【摘要】：隨著無線通信技術的迅速發(fā)展,第4代移動通信LTE (Long term evolution)技術已經逐漸成熟和走向產品化,多個國家的運營商已經全面開展了的LTE運營。同時由于LTE技術在運營中的突出表現(xiàn),越來越多的人開始關注LTE技術在其他領域的發(fā)展,民用航空通信領域就是其中之一。目前,在民用航空上實現(xiàn)移動通信主要有兩種解決方法：一種是采用衛(wèi)星方式,由衛(wèi)星實現(xiàn)地面網絡與民航飛機的通信；一種是利用地面專用無線基站,這種基站可以實現(xiàn)覆蓋空中的民航飛機,從而實現(xiàn)地面與民航飛機的通信。衛(wèi)星通信方式比較成熟,但是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的改裝成本非常高,且?guī)捿^窄、費用較高,很難在民用航空中廣泛應用。因此采用地面專用無線基站向空中民航飛機進行覆蓋受到越來越廣泛的關注。由于LTE技術可以提供更高的下載速率,在20M帶寬下可以達到150M的下載速率,并且LTE適應在高速移動場景下的切換,因此利用第4代移動通信系統(tǒng)LTE系統(tǒng)來實現(xiàn)地空無線寬帶通信具有更廣闊的商業(yè)前景。由于LTE系統(tǒng)在設計之初是按照最大能為350Km/h高速移動用戶提供大于100kbps的接入服務而設計的,而民航飛機的飛行速度通常在800-1000Km/h,因此基于LTE的地空無線寬帶通信系統(tǒng)的技術難點在于如何在超高速移動場景下支持高速率的數(shù)據(jù)傳輸。LTE系統(tǒng)采用的物理層關鍵技術是OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術,由于飛機在高速飛行時會對LTE系統(tǒng)帶來巨大的多普勒頻移,頻率偏移會破壞OFDM子載波之間的正交性,從而在OFDM各個正交的子載波之間產生互相干擾,影響解調性能。因此本文重點研究地空無線寬帶通信系統(tǒng)中LTE系統(tǒng)的頻偏和時偏估計。本文首先介紹傳統(tǒng)的OFDM頻偏估計算法,分析傳統(tǒng)的OFDM頻偏估計算法在LTE系統(tǒng)中能夠支持的最大頻偏估計范圍,根據(jù)理論分析和仿真結果,證明傳統(tǒng)的OFDM頻偏估計算法不能滿足地空無線寬帶通信系統(tǒng)的要求。因此本文首先提出了一種基于PRACH (Physical Random Access Channel)信道的峰值功率比的頻偏估計算法,這種頻偏估計算法能夠將頻偏估計的范圍擴展為[-1875Hz,1875Hz],能夠滿足地空無線寬帶通信系統(tǒng)的要求。但是該算法受噪聲影響較大,在某些頻偏范圍內估計不準確,且PRACH信道只在初始接入時終端才會發(fā)起,因此這種算法只適用于估計初始頻偏。為了保證頻偏估計的性能滿足PUSCH (Physical Uplink Shared Channel)信道的解調要求,本文還提出一種聯(lián)合的頻偏估計方法,這種方法結合基于PUSCH信道的傳統(tǒng)頻偏估計算法和本文提出的基于PRACH信道峰值功率比的頻偏估計算法,通過這種聯(lián)合的頻偏估計算法,不僅可以將頻偏估計的范圍擴大到[-1875Hz,1875Hz],同時還能夠保證頻偏估計的精度。然后將本文提出的這種聯(lián)合頻偏估計算法應用到LTE系統(tǒng)的頻偏估計和頻偏補償?shù)牧鞒讨?仿真結果表明這種算法能夠實際應用于地空無線寬帶通信系統(tǒng)。在時偏估計方面,本文提出了一種時偏和頻偏聯(lián)合估計算法,這種聯(lián)合的時偏和頻偏估計方法可以降低相關運算的計算量。仿真結果表明,與傳統(tǒng)的時偏和頻偏估計算法相比,本文提出的聯(lián)合估計算法可以降低33%的計算量,同時在低SNR下本文提出的聯(lián)合估計算法可以獲得更好的頻偏估計性能和相同的時偏估計性能。
【圖文】：

