多重化技术（精选六篇）
多重化技术 篇1
随着世界能源日益紧张,绿色环保浪潮的来临,无害能源急剧增多,诸如风能、水能、太阳能的出现对新一轮的能源利用技术提出了更多的要求[1]。这些能源往往要通过蓄电池储存起来,使用的时候通过逆变器转换成所需要的交流电源形式。交流电源的最佳波形是正弦波[2],而简单逆变电源电路的输出波形和正弦波相去甚远,这种不规则的波形在使用时会产生大量的谐波[3],而谐波对公用电网和其他应用系统的危害较大,具体表现在:
(1) 使公用电网中的元器件产生谐波损耗,降低效率,容易使中线发热,引起火灾;
(2) 谐波引起的噪声机械振动使得电机和变压器局部过热,绝缘老化,降低寿命;
(3) 产生的谐振使得继电保护误动作和测量准确性能降低;
(4) 强电产生的干扰信号使得附近的通信系统无法正常工作。
上述理由使简单逆变电源电路的进一步推广使用遇到了瓶颈,而使用较为复杂的电路将会增加成本。本文以单相逆变电源电路为例,将简单逆变电路做成多重化[4]结构,并采用NI公司的仿真软件multisim 10对各逆变电路进行仿真分析[5],得到较为理想的正弦波形。
1基本单相桥式逆变电路
基本单相桥式逆变电路[6]如图1所示。S1～S4是逆变电路的四个臂,由电力电子器件及其辅助电路构成。当开关S1,S4闭合,S2,S3断开时,负载电压为正;当开关S1,S4断开,S2,S3闭合时,负载电压为负,即把直流电变成了交流电。改变两组开关的切换频率,可改变输出交流电的频率。
2一重单相桥式逆变电路
把基本单相桥式电路中的S1～S4用大功率器件[7]代替,采用变压器输出,可构成电压式一重单相桥式逆变电路,其仿真电路和仿真结果如图2所示。具体参数选择如下:Q1～Q4 采用大功率器件IRG4BC40W,D1～D4为续流二极管1N4007GP,V1为100 V直流电源,V2、V4为15 V、50 Hz开关信号。其中V3相位滞后V2 90°。由输出波形可知该波形周期约为20 ms(频率50 Hz,与开关信号频率相同),最大值11.407 V,显然输出波形谐波分量较多,与理想正弦波相去甚远。为得到更好的波形输出,下面采用多重化技术搭建二重单相桥式逆变电路[8]。
3二重单相桥式逆变电路
运用多重化技术,对一重单相逆变电路进行二重化构造。具体方法如下:首先搭建两个单相逆变电路,每个单相逆变电路的元器件选择同图2。并使并使开关信号V4滞后V2 90°,V5滞后V3 90°,再使V3滞后V2 60°,V5滞后V4 60°,最后将其输出通过变压器T1和T2串联。这样设置参数可使两个一重单相逆变电路所含的某些主要谐波分量相互抵消,仿真电路和输出波形如图3所示。由输出波形可知周期约为20 ms,最大值为17.704 V,可见输出波形已经比较接近正弦波。虽然其逆变效果优于单重逆变电路,但是与理想正弦波仍有一定距离,下一步构造三重单项桥式逆变电路[9]。
4三重单相桥式逆变电路
将三个结构完全相同的单相全控桥式电路的开关信号按一定的相位差连接起来,并把三个输出变压器T1,T2,T3串联可构成三重单相桥式逆变电路。开关信号参数设置如下:使V4滞后V2 90°,V5滞后V3 90°,V7滞后V6 90°,再使V3滞后V2 60°,V6滞后V3 60°,仿真电路和输出波形如图4所示。由输出波形可知周期约为20 ms,最大值为17.704 V。显然该波形已非常接近正弦波,如果加上适当的滤波电路[10],即可得到非常理想的正弦波形。
5结语
由以上分析可知,采用多重逆变电路,只要合理设置开关信号的相位差,就可获得较好的逆变效果,且重数越多,逆变效果越好。多重逆变电路有串联多重和并联多重,电压型逆变电路多用串联多重方式;电流型逆变电路多用并联多重方式。本文采用的是串联连接方式,实际使用时可根据需要采用不同的连接方式。以此类推,三相电路也可以根据需要进行多重串联或多重化并联连接,只需在变压器的连接方式上加以变化即可适应不同场合的要求。
摘要：本文的研究目的是为了探索一些改善逆变电源质量的有效方法,并且能够减少谐波分量。方法上是采用多重化技术,首先给出基本电路原理说明,然后在采用先进的器件基础上构造一重单相桥式逆变电路,观察仿真结果,由于不够理想后又进一步深入地做了二重逆变电路和三重逆变电路的构造并不断地做出仿真实验。从这个过程中发现,随着逆变电路重数的增多,逆变电路的仿真输出效果越来越接近理想的正弦波形,而且发现重数越多,逆变效果越好。因此得出结论,改善逆变电源质量可以采用多重逆变电路来实现。
关键词：多重化技术,逆变电源,谐波分量,仿真实验
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多重化技术 篇2
关键词：并联型有源电力滤波器,双闭环控制策略,LCL滤波器,环流抑制,开关纹波
0 引言
有源电力滤波器(APF)作为谐波治理、改善电能质量的电力电子装置,因其补偿性能受系统频率、阻抗变化的影响小受到了越来越多的关注[1]。其中,并联型有源电力滤波器(SAPF)的理论相对比较成熟,国内外有很多成果。
目前,APF向着大功率的方向发展,为解决大功率器件较低的开关频率对系统性能的限制,国内外提出了很多方法。目前,常用的扩容措施主要有变流器主电路多电平结构、变流器主电路多重化结构和多台APF并联使用三种。本文采用主电路多重化结构,能减小由开关器件的串并联组成的多电平结构带来的控制策略复杂性和系统不稳定性,以及多台APF并联使用造成的成本过高问题。变流器以多重化主电路功率开关管交互错开的工作方式,成倍地提高了器件的等效开关频率[2],但是这种拓扑结构会使变流器主电路之间形成环流,给系统带来危害。
