直升机卫星通信性能提升技术难点和关键技术的研究探讨

直升机旋翼的旋转会对机载卫星通信系统的发射/接收信号产生周期性遮挡,同时,直升机的飞行机动性高、姿态变化率快,导致机载天线系统对卫星的跟踪指向精度降低,进而引发信道快速衰落、信号大幅衰减、传输效率低下,甚至造成通信中断等问题.文章对机载卫星通信系统的信道特性、旋翼遮挡/缝隙检测、帧组重发及增强惯导跟踪等关键技术进行了分...     

宽带直升机卫星通信的重发策略研究

针对宽带直升机卫星通信信道的周期性衰落特性建立了周期性删除信道模型,基于此模型研究了重发分集的策略,推导了给定信道删除周期、窗口宽度、突发长度下重发次数、重发间隔的选择方法,讨论了重发模式与参数鲁棒性、系统设计需求的关系,并结合实例讨论了系统设计的设计步骤以及其他考虑因素。分析表明,采用两次重发可在大多数直升机信道条件下实现可靠传输,且具有较好的灵活性、较低的实现复杂度。     

非高斯噪声环境的进化粒子滤波盲检测器

对于信道模型系数未知的平坦瑞利衰落信道下非高斯噪声环境中的盲信号检测,提出了一种基于进化粒子滤波的盲检测算法。该算法能够解决一般的粒子滤波对于估计长时间不变的状态存在的样本贫化的问题和系统噪声的非高斯问题。仿真试验结果证明,在信道模型系数未知的平坦衰落信道下,非高斯的噪声环境中,该算法性能优越,接近达到已知信道模型系数情况下的混合卡尔曼滤波算法的性能。     

一种无线通信信道的设计与算法仿真

无线信道在实际中难以测试,但信道仿真可以解决这一问题。文中给出了一种灵活且适应性强的无线移动信道模型,并给出了该模型中的衰落信道模型及算法,运用该算法对衰落信道进行仿真,给出衰落信号的仿真结果以及输入信号经衰落信道处理后的结果。     

频率选择性MIMO信道下的网格退化辅助检测

将应用于平坦衰落相关信道下的网格退化(LR, lattice reduction)算法推广到频率选择性衰落信道中.给出了在频率选择性衰落的相关信道中,采用网格退化算法辅助检测前后最小均方误差(MMSE)检测器的性能比较.实验表明:在具有频率选择性衰落的相关信道中,采用网格退化辅助检测算法能显著地提高系统的检测性能.     

衰落信道下的协作频谱检测及其性能分析

在低信噪比和复杂性环境下,协作频谱检测是准确实现频谱感知的有效手段。文中分析了基于能量检测的单用户频谱检测算法以及基于硬判决和等权重的多用户协作频谱检测技术,导出了在高斯信道、Rayleigh衰落信道和Nakagami-m衰落信道情况下协作频谱检测虚警概率和漏检概率的闭合解析式,并对此进行了仿真验证和比较。结果表明,等权重协作频谱检测算法能够有效克服衰落信道对频谱检测的影响。     

复合衰落信道建模及模拟方法研究

针对传统信道模拟器仅考虑多径衰落的问题,建立了包含路径损耗、阴影衰落和多径衰落的复合衰落信道模型,提出了一种基于高斯变量分解和谐波叠加原理的硬件模拟方法,推导了该方法输出衰落幅值理论分布与仿真参数的内在联系,并详细分析了可编程逻辑器件定点化模型输出周期性及位宽选择等问题。针对原型化模拟器的实测结果表明,该模拟方法输出信道衰落的统计特性与理论值吻合,可用于实验室中无线通信系统的性能测试和验证。      

一种改进的C.Loo信道模型衰落因子算法

为更好地反映实际无线信道的特性,介绍一种改进的C.Loo信道模型衰落因子算法。原始C.Loo信道模型衰落因子算法中不考虑多普勒频移的影响,本文加载了多普勒频移对衰落因子的影响,并说明其合理性、可行性及优点。     

