。
一、擴(kuò)頻通信的工作原理
在發(fā)端輸人的信息先調(diào)制形成數(shù)字信號(hào)，然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜，展寬后的信號(hào)再調(diào)制到射頻發(fā)送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號(hào)，變頻至中頻，然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端相同的擴(kuò)頻碼序列去相關(guān)解擴(kuò)，再經(jīng)信息解調(diào)，恢復(fù)成原始信息輸出?？梢姡话愕臄U(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行3次調(diào)制和相應(yīng)的解調(diào)。一次調(diào)制為信息調(diào)制，二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制，三次調(diào)制為射頻調(diào)制，以及相應(yīng)的信息解調(diào)、解擴(kuò)和射頻解調(diào)。與一般通信系統(tǒng)比較，多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。擴(kuò)頻通信應(yīng)具備如下特征：(1)數(shù)字傳輸方式；(2)傳輸信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關(guān)的函數(shù)(擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息的信元重新進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的；(4)接收端用相同的擴(kuò)頻函數(shù)進(jìn)行相關(guān)解調(diào)(解擴(kuò))，求解出被傳信息的數(shù)據(jù)。用擴(kuò)頻函數(shù)(也稱偽隨機(jī)碼)調(diào)制和對(duì)信號(hào)相關(guān)處理是擴(kuò)頻通信有別于其他通信的兩大特點(diǎn)。
二、擴(kuò)頻通信技術(shù)的特點(diǎn)
擴(kuò)頻信號(hào)是不可預(yù)測的、偽隨機(jī)的寬帶信號(hào)，其帶寬遠(yuǎn)大于要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)(信息)帶寬，同時(shí)接收機(jī)中必須有與寬帶載波同步的副本。擴(kuò)頻系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。
1．抗干擾性強(qiáng)
擴(kuò)頻信號(hào)的不可預(yù)測性，使擴(kuò)頻系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進(jìn)行干擾，干擾起不了太大作用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴(kuò)展了信號(hào)帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號(hào)功率低于干擾信號(hào)功率的情況下，仍能不受干擾、高質(zhì)量地進(jìn)行通信，擴(kuò)展的頻譜越寬，其抗干擾性越強(qiáng)。
2.低截獲性
擴(kuò)頻信號(hào)的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號(hào)的功率密度很低，偵察接收機(jī)很難監(jiān)測到，因此擴(kuò)頻通信系統(tǒng)截獲概率很低。
3.抗多路徑干擾性能好
多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號(hào)與直達(dá)路徑信號(hào)相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會(huì)嚴(yán)重影響通信。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中增加了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)過程，利用擴(kuò)頻碼序列間的相關(guān)特性，在接收端解擴(kuò)時(shí)，從多徑信號(hào)中分離出最強(qiáng)的有用信號(hào)，或?qū)⒍鄰叫盘?hào)中的相同碼序列信號(hào)疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號(hào)衰落現(xiàn)象，使擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有良好的抗多徑衰落特性。
4.保密性好
在一定的發(fā)射功率下，擴(kuò)頻信號(hào)分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號(hào)功率譜密度極低，這樣信號(hào)可以在強(qiáng)噪聲背景下，甚至在有用信號(hào)被噪聲淹沒的情況下進(jìn)行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進(jìn)一步檢測出信號(hào)的特征參數(shù)就更難了．所以擴(kuò)頻系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。同時(shí)，對(duì)不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴(kuò)頻系統(tǒng)具有高保密性。
5.易于實(shí)現(xiàn)碼分多址
在通信系統(tǒng)中，可充分利用在擴(kuò)頻調(diào)制中使用的擴(kuò)頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進(jìn)行解擴(kuò)，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號(hào)，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時(shí)通話而互不干擾。三、擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用