为了跟踪高变化率的谐波电流,APF必须具有较小的输出阻抗,因此输出滤波器的设计便显得尤为关键,其中LCL滤波器具有较高的高频衰减率、相对较低的输出阻抗在APF中得到了广泛应用[3,4]。传统的L滤波器为了增加对高频开关纹波的衰减作用,不得不把电感量设计的很大,不仅造成了系统成本的升高,也使APF对谐波电流的跟踪控制精度降低,使系统的动态性能变差[5]。LCL滤波器则可以以较小的电感量达到较好的滤波效果,而且也可以克服电网阻抗的不确定性带来的影响。但是LCL滤波器是谐振电路,对系统的稳定性影响很大,要尽量避开其谐振频率,因此,对于LCL滤波器的分析显得尤为重要。
为了解决上述综述问题,本文研究采用二重化SAPF,提出了一种基于LCL滤波的APF双闭环控制策略,有效地抑制了变流器主电路之间的环流问题,并对LCL滤波器在多重化主电路中的应用做了定性和定量的分析,同时也对直流侧电压PI调节器进行了优化,大大减少了APF启动时的冲击电流。最后,通过仿真和实验验证证明了所提方案的可行性。
1 系统构成及其数学模型
在三相四线制系统中,APF不仅要对三相负载谐波电流进行补偿,还要对零线电流进行补偿,以消除电源侧的零线电流,并使三相电流对称。APF工作时,各组变流器根据来自控制电路计算出的电流指令信号,通过各自的电流跟踪环节产生补偿电流,注入电网以抵消负载产生的谐波电流[6]。三相四线APF在三相三线APF的基础上增加了一个零序桥臂,为零序电流提供通路。通过增加的桥臂,可以直接控制中性点的电压,使得三相四桥臂变流器中点可以产生三个独立的电压,从而使其输出不平衡电流,以补偿负载电流的不平衡。虽然三相四桥臂APF多了一个控制量,但它的控制目标与三相三线APF并无差别,即在维持直流侧电压稳定的基础上控制输出电流。并联型二重化有源电力滤波器的系统结构如图1所示。
图2为并联型有源电力滤波器(SAPF)的数学模型。其中,PWM变流器输出电压Uca、Ucb、Ucc为
定义开关函数Sk为
由电路理论可以得到关于直流侧电压以及变流器补偿电流的方程为
对式(2)、式(3)同步旋转坐标变换,得APF数学模型为
2 基于LCL滤波的多重化APF控制策略
2.1 谐波电流的检测
在APF中,谐波电流的检测环节是其控制的关键,直接影响到它的性能。ip-iq检测法具有优越性能,但是只适用于三相三线制的电网。本文在此基础上,增加了零序电流的检测环节,用于三相四线制电网。特定次谐波电流的检测算法框图如图3所示。
在特定次谐波电流的检测方法中,正、负序电流的检测方法和ip-iq法基波正、负序电流检测具有一样的原理[7],这里不再赘述。而零序电流的特定次谐波电流检测原理却类似单相电流的谐波检测,设零序电流为
对于M次谐波,按照图3,则有
经过低通滤波器LPF后得到
于是
2.2 主电路控制策略
本文提出了基于LCL滤波的多重化主电路双闭环控制策略,该控制策略在提高器件等效开关频率的同时,有效地抑制了多重化主电路变流器之间的环流问题。控制框图如图4所示。
图4中,外环控制采用三角载波相移SPWM技术,这样多重化变流器能够在较低的器件开关频率下获得较高的等效开关频率的效果,有效抑制和消除谐波,增大传输带宽。其控制框图如图5所示。
不同于常规的三角载波SPWM控制,它是将谐波电流指令信号与各变流器的输出电流ic的偏差经过PI调节后,再与三角载波比较,第一组比较后生成变流器1的驱动信号,第二组经过与相移180°后的同一个三角载波比较后生成变流器2的驱动信号,通过优化控制最小来提高三角载波比较控制的精确性。两组变流器的开关器件交互错开工作后,系统等效开关频率为各个变流器开关频率的二倍[8]。
由于变流器之间不可避免地会出现输出电压误差,两个变流器公用一组直流电容器,这种拓扑结构恰好提供了一个通路从而形成环流,给变流器的正常工作带来了很大的危害[9]。为了抑制环流,在控制上采用了瞬时电流负反馈闭环控制,如图4内环所示。变流器1和变流器2的输出电流差值均分后,再通过环流负反馈来控制各组变流器的输出电流,作为外环控制的瞬时比较变量来调节PWM的输出,有效地抑制了环流。直流侧电压控制,APF正常工作时直流侧电压高出预充电电压很多,投入APF时,系统对电网的冲击电流很大[10],因此在初始投入时刻,直流侧闭环电压给定采用逐步递增的方式,同时对PI调节器进行了防积分饱和以及最大输出值限幅,虽然延长了充电时间,但却使冲击电流大大减小了。图6(a)为两个变流器之间的环流,图6(b)为经过PI调节器环流抑制后变流器之间的电流,控制效果显著。
2.3 变流器输出滤波器的分析
变流器输出滤波器是并网变流器的一个重要环节,负责滤除功率器件开关动作产生的电压、电流高频纹波,而且尽量要求滤波器输出阻抗低[9]。目前,应用最多的是L滤波器,参数设计简单,容易控制。但是其电感量大,跟踪动态性能差,受系统阻抗影响比较大等缺点越来越制约了APF的滤波效果。因此,本实验装置的设计中,变流器输出滤波器采用LCL型滤波器。其中,LCL滤波器的单相结构原理如图7所示。
L1的功能是将变流器输出的电压转化为补偿电流并抑制高频开关纹波电流,而且纹波电流主要取决于L1的大小。L2和C的加入将一阶滤波电路变为三阶滤波电路,在改善滤波器过渡性能的同时,也给高频开关谐波电流分量提供了一个低阻通路,避免注入电网。根据电路支路分流关系,Xc应小于XL2,这样才能使高频电流分量尽可能地从电容支路流走。Rc为阻尼电阻,用来减小LCL滤波器的零阻抗谐振点给系统带来的危害[10]。
LCL滤波器的参数取值约束条件如下。
(1)滤波电感L1和L2的取值
将电网侧滤波电感L2等效到电网电感上,则LCL滤波器等效成为LC滤波器,可以根据二阶滤波器经典的归一法来设计L1的参数。
式中:M为截止频率变换参数;K为特征阻抗变换参数。
求出L1后,工程实践中L2的值一般取为0.1倍L1左右时,即L2=0.1L1,滤波效果比较好。