通信技術的迅速發(fā)展，第４代移動通信ＬＴＥ邋（Ｌｏｎｇ邋ｔｅｒｍ邋ｅｖｏ山ｔｉｏｎ）技術營商廣泛采用，同時隨著ＬＴＥ技術在運營商領域取得的成功．越來越多在其它領域的發(fā)展，民用航空通信領域就是其中之一。為了防止無線信，民航飛機在起飛前需要關閉手機和無線設備，但是隨著無線通信技術擾技術的提高，手機和無線設備對民航無線信號的干化幾乎可Ｌ義忽略不了在民航飛機上關閉手機和無線設備這一限制，一些發(fā)達國家和地區(qū)甚通信服務。隨著移動通信網絡的曰漸普及，特別是隨著ＬＴＥ技術的迅速開網絡，國內乘客尤其是長途的商務旅客希望在民航飛機上也能實現(xiàn)語發(fā)郵件等需求。逡逑民用航空上實現(xiàn)移動通信主要有兩種解決方法：一種是采用衛(wèi)星方式，民航飛機的通信；一種是利用地面專用無線基站，送種基站可Ｗ實現(xiàn)覆而實現(xiàn)地面與民航飛機的通信。衛(wèi)星通信方式比較成熟，但是衛(wèi)星通信，且?guī)捿^窄、費用較高，很難在民用化空中廣泛應用，常被用于地面班。因此采用地面專用無線基站向空中民航飛機進行覆蓋受到越來越廣動通信系統(tǒng)ＬＴＥ來實現(xiàn)航線覆蓋，相比采用其他技術而言，可Ｗ提供更Ｅ技術在高速移動方面也具有較大的優(yōu)勢，因此采用ＬＴＥ技術來實現(xiàn)地發(fā)展趨勢。逡逑

批學位論文逡逑ＷｍｇｍＭ邋ＤＯＣＴＯＲＡＬ邋ＤＫｌＳＥＲＴＡＴＩＯＮ逡逑基于ＬＴＥ技術的地空無線寬帶通信系統(tǒng)如圖１－１所示。地空無線寬帶通信系統(tǒng)采用宏蜂窩逡逑網絡結構，由地面基站、核也網和化載終端設備Ｓ部分組成。地面ＬＴＥ基站沿飛行航路或特定逡逑空域向高空進行覆蓋，飛機上通過機載終端設備與地面ＬＴＥ基站進行連接，通過地面ＬＴＥ基站逡逑和機載終端設備就能實現(xiàn)地面向氋空飛行的飛機提供寬帶無線數(shù)據(jù)傳輸通道。核也網是空中與逡逑地面的數(shù)據(jù)交換中也，機載設備安裝在飛機上，同時飛機上部署無線ＷＩＦＩ系統(tǒng)與機載設備相逡逑連接，這樣乘客的各種移動終端就可Ｗ通過飛機上無線ＷＩＦＩ系統(tǒng)連接到虹ｔｅｍｅｔ。逡逑地空無線寬帶通信系統(tǒng)中ＬＴＥ基站沿著飛行航線架設，機載ＬＴＥ終端設備沿著固定航線飛逡逑行，因此地空無線寬帶通信系統(tǒng)的信道模型如圖１－２所示，，類似于３ＧＰＰ協(xié)議化．１４１網高速鐵路逡逑模型。逡逑Ｍ邋邐ＤＪ２邐ＤＪ２邐ＤＪ１邋Ｗ邋－——ＤＪ２邐？｜逡逑全＂邐ｉ堂＇逡逑ＢＳ邐ＢＳ逡逑圖１－２地空無線寬帶通信系統(tǒng)信道橫型逡逑在圖１－２中，Ａ／２表示基站的覆蓋半徑，在圖１－１地空無線寬帶通信系統(tǒng)框圖中，基站的逡逑覆蓋半徑點＞２００}0�；薇硎净竞徒K端之間的最小距離
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5

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本文編號：2571842