无人机数据传输与路由技术研究

摘要

随着无人机通信技术的迅速发展，无人机通信逐步趋于网络化，出现了新的网络模型-无人机自组网。无人机通信的网络化使得地面控制站同时与多架无人机进行信息交互，数据量急剧增加，传统的MIMO技术已无法满足无人机高速率数据传输的要求。Massive MIMO技术具有较高的空间自由度和频谱效率，可满足无人机高速率数据传输的要求。由于无人机频谱和能量的限制，无人机FDD Massive MIMO通信系统下行链路导频开销及信道估计计算复杂度过大的问题更加突出。 路由协议对无人机自组网的稳定性和有效性至关重要，因此有必要研究适用于无人机自组网的路由协议。无人机自组网对路由协议的要求非常高，必须具有适应节点高流动性、动态拓扑、间歇性链路、能量约束和改变链路性能的功能，现有路由协议还无法满足以上要求。 为解决以上问题，本文就Massive MIMO技术在无人机通信中的应用及无人机自组网的路由协议进行深入研究。本文主要研究内容包括： （1）无人机通信理论基础。对无人机的关键数据传输技术、信道模型进行详细阐述，并分析总结现有路由协议在无人机自组网中的适用性。 （2）无人机数据传输技术。在干扰较少的直射环境下，基于定位技术辅助，提出一种无人机零导频Massive MIMO通信方法，以解决无人机FDD Massive MIMO系统下行链路导频开销及信道估计计算复杂度过大的问题。该通信方法的核心思想是利用地面控制站、无人机的位置信息计算无人机的波达方向角，以实现数据的零导频传输，并通过仿真验证了该通信方法的正确性和有效性。 （3）无人机自组网路由协议。在OLSR路由协议的基础上，根据无人机自组网动态拓扑、网络负载不均衡及节点能量受限等特点，提出一种基于多维均衡和剩余能量的OLSR(MBREOLSR)路由协议。在进行MPR节点选择时，综合考虑节点MAC层接口队列占用率、节点应用层空闲度、节点连接时间、节点连接度及节点剩余能量等多种影响因素。仿真表明，MBREOLSR路由协议可有效地提高数据传输成功率，减少数据传输延迟，降低网络的丢包率。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 Massive MIMO技术研究现状

1.2.2 无人机自组织网路由协议研究现状

1.3 论文内容与结构安排

第二章 无人机通信理论基础

2.1 数据传输技术

2.1.1 MIMO技术

2.1.2 Massive MIMO技术

2.1.3 波束赋型技术

2.2 无人机通信信道

2.2.1 信道模型

2.2.2 信道空时相关性

2.3 无人机自组网路由协议

2.3.1 路由协议的分类

2.3.2 路由协议适用性分析

2.4 本章小结

第三章 无人机数据传输技术

3.1 零导频Massive MIMO通信方法

3.1.1 应用场景

3.1.2 系统模型

3.1.3 方案设计

3.2 零导频Massive MIMO通信方法的性能

3.2.1 系统容量

3.2.2 系统频谱效率

3.2.3 算法复杂度

3.3 仿真结果与分析

3.3.1 系统性能仿真

3.3.2 定位误差对系统性能的影响

3.4 本章小结

第四章 无人机自组网路由协议

4.1 OLSR路由协议

4.1.1 基本原理

4.1.2 标准MPR算法

4.1.3 适用性分析

4.2 改进的OLSR路由协议

4.2.1 应用场景

4.2.2 改进的MPR算法

4.3 仿真结果与分析

4.4 本章小结

第五章 展望与总结

5.1 本文工作总结

5.2 未来研究展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果

3.1 发表学术论文

3.2 参与科研项目及获奖