時間：2022-11-27 20:32:52
序論：在您撰寫天線技術(shù)論文時，參考他人的優(yōu)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(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
1安裝指向測量技術(shù)
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(shè)GPS接收機(jī)，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(biāo)，平差得到各點(diǎn)在WGS－84坐標(biāo)下的平面坐標(biāo)。
1．2控制網(wǎng)布設(shè)
采用LeicaTDA5005全站儀對8個平面控制點(diǎn)進(jìn)行邊角網(wǎng)測量［3，4］，如圖2所示。1．3雙經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)建站與傳遞因攝影測量坐標(biāo)系為局部坐標(biāo)系，需利用雙經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)通過公共點(diǎn)將其轉(zhuǎn)換至大地坐標(biāo)系下［5，6］。在天線角點(diǎn)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(biāo)志點(diǎn)，作為連接經(jīng)緯儀系統(tǒng)與攝影測量系統(tǒng)坐標(biāo)系的公共點(diǎn)，如圖3所示。利用雙經(jīng)緯儀系統(tǒng)測得公共點(diǎn)在控制網(wǎng)坐標(biāo)系下坐標(biāo)［1，7］，即可將天線面測量點(diǎn)攝影測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至控制網(wǎng)坐標(biāo)系下。
2面型精度測量技術(shù)
采用VSTARS工業(yè)攝影測量系統(tǒng)、雙經(jīng)緯儀系統(tǒng)測量天線面型精度。在每塊面板上粘貼9個測量標(biāo)志點(diǎn)，如圖4所示，共計(jì)1350個。每行間隔1塊面板布設(shè)1個編碼標(biāo)志，共計(jì)16×5＝80個。攝影距離約為6m。利用雙經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)測量8個公共點(diǎn)在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；利用INCA3相機(jī)拍攝像片，單次測量拍攝約130張，導(dǎo)入V?STARS軟件處理得到測量點(diǎn)和公共點(diǎn)三維坐標(biāo)［8］；利用8個公共點(diǎn)將測量點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至設(shè)計(jì)坐標(biāo)系下；將測量點(diǎn)坐標(biāo)與天線設(shè)計(jì)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(jù)方位角測量精度、控制網(wǎng)布設(shè)精度及雙經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)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(wǎng)的要求測量，單點(diǎn)解算精度±2mm以內(nèi)，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(wǎng)
布設(shè)精度平面控制網(wǎng)測量，對8個平面控制點(diǎn)進(jìn)行邊角網(wǎng)測量，具體測量方案如圖1所示。每設(shè)站觀測2個測回，具體限差指標(biāo)如表1所示。平差后最大點(diǎn)位誤差為±0．442mm，最大點(diǎn)間誤差為±0．442mm，最大邊長比例誤差為：1／212100，控制網(wǎng)最短邊長為20．3m，按最大點(diǎn)位誤差及最短邊換算最大角度影響為±4．5″（0．001°）。
3．3雙經(jīng)緯儀測量
系統(tǒng)建站精度采用對8個公共點(diǎn)前后2次測量的重復(fù)精度計(jì)算雙經(jīng)緯儀系統(tǒng)的建站精度，該坐標(biāo)差（RMS）為1??192mm，故單次測量精度為1．192／2＝0．843mm。在9m范圍內(nèi)引起的角度偏差值約為：0．843×29000×1803．14＝0．011。
3．4雙經(jīng)緯儀測量
系統(tǒng)與攝影測量系統(tǒng)傳遞精度對雙經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)與攝影測量系統(tǒng)測得的8個公共點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后誤差（RMS）為0．838mm。在9m范圍內(nèi)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(shù)
精度采用公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換法將測量點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至設(shè)計(jì)坐標(biāo)系下，與天線設(shè)計(jì)模型作比對得到面板各點(diǎn)位偏差以指導(dǎo)調(diào)整［9］。經(jīng)4次測量、3次調(diào)整后，天線面型精度（RMS）為0．304mm，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。各次測量天線面型精度如表2所示，測量點(diǎn)偏差分布如圖5所示。
5結(jié)束語
第四代移動通信技術(shù)中采用了智能天線技術(shù)，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(guān)系來確定方向性。智能天線技術(shù)采用的是SDMA，而SDMA是衛(wèi)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(shù)可以改善信號質(zhì)量，4G移動通信技術(shù)廣泛采用這一能夠降低建設(shè)成本的技術(shù)。另外，為了提高移動通信系統(tǒng)的性能，4G移動移動技術(shù)還采用了無線鏈路增強(qiáng)技術(shù)，像分集技術(shù)和多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)，為數(shù)據(jù)的高速傳輸提供了技術(shù)支持。
