发布时间：2022-09-07 09:15:34
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的微波通信技术论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
论文摘要:随着计算机技术的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展,数据通信应运而生,它实现了计算机与计算机之间,计算机与终端之间的传递。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展使得数据通信经过了不同的发展历程。
数据通信是以“数据”为业务的通信系统,数据是预先约定好的具有某种含义的数字、字母或符号以及它们的组合。数据通信是20世纪50年代随着计算机技术和通信技术的迅速发展,以及两者之间的相互渗透与结合而兴起的一种新的通信方式,它是计算机和通信相结合的产物。随着计算机技术的广泛普及与计算机远程信息处理应用的发展,数据通信应运而生,它实现了计算机与计算机之间,计算机与终端之间的传递。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展使得数据通信经过了不同的发展历程。
1通信系统传输手段
电缆通信:双绞线、同轴电缆等。市话和长途通信。调制方式:SSB/FDM。基于同轴的PCM时分多路数字基带传输技术。光纤将逐渐取代同轴。
微波中继通信:比较同轴,易架设、投资小、周期短。模拟电话微波通信主要采用SSB/FM/FDM调制,通信容量6000路/频道。数字微波采用BPSK、QPSK及QAM调制技术。采用64QAM、256QAM等多电平调制技术提高微波通信容量,可在40M频道内传送1920~7680路PCM数字电话。
光纤通信:光纤通信是利用激光在光纤中长距离传输的特性进行的,具有通信容量大、通信距离长及抗干扰性强的特点。目前用于本地、长途、干线传输,并逐渐发展用户光纤通信网。目前基于长波激光器和单模光纤,每路光纤通话路数超过万门,光纤本身的通信纤力非常巨大。几十年来,光纤通信技术发展迅速,并有各种设备应用,接入设备、光电转换设备、传输设备、交换设备、网络设备等。光纤通信设备有光电转换单元和数字信号处理单元两部分组成。
卫星通信:通信距离远、传输容量大、覆盖面积大、不受地域限制及高可靠性。目前,成熟技术使用模拟调制、频分多路及频分多址。数字卫星通信采用数字调制、时分多路及时分多址。
移动通信:GSM、CDMA。数字移动通信关键技术:调制技术、纠错编码和数字话音编码。
2数据通信的构成原理
数据终端(DTE)有分组型终端(PT)和非分组型终端(NPT)两大类。分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端(TeLetex)、用户分组装拆设备(PAD)、用户分组交换机、专用电话交换机(PABX)、可视图文接入设备(VAP)、局域网(LAN)等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终端设备(DCE)组成,如果传输信道为模拟信道,DCE通常就是调制解调器(MODEM),它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为数字信道,DCE的作用是实现信号码型与电平的转换,以及线路接续控制等。传输信道除有模拟和数字的区分外,还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接,通信结束后再拆除;专线连接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端设备输入的数据。
3数据通信的分类
3.1有线数据通信
数字数据网(DDN)。数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。数字信道应包括用户到网络的连接线路,即用户环路的传输也应该是数字的,但实际上也有普通电缆和双绞线,但传输质量不如前。
分组交换网。分组交换网(PSPDN)是以CCITTX.25建议为基础的,所以又称为X.25网。它是采用存储——转发方式,将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段,并在每个数据段上加上控制信息,构成一个带有地址的分组组合群体,在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路,为多个用户同时使用,网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能,但网络性能较差。
