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【作 者】
李乔羽
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【学位年度】2016
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【学位授予单位】北京航空航天大学
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【导师姓名】张军
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【 关键词 】航空移动通信迭代接收多天线编码与调制脉冲干扰
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【摘 要】
随着近年来民用航空运输业的快速壮大，全球空中交通流量也保持着持续高速增长，从而对未来空中交通管理系统的运行效率与性能提出了诸多新的要求与挑战。作为支撑未来空中交通管理高效稳定运行的核心技术手段之一，未来数字航空移动通信系统的研究与开发目前已受到包括国际民航组织、美国联邦航空管理局和欧洲航空导航安全组织等在内的国际民用航空先进代表机构的高度关注，并被列为美国下一代空中交通系统NextGen和欧洲统一天空计划等未来空中交通管理系统的重要发展方向。目前上述机构正在组织和资助众多国际领先的空中交通管理和...
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随着近年来民用航空运输业的快速壮大，全球空中交通流量也保持着持续高速增长，从而对未来空中交通管理系统的运行效率与性能提出了诸多新的要求与挑战。作为支撑未来空中交通管理高效稳定运行的核心技术手段之一，未来数字航空移动通信系统的研究与开发目前已受到包括国际民航组织、美国联邦航空管理局和欧洲航空导航安全组织等在内的国际民用航空先进代表机构的高度关注，并被列为美国下一代空中交通系统NextGen和欧洲统一天空计划等未来空中交通管理系统的重要发展方向。目前上述机构正在组织和资助众多国际领先的空中交通管理和航空移动通信领域科研机构开展相关系统和技术的理论研究与论证工作。区别于传统地面移动通信系统，航空飞行器具有高空高速的运动特性，且飞行状态多变，从而在不同飞行阶段对未来航空移动通信系统提出了诸多新的技术挑战。作为影响航空通信系统运行品质的关键因素之一，航空移动通信信号的高效接收是实现系统整体设计性能的重中之重，其在不同飞行阶段也面临着各种影响信号接收性能的核心挑战。具体而言，在停靠和滑跑阶段的机场场面通信环境下，由地面建筑物和树木等带来的信号多径和信道衰落现象限制了接收机的信号接收可靠性；在终端区和航路飞行阶段的大尺度空地宏蜂窝通信环境下，由远近效应带来的大范围接收信噪比变化限制了接收机的信号接收稳定性；在航路飞行阶段的航空多载波空地通信环境下，工作在相同频段的现有路基测距系统带来的脉冲干扰限制了接收机的信号接收连续性。以上不同飞行阶段下的信号接收问题和挑战使得针对未来航空移动通信系统高效接收技术的理论研究成为一项紧迫任务。本文针对未来航空移动通信系统的高效稳定运行问题，从不同飞行阶段所面临的信号接收性能核心挑战出发，将重点开展航空移动通信高效接收技术的理论研究工作。需要注意的是，接收机性能的提升不能以盲目增加计算复杂度为代价，因为由此将带来硬件成本的提升和系统稳定性的下降，从而不利于实现和维护对于可靠性有较高要求的航空通信设备。作为一种能够渐进求精地保证接收机完成信号高效接收的接收机架构，迭代接收技术在接收性能和计算复杂度的平衡方面有着较为突出的优势。综上所述，本文以航空飞行器的不同飞行阶段所面临的高效接收技术挑战入手，以提升系统传输效率以及接收机的信号接收可靠性、连续性和稳定性为目标，重点围绕航空移动通信迭代接收的性能优化和计算复杂度削减问题开展研究。通过基于不同飞行阶段所对应的无线信道模型而进行的数值仿真，我们验证本论文所提出的技术与方法。论文主要的研究工作内容和创新点总结如下：1.针对滑跑和停靠阶段的机场场面衰落信道对信号接收可靠性带来的挑战，开展基于格基规约的机场场面多天线信号迭代检测技术研究，提升信号检测线性滤波性能，降低候选信号检索计算复杂度。多天线系统是实现衰落信道条件下高效传输的有效技术手段，通过使用迭代接收技术，可以充分获取由使用多天线带来的系统性能提升。然而多天线接收机所面临最为重要的问题在于其信号检测的计算复杂度很高，从而限制了其在航空移动通信中的应用。本文利用基于格基规约技术的准正交多天线信号迭代检测方法，对多天线信道矩阵构成的格基基底进行低复杂度准正交化，推导基于格基规约技术的最小均方误差滤波器系数，以及基于规减后基底的整数扰动信号检索方法。相应技术一方面提升最小均方误差线性滤波的性能表现，另一方面实现低计算复杂度的多天线信号检索，从而为实现机场场面多天线信号的高效可靠接收提供了一种有效的技术手段。2. 针对终端区和航路飞行阶段的宏蜂窝大动态接收信噪比变化对信号接收稳定性带来的挑战，开展基于嵌入式多级调制的航空宏蜂窝迭代接收技术研究，提升具有不同接收信噪比用户的接收稳定性，降低航空通信频谱资源浪费水平。在航空宏蜂窝通信系统中，利用嵌入式多级调制技术可以有效克服飞行器节点的远近效应，利用迭代接收技术，可以保证具有不同接收信噪比条件用户的稳定接收。针对航空宏蜂窝的高效接收需求，本文研究基于嵌入式多级调制的迭代接收方法和相应的多用户调度策略，推导基于嵌入式多级调制的迭代接收机理论差错性能，以及基于相应理论性能的多用户调度算法。相应技术和方法能够提升航空宏蜂窝内与地面基站距离不同的航空飞行器的多用户接入与传输性能，并可以降低由于航空通信对可靠性和公平性的特殊要求所带来的频谱资源浪费水平，从而为航空宏蜂窝大范围信噪比变化条件下的信号高效稳定接收提供了一种有效的技术手段。3. 针对航路飞行阶段的脉冲干扰环境对信号接收连续性带来的挑战，开展基于非线性遮蔽的航路脉冲干扰迭代消除技术研究，消除由非线性屏蔽带来的子载波间干扰，提升脉冲干扰消除精确程度。以最大化信干噪比为目标，可以利用非线性屏蔽来简单有效地消除由脉冲干扰带来的负面影响。然而该屏蔽运算会在频域带来子载波间干扰，从而限制航空多载波通信系统的工作性能。针对航路脉冲干扰条件下的高效接收需求，本文研究基于非线性屏蔽的双环路多载波信号脉冲干扰迭代消除技术，推导迭代非线性屏蔽的最优截取门限、屏蔽后的等效解调信噪比以及接收复杂度/延迟最小化约束下的环路调度策略。本文采用双层环路的迭代接收机设计，即由迭代解调和译码构成的内层环路以及由迭代干扰消除构成的外层环路联合工作，能够有效消除非线性屏蔽带来的子载波干扰，并进一步提升脉冲干扰消除的精确程度，从而为实现航路脉冲干扰条件下的信号高效连续接收提供了一种有效的技术手段。
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【文献类型】
学位论文
- 【 JCR分区 】
医学:Q4
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