在過去由于技術(shù)的限制，人們一直在走增加信號(hào)功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，但作為相關(guān)器的“碼環(huán)”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發(fā)生器及其相關(guān)部件都已成為現(xiàn)實(shí)，擴(kuò)頻通信獲得極其迅速的發(fā)展．通信的發(fā)展史又到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由用信噪比換帶寬的年代進(jìn)入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統(tǒng)的角度看擴(kuò)頻通信．最佳通信系統(tǒng)一最佳發(fā)射機(jī)+最佳接收機(jī)．幾十年來，最佳接收理論已經(jīng)很成熟，但最佳發(fā)射問題一直沒有很好解決，偽碼擴(kuò)頻是一種最佳的信號(hào)形式和調(diào)制制度，構(gòu)成了最佳發(fā)射機(jī)．因此，有了最佳通信系統(tǒng)一偽碼擴(kuò)頻+相關(guān)接收這種認(rèn)識(shí)，人們就不難預(yù)測擴(kuò)頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴(kuò)頻通信和自適應(yīng)通信的年代．?dāng)U頻通信的熱浪已經(jīng)波及短波、超微波、微波通信和衛(wèi)星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個(gè)人通信以及各種無線本地環(huán)路，發(fā)揮越來越大的作用．接入網(wǎng)是由傳統(tǒng)的用戶線、用戶環(huán)路和用戶接入系統(tǒng)，逐步發(fā)展、演變和升級(jí)而形成的．現(xiàn)代電信網(wǎng)絡(luò)分為3部分：傳輸網(wǎng)、交換網(wǎng)和接入網(wǎng)．由于接入網(wǎng)發(fā)展較晚，往往成為電信發(fā)展的“瓶頸”，各國都很重視接入網(wǎng)的發(fā)展，因此各類接人技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性，經(jīng)營者和用戶不需申請(qǐng)授權(quán)就可以自由地使用這些頻段，而無線擴(kuò)頻技術(shù)所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE802.11協(xié)議架構(gòu)的無線局域網(wǎng)也大部分選用此頻段．在無線接人系統(tǒng)中，擴(kuò)頻微波與常規(guī)微波相比有著3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：抗干擾性強(qiáng)、頻點(diǎn)問題容易處理、價(jià)格比較便宜．而且，擴(kuò)頻微波接入技術(shù)相對(duì)有線接入技術(shù)來說，有成本低、使用靈活、建設(shè)快捷的優(yōu)勢，在接入網(wǎng)中起著不可替代的作用．
擴(kuò)頻微波主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面．語音接入(點(diǎn)對(duì)點(diǎn))；數(shù)據(jù)接入；視頻接入；多媒體接入；因特網(wǎng)(Internet)接入。
四、結(jié)語
擴(kuò)頻通信是通信的一個(gè)重要分支和發(fā)展方向，是擴(kuò)頻技術(shù)與通信相結(jié)合的產(chǎn)物。本文主要論述了擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)、理論可行性及典型的工作方式。擴(kuò)頻通信的強(qiáng)抗干擾性、低截獲性、良好的抗多路徑干擾性和安全性等特點(diǎn)，使它的應(yīng)用迅速從軍用擴(kuò)展到民用通信中，它的易于實(shí)現(xiàn)碼分多址的特點(diǎn)，使它能與第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)完美結(jié)合，發(fā)展前景極為廣闊。
參考文獻(xiàn)：
[1]曾興雯等.擴(kuò)展頻譜通信及其多址技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.
論文摘要：隨著電力通信新技術(shù)的發(fā)展，電力通信網(wǎng)作為保持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的支柱之一，在我國發(fā)揮著不可忽視的作用。為了保證我國電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，需要對(duì)電力通信行業(yè)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀有一個(gè)準(zhǔn)確客觀的認(rèn)識(shí)，并提出發(fā)展方向和建議。本文從我國電力通信的發(fā)展歷程、面臨的現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向三個(gè)方面，對(duì)其做出了闡釋。
在通信技術(shù)和電力技術(shù)飛速發(fā)展的今天，我國的電力通信行業(yè)，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，正不斷擴(kuò)展和完善。我國的電力通信網(wǎng)，是為保證我國電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)運(yùn)行而產(chǎn)生的，經(jīng)歷了從無到有，從簡單到當(dāng)今先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用，從單一到多種通信手段共用覆蓋的發(fā)展過程。電力通信在為電網(wǎng)的自動(dòng)化控制、商業(yè)化運(yùn)營和自動(dòng)化管理的過程中發(fā)揮著巨大的聯(lián)通和服務(wù)作用。
