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智能天线及其在无线通信中的应用
​王方刚1 孙燕斌2(通讯作者) 谭鑫2 简雪2

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​王方刚1 孙燕斌2(通讯作者) 谭鑫2 简雪2,. 智能天线及其在无线通信中的应用[J]. 天线研究,20251. DOI:10.12721/ccn.2025.157337.
摘要: 现代化建设的发展迅速,我国的智能化建设的发展也有了改善。随着21世纪的到来,人们步入了一个经济快速发展、科技高度繁荣的时代,在这样的时代发展背景下,促进了各个行业领域的发展,但是面对如此快速的发展过程,所面临的发展问题也数不胜数。其中从无线通信技术角度来看,虽然此技术在应用过程中能够打破传统有线通信技术的各种束缚,但是在实际应用过程中还面临着各种外界干扰问题的影响,并且这种信号干扰问题会影响无线通信技术的发展速度。因此,加强研究无线通信抗干扰技术具有十分重要的现实意义。无线电通信的传播环境指的就是人们的日常生活处境,无线通信技术的信号传输方式主要是利用电磁波来进行传播,然而电磁波是比较容易会受外界各种因素的干扰,特别是当前越来越复杂的电磁环境干扰,进而导致无线通信应用过程出现很多弊端,从无线通信的传输原理和技术区别来看,主要干扰有以下几点:ISI码间干扰、CCI共道干抓以及MAI多址干扰等等。通常情况下,干扰会发生在特定的模式以及宽带状态中。因此,无线通信研究工作人员要对抗干扰技术进行深入研究,最终来推动我国无线电通信技术的全面发展。
关键词: 智能天线;无线通信;应用
DOI:10.12721/ccn.2025.157337
基金资助:校级教改项目JY2022419基于“智学重工”平台的《Labview 程序设计》课程智慧课堂混合式教学模式研究;校级金课KC20210309-陈印-数字信号处理;2022年大学生创先创业训练计划项目S202212608030:2022年大学生创先创业训练计划项目S202212608031

引言

智能天线能够根据无线通信应用环境各种具体情况,自动地形成“最佳”阵列定向波束,通过引入自适应干扰信号处理,使得智能天线阵列能够具有实现智能无线接收能力,采用自适应DSP算法,从而获得最优赋形波束,有效地实现主定向噪声的抵消、主定向波束实时跟踪期望用户的信号,达到高效地合理利用和接收期望干扰用户的信号并及时删除或抑制干扰信号的目的。

1无线通信技术与抗干扰技术的背景

在自由空间范围内,电磁波信号能够进行灵活的传播。无线通信技术正是利用了电磁波信号的这个特点来交换各种信息。目前在通信领域过程中,无线通信技术已经拥有了明显的发展优势。从目前无线电通信技术的发展形势来看,电磁波信号在传输过程中对环境要求特别严格,在信号传输过程中,无线通信系统时刻面临着各种类型的干扰。这些干扰有的是人为造成的,还有一部分是由于自然环境所导致的。其中人为信号干扰可以分为有意信号干扰和无意信号干扰。有意干扰指的是群体或个人为了获取干扰特定的信号,而故意释放出的一种制定干扰频率,导致通信信号无法正常传输或接收。

2无线通信概述和现状

无线通信是利用电磁波进行信息传递的通信方式,它可以跨越空间的限制,增强通信双方的可移动性,不仅可以利用微波进行短距离的通信,也可以利用卫星进行长距离的通信,但是同时无线通信又会受到空间中自然环境的影响,以及受到社会环境中一些因素的影响,这其中主要是人为因素的影响。当信号在传播过程中遇到高山、河流或者高层建筑时,都会出现信号损耗,导致接收端信号微弱甚至无信号。此外,信号在传播过程中也会受到其他干扰信号的影响,使原本的信号失真,导致信息出错或者丢失。比方说在不同频率的电路中产生与信号频率相同或相近的信号,就会产生互调干扰。对于各种干扰现象,必须采取有效的抗干扰措施,才能保证通信的安全可靠。

3优化措施分析

3.1物理层的可重配置性

在无线通信工作过程中,为了使无线信息收发器可在多参数,连续变化不稳定的工作环境中正常工作,因此需要信息收发器运用其内部可重构的自适应技术,来不断对其结构进行调整,以保障在工作过程中,具备最佳的性能。可以将智能天线中收发器的自适应重构技术视为无线信息收发器在工作过程中,适应不同环境的智能切换装置。实现智能天线的物理层可重配置性,可以使其在任何工作环境下都可正常工作,并可以迅速的适应环境,保障了无线通信的稳定性。

