基于波束形成技术的集中器设计

摘要：针对无线远程抄表系统的集中器在居民小区汇聚采集器上传数据时面对拥挤复杂的现实环境频谱发生信号微弱、中断甚至丢失的问题，文章分析了信号中断及丢失的原因，并基于自适应波束形成技术提出了一种基于波束形成技术的集中器设计方法，通过利用波束形成技术来提高集中器的通信质量及覆盖范围，保证复杂环境下集中器的正常通信。 关键词：智能电网；无线远抄；集中器；自适应波束形成；抄表系统文 随着无线通信技术的发展，当前绝大多数居民小区内都被基站信号、Wi-Fi、广播信号以及工业科学医用ISM频段所覆盖，受现实环境频谱资源拥挤复杂情况的影响，当前的无线远程抄表系统面临着工作范围重叠的城区内基站干扰、高楼林立的建筑物阻挡、工作范围距离有限等许多问题。这些问题已经影响到了无线远程抄表系统的稳定运行，甚至使得人工抄表方式不得不再次出现，浪费大量资源。现存解决方法主要是增加中继器，通过中继采集器的信号来增大集中器工作范围，加强信号传输功率。该方法的缺点是，需要在小区内寻找合适的地点安装中继器，某些小区难以找到合适的地点，同时在城郊及偏远农村很难架设中继器。如何高效地降低集中器所受干扰，并保证其工作覆盖范围，已经成为一个亟需解决的问题。 1基于波束形成技术的集中器设计 1.1自适应波束形成技术 近些年伴随着移动通信技术的突飞猛进以及电波传播、天线技术等方面研究的深入，自适应天线技术逐渐成为移动通信领域的研究焦点，具有能够高效解决频率资源紧缺、降低通信干扰、提高系统容量与通信质量的优势。相比较传统的时分复用（TDMA）、频分复用（FDMA）或码分复用（CDMA）技术，自适应天线采用空间维度的空分多址（SDMA）技术，当信号的时隙、频率及编码方式都相同时，空分多址技术可以使信号以不同的路径传播来避免干扰，因此自适应天线技术越来越多地被应用于复杂频谱环境下的无线通信中。 自适应波束形成天线系统由天线阵列及馈电网络、射频收发信机以及先进的数字波束形成及控制算法构成。其基本原理可以概括为：通过调节天线阵列各个阵元上信号的幅度及相位的加权值，来控制调整天线阵列的方向图，实现对干扰信号的抑制及目标信号的加强，从而提高目标信号的信干噪比，同时可以节省天线发射功率，延长电池使用寿命。 传统的波束形成算法需要进行复杂的数字信号处理算法来提取信号源的位置信息，而在一个居民区中集中器与采集器的相对位置固定，只需在初次进行计算或手工录入即可获得位置