2、4G移動通信技術(shù)的安全缺陷繼解決措施
病毒，一般來說，是有些計(jì)算機(jī)操作人員惡意制造的一些計(jì)算機(jī)操作指令，載入在一些人們常用的軟件和網(wǎng)頁當(dāng)中傳播，破壞計(jì)算機(jī)的信息安全。病毒對網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(qiáng)，一旦遭到病毒侵害的程序就會自身復(fù)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(jì)算機(jī)相關(guān)的技能，能夠輕易侵入別人的電腦或者拿別人的電腦當(dāng)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(jī)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、軍事指揮系統(tǒng)、公司企業(yè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行竊聽、篡改，以達(dá)到危害國家安全，破壞社會穩(wěn)定，致使企業(yè)造成損失，這將對用戶的通信安全產(chǎn)生巨大的威脅。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(jīng)常不容易被發(fā)現(xiàn)，最終對通信和信息交換造成破壞?？萍疾粩嗟匕l(fā)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(shù)研究和開發(fā)的過程中一定要嚴(yán)密把控各方面的環(huán)節(jié)，確保第四代移動通信技術(shù)對于用戶數(shù)據(jù)的信息安全。采取增加網(wǎng)絡(luò)防火墻，使用更加復(fù)雜的秘鑰等措施，提高系統(tǒng)的抗攻擊能力，在不影響數(shù)據(jù)安全和完整性的前提下，同時提高系統(tǒng)的恢復(fù)能力。同時，各國政府也要成立專門的機(jī)構(gòu)，出臺相關(guān)的法律法規(guī)，增加對網(wǎng)絡(luò)安全管理人員的培養(yǎng)，普及安全知識，同時加大對安全保護(hù)措施的投資力度，對危害通信安全和網(wǎng)絡(luò)安全的不法分子嚴(yán)懲不貸。
3、結(jié)語
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)以及國外的研究進(jìn)展情況，最后指出了智能天線的發(fā)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(wù)質(zhì)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(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，從而以較小的代價獲取較大的性能提高。目前，國內(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(ETSI)明確提出智能天線是第三代移動通信系統(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。
二、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簡單的單元，它已成為一個具有智能的系統(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，對電磁環(huán)境做出分析、判斷，并自動調(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、動態(tài)相控陣列和自適應(yīng)陣列3類?？勺儾ㄊ炀€依據(jù)接收功率最大原則，在幾個預(yù)設(shè)陣列波束中進(jìn)行切換；動態(tài)相控陣列使用測向算法，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)陣列既對用戶進(jìn)行測向，又對各種干擾源進(jìn)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(fā)展可分成3個階段: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；最后一個階段是完全的空分多址，此時在一個蜂窩系統(tǒng)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(qū)內(nèi)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(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的高頻放大、變頻和A/D轉(zhuǎn)換，以形成數(shù)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(jìn)行采樣，必須對信號進(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的參數(shù)，這些參數(shù)主要包括信號的數(shù)目、信號的來向、信號的調(diào)制方式及射頻頻率等，其中信號的來向?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)對信號來向的無偏估計(jì)，并且估計(jì)的方差接近CRLB。此外，使用ESPRIT算法來解決移動通信中的測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)知識的不同，目前的波束形成算法主要有3類:以信號來向?yàn)橄闰?yàn)知識，如LCMV算法；以參考信號為先驗(yàn)知識，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，如CMA算法。由于移動通信環(huán)境復(fù)雜，各種算法也有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此系統(tǒng)中必須對多種算法取長補(bǔ)短，才能達(dá)到最佳效果。
四、智能天線的特點(diǎn)和優(yōu)勢
