基于時間調制陣列的抗多普勒和跳頻技術研究.pdf

1、隨著科學技術日新月異的發(fā)展，現代通信系統(tǒng)對于天線性能的要求也日趨多樣化。為了提升天線系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性，實現較低副瓣的方向圖來應對干擾，同時降低激勵動態(tài)幅度的工程實現難度，時間維的概念被引入常規(guī)天線陣列形成了“四維天線陣列”——時間調制陣列。然而，控制時序對于信號的調制在基波載頻上產生低旁瓣的方向圖的同時，其輻射能量也會擴撒到各次諧波中，因此在過去的研究中諧波常被視為無用且浪費輻射能量。然而如果能尋找合適的應用場景，通過利用控制時序與

2、諧波特性間的關系來合理分配邊帶輻射的能量，可以在射頻端以較低的開銷實現許多復雜信號處理的功能。而高速鐵路就是其應用場景之一。
　　近幾年來，隨著新型車輛的投入，列車車速不斷提升。鐵路軌道運輸憑借著其更為經濟的運載能力，已然成為了城際交通工具中的首選。然而，高鐵信息化建設卻未能做到同步規(guī)劃完善，現有的通信系統(tǒng)無法應對高速環(huán)境下的多徑效應與多普勒效應。另一邊，隨著網絡運營商提供的移動數據服務技術愈發(fā)成熟，旅客對于諸如交互式通信軟件、多

3、媒體以及其它數據業(yè)務的依賴與日俱增。其供需之間的矛盾以及高鐵龐大建設規(guī)模的制約使得尋找一種兼容已有通信系統(tǒng)來提供高速環(huán)境下的寬帶數據服務的解決方案意義重大。
　　在這一背景下，圍繞著減少多徑效應和多普勒頻率偏移，同時提供多用戶獨立通信通道，本文對時間調制陣列的諧波特性進行了研究；并針對高速鐵路通信系統(tǒng)進行分析，分別提出了一種適用于跳頻技術的雙通道時間調制陣列天線系統(tǒng)和一種自適應抗多普勒時間調制陣列天線系統(tǒng)。所提出的兩種系統(tǒng)通過高速

4、射頻開關控制天線陣列各單元的工作狀態(tài)，從而對輻射信號進行調制。選取正負第一次諧波為通信波束，在將波束能量對準于目標方向的同時在射頻端對載頻進行遷移，滿足了功能需求。此外，利用天線單元控制時序中的未使用間隙將系統(tǒng)擴展為獨立頻段的雙通道天線系統(tǒng)，并提供了時序沖突時的解決策略，改善了窄波束系統(tǒng)提供多用戶服務的能力。
　　本文首先通過回顧時間調制陣列的概念與發(fā)展，同時簡要總結了國內鐵路事業(yè)蓬勃發(fā)展所伴生而來的困擾，明確了時間調制陣列系統(tǒng)在

5、抗多普勒效應和跳頻技術方面的研究意義和工程應用價值。
　　隨后，對時間調制陣列原理進行了闡述，突出該陣列可以依靠較為簡單的系統(tǒng)結構在射頻端調制輻射能量，改變載波頻率；討論了各波束形成算法對于通信的改善；通過對高速移動下的通信信道模型的分析，確定了系統(tǒng)各項功能的需求。
　　在上述分析結果的基礎上，提出了適用于跳頻技術的時間調制陣列天線系統(tǒng)，推導了開關時序與波束控制的聯系，優(yōu)化開關控制時序，并提出了一種雙通道的解決思路，仿真結果

6、表明，所形成的波束指向方向與載頻滿足預期。為了降低干擾，采用了序列優(yōu)化的方式，抑制旁瓣能量。并通過加工與測試，驗證了開關序列對于波束控制的實時性，以及頻率跳變值的準確性，序列優(yōu)化效果滿足預期，體現了射頻端實現載頻跳變的優(yōu)勢。
　　基于對高速通信環(huán)境的分析，提出了一種自適應抗多普勒天線陣列系統(tǒng)的方案，細化了系統(tǒng)功能，設計了相應的系統(tǒng)框圖同時制定了通信的收發(fā)流程?；谙到y(tǒng)的不確定度，設置了相應的校驗算法，提高了系統(tǒng)的魯棒性。依照指標仿