智能天線借海事通信上位

通過智能天線的應(yīng)用不但能解決海上特有的環(huán)境因素，同時(shí)還能加大系統(tǒng)的傳輸距離、提高系統(tǒng)可靠性、保密性、穩(wěn)定性、抗干擾等方面的性能，成為海事通信的最佳解決方案之一。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，海上的各種活動(dòng)不斷增加，這對(duì)海事通信的能力要求也進(jìn)一步提高，現(xiàn)在很多海事活動(dòng)，特別是遠(yuǎn)離海岸的情況下需要建立海事無線接入局域網(wǎng)，但由于艦船的移動(dòng)性和海浪等因素，給建立海事無線接入局域網(wǎng)帶來一定的困難。自適應(yīng)陣列智能天線利用基帶數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，通過相關(guān)的自適應(yīng)算法，對(duì)基站的接收和發(fā)射波束進(jìn)行自適應(yīng)的賦形，從而達(dá)到降低干擾，增加容量，擴(kuò)大覆蓋和提高無線數(shù)據(jù)傳輸速率的目的。將智能天線應(yīng)用于海事無線接入局域網(wǎng)中，給這些應(yīng)用帶來了新的曙光。

海事通信中的智能天線解決方案

1.垂直面波束形成原理

解決智能天線在海事無線接入局域網(wǎng)中的應(yīng)用，首先要解決船體晃動(dòng)的問題，考慮到船體的晃動(dòng)周期一般在8～16秒的范圍量級(jí)。由于系統(tǒng)的功率控制周期和無線幀結(jié)構(gòu)的周期都遠(yuǎn)小于船體晃動(dòng)的周期，有很強(qiáng)的非相干性，可以不考慮晃動(dòng)與無線幀結(jié)構(gòu)與晃動(dòng)之間的影響，可單獨(dú)考慮和解決船體晃動(dòng)的問題。

解決方案：由于傳統(tǒng)晃動(dòng)周期及速率相對(duì)較慢，可以通過選用天線相控陣技術(shù)來解決，就是在天線的垂直平面的陣列采用實(shí)現(xiàn)波束形成的技術(shù)加以解決。具體為利用角度傳感器的角度信息，得到天線垂直面水平照射的偏差，然后調(diào)整垂直陣列的天線單元的相位，使每列天線單元首先依據(jù)一定的相位關(guān)系進(jìn)行排陣，從而得到垂直面水平照射的波束。

2.水平面波束形成原理

其次要考慮的是船的晃動(dòng)問題。晃動(dòng)主要會(huì)對(duì)天線的垂直面的方位角度和極化產(chǎn)生影響，考慮到大船的晃動(dòng)一般都小于30°，小船的晃動(dòng)可能大于30°。

解決方案：根據(jù)艦船的特點(diǎn)，要保證全方位的覆蓋，可以用4個(gè)90度/天線進(jìn)行360度的全方位覆蓋，也就是分4個(gè)扇區(qū)實(shí)現(xiàn)水平全向360度無縫覆蓋。對(duì)由于船體晃動(dòng)而造成的極化偏轉(zhuǎn)，可采用雙極化天線來解決。水平面的波束可以采用數(shù)字波束成形技術(shù)，具體的天線陣數(shù)可分4～16列，每列可由8單元天線組成，為一個(gè)基本陣列元素，通過調(diào)整陣列中各個(gè)元素的加權(quán)參數(shù)來形成更具方向性的天線方向圖，形成主瓣方向具有較大增益來跟蹤目標(biāo)，而其他副瓣方向增益較小的形式。這種智能天線正是一種能夠根據(jù)通信的情況，實(shí)時(shí)地調(diào)整陣列天線各元素的參數(shù)，產(chǎn)生自適應(yīng)的方向圖，跟蹤用戶目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信的。

為了實(shí)現(xiàn)全方位360°的覆蓋，可以將智能天線系統(tǒng)分裂為四個(gè)扇區(qū)的智能天線系統(tǒng)，每個(gè)扇區(qū)智能天線系統(tǒng)由三大部分組成：天饋?zhàn)酉到y(tǒng)、微波通道子系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)。

海事智能天線系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

海事通信指的就是在海上航行的船舶之間以及船舶與岸上各有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的信息相互傳遞。隨著經(jīng)濟(jì)地快速發(fā)展，我國在海上的活動(dòng)、作業(yè)日益增加，因此，對(duì)海上通信要求也越來越高了，這不僅表現(xiàn)為對(duì)通信業(yè)務(wù)類型多樣化的要求，還對(duì)通信帶寬也提出了更高的要求。現(xiàn)代海事通信不僅要求系統(tǒng)具有移動(dòng)性，同時(shí)要求系統(tǒng)還要有可適合多種業(yè)務(wù)的應(yīng)用、抗海浪、高可靠性、抗干擾、適應(yīng)多種氣候等方面的特點(diǎn)。

