基于无人机平台的无线图传数据链系统的均衡技术研究

摘要

当前，社会信息化不断推进、通信结构日趋多元，现有的地面通信和卫星通信等技术手段已无法满足人们日益增长的需求，机载通信正逐步成为立体化信息系统的一种重要增补和支援。随着无线通信和多媒体技术在下一代UAV无线图传数据链系统中的集成，对系统容量和服务质量的需求正在不断提升。如何提高数据传输的有效性和可靠性、降低BER，已成为当前无线通信领域研究的热点。将MIMO技术与OFDM技术相结合，或将SC-FDE技术与SC-CPM技术相结合均可很好地满足上述需求。然而，在动态、多径条件下的频率选择性衰落信道中，ISI、ICI等因素对系统性能的影响非常严重，因此有效的均衡技术已成为基于UAV平台的无线图传数据链系统设计的关键。
　　针对常规方法在恶劣通信环境下计算复杂度较大、功率效率和频谱效率较低等缺点，本文从MIMO-OFDM与SC-FDE SC-CPM两条技术路线出发，提出了新型、高效的基于UAV平台的无线图传数据链系统的均衡技术方案：
　　一、通过分析MIMO-OFDM UAV无线图传数据链的系统模型，提出了一种球形均衡技术的内协同优化方案。通过在初始搜索半径、检测顺序以及枚举策略等方面进行多重优化，并支持相关参数的可配置，在一定程度上降低了系统的计算复杂度。
　　二、在前述基础上，提出了一种球形均衡技术的外联合优化方案。该方案将微量子遗传算法嵌入球形均衡技术，兼并量子计算和遗传算法的优点。此外，通过将多维搜索归纳为单维搜索，避免了大量繁杂的矩阵运算，提高了检测效率。
　　三、提出了一种低复杂度SC-FDE SC-CPM技术。该技术将SCCC技术与CPM技术相结合，有效消除了ISI和ICI，获得了比Turbo码更优异的性能；同时，在每个数据包中嵌入导频训练字序列，用于信道估计；引入M进制Laurent分解方法，以进行低复杂度MMSE频域均衡。
　　四、通过权衡前述两条均衡技术路线在UAV无线图传数据链系统中应用的利弊，提出了一种基于SC-FDE SC-CPM的低复杂度UAV均衡器的软硬件协同设计与优化方案。该方案将SC-FDE技术与SC-CPM技术相结合，在抵抗多径效应的同时，提高频谱、功率利用率；此外，通过对均衡器在算法和体系结构两个方面进行协同设计与优化，并引入可配置的均衡系数，大幅降低了系统的计算复杂度，提高了检测效率与复杂环境适应能力。
　　总体而言，本文的主要研究工作聚焦于UAV无线图传数据链系统均衡技术的软硬件协同设计与多重优化，对于我国UAV无线图传数据链系统均衡技术的发展和国内外相关领域的研究具有十分重要的借鉴意义与应用价值。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题来源、背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标及任务

1.4 主要创新点

1.5 论文内容及结构安排

第二章 MIMO-OFDM球形均衡技术的内协同优化

2.1 MIMO-OFDM 无人机无线图传数据链的系统模型

2.2 MIMO-OFDM 技术的基本原理

2.3 原始球形均衡技术的基本原理

2.4 内协同优化方案及对策

2.5 仿真实验及结果分析

2.6 本章小结

第三章 MIMO-OFDM球形均衡技术的外联合优化

3.1 遗传算法的基本原理

3.2 量子计算的基本原理

3.3 外联合优化方案及对策

3.4 仿真实验及结果分析

3.5 本章小结

第四章 低复杂度SC-FDE SC-CPM技术

4.1 SC-FDE SC-CPM无人机无线图传数据链的系统模型

4.2 SC-CPM技术的基本原理

4.3 核心算法的设计与优化

4.4 仿真实验及结果分析

4.5 本章小结

第五章 基于SC-FDE SC-CPM的低复杂度无人机均衡器的软硬件协同设计与优化

5.1 无人机均衡器体系结构的设计与优化

5.2 仿真实验及结果分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 未来研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 缩略词表

附录B 基于无人机平台的无线图传数据链系统的均衡技术部分源代码

附录C 基于无人机平台的无线图传数据链系统的均衡技术研究部分实验数据真实性验证