(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(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用戶進(jìn)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(wù)，如緊急呼叫等。目前，美國聯(lián)邦通信委員會已準(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更加困難，因?yàn)榇藭r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)時檢測電磁環(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，為移動臺的進(jìn)一步簡化提供了條件。在蜂窩系統(tǒng)中，越區(qū)切換是根據(jù)基站接收的移動臺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)時地測量和記錄移動臺的位置和速度，為越區(qū)切換提供更可靠的依據(jù)。
五、智能天線的技術(shù)現(xiàn)狀
在分析智能天線理論的同時，國內(nèi)外一些大學(xué)、公司和研究所分別建立了實(shí)驗(yàn)平臺，將智能天線應(yīng)用于實(shí)踐中，并取得了一些成果。
(1)美國
在智能天線技術(shù)方面，美國較其他國家更加成熟，已開始投入實(shí)際應(yīng)用中。美國的ArrayComm公司發(fā)展了針對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、英國、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1.89GHz，天線由8個微帶貼片組成。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(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)其他國家
我國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1785~1805MHz，采用TDD工作方式，收發(fā)間隔為10ms，接收機(jī)靈敏度最大可提高9dB。此外，愛立信公司與德國運(yùn)營商也將智能天線應(yīng)用于GSM基站上，但該天線的智能化程度不高。韓國、加拿大等國也開展了智能天線方面的研究。
(5)用于衛(wèi)星移動通信的智能天線
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)星移動通信的智能天線。該天線采用了由16個環(huán)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(shù)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(zhǔn)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(yīng)算法則選擇了CMA。系統(tǒng)的外場測試表明，它能產(chǎn)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(wèi)星信號，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。
六、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，也增加了收發(fā)機(jī)的復(fù)雜度。因?yàn)橐獙γ總€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)中有多個計(jì)算單元和控制單元。在實(shí)施SMDA時，資源管理也成為一個必須關(guān)注的問題。作為一種新的多址方式，在頻譜分配和移動性管理上也提出了新的問題，將會對網(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。
摘要：近年發(fā)展起來的CDMA移動通信系統(tǒng)技術(shù)相對于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，其容量優(yōu)勢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。本文通過對智能天線的認(rèn)識、優(yōu)勢的闡述，從而引發(fā)智能天線在現(xiàn)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(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)用到移動通信領(lǐng)域時，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;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。
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。
二、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，國內(nèi)外一些大學(xué)、公司和研究所分別建立了試驗(yàn)平臺，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
在智能天線技術(shù)方面，美國較其它國家要成熟的多，并已開始投入實(shí)用。美國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(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、英國、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停?995年初開始現(xiàn)場試驗(yàn)，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(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(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。
三、智能天線的優(yōu)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(shù)，歸納起來，智能天線具有以下幾個突出的優(yōu)點(diǎn)。