1 我國電力通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程
我國的電力通信系統(tǒng)，經(jīng)歷了一個(gè)較快的發(fā)展時(shí)期，幾十年內(nèi)，經(jīng)歷了一個(gè)從縱橫交換到程控交換、從明線和同軸電纜到光纖傳輸、從模擬網(wǎng)到數(shù)字通信網(wǎng)、從定點(diǎn)通信到移動(dòng)通信以及從主要面向硬件到主要面向軟件技術(shù)的發(fā)展階段變化。
1.1 四十年代至五六十年代
電力通信的發(fā)展始終與電網(wǎng)的發(fā)展相同步，互相支持、互相配合。在我國，四十年代，主要以東北輸電線為主，除城市外，其他地區(qū)都較為孤立，且明線電話在當(dāng)時(shí)占主要地位，長距離調(diào)度所使用的載波機(jī)主要依靠日本機(jī)器。隨著五六十年代我國用電量的明顯劇增，東北電網(wǎng)又向華北地區(qū)擴(kuò)散，建成了華北電網(wǎng)，但我國的公網(wǎng)通信仍然較為落后。此階段我國使用的電力線載波機(jī)仍是國外進(jìn)口，在向蘇聯(lián)進(jìn)口的同時(shí)我國開始自行研發(fā)生產(chǎn)。
1.2 七十年代
七十年代初期開始，我國的電力通信系統(tǒng)開始在一些信息需求量大和重要部門采用微波通信；到末期，我國的電力通信系統(tǒng)又有了進(jìn)一步發(fā)展，電力線載波通信占主導(dǎo)地位，其它有小容量（120路以下）FDM模擬微波、郵電多路載波、電纜及架空明線等，我國的電網(wǎng)已經(jīng)擴(kuò)大到擁有華北、東北和華東三大電網(wǎng)，部分地區(qū)開始形成自己的獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)。此階段我國電力通信以音頻、載波、模擬微波等通信方式為主。不過全國范圍內(nèi)，大多地區(qū)十萬千瓦以上的電網(wǎng)沒有通信干線，且通信電路不太健全、自動(dòng)化水平不高，部分地區(qū)還經(jīng)常出現(xiàn)停電現(xiàn)象，通信系統(tǒng)的落后成為我國電力工作的薄弱環(huán)節(jié)之一，給我國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了較大影響，與國外差距仍然較大。
1.3 八十年代
八十年代是我國電力通信的高速發(fā)展時(shí)期，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字微波、光纖通信和程控交換機(jī)等，大電站、大機(jī)組、超高壓輸電線路不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模越來越大。承接七十年代末的電力系統(tǒng)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，八十年代，我國開始建設(shè)電力專用通信網(wǎng)。此階段，數(shù)字微波、衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信、對(duì)流層散射通信、特高頻通信、數(shù)字程控交換機(jī)等得到了推廣與運(yùn)用。當(dāng)然，電網(wǎng)的飛速發(fā)展也為電網(wǎng)的管理和技術(shù)提出了新的要求，我國緊跟時(shí)代腳步，自上而下成立了電力通信網(wǎng)建設(shè)和管理的專門機(jī)構(gòu)，并逐步形成和完善了一套指導(dǎo)建設(shè)電力通信網(wǎng)的技術(shù)政策，制訂了有關(guān)通信的規(guī)章制度和技術(shù)要求，培養(yǎng)出了一批熟悉通信設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)、管理的人才，在政策和制度方面加強(qiáng)了力量建設(shè)。
1.4 九十年代
九十年代，我國的電力通信系統(tǒng)發(fā)展較快，有了進(jìn)一步提高，新技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用更快更靈活，在其他網(wǎng)絡(luò)上，例如傳輸網(wǎng)和交換網(wǎng)等得到了進(jìn)一步的完善，并開始引入一批高新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為現(xiàn)在的電力通信發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。
2 我國電力通信的現(xiàn)狀
2.1 電力通信網(wǎng)的主要業(yè)務(wù)形式
在我國，電力通信網(wǎng)是一種專業(yè)性極強(qiáng)的通信網(wǎng)，是電網(wǎng)的重要組成部分，在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不斷發(fā)展的今天，電力通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)形式也在不斷擴(kuò)大和發(fā)展，其主要業(yè)務(wù)形式表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
2.1.1 電網(wǎng)安全監(jiān)視和穩(wěn)定控制方面
在我國各個(gè)城市中經(jīng)常出現(xiàn)電力系統(tǒng)崩潰的現(xiàn)象，其中一個(gè)重要原因就是電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過于薄弱，而且使用極不合理。對(duì)此，許多地區(qū)在電網(wǎng)的安全監(jiān)視和穩(wěn)定性控制方面給予了不少投入。例如，購置了及時(shí)定位線路故障點(diǎn)的線路故障測距裝置；對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定的地方設(shè)置了實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)視通信網(wǎng)路的健康狀況；通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)相量測量，在電力系統(tǒng)中實(shí)施相量控制等手段，使得我國大部分地區(qū)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行成為了可能。
