关键词：信号 空间相关性 多天线
中图分类号：TN911.22 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0056-01
多天线技术在广义上是指使用多根发送天线或者接收天线的技术，在铁路信号传输上得到了广泛应用。而空时码技术是多天线系统的支撑技术，应用于天线之间距离足够远，相关性足够小的情况。该技术可进一步分为基于分集（包括发射分集和接收分集）的时空码和基于空分复用的空时码。空时码技术是当前的研究热点之一，其在空间域和时间域联合处理铁路接收信号的特点可以充分利用空间信号处理技术和时间处理技术的优势，有效抵抗符号间干扰，减少多址干扰，增加分集增益一级提高整个天线阵的增益。
在铁路信号空时码和MIMO技术中，通常假设发送天线和接收天线分别是独立不相关的，然而实际系统对天线设置的限制，天线之间往往存在一定的相关性。为了更直接分析相关性的影响，本文采用平坦衰落MIMO信道进行分析，并假设发送天线和接收天线分别呈均匀直线排列。在下面的分析中，设发送端和接收端天线数分别为和，MIMO信道冲激响应矩阵为，其中，表示由第个发送天线到第个发送天线的平坦信道冲激响应。接收天线上的高斯白噪声独立不相关，均值为，方差为。下面具体分析题录信号中的空间相关性对多天线技术的影响。
1 空时分组码STBC及空间相关性影响
当发送天线之间和接收天线之间存在空间相关性时，假设相邻发送或接收天线之间的空间相关数相等，即，对上述STBC方案的性能参数进行分析：
使用上述参数仿真计算可知：空间相关性使得STBC性能恶化，并且随着空间相关性的增强，性能损失增加；当相邻发送或接收天线之间的相关系数小于0.7时，性能损失小于1dB，因此存在较小相关系数时，STBC的性能损失较小；当相关系数为0.99时，性能损失大约为3dB，因此较大相关系数会使得STBC的性能恶化。
2 分层空时码V-BLAST及空间相关性影响
3 基于特征空间的MIMO技术及空间相关性影响
根据基于特征空间的MIMO算法，可知系统的频谱效率为。由此课间，信道互相关矩阵的特征值是影响信道容量和频谱效率的重要因素，二空间相关性影响特征值的经验分布。仿真试验中假设发送天线数和接收天线数分别为4，且分别呈均匀直线排列，设发送相邻天线和接收相邻天线之间的相关数相同，即。空间相关性影响信道互相关矩阵的特征值分布。当空间相关性较强时，只存在较少的可利用的特征子信道，进而影响信道的频谱效率，信道容量随着空间相关性的增强而降低。
4 小结
上述多种多天线技术都有较为优越的性能，但是在译码复杂度、最适于何种信道、对天线的要求又有所不同。总之，多天线技术可以有效地抵抗衰落的影响，克服功率和容量极限。不同的多天线技术适用于不同的通信系统，从发展的趋势来看，可以将上述多种多天线技术有效地结合以适用多种需求。
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关键词：GPS控制测量技术 线形工程测量 应用
中图分类号：TH761 文献标识码：A
1GPS测绘技术概述
1.1GPS测绘技术的含义
GPS技术，即全球定位系统，在二十世纪七十年代由美国率先进行研发，经过多年的努力于1993年在军事上首次应用，随着社会经济的不断发展，后来延伸到工程建设、教育、科研等多个领域。它的工作原理为：对目标利用卫星发射无线电信号进行导航定位，能够方便快速的发现目标，且定位精确度高、抗干扰性强，在工程测量中得到广泛的应用。
1.2GPS测绘技术的优点
GPS测绘技术在工程测量中应用广泛，它具备以下几点优势：一是测绘时间长，精度高。GPS技术不受时空的影响，能在任何地点、任何时间进行全面全天候的测量工作，且受气候、地形等自然因素影响比较小，测量数据精度高。二是成本比较低，操作方便。GPS技术可以有效减少工程对人力、物力、财力的投入，不仅可以降低成本，而且操作简单，可以减轻工作人员负担。三是GPS技术工作效率高。随着GPS技术和计算机技术的不断进步，GPS测绘时间缩短，测量效率大大提高，即在较短的时间内高效完成测量任务。四是应用广泛。随着社会经济的快速发展，GPS测绘技术已渗透到建筑、市政给排水工程、水电工程、道路、桥梁等工程项目建设中，同时在电视台、天文台等领域也得到广泛的应用。
1.3GPS-RTK技术原理
RTK测量技术的全称是实时、动态定位技术，是数据传输技术和GPS测量技术的结合。基准站、数据链、移动站三个部分形成了RTK系统，它的基础是载波相位的观测量，在基准站上设置的GPS接收机连续不断的对四颗以上的可见GPS卫星进行观测，并将所得的测站信息和观测值通过数据链传送到移动站，而移动站在对这些信息进行接收的时候也对GPS的观测数据进行采集，实时处理在系统内产生的差分观测值，并同时反馈出厘米级别的定位结果，总过程用时不到1s。
图1
2GPS-RTX控制测量技术在线形工程输电线路测量中的应用
2.1布设GPS-RTX静态控制网
输电线路一般比较长，涉及范围比较广，经常需要穿越田地、河流、山地、湖泊等地形，给工程建设带来很大的麻烦和难题。同时输电线路走向是直拐直，没有曲线段，因此控制点要沿着可研路径布设，呈一带状控制网。在进行GPS-RTX静态控制网布设时，主要要注意几点问题：一是GPS-RTX基线长度最好相差不大，保证精确度的均匀性。二是GPS-RTX静态控制网最好采取封闭式闭合环形式（或者为附合线路结构）。三是避免多路径效应。在进行GPS-RTX静态控制网布设时，要尽量避免高山、河流、湖泊等比较复杂的地形。四是做好强电磁波抗干扰工作。GPS-RTX站点的设置要尽可能的远离大功率的无线电发射源，如电视台，其距离要在400m以上，同时要远离已建高压输电线路至少200m以上。
2.2GPS-RTX技术在外业作业测量中的应用
在进行外业作业前，要做好仪器（如GPS-RTX接收机等）设置等准备工作。GPS-RTX接收机设置要根据输电线路走向来，尽量避免一些复杂的地形，如高山、河流、植被等，同时在设置好GPS-RTX接收机等仪器后不要急于观测，在GPS-RTX仪器垂直精度因子VRMS和水平精度因子HRMS在不大于0.02、综合精度因子PDOP不大于3后方可进行，且每一次观测时间要不小于10分钟。此外，外业工作人员要严格按照GPS-RTX测量标准和输电高压线路实际情况进行外业作业。先根据卫星可行性预报资料编制观测计划表，然后在实际观测中严格按照计划表执行，同时以实际作业为主相应的进行调整，并做好记录，最后在外业作业完成后及时对观测数据进行检查和分析，若数据不对就要进行补测或者重测。
2.3做好内业数据处理工作
在进行内业数据处理之前，要选定相关解算软件，并把数据输入软件中，然后对每一个观测数据进行查看和分析，把误差大或者错误的数据删除，提高整体数据解算质量。一般而言，数据解算结果有四种，固定相位解、浮点相位解、相位平滑伪距差分解和伪距差分，前三者精度指标分别大于0.1m、0.5m、0.8m，根据实际情况选择相应的精度指标。具体来说，在测量完成一天的工作后，要把基站和杆塔的数据导入计算机，使用相关解算软件计算出每一个杆塔的坐标，从而计算出每一条基线长度，然后把计算出来的数据与事前标准数据进行对比分析，允许误差在6m之内，若误差过大就要就行补测或者重测。