帧中继网。帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3部分组成。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内,加上寻址和控制信息后在网上传输。
3.2无线数据通信
无线数据通信也称移动数据通信,它是在有线数据通信的基础上发展起来的。有线数据通信依赖于有线传输,因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的,因而有可能实现移动状态下的移动通信。狭义地说,移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。它通过与有线数据网互联,把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。4网络及其协议
4.1计算机网络
计算机网络(ComputerNetwork),就是通过光缆、双绞电话线或有、无线信道将两台以上计算机互联的集合。通过网络各用户可实现网络资源共享,如文档、程序、打印机和调制解调器等。计算机网络按地理位置划分,可分为网际网、广域网、城域网、和局域网四种。Internet是世界上最大的网际网;广域网一般指连接一个国家内各个地区的网络。广域网一般分布距离在100-1000公里之间;城域网又称为都市网,它的覆盖范围一般为一个城市,方圆不超过10-100公里;局域网的地理分布则相对较小,如一栋建筑物,或一个单位、一所学校,甚至一个大房间等。
局域网是目前使用最多的计算机网络,一个单位可使用多个局域网,如财务部门使用局域网来管理财务帐目,劳动人事部门使用局域网来管理人事档案、各种人才信息等等。
4.2网络协议
网络协议是两台计算机之间进行网络对话所使用的语言,网络协议很多,有面向字符的协议、面向比特的协议,还有面向字节计数的协议,但最常用的是TCP/IP协议。它适用于由许多LAN组成的大型网络和不需要路由选择的小型网络。TCP/IP协议的特点是具有开放体系结构,并且非常容易管理。
TCP/IP实际上是一种标准网络协议,是有关协议的集合,它包括传输控制协议(TransportControlProtocol)和因特网协议(InternetProtocol)。TCP协议用于在应用程序之间传送数据,IP协议用于在程序与主机之间传送数据。由于TCP/IP具有跨平台性,现已成为Internet的标准连接协议。网络协议分为如下四层:网络接口层:负责接收和发送物理帧;网络层:负责相邻节点之间的通信;传输层:负责起点到终端的通信;应用层:提供诸如文件传输、电子邮件等应用程序要把数据以TCP/IP协议方式从一台计算机传送到另一台计算机,数据需经过上述四层通信软件的处理才能在物理网络中传输。
目前的IP协议是由32位二进制数组成的,如202.0.96.133就表示连接到因特网上的计算机使用的IP地址,在整个因特网上IP地址是唯一的。
论文关键词：扩频通信原理特点发展应用
论文摘要：扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高。本文介绍了扩频通信的工作原理、特点、及其发展应用。
一、扩频通信的工作原理
在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。
二、扩频通信技术的特点
扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。
1．抗干扰性强
扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。
2.低截获性
扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察接收机很难监测到，因此扩频通信系统截获概率很低。
3.抗多路径干扰性能好
多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，利用扩频码序列间的相关特性，在接收端解扩时，从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
4.保密性好
在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度极低，这样信号可以在强噪声背景下，甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信，使外界很难截获传送的信息，要想进一步检测出信号的特征参数就更难了．所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时，对不同用户使用不同码，旁人无法窃听通信，因而扩频系统具有高保密性。
5.易于实现码分多址