(2)滤波电容C的取值
滤波电容C的大小会影响系统的功率因素,一般情况下系统无功容量应限制在总容量的10%以内。
式中:S为APF补偿容量;f1为基波频率;Us为电网电压。
(3)阻尼电阻RC的取值
阻尼电阻一方面要满足系统稳定性和滤波效果的要求,另一方面要尽量减少阻尼损耗。若RC取值过小则系统损耗增大,RC取值过大则阻尼振荡的效果削弱,系统稳定性变差。因此,一般将RC的取值设定在谐振点容抗的1/3左右。
式中,fr为谐振频率。LCL滤波器的L1、L2和C参数取值确定后,滤波器的零阻抗谐振频率也随之确定。
本文中LCL滤波器的设计值为L1=0.5 m H,L2=0.05 m H,C=44µF,RC=5Ω。其Matlab仿真滤波效果如图8(a)所示。在其他条件不变的情况下,为了达到相同的滤波效果,需要L型滤波器的电感量为L=4 m H,将近增大8倍的电感量,而且补偿后的电流波形中,仍有未除去的毛刺,如图8(b)所示。毛刺尖峰是电流中的高频成分,由APF的动态响应不足造成的。图9为在不同滤波工况下,投入负载后,APF的响应时间,输出滤波器为LCL型时,响应时间为一个周波即20 ms;而在L型滤波器下,系统响应时间将近为两个周波即40 ms。
因此,采用LCL滤波器,滤波效果好,系统的动态响应快,而且电感量小,可以大规模地降低成本,尤其在多重化主电路多桥臂结构中更加显示出其优势来。但是若参数设计不合理,LCL滤波器的谐振问题会引起系统的不稳定性。这也是不能忽视的。
3 系统仿真结果
采用Matlab/Simulink对整个系统进行仿真验证,网侧线电压为380 V,基波频率为50 Hz,APF容量为75 k VA,器件开关频率为10 k Hz,系统等效开关频率为20 k Hz,直流母线电压设定值为700 V。图10(a)和图10(b)为未投入APF时的不平衡负载电流以及零线电流仿真波形,电网电流谐波畸变率(THD)高达27.41%。图10(c)和图10(d)为投入APF之后,不同滤波工况下的负载电流和零线电流波形。图10(e)为APF的C相补偿电流波形。
由图10(c)和图10(d)比较发现,经过L滤波的补偿电流中含有高频分量(毛刺),谐波畸变率为4.83%,如图11(a)所示;而经过LCL滤波后的补偿电流波形比较平滑,滤波效果优势明显,谐波畸变率为2.48%,如图11(b)所示。
4 系统实验结果
为了验证本文提出的控制策略,研制了一台有源电力滤波器装置,如图12所示。控制器芯片采用TI的浮点型DSP TMS320F28335。主电路由8个英飞凌两单元IGBT模块构成。图13(a)和图13(b)为未投入APF时的不平衡负载电流实验波形,图13(c)和图13(d)为投入APF后的负载电流实验波形。经过对比分析,实验波形和仿真波形一致,说明了系统控制策略的正确性。图13(e)为有APF的C相补偿电流实验波形,与图10(e)仿真波形相比,除了由死区时间设置引起的延迟误差外,波形一致。经测定,实验中电网电流THD从原来的29.53%下降到4.22%,实验结果达到了预期要求。
5 结论
针对大功率并联型多重化有源电力滤波器,本文提出了一种基于LCL滤波的APF双闭环控制策略,系统补偿效果好,并且有效地抑制了变流器主电路间的环流。并对LCL滤波器的参数设计进行了分析,通过LCL滤波器和传统L滤波器的性能对比,显示了LCL滤波器应用在多重化APF中的突出优势。最后,给出了系统仿真和实验验证结果,证明了该控制策略具有很好的工程应用推广前景。文中对LCL滤波器的谐振问题以及应用在多重化APF中对整个系统稳定性的影响未做过多分析,还需要进一步研究。
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基于多重数组的词典技术研究与实现 篇3
分词词典是信息抽取、汉语自动分词等系统的一个基本组成部分,词典的查询速度直接影响到分词系统的处理速度,从而影响到整个系统的性能。因特网上的中文文本检索、汉字与汉语语音识别系统的后处理以及中文文语转换系统的前处理等,都对分词速度提出了更高要求,因此建立高效快速的分词词典具有显著的现实意义。基于多重数组的分词词典技术
很好的解决了词典的查询速度问题。
2 词典结构实现
2.1 分词的存储与查询实现框图
2.2 分词词典技术综述
采用多重数组的分词词典技术是在hash表技术基础上做的进一步的改进与提高,采用多重数组在很大程度上降低了空间复杂度,在检索某个词方面由于是直接根据词来找出词在词典中对应的存储位置,不必排序和多重循环,只是在出现冲突的情况下做冲突处理,否则就不必进行冲突处理,就能很容易匹配到所给的词是否在词典中存储。从而大大降低了时间复杂度。
2.3 词典类部分结构
2.3.1 分词的存储算法
int ChiDictionary::saveToken(const char*word){unsigned int hash=computeHash(word);int entry=(int)(hash%hSize);//根据hash函数计算存词入口int position=hashTable[entry];if(position<0){hashTable[entry]=iNext;position=iNext;}while(1){if(iArray[position].position<0){iArray[position].next=-1;iArray[position].position=stringArray.setNext(word);iNext++;if(iNext>=ISIZE)printf("The dictionary exceed%d items.n",ISIZE);return position;}if(strcmp(word,stringArray[iArray[position].position])){if(iArray[position].next<0){iArray[position].next=iNext;position=iNext;}else{position=iArray[position].next;}}else{return position;}}}