2.1.2 氣象與新能源方面
電力通信系統(tǒng)目前在氣象監(jiān)測方面正發(fā)揮著日益增大的作用，例如：對(duì)于常年無人監(jiān)守的戶外水電站，可借助電力通信系統(tǒng)在水電站的上游選取合適位置安放監(jiān)測臺(tái)，對(duì)一年降水情況進(jìn)行采集和網(wǎng)絡(luò)分析，然后通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳播，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面具體的分析。同時(shí)，它在新能源方面的作用也正不斷突出，對(duì)太陽能、風(fēng)能、潮汐等新能源的發(fā)電技術(shù)研究正是今后國家電力進(jìn)程的一個(gè)長期方向，因此電力通信系統(tǒng)對(duì)新能源的開發(fā)利用也是今后電力通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)方向之一。
2.1.3 環(huán)境保護(hù)方面
在環(huán)境保護(hù)力度不斷加大的今天，對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的各種排放物的監(jiān)控要求正不斷提高，目前，我國電力通信系統(tǒng)在對(duì)部分火電廠、核電站的廢氣、煙塵、放射線等的排放上已形成全面的監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)綜合利用GPS系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）等先進(jìn)技術(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)和實(shí)物樣本就地進(jìn)行分析處理，并通過網(wǎng)絡(luò)，傳輸?shù)娇偛拷y(tǒng)一備案處理，大大提高了效率，對(duì)環(huán)境保護(hù)做出了巨大貢獻(xiàn)。
2.1.4 電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營方面
電網(wǎng)商業(yè)化運(yùn)營主要依托于全國的聯(lián)網(wǎng)工程，在我國電力改革深入發(fā)展的今天，要求形成與國際互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)接軌的大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。電子商務(wù)系統(tǒng)安全性大、快捷方便，收益空間大，建立互動(dòng)式電子商務(wù)平臺(tái)，不僅能擴(kuò)展業(yè)務(wù)范圍，還能擴(kuò)大信息交流。高速而又安全的電力通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電子商務(wù)的實(shí)時(shí)交易和電力網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全維護(hù)，發(fā)揮著越來越重要的作用。
2.2 我國電力通信的主要問題
2.2.1 電力通信網(wǎng)絡(luò)管理標(biāo)準(zhǔn)不完善
我國的電力通信網(wǎng)絡(luò)，其標(biāo)準(zhǔn)和體制雖然符合國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，但在電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求下，其通信網(wǎng)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范都極不完善，規(guī)劃等制定和更新也不及時(shí)。這在新技術(shù)更新發(fā)展速度如此迅速的今天，電力通信網(wǎng)絡(luò)的管理標(biāo)準(zhǔn)不完善對(duì)電力通信網(wǎng)的整體全面發(fā)展影響較大。
2.2.2 區(qū)域發(fā)展不平衡
在我國，各地受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、政策貫徹落實(shí)程度和科技運(yùn)用程度的差異，每個(gè)地區(qū)的電力通信發(fā)展水平極不平衡。部分地區(qū)和單位早已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和光纖化環(huán)網(wǎng)，該地區(qū)的電網(wǎng)及通信業(yè)務(wù)服務(wù)能力大大加強(qiáng)；而有些地區(qū)受地理和經(jīng)濟(jì)因素的共同制約，在發(fā)展速度上落后于發(fā)達(dá)地區(qū)，有的甚至偏遠(yuǎn)到變電站連成最基本的調(diào)度電話都難以保證，各地區(qū)發(fā)展極不平衡。
3 電力通信的發(fā)展方向
3.1 加快光纖傳輸網(wǎng)的設(shè)置，加大全面網(wǎng)絡(luò)建設(shè)
我國部分地區(qū)的電力通信系統(tǒng)中，電力光纖通信網(wǎng)存在著纖芯容量不足、設(shè)備容量小的情況。因此很有必要加大投入在加快傳輸網(wǎng)的建設(shè)上。要對(duì)該地區(qū)主干光纖傳輸網(wǎng)加大改造和建設(shè)力度，吸引投資，以點(diǎn)帶面，在工程建設(shè)上做好工作。而且，要在電力通信和動(dòng)作流程中加大網(wǎng)絡(luò)的全面、系統(tǒng)建設(shè)。例如，在通信網(wǎng)的非話業(yè)務(wù)方面和網(wǎng)內(nèi)IP技術(shù)等方面要加大開拓和推廣力度，努力擴(kuò)大電力通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面，在各交換機(jī)制的組網(wǎng)工作中做好相關(guān)完善工作，把信息交換網(wǎng)絡(luò)朝著高速高效率、安全性強(qiáng)、穩(wěn)定性高的方向建設(shè)。