在通信系统中，可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性，接收端利用相关检测技术进行解扩，在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。
三、扩频技术的发展与应用
在过去由于技术的限制，人们一直在走增加信号功率，减少噪声，提高信噪比的道路。即使到了70年代，伪码技术已经出现，但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事．近几年，由于大规模集成电路的发展，几十兆赫兹，甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实，扩频通信获得极其迅速的发展．通信的发展史又到了一个转折点，由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代．从最佳通信系统的角度看扩频通信．最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机．几十年来，最佳接收理论已经很成熟，但最佳发射问题一直没有很好解决，伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度，构成了最佳发射机．因此，有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识，人们就不难预测扩频通信的未来前景．从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代．扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信，码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路，发挥越来越大的作用．接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统，逐步发展、演变和升级而形成的．现代电信网络分为3部分：传输网、交换网和接入网．由于接入网发展较晚，往往成为电信发展的“瓶颈”，各国都很重视接入网的发展，因此各类接人技术和系统应运而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)频段的开放性，经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段，而无线扩频技术所使用的频段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM频段，包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段．在无线接人系统中，扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点：抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜．而且，扩频微波接入技术相对有线接入技术来说，有成本低、使用灵活、建设快捷的优势，在接入网中起着不可替代的作用．
扩频微波主要应用在以下几个方面．语音接入(点对点)；数据接入；视频接入；多媒体接入；因特网(Internet)接入。
四、结语
扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点，使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中，它的易于实现码分多址的特点，使它能与第三代移动通信系统完美结合，发展前景极为广阔。
参考文献：
[1]曾兴雯等.扩展频谱通信及其多址技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[2]查光明,熊贤祚.扩频通信[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
论文摘要：扩频通信是现代通信系统中新的通信方式，它具有较强的抗干扰、抗衰落和抗多径性能，频谱利用率高。本文介绍了扩频通信的工作原理、特点、及其发展应用。
一、扩频通信的工作原理