算法分析:对于一个分词先根据hash函数计算出存词的入口,然后判断该入口地方是否已经存有词,如果没有就直接把词存入,否则就进行冲突处理,然后再存入分词。这里值得注意的就是hash函数的设计问题,一个比较好的hash函数对于分词的存储时减少冲突,提高存储性能有很大帮助。
2.3.2 分词的查询算法
算法分析:分词的查询其实就是分词存储的逆运算,也是根据对于一个分词先根据hash函数计算出存词的入口,然后判断该入口地方是否已经存有词,如果没有则返回-1,否则比较该位置的分词是否与给定的分词相等,若相等则返回position,否则进行冲突处理。
3 结论
一个高效的词典数据存储结构是其他分词阶段的基础,多重数组的分词词典技术很好地提高了分词的查询速度,但是当出现对海量数据的存储时就要求必须设计出一个优秀的hash函数,这样才能保证减少存储数据时带来的冲突,提高词典性能。
摘要：词典的查询速度直接影响到分词系统的处理速度,从而影响到整个系统的性能,基于多重数组的分词词典技术很好的解决了词典的查询速度问题。
关键词：分词词典,多重数组,词典机制
参考文献
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多重分集检测前合并技术研究 篇4
将接收端得到的个不同独立信号合并起来, 从合并方式上来讲分为选择式合并、最大比值合并、等增益合并。选择式合并是指检测所有分集接收信号, 以选择其中信噪比最高的那一个接收支路作为合并器的输出, 选择式合并方法简单, 实现容易, 但是, 由于未被选择的分集接收信号丢失, 因此抗衰落效果差。最大比值合并是一种最佳合并方式, 它对多路分集接收信号进行同相相加, 权重是各分集接收支路的信噪比, 最大比值合并的输出信噪比等于各分集接收支路信噪比之和, 因此, 最大比值合并的抗衰落能力最强;等增益合并无需对分集接收信号加权, 各分集接收支路是等增益相加, 等增益合并方式实现简单, 其性能接近于最大比值合并。
多重分集接收信号的合并位置可以选择在检测之后的低频处理 (检测后合并) , 此种方法实现简单, 但解调器的解调支路与分集接收信号的重数成正比, 因此其实现成本较高;多重分集接收信号的合并位置也可以选择在检测之前进行 (检测前合并) , 此种方法仅需要一条解调支路, 可简化设备, 降低成本。检测前合并技术是本文的研究重点。
1 检测前合并技术概述
图1和图2分别为多重分集接收信号检测前合并和检测后合并实现框图。其中, s1 (t) 为第一条分集接收信号, sn (t) 为第n条分集接收信号。由图可知, 对于n重分集接收信号, 若采用检测后合并技术, 则需要n条解调支路;若采用检测前合并技术, 只需要一条解调支路。因此, 检测后合并技术所需的硬件成本远远高于检测前合并技术所需的硬件成本。
由于各条分集接收信号的多径时延不同, 如果将各分集接收信号直接相加则可能导致信号之间相互抵消。为了保证各分集接收信号合并时相位相同, 通常采用锁相法或校相法对相位进行校正。锁相法需要有足够高的信噪比, 当信噪比很低时, 锁相环失锁, 整个通信系统不能正常工作, 分集也就失去作用。因此工程中应采用移相法、Bickford环或相位校正环首先对各分集接收信号进行相位校正, 然后相加合并以达到抗衰落的目的。下面对移相法、Bickford环以及相位校正环分别进行研究。
2 移相法
如图3所示为移相法原理框图, 其中, s1 (t) 为第一条分集接收信号, s2 (t) 为第二条分集接收信号, 鉴相器输出信号s3 (t) 经低通滤波器滤波后得到信号s4 (t) , s4 (t) 作为可变移相器的控制信号改变第二分集接收信号s2 (t) 的相位, 使其与第一分集接收信号s1 (t) 的相位相同。s5 (t) 为第二分集接收信号s2 (t) 移相后的信号。
下面为两重分集接收信号合并的公式推导:假设接收信号的调制方式为BPSK调制, θ为0或π, ωs为载波频率, φs1为第一分集接收信号的载波相位, φs2为第二分集接收信号的载波相位。
由以上推导过程可知, 两重分集接收信号以相同的支路增益进行直接相加, 因此此种合并方式为等增益合并。相加后的信号作为解调器的输入信号进行解调。
3 Bickford环
如图4所示为Bickford环原理框图, 假设接收信号的调制方式为BPSK调制, θ为0或π;s1 (t) 为第一条分集接收信号, s2 (t) 为第二条分集接收信号, 窄带滤波器对恢复出的载波进行提纯。如下为两重分集接收信号合并的公式推导。
因为θ为0或π, 因此cos2θ=1。
经低通滤波器滤波后得:
同理可得,
从以上推导过程可知, 两重分集接收信号的幅度分别与本支路的信噪比成正比, 因此此种合并方式为最大比值合并。相加后的信号作为合并器的输出进入解调器进行解调。
4 相位校正环
如图5所示为相位校正环原理框图, s1 (t) 为第一条分集接收信号, s2 (t) 为第二条分集接收信号, s0 (t) 为本振信号。
本振输出为:
第一次混频输出, 取差频得式 (4-3) :
再经第二次混频输出, 取差频:
同理可得,
由以上推导过程可知, s1 (t) 、s2 (t) 的频率、相位均与本振信号一致。两重分集接收信号的幅度分别与本支路的信噪比成正比, 亦即实现了很好的加权, 相当于最大比值合并。此种相位校正环只适合幅度调制, 不适合相位调制。