3.2 加大科研力度和技術(shù)研究
我國的電力傳輸技術(shù)有待提高，要在維護(hù)已有的傳統(tǒng)傳輸模式的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)改造和新技術(shù)的研發(fā)，增加業(yè)務(wù)管理力度和方面，在研究和建設(shè)電力通信網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，要鼓勵(lì)科技創(chuàng)新，將寬帶IP等新技術(shù)的運(yùn)用深入到現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)當(dāng)中，多角度加大經(jīng)費(fèi)投入和科研技術(shù)的研究。
3.3 各地嚴(yán)抓電力通信電路的建設(shè)質(zhì)量
在我國電力通信發(fā)展速度飛快的現(xiàn)狀下，要努力減少通信電路誤碼率高、公務(wù)監(jiān)控不力、監(jiān)控系統(tǒng)不通等系列問題，杜絕電力通信網(wǎng)絡(luò)工程中的低質(zhì)量工程項(xiàng)目的出現(xiàn)。各個(gè)地區(qū)應(yīng)避免“地方保護(hù)”、“門戶觀念”對(duì)工程選擇和決定的不良影響。且在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)過程中，加大科研力度和投入，其工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人還要實(shí)行責(zé)任制，做好檢測和監(jiān)管工作，及時(shí)驗(yàn)證工程指標(biāo)是否合格，確保建設(shè)質(zhì)量。
3.4 積極建設(shè)寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)
在電力通信發(fā)展規(guī)劃中，要積極地建設(shè)寬帶多業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在語音、圖像、數(shù)據(jù)、媒體、新聞等各業(yè)務(wù)領(lǐng)域?yàn)楝F(xiàn)在和今后的發(fā)展打好基礎(chǔ)，提供統(tǒng)一的多優(yōu)先等級(jí)，確保業(yè)務(wù)質(zhì)量。
3.5 致力于國內(nèi)和國際市場的開發(fā)
保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的服務(wù)，在優(yōu)化核心層基礎(chǔ)上，廣泛開展接入層、用戶層工作。在電力通信網(wǎng)絡(luò)成為功能強(qiáng)大的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要按照市場機(jī)制和市場運(yùn)行規(guī)律，充分合理地利用我們的通信網(wǎng)絡(luò)資源，積極拓寬新的增值業(yè)務(wù)和服務(wù)范圍，規(guī)劃、建設(shè)、完善好一批具有一定規(guī)模和發(fā)展?jié)摿Φ碾娏νㄐ畔到y(tǒng)模式，加大自身競爭力，逐步走向社會(huì)，參與競爭。
電力通信的戰(zhàn)略地位非同一般，做好電力通信行業(yè)的發(fā)展，必須依托于堅(jiān)固的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的通訊網(wǎng)絡(luò)，并有完善的金融和法制體系作支撐。我國的電力通信技術(shù)目前正處于穩(wěn)步上升發(fā)展時(shí)期，其具有光明的發(fā)展前途和強(qiáng)大的生命力。政府各部門也應(yīng)該加大關(guān)注力度和資金投入力度，同時(shí)電力通信行業(yè)還要積極提高自身業(yè)務(wù)水平和素質(zhì)，在技術(shù)和裝備上不斷改進(jìn)，將科技含量更高、技術(shù)更全面的成果廣泛實(shí)施，為我國的電力通信行業(yè)和全國人民帶來便利和服務(wù)。
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關(guān)鍵詞:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò); BP網(wǎng)絡(luò); 天線; EDA
中圖分類號(hào):TP18文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1004-373X(2010)15-0071-03
Application of Neural Network in Antenna Design
ZHANG Shan-shan
(Xi’an Institute of Electronic Engineering, Xi’an 710100, China)
Abstract: The application of neural network in antenna design is put forward because the processing speed of many antenna design softwares is not fast enough. A neural network-based optimization is to train the neural network with the input and output of a system, and by its associative memory self-learning function to make the output of the network is similar to the output of the original system in the case of the same input. In this way, the network can be used to simulate the output of the original system to achieve the fast calculation since the processing speed of neural networks is generally fast enough.