在发端输人的信息先调制形成数字信号，然后由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱，展宽后的信号再调制到射频发送出去。在接收端收到的宽带射频信号，变频至中频，然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩，再经信息解调，恢复成原始信息输出。可见，一般的扩频通信系统都要进行3次调制和相应的解调。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制，以及相应的信息解调、解扩和射频解调。与一般通信系统比较，多了扩频调制和解扩部分。扩频通信应具备如下特征：(1)数字传输方式；(2)传输信号的带宽远大于被传信息带宽；(3)带宽的展宽，是利用与被传信息无关的函数(扩频函数)对被传信息的信元重新进行调制实现的；(4)接收端用相同的扩频函数进行相关解调(解扩)，求解出被传信息的数据。用扩频函数(也称伪随机码)调制和对信号相关处理是扩频通信有别于其他通信的两大特点。
二、扩频通信技术的特点
扩频信号是不可预测的、伪随机的宽带信号，其带宽远大于要传输的数据(信息)带宽，同时接收机中必须有与宽带载波同步的副本。扩频系统具有以下特点。
1．抗干扰性强
扩频信号的不可预测性，使扩频系统具有很强的抗干扰能力。干扰者很难通过观察进行干扰，干扰起不了太大作用。扩频通信系统在传输过程中扩展了信号带宽，所以即使信噪比很低，甚至在有用信号功率低于干扰信号功率的情况下，仍能不受干扰、高质量地进行通信，扩展的频谱越宽，其抗干扰性越强。
2.低截获性
扩频信号的功率均匀分布在很宽的频带上，传输信号的功率密度很低，侦察接收机很难监测到，因此扩频通信系统截获概率很低。
3.抗多路径干扰性能好
多路径干扰是电波传播过程中因遇到各种非期望反射体(如电离层、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的这些反射或散射信号与直达路径信号相互干涉而造成的干扰。多路径干扰会严重影响通信。扩频通信系统中增加了扩频调制和解扩过程，利用扩频码序列间的相关特性，在接收端解扩时，从多径信号中分离出最强的有用信号，或将多径信号中的相同码序列信号叠加，这样就可有效消除无线通信中因多径干扰造成的信号衰落现象，使扩频通信系统具有良好的抗多径衰落特性。
4.保密性好
在一定的发射功率下，扩频信号分布在很宽的频带内，无线信道中有用信号功率谱密度极低，这样信号可以在强噪声背景下，甚至在有用信号被噪声淹没的情况下进行可靠通信，使外界很难截获传送的信息，要想进一步检测出信号的特征参数就更难了．所以扩频系统可实现隐蔽通信。同时，对不同用户使用不同码，旁人无法窃听通信，因而扩频系统具有高保密性。
5.易于实现码分多址
在通信系统中，可充分利用在扩频调制中使用的扩频码序列之间良好的自相关特性和互相关特性，接收端利用相关检测技术进行解扩，在分配给不同用户不同码型的情况下，系统可以区分不同用户的信号，这样同一频带上许多用户可以同时通话而互不干扰。
三、扩频技术的发展与应用
在过去由于技术的限制，人们一直在走增加信号功率，减少噪声，提高信噪比的道路。即使到了70年代，伪码技术已经出现，但作为相关器的“码环”的钟频只能做到几千赫兹也无助于事．近几年，由于大规模集成电路的发展，几十兆赫兹，甚至几百兆赫兹的伪码发生器及其相关部件都已成为现实，扩频通信获得极其迅速的发展．通信的发展史又到了一个转折点，由用信噪比换带宽的年代进入了用宽带换信噪比的年代．从最佳通信系统的角度看扩频通信．最佳通信系统一最佳发射机+最佳接收机．几十年来，最佳接收理论已经很成熟，但最佳发射问题一直没有很好解决，伪码扩频是一种最佳的信号形式和调制制度，构成了最佳发射机．因此，有了最佳通信系统一伪码扩频+相关接收这种认识，人们就不难预测扩频通信的未来前景．从9O年代无线通信开始步人扩频通信和自适应通信的年代．扩频通信的热浪已经波及短波、超微波、微波通信和卫星通信，码分多址(CDMA)已开始广泛用于未来的峰窝通信、无绳通信和个人通信以及各种无线本地环路，发挥越来越大的作用．接入网是由传统的用户线、用户环路和用户接入系统，逐步发展、演变和升级而形成的．现代电信网络分为3部分：传输网、交换网和接入网．由于接入网发展较晚，往往成为电信发展的“瓶颈”，各国都很重视接入网的发展，因此各类接人技术和系统应运而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)频段的开放性，经营者和用户不需申请授权就可以自由地使用这些频段，而无线扩频技术所使用的频段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM频段，包括IEEE802.11协议架构的无线局域网也大部分选用此频段．在无线接人系统中，扩频微波与常规微波相比有着3个显著的优点：抗干扰性强、频点问题容易处理、价格比较便宜．而且，扩频微波接入技术相对有线接入技术来说，有成本低、使用灵活、建设快捷的优势，在接入网中起着不可替代的作用．
扩频微波主要应用在以下几个方面．语音接入(点对点)；数据接入；视频接入；多媒体接入；因特网(Internet)接入。
四、结语