(1)具有測向和自適應(yīng)調(diào)零功能，能把主波束對準(zhǔn)入射信號并適應(yīng)實(shí)時跟蹤信號，同時還能把零響點(diǎn)對準(zhǔn)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(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)時監(jiān)測電磁環(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。為移動臺的進(jìn)一步簡化提供了條件。越區(qū)切換是根據(jù)基站接收的移動臺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)時地測量和記錄移動臺的位置和速度，為越區(qū)切換提供更可靠的依據(jù)。
四、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態(tài)變化范圍，此時的天線叫智能天線。對自適應(yīng)天線而言，只需對入射干擾信號進(jìn)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(dá)陣列的多徑信號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的弱相關(guān)性，也即是不同路徑的多徑信號的弱相關(guān)性。而智能天線則是對所有陣元接收的信號進(jìn)行加權(quán)合并來形成空間濾波。一個根本性的區(qū)別:智能天線陣列結(jié)構(gòu)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(shù)個波長。
(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)為是一種簡化的、固定的預(yù)分配智能天線系統(tǒng)。智能天線則是動態(tài)地、自適應(yīng)優(yōu)化的扇區(qū)化技術(shù)?，F(xiàn)在，我們來討論一個頗有爭議的問題。根據(jù)IS-95建議，當(dāng)采用120°扇區(qū)時系統(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)為對這一問題的回答是否定的。這是因?yàn)檎ㄊ邮盏降男盘柾怯稍S多相關(guān)性較強(qiáng)的多徑信號構(gòu)成的。一般情況下，各徑信號的時延擴(kuò)展小于一個chip周期。這時信號波形易于產(chǎn)生畸變從而降低信號的質(zhì)量達(dá)不到增加系統(tǒng)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(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。
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(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。
(2)采用高速DSP技術(shù)，將原先的射頻信號轉(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)在移動臺中(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)(如多用戶檢測技術(shù)、多用戶接收技術(shù)、功率控制等)結(jié)合在一起研究。
廣播電視天線是無線電和電磁波之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的一個轉(zhuǎn)換器，影響發(fā)射天線性能的主要參數(shù)有其極化方式、輸入阻抗、增益和方向圖等。如果天線的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置不合理，在信號傳輸過程中圖像就有可能出現(xiàn)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(shù)進(jìn)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(fā)射信號過程中其電場矢量端點(diǎn)隨著時間變化其運(yùn)動軌跡的形狀、取向和旋轉(zhuǎn)方向。在進(jìn)行信號發(fā)射過程中，天線采用的計(jì)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(dāng)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(chǎn)生功率反射現(xiàn)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(zhì)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(fā)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(shù)。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(yuǎn)。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(qiáng)和功率兩種方式進(jìn)行表達(dá)。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(fā)射天線技術(shù)的特點(diǎn)
廣播電視信號可以按照其發(fā)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(fā)射過程中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠保證信號發(fā)射功率的平穩(wěn)性。另外信號在傳播過程中，如果能夠以沿著地面的形式進(jìn)行傳播，信號在傳播過程中具有較強(qiáng)的抗干擾性，用戶能夠獲得比較高的信號質(zhì)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(fā)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(jìn)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(zhì)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(zhì)量。同時還要加強(qiáng)天線防風(fēng)雨和避雷的特性，因?yàn)閺V播電視信號采用無線傳播方式，信號受天氣的影響較大，嚴(yán)重的甚至?xí)バ盘柕慕邮展δ?。這就要求在進(jìn)行天線設(shè)計(jì)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(fā)射天線的應(yīng)用
