低仰角下寬帶地空通信研究.pdf

1、隨著航空平臺(tái)的不斷發(fā)展，寬帶地空通信的需求迅速增長，建立多種數(shù)據(jù)傳輸鏈路來滿足各種不同的航空平臺(tái)執(zhí)行不同任務(wù)的需求，是一項(xiàng)迫在眉睫的重要任務(wù)。作為寬帶通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，飛行器載荷通常需要具有數(shù)據(jù)采集、交換與分發(fā)等多種功能，其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是寬帶地空鏈路。 地空通信系統(tǒng)在地面站天線仰角較低時(shí)，由于地物反射的多徑效應(yīng)顯得很嚴(yán)重，即多徑時(shí)延很大，大到幾百個(gè)符號(hào)周期，多普勒效應(yīng)顯著，使信道參數(shù)快速時(shí)變。這是因?yàn)閭鬏斁嚯x很大，加之飛行器的運(yùn)動(dòng)速

2、度通常比地面車輛要快得多。這些因素使這種多徑效應(yīng)具有快速時(shí)變的頻率選擇性衰落特點(diǎn)，因此這種條件下的抗多徑衰落傳輸是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題。 為了探索最適合寬帶地空通信的抗多徑傳輸方法，本文針對寬帶地空通信的特點(diǎn)，建立了低仰角下的地空信道模型；深入分析了目前寬帶移動(dòng)通信中的抗多徑技術(shù)用于低仰角寬帶地空通信的局限性，提出了適合寬帶地空通信的傳輸新體制，將濾波器組頻域均衡技術(shù)(FB-FDE)作為核心技術(shù)應(yīng)用到寬帶地空通信系統(tǒng)中，理論分析

3、和仿真驗(yàn)證表明它具有一定的優(yōu)越性，并且易于工程實(shí)現(xiàn)。同時(shí)針對地空通信中應(yīng)用FB-FDE技術(shù)所涉及到的信道估計(jì)、多址接入以及窄帶干擾抑制等相關(guān)問題，開展了一系列的研究工作。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： 1.對地空信道低仰角下的寬帶信道模型的建模方法進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和論述，在綜合考慮萊斯因子的大小、信道時(shí)變特性、方位時(shí)延功率譜分布、多普勒擴(kuò)展功率譜特性以及天線的相關(guān)性等因素的基礎(chǔ)上，提出了一種萊斯衰落信道模型；并給出了地空信道的仿真方法和

4、仿真結(jié)果，以便對模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。 2.在分析OFDM和SC-FDE系統(tǒng)的傳輸機(jī)制和原理的基礎(chǔ)上，指出這兩種技術(shù)應(yīng)用于地空通信系統(tǒng)中抗多徑傳輸存在一定的局限性，進(jìn)而提出了一種基于濾波器組頻域均衡的傳輸系統(tǒng)方案，其中在濾波器組原型濾波器的設(shè)計(jì)和信號(hào)重構(gòu)方法方面有所創(chuàng)新。在研究FB-FDE方法及其實(shí)現(xiàn)中，提出了一種同步方法和一種接收分集算法。通過理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，對基于本文所提出方法的FB-FDE系統(tǒng)與常規(guī)SC-FDE系統(tǒng)進(jìn)行了性能對

5、比研究，其結(jié)果能夠驗(yàn)證FB-FDE技術(shù)作為寬帶地空通信的核心技術(shù)的可行性。 3.本文的分析表明，F(xiàn)B-FDE系統(tǒng)在信道時(shí)變適應(yīng)性方面明顯優(yōu)于SC-FDE或OFDM系統(tǒng)，但是如果FB-FDE系統(tǒng)中采用常規(guī)的LMS算法，由于其收斂速度較慢，難以充分發(fā)揮FB-FDE的優(yōu)勢以便跟蹤地空信道的快速變化。如果代之以采用RLS算法，雖然其收斂速度快，但是其計(jì)算復(fù)雜度太高(O(M2)量級(jí))。本文提出了一種快速RLS信道估計(jì)自適應(yīng)均衡算法用于FB

6、-FDE系統(tǒng)，其中RLS算法的改進(jìn)，不僅顯著加快了收斂速度，而且計(jì)算復(fù)雜度也大幅度降低，達(dá)到與LMS算法同一數(shù)量級(jí)。分析和仿真表明，這種改進(jìn)的RLS算法能夠保證系統(tǒng)性能，并且可以推廣應(yīng)用于SC-FDE系統(tǒng)。 4.針對寬帶地空通信中一個(gè)地面站和多個(gè)飛行器或多個(gè)地面站和一個(gè)飛行器構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)的兩種需求，提出了一種基于星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多址接入組網(wǎng)方案；其外向鏈路為同步傳輸鏈路，采用基于FB-FDE的M元多碼擴(kuò)頻多址復(fù)用方式，具有較好