扩频通信是通信的一个重要分支和发展方向，是扩频技术与通信相结合的产物。本文主要论述了扩频通信的特点、理论可行性及典型的工作方式。扩频通信的强抗干扰性、低截获性、良好的抗多路径干扰性和安全性等特点，使它的应用迅速从军用扩展到民用通信中，它的易于实现码分多址的特点，使它能与第三代移动通信系统完美结合，发展前景极为广阔。
参考文献：
[1]曾兴雯等.扩展频谱通信及其多址技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
论文摘要：随着电力通信新技术的发展，电力通信网作为保持电力系统安全稳定运行的支柱之一，在我国发挥着不可忽视的作用。为了保证我国电力系统的安全与稳定，需要对电力通信行业的发展历程和现状有一个准确客观的认识，并提出发展方向和建议。本文从我国电力通信的发展历程、面临的现状和未来发展方向三个方面，对其做出了阐释。
在通信技术和电力技术飞速发展的今天，我国的电力通信行业，随着电力工业的发展，正不断扩展和完善。我国的电力通信网，是为保证我国电力系统的安全稳定优质运行而产生的，经历了从无到有，从简单到当今先进技术的运用，从单一到多种通信手段共用覆盖的发展过程。电力通信在为电网的自动化控制、商业化运营和自动化管理的过程中发挥着巨大的联通和服务作用。
1 我国电力通信系统的发展历程
我国的电力通信系统，经历了一个较快的发展时期，几十年内，经历了一个从纵横交换到程控交换、从明线和同轴电缆到光纤传输、从模拟网到数字通信网、从定点通信到移动通信以及从主要面向硬件到主要面向软件技术的发展阶段变化。
1.1 四十年代至五六十年代
电力通信的发展始终与电网的发展相同步，互相支持、互相配合。在我国，四十年代，主要以东北输电线为主，除城市外，其他地区都较为孤立，且明线电话在当时占主要地位，长距离调度所使用的载波机主要依靠日本机器。随着五六十年代我国用电量的明显剧增，东北电网又向华北地区扩散，建成了华北电网，但我国的公网通信仍然较为落后。此阶段我国使用的电力线载波机仍是国外进口，在向苏联进口的同时我国开始自行研发生产。
1.2 七十年代
七十年代初期开始，我国的电力通信系统开始在一些信息需求量大和重要部门采用微波通信；到末期，我国的电力通信系统又有了进一步发展，电力线载波通信占主导地位，其它有小容量（120路以下）FDM模拟微波、邮电多路载波、电缆及架空明线等，我国的电网已经扩大到拥有华北、东北和华东三大电网，部分地区开始形成自己的独立通信网络。此阶段我国电力通信以音频、载波、模拟微波等通信方式为主。不过全国范围内，大多地区十万千瓦以上的电网没有通信干线，且通信电路不太健全、自动化水平不高，部分地区还经常出现停电现象，通信系统的落后成为我国电力工作的薄弱环节之一，给我国的工农业生产带来了较大影响，与国外差距仍然较大。
1.3 八十年代
八十年代是我国电力通信的高速发展时期，随着大规模集成电路的发展，出现了数字微波、光纤通信和程控交换机等，大电站、大机组、超高压输电线路不断增加，电网规模越来越大。承接七十年代末的电力系统数字化网络的建设，八十年代，我国开始建设电力专用通信网。此阶段，数字微波、卫星通信、光纤通信、移动通信、对流层散射通信、特高频通信、数字程控交换机等得到了推广与运用。当然，电网的飞速发展也为电网的管理和技术提出了新的要求，我国紧跟时代脚步，自上而下成立了电力通信网建设和管理的专门机构，并逐步形成和完善了一套指导建设电力通信网的技术政策，制订了有关通信的规章制度和技术要求，培养出了一批熟悉通信设计、建设、运行、维护、管理的人才，在政策和制度方面加强了力量建设。
1.4 九十年代
九十年代，我国的电力通信系统发展较快，有了进一步提高，新技术和新设备的应用更快更灵活，在其他网络上，例如传输网和交换网等得到了进一步的完善，并开始引入一批高新网络技术，为现在的电力通信发展打下了良好基础。
2 我国电力通信的现状
2.1 电力通信网的主要业务形式
在我国，电力通信网是一种专业性极强的通信网，是电网的重要组成部分，在网络通信技术不断发展的今天，电力通信网的业务形式也在不断扩大和发展，其主要业务形式表现在以下几个方面：
2.1.1 电网安全监视和稳定控制方面
在我国各个城市中经常出现电力系统崩溃的现象，其中一个重要原因就是电力网络结构过于薄弱，而且使用极不合理。对此，许多地区在电网的安全监视和稳定性控制方面给予了不少投入。例如，购置了及时定位线路故障点的线路故障测距装置；对通信网络不稳定的地方设置了实时监控系统，监视通信网路的健康状况；通过全球卫星定位系统的实时相量测量，在电力系统中实施相量控制等手段，使得我国大部分地区的电力系统稳定运行成为了可能。
2.1.2 气象与新能源方面
电力通信系统目前在气象监测方面正发挥着日益增大的作用，例如：对于常年无人监守的户外水电站，可借助电力通信系统在水电站的上游选取合适位置安放监测台，对一年降水情况进行采集和网络分析，然后通过网络将信息传播，对数据进行全面具体的分析。同时，它在新能源方面的作用也正不断突出，对太阳能、风能、潮汐等新能源的发电技术研究正是今后国家电力进程的一个长期方向，因此电力通信系统对新能源的开发利用也是今后电力通信网络的业务方向之一。