基于网络编码的衰落信道频谱感知算法

针对传统认知无线电网络中频谱状态转换频繁和频谱检测时延长的问题,提出基于随机线性网络编码的累积和能量检测频谱感知算法。该算法在主用户信道中引入随机线性网络编码,利用网络编码对频谱的整形作用,使频谱状态转换稀疏,频谱结构更规律化,减小频谱检测时延,提高系统吞吐率。此外,针对传统累积和能量检测算法抗衰落性能差的问题,通过比较该算法在五种衰落信道下的检测时延和吞吐率,研究该算法的抗衰落性能。实验结果表明,在一定的虚警概率下,该算法有效降低了检测时延,提高了吞吐率及抗衰落能力,能够更好地适应复杂的衰落信道环境。     

空间相关连续衰落信道下对角酉空时星座的最大似然多符号差分检测算法

空间相关性会造成MIMO系统的性能损失.针对这种空间相关性,大部分酉空时系统利用反馈信道将空间相关信息反馈给发射机,发射机通过有效利用该信息,进一步提高系统的性能.本文针对实际应用的另一种情形,当酉空时系统不存在反馈信道时,提出了空间相关连续衰落信道下,对角酉空时星座的最大似然多符号差分检测算法.与传统的准静态信道模型相比,本算法基于连续衰落假设,是一种更一般的信道模型.计算机仿真结果表明:本算法可以在不明显增加开销的情况下,有效的提高空间相关连续衰落信道下对角酉空时星座的误码率性能.     

基于LDPC码和BPPM的无线光通信系统性能研究

为了克服光在弱湍流大气条件传输时,光强闪烁造成的突发错误,在已知信道衰落信息(CSI)和未知信道衰落信息(NCSI)条件下,研究了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和二进制脉冲位置调制(BPPM)的无线光通信系统性能,论述了BPPM光通信信道对称性的特点,并与基于LDPC码和OOK调制的光通信系统性能进行了比较。结果表明,在NCSI和CSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统相对于基于LDPC码和OOK调制的系统均有更优异的差错性能;在NCSI情况下,基于LDPC码和BPPM的光通信系统的性能相对于CSI情况下的系统性能损失并不大;且采用LDPC码BPPM相对于LDPC码OOK调制的光通信系统,随着湍流强度的增大系统性能损失较小。因此,基于LDPC码和BP-PM的光通信系统在不需要信道衰落信息估计的情况下,能获得较大的编码增益,便于工程实现,在无线光通信中将有一定的应用前景。     

阴影衰落信道下多波束卫星移动通信系统的动态信道分配策略

针对已有动态信道分配策略在阴影衰落环境中性能损失较大的问题,对卫星移动通信系统的阴影衰落信道模型进行分析,提出了一种动态信道分配策略。该策略结合用户的运动状态,通过在用户的预测运动轨迹上选取抽样点,将这些抽样点的平均干扰作为信道分配的指标,并采用链路质量约束避免了流量较大时的性能恶化。仿真结果表明提出的动态信道策略可在不增大阻塞率的前提下,在中低流量时将用户平均信噪比提高约0.5 dB。该策略可以应用于阴影衰落信道下的地面移动卫星通信系统,以提高用户的平均链路性能。     

直升机卫星通信的前向链路设计

根据直升机的机身结构特性和卫星通信的传输特点,对直升机卫星通信前向链路的传输方案和数据帧结构进行了设计,提出一种用以检测旋翼遮挡的算法;为了提高信道的传输质量并降低误码率,对在有旋翼遮挡情况下的前向链路采用了分集接收的方法;创新性地提出了在不同遮挡情况下采用2种不同的分集接收方法,并通过仿真实验对这2种分集接收方法进行了比较和分析。     

瑞利衰落信道下基于LDPC码USTM的MIMO系统

研究了一种联合低密度校验(LDPC,Low-Density Parity-Check)码和酉空时调制(USTM,Unitary Space-Time Modulation)技术在不相关瑞利平坦衰落(Rayleigh flat fading)下的多输入多输出信道(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)系统的性能.在无信道状态信息下,采用可并行操作的和积译码算法(SPA,Sum-Product Algorithm)的LDPCC-USTM级联系统具有优异的性能,并分析了不同LDPC码集下对系统性能的影响.仿真结果表明LDPCC-USTM级联系统比与未级联的相比有近23dB的编码增益,与基于Turbo码的USTM[6]系统相比有5dB多的编码增益,且基于非规则的LDPC码的级联系统比基于规则码有近1dB的编码增益.     