5 结语
本文首先分析检测后合并技术的不足, 并就此提出弥补这一不足的检测前合并技术。通过公式推导证明检测前合并既能实现多重分集接收信号的等增益合并又能实现多重分集接收信号的最佳合并。解调器的误码性能决定于进入判决器的信噪比, 在多重分集接收系统中, 进入判决器的信噪比取决于采用何种合并方式, 而与合并位置的选择无关。因此采用检测前合并技术可以在保证解调器性能不受影响的前提下而使其成本大大降低, 应在工程中得以广泛应用。
摘要：检测后合并技术由于其实现简单在多重分集接收系统中得以广泛应用, 但检测后合并技术所需解调支路与分集接收重数成正比, 这就造成解调器的硬件成本大大提高。针对这一缺陷, 对检测前合并技术进行了研究, 通过公式推导, 理论分析得出如下结论:检测前合并亦能实现等增益合并和最佳合并, 采用检测前合并技术能够在保证解调器性能不受影响的前提下而使其成本大大降低, 因此, 检测前合并技术可以在工程上得以推广应用。
关键词：检测前合并,检测后合并,最佳合并,分集接收
参考文献
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多重化技术 篇5
在OFDM系统中, 同步技术至关重要。微小的同步误差都能引起码间串扰和信道间干扰, 极大地损害系统性能。关于同步问题的研究中, Schmidl和Cox提出了一种有效的帧定时和频偏估计算法[1]: 采用周期的训练序列, 在接收段进行自相关运算来进行估计。当前, 由此衍生出的绝大多数算法采用了2个周期的训练序列, 第1个符号用于定时同步以及小数倍频偏估计, 第2个符号利用和第1个符号的差分关系来完成整数倍频偏估计, 但由于循环前缀的存在, 符号定时同步存在定时估计平台现象[2], 导致符号定时不准确, 载波频偏估计的精度和性能还有待提高。虽然Park算法[3]和Minn算法[4]中分别提出了新的训练序列结构, 都能消除峰值平台现象, 但在低信噪比下, 傍生的旁瓣可能会与定时函数相等, 定时仍然不够准确。而单独通过循环前缀来进行符号定时[5], 由于循环前缀包含的采样点比较少, 更容易受到噪声的干扰, 进而导致性能不佳。文献[1]中采用了多重周期训练序列, 可进一步改进同步估计的性能。
本文研究了一种自相关的多重周期训练序列的同步技术。采用多重周期训练序列, 在接收段的信号部分相关, 有可能部分重叠, 导致在相关器输出时有相关噪声。通过对接收端信号状态的研究分析和仿真表明, 虽然噪声相关对检测性能有一定影响, 但是极大地提高了载波频偏估计的性能。
1 信号模型
假设ω为收发两端的CFO ( 载波频偏) , 则信号s ( n) 经过一个加性高 斯白噪声 的信道后 如下所示[6]:
式中, n为离散时间系数, 每个时域信号抽样s ( n) 平均发送能量为P s ; z ( n) 为独立同分布的复高斯过程, 则相关的信噪比定义为SNR = P s / σ2 n 。
1. 1 S&C 算法
训练序列通常为周期为P的信号, 嵌入到连续的OFDM数据流中。S&C算法中通过对接收时域信号r ( n) 的自相关计算如下[7]:
式中, P为固定偏移; W为相关窗的长度。因此, 接收信号的能量如下:
S&C算法中, 统计判决为:
实质上为一个归一化的互相关函数。能在一定程度上克服传播距离对信号功率的影响。
如果采用较大的相关窗长度W, 则门限可以简化为:
通过运算可得:
一旦检测出n 0 , 则载波频偏估计可从中推导出, 其中可由下式得出:
从而得出
1. 2 多重周期训练序列
关于P和W的选择, 可以从以下2个方面考虑: 一方面, 参数P选得足够小、系统中存在较大的CFO时, 才能较简单估出; 另一方面, 随着W的增加, 相关器的噪声抑制能力逐渐增强。因此, 期望在低信噪比下得到较好的性能。为了实现这2个需求, 采用文献[1]中训练序列的构造方式。这样的训练序列可以按照2种不同的方式相关。
在一个固定的n下, 2个函数可以表示为:
参数P和W可以独立选择, 在下述内容中将对包含几个周期长得相关窗进行研究, 即W = MP。2种多重训练序列模式如图1所示。
2 分析
下面从2种情况进行分析: ①发送训练序列; ②发送纯数据符号。
根据Parseval定理[8], 式 ( 2) 可以写成:
式中, R i ( k ) 为r i ( d) 的频域表达式。下述分析中将采用上式中相关器C ( n) 为基础。
2. 1 发送训练序列
不考虑损失, 假定CFO为0, 并且R 1 ( k) 、R 2 ( k) 没有相位差。则
式中, Z i ( k) 服从高斯分布。由于采用梳状结构, 式 ( 8) 可以按下面3部分分析。
由于W > P, r 1 ( d ) 与r 2 ( d) 包含噪声采样, 从而得出Z 1 ( k ) 和Z 2 ( k) 的相关函数, 推导出互功率谱密度为:
式中, Z i (k ) 为零均值的复高斯过程;也可用这2个随机变量来表示。均值和方差可表示为:
C 1 为要检测C (n 0 ) 峰值的有效符号, 从文献 [1]中得知, 有效符号主要受C 2 、C 3 的影响。
将式 ( 8) 代入式 ( 7) 可得:
将式 ( 11) 中的2部分和分别用sum3和sum4来表示, 通过分析, 可以得出二者的统计特性为:
式 ( 11) 中, C 3 取决于不相关独立变量Z 1 和X, 将其表示为实部和虚部如下:
相关函数并没有影响C 3 的分布函数, 并且概率密度函数独立于相关系数ρ。
由于C 2 、C 3 是不相关的, 可以计算出二者的协方差, 通过式 ( 10) 、式 ( 13) 和式 ( 15) 的推导, 可以得出相关函数C ( n) 的统计特性, 在n = n 0 并且M > 2时, 如下所示:
从峰值检波来说, 仅取C (n0 ) 的实部, 随着ρ > 0时, 将增大C (n0 ) 的方差。因此, 可以得出, 从重叠相关信号造成的相关噪声, 通常会降低系统的检测性能。
2. 2 发送纯数据符号
下面对发送纯信号进行分析, R i ( k) 可表示为:
由于Z i ( k) 为零均值的复高斯过程, 因此, R i ( k) 可表示为:
P s + σ2 n 取决于R i ( k) , 根据式 ( 7) , 可以得出如下结果:
与前种n = n 0 的情况对比, 这没有有效符号符合单独一个域的分布特性, 因此得出这样的结论, 在发送纯数据信号时, C ( n) 的统计特性独立于重叠相关信号的噪声相关性。
2. 3 相位估计性能
φ的估计误差独立于其实际值。可以从上述分析结果得出φ 的估计值, 假设误差比较小, Δφ可以近似表示为:
分母及分子的统计特性可以用高斯分布表示, 如式 ( 16) 和式 ( 17) 。当W较大时, 可以看出分母的均方误差较大。但这对Δφ影响很小。代入式 可得:
在高信噪比下, σ4 n 的影响可以忽略不计。可以看出, 随着ρ的相关性的增大, 估计误差的方差在变小。因此, 采用重叠相关信号, 显著提高了CFO的估计精度。用ρ = ( W - P) /W替代原表达式, 保持相关周期P固定, 改变相关窗的长度, 可以看出, 在高信噪比下, 估计误差的方差随着W的平方在成比例变化。
3 仿真结果分析
为了检验同步算法的性能, 进行如下仿真, 当ρ = 0时, 相关器中W = P。当ρ≠0时, P等同于训练序列的周期S。
比较了分析结果的CFO估计性能, 在SNR大于0时, 仿真结果与式 ( 20) 得出的方差一致。
由于式 ( 19) 中分母的影响在低信噪比不能忽略不计, 所以仿真与理论值略有偏差。
从图2中可以看出, 在高信噪比下, 性能约有5 ~ 6 dB的提高。由此可见, 采用多重周期的训练序列长度的方式, 的确带来了性能上的提高。
4 结束语
对多重周期训练序列的OFDM同步技术进行了研究, 通过分析, 采用多重周期训练序列可以对相关偏移和相关窗宽度分别进行选择。当W > P时, 部分重叠的相关信号, 相应接收端的噪声互相关, 噪声的互相关对检测性能影响极低, 但对CFO估计有帮助。由于篇幅的局限性, 这种算法仅对AWGN信道进行了分析, 仿真表明, 多重周期训练序列算法能有效提高定时同步性能。而在频率选择性衰落信道中存在相似性, 因此算法同样有效。
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多重化技术 篇6
国内外学术界广泛关注着企业技术创新过程中的技术机会问题, 而技术创新实际上就是对技术机会的认识和实现的过程, 企业技术创新链中包含了对某些尚未利用的技术机会的感知、识别和利用。由于企业所面临的技术机会并不是以预先包装好的形式出现的, 研究企业根据自身的对外技术依存度, 在技术机会窗口、技术成熟度、技术环境、技术集成度等多个方面进行技术机会识别的过程对企业技术创新具有很重要的意义。然而当前技术的发展呈现出的技术范式变革、技术复杂性、技术多样化、技术快变性等特征, 使得技术机会的识别必须依靠企业强有力的技术管理体制和运行机制, 对企业内部资源、能力和环境进行合理的匹配和有效的优化, 通过商业与技术机会的智能化, 掌握大量技术信息、资料, 然后对其进行辩识、整合和分析而实现的。在技术多重因素影响下提高企业的技术机会识别能力, 才能使企业能够及时把握技术机会通向商业机会的战略转折点, 减少因为技术转型、变换和升级而增加的成本, 从而指导企业能够在技术创新的实践中提高成功率[2]。本文将着重论述企业技术机会识别在企业技术创新战略中的重要作用, 研究企业技术的多重影响因素及其特点, 探讨在企业技术多重因素影响下如何识别技术机会和提高企业技术机会的识别能力, 进而对企业的技术创新产生作用的过程。
1 技术机会的识别和利用对实施企业技术战略的重要性
国内外研究者均认为技术本身具有资源特性和知识特性, 技术是客观存在的, 随着技术水平的不断提高, 日趋显示其动态性、复杂性及其不确定性。技术变化可以是渐变的, 也可能是突变的, 对企业的影响既可能是及时的, 也可能具有一定的时滞。技术机会是一种稀缺资源, 是企业取得递增回报的来源。最早技术机会概念是尼尔森 (Nelson) 和温特 (Winter) 在演化经济学的研究过程中提出的, 他们认为技术机会越大, 潜在的生产增长率就越高。在此基础上布伦思 (Breschi) 研究了技术机会识别对于研究开发上投入资金和实施技术创新产生影响的可能性。在当今创新理论中, 也存在着很多内涵相互重叠的技术机会的概念, 从产生物的角度可以是新的技术范式、新的主导设计、新的技术路线和新的技术领域。当某种技术沿着特定的路径 (轨迹) 发展时, 就代表着一定程度的技术机会。由于自然发展规律和人的认知能力的有限性, 在特定的技术发展路径上, 随着某种技术发展接近极限时, 技术机会将会越来越少, 可能就会诞生出完全不同于原有技术特征的新技术[3]。
技术机会识别是非常重要的技术创新管理工具, 企业有效地识别由于技术变化带来的机会, 可以帮助企业减少技术开发的风险与不确定性, 能够充分的利用技术机会实现技术跟踪、技术转型或技术跨越等技术战略, 抓住发展的机遇赢得未来的主动和占领未来的技术前沿。
首先, 通过技术机会识别, 可以发现潜在的、有价值的企业发展机遇, 为企业的技术管理工作提供必要的决策支持和信息保障, 促进企业的技术创新, 从而实现增强创新能力、提高创新效率、降低创新成本的目标。正确识别企业的技术机会, 是制定企业的技术发展战略提高企业技术创新能力的基础, 可以使企业主动地选择应变措施而不是被动地适应竞争者的挑战, 有利于企业围绕着识别出的技术机会, 及时对企业内各项创新资源进行优化配置, 使具有战略发展目标的企业组织真正成为新技术开发主体和创新主体。