2.1.3 环境保护方面
在环境保护力度不断加大的今天，对各个领域的各种排放物的监控要求正不断提高，目前，我国电力通信系统在对部分火电厂、核电站的废气、烟尘、放射线等的排放上已形成全面的监测系统。此系统综合利用GPS系统、地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）等先进技术，将采集到的数据和实物样本就地进行分析处理，并通过网络，传输到总部统一备案处理，大大提高了效率，对环境保护做出了巨大贡献。
2.1.4 电网商业化运营方面
电网商业化运营主要依托于全国的联网工程，在我国电力改革深入发展的今天，要求形成与国际互联网企业接轨的大的网络环境。电子商务系统安全性大、快捷方便，收益空间大，建立互动式电子商务平台，不仅能扩展业务范围，还能扩大信息交流。高速而又安全的电力通信网络，对电子商务的实时交易和电力网络环境的安全维护，发挥着越来越重要的作用。
2.2 我国电力通信的主要问题
2.2.1 电力通信网络管理标准不完善
我国的电力通信网络，其标准和体制虽然符合国家和国际标准，但在电力系统的特点和要求下，其通信网发展的标准和规范都极不完善，规划等制定和更新也不及时。这在新技术更新发展速度如此迅速的今天，电力通信网络的管理标准不完善对电力通信网的整体全面发展影响较大。
2.2.2 区域发展不平衡
在我国，各地受经济发展水平、政策贯彻落实程度和科技运用程度的差异，每个地区的电力通信发展水平极不平衡。部分地区和单位早已实现数字化和光纤化环网，该地区的电网及通信业务服务能力大大加强；而有些地区受地理和经济因素的共同制约，在发展速度上落后于发达地区，有的甚至偏远到变电站连成最基本的调度电话都难以保证，各地区发展极不平衡。
3 电力通信的发展方向
3.1 加快光纤传输网的设置，加大全面网络建设
我国部分地区的电力通信系统中，电力光纤通信网存在着纤芯容量不足、设备容量小的情况。因此很有必要加大投入在加快传输网的建设上。要对该地区主干光纤传输网加大改造和建设力度，吸引投资，以点带面，在工程建设上做好工作。而且，要在电力通信和动作流程中加大网络的全面、系统建设。例如，在通信网的非话业务方面和网内IP技术等方面要加大开拓和推广力度，努力扩大电力通信网络的覆盖面，在各交换机制的组网工作中做好相关完善工作，把信息交换网络朝着高速高效率、安全性强、稳定性高的方向建设。
3.2 加大科研力度和技术研究
我国的电力传输技术有待提高，要在维护已有的传统传输模式的基础上，加强改造和新技术的研发，增加业务管理力度和方面，在研究和建设电力通信网络的同时，要鼓励科技创新，将宽带IP等新技术的运用深入到现代通信网络的建设当中，多角度加大经费投入和科研技术的研究。
3.3 各地严抓电力通信电路的建设质量
在我国电力通信发展速度飞快的现状下，要努力减少通信电路误码率高、公务监控不力、监控系统不通等系列问题，杜绝电力通信网络工程中的低质量工程项目的出现。各个地区应避免“地方保护”、“门户观念”对工程选择和决定的不良影响。且在网络系统的建设过程中，加大科研力度和投入，其工程项目负责人还要实行责任制，做好检测和监管工作，及时验证工程指标是否合格，确保建设质量。
3.4 积极建设宽带多业务数字网络平台
在电力通信发展规划中，要积极地建设宽带多业务数字网络平台，在语音、图像、数据、媒体、新闻等各业务领域为现在和今后的发展打好基础，提供统一的多优先等级，确保业务质量。
3.5 致力于国内和国际市场的开发
保证业务质量的服务，在优化核心层基础上，广泛开展接入层、用户层工作。在电力通信网络成为功能强大的通信网络时，要按照市场机制和市场运行规律，充分合理地利用我们的通信网络资源，积极拓宽新的增值业务和服务范围，规划、建设、完善好一批具有一定规模和发展潜力的电力通信系统模式，加大自身竞争力，逐步走向社会，参与竞争。
电力通信的战略地位非同一般，做好电力通信行业的发展，必须依托于坚固的电网结构、先进的通讯网络，并有完善的金融和法制体系作支撑。我国的电力通信技术目前正处于稳步上升发展时期，其具有光明的发展前途和强大的生命力。政府各部门也应该加大关注力度和资金投入力度，同时电力通信行业还要积极提高自身业务水平和素质，在技术和装备上不断改进，将科技含量更高、技术更全面的成果广泛实施，为我国的电力通信行业和全国人民带来便利和服务。
参考文献：
[1]孙业成，赵大平，陈希.《电力系统信息产业的发展方向》.中国电力科学研究院通信研究所，2001年10月10日.
[2]《国内电力通信的发展状况》中华商务网，2002年6月10日.
关键词:神经网络; BP网络; 天线; EDA
中图分类号:TP18文献标识码:A
文章编号: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
