无人机通信系统中继协议关键技术研究

摘要

现代化战场中，由于作战形式的复杂性和作战任务的多样性，战场通信占据着极其重要的地位，通信的质量对战争局势起着决定性作用。通过在临近空间引入无人机作为通信中继来辅助完成战场的超视距信息交互已炙手可热。在这一背景下，本文针对无人机中继通信系统的中继协议关键技术，提出几点改进措施，达到提高系统稳定性和可靠性、传输的实时性，以及减小实施复杂度的目的。
　　本文着眼于无人机通信系统中继协议，主要完成了以下研究内容：
　　针对中继通信系统在不同信道状态下的转发协议调度问题，提出了自适应解调转发(Adaptive Demodulation-Forward，ADMF）和混合型转发协议。将直接DMF（Demodulation-Forward）协议和差分 DMF协议相结合，以两条链路传输符号的对数似然比为仲裁依据，自适应地根据不同的信道状态调度合适的中继转发协议，进一步设置对数似然比阈值，提出混合型转发协议。仿真得出，混合型和 ADMF协议的误码性能明显优于前两种转发协议，在误符号率为10^-2时信噪比损失减少约5dB。
　　提出了一种基于SNR反馈的机会中继选择(SNR-Feedback Opportunistic Relay Selection，SNR-FORS)协议。在考虑了反馈噪声影响的情况下，利用LASSO(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator)方法估计出预选中继ID信息，利用LS（Least Square）估计中继反馈的等效信噪比信息，在有限的反馈时间开销内，传输速率和吞吐量高于 Timer和 Subset两种中继选择协议，当中继个数为50时， SNR-FORS的传输速率分别比Subset和Time提高0.43bps/Hz、0.33bps/Hz，并且接近全反馈性能。在SNR-FORS选择协议的基础上，进行了双向DF、ANC和ADMF转发协议的中断概率仿真，结果表明ADMF协议的中断性能优于另外两种协议。
　　在单向多跳中继通信系统中基于SWVA（Sliding Window Viterbi Algorithm）的选择协议基础上，进一步提出了双向多跳中继通信系统下的Bi-SWVA中继选择协议，以及一种涉及ADMF协议的信息交互模型，实验结果证明，在有限的内存需求与复杂度下，Bi-SWVA的中断性能可接近最优选择。
　　进行了整个无人机中继通信系统的仿真分析与验证。基于无人机通信信道，引入扩频及捕获跟踪技术，在系统达到精确同步后，通过对以上各中继协议的仿真验证，证明了其可行性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作及章节安排

第二章 无人机中继通信系统基本理论

2.1无人机通信系统信道理论

2.2中继通信技术基础

2.3本章小结

第三章 双向通信系统中继转发协议研究

3.1简单解调转发协议

3.2 ADMF转发协议

3.3混合型转发协议

3.4协议对比验证与结果分析

3.5本章小结

第四章 双向通信系统单中继选择协议研究

4.1典型的中继选择协议

4.2 SNR-FORS中继选择协议

4.3协议性能对比及结果分析

4.4基于SNR-FORS的不同转发协议中断性能对比

4.5本章小结

第五章 多跳通信系统中继选择协议研究

5.1单向多跳系统中继选择协议研究

5.2双向多跳系统中继选择协议研究

5.3本章小结

第六章系统仿真验证

6.1仿真模型概述

6.2仿真模块分析

6.3结果分析

6.4本章小结

第七章 总结和展望

7.1论文工作总结

7.2研究展望

致谢

参考文献