再则, 通过技术机会识别, 能够使企业实现正确、科学的技术战略定位。创新活动的制度安排通常是高起点、远目标和多效应的, 任何技术的变化都有可能导致行业、区域和市场的重新定位, 代表未来技术发展方向的技术完全有可能拓展行业的边界, 改变产业链条的长度和结构, 增加企业生存和发展的空间。企业在广泛收集外部信息的基础上, 正确判断企业所在技术环境的变动趋势, 利用技术预测和技术预见的成果, 结合企业的技术现状识别出符合企业实际能力的技术机会, 从而决定了企业的技术发展目标。
最后, 由于企业的技术战略是要通过制定获取和利用技术的方针策略, 为企业在增强满足客户某种需求的产品和服务的战略等方面发挥作用。技术机会的识别是企业技术战略的重要步骤, 它是贯穿于技术战略制定、技术战略控制和技术战略实施三个环节之中的。技术变化导致新过程、新产品、新市场和新的组织方式, 任何有利的技术机会都可能产生一系列的商业机会。机会对于每个企业来讲, 其明显度和清晰度并不一样, 发现技术机会的过程与企业所拥有的关于技术信息的显性知识和隐性知识有关。所以企业为了利用新的技术机会, 需要组建专门机构进行技术扫描活动, 以便能够及时地从外部技术环境中获得相关的判断和认识等环节即对技术机会识别后, 企业再进行技术创新的选择决策。企业特别是高层管理者建立在对自身技术能力的基础上对外部技术环境、技术信息和技术市场的感知, 通过技术扫描的手段和机制来实现对技术机会的把握。同样在组织企业技术战略实施过程中, 一方面需要不断地进行技术战略控制, 动态地对企业技术战略实现技术监控, 同时还要通过反馈机制, 不断地调整、修正技术战略的制定和决策。例如与渐进性技术不同, 突变性技术变化具有高度复杂性特征, 相关研究显示, 当突变性变化的机会窗口时间短于三年, 而企业不能很好地识别技术机会时造成进入机会窗口的时机抉择不恰当时, 创新失败率高达80%。为了有效把握技术机会的有关规律和技术机会窗口演变的特征, 企业现有的在已知的技术领域内跟踪渐进性变化的技术信息技术监控方式, 在监控突变性技术变化方面就存在较大的战略信息盲区, 需要以现实需求为导向, 把类似于突变性技术变化的技术机会发现、技术监控与研发决策纳入一个体系内实现动态匹配, 保证企业的技术监控活动对组织结构、决策机制的适应性。所以提升企业技术机会识别的地位对于成功地实施企业技术战略, 具有重要的现实意义[2]。
2 企业技术发展的多重影响因素
技术在决定企业的市场成功方面具有关键性的作用。相关研究者对于技术的理解是一个不断变化的过程, 随着全球技术发展的变化和时间的推移, 技术被赋予的内涵在不断的发生变化, 除了共性技术与专有技术, 传统技术与新兴技术等分类外, 在企业层面上对于企业发展具有战略性意义的技术越来越呈现出技术范式变化、技术多样性和技术快变性等多重因素变化的特征。
第一, 技术范式是企业作为组织的外部环境因素之一, 其本质上是一种技术问题的解决方案的模式, 同时兼具有技术性和竞争性的双重特征, 是推动企业战略变革的关键性因素。研究者发现新的技术范式在其支撑的新产品商业化的最初阶段往往并不是应用于主流市场, 而是从发现新的利基市场开始的。在新技术发展的初级阶段, 新的技术范式在性能上和结构上往往劣于现有技术, 通过将新技术运用于利基市场, 产品性能的逐步提高, 就会完成市场的转换和技术范式的替代。把描述技术的生命周期、技术S曲线和技术范式的变化将企业技术变革的诸方面整合到一个框架中, 如图2所示。正因为在技术和市场的共同作用下会呈现出不同的生命周期形态, 两者非均衡非稳定的发展也诱发了新技术的出现, 使技术演化呈现出了不一样的技术动态性特征, 体现在新技术范式提供的技术机会。从企业层面上讲, 要密切关注技术的演化情况, 通过技术范式变革中识别出宝贵的技术机会[4]。
第二, 在当今技术变革不断加速的时代, 产品的多技术特征日益明显, 产品和服务创新加速复杂化, 许多 (互补的和相关的) 技术被同时用来制造某一个产品 (如复杂产品) 或被企业用于开拓新的产品和服务市场, 技术能力单一的企业开展全面的技术创新已经困难重重, 不少企业开始实施了从技术专业化到技术多样化的转变。在通过要素驱动至创新驱动的战略转换过程中, 企业更关注在多个技术领域中积累能力以有效开展产品与服务创新战略。
技术多样化通常是指企业的技术资源 (技术知识、技术能力和技术投资等) 在某一时点的多样性, 这样企业的技术创新活动涉足到多个不同的技术领域。由于企业的竞争优势在很大程度上来源于推出新产品和新服务的能力, 包括进入新产品新服务领域的多样化战略, 专注于已有产品和服务领域的系列化战略。在竞争全球化环境下, 实行企业技术多样化的企业通过内部研发或外部获取方式, 在多个技术领域中拥有多样性的技术知识和技术能力, 作为一类显著异于业务多样化和市场多样化的多样化战略, 对企业提高基于技术的产品和服务创新的竞争能力意义重大[5]。
第三, 当前全球技术环境的发展状态是由于技术的迅猛发展导致新技术、专有技术及技术诀窍的供给量快速增加, 除了技术开发的创新资源跨国界的全球化趋势和技术集成的广泛应用使得产品的商业化外, 一个显著的特征就是时间紧缩, 技术开发的时间减少, 产品生命周期和回报周期缩短, 技术的快变性增强, 体现出技术知识的快速变化的速度, 往往在这个时候, 企业会偏重于对内外知识的整合, 倾向性的组织更多的资源、力量和精力, 以便获取更多的技术信息, 避免错失新技术开发的机会。