Keywords: neural network; BP network; antenna; EDA
0 引 言
隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日趨成熟和完善,微波通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等無線通信都在高速的發(fā)展,人們預(yù)計(jì)無線通信將在通信行業(yè)占領(lǐng)愈來愈重要的地位。天線是無線通信領(lǐng)域中非常重要的元器件,對(duì)天線的研究是無線通信研究中的一個(gè)重要的課題。目前,有很多電磁仿真軟件可以用來輔助天線設(shè)計(jì),應(yīng)用較為廣泛的Agilent公司的ADS和Ansoft公司HFSS,分別基于矩量法(Method of Moments,MoM)與有限元法(Finite Element Method,FEM),均具有較精確的天線設(shè)計(jì)方案,但是處理速度一般都不是很理想。隨著天線設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度提高,而設(shè)計(jì)周期卻在減小,提高微波EDA的處理速度成為迫切需要解決的問題。如果在不大幅度降低精確性的同時(shí)對(duì)處理速度進(jìn)行改進(jìn),就要找到一種處理方法,它必須滿足兩點(diǎn):第一,可以充分逼近任意復(fù)雜的非線性關(guān)系;第二,使得快速進(jìn)行大量運(yùn)算成為可能[1]。
而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就滿足這兩個(gè)條件,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化計(jì)算就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)想存儲(chǔ)及自學(xué)習(xí)功能,以某一系統(tǒng)的輸入作為網(wǎng)絡(luò)的輸入,以這一系統(tǒng)的輸出作為網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo),反復(fù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),最終使網(wǎng)絡(luò)具有與原系統(tǒng)相似的輸出。這樣,在相同的輸入下,就可以用網(wǎng)絡(luò)的輸出來模擬原系統(tǒng)的輸出。這里以天線設(shè)計(jì)中某些要變化的參數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入,以天線的某些性能指標(biāo)為網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練目標(biāo),用少量的原始數(shù)據(jù)(由微波EDA得出)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),直到誤差符合要求,并且用一定量的數(shù)據(jù)來測試網(wǎng)絡(luò),以確保網(wǎng)絡(luò)的輸出接近真實(shí)值。訓(xùn)練完畢后,就可以用所訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)來代替原EDA進(jìn)行計(jì)算,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理速度要快得多,從而達(dá)到了加速的目的。
1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡介
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network,ANN)早期的研究工作應(yīng)追溯至20世紀(jì)40年代,W.Mcculloch和W.Pitts首先提出神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型。1982年和1984年美國物理學(xué)家Hopfield在美國科學(xué)院院刊上發(fā)表了兩篇關(guān)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的論文,引起了巨大的反響。隨即,一大批學(xué)者和研究人員圍繞著 Hopfield提出的方法展開了進(jìn)一步的工作,形成了上世紀(jì)80年代中期以來人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮[2]。
表征神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要3個(gè)方面:網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、神經(jīng)元特性、以及學(xué)習(xí)(或訓(xùn)練)方法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由簡單的處理單元所組成的大量并行分布的處理機(jī),這種處理機(jī)具有存儲(chǔ)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的自然特性,它與人腦的相似之處概括為兩方面:一是通過學(xué)習(xí)過程利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從外部環(huán)境中獲取知識(shí);二是內(nèi)部神經(jīng)元用來存儲(chǔ)獲取的知識(shí)信息[3]。
2 天線饋電匹配設(shè)計(jì)