無線接入系統(tǒng)具有可移動(dòng)性、數(shù)據(jù)傳輸速率高、抗干擾性強(qiáng)、保密性較強(qiáng)、高可靠性、兼容性好、快速安裝等特點(diǎn)，適合海上通信的應(yīng)用。由于海事通信是在海上進(jìn)行，發(fā)射端及接收端會(huì)由于海浪的波動(dòng)而不穩(wěn)定，這對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定傳輸產(chǎn)生了很大的影響，傳統(tǒng)的解決方法是將收發(fā)天線的垂直方向的波瓣加大，這樣大大降低了天線的增益，減小了系統(tǒng)的傳輸距離，加大系統(tǒng)的發(fā)射功率，影響了系統(tǒng)的性能。智能天線技術(shù)的出現(xiàn)，通過船體角度變化的傳感，相應(yīng)的調(diào)整天線的垂直角度，使天線的絕對(duì)水平方向保持不變，所以，智能天線為解決上述問題提供了好的解決方案。

智能天線在陸地公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)中發(fā)揮了很多重要作用，但其優(yōu)勢(shì)并沒有完全發(fā)揮出來。這是因?yàn)殛懙氐囊苿?dòng)通信用戶70%左右的通信是在非視距的情況下進(jìn)行的，在非視距的情況下智能天線所接收的無線信號(hào)的變化是巨大的，這些無線信號(hào)包含了直射、透射、繞射、反射等方面的波的組合，因此，其相位和幅度變化量都非常大，智能天線在這樣的環(huán)境下工作，效率會(huì)有一定的折扣。而將智能天線用于海事通信，海事通信基本可視情況進(jìn)行，這樣智能天線系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)將有更大的發(fā)揮。

由于海事通信基本為可視通信，這將提高智能天線的計(jì)算精度和整個(gè)系統(tǒng)的效率，使通信效果更為良好；智能天線的應(yīng)用大大提高了系統(tǒng)容量；提高系統(tǒng)抗干擾能力和降低系統(tǒng)內(nèi)部的干擾，提高系統(tǒng)的保密性；降低系統(tǒng)射頻部分的發(fā)射功率；提高系統(tǒng)抗衰落能力；由于本系統(tǒng)收發(fā)端都可采用智能天線，這樣使得無線鏈路更為平衡；提高了系統(tǒng)的整體性能和通信質(zhì)量，發(fā)射功率的降低同時(shí)也降低了系統(tǒng)設(shè)備的整體造價(jià)；四扇區(qū)天線的設(shè)置和ODU(out　door　unit)的安裝方式，大大加強(qiáng)了工程安裝的實(shí)用性，由于是自主研發(fā)系統(tǒng)，研發(fā)單位可以根據(jù)海事通信的特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)協(xié)議進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修改。

技術(shù)展望

在智能天線系統(tǒng)中，采用了雙極化的極化分集技術(shù)收發(fā)，再加上俯仰波束的控制技術(shù)，能較好地實(shí)現(xiàn)電子穩(wěn)定平臺(tái)的功能；通過每一個(gè)扇面的N列天線，自適應(yīng)地形成數(shù)字波束，使有用的來波信號(hào)得到加強(qiáng)。通過在干擾信號(hào)來波方向形成波束零陷，使干擾信號(hào)得到衰減，提高了信號(hào)接收的信噪比，實(shí)現(xiàn)了較強(qiáng)抗干擾的功能；通過多通道極化分集接收技術(shù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，由于四面扇區(qū)的智能天線可以獨(dú)立工作，分別形成波束和零陷。四面扇區(qū)的天線可以分別獨(dú)立安裝，也可以組合安裝在一起，實(shí)現(xiàn)了天線在載體上安裝的適裝性。

由此可知，智能天線技術(shù)可以很好的應(yīng)用于海事通信，并能發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過智能天線的應(yīng)用不但能解決海上特有的環(huán)境因素，同時(shí)還能加大系統(tǒng)的傳輸距離、提高系統(tǒng)可靠性、保密性、穩(wěn)定性、抗干擾等方面的性能，這些都增加智能天線的實(shí)用性，使之成為海事通信的最佳解決方案之一。隨著智能天線技術(shù)的發(fā)展，其解決方案還將得到更廣泛地應(yīng)用。

由于海事通信的特殊要求，系統(tǒng)還應(yīng)該解決岸對(duì)艦、艦對(duì)艦等組網(wǎng)方式，同時(shí)，還需要系統(tǒng)具有很強(qiáng)的靈活的組網(wǎng)功能，如網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和帶狀網(wǎng)絡(luò)形式的組網(wǎng)。所以，我們應(yīng)該從智能天線入手，進(jìn)一步完善整個(gè)系統(tǒng)的功能，并根據(jù)海事通信的特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)協(xié)議進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充和修改，只有這樣整個(gè)系統(tǒng)才能更加好地適應(yīng)海事通信的要求。

我國移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了智能天線的實(shí)際應(yīng)用，將智能天線應(yīng)用于海事通信的無線接入系統(tǒng)中，具有一定的可行性和可操作性。

隨著移動(dòng)通信和無線接入網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的研究不斷的發(fā)展，智能天線技術(shù)不斷的成熟，將智能天線技術(shù)用于海事通信無線接入系統(tǒng)已成為可能。智能天線的特點(diǎn)使得系統(tǒng)功能得到了完善，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到了更充分的發(fā)揮。由此，我們可以想象將現(xiàn)有的自有標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，經(jīng)過一定修改、補(bǔ)充和完善，使之更適合海事通信的要求，再加上智能天線的完美表現(xiàn)，新一代高性能的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海事通信系統(tǒng)將會(huì)展現(xiàn)在世人的面前。隨著我國新一輪的自主創(chuàng)新的進(jìn)一步發(fā)展，智能天線技術(shù)將會(huì)在更多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。