隨著科技的不斷發(fā)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(nèi)外新聞事件，提高對當(dāng)今社會的認(rèn)識，與社會保持密切聯(lián)系。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，廣播電視發(fā)射天線技術(shù)也面臨著巨大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，通過不斷的技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)階段廣播電視發(fā)射天線也獲得了較大的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了跟衛(wèi)星信號的連接。為用戶提供了更高質(zhì)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(fā)射天線技術(shù)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(chǎn)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(jīng)建立了相關(guān)的法律條例，實(shí)現(xiàn)了對廣播電視發(fā)射天線場區(qū)的保護(hù)。
四、結(jié)論
2．1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件主要由傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器、控制開關(guān)器和上位機(jī)組成。傳感器節(jié)點(diǎn)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(guān)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(fēng)設(shè)備的工作狀態(tài)；協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立維護(hù)和數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)，主要任務(wù)是為各個傳感器分配地址，建立和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)；上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收、存儲，并能根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行預(yù)警作用。傳感器節(jié)點(diǎn)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(kuò)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(jié)點(diǎn)間的通信距離，需要在發(fā)射器的輸出端和發(fā)射天線之間增加一個功率放大器，并且采用定向傳輸技術(shù)。各種傳感器模塊、控制開關(guān)器和協(xié)調(diào)器都是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，利于節(jié)點(diǎn)的重復(fù)使用，提高靈活度。
2．2定向天線技術(shù)
定向天線（Directionalantenna）是指在某一個或某幾個特定方向上發(fā)射及接收電磁波特別強(qiáng)，而在其他的方向上發(fā)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(diǎn)，能夠有效抑制干擾信號，大大減少節(jié)點(diǎn)之間的信號干擾，增大了數(shù)據(jù)的傳輸距離和數(shù)據(jù)傳送效率，降低信號傳輸?shù)臅r延和節(jié)點(diǎn)的功耗、提高空間復(fù)用度，能夠使多個節(jié)點(diǎn)同時傳輸，空間復(fù)用率高。并且通過定向天線傳輸增加額外增益能夠?qū)崿F(xiàn)WSN節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)距離通信，協(xié)議可靠性高，時延小，有效提高了WSN網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
2．3節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)的組成
軟件的設(shè)計(jì)主要由傳感器節(jié)點(diǎn)軟件、控制開關(guān)器軟件、監(jiān)測軟件組成，除監(jiān)測軟件外，所有程序采用C語言編程實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控軟件采用eclipse軟件結(jié)合an－droid－sdk完成。各個應(yīng)用程序主要由各個傳感器硬件模塊的驅(qū)動、數(shù)據(jù)采集和通信協(xié)議。
2．4通信協(xié)議
2．4．1通信算法
針對養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)監(jiān)測過程中存在有障礙物影響，會導(dǎo)致傳輸距離受限制、監(jiān)測精度不高等結(jié)果，因此設(shè)計(jì)了傳輸通信協(xié)調(diào)。通信協(xié)議算法主要包含四個階段：初始化階段、路由發(fā)現(xiàn)階段、數(shù)據(jù)傳輸階段、路由重發(fā)現(xiàn)。
1）初始化階段