微帶貼片天線以其體積小、重量輕、易與載體共形、電氣性能多樣化等特點(diǎn),在無線通信領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用,因此,本文以貼片天線的貼片尺寸對(duì)S11參數(shù)影響為例說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在天線饋電匹配設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
利用Ansoft公司HFSS建立天線模型,如圖1所示?；?中心坐標(biāo)(-30,-30,0) mm,x軸90 mm,y軸80 mm,z軸1.6 mm,介電常數(shù)4.4。貼片:中心坐標(biāo)(0,0,1.6) mm,x軸37.5 mm,y軸25 mm。饋電探針:中心坐標(biāo)(2.76,10,0) mm,方向z軸,直徑0.63 mm,高16 mm。接地探針:中心坐標(biāo)(1,10,0) mm,方向z軸,直徑0.32 mm,高1.6 mm。以貼片長寬為變量,設(shè)為fx,fy,在本例中fx范圍[3.5,4.0] cm,步長01 cm;fy范圍[2.2,2.7] cm,步長01 cm;頻率范圍[22,24] GHz, 步長0002 GHz。以fx,fy,f為變量進(jìn)行掃描,共掃描點(diǎn)數(shù):3 636個(gè)。
圖1 貼片天線HFSS模型
目前,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇尚無一種統(tǒng)一而完整的理論指導(dǎo),一般只能由經(jīng)驗(yàn)選定。而網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)直接影響網(wǎng)絡(luò)的逼近能力及推廣性質(zhì)。因此,應(yīng)用中如何選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一個(gè)重要的問題。本文中采取三層的BP網(wǎng)絡(luò),BP網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)從輸入到輸出的映射功能,而數(shù)學(xué)理論已證明它具有實(shí)現(xiàn)任何復(fù)雜非線性映射的功能。這使得它特別適合于求解內(nèi)部機(jī)制復(fù)雜的問題,而且網(wǎng)絡(luò)能通過學(xué)習(xí)帶正確答案的實(shí)例集自動(dòng)提取合理的求解規(guī)則,即具有自學(xué)習(xí)能力,并具有一定的推廣、概括能力[4]。
為了使網(wǎng)絡(luò)收斂速度加快對(duì)訓(xùn)練樣本(輸入和輸出),一般采取先歸一化再訓(xùn)練的方法[5],即樣本的取值范圍都是[0,1]。中間層訓(xùn)練函數(shù)tansig,輸出層訓(xùn)練函數(shù)tansig的定義域都是[-1,+1],都包括了樣本的取值范圍。在這里學(xué)習(xí)函數(shù)設(shè)為trainlm收斂速度較其他學(xué)習(xí)函數(shù)要快。誤差設(shè)為0000 1,是因?yàn)橛?xùn)練樣本采取了先歸一化再訓(xùn)練的方法,其結(jié)果的誤差會(huì)隨著反歸一化變換時(shí)被放大,所以目標(biāo)誤差設(shè)定要小一點(diǎn),但是不能太小,否則會(huì)產(chǎn)生過擬和現(xiàn)象。
Matlab程序(BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練部分):
net=newff(Pr,[75,1],{′tansig′,′tansig′},′trainlm′); net.trainParam.epochs=1 500; net.trainParam.goal=0000 1;
net.trainParam.show=1; net.trainParam.lr=0.08; net =train(net,p,T);
網(wǎng)絡(luò)的逼近、推廣能力同學(xué)習(xí)樣本的典型性密切相關(guān),而從問題中選取典型樣本實(shí)例組成訓(xùn)練集是一個(gè)很困難的問題。一般來說,要保證BP網(wǎng)絡(luò)模擬曲線逼近原參數(shù)曲線,在選取訓(xùn)練點(diǎn)時(shí)注意兩個(gè)條件:第一,盡量使訓(xùn)練點(diǎn)分布平均,即在各個(gè)S參數(shù)曲線上的訓(xùn)練點(diǎn)盡量相等[6];第二,盡量在S參數(shù)曲線上保持平均分布。本文為了說明BP網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)是隨機(jī)選取的訓(xùn)練點(diǎn),可能不滿足這兩個(gè)條件,但是在應(yīng)用HFSS時(shí),就可以在平均在各個(gè)S參數(shù)曲線上取訓(xùn)練點(diǎn),而且在各個(gè)S參數(shù)曲線上按一定步長選取訓(xùn)練點(diǎn),這樣就可以保證上述兩個(gè)條件,使BP網(wǎng)絡(luò)模擬曲線盡量逼近原參數(shù)曲線,獲得一定數(shù)量的預(yù)測值[7]。
2.1 改變樣本點(diǎn)數(shù)量
圖2為樣本點(diǎn)為2 500時(shí)的模擬S11曲線。圖3為樣本點(diǎn)為1 500時(shí)的模擬S11曲線。訓(xùn)練誤為差0000 1,學(xué)習(xí)效率為008,中間層數(shù)為75,中間層訓(xùn)練函數(shù)tansig,輸出層訓(xùn)練函數(shù)tansig,學(xué)習(xí)函數(shù)trainlm。
圖2 樣本點(diǎn)為2 500時(shí)的模擬S11曲線