2.4GPS-RTX控制测量技术使用注意事项
GPS-RTX测绘技术具有不可拟比的优势，但在实际操作中还是会受到自然因素和人为因素的影响，造成观测数据精确度存在偏差。因此，在利用GPS-RTX测绘技术进行控制测量时，要注意细节问题。
（1）受作业环境的影响。虽然GPS-RTX技术不受地形的限制，具有全天候观测的特点，但观测精度还是会受地形等环境的影响，因此在进行GPS-RTX仪器设置时，应尽量避免多种路径、电磁波干扰强（如电视台等）等地段，且保证卫星高度角在10°以上。
（2）观测时段问题。在观测前要对卫星预报图等进行查看，选择最佳观测时段（一般是可见卫星数不小于5的情况下）。
（3）人为因素的影响。在进行输电高压线路测量工作时，要严格按照GPS-RTX观测相关标准进行操作，避免因操作失误影响观测质量。这就要求对工作人员进行专业培训，提高其业务能力。
3结束语
总而言之，GPS-RTX测绘技术具有全天候观测、操作方便、成本较低、精确度高等优点，在线形工程测量中得到广泛应用。本文主要从GPS-RTX静态控制网布设、外业作业、内业数据处理等几个方面分析了GPS-RTX控制测量技术在输电线测量中的应用，随着GPS-RTX技术和计算机技术的不断发展，相信GPS-RTX测绘技术将得到进一步发展和应用。
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论文关键词：智能天线 码分多址 自适应阵列 移动通信 系统容量
论文摘要：近年发展起来的CDMA移动通信系统技术相对于FDMA、TDMA系统具有较大的容量，但由于多径干扰、多址干扰的存在，其容量优势并没有得到充分的发挥，如果在基站上采用智能天线可以降低这些干扰的影响，提高系统的性能。本文通过对智能天线的认识、优势的阐述，从而引发智能天线在现代移动通信中的重要性。
1引言
我们知道，天线有很多种，但大体上可分为三大类:“线天线”、“面天线”及“阵列天线”。阵列天线最初用于雷达、声纳以及军事通信中，完成空间滤波和参数估计两大任务。当阵列天线应用到移动通信领域时，通信工程师喜欢用“智能天线”来称谓之。智能天线根据方向图形成(或称为波束形成)的方式又可分为两类:第一类，采用固定形状方向图的智能天线，且不需要参考信号;第二类，采用自适应算法形成方向图的智能天线，需要参考信号。
本文在以下提到的智能天线都是指第二类，即(自适应)智能天线，这也是目前智能天线研究的主流。
2智能天线的技术现状
在分析研究智能天线技术理论的同时，国内外一些大学、公司和研究所分别建立了试验平台，用实验的方法来验证理论研究的成果，得出相应的结论。
(1)在美国
在智能天线技术方面，美国较其它国家要成熟的多，并已开始投入实用。美国ArrayComm公司将智能天线技术应用于无线本地环路(WLL)系统。ArrayComm方案采用可变阵元配置，有12阵元、8阵元环形自适应阵列可供不同环境选用，现场实验表明在PHS基站采用该技术可以使系统容量提高4倍。
(2)在欧洲
欧洲通信委员会(CEC)在RACE(Research into AdvancedCommunication in Europe)计划中实施了第一阶段智能天线技术研究，称为TSUNAMI(The Technology in SmartAntennas for Univer-sal Advanced Mobile Infrastructure)，由德国、英国、丹麦和西班牙合作完成。该项目是在DECT基站上构造智能天线试验模型，于1995年初开始现场试验，天线阵列由8个阵元组成，射频工作频率为1.89 GHz，阵元间距可调，阵元分布有直线型、圆环型和平面型三种形式。试验模型用数字波束成形的方法实现智能天线，采用ERA技术有限公司的专用ASIC芯片BDF1108完成波束形成，使用TMS320C40芯片作为中央控制。
(3)在日本
ATR光电通信研究所研制了基于波束空间处理方式的多波束智能天线。天线阵元布局为间距半波长的16阵元平面方阵，射频工作频率是1.545 GHz。阵元组件接收信号在模数变换后，进行快速付氏变换(FFT)处理，形成正交波束后，分别采用恒模(CMA)算法或最大比值合并分集算法，数字信号处理部分由10片FPGA完成，整块电路板大小为23.3 cm×34.0 cm。ATR研究人员提出了智能天线的软件天线的概念。
我国目前有部分单位也正进行相关的研究。信威公司将智能天线应用于TDD(时分双工)方式的WLL系统中，信威公司智能天线采用8阵元环形自适应阵列，射频工作于1785~1 805 MHz，采用TDD双工方式，收发间隔10 ms，接收机灵敏度最大可提高9 dB。
3智能天线的优势
智能天线是第三代移动通信不可缺少的空域信号处理技术，归纳起来，智能天线具有以下几个突出的优点。
(1)具有测向和自适应调零功能，能把主波束对准入射信号并适应实时跟踪信号，同时还能把零响点对准干扰信号。
(2)提高输入信号的信干噪比。显然，采用多天线阵列将截获更多的空间信号，也即是获得阵列增益。
(3)能识别不同入射方向的直射波和反射波，具有较强的抗多径衰落和同信道干扰的能力。能减小普通均衡技术很难处理的快衰落对系统性能的影响。
(4)增强系统抗频率选择性衰落的能力，因为天线阵列本质上具有空间分集的能力。
(5)可以利用智能天线，实时监测电磁环境和用户情况来提高网络的管理能力。
(6)智能天线自适应调节天线增益，从而较好地解决远近效应问题。为移动台的进一步简化提供了条件。越区切换是根据基站接收的移动台功率的电平来判断的。由于阴影效应和多径衰落的影响常常导致错误的越区转接，从而增加了网络管理的负荷和用户的呼损率。在相邻小区应用的智能天线技术，可以实时地测量和记录移动台的位置和速度，为越区切换提供更可靠的依据。
4智能天线与若干空域处理技术的比较
为了进一步理解智能天线的概念，我们把智能天线和相关的传统空域处理技术加以比较。
(1)智能天线与自适应天线的比较
智能天线与自适应天线并没有本质上的区别，只是由于应用场合不同而具有显著的差异。自适应天线主要应用于雷达系统的干扰抵消，一般地，雷达接收到的干扰信号具有很强的功率电平，并且干扰源数目比天线阵列单元数少或相当。而在无线通信系统中，由于多径传播效应到达天线阵列的干扰数目远大于天线阵列单元数，入射角呈现随机分布，功率电平也有很大的动态变化范围，此时的天线叫智能天线。 转贴于
对自适应天线而言，只需对入射干扰信号进行抵消以获得信干噪比(SINR， Signal to Interference plus Noise Ratio)的最大化。对智能天线而言，由于到达阵列的多径信号的入射角和功率电平均数是随机变化的，所以获得的是统计意义上的信干噪比(SINR)的最大化。
(2)智能天线与空间分集技术的比较
空间分集是无线通信系统中常用的抗多径衰落方案。M单元智能天线也可等效为由M个空间耦合器按优化合并准则构成的空间分集阵列。因此可以认为智能天线是传统分集接收的进一步发展。