當(dāng)系統(tǒng)啟動時，設(shè)置一個啟動定時器tt1時間，當(dāng)tt1時間到達(dá)后，節(jié)點(diǎn)就定期時間（tt2時間內(nèi)）向周圍節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號HELLO信息，發(fā)送HEL－LO信息后就等待回復(fù)號RET信息，如果在tt2時間內(nèi)收到周圍節(jié)點(diǎn)的RET信息，標(biāo)注節(jié)點(diǎn)已被發(fā)現(xiàn)。同時，周圍節(jié)點(diǎn)在收到HELLO信息后，就會把此節(jié)點(diǎn)作為鄰節(jié)點(diǎn)保存在臨時列表中，在tt3時間內(nèi)向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送RET信息。如果此節(jié)點(diǎn)在自己的通信范圍內(nèi)，就作為自己的鄰節(jié)點(diǎn)保存在正式鄰點(diǎn)列表中，否則拋棄此節(jié)點(diǎn)。
2）路由發(fā)現(xiàn)階段
每個節(jié)點(diǎn)計(jì)算鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，并且根據(jù)本身的能量、與基站節(jié)點(diǎn)的距離、整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的均衡等因素，設(shè)置成為初始的簇頭節(jié)點(diǎn)，各個簇頭負(fù)責(zé)簇內(nèi)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)消耗的能量，采用單跳或多跳的傳輸方式傳輸數(shù)據(jù)。如果簇頭節(jié)點(diǎn)在基站的接收范圍內(nèi)，就直接把數(shù)據(jù)傳送給基站，如果不在基站接收范圍內(nèi)，就計(jì)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(shù)據(jù)到基站。
3）數(shù)據(jù)傳輸階段
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)傳送給簇頭節(jié)點(diǎn)，為了避免數(shù)據(jù)冗余，簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后發(fā)送給基站。數(shù)據(jù)會按照設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳送格式進(jìn)行傳輸。
4）路由重發(fā)現(xiàn)階段
由于能量的限制，如果一直保持原路由進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，就會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)能量過多而不能工作，從而破壞整個網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行?？紤]到簇頭在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中承擔(dān)更重任務(wù)，設(shè)計(jì)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(shù)、邊緣位置、閾值能量。選舉系數(shù)決定簇頭選舉的時間和更換的輪數(shù)，設(shè)置合理可行的選舉系數(shù)保證整個網(wǎng)絡(luò)性能；處于邊緣位置的節(jié)點(diǎn)若成為簇頭，會因傳輸距離太遠(yuǎn)，容易耗盡能量而死亡；閾值能量設(shè)置得太大，導(dǎo)致很多節(jié)點(diǎn)不能成為簇頭，勢必會因數(shù)據(jù)傳輸距離過遠(yuǎn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定。所以，簇頭更換策略是當(dāng)簇頭的滿足選舉系統(tǒng)時，進(jìn)入到簇頭更換，此時選取出簇內(nèi)具有最大剩余能量的節(jié)點(diǎn)，判斷此節(jié)點(diǎn)是否處于邊緣位置，如果處于邊緣位置，繼續(xù)尋找簇內(nèi)第二大剩余能量節(jié)點(diǎn)，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(shè)置此節(jié)點(diǎn)為新一輪的新簇頭，并向周圍所有的節(jié)點(diǎn)發(fā)送成為簇頭的標(biāo)志信息，重新進(jìn)行簇內(nèi)成員的構(gòu)建，再形成新的路由進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。
2．4．2MAC協(xié)議
基于定向天線的MAC協(xié)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(jié)點(diǎn)的信息，RTS需要硬件設(shè)備獲取鄰節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)等問題，從而降低了MAC的性能。為了解決這個問題，可以結(jié)合定向虛擬載波偵聽（DVCS）機(jī)制、使用多跳、SDMA（空分多址）等的優(yōu)點(diǎn)，充分利用定向天線的優(yōu)勢。
2．4．3數(shù)據(jù)通信格式
考慮到數(shù)據(jù)通信過程中的可靠性和安全性，設(shè)置了數(shù)據(jù)通信格式。1）傳感器節(jié)點(diǎn)到協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式定義如：Head＋len＋data＋stx。其中：Head（2byte），固定為0xFF，0XFE；Len（1byte），data的字節(jié)數(shù)；Data：數(shù)據(jù)域———2byte本機(jī)地址＋2byte父節(jié)點(diǎn)地址＋nbyte傳感器數(shù)據(jù)（n大于等于2）；stx（2byte），固定為0x0D，0X0A。具體發(fā)送命令如：FFFE0800010000031200000D0A。其中：FFFE為固定數(shù)據(jù)頭；08為數(shù)據(jù)長度；0001為本機(jī)地址（子節(jié)點(diǎn)地址）；0000為父節(jié)點(diǎn)地址；03為傳感器類型；12為傳感器數(shù)據(jù)，1Lsb＝0．1，如0x10表示1．8；0D0A為數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。2）協(xié)調(diào)器發(fā)往監(jiān)測軟件的數(shù)據(jù)格式。數(shù)據(jù)格式定義如：FFFD000430300000hhhhhh。其中：byte1byte2：傳感器端數(shù)據(jù)發(fā)送的固定頭，固定為FFFD；byte3：數(shù)據(jù)類型的標(biāo)識，00為H2S傳感器的數(shù)據(jù)，01為溫濕度感測器的數(shù)據(jù)，02為NH3感測器的數(shù)據(jù)；byte4為傳感數(shù)據(jù)長度（統(tǒng)一為04）；byte4～byte7：為傳感器數(shù)據(jù)；Byte9～byte10：保留；byte11：byte1—byte10校驗(yàn)值（相加取低8位）。