由圖2,圖3可知,在訓(xùn)練目標(biāo)誤差為0000 10的情況下,用1 500個(gè)點(diǎn)頻值模擬3 600個(gè)值的S11參數(shù)曲線,減小了多一半的工作量,可以看出,隨著樣本數(shù)量的減少,網(wǎng)絡(luò)逼近能力變差。
一般來說,隨著樣本數(shù)量的減少,網(wǎng)絡(luò)的泛化能力將變差。泛化能力差,預(yù)測能力(也稱逼近能力)也差,并且一定程度上,隨訓(xùn)練能力地提高,預(yù)測能力也提高。但這種趨勢有一個(gè)極限,當(dāng)達(dá)到此極限時(shí),隨訓(xùn)練能力的提高,預(yù)測能力反而下降,即出現(xiàn)所謂“過擬合”現(xiàn)象[8]。此時(shí),網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)了過多的樣本細(xì)節(jié),而不能反映樣本內(nèi)含的規(guī)律。
圖3 樣本點(diǎn)為1 500時(shí)的模擬S11曲線
2.2 改變中間層數(shù)量
圖4(a)是中間層為200的情況,訓(xùn)練目標(biāo)誤差為0000 10,訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差所用步數(shù)為98步。圖4(b)是中間層為75 的情況,訓(xùn)練目標(biāo)誤差為0000 10,訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差所用步數(shù)為153步。圖4(c)是中間層為50的情況,訓(xùn)練目標(biāo)誤差為0000 10,訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差所用步數(shù)為512步。
由圖4可知,中間層數(shù)量對(duì)訓(xùn)練函數(shù)所用迭代次數(shù)有影響,這實(shí)質(zhì)上是網(wǎng)絡(luò)容量的可能性與可行性的關(guān)系問題,即學(xué)習(xí)復(fù)雜性問題。同時(shí)中間層數(shù)量對(duì)訓(xùn)練函數(shù)的收斂性也有重要的影響,中間層數(shù)過少,可能會(huì)導(dǎo)致訓(xùn)練函數(shù)過程的不收斂[9]。從數(shù)學(xué)角度看,BP算法為┮恢知局部搜索的優(yōu)化方法,但它要解決的問題為求解復(fù)雜非線性函數(shù)的全局極值,因此,中間層數(shù)量過少時(shí),算法很有可能陷入局部極值,使訓(xùn)練失敗[10]。
2.3 改變學(xué)習(xí)效率
圖5(a)是學(xué)習(xí)效率為0.08的情況,訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差所用步數(shù)為153步。圖5(b)是學(xué)習(xí)效率為0.04的情況,訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差所用步數(shù)209步。圖5(c)是學(xué)習(xí)效率為0.02的情況,訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差所用步數(shù)為296步。
由圖5可知,學(xué)習(xí)效率對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測效果,即泛化能力影響不大,對(duì)訓(xùn)練達(dá)到目標(biāo)誤差所用迭代次數(shù)有影響。由于BP算法本質(zhì)上為梯度下降法,而它所要優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)又非常復(fù)雜,因此,隨著學(xué)習(xí)效率降低,必然會(huì)出現(xiàn)鋸齒形現(xiàn)象,這使得BP算法低效,而且由于優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)很復(fù)雜,它必然會(huì)在神經(jīng)元輸出接近0或1的情況下,出現(xiàn)一些平坦區(qū),在這些區(qū)域內(nèi),權(quán)值誤差改變很小,使訓(xùn)練過程幾乎停頓,即存在麻痹現(xiàn)象[7]。
圖4 不同中間層數(shù)的模擬S11曲線
圖5 不同學(xué)習(xí)效率下的模擬S11曲線
3 結(jié) 語
本文以計(jì)算貼片天線的S11參數(shù)為例,具體說明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(這里用的是BP網(wǎng)絡(luò))在天線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用, 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化計(jì)算是用某系統(tǒng)的輸入輸出來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)想存儲(chǔ)及自學(xué)習(xí)功能,在相同的輸入下,使網(wǎng)絡(luò)具有與原系統(tǒng)相似的輸出。這樣,就可以用網(wǎng)絡(luò)的輸出來模擬原系統(tǒng)的輸出,而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理速度一般來說是很快的,從而達(dá)到加快計(jì)算的目的。隨著天線設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度提高,設(shè)計(jì)周期在減小,本方法具有廣泛的應(yīng)用前景。
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