但是智能天线与空间分集技术却是有显著的差别的。首先空间分集利用了阵列天线中不同阵元耦合得到的空间信号的弱相关性，也即是不同路径的多径信号的弱相关性。而智能天线则是对所有阵元接收的信号进行加权合并来形成空间滤波。一个根本性的区别:智能天线阵列结构的间距小于一个波长(一般取λ/2)，而空间分集阵列的间距可以为数个波长。
(3)智能天线与小区扇区化的比较
小区的扇区化可以认为是一种简化的、固定的预分配智能天线系统。智能天线则是动态地、自适应优化的扇区化技术。现在，我们来讨论一个颇有争议的问题。根据IS-95建议，当采用120°扇区时系统容量将增加3倍。由此是否可以得到结论，扇区化波束越窄系统容量提高越大?考虑到实际的电磁环境，我们认为对这一问题的回答是否定的。这是因为窄波束接收到的信号往往是由许多相关性较强的多径信号构成的。一般情况下，各径信号的时延扩展小于一个chip周期。这时信号波形易于产生畸变从而降低信号的质量达不到增加系统容量的目的。同时如果采用过窄的波束接收信号，一旦该径信号受到严重的衰落，则将直接导致通信的中断。另外，过窄的接收波束在工程上是难以实现的，并将成倍地增加设备的复杂度。
5智能天线的未来展望
(1)目前还没有一个完整的通信理论能够较全面地将智能天线的所有课题有机地联系起来，故需要建立一套较完整的智能天线理论;另一方面，高效、快速的智能算法也将是智能天线走向实用的关键。
(2)采用高速DSP技术，将原先的射频信号转移到基带进行处理。基带处理过程是数字算法的硬件实现过程。
(3)由于圆形布阵和二维任意布阵比等间隔线阵优越，同时阵列天线的数字合成算法能够用于任意形式阵列天线而形成任意图案的方向图，因而可考虑在CDMA基站中采用二维任意布阵的智能天线。
(4)在移动台中(如手机)采用智能天线技术。
(5)采用智能天线技术来改善移动通信信道中上下链路不能使用同一套权值的问题，以改善上下链路的性能。
(6)目前，智能天线技术的研究已不是单一地研究智能天线本身，应与CDMA的一些关键技术(如多用户检测技术、多用户接收技术、功率控制等)结合在一起研究。
关键词：无线通信技术；物理层安全技术
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0017-02
1 引言
无线通信技术的快速发展和广泛应用，丰富了人们的日常工作和生活，尤其在军事通信应用领域，极大地提高了战场的通信能力和作战水平。然而，由于无线通信信道的固有的广播性、开放性以及传输链路的不稳定性，使得无线通信系统相比于传统的有线通信系统更加容易受到非法用户的侦查、截获和监听，带来传输数据失泄密问题。近几年来，发生的“棱镜门”、“小米移动云泄密”、“金雅拓SIM卡窃密”等事件，无不印证着信息安全在无线通信领域的重要性。因此，设计安全、高效且可靠的无线通信系统在涉及国家安全、战场通信、商业机密等应用场景中，将起着举足轻重的作用，安全通信技术的创新和发展是增强国防现代化水平，提高国与国之间竞争力的重要途径，得到了国际社会的密集关注和重视。
传统的安全技术采用以密钥管理、数字签名、身份认证等技术为主的密码学体制，其安全机制建立在计算密码学方法的基础上，借鉴计算机网络中上层协议的设计来保证信息的安全。传统的安全技术主要依靠破解生成密钥需要极高的计算复杂度来保证加密算法的有效性，然而，随着计算能力的提高和信息传输场景的多样化，传统的密钥体制日益受到挑战，其局限主要表现在以下几方面：1） 随着计算机性能的大幅提升，特别是量子计算机的出现，以计算复杂度为理论基础设计的现代密码学加密算法存在着安全隐患；2） 由于无线网络中信息传播的广播特性和系统中终端设备的移动性，使得密钥的在线分发、维护和管理更加困难；3）随着传统网络呈现出的多样性、异构性以及用户与用户之间交流、用户与基站之间交流的频繁性等特点，传统的加密方式无法发挥有效的作用。因此，探索一种新的安全传输技术来克服传统安全技术的不足，构建更加科学完善的密码体制是一个极具研究价值的课题。
近期，物理层安全技术（Physical Layer Security， PLS）的提出，为无线通信安全问题的解决开辟了新的方向，其核心思想是从信息论的角度而非仅仅通过增加计算复杂度来保证网络的信息安全。物理层安全技术利用无线传输链路的动态特性，依靠信号处理、天线、编码调制等物理层手段，在避免窃听方获取信息的同时，提供给通信方可靠的、安全可量化的通信，是解决无线通信系统中安全问题的一个新思路，具有广阔的研究和应用前景。
2 物理层安全技术
物理层安全的研究主要从两个方面进行着手：一是基于信号处理的物理层安全，二是基于安全编码的物理层安全。物理层安全编码是实现安全传输的基础，其通过主窃信道之差，从信息论的角度，来避免信息的窃听，在主信道传输质量优于窃听信道传输质量时，可以从理论上确保完美的安全传输；另一方面，通过信号处理手段，可以有效利用无线通信系统的各种资源来进一步地提高主窃链路的差异性，为安全编码的实现提供坚实的基础。本文着重从信号处理的角度，对物理层安全相关的技术进行介绍和展望，其主要包括多天线分集技术、协作干扰技术和全双工技术等等。
2.1 多天线分集技术
随着无线多入多出（MIMO）技术的应用，终端往往具有多根发送和接收天线。多天线技术主要利用空间自由度来实现安全。对于发送端的多天线技术，主要有最大比传输（MRT）、空时编码传输（OSTBC）和发送天线选择（TAS）等方案。最大比魇浼际跤殖莆波束成型技术，其通过对多跟发射天线进行系数的加权处理，增强接收端的信号强度；空时编码技术则利用发端多天线带来的空间维度和信息传输的时间维度来提高信息传输的安全可靠性；发送天线选择技术通过选择最优的一根发射天线，使得接收端收到的瞬时信噪比最大，而该最优天线对于窃听用户端而言却是随机的，从而使得主信道质量优于窃听信道质量。在这三种技术中，由于发送天线选择仅仅需要单个射频链路，其复杂度最低，因而得到了广泛的研究。文献[1]分析了发送天线相关时，利用天线选择来实现物理层安全的性能；文献[2]中研究了信道信息反馈不完全情况下的安全性能分析；文献[3]则考虑在无线瞬时携能多入单出系统中，天线选择和信道信息反馈不完全情况下的安全传输，从上述文献中可以看到，天线选择技术可以有效地提高系统的物理层安全传输能力。
对于接收端的天线分集，由于每根天线均收到信号的一个副本，可以利用多天线技术如最大比合并（MRC）、选择合并（SC）和等增益合并（EGC）等相关技术来提高终端的接收能力，从而提高合法链路的传输质量。
图 1所示为多入多出无线通信系统中，发端和收端天线数目对系统安全传输能力的示意图，从图中可以看到，随着发端天线选择数目的增加，系统安全传输能力明显提高，而终端天线数目的增加则进一步地提高数据传输的安全性。
2.2 协作干扰技术