2．5網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建系統(tǒng)上電后
協(xié)調(diào)器進(jìn)行搜索并尋找合理的信道，完成系統(tǒng)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)。各個傳感器節(jié)點(diǎn)通電后，掃描信道，尋找協(xié)調(diào)器，并加入到網(wǎng)絡(luò)中。加入網(wǎng)絡(luò)后，則開始采集環(huán)境數(shù)據(jù)，傳輸給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器接收各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，判定其格式正確后，將其傳輸給監(jiān)測軟件。
2．6監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
以eclipse軟件為開以平臺，結(jié)合android－sdk完成監(jiān)控軟件的開發(fā)。Android系統(tǒng)是一個源碼公開、開放和完整的軟件，是由操作系統(tǒng)、用戶界面中間件和重要應(yīng)用程序組成，得到手機(jī)運(yùn)營商的廣泛使用。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用到了Activity、Intent、Service、An－droidUI、多線程等技術(shù)。本系統(tǒng)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(qū)動，包括打開串口、關(guān)閉串口、發(fā)送串口信息、接收串口信息以及異步方式讀取傳感器數(shù)據(jù)等；主界面內(nèi)容顯示，包含各種傳感器數(shù)據(jù)顯示、控制開關(guān)器的控制等信息。監(jiān)控軟件接收到數(shù)據(jù)時首先要對數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行分析，判定數(shù)據(jù)格式正確后，確定是哪個傳感器的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算結(jié)果，在相應(yīng)界面位置顯示數(shù)值；把結(jié)果與設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，如果不在設(shè)置數(shù)值范圍內(nèi)，就進(jìn)行報警，并把報警信息通過串口發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再轉(zhuǎn)發(fā)到控制開關(guān)器，驅(qū)動通風(fēng)設(shè)備工作。
3系統(tǒng)的應(yīng)用
根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成并搭建，在豬舍做了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和相關(guān)的測試，系統(tǒng)測試結(jié)果說明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，成功讀取相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)。主界面運(yùn)行顯示圖中是各個傳感器終端節(jié)點(diǎn)采集發(fā)送回來的數(shù)值顯示和通風(fēng)設(shè)備工作狀態(tài)情況?？梢酝ㄟ^“菜單鍵”設(shè)置邏輯狀態(tài)的“關(guān)閉”和“啟動”在邏輯狀態(tài)都已關(guān)閉情況下，只能顯示所有傳感器的數(shù)據(jù)和此時通風(fēng)設(shè)備工作狀態(tài)，不能達(dá)到超限預(yù)警的效果。為了能實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的自動控制，必須要開啟所有的邏輯狀態(tài)。通過“菜單鍵”設(shè)置溫度、濕度、H2S氣體和NH3氣體的范圍，當(dāng)采集數(shù)據(jù)中任一參數(shù)超出范圍，都可以自動開啟和關(guān)閉通風(fēng)設(shè)備，達(dá)到自動控制效果。H2S和NH3參數(shù)范圍設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害畜禽產(chǎn)地環(huán)境要求（GB／T18407．3—2001）中的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)置，H2S和NH3應(yīng)控制在10、25mg•m－3以下。根據(jù)相關(guān)研究表明，豬舍最適宜的溫度為8℃～20℃，相對濕度根據(jù)豬體質(zhì)量類型的不同一般為65％～85％。
4結(jié)論
本文以面向文檔的NoSQL作為數(shù)據(jù)持久層，面向文檔的NoSQL數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來說容易許多，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、數(shù)據(jù)庫操作接口方面都有很大的優(yōu)勢］。因?yàn)槊嫦蛭臋n的NoSQL數(shù)據(jù)庫不支持多張表的JOIN操作，因此在對面向文檔的NoSQL數(shù)據(jù)集合進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候需要考慮到這方面的因素。本監(jiān)測系統(tǒng)主要的業(yè)務(wù)功能可以分為3個模塊，分別是小區(qū)信息查詢模塊、報表統(tǒng)計(jì)模塊和用戶、終端管理模塊，因此，數(shù)據(jù)集合的設(shè)計(jì)同樣從這三個方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。各個數(shù)據(jù)集合之間的關(guān)系如圖1所示?？