随着通信技术和计算机技术的日趋成熟和完善,微波通信、移动通信、卫星通信等无线通信都在高速的发展,人们预计无线通信将在通信行业占领愈来愈重要的地位。天线是无线通信领域中非常重要的元器件,对天线的研究是无线通信研究中的一个重要的课题。目前,有很多电磁仿真软件可以用来辅助天线设计,应用较为广泛的Agilent公司的ADS和Ansoft公司HFSS,分别基于矩量法(Method of Moments,MoM)与有限元法(Finite Element Method,FEM),均具有较精确的天线设计方案,但是处理速度一般都不是很理想。随着天线设计的复杂程度提高,而设计周期却在减小,提高微波EDA的处理速度成为迫切需要解决的问题。如果在不大幅度降低精确性的同时对处理速度进行改进,就要找到一种处理方法,它必须满足两点:第一,可以充分逼近任意复杂的非线性关系;第二,使得快速进行大量运算成为可能[1]。
而神经网络就满足这两个条件,基于神经网络的优化计算就是利用神经网络的联想存储及自学习功能,以某一系统的输入作为网络的输入,以这一系统的输出作为网络的目标,反复训练网络,最终使网络具有与原系统相似的输出。这样,在相同的输入下,就可以用网络的输出来模拟原系统的输出。这里以天线设计中某些要变化的参数作为网络的输入,以天线的某些性能指标为网络的训练目标,用少量的原始数据(由微波EDA得出)训练网络,直到误差符合要求,并且用一定量的数据来测试网络,以确保网络的输出接近真实值。训练完毕后,就可以用所训练的网络来代替原EDA进行计算,而神经网络的处理速度要快得多,从而达到了加速的目的。
1 神经网络简介
人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)早期的研究工作应追溯至20世纪40年代,W.Mcculloch和W.Pitts首先提出神经元的数学模型。1982年和1984年美国物理学家Hopfield在美国科学院院刊上发表了两篇关于人工神经网络研究的论文,引起了巨大的反响。随即,一大批学者和研究人员围绕着 Hopfield提出的方法展开了进一步的工作,形成了上世纪80年代中期以来人工神经网络的研究热潮[2]。
表征神经网络需要3个方面:网络拓扑结构、神经元特性、以及学习(或训练)方法。人工神经网络是由简单的处理单元所组成的大量并行分布的处理机,这种处理机具有存储和应用经验知识的自然特性,它与人脑的相似之处概括为两方面:一是通过学习过程利用神经网络从外部环境中获取知识;二是内部神经元用来存储获取的知识信息[3]。
2 天线馈电匹配设计
微带贴片天线以其体积小、重量轻、易与载体共形、电气性能多样化等特点,在无线通信领域得到越来越广泛的应用,因此,本文以贴片天线的贴片尺寸对S11参数影响为例说明神经网络在天线馈电匹配设计中的应用。
利用Ansoft公司HFSS建立天线模型,如图1所示。基底:中心坐标(-30,-30,0) mm,x轴90 mm,y轴80 mm,z轴1.6 mm,介电常数4.4。贴片:中心坐标(0,0,1.6) mm,x轴37.5 mm,y轴25 mm。馈电探针:中心坐标(2.76,10,0) mm,方向z轴,直径0.63 mm,高16 mm。接地探针:中心坐标(1,10,0) mm,方向z轴,直径0.32 mm,高1.6 mm。以贴片长宽为变量,设为fx,fy,在本例中fx范围[3.5,4.0] cm,步长01 cm;fy范围[2.2,2.7] cm,步长01 cm;频率范围[22,24] GHz, 步长0002 GHz。以fx,fy,f为变量进行扫描,共扫描点数:3 636个。
图1 贴片天线HFSS模型
目前,神经网络结构的选择尚无一种统一而完整的理论指导,一般只能由经验选定。而网络的结构直接影响网络的逼近能力及推广性质。因此,应用中如何选择合适的网络结构是一个重要的问题。本文中采取三层的BP网络,BP网络实质上是实现了一个从输入到输出的映射功能,而数学理论已证明它具有实现任何复杂非线性映射的功能。这使得它特别适合于求解内部机制复杂的问题,而且网络能通过学习带正确答案的实例集自动提取合理的求解规则,即具有自学习能力,并具有一定的推广、概括能力[4]。
为了使网络收敛速度加快对训练样本(输入和输出),一般采取先归一化再训练的方法[5],即样本的取值范围都是[0,1]。中间层训练函数tansig,输出层训练函数tansig的定义域都是[-1,+1],都包括了样本的取值范围。在这里学习函数设为trainlm收敛速度较其他学习函数要快。误差设为0000 1,是因为训练样本采取了先归一化再训练的方法,其结果的误差会随着反归一化变换时被放大,所以目标误差设定要小一点,但是不能太小,否则会产生过拟和现象。
Matlab程序(BP网络的训练部分):
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);