3.2不同层之间的优化

使用由开放系统互连模型定义的各高层之间信息的交互作用,可以提高系统的性能。通过考虑不同层的参数来对智能天线技术进行设计,可以有效提高整个系统的增益。在开放系统互连中不同层之间的信息交互可以分为CSI、QoS相关参数及物理层资源这三种。不同层之间的优化准则对于智能天线技术的发展尤为重要,在实际的系统中,智能天线的链路层使用的媒体接入控制功能、数据监测方法及特定的编码机制均决定着智能天线的链路质量,同时高层线路采用的协议栈性能能对其有一定的决定性作用。因此,在未来的智能天线通信设计中,应对上述的因素进行综合考虑。对于网络端对端时延不敏感的业务,将智能天线技术同混合自动请求重传机制相结合使用,可以有效解决端对端时延问题。

3.3多用户分集

现如今的智能天线技术研发中,机会机制的通信方法在多用户通信中得到了广泛的关注。通过机会机制产生的多用户分集,可以是时间分集、频率分集、码分集或者空间分集。该方法主要是为有可能进行连续信息传输的用户提供通道,以此来扩大系统的信息吞吐量。该方法对于反射空间信道中形成机会波束,其会指向具有最高SNR的用户。与此同时,在充分散射的条件下,机会机制的运用也可以将通道提供给最高瞬时容量的用户。现如今,在我国自主研发的TD-SCDMA技术中,广泛的应用了软件无限电技术及智能天线技术。在该技术的计划中,采用智能天线技术及数字信号处理技术,对用户的信号进行识别,并提供不同的通道,形成低功率的天线增益模式,减少信号的干扰。

3.4实际的性能评估

未来的无线通信系统中,对于智能天线的使用将主要依赖于两方面。第一,在设计未来的无线通信系统时,需要充分考虑智能天线的特性,并不断的对其进行完善及升级,以保障智能天线技术的兼容性,可以很好的承接无线通信技术的发展。第二,需要根据未来无线通信系统的关键参数来对智能天线的实际性能进行评估,确定智能天线的实际性能。因后者的建立需要进行专业的建模仿真,导致该技术的实现具备了一定的难度,故现如今的智能天线发展趋势主要偏向于前者。

3.5仿真建模方法

链路级仿真虽然可以评估智能天线收发机在各种干扰、传播及调制编码情况下的单向链路的误帧率性能,但是其没有办法考虑到多用户、多小区的影响,此时就需要采用高层参数作为评估方法。与此同时,系统级的仿真技术主要是利用某种业务图样的吞吐量、SNR的分布以及通过容量来为系统提供其使用性能。为了同时优化这两种仿真技术,研究人员可以在两者之间创建接口,所选择的接口参数用于描述链路级和系统级的性能。智能天线的工作效率受通信环境的影响,因此在建模过程中可建立一个可行的MIMO信道模型,利用该模型来对通信环境的特征进行描述,同时利用干扰模型来对智能天线收发机的性能进行分析。在干扰模型的建立上,应基于系统级的仿真结果进行建立,同时也需要考虑智能天线技术的应用是否会对其所波及到的小区产生影响。

结语

无线通信经过几十年的发展,在社会发展中发挥着越来越重要的作用,通信安全影响着各行各业,占有极其重要的地位,一旦通信安全出了问题,将产生严重的后果,所以,对于保障无线通信的安全可靠是至关重要的。通过对无线通信各种抗干扰技术的分析,可见随着通信技术的发展,各种抗干扰技术也在不断的发展和创新,越来越趋于多元化和综合化,其目的还是为了使通信服务能满足社会需求,以更高的信息质量和速度满足社会发展需要,充分发挥各种技术的优势,为人类社会提供信息传递的安全保障。

参考文献

[1]黄熠.无线通信系统中物理层安全技术研究[J].电脑知识与技术,2017,13(04):17-18,23.

[2]具振华.无线通信技术的分析与研究[J].电子技术与软件工程,2019(14):34.

[3]徐志军.无线通信中的抗干扰技术[J].电子技术与软件工程,2017(17):46-47.