紤]到在對數(shù)據(jù)表進(jìn)行設(shè)計(jì)所依據(jù)的原則基本一致，因此以下僅對小區(qū)信息查詢模塊的數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)進(jìn)行著重分析。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型需要結(jié)合系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析。此系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能是對小區(qū)天線參數(shù)信息進(jìn)行保存、管理，并以友好的界面展示給用戶，并響應(yīng)用戶的各種操作。因此，在大部分的操作中，存儲天線實(shí)時參數(shù)的ANTENNAARGS表會產(chǎn)生大量的插入操作，本文根據(jù)各個表的不同讀寫比進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如圖2所示。本文將天線表、區(qū)域表以內(nèi)嵌的形式放入了小區(qū)表，將天線參數(shù)表設(shè)計(jì)成單獨(dú)的集合，并以引用的方式指向了小區(qū)表主要是考慮到天線參數(shù)集合是被訪問最頻繁的表，會產(chǎn)生大量的讀寫操作，因此在小區(qū)集合與天線參數(shù)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(tǒng)的小區(qū)天線實(shí)時數(shù)據(jù)信息，具體如表1所示。小區(qū)信息表(CELL表)用來存儲各個小區(qū)的地址、天線相關(guān)參數(shù)詳細(xì)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(shù)據(jù)庫運(yùn)行時，自動將所對應(yīng)的數(shù)據(jù)存入相應(yīng)表中。
2數(shù)據(jù)庫自動分片設(shè)計(jì)
管理系統(tǒng)在運(yùn)行中會產(chǎn)生大量的寫操作，進(jìn)而帶來頻繁的磁盤I/O操作，在大數(shù)據(jù)下，最好采用將數(shù)據(jù)庫分布在多臺服務(wù)器上，即分片［7］。本文采用Auto-Sharding(自動分片)及Replic-Set(復(fù)本集)相結(jié)合的方式來減輕單個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載，即在每臺Server上各自運(yùn)行一個實(shí)例，組成一個Replic-Set，最后再各運(yùn)行一個實(shí)例，組成ConfigServer。直接執(zhí)行Addshard操作即可增加分片以緩解服務(wù)器的壓力，實(shí)現(xiàn)動態(tài)擴(kuò)展。分片的實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)在于片鍵設(shè)計(jì)。本文將保存天線參數(shù)信息的集合聲明了一個復(fù)合片鍵{Lacci:1，Day:1}。當(dāng)來自不同的小區(qū)(可以根據(jù)Lacci進(jìn)行判斷)向集群系統(tǒng)插入數(shù)據(jù)時，可以預(yù)計(jì)到在大部分情況下，同一小區(qū)的數(shù)據(jù)會落在單個塊或片上。
3數(shù)據(jù)庫查詢的實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)查詢功能為本數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的重要功能之一。數(shù)據(jù)庫將小區(qū)信息、天線參數(shù)等相關(guān)的數(shù)據(jù)信息根據(jù)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?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，用戶通過數(shù)據(jù)查詢菜單進(jìn)入相應(yīng)查詢界面，獲取小區(qū)信息、終端信息及告警信息等。實(shí)現(xiàn)“天線工程參數(shù)查詢”功能的工作流程如圖3所示。為了實(shí)現(xiàn)小區(qū)天線參數(shù)查詢功能，客戶端需要向數(shù)據(jù)庫發(fā)送2次請求，用戶根據(jù)需求，向控制器發(fā)送查詢請求，控制器處理查詢命令，對相應(yīng)的小區(qū)進(jìn)行信息查詢，待小區(qū)返回信息后，將用戶的查詢命令發(fā)送至對應(yīng)小區(qū)，根據(jù)需求讀取有用信息，并返回給用戶。跟關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相比，由于省去了大量的多表連接操作，實(shí)際上查詢的效率要高于基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的多表連接查詢。查詢工作的SQL語句如下。
4數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)
數(shù)據(jù)安全在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中有很重要的地位。在各種意外情況下，如計(jì)算機(jī)硬件故障等，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份和恢復(fù)能夠保障數(shù)據(jù)的完整性和安全性，使得數(shù)據(jù)損失降到最?。?］。本數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的備份選用的是副本集的方式［7］:在主節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行操作，寫入的數(shù)據(jù)被一步地同步到所有的從節(jié)點(diǎn)上，并從主節(jié)點(diǎn)或從節(jié)點(diǎn)上讀取數(shù)據(jù)，如果主節(jié)點(diǎn)由于某些原因斷線，會自動將一個從節(jié)點(diǎn)提升為主節(jié)點(diǎn)。在查詢分析器中運(yùn)用SQL語句完成數(shù)據(jù)庫的備份和恢復(fù)。在數(shù)據(jù)庫管理界面中，用戶通過數(shù)據(jù)庫備份與恢復(fù)功能進(jìn)行相應(yīng)操作，確保數(shù)據(jù)的正確行和完整性。
5結(jié)束語