网络的逼近、推广能力同学习样本的典型性密切相关,而从问题中选取典型样本实例组成训练集是一个很困难的问题。一般来说,要保证BP网络模拟曲线逼近原参数曲线,在选取训练点时注意两个条件:第一,尽量使训练点分布平均,即在各个S参数曲线上的训练点尽量相等[6];第二,尽量在S参数曲线上保持平均分布。本文为了说明BP网络性质是随机选取的训练点,可能不满足这两个条件,但是在应用HFSS时,就可以在平均在各个S参数曲线上取训练点,而且在各个S参数曲线上按一定步长选取训练点,这样就可以保证上述两个条件,使BP网络模拟曲线尽量逼近原参数曲线,获得一定数量的预测值[7]。
2.1 改变样本点数量
图2为样本点为2 500时的模拟S11曲线。图3为样本点为1 500时的模拟S11曲线。训练误为差0000 1,学习效率为008,中间层数为75,中间层训练函数tansig,输出层训练函数tansig,学习函数trainlm。
图2 样本点为2 500时的模拟S11曲线
由图2,图3可知,在训练目标误差为0000 10的情况下,用1 500个点频值模拟3 600个值的S11参数曲线,减小了多一半的工作量,可以看出,随着样本数量的减少,网络逼近能力变差。
一般来说,随着样本数量的减少,网络的泛化能力将变差。泛化能力差,预测能力(也称逼近能力)也差,并且一定程度上,随训练能力地提高,预测能力也提高。但这种趋势有一个极限,当达到此极限时,随训练能力的提高,预测能力反而下降,即出现所谓“过拟合”现象[8]。此时,网络学习了过多的样本细节,而不能反映样本内含的规律。
图3 样本点为1 500时的模拟S11曲线
2.2 改变中间层数量
图4(a)是中间层为200的情况,训练目标误差为0000 10,训练达到目标误差所用步数为98步。图4(b)是中间层为75 的情况,训练目标误差为0000 10,训练达到目标误差所用步数为153步。图4(c)是中间层为50的情况,训练目标误差为0000 10,训练达到目标误差所用步数为512步。
由图4可知,中间层数量对训练函数所用迭代次数有影响,这实质上是网络容量的可能性与可行性的关系问题,即学习复杂性问题。同时中间层数量对训练函数的收敛性也有重要的影响,中间层数过少,可能会导致训练函数过程的不收敛[9]。从数学角度看,BP算法为┮恢知局部搜索的优化方法,但它要解决的问题为求解复杂非线性函数的全局极值,因此,中间层数量过少时,算法很有可能陷入局部极值,使训练失败[10]。
2.3 改变学习效率
图5(a)是学习效率为0.08的情况,训练达到目标误差所用步数为153步。图5(b)是学习效率为0.04的情况,训练达到目标误差所用步数209步。图5(c)是学习效率为0.02的情况,训练达到目标误差所用步数为296步。
由图5可知,学习效率对BP网络预测效果,即泛化能力影响不大,对训练达到目标误差所用迭代次数有影响。由于BP算法本质上为梯度下降法,而它所要优化的目标函数又非常复杂,因此,随着学习效率降低,必然会出现锯齿形现象,这使得BP算法低效,而且由于优化的目标函数很复杂,它必然会在神经元输出接近0或1的情况下,出现一些平坦区,在这些区域内,权值误差改变很小,使训练过程几乎停顿,即存在麻痹现象[7]。
图4 不同中间层数的模拟S11曲线
图5 不同学习效率下的模拟S11曲线
3 结 语
本文以计算贴片天线的S11参数为例,具体说明了神经网络(这里用的是BP网络)在天线设计中的应用, 基于神经网络的优化计算是用某系统的输入输出来训练网络,利用神经网络的联想存储及自学习功能,在相同的输入下,使网络具有与原系统相似的输出。这样,就可以用网络的输出来模拟原系统的输出,而神经网络的处理速度一般来说是很快的,从而达到加快计算的目的。随着天线设计的复杂程度提高,设计周期在减小,本方法具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]钟顺时.微带天线理论与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.
[2]张青贵.人工神经网络导论[M].北京:中国水利水电出版社,2004.
[3]海金.神经网络原理[M].叶世伟,译.北京:机械工业出版社,2004.
[4]飞思科技产品研发中心.神经网络理论与Matlab 7实现[M].北京:电子工业出版社,2005.
[5]哈根.神经网络设计 [M].戴葵,译.北京:机械工业出版社,2005.
[6]Georg Dorffner. Artificial Neural Networks [M]. [S.l.]: ICANN, 2001.
[7]许东.基于Matlab 6.X 的系统分析与设计――神经网络[M].西安:西安电子科技大学出版社,1998.
[8]田景文,高美娟.人工神经网络算法研究及应用[M].北京:北京理工大学出版社,2006.