协作干扰技术是实现物理层安全传输的重要手段之一，在不影响合法终端正常通信的前提下，通过在传输信道的零空间上叠加人工噪声和干扰信号来扰乱窃听节点对信号的接收。人工噪声或者干扰信号可以分别在发送端[4]、接收端[5]和协作终端[6]上进行叠加。文献[4]在多入单出无线通信系统中，利用发端天线在传输信息的同时，发送干扰信号来提高传输的安全性能，并研究了系统功率分配的优化问题和传输方案的安全吞吐量。文献[5]在放大转发中继系统中，利用目的节点发送干扰来实现安全通信，并通过干扰功率分配的优化，实现最优的安全传输；文献[6]中考虑不完全信道状态信息的条件下，研究了多天线协作干扰机辅助的安全传输性能。
通过以上文献可以发现，协作干扰技术恶化了窃听信道传输质量，同时也避免了对合法用户的干扰，能够有效地满足信息的安全可靠传输。从图 2中也可以发现，随着主窃链路差异的增大，安全传输能力不断提高，而干扰机和发送天线数目的增加都可以提高系统的安全性。
2.3 基于信道估计的物理层安全技术
前面所述的多天线技术和协作干扰技术，都是利用主窃链路信号的差异来实现安全，这些技术都是在信号传输阶段起作用；而信号传输之前往往需要先对信道状态信息进行估计。可见，通过干扰、限制窃听用户对信道状态信息的估计能力，可以恶化窃听用户在数据传输阶段的有效信噪比以及对信息的破译能力，因此，差异化信道估计（DCE）也是实现物理层安全的重要手段之一。当前针对DCE的研究主要有反馈与再训练DCE方案[7]和双向训练方案[8]。
文献[7]中在多入多出信道中，设计了合法用户与窃听用户之间差异化信道质量的估计方案，该方案中通过巧妙地将人工噪声合理地加入到训练信号的零空间中，并优化合法用户的信道估计性能，限制窃听用户的估计能力，提升了系统的传输安全性。该方案的不足在于信道估计过程需要多个阶段的反馈与在训练，使得数据帧报头过长，效率低下；为此，文献中[8]对文献[7]的方法进行了改进，提出了双向训练的方案，其利用目的节点而不是基站来发送初始训练信号，窃听用户收到的信号仅仅包含合法用户到窃听用户之间的信息，而不是基站到窃听用户之间的信息，从而巧妙地避免了窃听端对初始训练阶段的估计。
3 总结与展望
本文比较了传统安全传输技术与物理层安全技术的差异性，研究了物理层中的多天线分集技术、协作干扰技术和基于信道估计的物理层安全技术。随着研究的不断深入，物理层安全技术仍然有很大的提升空间，首先，物理层安全技术实现的基础是安全编码，如何设计优异的码字对于提升安全通信能力非常重要；其次，多天线灵活的天线配置，为安全传输提供了额外的自由度，合理地设计天线和发送功率的配置，可以进一步地优化系统的安全传输能力；最后，当前研究主要是针对被动窃听的场景，而对于主动窃听和攻击模式时，现有的安全传输方案往往比较脆弱，探索跨层联合传输方案来保障无线通信系统的安全传输，将具有非常重要的研究意义和现实价值。
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关键词：微带天线；M+N+K模式；课程设计；创新课题
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）18-0079-02
一、引言
《微带天线》课程是为电磁场无线技术专业和电波传播与天线专业开设的重要专业课程，是在学习《电磁场与电磁波》、《天线原理与设计》等课程基础上，结合无线通信领域的具体需求，深入学习和探究微带天线和阵列的理论与设计，是一门理论性和实践性较强的课程[1-2]。为了培养复合型国际化人才，迅速提高学生的专业英语应用水平，《微带天线》课程的教学采用原版英文教材并辅之以英文讲授。在前期的双语教学中对教材选择和部分教学方法进行了改革探索，但多集中在如何合理运用案例教学法等以激发和调动学生的学习积极性，对实践和动手能力的培养有待改进[3]。学时分配多注重课堂教学和课后作业，对应用性的课程设计及课外学习没有相关的学时分配。
为结合学校教学综合改革试点工作，对《微带天线》双语课程进行M+N+K模式的改革探索，即教学方式按照M（课内学时）+N（课程设计）+K（课外学时）进行。目前《微带天线》双语课程是32学时，30学时理论学时，2学时习题学时。根据课程内容和教学经验，可调整相应课时安排，即课内学时28学时，课程设计4学时，课外学时4学时进行课程改革探索。下文将针对该课程的特点，分析目前存在的问题，结合M+N+K模式进行相应的初步改革探索和实践。
二、M+N+K教学模式
1.存在的问题。《微带天线》是一门理论丰富、实践性强的课程，主要涉及微带天线辐射与接收的基本原理，微带天线的基本分析方法，圆极化微带天线分析与设计，典型微带天线及阵列的基本特性等内容。该课程理论性较强，对数学基础要求高；内容复杂且抽象，需要有较强的空间想象力和抽象思维能力；同时在工程领域中应用性强。基于上述课程的特点，结合近年来双语教学经验，对目前存在的问题总结如下：
一是教学内容多，更新不及时。在学时较少的情况下要让学生较好地掌握微带天线发射与接收原理，各类微带天线、天线阵的分析方法与设计原理等知识是一项艰巨的任务。同时教学内容多年来变化不大，对新技术的更新不及时。部分学生对全英文教材、教案及教辅材料理解有困难。
二是理论教学偏多，与实例结合较少。由于微带天线分析不可避免涉及较多数学知识，如复变函数、数学物理方程等。教学中一般会通过大量的推导，获得天线的辐射特性，加之学时有限，和工程运用中的实例结合讲解不够充分。
三是缺乏实践与创新教学内容。由于理论分析占据了较多的学时，结合实践的课程设计很少甚至没有，激发学生创新意识的创新课题更是没有开设，这样很难有效提高学生的动手能力，也不利于培养学生的自主学习能力和创新意识。
针对上述问题，结合自身的教学经验和体会，提出对《微带天线》双语课程进行M+N+K模式的教学改革探索。即教学方式按照M（课内学时）+N（课程设计）+K（课外学时）进行。在夯实基础的前提下，为学生提供更多实践和创新的机会
2.课内学时-M。M+N+K模式中的M对应28学时的课内学时。首先，由于理论学时比之前减少4学时，同时需要动态增加新技术教学内容，因此必须对已有的内容进行必要的精简。例如在学习线极化微带天线时，可以只介绍矩形贴片天线分析与设计，而把圆形贴片天线的分析与设计调整到课程设计中，这样既减少了理论学习内容，又增加了实践动手的环节；又如在学习圆极化微带天线时可以将圆极化微带行波天线的分析与设计调整到课外学时中，这样可以利用课外分组学习培养学生的自主学习能力。
其次，在保证基础理论和重点部分学习的前提下，需要结合当前的实际应用需要，适度增加新的教学内容，对现有的教学内容进行吐故纳新，及时动态更新课程内容。由于本课程是一门专业课，随着技术的不断进步，会不断出现新的微带天线形式、新的分析方法和设计理论，所以必须保持教学内容的动态更新，例如增加智能天线、MIMO天线、超宽带天线、可重构天线等教学内容。在学习了基础理论和重点技术后，学生对无线通信领域的新技术兴趣浓厚，因此，为提高他们的学习热情和积极性，多开展讲座形式的前沿技术介绍更能吸引他们的关注。讲座中可以预设开放式问题让学生参与讨论，让他们在思考中提升专业水平。
再次，学习仿真软件的使用，让学生具备仿真分析的能力。目前相关用人单位需要具有研发能力，具备多种仿真软件应用能力的人才。因此在课堂教学中有必要将如Ansoft HFSS、CST、ADS等仿真软件介绍给学生，并让他们学习使用[4]。教学实践表明，在讲授了相关内容后，通过仿真软件，不仅可以使学生更好地理解课程的基本原理，掌握分析方法，还可以通过直观的三维结构和多种性能分析图表，提高学习效率，增强学习积极性。
