基于无人机的空地信道特性测量系统

随着各种飞行器和通信一体化的发展,对空地信道特性的研究变得愈发重要且迫切。针对空地通信场景,本文研制了一套由无人机发射单元和地面接收单元组成的无人机空地信道测量系统。该系统选取具有平坦功率谱特性和大动态范围的ZC序列作为测量序列,利用硬件实现实时提取信道冲激响应(Channel Impulse Response, CIR),并通过采样偏差恢复、系统响应校正等方式,提高信道测量系统的准确性。实测验证结果表明,本文研制的信道测量系统与信道模拟器模拟结果和射线跟踪(Ray Tracing, RT)仿真结果基本一致。最后,开展了校园场景空地实测活动,分析了该场景路径损耗(Path Loss, PL)、莱斯K因子、均方根时延扩展(Root Mean Square-Delay Spread, RMS-DS)等信道特性。     

无人机毫米波信道测量与建模研究综述

无人机毫米波通信具有灵活性高、传输速率快、频谱资源丰富等优点,在军用和民用通信领域拥有广阔的应用前景。信道实际测量和精确构建符合真实场景的信道模型是无线通信技术的理论基础,也是无人机毫米波通信系统的优化设计和性能评估的关键。首先总结了无人机毫米波信道测量与建模面临的新需求和挑战,并对当前国内外最新研究进展进行分类阐述和分析比较,最后讨论了无人机信道模型未来发展的趋势和潜在的应用场景。     

基于Kronecker法的MIMO信道模拟及硬件实现

针对多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）无线通信系统,在基于Kronecker 的MIMO信道模型中综合考虑了路径损耗、阴影衰落和多径衰落等因素,实现了基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的MIMO信道模拟器,并分析了硬件设计方案以及MIMO信道模拟的实现方法。实测结果表明,设计的MIMO信道模拟器可以模拟瑞利衰落、莱斯衰落以及阴影衰落等常见的信道衰落类型,能够应用于3GPP、COST-207等标准信道模型的复现。该模拟器可作为无线通信系统研究的测试设备,辅助通信系统研究的算法验证、方案优化以及性能分析。     

基于神经网络的毫米波跨场景路径损耗预测研究

毫米波通信因其可以提供更高的传输速率和系统容量受到了广泛关注。无人机空地通信技术是未来通信网络的重要组成部分,路径损耗预测对于无人机的节点布局、轨迹优化和功率分配具有重要意义。针对无人机通信多场景PL预测问题,结合参数化的几何场景和多输入反向传播神经网络,提出了一种具有跨场景能力的PL迁移预测模型。该模型利用有限场景下信道数据进行网络训练,可以预测未知新场景下的PL。最后,利用射线跟踪仿真数据进行模型有效性验证,仿真结果表明,所提模型的神经网络训练收敛效果较好,在新场景下预测PL结果与RT仿真结果基本吻合,验证了该模型的跨场景迁移预测能力。     

超宽带频率非平稳信道硬件实时模拟研究

利用信道模拟器在实验室复现电波传播环境是超宽带通信设备测试的重要手段。 本文针对超宽带信道的频率非平稳 特性,提出了一种基于频域平稳区间叠加的超宽带信道模型,并据此设计了基于软件无线电平台的硬件实时模拟系统。 该系统 使用多路数据并行处理架构实现对高速率数据的实时处理,并引入迭代算法和时分复用结构,既保证信道衰落生成的实时性也 降低了硬件资源消耗。 实测结果表明,本文模拟器可支持模拟 600 MHz 的超宽带信道衰落,信道衰落谱型与理论仿真结果吻 合,并且输出的信道冲激响应与实测结果基本一致。 该系统可为超宽带通信系统的优化、验证和评估提供一种有效的手段。     

无人机毫米波信道建模进展和挑战

无人机毫米波通信技术结合无人机和毫米波的优势,提供高速数据传输和广域网络覆盖能力,在军用通信系统中拥有广阔的应用前景。精确的信道模型是无人机毫米波系统设计和性能评估的重要理论基础。不同于传统移动通信场景,无人机通信信道具有明显的三维传播特征,构建模型需要考虑包括三维散射空间、三维飞行轨迹及姿态、三维阵列天线和三维窄波束等多种因素。本文首先总结了无人机毫米波信道建模的新需求和挑战,并详细阐述了无线信道建模方法以及现有信道模型的研究进展,最后给出了信道建模的发展方向及关键技术,旨在为无人机毫米波信道模型的科学构建和标准化等研究提供参考。     

高机动无人机通信信道模拟器研制

针对高机动无人机通信具有信道状态快速时变和直射路径强的特点,建立了一个包含直射径、反射径和多支路散射径的无人机信道模型,并据此设计实现了一种基于有限支路线性调频信号叠加的信道衰落模拟方法,该方法可用于实时产生连续相位的多径及阴影衰落。在此基础上,构建了一个基于数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)的信道模拟器硬件实现方案,该方案结合DSP浮点运算和FPGA并行处理的优势,可有效模拟无人机通信信号的传播损耗、多径时延及复合衰落影响。实测结果表明,该模拟器输出的时变信道衰落幅值分布和动态多径时延均与理论结果吻合,可用于辅助无人机通信系统的方案设计、算法优化和性能测试。     

全阴影卫星信道高效硬件数字孪生方法

卫星信道的硬件数字孪生技术是卫星通信场景中物理层或数据链路层通信性能评估的重要手段,本文提出了一种适用于全阴影卫星信道的硬件实时模拟架构。首先,基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)平台,设计了一种基于迭代算法的复高斯序列产生方法。然后,基于坐标旋转数字计算(Coordinate Rotation Digital Computer, CORDIC)算法实现了幂指数与平方根函数的硬件计算,并结合时分复用思想研制了全阴影卫星信道衰落模拟器。与传统查找表(Look Up Table, LUT)方法和CORDIC算法相比,复高斯序列产生模块的资源消耗率分别降低了6.21%和5.23%。硬件测试结果表明,信道模拟器输出的衰落统计特性如概率密度函数与理论结果吻合,并且不同类型卫星信道多普勒形状也与理论结果符合,可用于全阴影卫星信道的硬件模拟。     

可扩展多输入多输出信道高效模拟器研制

针对现有信道模拟器通道规模受限、扩展性差等缺陷,设计实现了一种可扩展的多输入多输出(multiply-input multiply-output, MIMO)信道高效模拟器。 该模拟器采用改进的坐标旋转数字计算(coordinate rotation digital computer, CORDIC)算法,只 需较少硬件资源便可实现大规模多支路的随机信道衰落精确模拟。 基于 MIMO 信道离散化模型提出了一种可扩展的硬件模拟 架构,并结合现场可编程门阵列(field-programmable gate array, FPGA)的并行处理优势,进行硬件实现及实测验证。 针对 3GPP 标准扩展车载 A 信道模型(extended vehicular A model, EVA)静态场景和时变场景的实测结果表明,所研制的 MIMO 信道模拟 器输出时延功率谱和多普勒功率谱等统计特性均与理论值吻合,可用于无线通信设备的方案验证、算法优化和性能分析。