基于波束成形的接入问题研究

发布时间：2020-11-03 14:14

　　 近年来,伴随着人类航空与航天事业的蓬勃发展,高空飞行器编队技术也发展迅速。但是目前针对高空飞行器编队中的各个飞行器的通信研究还主要停留在飞行器与地面之间,飞行器与飞行器之间的通信相关研究还十分欠缺。随着高空飞行器编队技术的进一步发展,飞行器之间的相互协同是十分必要的。因此,高空飞行器之间的通信研究是大势所趋。本文主要就高空飞行器编队基于波束成形的通信接入的一些问题进行研究。论文主要内容如下:为了更好地完成大规模阵列天线系统的波束成形工作,本文首先就阵列天线的DOA估计算法进行了研究。首先介绍了射线追踪(Ray-Tracking)信道模型,然后在此信道模型下对现有的两个DOA(Direction Of Arrival)估计算法,即差分波束算法(Differential Beam Tracking)和二维多重信号分类算法(Mutiple Signal Classification),进行仿真分析,并根据仿真结果结合系统需求进行分析,从而设计出一套结合了两个算法的新型DOA估计算法,即差分-多重信号分类算法。最后对差分-多重信号分类算法在本系统的性能进行了仿真分析,仿真结果表明,差分-多重信号分类算法可以使得DOA估计在能有较高精度的情况下计算量不会过大,对复杂度和性能作出了平衡。本文的通信系统采用的是空分多址,空分多址是依赖于波束成形技术的。所以接下来本文在有干扰和无干扰的情况下对几种波束成形的算法进行分析,并根据算法特性选出系统的成形方案。接下来设计了整个高空飞行编队间通信的系统模型和基于三次握手的接入流程以及接入帧。并主要仿真分析了同步和终端识别的部分。然后根据系统的流程依据不同分析出基于不同DOA算法的平均接入时间。为了保证系统的鲁棒性,文章最后探讨了两个系统可能产生的问题的解决方案。第一个问题是作为高空的一个基站对多个用户的系统,如果基站出现故障将导致整个系统通信出现障碍。而本文利用所有飞行器都可以承担作为基站的任务的特点,根据“平均通信距离最短”准则和Weiszfeld算法设计了一套在系统正常运行时选用并更新备用基站,在基站出现问题后启用备用基站的解决方案。第二个问题是在未完成接入的情况下,两个用户可能在角度上发生重叠。本文根据从重叠信号的识别和信号分离两个方面对这个问题进行分析和仿真,最后设计了一套针对这种情况的方案流程。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V243.1
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 DOA估计研究现状
        1.1.2 多址接入方式介绍
    1.2 本文工作与创新
    1.3 本文结构及内容安排
第二章 差分-MUSIC算法
    2.1 引言
    2.2 阵列天线基础及射线追踪信道模型
        2.2.1 阵列天线数学模型
        2.2.2 射线追踪信道模型
    2.3 基于相邻子阵信号相关性的差分估计算法
        2.3.1 子阵划分类型
        2.3.2 差分算法分析
        2.3.3 仿真及性能分析
    2.4 基于信号空间正交的MUSIC估计算法
        2.4.1 MUSIC算法原理
        2.4.2 仿真与性能分析
    2.5 D-M算法
        2.5.1 D-M算法介绍
        2.5.2 仿真及性能分析
    2.6 本章总结
第三章 基于波束成形的空分接入系统设计
    3.1 引言
    3.2 自适应波束成形算法
        3.2.1 直接成形算法
        3.2.2 自适应波束成形设计准则
            3.2.2.1 最小均方误差准则
            3.2.2.2 最大信干噪比准则
            3.2.2.3 约束最小方差准则
        3.2.3 自适应波束成形迭代算法
    3.3 系统模型及接入流程
        3.3.1 系统背景及模型
        3.3.2 接入流程
    3.4 接入帧设计
        3.4.1 帧结构设计
        3.4.2 同步模块
            3.4.2.1 m序列与同步方案
            3.4.2.2 仿真及分析
        3.4.3 终端识别模块
            3.4.3.1 OVSF序列与终端识别方案
            3.4.3.2 仿真及分析
        3.4.4 接入时间
    3.5 本章总结
第四章 系统鲁棒性设计
    4.1 基站损坏问题
        4.1.1 备用基站的选择
        4.1.2 处理方案的流程
    4.2 用户角度重合问题
        4.2.1 发现角度重合
        4.2.2 角度重合时的信号分离
            4.2.2.1 预白化
            4.2.2.2 非高斯性与峭度
            4.2.2.3 仿真分析及解决方案
    4.3 本章小结
第五章 全文总结
    5.1 本文主要贡献
    5.2 进一步工作展望
致谢
参考文献

【参考文献】

相关博士学位论文 前2条

1 郭子钰;毫米波通信系统中的信道估计及峰均比压缩方法研究[D];东南大学;2016年

2 贺顺;阵列信号处理若干关键问题研究[D];西安电子科技大学;2015年

本文编号：2868686