最后，针对双语教学进行教学方式的改进。对英文教材内容进行分解，使学生更容易理解；丰富多媒体教学课件，适度增加动画与视频教学资料，如天线的三维方向图，动态电场和电流分布图，使教学手段多样化；开展互动式教学，备课时根据教学内容，做出合理规划，事先做好与学生互动的方案，让被动的接收变成主动的思考与总结，发挥学生的主体地位。
3.课程设计-N。M+N+K模式中的N对应4个学时的课程设计环节。《微带天线》课程是一个与无线通信领域应用结合紧密的专业课程，在之前的教学中，学生在完成了32学时的理论学习后对理论分析比较清楚，应用范围和实例也有一些了解，但对于如何将理论分析真正应用到具体的设计实践中却不甚明了。
因此通过教学改革，增设了课程设计环节，希望通过实践教学有效提高学生的动手能力[5]。实践教学是实施创新教育的重要环节，教学是为实践服务，实践是目的，教学是手段，从而体现培养学生的创新精神和实践能力的特点。
首先，根据教学内容及其延伸内容，设计了多组实践课题，包括微带矩形天线、微带圆形天线、正交馈电微带圆极化天线、单点馈电微带圆极化天线、微带行波梳形天线等8种不同天线设计。其次，让学生自行组合，每组3～4人，选择好题目后组内人员分工合作，完成资料收集与分析、设计仿真、性能分析、撰写报告等工作；授课教师和多名研究生组成辅导团队，进行过程辅导。最后每组选派一名代表做口头陈述，介绍各自的设计方案与性能，教师对设计结果进行讲解和评价打分，并按比例记录入最终成绩。教学实践表明，通过完整的参与课程设计过程，学生的自主学习能力和实践精神都得到了良好的改进，实现了课堂学习与实践应用的较好结合。
4.课外学时-K。M+N+K模式中的K对应4个学时课外学时。结合学校开展的创新教育，将课外学时设置为创新课题，让学生自愿组合参与其中，提升创新意识与创新能力[6]。许多研究型大学已经开始对本科生参加科研的探索，将教学重点从过去知识的传授转移到以研究、探索为基础的教学上来，使学生从单纯的知识接受者变成探索者，实现教学与研究相统一的目标。
首先，从教学内容出发，调研科技研究发展的前沿动态，设计了多组创新课题，如可重构微带天线设计，基于基片集成波导的微带天线设计，基于异向介质的微带天线设计等。创新课题属于开放式课题，只给出研究的方向，具体的性能要求需要学生从最新的科技资料中寻找并确定。其次，在自愿参与的原则下，学生自由组合成研究团队，完成背景资料收集与分析、确定设计的具体要求和指标，进行设计与仿真优化，制作天线实物，开展相应的实验测量工作，并撰写研究报告。教师进行过程辅导，最后对各组研究情况做评价和打分，并按比例记录入最终成绩。
本科生参加创新课题对于创新型人才的培养来说具有重要的意义和作用。可以使学生直接接触最新的科研动态，这对于开阔学生的思维空间、培养学生的创新意识与合作精神很有帮助。
三、结束语
本文从《微带天线》双语课程的教学实践出发，采用M+N+K模式进行了有益的教学改革和探索，将课内学时（M）、课程设计（N）与课外学时（K）有机地结合在一起。通过初步探索与实践，实现了课堂学习与实践应用的良好结合，较好地激发了学生的自主学习和创新意识。课程的教学改革还需要进行不断的探索与完善，使教学更好地服务于实践，才能为我国的现代化建设培养更多更好的创新型人才。
参考文献：
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[3]唐红艳，骆无穷，杨鹏.《微带天线》课程双语教学改革探索与实践[J].实验科学与技术，2013，11（4）：225-226.
关键词：TD-LTE智能天线；性能分析；应用
智能天线，英文名Smart Antenna，是一种广泛应用于无线通信领域的新兴专业技术，不仅集合了自适应天线技术、无线电软件技术、微波技术，也涵盖了自动控制技术、Digital Signal Processing技术（即DSP数字信号处理技术）。同许多无线通信技术一样，智能天线诞生之初也只在军事领域有所应用，但由于其本质上具备了一定程度的“自适应”功能，作为一种智能天线阵列开始逐渐转入民用通信领域。尤其是3G技术出现以后，无论是商业用途还是试验TDLTE都开始广泛使用智能天线理论与技术。
1智能天线的特点与优势
1.1特点
智能天线技术诞生的背景乃是由于空间通信环境对无线电通信在本质上存在着无法回避的干扰性、不稳定性和复杂性，其影响无线电通信质量的因素众多，主要有多径、时延、衰落、扩展等。包括气候条件、干湿度、大气污染等大量不可控情况都会对无线通信造成负面影响。例如，同类无线信号之间的交叉干扰、多地址信号的干扰和不同符号之间的串扰等。这些干扰源既降低了通信容量，也损害了通信质量，既是无线通信领域必须解决的问题，也是促成智能天线出现的本质原因。
因此，智能天线的本职工作就是排除各种无线通信干扰因素。其一在于通过控制指向多个不同用户的并行无线波，将空域内的无线信息进行过滤并定位，从而减少或降低不同无线通信用户之间的信号干扰。其二，利用无线传输时信号之间存在的相干性，按实时通信需要对天线阵列进行调整，使其改变信号发送的权值，通过在空间产生的预定无线波指向具体的目标信号，由天线主瓣跟踪目标信号（无线通信用户），零线或旁瓣则指向干扰信号，以此提高目标信号质量与移动通信利用率，同时抑制甚至删除干扰信号。
智能天线的安装与使用并不在用户端，而是在基站，主要工作原理在于影响上下行信号链路，比如针对上行链路传输的混叠信号作加权处理，得到与信号对应的无线波。又如对下行链路将要发射的信号作预加权处理，实现选择发送信号的功能等。
1.2优势
智能天线优势众多，比如快速扫描、捷变波束、合成功率、与雷达共形、多波束和分散布置等。
扫描速度是天线功能强弱的具体表现形式之一，也会在根本上影响无线通信效率与质量。智能天线中的阵列式天线利用其下各子天线中具有的众多信道单元配合数字移相器实现了无线传输中信号相位的快速切变功能，使天线扫描能力提高至在几微秒中完成无线波形成和转换位置。
捷变波束的目的则是提高滤波能力，依据“傅立叶变换”理论，无线方向图与口径照射之间通过函数转换改变信号在各无线通道中的相位与幅度，由此实现无线波束改变形状，从而提高了波束赋形的速度，增强了通信空间自适应滤波的能力。
合成功率的目的在于提高功率，主要解决某些特定雷达如超远程微波雷达与毫米波雷达的正常使用问题。工作模式为在各子阵天线或通信通道中增加放大器的形式提高发射功率，再结合移相器变化相位，以实现波束发射的定向照射，从而更加灵活、方便地设计各类特殊用途的雷达系统。
与雷达共形是为解决天线影响雷达空气动力学性能的问题，弱化乃至消除天线在非共形情况下对雷达正常运作产生的负面影响。其原理是有源共形的相控阵天线具备的先进信号处理能力为雷达共形提供了技术支持。
多波束功能主要是与捷变波束共同作用，提高天线的系统性能。由于具有波控信号的自由转换性能，在同一重复周期中，不同发射波束可便捷地形成不同指向，由此实现信号在通道中的低噪放大再传输多个波束网络。