3 多重因素影响下的企业技术机会识别
正如前述, 技术机会是企业在技术创新过程中, 通过对某产业或技术领域内已有技术的发展趋势及相关关系的挖掘, 发现最新的技术动向, 推断该领域可能出现的技术形态或技术发展点, 而技术机会识别与外部技术信息的收集、加工和处理是息息相关的。在技术本身受到多重因素影响的条件下, 技术的开发能否成功的运用于生产中, 以及技术运用于生产后能够给企业带来的经济效益, 在国家层面的技术预测、产业层面的技术预见的基础上, 企业还要正确判断所在技术环境的变动趋势, 必须注重自身的实际能力来识别自己的技术发展机会, 是企业进行技术战略决策时必须考虑的一个重要问题。
企业的技术能力被认为是企业实施技术创新、获取竞争优势的一种重要的战略资源, 包括研发和生产相关的技术知识、诀窍, 与技术相关的智力资本、专利和商业秘密等, 这些都是有价值的、竞争对手难以模仿的资源。企业技术能力体现着企业的动态竞争优势, 技术能力越高则技术创新成功的可能性越高。技术能力包含的知识具有隐性、复杂性和技巧性的特点, 使得竞争者难以模仿, 能够给企业带来持久的竞争优势。相对竞争对手而言, 企业可以创造更多的价值, 得到高于行业平均水平的收益。几乎能力的积累来源于动态学习过程, 内部积累技术能力受到限制时, 企业应该与其他企业建立合作关系, 从外部获取并积累技术能力。技术机会能否被企业利用, 企业战略目标对技术战略的要求能否达到, 都取决于企业的技术能力与机会之间的匹配。例如企业的技术能力能否解决关键技术问题等。企业要对这些匹配关系进行合理的分析与判断。技术选择就是在企业技术能力与技术机会匹配的基础上识别出企业所要投资的技术[6]。
技术机会的大小与企业的技术能力的强弱的相互匹配关系如图3所示。当企业本身技术能力比较强, 通过技术机会识别, 预测到技术也能给企业带来比较大的经济效益时, 企业应该调动自身的技术能力, 积极推进技术的发展;而当企业技术能力较差, 经过技术机会识别后知道技术可能给企业带来的经济效益也不具有明显优势时, 企业就不宜采用加快该技术的推进和实施。特别在技术多样化的影响下, 企业不断投入技术资源, 持续拓展其技术知识的范围, 进行超前的技术储备, 以谋取长期优势, 从而导致企业技术宽度增加, 企业的技术活动或技术知识存量延伸到了新的技术领域, 要求发展新的技术能力或增强现有的技术能力, 构建企业多样性的技术能力[7]。
技术机会是技术系统内各种作用力相互作用的结果, 它为企业技术创新决策和实现提供了强大的动机, 其存在的客观性也要求企业自觉、主动的运用技术机会, 提高技术机会识别的能力, 及时地获得和分析外部技术信息, 做到潜在的有利机会不被忽视, 及时发现别人忽视的机会, 敏锐地跟踪主流技术的发展。通过针对特殊需求和竞争特性的技术机会与企业创新资源本身的禀赋相匹配, 与企业所具有的技术能力和管理水平相适应, 才能实现较高的技术创新成功率。
企业对于技术机会的识别, 会受到技术机会本身特点的限制。从技术机会的识别主体来看, 能否识别并进而利用机会有其自身的主客观原因。首先技术机会作为一种具有偶然性和环境依赖性的存在, 其本质的体现有一个过程, 企业技术识别及创新主体对其的识别会受到客观条件和科技发展水平的限制, 还有信息不完全、非对称性和不确定性的影响造成的差异性, 对技术机会的理解会出现多样化的现象。另外是主观条件的限制, 对技术机会的敏感性、基本特质、先验知识、信息搜索能力、认知学习能力。例如由于管理者个人的认知、感知、知识和经验等具有局限性, 加上个人偏好, 所以在进行技术识别过程中的差异性, 可能会忽视关注感知和选择所有可能影响企业的技术环境要素和技术信息来源, 不同的管理者对于同一个事件会做出不同的判断和选择, 会有不同的技术机会识别结果。如果企业没有一定的机制 (约束、制衡、运作和导入) , 缺乏一整套技术环境信息系统传导机制, 企业对机会的识别就会缺乏保障, 错失良机。再则就是认识的无限性使得企业的技术创新主体的认知能力的提高也是无限的, 通过不断加强对技术机会的认识, 基于技术环境与认知的互动协同, 并在战略-机会-环境耦合的基础上, 围绕该技术机会展开技术创新实践活动。最后就是技术机会识别应该是具体的历史统一。技术机会识别和技术客观过程是符合技术发展的历史条件下的, 本质上是变化的技术机会, 不能脱离具体的历史阶段, 技术创新是在一定的技术范式下利用技术变迁的技术解决技术问题的过程[8]。
企业的决策活动是基于机会的行为驱动过程, 是可控资源匮乏前提下的机会追求过程。技术机会识别表现为企业以感知机会、识别能为企业创造新价值的创新性产品或服务概念为基础, 引发企业家和企业高层管理者把握机会, 并最终实现企业生存与成长的行为过程。技术机会是企业递增回报的来源, 对企业技术机会识别的要求, 在下限上要求能获取趋势性技术信息以超前应变, 上限上要能够识别技术的机会性信息以主动进取, 同时以市场需求为导向, 通过积极捕捉各种信息资源, 善于预测、识别和利用各种技术机会, 立足企业技术情境和技术基础, 适应技术发展的大势, 创造符合技术创新规律并适应企业发展的技术发展模式, 有效地配置人力、财力、物力资源, 使企业走出符合企业实际需求和具有企业自身特色的技术发展道路。
摘要：论述了企业技术机会识别在企业技术创新中的重要作用, 研究了企业技术的多重影响因素及其特点, 在基于技术战略决策对企业技术机会识别进行概念性定义的前提下, 探讨了在企业技术多重因素影响下如何识别技术机会和提高企业技术机会的识别能力, 进而对企业的技术创新产生作用的过程。
关键词：技术机会识别,多重因素,影响
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