一种改进的CNN端到端自编码器通信系统

针对现有端到端神经网络通信系统的泛化能力改进及自编码器优化等问题,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的端到端通信系统改进方案。该方案在自编码器结构中引入一维卷积层(Conv1D),通过对参数的重新设计,优化了网络性能。发送端采用多层Conv1D对输入序列进行特征提取,通过训练获得发送信号的最佳调制和编码方案;接收端同样采用多层Conv1D,来恢复受到噪声污染的符号。仿真实验表明,在不同输入比特长度及编码速率条件下,所提系统表现出了良好的泛化能力。并且,在加性高斯白噪声信道和瑞利衰落信道下,训练模型的误码性能与传统的调制方式性能相吻合,验证了系统方案的可行性和有效性。此外,对于数字传输常见的突发信道,所提方案具有良好的适应性,可获得1 dB左右误码性能的改善。     

异步卫星协同通信系统中的双采样差分空时编码方案

针对双卫星中继协作通信系统中存在非符号周期整数倍的时延差问题,提出了一种双采样的差分空时正交频分复用（D-OFDM2）方案。所提方案在卫星信道条件未知的情况下,基于具有时延容忍的 D-OFDM编码,在接收端构造了一种双采样方法。该方法在以符号速率采样的同时,对当前主瓣大于相邻旁瓣的区间内增加一次采样,并将两次采样结果等增益合并。仿真结果表明,在系统时延差为非符号周期整数倍的情况下,该方法较单采样方法能获得更高的接收信噪比,同时改善了系统误码性能。     

短波宽带通信系统中LDPC码的应用分析

针对短波宽带信道时变衰落色散的特性,为减小多径效应以及空间噪声、干扰等不利因素的影响,改善短波通信质量,采用高效纠错编码LDPC码,结合扩频OFDM技术,设计了一种适用于短波宽带信道的编码调制系统结构,仿真结果显示：系统能够显著提高短波宽带通信系统的误码性能,为短波宽带通信提供了一种可靠、有效的设计方案。     

直升机卫星通信系统关键技术研究

基于直升机卫星通信系统的特点,分析了卫星通信系统中姿态角提取、坐标变化及抗遮挡等关键技术,采用链路分析估算方法,提出了针对关键技术点的测试方案设计,通过工程案例验证,实现了对系统的测试与评估。     

卫星通信系统两步随机接入技术研究

为了实现卫星通信系统低延迟高可靠接入,研究了两步随机接入技术中的信道设计及接收端检测算法.针对卫星场景提出了一种两步随机接入信道设计方案,对两步随机接入信道中数据部分的信道结构以及前导和数据之间的映射方式进行了设计.针对传统最小均方串行干扰消除(Minimum Mean Squared Error-Successive Interference Cancellation,MMSE-SIC)算法中存在误差传播问题导致解码性能降低的问题,提出了一种多判决排序串行干扰消除(Multi-decision Ordered Successive Interference Cancellation,MD-OSIC)算法,以提升多用户发起接入时数据部分检测的可靠性.仿真结果验证了所设计信道及检测算法在典型卫星通信场景下应用的可行性.     

直升机起降中无线紫外光喷泉码引导方法研究

为了提高直升机在应急无线紫外光通信辅助起降中信标搜寻、定位降落的效率和可靠性,该文提出一种基于喷泉(LT)码的分等级编码通信方案,采用不同等级编码的分级方法设计了不同场景、不同引导阶段的通信策略,分析了高丢包率信道环境中变化删除概率下的误比特率,并与其他传统信道编码进行了比较。实验仿真结果表明,在二进制删除信道下,该分等级编码方法可显著降低LT码的误比特率,提高了编译码性能;该通信策略适用于高丢包率信道环境,能获得更好的通信效果,提高了直升机应急辅助起降的安全性。