分散布置是对既有的智能天线理论与技术的延伸，由于相控阵天线具有的子阵性质，分散布置的子阵天线之间利用相位、时间与幅度的补偿机制，再结合无线信号的处理，达到角度分辨能力与抗干扰能力的进一步提升。这也是未来智能天线发展的总体趋势和方向。
2应用分析
智能天线在TD-LTE模式应用中具有了专业性的标准化配置，其传输模式更有针对性。例如3GPPR8与3GPPR9应有各自相对独立的基础端口，前者的专用传输模式为TM7，后者则是TM8。TM7基于的专用导频端口为单端口5，MT8基于的专用导频端口则分别为端口7与端口8。3GPPR8与3GPPR9各自支持的波束赋形技术也有所不同，前者为单流技术，后者为双流技术。3GPP现有的协议内容中规定，LTE中的eNode B上，TDD与FDD一样选择专用导频模式进行波束赋形，然而TD-LTE是唯一针对终端要求强制具备波速赋形解调数据的功能。
应用智能天线后的TD-LTE峰值速度、小区覆盖范围、边缘用户吞吐量等方面具有提高质量、提升性能的作用。特别是当MIMO多天线结合智能天线组合使用后，针对不同用户波束赋形情况都能使原有性能得以提升。比如，单用户模式下其户空间可获得更大的复用增益。而多用户模式下的系统又可获得更多的分集增益。可见TD-LTE下的智能天线应用无论面对何种模式均可促进系统的性能提升。
[关键词]自适应传输系统技术；卫星；应用
中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0322-01
随着互联网技术的普及与发展，宽带多媒体业务的发展与此同时进入了一个新的阶段，因此对于卫星系统的研究越来越引人关注，大多数的卫星系统工作于3GHz波段，然而，在这个波段上，卫星信道中因降雨导致的问题极其严重。为解决这种问题，卫星自适应传输的研究已成为新的热点，本文主要针对卫星自适应传输中的关键技术进行了研究，包括：系统容量分析，编码调制方式选择以及卫星多波束功率分配技术。并且文章展望了卫星自适应传输系统中的新技术。
1. 卫星自适应传输中的关键技术
本文研究了卫星自适应传输系统中的关键技术，我们这里通过理论容量限、离散调制方式、离散编码调制方式三个角度进行对频谱效率的分析，使卫星自适应传输系统有了理论参考，然后，对卫星信道中降雨导致的问题进行数据统计分析，在此基础上提出了一种有效的调制方式选择算法，而且还提出了一种多波束功率分配动态算法，这种动态算法是基于PSO算法之上。利用这种新的算法可以对卫星天线的多波束功率进行动态的分配操作。从而使整个系统的频谱效率达到最优，根据我们模拟的计算机仿真技术的结果显示，通过这种方法获得的频谱效率将为传统固定功率分配算法的两倍。
1.1系统容量分析技术
对卫星自适应传输系统的信道容量的研究分析，应当从理论容量限、离散调制方式、离散编码调制方式三个方面进行对信道容量的分析。根据对卫星信道中降雨导致的问题进行统计分析，基于统计概率最大原则和基于相对频谱效率损失最小原则的分析，提出了新的编码调制方式选择算法，这种算法可以使卫星自适应传输系统获得较高的系统容量利用较少的编码调制方式。由于考虑到多波束多用户的卫星信道特性和功率分配的公平性原则，通过运用粒子群优化算法对卫星天线多波束的功率进行优化分配，从而使卫星自适应通信系统的信道容量达到最大化。
1.2编码调制方式选择技术
编码调制方式选择技术是一种无线收发模块，主要应用于传感器节点间的数据传输，为了解决无线通信中载波频段选择、信号的调制方式以及数据之间的传输速度等等，编码调制方式选择技术与一般的通信技术很相似，与节点硬件平台有联系的主要是链路层与物理层（数据通信协议包括：链路层、网络层、应用层、物理层）。编码调制方式选择技术在卫星自适应的传输中可以进行数据的传输，从而使卫星信号传输到我们的生活中，帮助我们解决一些生活中的难题。
1.3多波束卫星天线技术
多波束天线不仅可以利用自身的特点覆盖地面上一定的区域，并且人们又可以根据在日常工作中的需要调整多波束的形状，这样一来，多波束天线技术就可以充分利用有限的频谱资源，与此同时可以使设备站的土地面积缩小。基于多波束天线的这些优点，因此在很多的方面都利用了这种技术，尤其是在卫星的研究发射上。随着多波束卫星技术的发展，新的多波束卫星天线技术在解决卫星信道中降雨导致的问题中发挥了强大的作用，尽管，我们研究了很多针对于卫星信道传输的技术，但是多波束卫星天线技术是一种很好的解决卫星抗雨衰的技术，并且多波束卫星天线技术将被用于下一代卫星自适应传输系统之中，基于一种粒子群优化的多波束动态功率分配算法，根据卫星信道降雨导致问题的时变情况，利用动态的技术，调整卫星波束的发射速度，从而使多波束卫星通信系统达到最大化的容量。
2.卫星自适应传输系统中的新技术
2.1无线电技术
由于现在紧缺的无线频谱资源，在很久以前一位博士曾经提出了无线电的意义 ，近年来，无线电的研究越来越受人关注，已经成为一项新的研究热点，经研究发现，这一技术的应用将有效提高无线频谱的使用效率，有利于卫星技术的发展，无线电技术的成熟可以在卫星通信技术中发挥巨大的作用，随着人类对其研究的脚步进一步加快，无线电技术，将会成为卫星自适应传输技术中的又一代新的技术。
2.2多输入多输出技术
现在，多输入多输出技术在卫星通信中已经得到应用，并且很多的学者认为这种技术的应用将会给人类带来巨大的收益，带动卫星技术的新发展，多输入多输出技术，它具有多种特点，首先它拥有抗多径、分集增高的特点，其次，这种技术的频谱利用效率高于其他的技术，从而成为它被广泛运用的最大特点。为使“多输入多输出”技术在卫星自适应传输系统中得到充分的应用，我们在今后的研究中应该针对不同场景下的多输入多输出技术进行研究，使其发展成熟。
2.3数字预失真技术
随着宽带技术的发展，卫星通信系统对其调制方式高阶数的要求变得更高，但是高阶的调制方式会失真当它经过高功率放大器时，然而传统的回退方法不利于卫星通信传输，容易导致传输效率低下，所以，我们需要研制一种根据放大器的特性对信号进行预失真处理的技术，从而提高功放效率，由于我们已经对卫星调制技术有了一些基础的研究，因此，我们可以利用先前的资源，在以往的基础之上对卫星系统中的数字预失真技术进行研究。
3.结语
卫星自适应传输技术多种多样，每一种技术都拥有自身的特点，随着现代科学技术的进步与发展，科技不断的创新，卫星自适应传输技术也在发生着巨大的变化，给人类的生活带来了很大的影响，本文主要研究了卫星自适应传输中的关键的几项技术，首先为，系统容量分析技术，其次是，编码调制方式选择技术，最后为，卫星多波束功率分配技术。通过对这些技术的分析我们又提出了一些新的技术，虽然这些技术在卫星自适应传输系统中应用尚未成熟，但是随着科学技术的发展，这些技术将会在卫星通信中发挥重要的作用。
参考文献
[1] 陈烈，郭庆，贾敏等.基于循环前缀的多普勒频移算法及其改进算法研究[J].现代电子技术，2016，39（1）：1-5
关键词：GPS建筑变形，监控
近年来，伴随着国民经济建设的高速发展，高层建筑在形体和结构上显得日益复杂，加之施工工艺不断改进，这就对建筑物的变形监测提出了很多新的要求。由于高层建筑物有很多不利的监测环境，而施工工艺的改进又对形变监测工作提出了快速、高精度的要求，这些都让传统监测方法工作时显得力不从心，所以利用新的技术手段和研究新的监测方法尤显重要。GPS系统由卫星星座、接受机和地面控制站三大部分组成。作为20世纪一项高新技术，它因速度快、全天候、自动化、测站间无需通视、可同时测定点的三维坐标及精度高等优点，而获得了广泛应用。
1 GPS与传统测定方法的比较
1.1传统方法测定高层建筑动态变形的特点
在测定高层建筑变形量时，传统的测定方法有加速度传感器法、激光铅直仪法、全站仪法、近景摄影测量技术等。论文写作，GPS建筑变形。
加速度传感器法所测得的位移误差较大。激光铅直仪法只能提供建筑物局部的、相对的变形信息，测量精度较低，易受气候、风等因素影响。对较低的建筑物较为适用，对于高大建筑物(高度300 m以上)，精度会受到较大的影响。全站仪法测定的是建筑物的绝对变形信息，可用于各类建筑物，但在恶劣气候条件(如台风、大雨等)下，因激光跟踪目标困难，所以使用受到限制。近景摄影测量技术由于摄影距离不能过远，大多数的测量部门不具备摄影测量所需的仪器设备，因此，尚不能普及应用。
所以不难看出，加速度传感器法、激光铅直仪法、全站仪法、近景摄影测量技术等观测技术，在精确度、自动化程度等方面，已不能满足高层建筑的动态监测要求。
1.2 GPS测定高层建筑动态变形的优势
随着军用技术转民用的限制逐渐降低和高速发展的硬件和软件技术，GPS技术的优势已经越来越明显。
(1)可以全天候观测。实时动态(简称RTK)测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS(RTD GPS)测量技术。可通过实时计算定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判定解算结果是否成功。
(2)仪器精度高。GPS相对定位精度在50 km内达； 100～500 km达，1000km以上可达。且独立布点不会有误差积累，测量过程自动进行，不会有人为因素造成的错误，测量数据稳定可靠。
(3)自动化程度高。用GPS接收机进行测量时，仅需一人将天线准确地安置在测站上，量测天线高，接通电源，启动接收机，仪器即自动开始工作。在结束测量时，只需关闭电源，收起接收机，便完成野外数据采集。
(4)可减少误差。在变形监测中，只要天线在监测过程中能保持固定不动，接收机天线的对中误差、整平误差、定向误差、量取天线高的误差等并不会影响变形监测的结果。
(5) 操作方便。仪器体积小，重量轻，容易携带搬运，劳动强度小，外业工作量小。
(6)应用前景广。GPS技术具有全球、无误差积累等优点。使观测工作效率大大提高，同时也节省了大量的人力和物力。
2GPS变形监测技术
2.1 GPS变形监测模式
GPS用于变形监测的作业模式可概括为周期性和连续性两种。当变形体的变形速率相当缓慢，在局部时间域和空间域内可以认为稳定不动时，可利用GPS进行周期性变形监测，监测频率可为数月、一年或甚至更长时间。连续性变形监测采用固定监测仪器进行长时间的数据采集，获得变形数据系列，此时监测数据是连续的，具有较高的时间分辨率。周期性监测模式一般采用静态相对定位测量方法。论文写作，GPS建筑变形。连续性监测模式，适用于对自动化要求高，数据采集周期短的监测项目。在数据处理方法上，可选择静态相对定位和动态相对定位两种方法。在一些高层建筑物等工程的动态监测中，可运用GPS连续监测模式。论文写作，GPS建筑变形。该模式实现24小时的连续观测，使监测、监控、决策实现远距离控制，但该模式要求GPS接受设备必须永久固定在变形点上成本较高。
2.2 GPS在变形监测中的测量方法
按监测对象及要求不同，GPS在变形监测中可选择静态测量法，快速静态测量法和动态测量法三种。
1)静态测量法：静态测量法，就是把多于3台GPS接收机同时安置在观测点上同步观测一定时段，一般为1小时至2小时不等，用边连接方法构网，用后处理软件解算基线，经平差计算求定观测点三维坐标。这种方法定位精度高，适用于长边，测边相对精度可达。论文写作，GPS建筑变形。论文写作，GPS建筑变形。
2)快速静态测量法：这种方法尤其适用于对监测点的观测。其工作原理是：把两台GPS接收机安置在基准点上固定不动连续观测，另1～4台接收机在监测点上移动，每次观测5～10分钟(采样间隔为2秒)，经事后处理，解算出各监测点的三维坐标。
3)动态测量法：该方法又分准动态测量方法和实时动态测量法。实时动态测量方法原理是：在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给在各监测点上移动观测(1～3秒钟)的GPS接收机，移动GPS接收机在接收GPS信号的同时，通过无线电接收设备基准的观测数据，再根据差分定位原理，实时计算出监测点三维坐标及精度。
一般基准网应采用静态测量方法，当基准网的边长超过10 km，要考虑基准网的起算点与国际IGS站联测，基线向量解算时采用精密星历，保证基线解算的精度。对监测点进行测量时，可采用快速静态测量法。在桥梁监测时，可选择实时动态测量，如果距离近，基准点与监测点有5颗以上共视GPS卫星时，精度可达1～2 cm。
3 GPS测量数据处理
GPS数据处理过程可划分为基线解算和网平差两个阶段。
GPS基准网的基线解算，应采用GAMIT或Bernese软件和IGS精密星历。平差计算应采用PowerADJ科研办软件。对高精度GPS的数据处理分为两个主要方面：一是对GPS原始数据进行处理获得同步观测网的基线解；二是对各同步网进行整体平差和分析，获得GPS网的整体解。这些软件数据处理的重点都在于同步网的基线处理，而在网平差分析方面，特别是多个子网的系统误差分析、粗差分析及随机误差处理方面，暂无好的处理方法。
4 结语
GPS这种全新的定位手段，在工程实践中已逐步得到认同。目前，我国正处于经济发展的历史性的发展时期，各种基础设施的大量建设，各种新材料、新技术的采用，使建筑工程这一传统产业呈现勃勃生机。论文写作，GPS建筑变形。随着GPS技术的进一步开发，特别是有关高层建筑施工领域的应用技术包括基础理论的研究、实践方法的探索、信号接受手段的更新、信号处理方法和软件的开发等的发展，再加上若干工程的应用、积累和提高，GPS技术将成为在高层及超高层建筑方面广泛使用的方法。
参考文献
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【关键词】基站天线 互调分析 传输线理论 趋肤 电流密度 互调产物
doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.05.019 中图分类号：TN82 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2016）05-0090-07
引用格式：吴卫华，张申科，丁勇，等. 基站天线互调分析的13个维度[J]. 移动通信， 2016，40（5）： 90-96.
1 引言
在无线通信系统中，基站天线是收发信机与外界传播介质之间的接口。随着无线通信的发展，网络环境的复杂多变，对基站天线的互调要求通常较高。基站天线三阶互调控制水平是衡量一个天线厂家电气、结构、工艺、来料和制造等综合实力的重要指标。
文章首先介绍了基站天线的结构组成，基站天线的主体结构由外罩、反射板、馈电网络以及振子组成。为提高基站天线三阶互调指标及其批量生产一次达通率，提高基站天线长期使用的稳定性和可靠性，需要在电气、结构、工艺、选材、制造上进行系统的定性和定量研究，本文提炼出了基站天线互调分析的13个维度：（1）传输线理论；（2）趋肤深度；（3）电流密度；（4）输入功率和互调产物的关系；（5）互调的矢量叠加原理；（6）接触的非线性；（7）材料的非线性；（8）零件的表面特性；（9）温度；（10）时间和频次；（11）应力和变形；（12）外来的PIM干扰；（13）电导通和非电导通。最后归纳总结了基站天线互调测试系统搭建的关键点。
2 基站天线的结构组成
基站天线的主体结构由外罩、反射板、馈电网络以及振子组成。天线外罩是保护基站天线系统免受外部环境影响的结构件，具有良好的电磁辐射透过性能，能够经受外部环境侵袭，常用的外罩材料主要有玻璃钢、UPVC和ASA。反射板是基站天线所有部件的安装主体，在减轻重量、提高机械强度、改善辐射性能方面起到重要作用，常用的反射板材料有5系钣金用铝合金板和6系拉伸铝合金型材板。馈电网络的作用是将射频电能按照设计要求分配到各个振子，分配的幅度比和相位差决定了垂直方向的辐射方向图和增益，馈电网络有基于同轴电缆和基于微带线这两种设计方法。振子是基站天线最重要的部件之一，其设计方案的好坏决定了天线主要的几个辐射指标的性能，振子从辐射原理上可分为微带贴片和对称振子两种方案，常用的振子材料有压铸锌合金、压铸铝合金和PCB。
基于同轴电缆的馈电网络进一步细分为端口跳线、功分器、接线端子、移相器等部件。移相器是基于同轴电缆的馈电网络最为关键的部件，作用是改变流经移相器并馈入辐射单元的信号的相位，进而改变天线所形成的垂直波束的下倾角度。根据移相原理的不同，移相器可以分为两大类：（1）物理长度可变移相器，即通过改变信号传输途径的物理长度来改变相位；（2）介质滑动型移相器，即通过改变传输线的等效介电常数来改变相位。
基于微带线的馈电网络采取了一体化的设计方法，将天线内部的功分器、移相器、跳线接头全部做在一块PCB板或金属导带上，最大限度地减少了焊点。
相对于基于微带线的馈电网络，基于同轴电缆的馈电网络设计灵活性更优，研发难度和周期较低，生产控制要求更严格，在目前基站天线升级换代比较频繁的情况下，基于同轴电缆的馈电网络是行业主流。
3 基站天线互调分析的13个维度
在无源互调的分析研究中，一般基于11项基础理论来研究。由于基站天线是把射频电能和电磁波能互相转化的部件，多了一个场的维度；无源腔体内所有的接触点，电导通的点必须可靠的接触，基站天线中存在大量既可以电导通，也可以不电导通的点，所以对于天线互调的分析，可以基于13项基础理论来研究：（1）传输线理论；（2）趋肤深度；（3）电流密度；（4）输入功率和互调产物的关系；（5）互调的矢量叠加原理；（6）接触的非线性；（7）材料的非线性；（8）零件的表面特性；（9）温度；（10）时间和频次；（11）应力和变形；（12）外来的PIM干扰；（13）电导通和非电导通。
焊接对基站天线的互调影响巨大，需要较大的研究深度和广度，故不在本文展开论述。
3.1 传输线理论
如图1所示，基站天线中射频电能的传输一定是在传输线中进行的，在不同的传输线中，电流经过的表面不一样，路径的截面积不一样，传输线理论是后续探讨趋肤深度、电流密度、输入功率和互调产物关系的基础，要使互调设计好、材料选对、生产工艺控制点清晰，一定要充分理解传输线理论。传输线的连续性是影响互调的关键点。传输线的主要结构形式如图1所示：
（a）同轴线 （b）带状线 （c）微带线
图1 传输线的主要结构形式
基站天线不同传输线之间的连接通常通过焊接完成，焊接端子、焊盘设计要符合传输线连续性要求。
3.2 趋肤深度
当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小，这一现象被称为趋肤效应。
高频通路的互调，对镀层的表面质量敏感。镀层的表面质量主要由机加件或压铸件的表面粗糙度决定，同时受到电镀工艺的影响。
低频通路的互调，对镀层的厚度敏感。在电镀中采用辅助阳极，可显著改善镀层的厚度公差，可节约成本，同时又使最小镀层厚度达标。
3.3 电流密度
导线中不同点上与电流方向垂直的单位面积上流过的电流不同，为了描述每点的电流情况，有必要引入一个矢量场――电流密度，电流密度是描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量，它是矢量，其大小等于单位时间内通过某一单位面积的电量，方向向量为单位面积相应截面的法向量，指向由正电荷通过此截面的指向确定。在高频频域，由于趋肤效应，传导区域会更加局限于表面附近，因而促使电流密度增高，电流密度过高会产生不理想后果。图2是某高频振子表面的电流密度：
（6）要接低互调负载测试连接器、跳线和PCB组件（如功分器、移相器）的互调。空载测试互调，由于被测部件的失配，能量大部分被反射回互调仪，通过功放输出端口串接的环形器后的负载吸收会造成功放寿命降低。若测试的是PCB部件，由于过载造成温升，则引起铜皮附着力恶化或局部PCB的碳化，形成互调隐患。
（7）对于关键部件，如端口跳线、移相器组件，要制定合理的部件级互调测试策略。避免将有重大互调质量隐患的部件装配到天线上，造成整机互调返修困难。如可进行跳线的互调预测试、移相器组件的互调预测试。
5 结束语
文章首先介绍了基站天线的结构组成，在此基础上提出并逐项剖析了基站天线互调分析的13个维度，并强调基站天线的互调需要定性和定量来分析。基站天线三阶互调控制水平是衡量一个天线厂家电气、结构、工艺、来料和制造水平等综合实力的重要指标，本文的分析研究对基站天线互调研究的进一步发展有一定的指导和借鉴意义。
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作者简介
吴卫华：工程师，学士毕业于武汉大学，现任职于武汉虹信通信技术有限责任公司天馈事业部，主要从事基站天线、多系统接入平台和无源器件的结构工艺等研究工作。
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